用于调节神经组织中的神经束的方法和装置

本申请要求于2020年6月25日提交的序列号为63/044,111、题为“METHOD ANDAPPARATUS FOR MODULATION OF TRACTS IN NERVOUS TISSUE”的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

所公开的实施方式总体上涉及用于调节神经组织中的神经束的方法和装置。

背景技术

已知可以通过应用动态变化的磁场来调节大脑中选定区域的活动。这种现象的临床应用被称为“经颅磁刺激”。磁场变化区域的空间范围由位于大脑附近的电线圈的形状和流过这些线圈的电流量确定。受动态磁场影响的这些区域的形状通常受到对椭圆形区域的线圈设计考虑的限制，该椭圆形区域靠近头骨居中。许多对研究或临床应用最有用的大脑神经束并不具有这些形状和位置。例如，情绪障碍被认为来自大脑的深层区域，与这种障碍相关的神经元传输可能以线性方式投射。术语调节是指包括刺激和抑制或干扰神经元信息或控制的传输。

已知可以通过改变磁共振图像来检测关于这种动态变化的磁场的信息，如D.E.Bohning等人于1977年发表的题为“Magnetic Transcranial Magnetic fieldStimulation(TMS)fields in vivo with Magnetic Resonance Imaging(MRI)”的神经学报告公开物中所教导的。在该公开物中，在超导MRI(磁共振成像)中插入线圈，电流通过线圈以产生动态变化的磁场。这种系统的使用可能对受试者是危险的，因为在电流通过线圈期间，在所述线圈上可能存在力或转矩，所述力或转矩由超导磁体的静态磁场和载流线圈的瞬态磁场的相互作用产生。已知TMS设备被提供有针对激活神经组织的特定区域而优化的特定线圈配置，并且在某些情况下，线圈被物理移动以激活这些区域。已知发送到所述TMS线圈的电流量可以基于观察到的生理效应(例如手指抽搐)来规定。

发明内容

所公开的实施方式描述了一种用于产生磁场变化的装置和方法，该磁场变化更准确地符合研究人员和临床医生感兴趣的大脑的神经束和区域。

在一些实施方式中，一种装置，包括：至少两个线圈，所述至少两个线圈被配置为布置在神经组织附近，并产生用于调节神经组织的磁场；和控制系统，所述控制系统被配置为控制被施加的用于调节所述神经组织的磁场的时间。所述时间可以在所述神经组织的整合时间内。

在一些实施方式中，由所述至少两个线圈产生的磁场的时间和/或相位建立所述神经组织内的相对感知运动和/或方向性。

附图说明

图1示出了在至少一个线圈、电磁体、或电永磁体附近的不同时间的人或其他动物的示例；

图2是根据所公开的实施方式的控制系统和电流源的框图；和

图3是根据所公开的实施方式的调节神经组织的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了本发明装置105的一个实施方式的示例。示出了在不同时间100、110、120、130的人或其他动物的头部140。至少一个线圈或电磁体或电永磁体150位于头部140附近(即，在一米之内)。至少一个额外的这样的线圈或电磁体或电永磁体160类似地位于头部140附近(即，在一米之内)。在对应于100的时间，线圈150由来自系统的电流激活，以在头部140中产生磁场170。图2中示出了电流源240和包括处理器260的控制系统250，它们可以有线或无线地连接到装置105。在比神经元响应时间短的后续时间，例如，小于0.1秒、小于100毫秒、小于500微秒，如通过引用并入本文的US 9411030中所述的，系统通过线圈160产生电流，以在头部产生磁场180，如110所示。时间120表示大脑感知的磁场，在这种情况下，时间100和110的磁场的生理效应在位置190和200处被整合或以其他方式组合。如时间130所示，综合效应可以激活或以其他方法调节大脑中的神经束210。

图3的流程图示出了一个方法示例中的上述操作。尽管本说明书的下一部分中使用了术语“后续操作”来说明本发明的方法，但应理解的是，某些操作可以采用不同的顺序，并且可以重复。该序列可以从300开始，在300处，对大脑或其他神经器官(例如脊髓)进行MRI。通过线圈或电磁体或电永磁体发送电流脉冲310。通过线圈或电磁体或电永磁体发送另一电流脉冲320。320处的脉冲也可以来自与310处相同的线圈。在320处可以应用附加的类似操作。大脑和/或神经组织可以整合操作310和320。

可选地，可以获得磁共振(MR)图像，以确定在任何或所有上述操作中产生的磁场。该确定可包括检查磁场在不同位置和时间对自旋态的影响，例如D.E.Bohning等人(上文引用)所教导的。

如以上在附图的描述中所讨论的，装置105包括在神经元或神经组织(如大脑140)的一米内的至少两个线圈或电磁体或电永磁体150和160。应当理解，术语“神经元”或“神经”组织指的是包含神经或神经元的组织。在图1中，神经组织表示为包含大脑的头部140。

应理解，术语“电永磁体”包括如下装置，该装置包括至少一个线圈或载流材料(例如导线)和可磁化材料，其中，可磁化材料的磁化由于电流而在幅度或方向上发生变化，并且在电流流过至少一个线圈或载流材料之后，磁化的至少一些该变化持续存在。出于本发明的目的，术语“线圈”包括多个线圈、载流材料的多个部分、多个电磁体、和多个电永磁体。出于本发明的目的，表述“至少两个线圈，所述至少两个线圈被配置为布置在神经组织附近，并产生用于调节神经组织的磁场”意味着包括由线圈、可磁化材料、或线圈和可磁化材料两者的组合产生磁场。

根据所公开的实施方式，可以用电流激活线圈150和160以及其他可能的线圈，以在受试者(例如受试者的头部)中产生磁场。到各个线圈的电流可以在连续时间产生，使得神经元组织感知到具有比任何一个线圈的区域更大或不同的区域的累积磁效应。可以通过改变电流通过线圈的时间、相位和幅度来控制磁效应的方向。应当理解，术语“磁效应”可以包括电场的感应，该电场可以刺激、抑制或以其他方式调节神经组织的生理活动。磁效应对神经组织的生理效应称为“生理效应”。

出于本发明的目的，术语“整合(integrate或integration)”旨在描述神经组织对连续磁效应的响应时间(例如整合时间)小于每个磁效应开始和/或结束之间的时间或小于所有磁效应开始与结束之间的时间的操作。整合时间可以包括单个神经元或神经对调节做出响应的时间、一组神经元或神经对调节做出响应的时间、或包含一组神经元或神经的回路对调节做出响应的时间。

出于本发明的目的，术语“整合时间”旨在在长度上与神经元响应时间(如上所述)相当。神经元响应时间可能是几毫秒、或几十毫秒、几百毫秒、或更长，这取决于神经元或神经的类型以及参与响应的神经元或神经的数量。

术语“整合(integrate或integration)”也旨在包括磁效应在时间上的部分交叠或最小分离(例如小于1秒)，以建立不同位置的连续磁效应的感知相对运动和/或方向。作为示例，如果通过线圈(例如，线圈150的位置处的线圈150)向受试者的大脑施加磁效应，然后通过另一线圈(例如线圈160的位置处的线圈160)施加另一磁效应，并且这些磁效应在整合时间内交叠，则当线圈150和160在它们各自的位置同时被激活时，大脑中的回路可以被调节(通过生理效应)。应理解，可应用该过程来产生具有许多尺寸和形状的生理效应。

如果两个或更多个线圈的磁效应未同时施加，则生理效应可能在神经元通路或神经束内具有方向性。在本发明中，时间上的差异表示为“相位”。由线圈产生的磁场的相位的调整可用于进一步指定这种调节的大小、幅度、位置或方向。应当理解，使用MR或磁性粒子成像可以帮助进行这种调整，例如通过反馈例程来进行这种调整，该反馈例程通过MR或磁性粒子成像检查磁场，然后改变磁场。

该方法的操作如图3所示。在线圈激活之前、期间、和/或之后，可以获得一个或多个成像研究300和330，以便添加关于所施加的磁场以及神经组织的响应(例如，具有BOLD效应)的空间范围或其他描述的信息。成像研究可以通过磁共振成像、电子共振成像、磁性粒子成像、或使用用于执行调节的电永磁体的其他手段来获得。应当理解，电永磁体可以用于收集图像，从而可以在不将受试者从一个平台移动到另一个平台的情况下执行TMS和成像。本发明的优点在于，在没有这种运动的情况下，位置准确性更好，并且TMS和MRI之间的时间减少，从而神经组织的响应的测量更准确。使用电永磁体来收集图像之前在已发布的专利10908240和相关专利中有所描述，该专利通过引用并入本文。

应当理解，在单个装置中使用电永磁体来产生用于调节神经组织的磁场，并演示神经组织的解剖和生理响应，以及描述产生的磁场调节神经组织的程度是新颖的。由于一个或多个线圈或电永磁体可以被接通和断开或以其他方式被调节，使得在TMS脉冲被一个或多个线圈或电永磁体施加时不会施加静态磁场，因此在该一个或多个线圈上将没有力。没有可能伴随力的伴随运动，这样的装置可比Bohning等人所描述的系统的使用更安全。因此，没有永久静态场为装置的使用者提供了附加的安全性和灵活性。

应当理解，与目前TMS中使用的一到四个线圈相比，本文所述的具有适当相位调整的多个电永磁体的组合使用在调节大脑深处的神经组织方面可以更有效。

据了解，与具有优化的特定配置以调节特定区域的TMS设备相比，多个线圈的时间和激活幅度在灵活性方面具有优势。作为示例，使用者可以选择使用该装置来调节受试者的一个区域，然后调节同一受试者或另一受试者的不同区域，而不必物理地移动线圈位置，而只需改变提供给本发明中的至少两个线圈的电流的电参数(例如，相位和/或幅度)。因此，本发明对应于一种可由医生用于治疗多种病症的“多用途”系统。

应当理解，本发明的装置和方法可用于精神失常或疾病，以使受试者适应或以其他方式调节所需的神经束或通路。应当理解，本发明的装置和方法可以用于神经失常或疾病，以使受试者适应或以其他方式调节所需的神经束或通路，例如在外科手术或其他消融手术之前进行。

此外，在考虑了以上教导之后，本领域技术人员能够认识到，以上示例性实施方式和控制系统可以基于使用由合适的计算机程序编程的一个或多个程序化处理器。然而，所公开的实施方式可以使用诸如专用硬件和/或专用处理器的硬件部件等同设备来实现。类似地，可以使用通用计算机、基于微处理器的计算机、微控制器、光学计算机、模拟计算机、专用处理器、专用电路和/或专用硬接线逻辑来构建可替选的等效实施方式。

此外，应当理解，可以使用软件指令来提供上述部件的控制和协作，软件指令可以存储在诸如非暂时性计算机可读存储设备之类的有形的、非暂时性存储设备中，该有形的、非暂时性存储设备存储指令，当所述指令在一个或多个程序化处理器上执行时，执行上述方法的操作和得到的功能。在这种情况下，术语“非暂时性”意图排除传输的信号和传播波，但不排除可擦除或依赖于电源来保持信息的存储设备。

在考虑了以上教导之后，本领域技术人员能够认识到，用于实现上述某一实施方式的程序操作和过程和相关数据可以使用磁盘存储器以及其他形式的存储设备来实现，其他形式的存储设备包括但不限于非暂时性存储介质(其中非暂时性仅意图排除传播信号，而不排除通过移除电源或利用擦除动作擦除的暂时性的信号)，例如，只读存储器(ROM)设备、随机存取存储器(RAM)设备、网络存储设备、光学存储元件、磁存储元件、磁光存储元件、闪存、磁芯存储器和/或其他不脱离某些实施方式的等同易失性和非易失性存储技术。这种可替选的存储设备应当看作等同存储设备。

尽管以上描述了各种示例性实施方式，但应当理解，这些示例性实施方式仅作为示例呈现，而非限制。因此，本发明的广度和范围不应由上述任何示例性实施方式限制，而应当仅根据所附权利要求及其等同方案来限定。

例如，根据一些实施方式，一种装置，包括：至少两个线圈，所述至少两个线圈被配置为布置在神经组织附近，并产生用于调节神经组织的磁场；和控制系统，所述控制系统被配置为控制被施加的用于调节所述神经组织的磁场的时间，其中，所述时间在所述神经组织的整合时间内。

由所述至少两个线圈组合产生的所述磁场产生的调节在大小、形状、方向或幅度上不同于每个线圈单独产生的调节。

所述至少两个线圈位于电永磁体内。

所述至少两个线圈被配置为布置在所述神经组织的1米内。

所述控制系统被配置为在激活所述至少两个线圈中的第一线圈之后激活所述至少两个线圈中的第二线圈。

所述第一线圈和所述第二线圈被配置为在所述神经组织中产生交叠磁场。

所述整合时间小于1秒。

所述整合时间为几毫秒、或几十毫秒、或几百毫秒、或更长。

所述装置被配置为使受试者适应或以其他方式调节所需的神经束或通路。

所述装置还被配置为通过选择所述至少两个线圈的电参数来调节一个受试者的一个或多个区域，并通过调整所述至少两个线圈的电参数来调节同一个受试者或不同受试者的一个或多个不同区域。

所述装置被配置为在不移动受试者的情况下收集用于形成所述受试者的神经组织的图像的数据并调节所述神经组织。

根据至少一些实施方式，一种调节神经组织的方法，包括：将至少两个线圈定位在神经组织附近；通过激活所述至少两个线圈来产生磁场；以及施加所述磁场以调节所述神经组织，其中，所施加的用于调节所述神经组织的磁场的时间在所述神经组织的整合时间内。

来自所述至少两个线圈的所述磁场可用于在所述调节之前、之后或期间进行成像研究。

由所述至少两个线圈产生的所述磁场的时间和/或相位建立所述神经组织内的相对感知运动和/或方向性。

所述至少两个线圈位于所述神经组织的1米内。

在激活所述至少两个线圈中的第一线圈之后，激活所述至少两个线圈中的第二线圈。

所述第一线圈和所述第二线圈在所述神经组织中产生交叠磁场。

所述整合时间小于1秒。

所述整合时间为几毫秒、或几十毫秒、或几百毫秒、或更长。

所述方法还包括使受试者适应或以其他方式调节所需的神经束或通路。

所述方法还包括调节一个受试者的一个或多个区域，然后调节同一个受试者或不同受试者的一个或多个不同区域。

施加所述磁场以在不移动受试者的情况下收集用于形成所述受试者的神经组织的图像的数据并调节所述神经组织。