CN102858404B - 具有电极矩阵的经皮电刺激装置 - Google Patents

Abstract

一种经皮电刺激装置包括刺激电极（11）的矩阵和电子电路（12）。所述刺激电极（11）分布在电极极板（10）上，其被配置为施加到人或动物体的皮肤区域上。受到所述矩阵覆盖的皮肤区域包括多个刺激响应表面区域（21）。将所述电子电路（12）耦合至所述刺激电极（11），其被配置为向所述刺激电极（11）的至少其中之一施加刺激信号，以刺激所述刺激响应表面区域（21）之一。所述矩阵内的刺激电极（11）的布置使得所述矩阵内的相邻刺激电极（11）之间的距离小于所述刺激响应表面区域（21）的直径。

Description

具有电极矩阵的经皮电刺激装置

技术领域

本发明涉及一种经皮电刺激装置，其包括分布在电极极板上的被配置为施加到人体或动物体的皮肤区域上的多个刺激电极的矩阵，被所述矩阵覆盖的皮肤区域包括多个刺激响应表面区域，所述装置还包括耦合至所述刺激电极的电子电路，其被配置为向所述刺激电极的至少其中之一施加刺激信号，以刺激所述刺激响应区域中的一个。

背景技术

例如，这样的电刺激装置用于机能电刺激（通常又被称为FES）领域和借助电刺激信号的疼痛缓解（通常又称为经皮电神经刺激或简称为TENS）领域。在FES和TENS中，都是向人体或动物体局部施加电信号，以激励神经系统的特定部分。有很多临床报告都涉及将TENS用于不同类型的症状，例如，下背部疼痛、筋膜炎和关节炎疼痛、交感神经传导痛、膀胱失禁、神经原痛、内脏痛和术后疼痛。TENS是在皮肤的表面上（=经皮）施加电刺激，其主要用于疼痛缓解。借助某一类以频率、脉冲持续时间和幅度为特征的电波形，通过外表面电极施加TENS。电刺激也用于其他用途，例如，使受到刺激的肌肉组织收缩的电肌肉刺激。

具体而言，向经受电刺激的人或动物的皮肤上局部施加小的电流。已经发现这样的电刺激具有各种有利的作用。如上所述，疼痛缓解就是已知的有利作用之一。此外，已经发现，电刺激能够激活肌肉组织，并且可以激发伤口的愈合。为了取得最佳的有利作用，向人或动物皮肤上的具体的最佳位置施加电信号。

本发明是针对将TENS应用于患有关节炎的膝盖而描述的，但是本发明并不局限于这一应用或身体部分。在遵医嘱采用TENS治疗疼痛的膝盖时，临床医生往往将基于标准疗法根据固定的规程施加刺激电极，而不是采用针对个体指定的方案。根据不以患者的个人需要为基础的规程要将刺激电极放置在膝盖的周围。此外，患者必须记住理疗医生告诉过他或者给他示范过的内容，从而在家独自放置所述刺激电极。如果其关节内的疼痛区域发生了变化，那么患者必须自己弄清楚怎样将新的疼痛区域作为目标，或者必须回去找理疗医生。

本发明的目的

考虑到上述内容，需要一种根据开头段落的电刺激装置，所述装置允许对这些区域进行刺激，从而使这些区域可以从这样的刺激中受益。

发明内容

根据本发明的第一方面，这一目的是通过分布在电极极板上的刺激电极的矩阵和耦合至所述刺激电极的电子电路实现的，所述矩阵被配置为施加到人体或动物体的皮肤区域上，受到所述矩阵覆盖的皮肤区域包括多个刺激响应表面区域，所述电子电路被配置为向所述刺激电极的至少其中之一施加刺激信号，以刺激所述刺激响应表面区域之一，所述矩阵中的刺激电极的布置使得所述矩阵中的相邻刺激电极之间的距离小于刺激响应表面区域的直径。

已知，对具体的皮肤区域的刺激可以在身体其他某处的对应部分产生电生理学效应。不同的刺激响应表面区域（简称刺激区域）对应于不同的“作用区带”（即，对具体的皮肤区域的刺激产生效果的对应身体部分）。在已知的TENS装置中，医生利用这一知识将相对较大的电极施加到患者皮肤上的正确位置上。电极的正确位置取决于需要（例如）疼痛缓解的作用区带。如上所述，这一方案可能带来问题，例如，当患者以后在家里不得不自己放置电极的时候，或者当需要疼痛缓解的区域发生变化的时候。根据本发明，这一问题是通过使用覆盖多个刺激点的电极矩阵以及耦合至所述电极从而向所选电极中的一个或多个施加刺激信号的电子电路解决的。之所以确保了电极极板的正确放置是因为所述矩阵中的电极的布置使得每一刺激区域都受到至少一个电极表面的相当大的部分的覆盖。为了获得这样的覆盖，相邻电极之间的距离必须小于刺激区域的直径。在所述刺激区域被两个、三个或更多刺激电极的部分覆盖时，每一叠加电极的覆盖可以小于只有一个刺激电极覆盖所述刺激区域时的情况。

在优选实施例中，所述矩阵中的电极的尺寸和布置使得不管电极极板的确切放置如何，刺激区域都被至少总量对应于一个刺激电极的表面积的电极表面所覆盖。例如，所述刺激区域可以被至少一个完整的电极覆盖，或者被至少两个单独的半个电极覆盖。

在本发明的可能的疼痛缓解应用当中，将矩阵中的刺激电极划分成至少两个刺激电极群集，每一群集与具体的疼痛区域相关。因此，将所述电子部件编程为刺激某一群集，从而在对应的疼痛区域内引起疼痛缓解。刺激某一群集意味着激励所述群集中的至少一个刺激电极。可以以人工方式或者通过由电子电路执行的算法选择所要激励的电极。由于生理变化的原因，电极的选择可能随着时间的推移而需要调整。也可以人工或自动执行这样的调整。在疼痛的确切位置发生了变化时，可以对电子部件重新编程，以激励另一群集中的其他电极，从而在新的疼痛区域内引起疼痛缓解。

优选将所述电极极板集成到支具或衣物内，以促进电极的正确放置。在使支具或衣物的使用与具体电极或电极群集的选择性刺激相结合时，向正确的刺激点施加电流的机会非常高。可以基于电皮肤特性和/或用户反馈完成刺激点的选择。例如，在Philips的专利申请WO 1999/052588A1和WO 2009/138961中描述了这样的选择方法。

本发明的这些和其他方面将通过下文描述的实施例变得显而易见，并将参考其得到阐述。

附图说明

在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的经皮电刺激装置，

图2示出了根据本发明的方形电极布置，

图3示出了根据本发明的三角形电极布置，

图4示出了具有刺激区域和对应于疼痛缓解区域的人的膝盖，

图5示出了用于找到刺激点的试验的试验结果，

图6示出了被划分成了具体的疼痛区域的疼痛缓解区域，

图7示出了图4的试验结果外加刺激点和疼痛缓解区域之间的关系，

图8示出了图4和图7的试验结果连同方形栅格电极矩阵布置，

图9示出了图4和图7的试验结果连同三角形栅格电极矩阵布置，以及

图10示出了根据本发明的示范性电极极板。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的经皮电刺激装置。所述装置包括具有多个刺激电极11的电极极板10。电极11按照矩阵布置。在这一示范性实施例中，所述矩阵是具有3×5个电极11的矩形栅格。所述电极11耦合至电子电路12。将所述电子部件配置为向选择的电极11或者电极11构成的群集施加刺激电流或电压。

将电极极板10施加到人或动物皮肤上的计划进行电刺激的位置。可以将电刺激用于不同的目的。在下文中，通过举例讨论了采用电刺激在人的膝盖中缓解疼痛。然而，本发明不限于这样的应用。在向一个或多个选定电极11施加刺激电流或电压时，刺激处于电极极板下的皮肤区域上的刺激点。这一刺激将在膝盖的特定部分内实现疼痛缓解。发生疼痛缓解的区域未必直接处于刺激点的下面或者接近所述刺激点，其通常稍微远一些。在选择了一个或多个电极11激发刺激点时，可以将电极极板10的其他电极或者可以将外部电极极板用作反电极。

图2示出了根据本发明的方形电极布置。在本范例中，将电极11布置在方形或矩形栅格22的拐角点上。电极11的布置和尺寸使得电极极板10下面的皮肤上的刺激响应表面区域（=刺激区域）21至少部分被一个或多个电极11覆盖，因为两个相邻电极11之间的间隔小于刺激区域21的表面的直径。刺激响应区域21并非是人的皮肤上的单个点，而是人的皮肤上的通过刺激实现了间接疼痛缓解感受的小的区域。

在试验研究中确定了膝盖区域中的刺激区域的平均尺寸为300mm²左右，其对应于直径大约为20mm的圆形区域。所述300mm²的表面面积是针对所有受到测试的刺激点的平均值。应当注意，一些刺激点可能要小得多。可以决定忽略这样的小刺激点。为了确保较小的刺激区域21也被电极11覆盖，可以选择使电极11之间的距离甚至更小。

在优选实施例中，矩阵中的电极11的尺寸和布置使得不管刺激区域21相对于栅格22的位置如何都使电极表面11对刺激区域21的覆盖至少等于一个电极11的表面积。在图2所示的例子中，最小的重叠也还要比一个完整的电极表面11大。

图3示出了根据本发明的三角形电极布置。在这一例子中，将电极11布置到三角形栅格32的拐角点上。电极11的布置和尺寸使得电极极板10下面的皮肤上的刺激点21至少部分被一个或多个电极11覆盖，因为两个相邻电极11之间的间隔小于刺激点21的表面积。在这一例子中，刺激区域21和电极11之间的重叠总是至少等于一个电极11的表面积。

图4示出了具有刺激区域52和对应的疼痛缓解区域53的人体膝盖。刺激点远离疼痛区域，对于每个个体而言其所处位置略微不同，但是仍然处于所定义的区域内。图5示出了用于在不同的个体当中寻找刺激点41的试验的试验结果。所述结果是通过对20个对象进行测试的试验获得的。在主要处于邻近膝盖的位置上的刺激区域52内寻找刺激点41。在试验当中，在疼痛缓解区域53内感受到了疼痛缓解，所述区域部分处于膝盖周围，部分处于膝盖的远侧。采用股骨的两个末端54作为定义刺激区域52和疼痛缓解区域53的参考点。

所述试验性测量得到了刺激位置以及与之伴生的发生了疼痛缓解的区域的数据集。确定刺激响应表面区域的位置和尺寸。图4的图示示出了在三个不同的日期针对20个人记录的刺激点41的位置。刺激点41的位置是相对于在膝盖中心之上的某处（0,0）相互交叉的两条轴定义的。正x值对应于更加接近内侧膝盖的位置，负x值对应于更加接近外侧膝盖的位置。类似地，正y值对应于远离小腿的位置，负y值对应于更加接近小腿的位置。

图6示出了被划分成了4个具体的疼痛区域62A、B、C和D的疼痛缓解区域。这一4个单独区域62的分割只是一个例子。作为替代，还可以采用不同的得到4个区域62的分割方式或者采用得到不同数量的单独区域62的分割方式。

图7示出了图4的试验结果外加刺激点41和疼痛缓解区域62之间的关系。在该图中，图4的刺激点41相对于图6所示的对应疼痛缓解区域62A、B、C、D存在群集。找到了四个刺激点41的群集71A、B、C、D。每一群集71A、B、C、D中的大多数点41在对应的疼痛缓解区域62A、B、C、D中产生了疼痛缓解。

图8示出了图5和图7的试验结果连同方形栅格电极矩阵布置。采用刺激电极11填充每一群集71A、B、C、D。可以有选择地单独激励这些具有刺激电极11的群集71A、B、C、D，从而在一个或多个不同的疼痛缓解区域62A、B、C、D中实现疼痛缓解。激励一个群集71是指采用其电极11的至少其中之一作为工作刺激电极11。反电极可以是来自同一群集的或者来自另一群集71的一个或多个电极11，或者可以是不属于刺激群集71的专用反电极或电极群集。

在图9的替代实施例中，采用三角形栅格电极矩阵布置。在优选实施例中，所采用的这样的三角形布局具有大约5-10mm的电极11之间的边到边距离以及大约10mm的电极直径。

图10示出了根据本发明的示范性电极极板10。电极极板10包括具有矩阵布置的电极11。相邻电极11之间的距离要足够小，从而确保要附着电极极板10的皮肤部分上的所有或大部分刺激点都受到覆盖。通过将电极11耦合到电子部件12上使得刺激电流或电压能够被施加到所选定的单独刺激电极11上或者施加到刺激电极11的群集上。根据疼痛区域，电子部件12选择要在对应于疼痛区域的群集激励的一个或多个刺激电极11。电极11的选择可能涉及用户交互。可以将电极极板10集成到支具或者衣物内，以提高将电极极板10正确地放置到人或动物皮肤上的可能性。

应当注意，上述实施例旨在对本发明进行举例说明，而不是对其做出限制，并且本领域技术人员能够在不背离所附权利要求的范围的情况下设计出很多替代实施例。在权利要求中，不应当将任何放置在括号内的附图标记解释为限制所述权利要求。动词“包括”及其词形变化的使用不排除权利要求中陈述的以外的元件或步骤的存在。元件前的单数冠词“一”不排除存在复数个这样的元件。可以利用包括若干分立元件的硬件，也可以利用适当编程的计算机实现本发明。在列举了若干机构的装置权利要求中，可以通过同一件硬件实施这些机构中的若干个。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实不表示不能有利地采用这些措施的组合。

Claims (7)

1.一种用于在人体或动物体的具体疼痛区域内带来疼痛缓解的经皮电刺激装置，所述装置包括：

-   分布在电极极板（10）上的刺激电极（11）的矩阵，其被配置为施加到人体或动物体的皮肤区域上，被所述矩阵覆盖的所述皮肤区域包括多个刺激响应表面区域（21），以及

-   耦合至所述刺激电极（11）的电子电路（12），其被配置为向所述刺激电极（11）的至少其中之一有选择地施加刺激信号，以刺激所述刺激响应表面区域（21）之一，

其中

所述矩阵中的刺激电极（11）的布置使得所述矩阵中相邻刺激电极（11）之间的距离小于20mm，并且

其中，将分布在所述电极极板（10）上的矩阵中的刺激电极（11）划分成至少两个刺激电极（11）的群集（71），每一群集（71）与具体疼痛区域之一相关，其中各个群集能够被独立地且有选择地激励从而在一个或多个具体疼痛区域中实现疼痛缓解。

2.根据权利要求1所述的经皮电刺激装置，其中，所述矩阵内的相邻刺激电极（11）之间的距离处于5-10mm的范围内。

3.根据权利要求1所述的经皮电刺激装置，其中，所述刺激电极（11）按照矩形栅格（22）布置。

4.根据权利要求1所述的经皮电刺激装置，其中，所述刺激电极（11）按照三角形栅格（32）布置。

5.根据权利要求1所述的经皮电刺激装置，其中，将所述电子电路（12）配置成，在将所述刺激信号施加到所述刺激电极（11）的至少其中之一上时，其他的刺激电极（11）起着反向电极的作用。

6.根据权利要求1所述的经皮电刺激装置，其中，将所述电极极板（10）集成到支具或衣物内。

7.根据权利要求1所述的经皮电刺激装置，还包括用于确定电皮肤特性的机构，并且其中，所要激励的刺激电极（11）的选择以所测得的电皮肤特性为基础。