用于傳送骨傳導刺激并用于測量內(nèi)耳的重力感受器功能的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于傳送骨傳導刺激并用于測量內(nèi)耳的重力感受器功能的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年5月13日提交的標題為“APPARATUS AND METHOD FORDELIVERING B0NE-C0NDUCT10N STIMULI TO AND FOR MEASURING GRAVITAT1N RECEPTORFUNCT1NS OF THE INNER EAR”的美國臨時專利申請?zhí)?1/822，694的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開內(nèi)容涉及用于對內(nèi)耳進行測試的系統(tǒng)和方法，并且更具體地涉及用于傳送骨傳導刺激并用于測量內(nèi)耳的重力感受器功能的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]內(nèi)耳是耳的最內(nèi)側(cè)的部分。如圖1A和圖1B所示，聲音由耳廓102通過耳道104被傳遞至鼓膜106。鼓膜106使中耳108的骨移動，以使耳蝸振動。耳蝸產(chǎn)生與聲音相關(guān)的電脈沖，并且將這些電脈沖發(fā)送至大腦。內(nèi)耳還包括平衡感測系統(tǒng)110，其被稱為前庭系統(tǒng)。前庭系統(tǒng)110通常包括三個半規(guī)管112和兩對耳石器官(每對耳石器官位于頭部的不同側(cè))。每對耳石器官包括橢圓囊116和球囊118。包含內(nèi)淋巴的內(nèi)淋巴管位于半規(guī)管112內(nèi)部并且圍繞耳石器官。多個壺腹120也布置在內(nèi)耳中。半規(guī)管112可以被表征為提供三個旋轉(zhuǎn)感受器(壺腹120)和兩個重力感受器(耳石器官116、118)。內(nèi)耳中的半規(guī)管112和耳石器官116、118包含毛細胞轉(zhuǎn)導機構(gòu)，其可以例如有助于:(i)為大腦提供空間定向提示；(ii)在頭部運動時保持眼睛聚焦在目標上；以及(iii)保持平衡。具體地，半規(guī)管112的壺腹120與旋轉(zhuǎn)對應，而耳石器官116、118感測線性加速度、減速度和傾斜。因此，正常耳石器官(具體為橢圓囊116和球囊118)的刺激可以產(chǎn)生以下響應:⑴眼部肌肉中的響應，以允許眼睛保持注視(ii)引起頭部移動的肌肉中的響應。
[0005]重力感受器的不對稱性產(chǎn)生頭暈、運動感、傾斜感、被推的感覺、被拉的感覺或墜落感；而旋轉(zhuǎn)感受器的不對稱性產(chǎn)生真正的旋轉(zhuǎn)性眩暈。九千萬美國人由于眩暈、頭暈或平衡問題而就醫(yī)。這是在醫(yī)生的辦公室中聽到的第二大常見疾病，并且全國人口的70%在其一生中的某個時刻會發(fā)生這個問題。老年人的意外死亡的50%由跌倒造成，并且跌倒中的10%導致住院。每15秒就有老年人由于跌倒而在急診室中接受治療；每29分鐘就有成年人在跌倒后死亡。研究已經(jīng)指出，據(jù)估計到2020年每年跌倒相關(guān)損傷的直接和非直接費用高達549億美元，并且癥狀性(即被報告頭暈)的患有前庭功能障礙的參與者單獨使跌倒的機率增加超過12倍。研究還已經(jīng)指出了年齡的增加與前庭功能障礙的發(fā)病率增加相關(guān)聯(lián)。也存在以下軍事方面的考慮:導致與前庭相關(guān)的問題范圍的由戰(zhàn)斗引起的傷害以及軍用飛機損失和其它財產(chǎn)損失。
[0006]已知到頭部的骨傳導刺激以及聽覺刺激會刺激耳石器官116、118。由于該刺激，在胸鎖乳突肌(引起頭部的運動的頸部肌肉)和眼外肌(允許眼睛移動和聚焦的眼部肌肉)處產(chǎn)生響應(例如，動作電位)。此外，響應于兩個耳石器官的觸發(fā)，在其它肌肉(例如肱三頭肌或頭夾肌)處產(chǎn)生抑制性動作電位或刺激性動作電位。肌肉響應可以被表征為或被測量為從大腦到肌肉的電脈沖。具體地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在胸鎖乳突肌處測量的與球囊118的觸發(fā)對應的頸性前庭誘發(fā)肌源性電位(cVEMP)響應是抑制性電位。此外，在下斜肌(控制眼睛的具體運動的眼外肌)處測量的與橢圓囊116的觸發(fā)對應的眼性前庭誘發(fā)肌源性電位(oVEMP)響應是刺激性動作電位。眼外肌包括六塊肌肉，其包括:下斜肌、上斜肌、內(nèi)直肌、上直肌、下直肌和外直肌。通過觀察cVEMP響應和oVEMP響應，通常已知的是:可以觀察影響人的前庭系統(tǒng)和平衡感測系統(tǒng)的疾病、失調(diào)和病況。
[0007]除了產(chǎn)生聽覺刺激以外，現(xiàn)有技術(shù)中的一些人已經(jīng)開發(fā)出將骨傳導刺激傳送顱骨的某些部位(例如額骨、頂骨、枕骨)以測試內(nèi)耳的重力感受器功能的各種類型的設備。例如，現(xiàn)有技術(shù)中的一些人已經(jīng)采用機電裝置和微型振動器設備。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣的設備產(chǎn)生的刺激的大小不足以誘發(fā)穩(wěn)健的響應?，F(xiàn)有技術(shù)中的一些人還采用了螺線管致動器。包括螺線管致動器的現(xiàn)有裝置可以產(chǎn)生足夠大的刺激，但是對于某些患者還可能產(chǎn)生耳石器官的其它刺激。一些人使用了反射錘。在這些常規(guī)方法中，反射錘輕敲前額可以產(chǎn)生最穩(wěn)健的cVEMP響應和oVEMP響應，但是沒有使刺激歸一化和對刺激進行校準的機構(gòu)。
[0008]可以在頭部的各種位置上施加骨傳導刺激，例如在前額的前方沿中線處。圖1C和圖1D示出了用于傳送骨傳導刺激的示例電極布置圖?？梢栽诓煌瑴y試中以及不同患者中的相同位置處(例如“Fz”位置120處)施加骨傳導刺激，以便改進測試的可重復性。
【附圖說明】
[0009]結(jié)合附圖通過參照下面的詳細描述可以更容易地理解實施方式的前述特征，在附圖中:
[0010]圖1A和圖1B示出了與人類耳和內(nèi)耳相關(guān)的各種解剖結(jié)構(gòu)；
[0011]圖1C和圖1D不出了用于傳送骨傳導刺激的不例電極布置圖；
[0012]圖2示出了根據(jù)各種實施方式的用于測量內(nèi)耳的重力感受器功能的系統(tǒng)；
[0013]圖3示出了根據(jù)各種實施方式的電驅(qū)動致動器；
[0014]圖4A至圖4G示出了圖3的電驅(qū)動致動器的各種實施方式；
[0015]圖5A和圖5B示出了根據(jù)各種實施方式的手持式電驅(qū)動致動器；
[0016]圖6A和圖6B不出了根據(jù)各種實施方式的電驅(qū)動致動器；
[0017]圖7A至圖7D示出了根據(jù)各種實施方式的用于測量重力感受器功能的示例測試序列；
[0018]圖7E至圖7G示出了根據(jù)各種實施方式的采用圖7A至圖7D中示出的測試序列中的一個測試序列的測試的示例輸出；
[0019]圖8示出了根據(jù)各種實施方式的用于測量眼性前庭誘發(fā)肌源性電位(oVEMP)響應的設備；
[0020]圖9示出了根據(jù)各種實施方式的用于測量oVEMP響應的設備；
[0021]圖10A至圖10C示出了根據(jù)各種實施方式的用于測量頸性前庭誘發(fā)肌源性電位(cVEMP)響應和oVEMP響應的設備的若干視圖；
[0022]圖11示出了根據(jù)各種實施方式的用于測量患者響應的設備；
[0023]圖12A至圖12C示出了根據(jù)各種實施方式的用于觀看患者響應的圖形用戶界面；以及
[0024]圖13A至圖13C示出了根據(jù)各種實施方式的手持式電驅(qū)動致動器。
【具體實施方式】
[0025]如本文中所使用的，術(shù)語“重力感受器功能”可以指代前庭系統(tǒng)的操作，如提供重力、加速、減速、定向、平衡和移動的感知和監(jiān)控。術(shù)語還指代由于前庭系統(tǒng)的刺激產(chǎn)生的生理響應，如頸性前庭誘發(fā)肌源性電位(cVEMP)或眼性前庭誘發(fā)肌源性電位(oVEMP)。
[0026]如本文中所使用的，術(shù)語“刺激”可以指代施加給人以測量或測試人的內(nèi)耳的重力感受器功能的一系列獨立的力或脈沖?？梢杂墒┘咏o人(例如患者)的顱骨的機械沖擊來產(chǎn)生每個力，并且可以通過顱骨將每個力傳導至內(nèi)耳，以誘發(fā)人的前庭系統(tǒng)的生理響應。具有僅一個力的刺激的子集是單個刺激。
[0027]如本文中所使用的，術(shù)語“患者”可以指代接受骨傳導刺激或者他或她的內(nèi)耳的重力感受器功能正在被測量的任何人。
[0028]如本文中所使用的，術(shù)語“頸性前庭誘發(fā)肌源性電位”(其縮寫為“cVEMP”)可以指代在胸鎖乳突肌處測量的、對應于球囊的觸發(fā)的抑制性響應。
[0029]如本文中所使用的，術(shù)語“眼性前庭誘發(fā)肌源性電位”(其縮寫為“oVEMP”)可以指代在眼外肌(例如下斜肌)處測量的、對應于橢圓囊的觸發(fā)的刺激性響應。
[0030]如本文中所使用的，術(shù)語“顱骨”可以指代頭部的骨的子集，其包括額骨、頂骨和枕骨。
[0031 ] 在示例性實施方式中，方法和設備可以以不污染或干擾所產(chǎn)生的人的前庭系統(tǒng)的生理響應(即重力感受器功能)的測量的方式來向顱骨提供刺激。為了提供這樣的測量，可以以不產(chǎn)生耳的聽覺響應的方式來產(chǎn)生刺激。在本文中，本公開內(nèi)容的各種實施方式意識到，相對于現(xiàn)有技術(shù)中已知的傳統(tǒng)噪聲屏蔽和噪聲歸一化技術(shù)，(在不進行聽覺刺激的情況下進行的)骨傳導刺激可以產(chǎn)生更穩(wěn)健的內(nèi)耳中的重力感受器的響應。具體地，本公開內(nèi)容的各種實施方式認識到，聽覺系統(tǒng)的刺激可以產(chǎn)生內(nèi)耳中的重力感受器的響應，其會干擾和/或污染由骨傳導刺激產(chǎn)生的響應。這個聽覺系統(tǒng)的刺激可以被稱為“空氣傳導刺激”，并且是刺激鼓膜的聲波(即“空氣傳導”刺激)的結(jié)果，而不是通過顱骨被傳導至內(nèi)耳的由對顱骨的機械沖擊產(chǎn)生的力的結(jié)果。為了避免在骨傳導刺激過程中觸發(fā)耳的聽覺響應，本文中所公開的設備的實施方式可以以基本上無聲的方式操作。除了基本上無聲以外，各種實施方式可以被配置成以可伸縮沖擊強度傳送更多沖擊(比現(xiàn)有技術(shù)中已知的系統(tǒng)多高達500% )，從而實現(xiàn)比之前可實現(xiàn)的更高保真度的測量。因此，本文中所公開的實施方式可以有利于測試內(nèi)耳中的人類平衡感測感受器，并且更具體地有利于測試耳石響應。
[0032]本文中所公開的設備的各種實施方式可以是便攜式的，并且可以被配置用于快速部署。在現(xiàn)場測試中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，與傳統(tǒng)的聲學cVEMP和oVEMP系統(tǒng)相比，可以更快地執(zhí)行設備的各種實施方式。除了提供基本上無干擾或無污染的測量以外，各種實施方式可以使重力感受器足夠飽和而使得耳間差異更準確和一致，從而減少了測試之間的可變性。在 P.A.Wackym 等人的 Rapid cVEMP and oVEMP Responses Elicited by a Novel HeadStriker and Recording Device, 33 0T0L.NEUR0T0L.1392-1400 (2012)中已經(jīng)描述了這樣的飽和，其內(nèi)容通過引用合并于此。
[0033]在一些實施方式中，本文中所公開的方法和設備可以提供oVEMP響應和cVEMP響應的一致的且可快速部署的測量。具體地，各種實施方式可以被部署用于在相對于傳統(tǒng)方案較少的時間內(nèi)進行測量(或一系列測量)。
[0034]一方面，方法和設備可以提供眼外肌的動作電位(例如，oVEMP)的一致和可快速部署的測量。為了實現(xiàn)這樣的測量，設備可以適于快速地并且容易地座落在患者的面部的至少一部分之上(類似于面罩)。電極(或多個電極)可以從設備延伸并且可以被設置在至少一只眼睛的眼外肌的至少一部分之上。在一些實施方式中，其它傳感器(例如加速度計)可以被耦接至設備，并且可以提供對如下面所討論的歸一化和/或反饋有用的數(shù)據(jù)。設備和電極可以既不撞擊眼球或眼外肌，也不限制眼球的運動，并且因此可以提供與傳統(tǒng)方法相比更清晰和更穩(wěn)健的oVEMP響應的測量。
[0035]另一方面，方法和設備可以提供胸鎖乳突肌的動作電位(例如cVEMP)的一致的且可快速部署的測量。為了實現(xiàn)這樣的測量，設備可以提供在使患者前傾(即傾斜或彎腰)時用于患者下顎的放置區(qū)域。在這樣做的情況下，設備可以使患者以使胸鎖乳突肌的一部分收縮的方式彎曲他或她的頸部。cVEMP響應是抑制性響應，并且因此胸鎖乳突肌應在測量或測試過程中收縮以檢測抑制。通過提供幫助和/或支撐以減小測量過程中的應力，尤其對于某些患者(即受損或