專利名稱：皮層刺激器的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及皮層刺激器等。
背景技術(shù)：
皮層刺激作為手術(shù)前工作的一部分已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年，具有良好的文字記錄并被臨床接受。皮層刺激通常是在病人的腦部外科手術(shù)期間或者在通過(guò)顱骨內(nèi)電極長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)期間，通過(guò)由雙極探針傳遞兩相恒定電流脈沖來(lái)對(duì)灰質(zhì)進(jìn)行直接刺激的方式完成。功能性大腦分區(qū)標(biāo)識(shí)大腦的關(guān)鍵功能區(qū)域，包括運(yùn)動(dòng)區(qū)，其控制活動(dòng)；機(jī)體感覺(jué)區(qū)，其控制感覺(jué)；表達(dá)和接納語(yǔ)言區(qū)，其控制語(yǔ)言和理解。通過(guò)對(duì)大腦分區(qū)，神經(jīng)外科醫(yī)生能夠在腫瘤或癲癇病灶切除術(shù)和可能影響病人生活質(zhì)量的對(duì)于關(guān)鍵大腦區(qū)域的潛在危害之間取得平衡。通過(guò)網(wǎng)格電極的刺激通常不便于應(yīng)用，因?yàn)殡姌O必須通過(guò)交換機(jī)或通過(guò)手動(dòng)在從放大器到刺激器和從刺激器到放大器之間來(lái)回切換，其為勞動(dòng)密集型且非常容易出錯(cuò)。此外，顯示發(fā)作、間歇性發(fā)作以及功能性反應(yīng)方面的刺激結(jié)果的大腦分區(qū)表通常由手工繪制。因此存在對(duì)于具有電子電極切換、刺激能力、軟件集成和/或報(bào)告產(chǎn)生功能的皮層刺激器的需求和期望。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例有利地提供了一種具有電子電極切換、刺激能力、軟件集成和/或報(bào)告產(chǎn)生功能的皮層刺激器。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種皮層刺激器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括刺激設(shè)備，其具有構(gòu)造為選擇性地控制各種電極的開(kāi)關(guān)；以及用戶接口設(shè)備，其可操作地連接到刺激設(shè)備，用于控制電子開(kāi)關(guān)和刺激設(shè)備，所述皮層刺激器系統(tǒng)被構(gòu)成用于提供所提供的刺激的報(bào)告。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，可以提供一種操作皮層刺激器的方法。該方法可以包括將一組探針連接到皮層刺激器，選擇要發(fā)送到該探針組的信號(hào)的有關(guān)參數(shù)，將信號(hào)發(fā)送到該探針組；觀察當(dāng)信號(hào)發(fā)送到探針時(shí)大腦與該探針組相接觸的對(duì)象的反應(yīng)，將觀察到的反應(yīng)輸入皮層刺激器，將該反應(yīng)和具體的探針組進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并產(chǎn)生描述反應(yīng)及其相關(guān)聯(lián)的探針的報(bào)告。在具體解釋本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不受限于在后續(xù)說(shuō)明以及附圖中限定的具體結(jié)構(gòu)和元件排列中的應(yīng)用。除了文中所描述的實(shí)施例，本發(fā)明還能夠采用其它實(shí)施例并能夠以各種方式實(shí)現(xiàn)和實(shí)行。另外應(yīng)當(dāng)理解，本文采用的用語(yǔ)和術(shù)語(yǔ)以及摘要是用于描述的目的而不應(yīng)該視為限制。 因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，本公開(kāi)所基于的概念能夠被用作設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明各種目的的其他結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，重要的是，權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)視為包括這些不超出本發(fā)明的精神和范圍的等同構(gòu)成。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的皮層刺激器的透視示意圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的刺激控制單元的透視示意圖3為圖2的刺激控制單元的底面示意圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的與刺激控制單元相關(guān)聯(lián)的電子器件的框圖5是在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的皮層刺激器的一部分的透視示意圖6是圖5所示的那部分皮層刺激器的底面透視示意圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的刺激切換單元的框圖8為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的兩相波形的示圖9為OR探針兩相模式下的皮層刺激器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖10為電極兩相模式下的皮層刺激器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖11為電極兩相模式下的皮層刺激器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖12為電極兩相模式下的皮層刺激器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖13為獨(dú)立配置的皮層刺激器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖14為包括計(jì)算機(jī)的皮層刺激器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖15為包括膝上型計(jì)算機(jī)的皮層刺激器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖16示出了錯(cuò)誤代碼表和錯(cuò)誤代碼的含義；
圖17為示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的皮層刺激器系統(tǒng)的放大器的透視示意圖，并且示出了放大器的局部放大；圖18示出了用于圖17中示出的放大器的通道選擇器的各種設(shè)置；圖19為一個(gè)表格，示出了 LED燈配置，用于指示當(dāng)用于圖17中示出的放大器的通道被激活時(shí)，將會(huì)發(fā)光的LED燈；圖20為用于闡明操作皮層刺激器的方法中的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式在接下來(lái)的具體說(shuō)明中，對(duì)附圖做出了參考，其形成了本文一部分并且通過(guò)圖示給出了本發(fā)明可能實(shí)施的具體實(shí)施例。這些實(shí)施例被充分的描述從而使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)ζ溥M(jìn)行實(shí)施，并且能夠理解，可以利用其結(jié)構(gòu)，邏輯，處理和電氣發(fā)生了改變的其它實(shí)施例。所描述的處理步驟僅是一個(gè)例子，這些步驟的順序不限于本文設(shè)定的順序，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，除了必須以特定順序出現(xiàn)的步驟之外，步驟的順序可以進(jìn)行改變。本發(fā)明皮層刺激器的實(shí)施例包括一種集成了硬件和軟件的完整系統(tǒng)，用于在監(jiān)測(cè)病人實(shí)時(shí)電生理反應(yīng)的腦電圖(EEG)時(shí)，提供利用刺激脈沖序列的全面的兩相恒定電流刺激。這個(gè)完整的系統(tǒng)可以結(jié)合電子選擇例如上至128網(wǎng)格和/或條狀電極中的任何一對(duì)的能力。刺激初始化和其他的參數(shù)可以由硬件或者軟件控制面板來(lái)控制。
現(xiàn)在將參考說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中全文中相似的附圖標(biāo)記指示相似的部分。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的皮層刺激器的透視示意圖。皮層刺激器100可以包括刺激控制單元110、第一放大器120、刺激切換單元(SSU) 130以及第二放大器140。圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的刺激控制單元的透視示意圖。刺激控制單元(SCU) 110 可以包括狀態(tài)指示器202，用于顯示刺激器100的當(dāng)前狀態(tài)。各種狀態(tài)條件可以包括設(shè)置模式、就緒模式和刺激進(jìn)行(其中刺激實(shí)際上可能正在進(jìn)行)模式。在刺激控制單元110上的設(shè)置選擇器204可以允許用戶改變刺激控制單元110的參數(shù)。例如，對(duì)于S⑶110的一些改變可以包括在探針兩相和電極兩相模式(這些模式將在下文討論)之間改變。在數(shù)值和圖像剪輯之間進(jìn)行選擇，來(lái)自SCU 110的語(yǔ)言消息列表將會(huì)顯示出來(lái)。SCU 110可以包括脈沖頻率選擇器206，用于查看和/或設(shè)置傳輸脈沖的速率。通常的速率為50HZ，但是也可以使用其他的速率。S⑶110可以包括脈沖持續(xù)時(shí)間選擇器208，用于查看和/或設(shè)置每個(gè)脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度。實(shí)際的脈沖長(zhǎng)度可以為脈沖持續(xù)時(shí)間的兩倍。示例性脈沖持續(xù)時(shí)間可能變化范圍為 100-1000微秒，但是也可以使用其他的持續(xù)時(shí)間。序列持續(xù)時(shí)間選擇器210可以用于查看和/或設(shè)置最大刺激持續(xù)時(shí)間。通常的序列持續(xù)時(shí)間為5s，雖然也可以使用其他的持續(xù)時(shí)間?？梢赃x擇單個(gè)序列持續(xù)時(shí)間或者外部控制觸發(fā)器(例如通過(guò)連接到SCU 110的計(jì)算機(jī))。刺激控制單元110可以進(jìn)一步包括電極通道選擇器212、214。電極通道選擇器 212、214可以用于從陽(yáng)極到陰極或者反方向地切換探針或電極。在一些實(shí)施例中，通道選擇器212、214可以在64個(gè)通道或者在第二 SSU(接下來(lái)給出進(jìn)一步的解釋)連接到S⑶110 時(shí)的1 個(gè)通道之間進(jìn)行選擇。選擇一個(gè)通道將會(huì)選擇哪個(gè)電極將會(huì)接收刺激。一旦通道選擇器212和/或214被激活，旋轉(zhuǎn)選擇器旋鈕2 將會(huì)選擇一個(gè)通道。S⑶110配備有一組刺激選擇器216，用于設(shè)置應(yīng)用到病人的電流強(qiáng)度。上至8毫安培或者小一些為通常的基準(zhǔn)線，雖然其他的強(qiáng)度也能使用。選擇器旋鈕2 可以用于在激活刺激選擇器216之后調(diào)整電流的值。傳輸刺激指示器218顯示傳輸?shù)讲∪说拇碳?qiáng)度。LED可以發(fā)光以指示何時(shí)刺激被傳輸。刺激確認(rèn)選擇器220可以將所選擇的刺激應(yīng)用到內(nèi)部負(fù)載(圖中沒(méi)有示出)， 用于確認(rèn)正確的操作。在一些可選實(shí)施例中，當(dāng)開(kāi)啟這個(gè)特征的時(shí)候LED燈可以發(fā)光。實(shí)際傳輸?shù)碾娏鞅伙@示到傳輸刺激顯示區(qū)域。刺激控制單元110可以進(jìn)一步包括標(biāo)記通道選擇器222，用于指示選擇了哪個(gè)通道或者哪幾個(gè)通道。當(dāng)選擇通道時(shí)用戶可以按下標(biāo)記通道選擇器222。S⑶110具有一個(gè)開(kāi)始選擇器224，用于刺激脈沖(序列或單個(gè))的傳輸。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)始選擇器224 只在皮層刺激器100處于“就緒狀態(tài)”的時(shí)候起作用，例如準(zhǔn)備好提供皮層刺激并且沒(méi)有使用外部觸發(fā)器功能。SCU 110可以包括一個(gè)發(fā)作干擾選擇器226。激活之后，發(fā)作干擾選擇器2 可以重復(fù)脈沖序列中的第一個(gè)脈沖。選擇器輸入2 可以允許用戶通過(guò)各種選擇器或指示器中的一些在各種不同的選項(xiàng)中滾動(dòng)，例如通過(guò)電極通道選擇器212、214以及設(shè)置刺激選擇器216。停止選擇器230可以中斷刺激。觸發(fā)輸入232、觸發(fā)輸出234和同步連接輸入236可以允許對(duì)刺激控制單元110進(jìn)行外部控制。串行端口 238可以允許外部接口到其他設(shè)備或者計(jì)算機(jī)的串行連接。USB端口 240可以允許外部接口的USB連接，例如用于服務(wù)診斷和可選地用于計(jì)算機(jī)接口。遠(yuǎn)程開(kāi)始/停止端口 242可以允許對(duì)皮層刺激器100的開(kāi)始和/或停止進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。刺激控制單元110可以進(jìn)一步包括顯示器對(duì)4，用于顯示任何用戶操作所必需的信息和/或參數(shù)，所述信息包括由任何上述描述的指示器和選擇器產(chǎn)生的任何信息。該顯示器244可以是例如液晶顯示器(IXD)。圖3為圖2的刺激控制單元的底面示意圖。刺激控制單元110可以進(jìn)一步包括電源開(kāi)關(guān)250和電源連接252。應(yīng)當(dāng)可以理解，圖2和圖3中的任何元件可以位于任何合適的位置。圖示的元件不限于示出的這些位置、尺寸、或者幾何構(gòu)型。例如，盡管選擇器輸入228 作為旋鈕示出，但是其也可以是搖桿、滾輪、箭頭按鈕或者其他適合于所需功能的任何輸入
直ο圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的刺激控制單元110的框圖。刺激控制單元110可以包括前端面板膜片301，選擇器202-230可以位于其上。應(yīng)該能夠理解，膜片上的標(biāo)記可以是圖形或者任何合適語(yǔ)言的文字。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，同時(shí)提供了文字和圖形，從而對(duì)于文字書(shū)寫所用的語(yǔ)言不熟悉的用戶可以理解并操作皮層刺激器100。前端面板膜片 301的輸入可以饋入至少一個(gè)用于去抖和穩(wěn)定用戶輸入的去抖電路302。可編程邏輯器件 (PLD) 303，例如復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)，可以通過(guò)去抖電路302接收來(lái)自上述指示器和選擇器的輸入，或接收直接來(lái)自前端面板膜片301的輸入。可以在PLD 303和處理器(uP) 304之間傳遞地址、數(shù)據(jù)和控制信息，用于控制刺激控制單元110的操作。處理器304也可以控制顯示器M4。選擇器輸入2 可以直接提供到處理器304的輸入。處理器304可以提供輸出到正刺激與邏輯307和負(fù)刺激與邏輯308， 其提供了到兩相刺激器309各自的正負(fù)輸入。PLD 303可以電子連接到觸發(fā)器輸入和觸發(fā)器輸出連接器輸入232、234。當(dāng)電源開(kāi)關(guān)250設(shè)置為“ON”位置時(shí)，通過(guò)電源連接252提供能源，其可以通過(guò)其他的電路傳遞到直流到直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器313。這個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器將接收的電壓電平(例如+15V)轉(zhuǎn)換成兩相刺激器309要求的電壓電平(例如+150V)。這個(gè)兩相刺激器309基于 PLD 303和處理器304發(fā)出的控制向病人提供刺激。如圖4所示，一個(gè)PSU同步420可以連接到CPLD 303。ADC 422可以位于電流感應(yīng)似4和微處理器304之間。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例可以包括隔離電路426，用于減少類似于SCU 110到對(duì)象的電流泄漏。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，隔離電路(也可以稱為阻隔電路)可以阻止電流泄漏到和構(gòu)造用于接收電流的電極相關(guān)聯(lián)的放大器輸入。這個(gè)阻隔或者隔離特征可以使得更多的電流用于接收電流的電極，以及更短的放大器恢復(fù)時(shí)間。隔離電路似6可以包括連接到SSU接口 248和光隔離器430的RS485收發(fā)器428。 光隔離器430接收來(lái)自微處理器304的串行端口的輸入。光隔離器432可以接收微處理器控制信號(hào)和輔助+3. 3V輸入。光隔離器434可以接收CPLD控制信號(hào)和輔助+3. 3V輸入，還可以連接到開(kāi)關(guān)、限流器438和24V或者100V鉗位器440，以及一個(gè)通道標(biāo)記438，如圖所示。隔離5V電源436也可以是隔離電路426的一部分。雖然這里描述了示例電壓，但是應(yīng)該可以理解，根據(jù)本發(fā)明也可以使用其他的電壓。在S⑶110中使用的微處理器304運(yùn)行多個(gè)任務(wù)。例如，微處理器304可以在輸出端提供士24V直流電壓、設(shè)定刺激程度、請(qǐng)求正刺激脈沖、請(qǐng)求負(fù)刺激脈沖、使能輸出延遲從而輸出刺激電流，以及通過(guò)內(nèi)置的16位ADC監(jiān)控刺激電流。微處理器還監(jiān)控前端面板開(kāi)關(guān)202-230的狀態(tài)、監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)編碼器和相關(guān)開(kāi)關(guān)的位置以及IXD 244上的當(dāng)前信息。微處理器304可以和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)交互從而驗(yàn)證參數(shù)設(shè)置并返回狀態(tài)信息。微處理器304可以和SSU 130交互從而設(shè)置SSU130的配置并監(jiān)測(cè)SSU 130的狀態(tài)。微處理器304還可以監(jiān)測(cè)刺激程度和+12V以及-15V電壓線。微處理器將通過(guò)其外部存儲(chǔ)器接口訪問(wèn)IXD 249和CPLD (復(fù)雜可編程邏輯器件 303)組件。假設(shè)微處理器304為功能性的，將能夠檢查操作狀態(tài)。在刺激器被激活之前，微處理器304將檢查由16位DAC設(shè)置的刺激程度是否在預(yù)期的水平。微處理器304可以監(jiān)測(cè)刺激器輸出電流，即使不需要被刺激。如果輸出電流沒(méi)有處在預(yù)期的輸出電流的設(shè)置百分比范圍內(nèi)，微處理器304將關(guān)掉刺激器電路并且給光MOS 繼電器斷電。微處理器304可以具有電源電壓監(jiān)測(cè)器，其可以用于在3. 3V電壓軌超過(guò)預(yù)期范圍的事件時(shí)中止處理器。微處理器304通過(guò)定時(shí)器定期(每10微秒)中斷。在中斷服務(wù)程序的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，微處理器304刷新CPLD 303內(nèi)的寄存器。如果這個(gè)過(guò)程沒(méi)有發(fā)生，CPLD 303將能夠通過(guò)關(guān)掉刺激器輸出級(jí)的一些光mos繼電器從而中斷任何電流。兩個(gè)來(lái)自CPLD 303的刺激使能輸出也可以被關(guān)掉，進(jìn)而可以阻止任何由微處理器304產(chǎn)生的刺激器脈沖產(chǎn)生任何進(jìn)一步的效果。同樣處在刺激控制單元110中的復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD) 303用于將多個(gè)信號(hào)接入微處理器304并監(jiān)測(cè)其操作。CPLD 303將通過(guò)抑制微處理器304產(chǎn)生的刺激脈沖并對(duì)刺激器之一輸出繼電器斷電禁用刺激器。CPLD 303自身具有用于定時(shí)的參考振蕩器，使其獨(dú)立于微處理器系統(tǒng)時(shí)鐘。CPLD 303還可以監(jiān)測(cè)任何刺激的頻率和持續(xù)時(shí)間。刺激器配置被寫入CPLD 303 中的寄存器，這些寄存器的內(nèi)容都是用于展示在LCD244上的數(shù)據(jù)。后者的處理確保在微處理器304內(nèi)部的存儲(chǔ)器中的任何缺陷，不會(huì)在沒(méi)有被在本地模式中操作該單元的用戶或者遠(yuǎn)程查詢刺激控制單元110的單元注意到的情況下，被傳播到CPLD 303。當(dāng)刺激正在進(jìn)行的過(guò)程中，CPLD 303將會(huì)檢查是否微處理器304正在產(chǎn)生預(yù)期的脈沖序列。如果微處理器304偏離了期望，CPLD 303將關(guān)閉其兩個(gè)刺激使能輸出，并由此阻止任何由微處理器304產(chǎn)生的刺激器脈沖產(chǎn)生任何進(jìn)一步的效果。CPLD 303也將關(guān)閉輸出級(jí)的一些光MOS繼電器。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的皮層刺激器的一部分的側(cè)面透視示意圖。刺激切換設(shè)備400可以包括第一放大器120、刺激切換單元(SSU) 130、網(wǎng)前箱140、以及通過(guò)刺激切換單元130向刺激切換設(shè)備400提供輸入的第一和第二電纜連接器410、420。如圖6所示，在刺激切換設(shè)備400的底部442有多個(gè)終端444。多個(gè)終端444構(gòu)造用于提供各種電極(圖6中沒(méi)有示出)可以插入的地方。這些電極可以是格狀、矩陣狀或條狀電極的一部分。電極可插在正經(jīng)歷刺激過(guò)程的對(duì)象的大腦上。圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的刺激切換單元130的框圖。刺激切換單元130可以包括叢網(wǎng)前盒140引入的網(wǎng)前輸入501。刺激切換單元130的輸出502可以在第四輸出464 處提供給放大器(例如第一個(gè)放大器120)。在所示示例中，具有介于一(1)到六十四(64) 之間的輸入/輸出組(例如通道)。低壓差(LDO)穩(wěn)壓器504可以接收來(lái)自刺激器輸入503的輸入。刺激器輸入503 可通過(guò)通信信道505 (例如RS-485通信通道)與處理器506通信。該處理器506可與第一光MOS陣列507通信，第一光MOS陣列507是可以使用較短的光傳輸路徑在電路元件之間傳輸信號(hào)并同時(shí)保持它們的電氣隔離的光隔離器。也可以使用晶體管或其他開(kāi)關(guān)陣列。BCD SEl開(kāi)關(guān)和發(fā)光二極管(LED) 519也可操作地連接到控制器506。第一輸入/輸出(I/O)擴(kuò)展508可以可通信地連接到處理器506，以將信號(hào)提供到第一光MOS陣列507。可以通過(guò)刺激輸入203將參考電壓REF (例如5V)提供到第一光MOS陣列507。上述元件503-508可以提供在第一電路板446上。雖然元件503-508中的一部分可選地被包括第二電路板448 上。來(lái)自光MOS陣列507的輸出可以和來(lái)自網(wǎng)前輸入510的輸出在第二輸出450處結(jié)合， 例如在100針的板對(duì)板連接器上結(jié)合?？梢詫⒌诙敵?50提供到第一凸/凹接口 510。第二光MOS陣列512也可以接收來(lái)自處理器506的輸出452。第二光MOS陣列512可以提供輸出454，其可以通過(guò)凸/凹接口 510到第二凸/凹接口 520來(lái)與輸出456結(jié)合。第二凸/凹接口 520可以將輸出458提供到第三I/O擴(kuò)展521，其可以將輸出460 提供至第三光MOS陣列522?？梢詫?lái)自第二凸/凹接口 520的輸出462提供為到第三光 MOS陣列522的第二輸入，其可以包括負(fù)載523(例如具有電阻值為80千歐的寄存器)。第三光MOS陣列522可以提供第四輸出464，例如可以在100針的板對(duì)板連接器上提供?？梢栽诘谌娐钒?66上提供第三I/O擴(kuò)展521和第三光MOS陣列522。圖8描繪了示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的兩相波形468的示圖。兩相波形468是具有正負(fù)電壓的脈沖，用于在幾個(gè)毫秒的周期里刺激病人。應(yīng)當(dāng)可以理解，電壓電平、脈沖時(shí)間、 和初始方向，即正的或負(fù)的電壓，可以在本發(fā)明的范圍中根據(jù)特定應(yīng)用的要求進(jìn)行調(diào)整。本文描述的皮層刺激器系統(tǒng)可以在至少兩個(gè)基本模式下使用。第一個(gè)模式可以稱為OR探針雙相模式，第二個(gè)模式可以稱為電極模式。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“探針”和“電極” 被交替使用，并不意味著相互排斥。當(dāng)一組探針(陰極和陽(yáng)極，如圖14中470所示)在使用過(guò)程中被從對(duì)象的大腦上的一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置時(shí)，可以使用OR探針雙相模式。在電極模式，一系列的探針(或電極)已連接到對(duì)象的大腦。該一系列的探針可以構(gòu)造為成對(duì)的(陰極和陽(yáng)極)，并排列為網(wǎng)格、矩陣或條狀。該一系列的探針可以固定到測(cè)試對(duì)象的大腦從而使得測(cè)試對(duì)象移動(dòng)時(shí)其可以保持在原位。在某些情況下，該一系列的探針可以更早放置并且在皮層刺激流程之前的流程中使用。軟件圖形用戶界面(GUI)可以展示大腦視圖上示出的網(wǎng)格/條狀電極陣列。GUI 提供了使用易用性?？梢酝ㄟ^(guò)指向和點(diǎn)擊GUI中圖示的特定電極來(lái)選擇成對(duì)的電極用于進(jìn)行刺激。在開(kāi)始刺激時(shí)，EEG采集窗口可以立即打開(kāi)，允許主治醫(yī)生即時(shí)的查看任何包括被激發(fā)的電極對(duì)的所有電極上與發(fā)作相關(guān)的、發(fā)作和間歇發(fā)作的活動(dòng)(如“放電后”、發(fā)光、發(fā)作)。發(fā)作/間歇發(fā)作的標(biāo)注可以直接做到由觀察到的EEG活動(dòng)所指示的相關(guān)電極上。此外，可以提供功能注釋區(qū)域以記錄電極對(duì)刺激引起的任何動(dòng)作、知覺(jué)、語(yǔ)言和視覺(jué)反應(yīng)。這些反應(yīng)可以記錄為連接激發(fā)電極對(duì)和特定功能對(duì)應(yīng)的圖例的各種彩條。
電極刺激和“完成”可以用灰色邊框標(biāo)記，以避免無(wú)意地重復(fù)刺激。發(fā)作和間歇發(fā)作反應(yīng)可以通過(guò)在相應(yīng)的電極符號(hào)中填充指示生理反應(yīng)精確性質(zhì)的具體色彩來(lái)指示。除了上述特征還可以包括其他特征。電路可以設(shè)計(jì)為防止刺激電流流入放大器， 這確保了全部電流流過(guò)所選的電極對(duì)并減少了刺激之后的放大器恢復(fù)時(shí)間(可能小于1 秒)。一個(gè)方便小巧的尺寸可能使其作為手持獨(dú)立單元使用。該設(shè)備可以和在手術(shù)過(guò)程中用于手動(dòng)腦部分區(qū)的雙極探針或者和用于床邊(bedside)程序的顱內(nèi)電極一起使用。兩個(gè)或兩個(gè)以上的刺激切換單元可以和電子選擇附加電極以及電極對(duì)耦合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，耦接兩個(gè)刺激切換單元以允許選擇上至1 個(gè)探針(即64個(gè)探針對(duì))。應(yīng)該理解， 可以根據(jù)需要使用附加的或者更少的單元和電極。該設(shè)備可以具有用戶可配置的脈沖頻率、脈沖持續(xù)時(shí)間、序列持續(xù)時(shí)間、和電流強(qiáng)度，例如分別通過(guò)脈沖頻率選擇器206、脈沖持續(xù)時(shí)間選擇器208、序列持續(xù)時(shí)間選擇器 210、和刺激選擇器216進(jìn)行設(shè)置。此外，刺激器還可以包括“單刺激脈沖”模式，允許產(chǎn)生單個(gè)脈沖而不是脈沖序列，例如可通過(guò)發(fā)作終端選擇器2 進(jìn)行選擇。也可以使用例如帶有雙極探針的“連續(xù)刺激脈沖”模式。當(dāng)前傳輸?shù)膶?shí)際讀數(shù)可以被顯出，例如可通過(guò)刺激確認(rèn)選擇器220選擇。刺激剩余時(shí)間可以計(jì)數(shù)到0，或者適當(dāng)?shù)叵蛏嫌?jì)數(shù)，例如計(jì)數(shù)到一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間或者不設(shè)邊界，其可以通過(guò)例如顯示器244進(jìn)行顯示。連續(xù)錯(cuò)誤檢測(cè)可以提供較高的病人安全程度。還可以設(shè)有“主動(dòng)刺激”指示器(如狀態(tài)指示器202)，用于指示正在進(jìn)行刺激?！坝|發(fā)輸出”可以允許附加設(shè)備的同步，例如觸發(fā)輸出連接器輸入234。EEG獲取放大器和刺激切換單元可以機(jī)械連接以形成單個(gè)穩(wěn)固單元。當(dāng)不需要皮層刺激時(shí)，該單元可以用于沒(méi)有信號(hào)質(zhì)量下降的日常長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。發(fā)作中斷特征可以在放電之后并在傳播成突然發(fā)作之前停止，該突然發(fā)作可能導(dǎo)致會(huì)話提前終止，所述發(fā)作中斷特征可以通過(guò)發(fā)作中斷選擇器2 進(jìn)行選擇。刺激序列可以利用“停止”按鍵提前中止，例如利用停止選擇器230。“確認(rèn)刺激”特征可以測(cè)量和確認(rèn)準(zhǔn)確的刺激器操作，例如可以通過(guò)刺激確認(rèn)選擇器220選擇該特征。“通道標(biāo)記”特征可以確認(rèn)正確的電極對(duì)被選擇和刺激，例如可以通過(guò)標(biāo)記通道選擇器222選擇該特征。注釋日志可以隨著刺激設(shè)置自動(dòng)更新。多種色彩編碼功能和發(fā)作事件大腦分區(qū)以描述圖例來(lái)表示。網(wǎng)格/條狀編輯器可以提供可用的電極網(wǎng)格、條帶和深度的全部名單以從中選擇。大腦分區(qū)尺寸可以縮放從而覆蓋從嬰兒到成人的范圍。報(bào)告結(jié)果可以按照反應(yīng)種類通過(guò)表格格式進(jìn)行顯示。自動(dòng)報(bào)告可以提供刺激和反應(yīng)的可視化文件和跟蹤檢查。以多國(guó)語(yǔ)言提供刺激參數(shù)的控制。圖9-圖15示出了根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的各種系統(tǒng)。圖9-圖12的框圖和圖 13-圖15示出了系統(tǒng)中的各種元件。圖9示出了向S⑶110提供功率的醫(yī)院電源472。SCU 110可操作的連接到具有USB接口板476的計(jì)算機(jī)474，其允許計(jì)算機(jī)和網(wǎng)前盒484以及放大器120進(jìn)行通信。計(jì)算機(jī)474具有數(shù)字視頻功能478，其可操作地連接到相機(jī)480。相機(jī) 480可以用來(lái)記錄過(guò)程。來(lái)自相機(jī)480的圖片可以用來(lái)制作對(duì)象的大腦分區(qū)圖。圖10和圖9相似，但是增加了 SSU 130以給系統(tǒng)提供開(kāi)關(guān)能力。圖11和圖10類似，但是使用了膝上計(jì)算機(jī)490而不是臺(tái)式計(jì)算機(jī)474。為了幫助和計(jì)算機(jī)490的通信，使用了一個(gè)帶有電源492的I盒494。雖然相機(jī)480沒(méi)有被示出，其可以增加到圖11所示的元件中。圖12和圖10中示出的相似，但是圖12沒(méi)有示出數(shù)字化視頻功能478和相機(jī)480。
圖13示出了以手持方式使用的皮層刺激器系統(tǒng)496。該系統(tǒng)包括探針470，其連接到和電源472連接的S⑶110。探針470可以是2. 3mm電極或者等同物。圖14示出了受益于計(jì)算機(jī)474的增加功能的系統(tǒng)496。探針470被連接到S⑶110，后者連接到電源472 和計(jì)算機(jī)474。計(jì)算機(jī)474和SCU 110都被可操作地連接到放大器120和SSU 130。圖15 和圖14類似，但是圖15中使用了膝上式計(jì)算機(jī)490。該膝上式計(jì)算機(jī)490通過(guò)I盒494連接到刺激切換設(shè)備400。I盒494被連接到電源492。雖然圖14和圖15示出了探針470，但是可以理解，電極482的網(wǎng)格、矩陣、條帶可以被連接到SSU 130，而不是使用探針470。圖16示出了錯(cuò)誤代碼表和對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤代碼的對(duì)應(yīng)含義。在SCUllO或者系統(tǒng)496 檢測(cè)到錯(cuò)誤或者故障的事件中，可以顯示錯(cuò)誤代碼以幫助用戶進(jìn)行錯(cuò)誤識(shí)別。圖17示出了具有位于底端部分442的終端444的刺激切換設(shè)備400。切換用戶接口 600允許用戶切換要激活的通道。通道可以對(duì)應(yīng)于特定的終端444。通過(guò)手動(dòng)設(shè)定通道選擇器602，一組通道將會(huì)被激活并且電子受控于SSU 130。LED燈604將會(huì)發(fā)光，通過(guò)比較發(fā)光的燈604和指示器606，用戶能夠識(shí)別哪些通道被激活了。圖18示出了通道指示器602可以采用的方式。旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)610將會(huì)和各種指示器線608對(duì)齊從而指示被選擇的通道。圖19為一個(gè)表格，示出了當(dāng)特定的通道被激活時(shí)，將會(huì)發(fā)光的LED燈604。圖20示出了流程圖700，示出了當(dāng)使用系統(tǒng)496時(shí)可以完成的各種步驟。流程圖 700中示出的步驟假定系統(tǒng)496已經(jīng)打開(kāi)并且各種參數(shù)已經(jīng)被設(shè)置。列出的步驟不限于它們?cè)趫D中示出和描繪的順序。在步驟S50中，探針470(或者電極482的矩陣/條帶)被插到對(duì)象的大腦。在步驟S52中探針/電極470/482被連接到刺激設(shè)備(可選地通過(guò)SSU)。 在步驟S54中，選擇的探針/電極470/482對(duì)通過(guò)發(fā)送的電流信號(hào)進(jìn)行刺激。在步驟S56 中觀測(cè)對(duì)象的反應(yīng)。在步驟S58中，確定對(duì)象是否顯示出發(fā)作反應(yīng)的跡象。如果是，如步驟 S59所示停止刺激。為了防止/中止或補(bǔ)救發(fā)作響應(yīng)，如步驟S60所示，可以將部分之前應(yīng)用的電流序列應(yīng)用到促成發(fā)作反應(yīng)的探針/電極。如步驟S62所示，如果發(fā)作反應(yīng)已經(jīng)中止并且沒(méi)有觀測(cè)到任何結(jié)果，用戶可以將測(cè)試對(duì)象的觀察輸入系統(tǒng)。用戶可以將顏色和觀察對(duì)應(yīng)。系統(tǒng)將會(huì)將顏色和/或觀察與探針/電極組以及被插探針/電極的大腦的一部分相對(duì)應(yīng)。這些信息將會(huì)如圖S66所示被存儲(chǔ)。如果需要刺激額外的探針/電極，則該方法返回步驟S54。如步驟S68所示，這些信息可以用于生成對(duì)象大腦的分區(qū)圖。如步驟S70所示，這些分區(qū)圖可以被打印或者顯示。該分區(qū)圖可以用于幫助確定對(duì)象大腦的哪一部分運(yùn)行特定的和/或顯著的功能。上述描繪的過(guò)程和設(shè)備以及附圖用于闡明可以被使用并生產(chǎn)以實(shí)現(xiàn)本文描述的實(shí)施例的目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)的許多方法和設(shè)備中一些方法和設(shè)備的示例。因此，它們不被視為實(shí)施例的上述描述的限制，而是受到權(quán)利要求的限制。任何權(quán)利要求或特征可以和本發(fā)明范圍內(nèi)的權(quán)利要求和特征相結(jié)合。本發(fā)明的各種特征和優(yōu)勢(shì)可以從具體實(shí)施方式
中顯見(jiàn)，因此權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)覆蓋包含在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神和范圍中的本發(fā)明所有特征和優(yōu)勢(shì)。 此外，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，各種修改和變型是顯而易見(jiàn)的，不應(yīng)將本發(fā)明限制為本文例示和描述的具體結(jié)構(gòu)和操作，因此所有適當(dāng)?shù)男薷暮偷韧飸?yīng)當(dāng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
權(quán)利要求
1.一種皮層刺激器系統(tǒng)，包括刺激設(shè)備，具有構(gòu)造為選擇性地控制各種電極的開(kāi)關(guān)；以及用戶接口設(shè)備，其可操作地連接到所述刺激設(shè)備以控制電子開(kāi)關(guān)和刺激設(shè)備，所述皮層刺激器系統(tǒng)構(gòu)造為提供所提供的刺激的報(bào)告。
2.如權(quán)利要求1所述的皮層刺激器系統(tǒng)，進(jìn)一步包括放大器，其連接在所述刺激設(shè)備和探針矩陣之間。
3.如權(quán)利要求1所述的皮層刺激器系統(tǒng)，進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)，其可操作地連接到所述刺激設(shè)備，所述計(jì)算機(jī)具有構(gòu)造為允許用戶輸入對(duì)對(duì)象的觀察的輸入，并且該系統(tǒng)構(gòu)造為將輸入的觀察和具體的被刺激的探針組相關(guān)聯(lián)，并準(zhǔn)備關(guān)于所述具體的探針組和輸入的觀察的報(bào)告。
4.如權(quán)利要求3所述的皮層刺激器系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)進(jìn)一步構(gòu)造為允許用戶將顏色和探針組進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并且所述報(bào)告將顯示關(guān)聯(lián)的顏色。
5.如權(quán)利要求3所述的皮層刺激器系統(tǒng)，進(jìn)一步包括顯示器，其可操作地連接到所述計(jì)算機(jī)，所述顯示器構(gòu)造為顯示覆蓋有刺激過(guò)程的有關(guān)數(shù)據(jù)的對(duì)象大腦的表示。
6.如權(quán)利要求1所述的皮層刺激器系統(tǒng)，進(jìn)一步包括顯示屏幕，其可操作地連接到所述刺激設(shè)備，其構(gòu)造為顯示關(guān)于探針和為探針選擇的操作參數(shù)的信息。
7.如權(quán)利要求1所述的皮層刺激器系統(tǒng)，其中用戶接口構(gòu)造為允許用戶調(diào)整發(fā)送到探針組的電流的一個(gè)方面，其中所述方面包括電流強(qiáng)度、脈沖頻率、脈沖持續(xù)時(shí)間、序列持續(xù)時(shí)間、哪個(gè)電極為陽(yáng)極、哪個(gè)電極為陰極中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的皮層刺激器系統(tǒng)，進(jìn)一步包括停止執(zhí)行器，其可操作地連接到所述刺激設(shè)備，構(gòu)造為當(dāng)停止執(zhí)行器被激活時(shí)立即停止將刺激信號(hào)發(fā)送到刺激過(guò)程中使用的探針。
9.如權(quán)利要求1所述的皮層刺激器系統(tǒng)，進(jìn)一步包括發(fā)作干擾執(zhí)行器，其可操作地連接到所述刺激設(shè)備，并且構(gòu)造為當(dāng)發(fā)作干擾執(zhí)行器被激活時(shí)使刺激設(shè)備將發(fā)作干擾信號(hào)發(fā)送到刺激過(guò)程中使用的探針。
10.如權(quán)利要求9所述的皮層刺激器系統(tǒng)，其中發(fā)作干擾信號(hào)和緊跟停止執(zhí)行器激活之后應(yīng)用到探針的信號(hào)至少部分相同。
11.如權(quán)利要求9所述的皮層刺激器系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括多個(gè)終端，用于同時(shí)插入多組探針，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括切換設(shè)備，其可操作地連接到所述多個(gè)終端，所述切換設(shè)備構(gòu)造用于選擇性地將信號(hào)發(fā)送到所選擇的一組或多組探針。
12.如權(quán)利要求11所述的皮層刺激器系統(tǒng)，其中多組探針被并行地連接到切換設(shè)備， 使得切換設(shè)備構(gòu)造為當(dāng)多組探針連接到切換設(shè)備時(shí)選擇性地將信號(hào)發(fā)送到單獨(dú)的探針組。
13.如權(quán)利要求1所述的皮層刺激器系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)構(gòu)造為當(dāng)系統(tǒng)探測(cè)到系統(tǒng)操作中的錯(cuò)誤時(shí)，向用戶顯示錯(cuò)誤代碼。
14.如權(quán)利要求1所述的皮層刺激器系統(tǒng)，進(jìn)一步包括阻隔電路，其構(gòu)造為當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)置為將電流發(fā)送到一組探針時(shí)，阻止電流流向連接到所述系統(tǒng)的所述一組探針。
15.一種操作皮層刺激器的方法，包括將一組探針連接到皮層刺激器；選擇要發(fā)送到探針組的信號(hào)的相關(guān)參數(shù)；將信號(hào)發(fā)送到探針組；觀察當(dāng)信號(hào)發(fā)送到探針組時(shí)大腦與所述探針組相接觸的對(duì)象的反應(yīng)； 將觀察到的反應(yīng)輸入皮層刺激器； 將所述反應(yīng)和具體的探針組進(jìn)行關(guān)聯(lián)； 產(chǎn)生描述反應(yīng)及其相關(guān)聯(lián)探針的報(bào)告。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括如果觀察到發(fā)作反應(yīng)，停止電流流向連接到對(duì)象的探針組。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，在觀察到發(fā)作反應(yīng)之前，立即將所發(fā)送的信號(hào)重新發(fā)送到探針組。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括電子切換要發(fā)送信號(hào)的探針組。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，將顏色、觀察到的反應(yīng)和導(dǎo)致該反應(yīng)的被刺激的探針組進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并且將反應(yīng)和相關(guān)聯(lián)的顏色輸入到皮層刺激器中。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，對(duì)關(guān)于發(fā)送到具體探針組的所選擇的參數(shù)、具體的探針組以及輸入的觀察到的反應(yīng)進(jìn)行電子保存。
21.一種皮層刺激器系統(tǒng)，包括刺激設(shè)備，構(gòu)造為控制至少一組電極；以及發(fā)作干擾執(zhí)行器，其可操作地連接到所述刺激設(shè)備，并且構(gòu)造為當(dāng)發(fā)作干擾執(zhí)行器被激活時(shí)使刺激設(shè)備將發(fā)作干擾信號(hào)發(fā)送到刺激過(guò)程中使用的電極。
22.一種皮層刺激器系統(tǒng)，包括刺激設(shè)備，構(gòu)造為選擇性地將電流發(fā)送到至少一組探針；以及阻隔電路，構(gòu)造為阻止電流流向與選擇被激發(fā)的探針相關(guān)聯(lián)的放大器的輸入。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種皮層刺激器系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括刺激設(shè)備，具有構(gòu)造為選擇性的控制各種電極的開(kāi)關(guān)；以及用戶接口設(shè)備，可操作地連接到所述刺激設(shè)備用于控制電子切換和刺激設(shè)備，所述皮層刺激器系統(tǒng)構(gòu)造為提供所提供的刺激的報(bào)告。還提供了一種操作皮層刺激器的方法。該方法包括將一組探針連接到皮層刺激器；選擇關(guān)于要發(fā)送到探針組的信號(hào)的參數(shù)；將信號(hào)發(fā)送到探針組；觀察當(dāng)信號(hào)發(fā)送到探針時(shí)該探針組接觸其大腦的實(shí)驗(yàn)對(duì)象的反應(yīng)；輸入觀察到的反應(yīng)到皮層刺激器；將所述反應(yīng)和具體的探針組進(jìn)行關(guān)聯(lián)；產(chǎn)生報(bào)告以描述反應(yīng)及其關(guān)聯(lián)的探針。
文檔編號(hào)A61N1/00GK102421477SQ201080020735
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者丹尼爾·隆巴爾迪, 盧卡斯·加爾沙, 埃里克·加茨, 柏杰·尼爾森, 琳達(dá)·昆利萬(wàn), 羅恩·施呂特 申請(qǐng)人:康爾福盛2200公司