用于聲音提升的刺激系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種用于向具有變?nèi)醯穆曇舻娜祟悓ο筇峁┯?xùn)練治療的刺激系統(tǒng)和方法包括：被配置為產(chǎn)生第一信號的激活開關(guān)；以及被配置為從感測電極接收所述第一信號并且基于所述第一信號產(chǎn)生至少一個刺激參數(shù)的處理器。所述系統(tǒng)還包括被配置為從所述處理器接收所述刺激參數(shù)并且響應(yīng)于所述刺激參數(shù)而激活所述對象的喉返神經(jīng)或迷走神經(jīng)的刺激電極。
【專利說明】用于聲音提升的刺激系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求享有于2011年12月7日提交的美國臨時專利申請N0.61/567，664和于2011年12月7日提交的美國臨時專利申請N0.61/567,666的優(yōu)先權(quán)，在此以全文引用方式將該等申請的公開內(nèi)容并入本文。
[0003]本申請還要求享有于2012年12月7日提交的、名稱為“用于單側(cè)聲帶自動麻痹的起搏器(PACEMAKER FOR UNILATERAL VOCAL CORD AUTOPARALYSIS) ” 的美國專利申請N0.13/708，129和于2012年12月7日提交的、名稱為“用于痙攣性發(fā)聲障礙的起搏器(PACEMAKER FOR SPASMODIC DYSPHONIA) ” 的美國專利申請 N0.13/708, 111 的優(yōu)先權(quán)，在此以全文引用方式將該等申請的公開內(nèi)容并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明涉及一種用于聲音提升的訓(xùn)練療法，具體地說，涉及用于刺激人類對象的喉返神經(jīng)(RLN)或聲門閉合反射以治療微弱的聲音的設(shè)備和方法。

【背景技術(shù)】
[0005]當(dāng)空氣從肺部通過聲門排出，形成橫跨喉的壓力降時發(fā)聲。當(dāng)該壓力降變得足夠大時，聲帶開始振動。實現(xiàn)發(fā)聲所需要的最小壓力降被稱為發(fā)聲閾值壓力，并且對于具有正常聲帶的人來說大約是2到3厘米H20。聲帶在振動期間的運動主要是橫向的，雖然也有一些上位的分量。然而，沿聲帶的長度幾乎沒有運動。聲帶的振動用于調(diào)節(jié)通過喉的空氣的壓力和流動，并且這個經(jīng)過調(diào)節(jié)的氣流是大多數(shù)濁音的聲音的主要成分。
[0006]如果不足夠靠近彼此、未處在足夠的張力下或處在過大的張力下、或者如果橫跨喉的壓力降不足夠大，則聲帶將不會振動。在語言學(xué)中，如果在發(fā)生期間沒有發(fā)聲，則這種音素被稱為清音。在講話時，與發(fā)聲期間的聲帶相比，清音與被拉長、高度拉伸并置于橫向(外展)的聲帶相關(guān)聯(lián)。
[0007]可以通過各種手段來改變基頻一感知音高的主聲線索。大規(guī)模的改變是通過借助環(huán)甲肌的收縮增加聲帶的張力來完成的。較小的張力改變可以通過當(dāng)喉下降或上升時可能發(fā)生的甲杓肌的收縮或甲狀軟骨和環(huán)狀軟骨的相對位置的改變來實現(xiàn)，喉的這種下降或上升是自主的或者是借助喉經(jīng)由舌骨所連接到的舌的移動。除了張力的變化，基頻還受主要受肺內(nèi)的壓力影響的、橫跨喉的壓力降影響，并且也將隨聲帶之間的距離而變化。基頻的變化在語言學(xué)上被用于產(chǎn)生語調(diào)和音調(diào)。
[0008]專門為聲音產(chǎn)生而設(shè)計的發(fā)聲機(jī)構(gòu)是喉。喉在咽和氣管之間。它與嘴和鼻子通過喉和咽的口部連通。雖然喉是空氣通道的一部分，喉部通常充當(dāng)閥，用于防止吞咽食物和異物進(jìn)入下呼吸道。喉位于頸部的前部。
[0009]喉骨架包括由各種韌帶和隔膜接合的九個軟骨。其中三個是單一軟骨(甲狀軟骨、環(huán)狀軟骨和會厭軟骨)，三個是成對軟骨(杓狀軟骨、小角狀和楔狀軟骨)。
[0010]喉的外在肌群將喉作為一個整體進(jìn)行移動。舌骨下肌群(肩胛舌骨肌、胸骨舌骨肌和胸骨甲狀肌)是舌骨和喉的降肌，而舌骨上肌群(莖突舌骨肌、二腹肌、下頜舌骨肌和頦舌骨肌)和莖突咽肌是舌骨和喉的提肌。
[0011]喉的內(nèi)在肌與喉部的移動有關(guān)，在聲音產(chǎn)生時改變聲帶的長度和張力以及聲門裂隙的大小和形狀。除環(huán)甲肌由外部喉神經(jīng)供給以外，喉的所有內(nèi)在肌由喉返神經(jīng)(RLN)—迷走神經(jīng)的分支(CN X)供給。
[0012]聲帶的內(nèi)收肌包括從環(huán)狀軟骨的側(cè)部長出并插入肌突或杓狀軟骨的環(huán)杓側(cè)肌。這些肌肉向前拉肌突，從而使杓狀軟骨旋轉(zhuǎn)，以使它們的聲帶突向內(nèi)擺動。這些移動將聲帶內(nèi)收并關(guān)閉聲門裂隙。
[0013]聲帶的主要外展肌是環(huán)杓后肌。這些肌肉在每一側(cè)從環(huán)狀軟骨層的后表面長出，并且橫向向上通過，以插入杓狀軟骨的肌突。它們使杓狀軟骨旋轉(zhuǎn)，從而使其橫向偏離并擴(kuò)大聲門裂隙。
[0014]聲帶的主要張肌是三角環(huán)甲肌。它們位于喉的外表面，環(huán)狀軟骨和甲狀軟骨之間。每一側(cè)的肌肉從環(huán)狀軟骨的前面偏一側(cè)的部分長出并且插入甲狀軟骨的下角的下緣和前方。這些肌肉在甲狀軟骨前方傾斜甲狀軟骨，增加甲狀軟骨和杓狀軟骨之間的距離。結(jié)果是，聲韌帶被拉長并拉緊并且聲音的音高升高。
[0015]聲帶的主要松弛肌是寬闊的甲杓肌。它們從近正中面的甲狀軟骨的后表面長出并且插入杓狀軟骨的前外側(cè)表面。其下深纖維的一個帶，叫做聲帶肌，從聲韌帶長出并且向前傳遞到杓狀軟骨的聲帶突。甲杓肌向前拉杓狀軟骨，從而使聲韌帶放松。聲帶肌對聲韌帶產(chǎn)生精微的調(diào)整(例如，耳語期間發(fā)生)。它們也在發(fā)聲和歌唱過程中使聲帶的部位松弛。
[0016]喉神經(jīng)通過喉上神經(jīng)和RLN起源于迷走神經(jīng)(CN X)。所有內(nèi)在肌，除了環(huán)甲肌，由RLN與來自副神經(jīng)(CN XI)的纖維支配。外部喉神經(jīng)供給環(huán)甲肌。喉粘膜的聲門上區(qū)由內(nèi)喉神經(jīng)一喉上神經(jīng)的分支供給。喉粘膜的聲門下區(qū)由RLN供給。
[0017]大多數(shù)人(醫(yī)生和一般公眾)沒有意識到，可以做點什么，來改善不理想的聲音，甚至是尚可但不是最佳的聲音。從歷史上看，用于聲音改善的一些技術(shù)(例如，歌唱家、演員和公眾演講者已探索出“聲音課”)追溯到多年以前。然而近來，用于聲音改善的技術(shù)一直在發(fā)展并改進(jìn)。
[0018]聲音微弱、帶呼吸聲、不穩(wěn)定、質(zhì)量受損以及其他特性可能會影響社會和職業(yè)成功。很多問題(特別是帶呼吸聲、輕柔、不穩(wěn)定、震顫和習(xí)慣音高的改變)通常與老化相關(guān)聯(lián)。對于大多數(shù)人來說，這些導(dǎo)致人們感覺聲音(和它的擁有者)“老”或“柔弱”的聲音特性可以得到改善或消除。
[0019]人們歸咎于老化、甚至是他們的自然基因構(gòu)成的聲音問題可能由醫(yī)療問題導(dǎo)致或加劇?？赡苄院芏?，并且包括例如胃食管反流、甲狀腺功能低下、糖尿病、腫瘤等疾病以及許多其他疾病。并不奇怪，鍛煉和藥物獨自不能提供足夠的改善，許多患者選擇聲音手術(shù)以試圖加強(qiáng)他們的聲音質(zhì)量和持久性以及改善他們的生活質(zhì)量。
[0020]通常，使用幾個不同的程序來加強(qiáng)微弱或損傷的聲音。手術(shù)的選擇取決于個別人的聲音條件、身體檢查，并考慮這個人想要什么。在大多數(shù)情況下，手術(shù)目的是使聲帶物理上更靠近在一起，以使它們閉合得更加牢固。這消除由于聲音老化(聲帶肌或其他組織的萎縮或消瘦)或者由于輕癱或癱瘓(病毒感染或其他原因引起的局部神經(jīng)損傷)發(fā)生的聲帶之間的空氣泄漏。在一些情況下，手術(shù)是通過嘴部或頸部將材料注入鄰近聲帶的組織來進(jìn)行，以使聲帶組織“膨脹”并且使聲帶更加緊密地在一起。這就是所謂的注入喉成形術(shù)，并且通常使用脂肪、膠原或羥磷灰石來實施。替代地，該問題可以通過實施甲狀軟骨成形術(shù)來矯正。該手術(shù)需要在頸部切開小的切口。進(jìn)入喉的骨架并且用Gor-Tex或硅橡膠植入物稍微壓縮喉部組織。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種向具有變?nèi)醯穆曇舻娜祟悓ο筇峁┯?xùn)練治療的方法包括:提供被配置為產(chǎn)生第一信號的激活開關(guān)；響應(yīng)于接收到第一信號而使用處理器產(chǎn)生至少一個刺激參數(shù)。刺激參數(shù)是基于第一信號的。方法還包括響應(yīng)于接收到刺激參數(shù)而激活喉返神經(jīng)或迷走神經(jīng)。
[0022]在相關(guān)的實施例中，激活開關(guān)是被配置為檢測聲音活動并且響應(yīng)于檢測到的活動而產(chǎn)生第一信號的感測電極。感測電極可以是檢測與聲音產(chǎn)生相關(guān)的聲信號的麥克風(fēng)，可以是檢測與聲音產(chǎn)生相關(guān)的阻抗改變的阻抗傳感器，和/或可以是檢測與聲音產(chǎn)生相關(guān)的壓力改變的壓力傳感器。感測電極可以被配置為檢測與聲音產(chǎn)生相關(guān)的移動。方法還可以包括:確定聲音活動何時已達(dá)到預(yù)定水平；以及然后當(dāng)達(dá)到預(yù)定水平時使感測電極產(chǎn)生第一信號。激活開關(guān)可以是檢測對象的移動并且響應(yīng)于檢測到的移動而產(chǎn)生第一信號的運動傳感器。激活開關(guān)可以基于檢測發(fā)聲肌肉的肌電(EMG)活動來提供自動的激活。激活開關(guān)可以是對象可操作的手動激活器。激活可以包括提供具有約0.01毫秒到20毫秒的持續(xù)時間和在約0.05毫安到20毫安的范圍內(nèi)的幅值的電流脈沖。刺激參數(shù)可以包括大約是對象的聲帶內(nèi)收肌的收縮時間的倒數(shù)的刺激頻率，并且可以包括高于對象的聲帶外展肌的收縮時間的倒數(shù)的刺激頻率。刺激參數(shù)可以包括高于用于對象的聲帶外展肌或內(nèi)收肌的激活的閾值的刺激電壓。替代地，刺激參數(shù)可以包括高于用于對象的聲帶內(nèi)收肌的激活的閾值并且低于用于對象的聲帶外展肌的激活的閾值的刺激電壓。刺激參數(shù)可以包括高于用于對象的聲帶外展肌的激活的閾值并且高于用于對象的聲帶內(nèi)收肌的激活的閾值的刺激電壓。刺激參數(shù)可以包括使用于對象的內(nèi)收肌的激活的凈力高于用于外展肌的激活的凈力的刺激電壓。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種用于訓(xùn)練人類對象的變?nèi)醯穆曇舻拇碳は到y(tǒng)包括:被配置為產(chǎn)生第一信號的激活開關(guān)，和與激活開關(guān)通信的處理器。處理器具有用于接收第一信號并且用于基于第一信號產(chǎn)生至少一個刺激參數(shù)以刺激對象的喉返神經(jīng)或迷走神經(jīng)的程序代碼。系統(tǒng)還包括被配置為接收刺激參數(shù)并且基于刺激參數(shù)來激活對象的喉返神經(jīng)或迷走神經(jīng)的刺激電極。
[0024]在相關(guān)的實施例中，刺激電極可以是神經(jīng)卡膚電極和/或棒電極。刺激電極可以被配置為提供一定范圍的刺激電壓。處理器可以被配置為檢測第一信號何時達(dá)到預(yù)定水平，并且可以被配置為當(dāng)達(dá)到預(yù)定水平時產(chǎn)生刺激參數(shù)。
[0025]根據(jù)另一個相關(guān)的實施例，處理器可以檢測第一信號何時達(dá)到預(yù)定水平并且通過產(chǎn)生刺激參數(shù)來進(jìn)行響應(yīng)。另外，處理器可以包括脈沖發(fā)生器。根據(jù)其他相關(guān)的實施例，電極可以是雙極和/或三極。第二信號可以是雙相電流脈沖，可以具有約0.001毫秒到50毫秒的持續(xù)時間，大多數(shù)對象中是0.1毫秒到5毫秒的持續(xù)時間，以及在約0.05毫安到20毫安的范圍內(nèi)的幅值，大多數(shù)對象中是0.5毫安到5毫安的范圍內(nèi)的幅值。
[0026]根據(jù)相關(guān)的實施例，方法還可以包括提供通過對象的皮膚感應(yīng)地耦合能量的能量耦合電路。方法還可以包括提供通過對象的皮膚光耦合能量的能量耦合電路。用電信號刺激對象的發(fā)聲神經(jīng)可以包括用大約是對象的聲帶內(nèi)收肌的收縮時間的倒數(shù)的頻率的電信號來刺激神經(jīng)。用電信號刺激對象的發(fā)聲神經(jīng)可以包括用高于對象的聲帶外展肌的收縮時間的倒數(shù)的頻率的電信號來刺激神經(jīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]通過參照附圖查閱以下詳細(xì)描述將更容易理解本發(fā)明的前述特征，附圖中:
[0028]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的聲帶的依賴于頻率的移動的基本原理的圖示；
[0029]圖2是根據(jù)圖1的實施例的聲帶的依賴于頻率的運動的圖示；
[0030]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于聲音提升的刺激系統(tǒng)的圖示，而圖3A是圖3中的圓圈區(qū)域的分解圖；
[0031]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于刺激具有微弱的聲音的人類對象的發(fā)聲神經(jīng)的方法的流程圖；
[0032]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用自動激活系統(tǒng)訓(xùn)練人類對象的微弱的聲音的方法的流程圖；以及
[0033]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用手動激活訓(xùn)練人類對象的微弱的聲音的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0034]微弱的聲音通常是退化、老化的肌肉虛弱和/或血液供應(yīng)減少的后果。損傷導(dǎo)致聲帶的閉合壓力要弱。當(dāng)閉合壓力較弱時，聲帶之間的間隙不能完全閉合/在中間，這導(dǎo)致聲音的呼吸聲或甚至更糟糕的質(zhì)量、增加的吸入危險性和下降的瓦式動作能力(聲帶閉合后通過呼氣，腹壓升高)。
[0035]替代地，聲帶可能由于重新神經(jīng)支配的運動單位的數(shù)量減少(與肌肉纖維的營養(yǎng)改變有時相關(guān)聯(lián))、神經(jīng)傳導(dǎo)障礙、或者神經(jīng)肌肉接頭較不成熟，而不能夠外展和/或內(nèi)收。
[0036]本發(fā)明的實施例認(rèn)識到了為加強(qiáng)聲帶的肌肉而訓(xùn)練變?nèi)醯穆曇舻暮锰帯Ｓ?xùn)練療法可以通過刺激RLN或迷走神經(jīng)或通過借助電和/或機(jī)械刺激激活聲門閉合反射，以選擇性地激活外展肌、內(nèi)收肌或二者來實現(xiàn)。神經(jīng)刺激或通過肌肉內(nèi)刺激的反射激活的優(yōu)點是，肌肉的移動對刺激電極的干擾少，植入電極的放置距離神經(jīng)肌肉終板的脆弱危險的位置比較遠(yuǎn)，需要創(chuàng)口較小的手術(shù)來植入刺激電極，等等。
[0037]使用本發(fā)明的實施例的好處是:允許通過同一刺激電極，基于由于外展肌(打開者)與內(nèi)收肌(閉合者)之間的差異(例如，依賴于頻率的不同的閾值或內(nèi)收肌和外展肌的凈力差)而選擇的刺激參數(shù)，來激活聲帶的打開和閉合。利用這些差異允許這樣的刺激系統(tǒng):通過對打開和閉合肌肉二者的逐漸平衡激活，提供聲帶閉合肌肉的選擇性激活而不激活聲帶打開肌肉、聲帶打開肌肉的選擇性激活而不激活聲帶閉合肌肉、和/或聲帶的拉緊。
[0038]本發(fā)明的實施例針對一種通過刺激神經(jīng)支配發(fā)聲肌肉的RLN或迷走神經(jīng)而例如不直接電刺激肌肉纖維，來訓(xùn)練或鍛煉發(fā)聲肌肉的系統(tǒng)和方法。這將允許外科醫(yī)生選擇對神經(jīng)的最佳可達(dá)性。相反，Goldfarb的美國專利N0.5，111，814教導(dǎo)感測功能正常的肌肉組織的電活動并刺激喉部的再神經(jīng)支配的肌肉組織。
[0039]本發(fā)明的實施例還針對一種通過激活聲門閉合反射，其反過來又刺激神經(jīng)支配發(fā)聲肌肉的RLN或迷走神經(jīng)，來訓(xùn)練或鍛煉發(fā)聲肌肉的系統(tǒng)和方法?？梢酝ㄟ^刺激神經(jīng)例如喉上神經(jīng)、內(nèi)上或外上神經(jīng)、和/或舌咽神經(jīng)來激活這種反射。它也可以通過刺激喉和/或咽的機(jī)械感受器和/或粘膜，或者通過拍擊反射，來引起。刺激可通過電流和/或通過機(jī)械移動或振動發(fā)生。刺激部位的這種多樣性可以允許外科醫(yī)生選擇對患者的最佳治療。在一些實施例中，RLN或迷走神經(jīng)的刺激和聲門閉合反射的激活可以同時進(jìn)行。
[0040]在一些實施例中，系統(tǒng)和方法包括激活刺激/訓(xùn)練系統(tǒng)的激活開關(guān)。激活開關(guān)可以基于各種感測到的參數(shù)自動激活刺激系統(tǒng)，或者可以例如通過使用對象可操作的手動激活器來手動激活系統(tǒng)。例如，激活開關(guān)可以是被配置為感測喉和/或咽中的發(fā)聲肌肉收縮的聲音活動，并基于感測到的活動刺激神經(jīng)支配發(fā)聲肌肉的RLN或迷走神經(jīng)、或被配置為激活聲門閉合反射的感測電極。在此情況下，通過有源電感測/刺激或電感測和電/機(jī)械刺激來閉合聲門，以提高聲音的質(zhì)量。相反，美國專利N0.5，111，814，其以引用方式并入本文，用于刺激打開聲門的肌肉以增加吸入空氣的量。類似地，Zealear的美國專利公開N0.2006/282127，以引用方式并入本文，用于出于同樣的原因打開聲帶。因此，本發(fā)明的方法和設(shè)備的實施例針對感測發(fā)聲肌肉收縮的活動，而不是如在例如Zealear的美國專利公開N0.2006/282127中感測呼吸肌收縮的活動。
[0041]在一些實施例中，可以使用激活開關(guān)(例如，自動激活開關(guān)或手動激活器)來激活刺激系統(tǒng)和產(chǎn)生第一信號。例如，激活開關(guān)可以是感測電極，其自動感測發(fā)聲肌肉收縮然后自動產(chǎn)生第一信號。訓(xùn)練系統(tǒng)例如通過使刺激參數(shù)經(jīng)由刺激電極被發(fā)送到適當(dāng)?shù)奈恢脕砑せ詈矸瞪窠?jīng)、迷走神經(jīng)、或聲門閉合反射。激活開關(guān)允許刺激系統(tǒng)在不需要發(fā)聲訓(xùn)練或鍛煉的時間段期間例如在睡覺期間或在吃飯時，處于非激活狀態(tài)，但在需要發(fā)聲訓(xùn)練或鍛煉時允許其被手動或自動地激活。
[0042]在使用激活開關(guān)自動或手動激活刺激系統(tǒng)后，可以使用各種刺激參數(shù)，以便利用外展肌(打開者)與內(nèi)收肌(閉合者)之間在閾激活電壓、收縮時間和纖維數(shù)量方面的差異。因此，刺激參數(shù)包括變化的振幅、頻率和/或閾值。例如，可以選擇施加的電壓和刺激頻率，以便激活期望的肌肉，以鍛煉和加強(qiáng)它們。一般來說，刺激電壓應(yīng)當(dāng)與閾值成正比，刺激頻率應(yīng)當(dāng)與收縮時間成反比。
[0043]本發(fā)明的實施例可以使用聲帶的依賴于頻率的移動，如圖1所示。這種移動的發(fā)生是由于外展肌與內(nèi)收肌之間的收縮時間的差異所導(dǎo)致。聲帶的唯一現(xiàn)有外展肌一后環(huán)杓(PCA)肌肉的收縮時間顯著長于內(nèi)收肌的收縮時間。RLN包含隨機(jī)地分布在整個神經(jīng)上的、到作用于聲帶的所有肌肉的神經(jīng)纖維(除環(huán)甲(CT)肌肉是由喉上神經(jīng)(SLN)支配)。因此，通過電刺激產(chǎn)生的動作電位總是到達(dá)外展肌和內(nèi)收肌二者。因此，聲門由于較快的內(nèi)收肌而首先閉合，然后打開，并以引起聲帶振動的松弛而結(jié)束。
[0044]當(dāng)用大約是聲帶外展肌的收縮時間的倒數(shù)的頻率刺激時，當(dāng)下一個脈沖到達(dá)時，動作電位將在內(nèi)收肌剛剛從上次激活放松的時間到達(dá)肌肉(如圖表上的零線下方所示)。相反，當(dāng)下一次收縮的傳入開始導(dǎo)致它們的時域求和時(零線上方所示)，外展肌剛剛達(dá)到其最大收縮。因此，所得的外展肌強(qiáng)直張力克服了較弱的單一抽搐內(nèi)收。
[0045]對于大約是聲帶內(nèi)收肌的收縮時間的倒數(shù)的頻率的刺激來說，內(nèi)收肌也達(dá)到強(qiáng)直收縮，并且，由于其較大數(shù)量(4:1)，聲帶閉合。
[0046]本發(fā)明的實施例可以針對神經(jīng)支配外展肌和內(nèi)收肌的神經(jīng)的選擇性激活使用不同的閾值。外展肌的激活閾值高于內(nèi)收肌的閾值，因為PCA肌肉的收縮時間顯著長于內(nèi)收肌的收縮時間。因此，PCA肌肉是由更小的平均神經(jīng)纖維直徑的神經(jīng)纖維支配，與例如支配內(nèi)收肌的更高的平均神經(jīng)纖維直徑的神經(jīng)纖維的電激活閾值相比,更小的平均神經(jīng)纖維直徑的神經(jīng)纖維具有更高的電激活閾值。
[0047]當(dāng)由高于支配內(nèi)收肌的神經(jīng)纖維的激活閾值但低于支配外展肌的神經(jīng)纖維的激活閾值的刺激電壓刺激時，外展肌纖維將不會被激活，并因此松弛。相反，支配內(nèi)收肌纖維的神經(jīng)纖維將被激活，從而導(dǎo)致內(nèi)收肌的收縮，并且聲帶將閉合。當(dāng)刺激電壓高于外展肌和內(nèi)收肌二者的相應(yīng)的激活閾值時，則這兩組肌肉將會被刺激。刺激振幅(即，電荷的注入量)越大，外展肌和內(nèi)收肌二者被更強(qiáng)地激活，而與所選擇的刺激頻率無關(guān)，只要刺激電壓高于各個相應(yīng)的閾值即可。
[0048]本發(fā)明的實施例可以使用由于用于支配外展肌和內(nèi)收肌的神經(jīng)的電激活導(dǎo)致的內(nèi)收肌和外展肌的凈力差異。用于內(nèi)收肌的激活的凈力，由于內(nèi)收肌的更大的數(shù)量(每側(cè)4條內(nèi)收肌vs I條外展肌)，比用于外展肌的激活的凈力高。
[0049]當(dāng)由高于支配內(nèi)收肌的神經(jīng)纖維的激活閾值并且高于支配外展肌的神經(jīng)纖維的激活閾值的刺激電壓刺激時，外展肌纖維的外展(聲帶打開)凈力將低于作為導(dǎo)致聲帶的閉合的力的總和的、內(nèi)收肌纖維的內(nèi)收(聲帶閉合)凈力。
[0050]因此，應(yīng)當(dāng)基于所期望的應(yīng)用和選擇性的激活來選擇刺激參數(shù)?？傊?，當(dāng)刺激電壓低于內(nèi)收肌的激活閾值時，則不管所使用的刺激頻率或振幅如何不會發(fā)生刺激。當(dāng)刺激電壓高于內(nèi)收肌的激活閾值但低于外展肌的激活閾值時，則不管所使用的刺激頻率或振幅如何，聲帶將閉合，這將對需要鍛煉肌肉的具有變?nèi)醯穆曇舻幕颊哂幸?。?dāng)刺激電壓高于外展肌的激活閾值(并因此也高于內(nèi)收肌的激活閾值)時，則聲帶可由于當(dāng)刺激頻率大約是外展肌的刺激頻率并且振幅較低時，外展肌的強(qiáng)直收縮而打開。然而，當(dāng)應(yīng)用這些相同的條件(刺激電壓高于外展肌的激活閾值并且刺激頻率大約是外展肌的刺激頻率)，但是使用高振幅，以使強(qiáng)直收縮的外展肌的力大于內(nèi)收肌的抽搐收縮時，聲帶可打開，這將有益于需要鍛煉肌肉的具有變?nèi)醯穆曇舻幕颊?。如果使用更高的振幅來使?qiáng)直收縮的外展肌的力小于內(nèi)收肌的抽搐收縮，則聲帶可閉合(雖然取決于刺激頻率可能存在波動或振動)，因為所應(yīng)用的較高振幅壓過外展肌的強(qiáng)直收縮。當(dāng)刺激電壓高于外展肌的激活閾值并且刺激頻率大約是內(nèi)收肌的刺激頻率時，則不管所使用的振幅如何，聲帶閉合，這將有益于需要鍛煉肌肉的具有變?nèi)醯穆曇舻幕颊?。例如，取決于刺激參數(shù)，低振幅可以小于約1.5毫安，高振幅可以是大約I到3毫安，而非常高的振幅可以大于約2.5毫安并具有約0.5毫秒的脈沖持續(xù)時間。
[0051]因此，基于所使用的刺激參數(shù)(例如上面描述的，以及其他組合)，可以存在針對內(nèi)收肌和外展肌的各種切換場景，其有益于選擇性地激活發(fā)聲肌肉以便鍛煉或訓(xùn)練肌肉。例如，在選擇約等于外展肌的刺激頻率的刺激頻率、低振幅和大于內(nèi)收肌的刺激電壓的刺激電壓的情況下，刺激電壓可以在小于外展肌的刺激電壓的電壓到大于外展肌的刺激電壓的刺激電壓之間切換，這使聲帶在閉合和打開狀態(tài)之間切換。類似地，在選擇約等于外展肌的刺激頻率的刺激頻率和大于外展肌的刺激電壓的刺激電壓的情況下，振幅可以在低值和高值(或非常高的值)之間切換，這使聲帶在打開狀態(tài)和正打開(或正閉合)狀態(tài)之間切換。同樣地，在選擇約等于外展肌的刺激頻率的刺激頻率和低振幅的情況下，刺激頻率可以在外展肌和內(nèi)收肌的刺激頻率之間切換，這使聲帶在打開和閉合狀態(tài)之間切換。
[0052]本發(fā)明的實施例包括被配置為提供各種刺激電壓、頻率和/或振幅以便可以實現(xiàn)各種刺激參數(shù)的刺激電極。
[0053]在本發(fā)明的實施例中，直接或間接(通過聲門閉合反射)刺激RLN或迷走神經(jīng)，而不直接刺激肌肉，因為對神經(jīng)的激活比對肌肉本身的激活需要的功率小10倍以上。另外，可以沿遠(yuǎn)離移動的肌肉和組織并且遠(yuǎn)離會產(chǎn)生不期望的反應(yīng)的敏感的感受器的神經(jīng)，定位神經(jīng)卡膚電極。
[0054]圖2是聲帶的依賴于頻率的運動的圖示。在10到30赫茲的刺激引起聲帶的逐漸外展201。高于30赫茲，逐漸聲帶內(nèi)收發(fā)生202，通過雙側(cè)刺激，總氣道阻塞203在100赫茲處發(fā)生。
[0055]圖3和圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可以用于產(chǎn)生訓(xùn)練療法的刺激系統(tǒng)的說明。用于聲音提升的刺激系統(tǒng)包括一個或多個刺激(傳出)電極301和激活開關(guān)(未示出)，該激活開關(guān)被配置為產(chǎn)生第一信號。激活開關(guān)(例如，自動激活開關(guān)或手動激活器)可以被用來開啟訓(xùn)練系統(tǒng)并產(chǎn)生第一信號。例如，激活開關(guān)可以是自動感測發(fā)聲肌肉收縮并且然后自動產(chǎn)生第一信號的一個或多個感測(傳入)電極(不可見)，或者可以是由用戶激活的手動激活器，例如開關(guān)或觸發(fā)器。刺激系統(tǒng)還包括處理器303，處理器303可以包括脈沖發(fā)生器。處理器303可以被植入在患者的胸部，并且刺激電極301可以與電極引線304和安全環(huán)305 —同被纏繞或放置在迷走神經(jīng)或RLN302附近或與其接觸。替代地，通過對神經(jīng)例如喉上神經(jīng) 、內(nèi)上神經(jīng)或外上神經(jīng)和/或舌咽神經(jīng)的刺激來激活聲門閉合反射，刺激電極301可以用于間接地用于刺激RLN或迷走神經(jīng)。通過刺激喉和/或咽的機(jī)械感受器和/或黏膜或者通過拍擊反射，刺激電極301可以用于刺激聲門閉合反射。如上所述，刺激可以是電和/或機(jī)械或振動刺激。
[0056]本發(fā)明的系統(tǒng)的實施例可以被完全或部分植入人類對象。例如，刺激器可以包括殼體，該殼體可以非常小，所有的植入的電子組件包含在堅固和緊湊的密封殼中。能量和必需的信息可以通過對象的皮膚感應(yīng)地或光學(xué)地傳送。這可以通過將電子電路裝入金屬殼內(nèi)部，而將次級線圈放置在金屬殼的一旁或周圍來實現(xiàn)。類似地，這可以通過將電子電路和次級線圈裝入介電殼內(nèi)部來實現(xiàn)。
[0057]也參考圖4，系統(tǒng)可以由激活開關(guān)激活(步驟101)。激活開關(guān)可以通過自動感測與對象相關(guān)的參數(shù)來激活系統(tǒng)。例如，可以使用閉環(huán)系統(tǒng)的感測(傳入)部分來自動地激活系統(tǒng)，該感測(傳入)部分包括檢測對象的各種參數(shù)，例如舌骨下肌群的聲音活動或由備選傳感器記錄的信號，的一個或多個感測電極。例如，感測電極可以被配置為檢測發(fā)聲肌肉的肌電(EMG)活動和/或檢測與聲音產(chǎn)生相關(guān)的移動。感測電極可以是檢測與聲音產(chǎn)生相關(guān)的聲信號的麥克風(fēng)、檢測與聲音產(chǎn)生相關(guān)的阻抗改變的阻抗傳感器、和/或檢測與聲音產(chǎn)生相關(guān)的壓力改變的壓力傳感器。激活開關(guān)可以通過對象可操作的手動激活器手動地激活系統(tǒng)。激活開關(guān)可以響應(yīng)于已自動檢測到的活動而產(chǎn)生第一信號，或者可以響應(yīng)于手動激活器而產(chǎn)生第一信號。
[0058]在處理器303處接收第一信號(步驟102)。處理器303可以包括脈沖發(fā)生器。處理器303從激活開關(guān)接收第一信號，并且產(chǎn)生基于第一信號的至少一個刺激參數(shù)(步驟103)。刺激參數(shù)或第二信號可以是雙相電流脈沖，并且該雙相電流脈沖可以具有約0.001毫秒到50毫秒的持續(xù)時間，大多數(shù)對象中是約0.1毫秒到5毫秒的持續(xù)時間，并具有在約
0.05毫安到20毫安的范圍內(nèi)的幅值，大多數(shù)對象中是約0.5毫安到5毫安的范圍內(nèi)的幅值。
[0059]由一個或多個刺激電極301接收來自處理器303的刺激參數(shù)(步驟104)，并且刺激電極301根據(jù)刺激參數(shù)直接刺激發(fā)聲神經(jīng)，例如RLN或迷走神經(jīng)(RLN的起源并且在手術(shù)上更易于處理)(步驟105)。替代地，刺激電極301可以通過激活聲門閉合反射，聲門閉合反射然后激活RLN或迷走神經(jīng)，來間接地刺激RLN或迷走神經(jīng)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，刺激限制于聲音產(chǎn)生或吞咽或瓦式動作的時間段。
[0060]刺激電極和可選的感測電極可以是雙極或三極。類似地，一個電極可以是雙極，并且一個電極可以是三極。電極引線304應(yīng)當(dāng)具有足夠的抗損壞性。應(yīng)當(dāng)以使神經(jīng)和刺激器受肌肉、頸部和頭部的移動的影響盡可能的小的方式來布置引線本體。
[0061]實施例可以用于通過刺激整個的支配RLN或替代地RLN起源的迷走神經(jīng)，來激活具有變?nèi)醯穆曇舻幕颊叩穆晭?nèi)收。
[0062]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的人類對象的訓(xùn)練療法的方法的流程圖。激活開關(guān)基于對象的感測到的參數(shù)自動地激活訓(xùn)練系統(tǒng)，并且產(chǎn)生第一信號(步驟110)。例如，激活開關(guān)使用一個或多個感測電極來感測人類對象的發(fā)聲肌肉(例如舌骨下肌群)的電活動?；谒a(chǎn)生的第一信號用電信號直接刺激對象的發(fā)聲神經(jīng)(例如RLN或迷走神經(jīng))(步驟120)。替代地，可以通過基于所產(chǎn)生的第一信號刺激聲門閉合反射，來間接地刺激RLN或迷走神經(jīng)。刺激/激活參數(shù)可以包括用高于對象的聲帶內(nèi)收肌的收縮時間的倒數(shù)值的刺激頻率的電信號來刺激RLN或迷走神經(jīng)。用電信號刺激對象的發(fā)聲神經(jīng)可以包括:用大約是對象的聲帶內(nèi)收肌的收縮時間的倒數(shù)并且高于對象的聲帶外展肌的收縮時間的倒數(shù)的頻率的電信號，來刺激該神經(jīng)。
[0063]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的使用系統(tǒng)的手動激活的人類對象的訓(xùn)練療法的方法的流程圖。在步驟130中，通過對象使用的手動激活器來手動地激活刺激系統(tǒng)。手動激活器可以發(fā)送第一信號到處理器303，處理器303可以包括脈沖發(fā)生器。處理器303從激活開關(guān)接收第一信號并且產(chǎn)生基于第一信號的至少一個刺激參數(shù)。然后基于刺激參數(shù)來激活RLN或迷走神經(jīng)(步驟140)。替代地，可以基于刺激參數(shù)經(jīng)由聲門閉合反射間接地激活RLN或迷走神經(jīng)。刺激可以是電和/或機(jī)械或振動刺激。
[0064]處理器303的一些實施例可以實現(xiàn)為硬件、軟件(例如，計算機(jī)程序產(chǎn)品)或軟件和硬件二者的組合。例如，實施例可以實施為與計算機(jī)系統(tǒng)一起使用的計算機(jī)程序產(chǎn)品。這種實現(xiàn)可以包括固定在有形介質(zhì)例如計算機(jī)可讀介質(zhì)(例如，光盤、⑶-ROM、ROM或固定磁盤)上或者可經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器或其他接口設(shè)備例如通過介質(zhì)連接到網(wǎng)絡(luò)的通信適配器傳輸?shù)接嬎銠C(jī)系統(tǒng)的一系列計算機(jī)指令或程序代碼。介質(zhì)可以是有形介質(zhì)(例如，光學(xué)或模擬通信線路)或無線技術(shù)(例如，微波、紅外線或其他傳輸技術(shù))實現(xiàn)的介質(zhì)。該系列計算機(jī)指令可以體現(xiàn)本文先前關(guān)于處理器描述的所有或部分功能。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，這種計算機(jī)指令可以用眾多編程語言來編寫以與諸多計算機(jī)架構(gòu)或操作系統(tǒng)一起使用。此外，這種指令可以存儲在任意存儲器設(shè)備中，例如半導(dǎo)體、磁、光存儲器設(shè)備或其他存儲器設(shè)備，并且可以使用任意通信技術(shù)例如光學(xué)、紅外線、微波或其他傳輸技術(shù)進(jìn)行傳輸?？梢灶A(yù)見，這種計算機(jī)程序產(chǎn)品可以作為可移除介質(zhì)與隨附的印刷或電子文件(例如，收縮包裝軟件)一起銷售，預(yù)加載有計算機(jī)系統(tǒng)(例如，在系統(tǒng)ROM或固定盤上)，或者可以通過網(wǎng)絡(luò)(例如，因特網(wǎng)或萬維網(wǎng))從服務(wù)器或電子公告板銷售。
[0065]雖然已結(jié)合其特定實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，它能夠進(jìn)一步修改。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變化、用途或更改并且包括例如落在本發(fā)明涉及的領(lǐng)域中的已知或習(xí)慣做法范圍內(nèi)的自本公開的偏離。
【權(quán)利要求】
1.一種向具有變?nèi)醯穆曇舻娜祟悓ο筇峁┯?xùn)練治療的方法，所述方法包括: 提供被配置為產(chǎn)生第一信號的激活開關(guān)； 響應(yīng)于接收到所述第一信號而使用處理器產(chǎn)生至少一個刺激參數(shù)，所述刺激參數(shù)是基于所述第一信號的；以及 響應(yīng)于接收到所述刺激參數(shù)而激活喉返神經(jīng)或迷走神經(jīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激活開關(guān)是被配置為檢測聲音活動并且響應(yīng)于所檢測到的活動而產(chǎn)生所述第一信號的感測電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述感測電極是檢測與聲音產(chǎn)生相關(guān)的聲信號的麥克風(fēng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述感測電極是檢測與聲音產(chǎn)生相關(guān)的阻抗改變的阻抗傳感器，
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述感測電極是檢測與聲音產(chǎn)生相關(guān)的壓力改變的壓力傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述感測電極被配置為檢測與聲音產(chǎn)生相關(guān)的移動。
7.根據(jù)權(quán)利要 求2所述的方法，還包括: 確定所述聲音活動何時已達(dá)到預(yù)定水平，其中，當(dāng)達(dá)到所述預(yù)定水平時，所述感測電極通過產(chǎn)生所述第一信號來進(jìn)行響應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激活開關(guān)是檢測所述對象的移動并且響應(yīng)于所檢測到的移動而產(chǎn)生所述第一信號的運動傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激活開關(guān)基于檢測發(fā)聲肌肉的肌電(EMG)活動來提供自動的激活。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激活開關(guān)是所述對象可操作的手動激活器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激活包括提供具有約0.01毫秒到20毫秒的持續(xù)時間和在約0.05毫安到20毫安的范圍內(nèi)的幅值的電流脈沖。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述刺激參數(shù)包括大約是所述對象的聲帶內(nèi)收肌的收縮時間的倒數(shù)的刺激頻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述刺激參數(shù)包括高于所述對象的聲帶外展肌的收縮時間的倒數(shù)的刺激頻率。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述刺激參數(shù)包括高于所述對象的聲帶外展肌的激活閾值的刺激電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述刺激參數(shù)包括高于所述對象的聲帶內(nèi)收肌的激活閾值的刺激電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述刺激參數(shù)包括高于所述對象的聲帶內(nèi)收肌的激活閾值并且低于所述對象的聲帶外展肌的激活閾值的刺激電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述刺激參數(shù)包括高于所述對象的聲帶外展肌的激活閾值并且高于所述對象的聲帶內(nèi)收肌的激活閾值的刺激電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述刺激參數(shù)包括使用于所述對象的內(nèi)收肌的激活的凈力高于用于外展肌的激活的凈力的刺激電壓。
19.一種用于訓(xùn)練人類對象的變?nèi)醯穆曇舻拇碳は到y(tǒng)，包括: 被配置為產(chǎn)生第一信號的激活開關(guān)； 與所述激活開關(guān)通信的處理器，所述處理器具有用于接收所述第一信號并且用于基于所述第一信號產(chǎn)生至少一個刺激參數(shù)以刺激所述對象的喉返神經(jīng)或迷走神經(jīng)的程序代碼；以及 被配置為接收所述刺激參數(shù)并且基于所述刺激參數(shù)來激活所述對象的喉返神經(jīng)或迷走神經(jīng)的刺激電極。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述刺激電極是神經(jīng)卡膚電極、棒電極或其組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述刺激電極被配置為提供一定范圍的刺激電壓。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被配置為檢測所述第一信號何時達(dá)到預(yù)定水平，并且被配置為當(dāng)達(dá)到所述預(yù)定水平時產(chǎn)生所述刺激參數(shù)。
【文檔編號】A61N1/36GK104080511SQ201280068735
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月7日
【發(fā)明者】維爾納·林德恩塔勒 申請人:Med-El電氣醫(yī)療器械有限公司