用于電刺激的電極系統的制作方法
【專利說明】用于電刺激的電極系統
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求下列臨時申請的利益:2013年8月27日提交的序列號為-61/870,631的美國臨時申請、2013年8月27日提交序列號為61/870,640的美國臨時申請、2013年8月27日提交的序列號為61/870,643的美國臨時申請、2013年8月27日提交的序列號為61/870,653的美國臨時申請、2013年8月27日提交的序列號為61/870,658的美國臨時申請、2013年8月27日提交的序列號為61/870,665的美國臨時申請、2013年8月27日提交的序列號為61/870，710的美國臨時申請、2013年8月27日提交的序列號為61/870,713的美國臨時申請以及2013年8月27日提交的序列號為-61/870，715的美國臨時申請，以上每個臨時申請通過該引用以其整體并入本文。
技術領域
[0003]本發明總體上涉及生物信號領域，且更具體地涉及用于電刺激的新的和有用的電極系統。
[0004]背景
[0005]在生物信號領域中的電極系統用于將電信號傳輸到受驗對象，并可用于檢測或測量來自受驗對象的生物信號。然而由于很多原因一一包括在受驗對象和系統的電極(多個)之間的不充分接觸、在受驗對象和系統的電極(多個)之間的非穩健接觸、當使用電極系統時的受驗對象不舒適和/或在多個電刺激或生物信號檢測范式內的有限使用，用于電刺激和/或生物信號檢測的當前電極系統是不充分的。
[0006]因此，在生物信號領域中存在對用于電刺激和生物信號檢測的新的和有用的電極系統的需要。本發明提供這樣的新的和有用的系統。
[0007]附圖簡述
[0008]圖1描繪用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統的示意圖；
[0009]圖2A-2C描繪在用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統的實施方式中的滲透體的陣列的變形；
[0010]圖3A描繪用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統的變形；
[0011]圖3B描繪在用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統的實施方式中的殼體表面的變形；
[0012]圖4A和4B描繪在用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統的實施方式中的突出部的陣列的變形；
[0013]圖5A-5C描繪用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統的部分的第一例子；
[0014]圖6A-6C描繪用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統的部分的第二例子；
[0015]圖7A和7B描繪用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統的部分的額外的變形；
[0016]圖8A和SB描繪用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統的第一例子的額外部分；
[0017]圖9A和9B描繪用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統的一部分的變形；
[0018]圖1OA和1B描繪在用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統中的突出部配置的變形；
[0019]圖11描繪在用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統中的定位模塊的變形；
[0020]圖12A-12B描繪在用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統的實施方式中的用于移動用戶的頭發的模塊的實施方式；以及
[0021]圖13A-13D描繪在用于提供電刺激和/或檢測用戶的生物信號的系統的實施方式中的用于夾住用戶的頭發的模塊的實施方式。
[0022]優選實施方式的描述
[0023]本發明的優選實施方式的下面的描述并不打算將本發明限制于這些優選實施方式，而是使本領域中的任何技術人員能夠制造和使用本發明。
[0024]1.系統
[0025]如在圖1中所示，用于向用戶提供電刺激的系統100的實施方式包括:滲透體110的陣列，其被配置成吸收并輸送促進在系統和用戶的身體部位之間的電耦合的溶液；殼體105，其界定突出部120的陣列并包括:分布在突出部中的整個陣列中的通道130的陣列，在通道的陣列中的每個通道圍繞滲透體的陣列的一個滲透體并被配置成將溶液輸送到滲透體，以及被配置成將溶液分布到通道的陣列的歧管140;電子子系統150，其包括電源模塊151和刺激發生器153，并且被配置成傳輸刺激并促進經由滲透體的陣列的生物電信號檢測；以及耦合子系統160，其包括與殼體的內部部分進行電連通的第一電耦合區161和被配置成將第一電耦合區耦合到電子子系統的第二電耦合區162。
[0026]系統100起作用來將電刺激傳輸給用戶并可附加地或可選地起作用來通過提供在用戶和一組電極接頭之間的穩健連接來檢測來自用戶的生物信號。此外，系統100優選地起作用來以非侵入方式與用戶直接連接，以便傳輸電刺激和/或檢測來自用戶的生物信號(例如無源信號、誘發反應)。然而，電極系統100可以可選地以侵入方式與用戶連接(例如通過包括被配置成穿透用戶的皮膚的元件)。
[0027]在實施方式中，系統100可被配置成傳輸單個形式或多個形式的電刺激。同樣地，在一些例子中，系統100可被配置成傳輸下列項中的一項或多項:以經顱直流刺激(tDCS)、經顱交流刺激(tACS)、經顱磁刺激(TMS)、經顱隨機噪聲刺激(tRNS)、經顱可變頻率刺激(tVFS)的形式的經顱電刺激(TES)以及任何其它適當形式的TES。此外，在上述例子和變形的任一個中，系統100可被配置成輸送刺激作為陽極刺激和/或陰極刺激。在其它例子中，電刺激可附加地或可選地包括被配置成以任何適當的穿透深度來刺激用戶的身體的任何其它適當的部位和/或任何適當的組織結構(例如神經的、肌與骨骼的)的任何其它形式的電刺激。
[0028]在一些變形中，由系統100的元件(例如機械方面)提供的與用戶的穩健連接附加地或可選地適用于刺激的非電模式的傳輸。同樣地，系統100還可附加地或可選地被配置成通過使用任何適當的換能器或一組換能器(代替電極接頭或除了電極接頭以外)來傳輸非電模式的刺激(例如超聲刺激、光刺激)。例如，系統100的一個變形可用于提供在用戶的期望身體部位處的超聲換能元件，如由被配置成將屏障移動到用戶的身體部位處的超聲刺激的突出部的陣列促進的。在這個變形中，超聲換能元件可被配置在沿著突出部的長度的任何適當位置處和/或在突出部的遠端處。然而，其它變形可被配置成包含用于刺激用戶的任何其它元件(多個)。
[0029]在一些實施方式中，系統100可附加地或可選地被配置成檢測來自用戶的生物信號。優選地，電極系統100被配置成檢測來自用戶的生物電信號，且在一個例子中被配置成檢測可反映用戶的認知狀態的腦電圖儀(EEG)信號。在其它例子中，生物電信號可附加地或可選地包括下列項中的任何一項或多項:腦磁波描記器(MEG)信號、皮膚電反應(GSR)信號、眼電圖描記器(EOG)信號、肌電圖描記器(EMG)信號和用戶的任何其它適當的生物信號。系統100的其它變形可被配置成檢測來自用戶的任何其它適當的信號(例如與血流量有關的光信號)O
[0030]1.1系統-電極接頭組件
[0031]電極接頭組件優選地包括滲透體110的陣列和起作用來促進在系統100和用戶的身體部位之間的可靠和穩健電連接的產生的殼體105。在一些實施方式中，系統100可包括兩個電極接頭組件，其包括起陽極電極的作用的第一電極接頭組件101和起陰極電極的作用的第二電極接頭組件102，其中第一電極接頭組件101和第二電極接頭組件102兩者都耦合到電子子系統150，如在下面進一步詳細描述的。在具有多個電極接頭組件的系統100的變形中，一個電極接頭組件可被配置成耦合到用戶的第一身體部位，而另一電極接頭組件可被配置成耦合到用戶的第二身體部位。此外，在一些變形中，電極接頭組件可附加地或可選地被配置有起陰極的作用的區和起陽極的作用的區，或被配置有耦合到或多路復用到電子子系統150的一組區，使得在這組區中的每個區被配置成獨立于在該組區中的其它區以獨特和/或可控制的方式(例如使用期望的量的電流或電壓)輸送刺激。然而，系統100可包括被以任何其它適當的方式布置的任何適當數量的電極接頭組件，其一些變形也被在下面進行描述。
[0032]滲透體110的陣列起作用來吸收并輸送促進在系統和用戶的身體部位之間的電耦合的溶液。身體部位優選地是用戶的頭部位，且在特定的例子中是被定義為用戶的頭皮的一部分的部位。同樣地，在特定的例子中，滲透體的陣列被優選地配置成促進電連接的產生以通過用戶的頭發、頭皮和頭蓋骨刺激用戶的大腦。然而，用戶的身體部位可以可選地是可以經由滲透體110的陣列被以電刺激治療的和/或可傳輸來自用戶的生物信號用于由系統100檢測的用戶身體的任何其它適當部位(例如軀干部位、四肢部位、肢體部位等)。
[0033]滲透體110的陣列優選地起濕電極接頭的作用，濕電極接頭包括被配置成提供到(例如用于提供刺激并檢測信號的電氣子系統的)電源的導電連接的流體吸收材料。流體吸收材料優選地具有均勻基質，但可以可選地具有非均勻基質。此外，流體吸收材料優選地具有高潤濕度(例如，如由低接觸角指示的，如由親水行為指示的)，但可以可選地以任何適當的潤濕性行為為特征。在一些變形中，滲透體110的陣列的流體吸收材料可包括下列項中的任一項或多項:水凝膠材料(例如硅水凝膠、甲基丙烯酸羥乙酯水凝膠、聚乙烯醇水凝膠等)、被使用導電元件(例如通過混合、通過模板成形、通過沉積、通過印刷、通過電紡絲等)處理(例如去籽、涂覆、分層等)的水凝膠材料、天然海綿、合成海綿(例如纖維素海綿、聚合物海綿)、織物(例如編織材料)、流體可滲透的材料(例如可滲透或半滲透膜)和任何其它適當的流體吸收材料。同樣地，流體吸收材料優選地提供濕接觸點并防止用于電耦合的溶液以不受控制的方式(例如，如由流體滲漏指示的)的泄漏。
[0034]在一些變形中，滲透體110的陣列的流體吸收材料可被配置成當流體吸收時經歷形態和/或幾何變化。在一個這樣的例子中，流體吸收材料可以是壓縮干燥的或真空干燥的并在干燥壓縮狀態中被提供，其允許滲透體110的陣列的滲透體111在電極系統100應用于用戶的期間處于壓縮狀態中，并可在濕潤配置中流體吸收時膨脹，從而促進與用戶的電耦合，提供較大的電極到組織接觸面積和/或在電極到組織接口的電阻的減小，和/或實現屏障(例如頭發)到電耦合的位移。在另一這樣的例子中，流體吸收材料可以是在濕潤狀態和干燥狀態之間轉變時經歷形態變化(例如可逆形態變化、不可逆形態變化)的形狀記憶材料。在又一例子中，流體吸收材料可在從干燥狀態轉變到濕潤狀態時經歷非均勻膨脹(例如通過小孔的空間分布、通過小孔的尺寸分布、通過形狀記憶行為等)。
[0035]在上面的變形和例子中，由流體吸收材料吸收的流體可包括鹽水、電解質溶液、電極凝膠、水或促進在滲透體110的陣列和用戶之間的電耦合的任何其它適當的流體。此外，流體可用于促進侵入以及非侵入電刺激的管理和/或來自用戶的生物信號的檢測。此外，可針對下列項中的一項或多項處理滲透體110的陣列的流體吸收材料:生物相容性(例如與抗過敏劑)、可復用性(例如與抗菌劑或與抗真菌劑)、不可復用性(例如與促進在流體吸收材料的功能中的降級的制劑)、殺菌和任何其它適當的屬性。在上述處理的任一個中，可在用戶使用滲透體110的陣列之前、期間和/或之后執行處理(多個)。此外，流體可包含適合于到組織的離子電滲法輸送的制劑(例如鹽酸利多卡因)，或滲透體110的陣列的材料可被使用適合于離子透入療法的制劑來處理，使得制劑被從滲透體110洗脫并由電流促使進入組織內。在這個變形中，制劑可被選擇來執行與電刺激的輸送(例如與電刺激相關的不希望有的膚覺的減少)有關的治療功能或任何其它期望的治療功能。
[0036]滲透體110的陣列被優選地以圖案化的陣列與殼體120的特征來配合布置，如下所述;然而，滲透體110的陣列可以可選地被以非圖案化(例如不規則的)陣列與殼體120的特征配合布置。在如一個變形中，在圖2A中所示，滲透體110’的陣列被布置為一維陣列，其中在滲透體110的陣列中的每個滲透體111與相鄰滲透體間隔開一個空間。一維陣列可定義線性圖案或非線性圖案，并可附加地或可選地包括彎曲部分。此外，當吸收流體時，滲透體的陣列的滲透體111可被配置成接觸相鄰的滲透體(例如由于當流體吸收時膨脹)或可被配置成維持與相鄰滲透體的期望的間隔。在另一變形中，滲透體110”的陣列被布置為二維陣列，其中在滲透體110的陣列中的每個滲透體111與相鄰滲透體間隔開一個空間。二維陣列可定義矩形圖案、多邊形圖案、圓形圖案、橢圓形圖案、無定形圖案和任何其它適當圖案中的一個或多個。此外，當吸收流體時，滲透體的陣列的滲透體111可被配置成接觸相鄰的滲透體(例如由于