專利名稱：控制胃腸道自主神經(jīng)刺激的電子方法
相關(guān)的專利申請本申請為2001年3月1日提交的題為“Electrical Method toControl Autonomic Nerve Stimulation of Gastrointestinal Tract”(控制胃腸道自主神經(jīng)刺激的電子方法)的專利申請序列號No.60/271,948的非臨時申請。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及對腸胃系統(tǒng)的功能和動作進行電調(diào)節(jié)的能力。具體地說，本發(fā)明涉及借助于特殊編碼的電波形的小腸和大腸的肌肉動作以及酶和激素的產(chǎn)生，該電波形仿真正常地控制胃腸道動作的自然的編碼信號。本發(fā)明的目標(biāo)是通過傳導(dǎo)或傳播低電壓的成形信號來對沿著關(guān)鍵神經(jīng)路徑或者在關(guān)鍵神經(jīng)路徑上的自主神經(jīng)信號進行調(diào)制，以對蠕動活動及其它消化過程進行調(diào)節(jié)、調(diào)制或改變，以便對患者有好處。
人和動物的自主神經(jīng)系統(tǒng)主要是通過操作與呼吸、血液循環(huán)及消化有關(guān)的植物性系統(tǒng)來發(fā)揮作用。腦對從傳入神經(jīng)感受器輸送給它的信息進行中央處理并隨后從腦干中所儲存的信號中做出選擇，其將使目標(biāo)器官開始或停止動作或是對其進行調(diào)制。一旦做出了具體的信號選擇，便發(fā)出傳出指令信號來進行它們的調(diào)節(jié)工作。本專利申請將集中于對消化系統(tǒng)的自主動作的調(diào)制。
本發(fā)明的消化系統(tǒng)調(diào)節(jié)動作包括對影響消化系統(tǒng)的植物性生命動作的傳入和傳出電波形編碼中的任意一個或者兩者進行調(diào)制、解調(diào)、相位角調(diào)制、振幅變更及消隱(blanking)。腸胃處理過程，包括在神經(jīng)突觸的化學(xué)性的參與、肌肉動作、酶及激素的可用性以及所有這些事件的時序，可以通過合適的電信號來調(diào)節(jié)。本發(fā)明采用仿真的電編碼用于改善消化過程的目的，并且以被傳導(dǎo)或傳播到合適的神經(jīng)節(jié)段中的低電壓信號來治療病癥。
腸胃(“GI”)功能是處理消費食物、提取營養(yǎng)物質(zhì)、并排除消化的排泄物。消化系統(tǒng)是一個扭曲的并且形成一定形狀的管道，該管道開始于嘴，經(jīng)過喉、食道(食管)、胃、回腸(小腸)、結(jié)腸(大腸)、直腸直至肛門。這個肌肉性管道長約7.62米(25英尺)，其中大部分盤繞在腹部內(nèi)。
這一管狀的消化系統(tǒng)的內(nèi)層包括粘膜層，該粘膜層分泌酶及其它有助于食物消化的化學(xué)物質(zhì)。緊接該產(chǎn)生粘液的層底下是一個粘膜下層，該粘膜下層中富含血管、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及淋巴管。在粘膜下層中即可發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀內(nèi)皮組織，其功能為提供免疫作用來防止微生物感染以及另外的為人體清除細胞碎屑的作用。在粘膜層及粘膜下層底下的是由兩部分構(gòu)成的肌肉層。其具有環(huán)向肌肉和縱向肌肉，這些肌肉具有某種斜的控制(oblique control)，因此可以攪碎食物的同時使食物向下通過管道。所有這些層都響應(yīng)自主神經(jīng)系統(tǒng)的指令而工作，營養(yǎng)物質(zhì)的吸收通過擴散、載體運輸、或胞吞作用而實現(xiàn)。
消化過程從嘴中開始，牙齒將大的食物塊變成小塊，而唾液幫助將食物轉(zhuǎn)化成半流體的食物團。食物以每秒約5到7.5厘米(2到3英寸)的速率吞咽通過約25厘米(10英寸)長的食管而到達胃。胃的活動是一種往返的混合動作，而腸道的活動是促使食物向一個方向即向下運動。胃的入口有緊縮的傾向，因此能夠防止食物倒流進入食管并傾向于將正在消化的食物推向胃的幽門。
胃的作用是混合酶、激素及其它分泌物以形成所謂的食糜。幽門(胃的遠端)的收縮允許酸化完畢的食糜逐漸漏入十二指腸(小腸的前約25厘米(10英寸)段)，同時將殘余的固體食物留在胃中繼續(xù)進行適當(dāng)?shù)耐祷旌?非常像洗衣機)直至其尺寸達到足夠小(顆粒尺寸約0.3毫米)以便被腸道處理接受。
胃中的酸及酶的分泌的控制是取決于現(xiàn)有食物的外部特性和性質(zhì)的一種精密的平衡。自主神經(jīng)系統(tǒng)通過傳入感受器及傳出神經(jīng)來對胃中的這種活動進行控制。最重要的神經(jīng)是包括從腦延髓出發(fā)的傳入及傳出路徑二者在內(nèi)的迷走神經(jīng)束，以指導(dǎo)消化過程特別是用于消化的化學(xué)物質(zhì)的分泌的編碼。髓質(zhì)還影響口腔內(nèi)的唾液腺而口腔以咀嚼來開始食物的消化過程。
食物在人或動物的胃腸道中的向下運動取決于各個消化器官中的蠕動反射。胃腸道中的蠕動包括管狀構(gòu)造的肌肉控制，以便混合消化產(chǎn)物并沿著通道以使消化過程得以正確發(fā)揮作用的速度推進消化產(chǎn)物。蠕動運動在神經(jīng)系統(tǒng)編碼指令的指導(dǎo)下以象蠕蟲一樣及縮窄的方式緩慢步進。
在小腸中，酸性的食糜隨著其受到來自胰腺的一組酶的轟擊(bombard)而逐漸中和并變成稍帶堿性，這些酶包括糜蛋白酶及胰蛋白酶。膽汁從膽囊進入乳化脂肪。小腸內(nèi)通過使粘膜皺褶成為上皮皺襞(fold)而形成了指狀突起。每個這樣的皺襞包含稱作絨毛的突起，消化產(chǎn)物通過微絨毛而被吸收。
胰腺是一個外分泌腺，產(chǎn)生有助于脂肪、碳水化合物、蛋白質(zhì)、和核酸消化的酶。另外，胰腺還分泌一種高碳酸氫鹽的流體，并由此部分地中和胃酸以免侵蝕腸道內(nèi)層。作為一個內(nèi)分泌腺，胰腺分泌三種操縱葡萄糖水平的激素胰高血糖素、生長抑素及胰島素，所有這三種激素都服從延髓所發(fā)出的編碼電信號的命令。。
食物的消化過程在約8到10小時后完成，這段時間使得在小腸內(nèi)可以吸收可用的營養(yǎng)物質(zhì)。消化產(chǎn)物進入小腸末端的被稱為回腸的一處結(jié)構(gòu)并從這里排入結(jié)腸。由于所有的營養(yǎng)物質(zhì)已經(jīng)在小腸中被吸收，因此剩余的全都是結(jié)腸要處理的排泄物及大量水分。當(dāng)結(jié)腸將水分吸收后，結(jié)腸的蠕動作用將廢棄物形成為糞便并促使其向直腸窩及肛門方向運動。
排糞動作是三片肌肉的反射反應(yīng)和有意識控制作用的組合結(jié)果，第一片肌肉是不自主的，而后兩片肌肉某種程度上是自主控制的。排泄物由可消化和不可消化的食物加粘液、細菌及水組成。其褐色是源自膽汁色素，而其臭味則來自細菌的分解產(chǎn)物。排泄物中還存在結(jié)腸氣體，該氣體由吞入的空氣、消化過程中的副產(chǎn)物以及相當(dāng)數(shù)量的由殘存細菌的化學(xué)作用而生成的氣體組成。
電信號在操作消化進程中起了關(guān)鍵的作用并為產(chǎn)生消化過程所需的分泌物提供了信號。這些信號中的大多數(shù)是自主的，并通過小量的意識參與來實現(xiàn)其作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用來控制胃腸道的自主神經(jīng)刺激的方法。該方法從一個儲存區(qū)域內(nèi)選取身體內(nèi)產(chǎn)生的并在身體內(nèi)傳輸?shù)牟ㄐ巍Ｋx定的波形隨后被傳輸給一個和身體直接接觸的治療部件。該治療部件隨后將該選定波形傳播到身體內(nèi)的器官上。
該波形可以從諸如科學(xué)計算機的計算機的儲存區(qū)域內(nèi)選取。傳送所選定的波形的過程可以通過遠距離方式來進行，或是通過和控制模塊相連的治療部件來進行。該傳送可以是振動(seismic)的、電的、或借助任何其它的適用方式。
本發(fā)明還提供一種用來控制胃腸道的自主神經(jīng)刺激的設(shè)備。該設(shè)備包括一個所收集的表示體內(nèi)器官功能的波形的源，一個和身體直接接觸的治療部件，以及用于將所收集的波形傳送到治療部件至體內(nèi)器官的傳送裝置。
該傳送裝置可以包括一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器。所收集的波形的源最好是包括一臺計算機，該計算機具有以數(shù)字格式儲存的所收集的波形。該計算機可以包括分開的儲存區(qū)域用于不同類型的所收集的波形。
所述治療部件可以包括一天線或電極，或者任何其他將一個或多個波形直接傳播到體內(nèi)的傳播裝置。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例作詳細描述，其中圖1為實施根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備的一種形式的示意圖；圖2為實施根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備的另一種形式的示意圖；以及圖3為根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施例方式
為了便于更好的了解本發(fā)明的原理，下面對附圖所示的實施例進行描述。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，并未意圖對本發(fā)明的范圍做出限制，示例說明的器件的這樣的改變和進一步的修改，以及此處示例說明的本發(fā)明的遠離的這樣的進一步的應(yīng)用，被認為對于本發(fā)明相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員來說是能夠正常了解的。
本發(fā)明著眼于并利用了這樣一個事實，亦即人體的內(nèi)部功能方面既是電的也是化學(xué)的。然而，由于在神經(jīng)科學(xué)、電子工程學(xué)及計算機科學(xué)方面的進展，主要在解剖學(xué)及生理學(xué)實驗室內(nèi)進行研究的電的功能只能作為一項新技術(shù)而出現(xiàn)。一個世紀(jì)以來，制藥工業(yè)一直在提供有益的化學(xué)治療。本發(fā)明人預(yù)期，如本發(fā)明以及下文所提及的同類申請所描述的，通過準(zhǔn)確仿真的波形的可用性，電治療的可能性將被推向最前沿自然地，所有的編碼信號在小于1伏特下工作。根據(jù)本發(fā)明所施加的電壓可以高達20伏特，以允許在所需編碼信號的傳送或傳導(dǎo)過程中的電壓損失。輸出電流應(yīng)當(dāng)總是小于2安培。通過直接連接至神經(jīng)的電極而直接傳導(dǎo)到這樣的神經(jīng)可能具有小于3伏特的輸出，和小于0.1安培的電流。
本發(fā)明包含了通過神經(jīng)可接收的波形信號的用于對胃腸道的自主神經(jīng)刺激進行控制的器件及方法。如圖1所示的用于對胃腸道的自主神經(jīng)刺激進行控制的器件10的一種形式包括至少一個治療部件12和一個控制模塊14。治療部件12和身體直接接觸并從控制模塊14接收編碼的電波形。治療部件12可以是一個電極、一個天線、一個振動換能器、或其它任何用于傳播用來調(diào)節(jié)或操作人類或動物的腸胃功能的自主神經(jīng)信號的傳導(dǎo)連接的適合的形式。治療部件12可以在外科手術(shù)中被連接至合適的神經(jīng)上。這樣的外科手術(shù)可以通過腸胃手術(shù)中的一個“鑰匙孔”(key-hole)入口來實施。如果需要，可以通過一個更為昂貴的胃腸手術(shù)以更為正確地定位治療部件12。隨后可以將對于控制胃腸功能來說已知的波形信號發(fā)送到和腦干緊密相鄰的神經(jīng)中。神經(jīng)目標(biāo)可以是交感神經(jīng)或自主神經(jīng)系統(tǒng)。
控制模塊14包括至少一個控制器16及一個天線18?？刂破?6使得該器件可以對輸入體內(nèi)的信號進行調(diào)節(jié)。如圖1所示，控制模塊14和治療部件12可以是完全分離的元件，以使器件10可以遠距離操作，或是，在適宜的情況下二者可以直接相連?？刂颇K14可以是獨特的，也可以是任何能夠向治療部件12傳送合適波形信號的常規(guī)器件。
在器件10的一個如圖2所示的備選實施例10′中，控制模塊14′及治療部件12′是相連的。在該圖中，相似的部件保持了相同的參考標(biāo)號。此外，圖2還顯示了和計算機20相連的器件10′的另一個實施例，該計算機20提供更大的容量來儲存波形信號。在進行治療時，對于每一信號，由器件10′所提供的輸出電壓及電流量應(yīng)當(dāng)不超過20伏特及2安培。
計算機20用來儲存獨特的波形信號，這些波形信號對于這樣的器官或器官系統(tǒng)的各個器官及各種功能來說是復(fù)雜的而且是唯一的。從計算機20中的波形儲存庫中選出的波形信號(一個或多個)被傳輸?shù)娇刂颇K14′并用來對患者進行治療。
波形信號及其生成在2001年12月4日提交的題為“Device andMethod to Record，Store，and Broadcast Specific Brain Waveform toModulate Body Organ Functioning”(記錄、存儲和傳播特殊腦波形以調(diào)制身體器官功能的裝置和方法)的美國專利申請序列No.10/000005中詳細描述，這里并入該專利申請的公開資料以作參考。該專利申請中包含在控制人類或動物胃腸過程方面同樣起作用的波形的有代表性的類型。上述專利申請中所出現(xiàn)的波形或波形片段的任何組合是可與發(fā)源于腦部的延髓腦橋(medullopontine)區(qū)域的神經(jīng)元線路(neuroncircuits)一起操作的信號種類中的代表。這種波形可以用來調(diào)制傳入神經(jīng)或傳出神經(jīng)，其參與胃腸過程的控制或精細調(diào)整。如上述剛剛識別的合并的專利申請中所詳細描述的，這樣的波形信號和由腦干構(gòu)造為了調(diào)制胃腸過程而產(chǎn)生的自然的波形信號相似。
本發(fā)明還包括一個如圖3所示的方法，該方法使用器件10、10′來控制胃腸道自主神經(jīng)刺激。該方法從步驟22開始，亦即從分類波形信號的菜單中選擇一個或多個所儲存的編碼電波形信號。所選定的波形信號控制并刺激胃腸功能。這樣的波形信號類似于腦干構(gòu)造為了控制并刺激胃腸過程而產(chǎn)生的自然的波形信號。一旦選擇完畢，便可以在步驟24中對波形信號進行調(diào)整以在體內(nèi)執(zhí)行特定的功能?？商娲氖?，如果決定不必對該波形信號進行調(diào)整，那么便可跳過步驟24而直接進入步驟26。在步驟26中，將波形信號傳送給器件10、10′的治療部件12、12′。
在接收到波形信號之后，治療部件12、12′便將該波形信號傳播到合適部位上，如步驟28所示。于是，器件10、10′利用合適的波形信號，通過將電信號傳導(dǎo)或傳播至選定的神經(jīng)或胃腸系統(tǒng)的選定組件中來刺激或控制胃腸動作?？梢韵嘈?，目標(biāo)器官僅能夠唯一地“聽到”它們自己的獨特的波形。其結(jié)果是，身體不會出現(xiàn)這樣的危險一個器官只是由于接收了另一個器官的波形而錯誤地執(zhí)行該另一個器官的功能。
在本發(fā)明的一個實施例中，治療部件12、12′所進行的傳播處理通過在頸部、頭部、或軀干等合適的選定區(qū)域中的未破損皮膚的直接傳導(dǎo)或傳播來實現(xiàn)。這樣的區(qū)域接近于靠近信號將被置于其上的神經(jīng)或神經(jīng)叢的位置。治療部件12、12′在允許將信號傳輸給目標(biāo)神經(jīng)的選定的目標(biāo)區(qū)域中與皮膚相接觸。另外，也可在合適的點在內(nèi)部實現(xiàn)連接。
在本發(fā)明的一個備選實施例中，傳播波形信號的處理通過經(jīng)由電極至接收信號的神經(jīng)或神經(jīng)叢的連接的直接傳導(dǎo)來實現(xiàn)。這就需要常規(guī)的外科手術(shù)，如將電極物理地連接至選定的目標(biāo)神經(jīng)所需要的那樣。
在本發(fā)明的另一個備選實施例中，傳播的處理是通過將波形變換為振動的形式，該振動形式以允許合適的“神經(jīng)”接收并服從這樣的振動信號的編碼指令的方式，傳播到頭部、頸部、或軀干的區(qū)域中。治療部件12、12′通過使用一種電極導(dǎo)電膠或粘貼介質(zhì)來幫助傳導(dǎo)，而壓緊在未破損的皮膚表面上。
上面已經(jīng)結(jié)合圖示的本發(fā)明的實施例具體地顯示并描述了本發(fā)明的各項性能。然而必須理解的是，這些特定的產(chǎn)品及其制造方法只是為了說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的限定。本發(fā)明的范圍的最完整的解釋將體現(xiàn)在所附的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種用于對胃腸道的自主神經(jīng)刺激進行控制的方法，該方法包括下列步驟a.從儲存區(qū)域中選擇一個或多個波形，該波形在體內(nèi)生成并由體內(nèi)的神經(jīng)元來傳輸；b.將選定的波形傳送或傳導(dǎo)到治療部件，該治療部件和身體相接觸；以及c.將選定的波形從治療部件傳播到體內(nèi)的一個器官上。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中步驟“a”還包括從一個計算機的儲存區(qū)域內(nèi)選擇所述波形。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中步驟“b”還包括將選定的波形遠程傳送至治療部件。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中步驟“b”還包括所選定的波形的傳送。
5.一種用于對胃腸道的自主神經(jīng)刺激進行控制的設(shè)備，該設(shè)備包括a.所收集的波形的源，該波形表示身體器官的功能；b.治療部件，該治療部件和身體直接接觸；c.傳送裝置，用于將所收集波形中的一個或多個傳送至治療部件；以及d.傳播裝置，用于將所收集的波形從治療部件傳播到身體器官以刺激器官功能。
6.如權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述傳送裝置包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
7.如權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述源包括計算機，該計算機中具有以數(shù)字格式儲存的所收集的波形。
8.如權(quán)利要求7的設(shè)備，其中所述計算機包括用于收集不同呼吸功能類型的波形的分開的多個儲存區(qū)域。
9.如權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述治療部件包括天線，該天線用于傳播呼吸信號。
10.如權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述治療部件包括電極。
全文摘要
一種對胃腸道的自主神經(jīng)或交感神經(jīng)刺激進行控制的方法及器件。該方法包括從一個儲存區(qū)域選擇代表身體器官功能的波形，所選擇的波形隨后傳送給一個治療部件，該治療部件和身體直接接觸或連接至內(nèi)部目標(biāo)，并隨后向特定的身體器官傳播所述波形以對該身體器官的功能進行調(diào)制。提供一控制模塊以向所述治療部件傳送。該控制模塊中包括所選擇的并被傳送給治療部件的波形，并且可以提供計算機儲存器用于更大的儲存容量并對波形進行操作。
文檔編號A61N1/00GK1638836SQ03804727
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月28日
發(fā)明者埃利諾·舒勒, 克勞德·K·李 申請人:科學(xué)醫(yī)學(xué)公司