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重复 经颅磁刺激装置

阅读：926发布：2020-05-13

专利汇可以提供重复经颅磁刺激装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种rTMS线圈或线圈的设置设计成用同步磁场脉冲影响大脑的多个区域。多个线圈排列以覆盖各关键的目标区域，或者一个被延伸或扩大成某种形状的单一线圈能够使磁场影响关键区域被公开了。还公开了一种优化重复经颅磁刺激 (rTMS) 治疗的方法。，下面是重复经颅磁刺激装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种TMS帽子，包括：
a.一个适于戴在患者头部的帽子基体；
b.具有第一种配置的多个石墨烯磁发射体，所述第一种配置是db发射体配置；
c.具有第二种配置的多个石墨烯磁发射体，所述第二种配置是yy发射体配置，其中，当所述发射体激活时，所述石墨烯磁发射体的布置产生相控阵效应。
2.如权利要求1所述的TMS帽子进一步包括：
d.多个非接触式EEG 传感器。
3.一种用于治疗神经精神病症或改善生理功能的重复经颅磁刺激装置，所述装置包括多个石墨烯磁发射体，并配置成使其产生的磁场能够向戴着所述重复经颅磁刺激装置的患者大脑的两个或多个区域传递磁刺激；所述石墨烯磁发射体包括db发射体和yy发射体。
4.如权利要求3所述的重复经颅磁刺激装置，其特征在于石墨烯磁发射体的几何形状是相控阵的磁场发射元件，可以实现复杂的几何形状和发射场。
5.一种TMS帽子，包括：
a.一个适于戴在患者头部的帽子基体；
b.具有第一种配置的多个石墨烯磁发射体，所述第一种配置是db发射体配置；
c.具有第二种配置的多个石墨烯磁发射体，所述第二种配置是yy发射体配置；和d.多个非接触式EEG传感器；
其中，当所述发射体激活时，所述石墨烯磁发射体的配置形成相控阵效应，并且当所述传感器激活时所述非接触式EEG传感器测量脑波模式。
6.一种TMS帽子，包括：
a.一个适于戴在患者头部的帽子基体；
b.具有第一种配置的多个石墨烯磁发射体，所述第一种配置是db发射体配置；
c.具有第二种配置的多个石墨烯磁发射体，所述第二种配置是yy发射体配置；
d.多个非接触式EEG传感器；
e.一根连接到每个发射体和传感器的导线，它将所述发射体和传感器连接到一个已编程的用于控制发射体和传感器的控制面板；
其中，当所述发射体被激活时所述石墨烯磁发射体的布置形成相控阵效应，并且当所述传感器被激活时所述非接触式EEG传感器测量脑波模式。
7.一种磁性元件，包括：
a.配置成能产生相控阵效应的多个石墨烯磁发射体，所述发射体包括db发射体和yy发射体，和
b.至少一个传感器。
8.如权利要求7所述的磁性元件，其特征在于所述发射体是两种或多种配置。

说明书全文

重复经颅磁刺激装置

[0001] 交叉引用相关申请

[0002] 根据美国法典§119(e)第35条，本申请要求申请号为61/621,413、申请日为2012年4月6日的美国临时申请的优先权，其中公开的内容通过全部引用在此并入。

技术领域

[0003] 本发明涉及新型的重复经颅磁刺激(rTMS)装置，用所述装置治疗能够刺激患者大脑中的两个或多个区域。本发明还涉及石墨烯相控阵磁铁。

背景技术

[0004] 经颅磁刺激(TMS)是一种用磁场刺激大脑中的神经细胞以改善抑郁及其他神经精神症状的过程。通常，TMS线圈是圆形或数字8的形状，如此设计是为了在一个单一的点达到最大的强度。用标准TMS治疗抑郁症时，是将一个大电磁线圈贴着或靠近前额附近的头皮。TMS中使用的电磁铁产生电流和磁场来刺激你的大脑区域中参与情绪控制和抑郁的神经细胞。

[0005] TMS线圈的设计可以根据，例如用于构造线圈铁芯的材料类型、线圈配置的几何形状以及线圈产生的脉冲特性，进行改变。线圈一般是由一种铁磁活性材料组成的并且一般被称为“实心”设计。存在几种不同类型的线圈，其中每一种线圈产生不同的磁场模式，各种不同线圈包括圆形线圈、8字形线圈、双锥形线圈和四叶形线圈。TMS线圈形状设计的多样化使得大脑能够被线圈产生的磁场以多种方式穿透。TMS装置一般设置成在同一时间治疗大脑的一个区域。在大脑的多个区域需要治疗的情况下，则需要对大脑不同区域进行序贯治疗。

[0006] 本发明提供了新型的rTMS装置，当rTMS需要产生同步的TMS脉冲以影响大脑的多个区域时，本发明所述rTMS装置能够刺激用这种装置治疗的患者大脑中的两个或多个区域。

发明内容

[0007] 简单地说，根据本发明，一种用于治疗神经精神病症或改善生理功能的重复经颅磁刺激(rTMS)装置，其中所述装置包括一个符合患者头部或患者头部一部分的形状的外壳和一个提供磁场的线圈。所述线圈配置产生的磁场能够向戴着所述rTMS装置的患者大脑的两个或多个区域传递磁刺激。所述线圈配置包括2个或多个线圈或者也可以包括一个适于向患者大脑的两个或多个区域提供磁刺激的单一线圈。所述线圈配置的几何形状可以是相控阵的磁场发射元件，可以实现复杂的几何形状和发射场。

[0008] 此外，本发明所述的rTMS装置可以是一种可被患者佩戴的帽子，并且具有多个组成阵列的石墨烯磁发射体。所述帽子可由任何面料制成，如布料的网眼织物。合成的聚合物网状材料也可以使用。所述发射体附着在所述帽子上并排列成发射体阵列跨越患者的整个头部。所述帽子戴于患者头部，通过控制每个发射体的编程软件，帽子上附着的发射体可产生所需的磁场。所述阵列中的元件由开/关每个发射体的软件驱动，以优化形成相控阵的磁波瓣的形状和位置。所述帽子可以附加装有非接触式脑电图(EEG)传感器，由此在提供rTMS的同时，还可以监测患者的脑电图。

[0009] 本发明所述的rTMS装置可以向大脑的前部和后部区域、大脑的运动皮层和额叶皮层区域、或大脑额叶区域的两侧传递磁刺激。优选地，所述线圈配置需同步以促进大脑中多个位置之间的一致和同步行为。

[0010] 本发明rTMS装置可用于增强或改善生理功能，以及用于治疗神经精神障碍或病症。生理功能包括专注力，睡眠，警觉性，记忆力，血压，抗压力，性欲，语言能力，运动功能，活动能力，认知功能，智力，身高(儿童)和体重。神经精神病症或障碍包括自闭症谱系障碍(ASD)，阿尔茨海默氏症，多动症，精神分裂症，焦虑症，慢性疼痛，抑郁症，昏迷，帕金森氏症，滥用药品，躁郁症，睡眠障碍，进食障碍，耳鸣，脑外伤，创伤后应激综合症，和纤维肌痛。

[0011] 实施本发明特别的有益效果在于，提供了一种能够同时治疗2个或多个大脑区域的装置，这种rTMS装置可用于治疗大脑不同区域之间一致性差的疾病，比如阿尔茨海默氏病、言语和语言障碍、精神分裂症和抑郁症。附图说明

[0012] 图1是db石墨烯发射体的示意图。

[0013] 图2是yy石墨烯发射体的示意图。

[0014] 图3是非接触式EEG传感器。

[0015] 图4是患者佩戴着包含两种类型的石墨烯发射体和非接触式EEG传感器的rTMS帽的俯视图。

[0016] 图5是患者佩戴着包含两种类型的石墨烯发射体的rTMS帽的俯视图。

[0017] 图6是患者佩戴着包含两种类型的石墨烯发射体的rTMS帽的俯视图。

[0018] 图7是在大脑多个区域提供独立磁场源的多回路线圈。所述线圈连接在一起以便提供一组跨越大脑的同步磁场。

[0019] 图8是相控阵配置。在这种配置中，磁场脉冲的相位可以改变，以便增加或减少相互间的干扰，从而产生特定的磁场模式。

[0020] 图9是在用rTMS治疗前个体的脑电图结果和脑波图包括俯视剖析图中的电力分布。

[0021] 图10a是正常的图8所示线圈，图10b是伸展的或拉长的图8所示线圈，所产生的磁场沿着线圈下方的区域延伸，影响位于这个区域内的大脑所有区域。

具体实施方式

[0022] 在实施本发明时，重复经颅磁刺激(rTMS)装置制作成包含一个符合患者头部形状和/或患者头部一个或多个部分形状的外壳。可以制成不同的尺寸以治疗儿童、青少年和成人。本发明装置还包含一个传递磁场的线圈。所述线圈配置所产生的磁场能够向戴着所述rTMS装置的患者大脑的两个或多个区域传递磁刺激。所述线圈配置可以有2个或多个线圈，或者，只有一个适于向患者大脑的两个或多个区域传递磁刺激的单一线圈。另外，所述线圈配置的几何形状可以是相控阵的磁场发射元件，可以实现复杂的几何形状和发射场。基于石墨烯的磁铁也适用于本发明。

[0023] 在本发明优选的实施方式中，所述rTMS装置是可被患者佩戴的有沿帽子或无沿帽子，其中所述帽子具有组成阵列的多个磁性石墨烯发射体。所述帽子可由任何面料制成，如布料网眼织物。合成的聚合物网状材料也可以使用。所述发射体附着于帽子上并排列成发射体阵列跨越患者的整个头部。所述帽子戴于患者头部，通过控制每个发射体的编程软件，帽子上的发射体可以产生所需的磁场。阵列中的元件由开启和关闭每个发射体的软件程序驱动，以优化形成相控阵的磁波瓣的形状和位置。图5是戴在患者头部的rTMS帽子的俯视图，其中图的顶部可看到鼻部501，以及两侧可看到耳部502，503。

[0024] 本发明使用了石墨烯发射体以形成平坦的信号覆盖区，弧形的布置，协调的相控阵。石墨烯(碳纳米管纤维)导线用来制作小线圈。由于石墨烯极低的电阻以及石墨烯纤维的纳米结构，可制得很小的电磁线圈，与之相反，现有的电磁线圈需要大直径的导线以减小电阻，从而得到臃肿、沉重的线圈。石墨烯电磁线圈的小尺寸提供了许多独特的应用特别是与传感器结合时。所述应用包括但不限于使用了磁刺激的医疗应用，工业进程，生物混合，生物膜分离，胶体处理，磁力驱动之类的。在此类应用中所述石墨烯电磁线圈可设置成不同的空间配置，其中每种配置产生特定的磁场。不同形状石墨烯电磁线圈的采用可用于优化任何给定应用所需的总体磁场方向属性。

[0025] 石墨烯电磁线圈或石墨烯发射体的一种类型如图1所示，它被称作犬骨(db)发射体，其中的石墨烯纤维盘绕成犬骨形状。图1中长方形中心轴105被石墨烯纤维线圈(发射体)106覆盖并且包含在绕线盘103中。磁辐射壳104覆盖所述的石墨烯线圈106。电缆张力缓冲体101连到处理单元(未示出)。边框107包含了绕线盘并通过线102与基底108连接。所述基底是任何材质的，其中需要含有使用中的db发射体，比如在本发明所述rTMS装置的应用中提及的帽子。当电流通过db发射体时，磁场从发射体末端产生并且波瓣宽且呈球形。在TMS应用中，这将穿透颅骨并将吸引或排斥其他来自其他发射体的波瓣返回大脑。

[0026] 另一种石墨烯电磁线圈或石墨烯发射体的类型如图2所示，它称为溜溜球(yy)发射体，其中石墨烯纤维盘绕成一种就像将要连接到一个溜溜球上的溜溜绳的形状。图2中圆形中心轴201被石墨烯纤维线圈(发射体)206覆盖并包含在磁辐射壳203内。电缆张力缓冲体202连到处理单元(未示出)。所述发射体通过线205连接到基底204。所述基底是任何材质的，其中需要含有db发射体，比如本发明所述TMS装置应用中的帽子。当电流通过所述yy发射体时，大部分磁场从垂直于石墨烯纤维线圈206的圆轴201末端产生。在rTMS应用中，产生的磁场中一半将直达颅骨而另一半远离头部。

[0027] 本发明所述石墨烯电磁线圈优选与传感器连用，并且特定的传感器将被选择用于线圈的特定用途。对于TMS应用，非接触式干电极EEG传感器将用于与石墨烯发射体组合。非接触式干电极EEG传感器购自Cognionics，圣地亚哥，加拿大。电缆张力缓冲体302连到处理单元(未示出)。所述传感器通过线304与基底305连接。

[0028] 图3是EEG非接触式干电极EEG传感器，它包含一个安置在EEG传感器外壳301内的PCB板303。本发明中，db发射体，yy发射体以及非接触式干电极EEG传感器用于制作TMS帽子，所述TMS帽子通过产生相控阵效应能够同时检测EEG模式和施行经颅磁刺激。

[0029] 如图4所示，每个发射体404，405以及EEG传感器406一般是平坦的圆盘，基本是圆形的。所述发射体和传感器彼此相间，附着在织物网眼上，并且在起始序列中变化以及从行到行的位置中变化。所述发射体404,405和传感器406通过导线(未示出)连接到包含有已编程的软件和电源的控制面板(未示出)。图4中有两种类型的发射体并且在本发明中是基于它们的形状命名的。一种被称为犬骨(db)发射体404，另一种被称为溜溜球(yy)发射体(405)。有两种优选的模式用于在所述帽子上排列发射体和传感器：(1)-[db]-[eeg]-[yy]-和(2)-[yy]-[eeg]-[db]-。放置以及附着的基本模式如下所示：

[0030] -[db]-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-

[0031] -[db]-[yy]-[eeg]-[db]-[yy]-[eeg]-[db]-[yy]-[eeg]-

[0032] -[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-

[0033] -[db]-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-

[0034] -[db]-[yy]-[eeg]-[db]-[yy]-[eeg]-[db]-[yy]-[eeg]-

[0035] -[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-

[0036] 所述发射体404、405和传感器406被缝制或者以其他方式附着(就像纽扣一样)在适于覆盖头部的整个布网上。所述传感器和发射体不能重叠。一个平均尺寸的帽子包含45个egg传感器，45个db发射体，和45个yy发射体。

[0037] 所述两种类型的发射体(db和yy)形成阵列，该阵列用于塑造以及优化磁场方向。这种“相控阵”由软件控制并且所述磁场可相应地调整。磁阵列的相位调整是通过每个独立发射体的大小、位置以及方向，依次地，通过时间的软件控制来完成的。由于相反的场相互吸引，波瓣可有效地集中在头皮以及下面脑结构的目标区域。发射体和传感器的尺寸不是本发明实施的关键。所述发射体和传感器的直径通常在15～30厘米(mm)的范围内，优选17～19mm。一个平均尺寸的帽子将包含大约45个eeg传感器，45个db发射体和45个yy发射体。

[0038] yy发射体的大部分磁场从垂直于圆盘方向的末端产生。因此所述磁场的一半趋向大脑的方向，由于yy发射体的一侧对着头部，所以另一半磁场分散到远离大脑空间中。db发射体与之相反。磁场从db发射体末端产生趋向平行于颅骨的一侧，其中波瓣还是很宽且呈球形以提供颅骨穿透。更重要地所述db发射体更易于吸引或排斥其他波瓣回到大脑，并决定相控阵中波瓣的方向。

[0039] 这些磁波瓣阵列的聚焦在本发明的实施中是有用的。例如3～7个yy发射体将驱动主要的磁性波瓣到头部的一侧。在同一侧的db发射体将帮助定形和延伸这些主要的波瓣。在头部另一侧的yy和db发射体将所述波瓣最大化定形和延伸到优选的目标区域，由此产生相控阵。

[0040] 图5是佩戴着本发明TMS帽子的患者的俯视图，所述TMS帽子包含db发射体504和yy发射体505但没有EEG传感器。通过患者的鼻部501和耳部502,503可看出所述帽子的方位。所述发射体504,505是一般是平坦圆盘，且基本是圆形的。所述发射体彼此相间，附着于织物网基底，并在起始序列中变化以及在从行到行的位置中变化。所述发射体504和505通过导线(未示出)与包含有已编程的软件和电源的控制面板(未示出)连接。优选地，所述发射体排列成交替的配置如图5中所描绘。所述发射体504,505被缝制或以其他方式附着(就像纽扣一样)在适于覆盖头部的整个布网上，并且不能重叠。平均尺寸的帽子将包含125个或更多发射体。这种TMS帽子用于施行对大脑目标区域的重复TMS。

[0041] 图6是另一种戴着本发明TMS帽子的患者的俯视图，所述TMS帽子包含db发射体604和yy发射体605但没有EEG传感器。通过患者的鼻部601和耳部602,603可看出帽子的方位。所述发射体604,605是一般是平坦圆盘，并基本是圆形的。所述发射体彼此相间，附着于布网基底上，并在起始序列中变化以及在从行到行的位置中变化。所述发射体504,505通过导线(未示出)与包含有已编程的软件和电源的控制面板(未示出)连接。图6中所示的实施方式与图5中所示的实施方式相似，除了包含更少的发射体。

[0042] 这些磁性波瓣的集中在本发明的实施中是有用的。例如3～7个yy发射体的集群将驱动主要的磁性波瓣到头部的一侧。在同一侧的db发射体将帮助定形和延伸这些主要的波瓣。在头部另一侧的yy和db发射体将所述波瓣最大化定形和延伸到优选的目标区域，由此产生相控阵。

[0043] 本发明所述rTMS装置可以传递，例如，磁刺激到大脑的前部和后部区域、大脑的运动皮层和额叶皮层区域、大脑额叶区域的两侧。优选地，所述线圈配置需同步以促进在大脑的多个位点之间的一致和同步行为，比如EEG波模式。

[0044] 本发明rTMS装置可用于增强或改善生理功能以及治疗神经精神障碍或病症。生理功能包括专注力，睡眠，警觉性，记忆力，血压，抗压力，性欲，语言能力，运动功能，活动能力，认知功能，智力，身高(儿童)和体重。神经精神病症或障碍包括自闭症谱系障碍(ASD)，阿尔茨海默氏症，多动症，精神分裂症，焦虑症，抑郁症，昏迷，帕金森氏症，滥用药品，躁郁症，睡眠障碍，进食障碍，耳鸣，脑外伤，创伤后应激综合症，和纤维肌痛。

[0045] 实施本发明特别的有益效果在于提供一种能够同时治疗大脑2个或多个区域的装置，该rTMS装置能用于治疗大脑中不同区域之间一致性差的病症，比如，举例来说，阿尔茨海默氏症，言语和语言障碍，精神分裂症和抑郁症。

[0046] 在本发明的一种实施方式中rTMS装置的配置通过提供磁场刺激给大脑的前部和后部来治疗阿尔茨海默氏症的患者。患者每天治疗30分钟，每分钟6秒磁刺激。

[0047] 在本发明的另一种实施方式中rTMS装置的配置通过提供磁场刺激给大脑的运动皮层和额叶皮层来治疗患有言语障碍的患者。患者每天治疗30分钟，每分钟6秒磁刺激。

[0048] 在本发明进一步的实施方式中rTMS装置的配置通过提供磁场刺激给大脑额叶的横向侧面来治疗精神分裂症患者。患者每天治疗30分钟，每分钟6秒磁刺激。

[0049] 在本发明另一种实施方式中rTMS装置的配置通过提供磁场刺激给大脑额叶的横向侧面来治疗抑郁症患者。患者每天治疗30分钟，每分钟6秒磁刺激。

[0050] 有一些病例在不同的大脑区域之间产生不相干或不同步的EEG活动。在阿尔茨海默氏症中，大脑前部和后部之间的活动倾向于缺乏一致性。在言语和语言障碍中，运动皮层经常异步于额叶皮层。在其他障碍如精神分裂症或抑郁症中，经常发现额叶的两侧之间缺少一致性。

[0051] 认知功能的疾病症状得到减少和改善，通过施行本发明rTMS脉冲使得不同区域一致和同步地活动。

[0052] 本发明rTMS装置产生的对大脑不同区域的脉冲优选一起同步，以促进跨越大脑的一致性。所述线圈符合人体工学，具有倾斜式设计以适于头皮。所述rTMS装置可包含多个线圈以适于治疗大脑的不同区域，或者只有一个单一线圈但可被延伸使得磁场的焦点在更宽的区域直线传播。一种实施方式将延伸所述线圈使得其覆盖前额叶的两侧。如果需要，所述线圈可被制作的更大以产生更加分散的磁场。

[0053] 图10b是一种拉长的线圈，它在线圈下方传播磁场以覆盖线圈下方的区域当用于对患者施行rTMS时。图10a是一种常规的线圈，它与拉长的线圈的覆盖区域不同。图10b所示的线圈可治疗大脑的多个区域。

[0054] 图7中多个线圈连接在一起，适于同时刺激大脑的各独立区域。

[0055] 图8是一种相控阵的线圈8，可使用脉冲相位的不同以对准和定位大脑的多个区域。所述线圈由中央处理器802操控，它可以调节每个线圈产生的磁场。一个开/关转换器803用于关闭特定的线圈，如果需要的话。

[0056] 本发明的另一个方面是一种优化患者重复经颅磁刺激(rTMS)的方法，该方法是通过记录患者的整个头部EEG、在一个或多个频率绘制EEG 能量图以识别大脑活动不一致或不同步的区域、以及施行rTMS到不一致和不同步的大脑区域来实现。这种优化过程可包括一个rTMS装置，它具有(a)2个或多个线圈；

[0057] (b)一个单一的线圈，配置成向大脑的2个不同区域传递磁刺激；或者(c)一个相控阵的磁场发射装置，能够形成复杂的几何形状和发射场，其中所述相控阵模式具有杠杆作用，用于诱导位置和时间强度。优选的相控阵是本发明所述的rTMS帽子。EEG绘制时，通过在跨越大脑的感兴趣的频率处采用诸如最小二乘法、LORETA和重点优化法等公知算法测量EEG能量以识别出低能量区域。也可以通过在一个或多个用于绘制EEG能量的频率处测量Q-因素(频率曲线宽度)识别出低能量区域。

[0058] 图9是在用rTMS治疗前个体的脑电图结果和脑波图包括俯视剖析图中的电力分布。左侧面板显示时间域中的信号，中间面板是频率域，接着是快速傅里叶变换(FFT)，其中主频是在9.71Hz。可以发现9.71主频在一些前部频道缺失。右侧的图显示了俯视剖析图中的电力分布。所述治疗是将固有的频率转换为计算机脚本文件中的TTL脉冲序列来触发TMS脉冲放电。刺激区域将是双侧额叶，频率是9.71。每天基础30分钟的rTMS治疗将通过在某一生物信号的谐波处提供刺激在那些缺失频道拉起9.71Hz。

[0059] 本发明可以以其他特殊形式体现而不脱离其精神或本质特征。所述实施方式在全部方面考虑仅是说明性的而不是限制性的。本发明的范围，因此，由所附的权利要求表明而不是前面所描述的。所有在权利要求等同体的含义和范围内的变化在他们的范围内得到支持。

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重复经颅磁刺激装置

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