CN102470246B - 刺激腰肌和腹肌的方法和装置 - Google Patents

Abstract

刺激患者腰肌和腹肌的方法和装置，该方法包括：将第一电极A1/A2大致应用在患者躯体下腰部的中央，并将第二电极和第三电极B、C分别应用在患者躯体的对侧腰窝。对各电极施加电压，使第一组肌肉刺激电流脉冲流动于第二电极和第三电极之间，并使第二组肌肉刺激电流脉冲流动于第一电极和第二电极和第三电极之间。

Description

刺激腰肌和腹肌的方法和装置

本发明涉及刺激患者腰肌和腹肌(lower back and abdominal muscles)的方法和装置。

背景

非病理性下背部疼痛，也即，与支持躯干的多种肌肉的虚弱、抑制、劳损、失能(misfiring)/失调(mistiming)或者失常诸情况有关；而不是继发于癌症、感染、骨折等的背痛，已成为发病率、请病假和医师咨询的首要原因。

影响因素包括肌肉活动受抑(可能继发于疼痛本身)，患者不能主动控制特定肌肉，也不能正确地进行康复练习，而且对锻炼方式不能适应。

这些肌肉包括多裂肌、腹斜肌和腹横肌。人们认为，多裂肌的深位纤维对稳定脊柱特别重要。这些肌纤维曾经难以通过包括如下的传统技术来复原和锻炼：

(a)主动练习(使用或不使用器材)。

这些都难于正确做到，尤其是没有(高价的)训练有素人员在场的情况下。肌肉本身不能正确复原。顺应性可能不良。结果有多种。

(b)透皮电神经刺激(TENS)。

TENS是一种症状缓解形式。希望在于，减轻疼痛可使肌肉再次开始正常发挥功能，缓解持续的疼痛。各种研究表明，三分之一人得到大大缓解，三分之一人有所改善，剩下的三分之一人获益不多。

(c)植入刺激法。

就其本质而言，这些方法属于侵入性的方法，没有显示出对于典型患者来说有超出其它技术的明确益处。

(d)神经肌肉电刺激法(NMES)。

NMES已存在约数十年。通常，此方法不用于治疗下背部疼痛，因为它未表明具有优于TENS的治疗效益。所用过的NMES倾向于引起下背部相对浅表肌纤维的收缩，而不靶向深层肌纤维，在这些深层肌纤维处，人们认为发生着对背部的主要支撑作用和稳定作用。通常电流在下背部上放置的各衬垫之间通行。因为电流基本上沿一个平面流动，也即沿皮肤流动，所以电流倾向于不以刺激深层肌纤维所要求的强度在深处流动。

除此以外，还因为选择性刺激下背部(以相对隔离的方式)令人不适，所以收缩倾向于产生疼痛感，并可引起下背部过度紧张。这限制了电流强度，因此不太可能直接刺激深部的脊旁纤维。腹部肌肉组织倾向于较少活动，因此接受的锻炼较少，而且支撑脊柱的内部纤维保持相对不活动。

另外，虽然脉冲和衬垫位置可用惯常NMES来平衡，但产生的肌肉收缩可能不平衡。这可能是由于一侧肌肉更虚弱—常见于下背部疼痛。这可能引起患者潜在有害的扭曲。

Russek在US 4,381,012中公开了一种TENS带，其配有置于脊柱附近的多个电极和相对于脊柱而言更侧翼位置的多个电极。然而，Russek并非有效的下背部疼痛治疗法，也不是相对于一些标准疗法的进步，仅仅是一种应用标准疗法的方式。其所建议的位置适合于TENS，在使用者可忍受而安全的程度下使用这种装置不会引起深部多裂肌纤维的收缩。

慢性下背部疼痛的高患病率表明，现有治疗方法在某种程度上是不够的。本发明的一个目的在于提供一种治疗下背部疼痛的改进方法和装置。

发明概述

按本发明规定，兹提供一种刺激患者腰肌和腹肌的方法，该方法包括：将第一电极应用于患者躯体的下腰部；将第二电极和第三电极分别应用于患者躯体的对侧腰窝(opposite side flanks)；以及对各电极施加电压，产生第一组肌肉刺激电流脉冲，使之流动于第二电极和第三电极之间，并产生第二组肌肉刺激电流脉冲，使之流动于第一电极和第二电极以及第三电极之间。

优选的是，第一电极延伸于患者的上骶骨(upper sacrum)和第5腰椎(fifthlumber vertebra)之间并至少覆盖患者的上骶骨和第5腰椎。最优选的是，第一电极的下端成楔形且指向患者的臀裂(gluteal cleft)。

第一电极可包含两个可单独施加电压的节段(segment)，这些节段相对于患者脊柱的位置大致对称。

优选的是，第二电极和第三电极中的每一者均位于患者的髂嵴(iliac crest)和肋骨(rib)之间。第二电极和第三电极中至少一者可包括多个可单独施加电压的节段。

在一种优选实施方式中，各电极一体化(incorporated in)于服装(garment)中，该服装将各电极定位于患者皮肤上的所需位置。

本发明还提供一种刺激患者腰肌和腹肌的装置，该装置包括第一电极、第二电极和第三电极以及驱动电路，第一电极供应用于患者躯体的下腰部之用，第二电极和第三电极分别供应用于患者躯体的对侧腰窝之用，而驱动电路供对各电极施加电压之用，以使第一组肌肉刺激电流脉冲流动于第二电极和第三电极之间，第二组肌肉刺激电流脉冲流动于第一电极和第二电极以及第三电极之间。

优选的是，各电极一体化于服装中，该服装将各电极定位于患者皮肤上的所需位置。

附图简要说明

现在来参照附图举例说明本发明的一种实施方式，附图中：

图1(a)至图1(c)分别是患者左手侧、右手侧和背部佩戴本实施方式的一套电极的示意图。

图2是将图1中各电极一体化的服装的平面图。

图3(a)至图3(c)是患者腰部的横截面示意图，示明治疗脉冲的路径。

具体实施方式

参照图1，在该实施方式中，刺激患者腰肌和腹肌的方法包括：对患者躯体腰部外表应用一组大面积电极A至C。这些电极相对于患者中线至少大致对称地置于患者皮肤上(图1(c)中的垂直虚线，也代表脊柱)。

电极A，包括两个互相隔离的节段A1和A2，置于下背部。电极B和C分别置于右体侧和左体侧。电极节段A1和A2的长度各约10cm，宽约5cm，面积约25cm²。电极B和C呈长方形，面积各约180cm²(大致尺寸各为12cm×15cm)。电极B和C中每一者的面积约为电极A面积(即节段A1和A2的总面积)的3～4倍。现已发现这个比率在健康人群中用C到AB或D到AB的单次脉冲产生舒适且均衡的刺激，下文中会述及此情形。通常优选的是，电极A的面积小于电极B或C面积的一半。

电极节段A1和A2彼此垂直对齐并靠近，相对于患者的脊柱基本对称。本文中，方向的表达如“垂向”和“横向”是相对患者站立时的情况。已发现，电极节段A1和A2之间有小间隙，例如数毫米即足以。节段之间的这个间隙有助于放置电极A，当患者能容易地摸触时，该垂直间隙起到检查电极在背部正确对准的作用。(椎骨棘突也容易觉察)。这些电极的衬背上或应用服装上的凸纹(图2)也便于电极A的正确定位与定向。最理想的间隙会取决于许多因素，其中包括电极组，特别是如果使用电极凝胶时，电极凝胶的电学性能和机械性能。

总的说来，电极A的下端，也即两个节段A1、A2一起的下端成楔形。这个形状与下背部最佳适形。该楔形向下直指臀裂(这也有助于正确定向和定位)。电极A的下部延伸至刚好覆盖住上骶骨。楔形意指，不直接盖住臀肌。特别是，它从臀中肌上缘向上(即离开)，该臀中肌向上穹起并位于骶骨的侧面。

电极A的高度(垂直长度)使之延伸于第5腰椎和上骶骨之间，并覆盖至少第5腰椎和上骶骨，优选第4腰椎和第5腰椎之间并至少覆盖第4腰椎和第5腰椎。第4腰椎和第5腰椎是与下背部疼痛有关的最典型肌肉劳损部位。这个高度限制意味着，电流不太可能会使大量骶棘肌肌肉康复，其肉质部分逐渐变得在第4腰椎以上更为明显。根据医师的判断，如果将电极A定位在更高处可以更直接地靶向劳损部位，则将电极A放置在更高处。电极A的宽度约为多裂肌和椎骨的宽度。

如有需要，可将电极节段A1和A2连起来形成单个电极A。然而，当为离散的节段时，他们容许更好地进行肌肉收缩的左右平衡，如下所述。

电极B和C位于人髂嵴和肋骨之间的对侧腰窝上。象下背电极A一样，这两个电极都相对于有骨骼的部位(bony points)来定位。这确保了精确且可再现的定位各个电极。

多个连接线(未示出)分别连到电极B、C和电极节段A1、A2，它们容许将肌肉刺激电流脉冲应用于病人。

虽然各电极可对准它们所要求的位置逐一附贴到病人皮肤上，例如利用水凝胶附贴，优选的是，将他们纳入预先布线的服装中，该服装将各电极更可靠地定位于所要求的位置上，而且防止不慎误接线。

图2是围系在病人中腹部用的宽带状围袋10的内表面平面图，示明一个实施例。使用时，围袋10绕在病人腰部连，其内侧有多个电极，使得电极A1、A2、B和C贴在病人皮肤上，位于病人躯体的适当位置。围袋的全部或选择部分可具松紧性，使得围袋围绕佩戴部位伸缩自如贴合身材。有伸展性不同的区域则允许更好地吻合。围袋10借助于一端的粘钩(Velcro hooks)12固定就位，其在另一端接合粘钩的一个区域(未示出)。

接到各电极的连线(未示出)已整合到围袋10中：完成该任务的技术是已知的。电极可在工厂生产时预先固定到围袋上，或者可由使用者固定在围袋上预先印妥的位置。在后一种情况下，各电极的连线结尾于电极区中心部露出的接线柱。然后，将可黏附的电极置于围袋上选定区域。佩戴围袋时，电极的一个侧面黏着在围袋的内表面上，另一个侧面则靠在皮肤上。如有需要，接线容许各电极逐个施加电压。

为减少所需围袋尺寸数，所印刷的电极位置因小/中/大体型而异。

围袋的材料可为有弹力的可变形材料，例如氯丁橡胶。当围袋围绕患者伸展时，为避免各电极与围袋10分离起见，围袋可在电极部位包含非弹性材料。

当然，采用延伸型带式服装仅仅是众多服饰中的一种将会容许电极简便而正确安置的服饰。服饰上的附加缝隙、折痕等可能有助于正确安置。这对安置背部电极来说是特别重要的，因为他们不易目视观察。另当使用可黏附电极时，他们还难以重新定位。正如已在下背部TENS中所使用的那样，附加的下背部软垫/衬垫可帮助电极保持对准皮肤--如果使用无粘着力的电极时就更加重要。

图2中也用示意图举例说明驱动线路100，这可按照NMES领域众所周知的原则来设计。PCT/IB02/03309公开了一种电子控制器，该电子控制器可从电极阵列中选择电极来建立体内电流通路。

在优选实施方式中，加到各电极上的电流脉冲被分成二组，其持续时间和强度可独立控制。

第1组脉冲移动于电极B和C之间，见图3(a)，并可认为主要刺激腹肌。第1组脉冲的频率是30Hz。连续的第1组脉冲在电极B和C之间对向交替运动，即B-＞C、C-＞B、B-＞C等等。

第2组脉冲在电极A(将节段A1和A2视为单个电极)和电极B和C之间交替运动。第2组脉冲再分成连续的四组脉冲。每组中，开头两个脉冲的强度为后两个脉冲强度的50％。每组四个脉冲中的第一个脉冲从电极A运动到电极B，第二个脉冲从电极A运动到电极C，第三个脉冲从电极A运动到电极B，第四个脉冲从电极A运动到电极C。各个第2组脉冲在先前的脉冲之后延迟10ms。对于四个脉冲的各个组，其频率为20Hz，也即，每秒有80个离散的第2组脉冲。

第1组和第2组二者的脉冲宽度＝480us。

第1组脉冲和第2组脉冲不连续地作用到各电极上。更确切地说，每组的多个脉冲在连续治疗(收缩)期间予以应用，与未应用该组脉冲的松弛周期交替。典型情况下，每组的多个脉冲周期性地应用，每个周期中的收缩-松弛特征如下：

上升＝0.50sec(强度增加时的脉冲)

收缩周期＝4.00sec(最大强度时的脉冲)

下降＝4.00sec(强度降低时的脉冲)

松弛＝3.00sec (无脉冲)

第1组脉冲稳定和支持躯干，并掩蔽第2组脉冲的收缩(contraction)。为此，优选施加第1组脉冲的期间至少与施加第2组脉冲的期间暂时地共同延伸(co-extensive)。在上示收缩-松弛周期中，支持躯干的肌肉倾向于明显地开始率先收缩，这应归因于所选定的脉冲参数、频率和该部位的神经解剖学特征。

应该指出的是，第1组脉冲和第2组脉冲分别的强度控制容许个体找到最适合他的相对强度。这可随绝对强度以及随病人治疗进展情况而变。通常，已被证明令人满意的电流值是，A-B和A-C路径中为50mA，B-C路径中为70mA。

已平衡的脉冲和结构(set-up)可引起不平衡的肌肉收缩。举例来说，假设病人右下背部虚弱(在电极节段A1侧)。电极节段A1和A2中通过同样的电流可引起其左下背部更强的收缩，使其向左扭曲拉紧。为了抵消之，可调节第2组的脉冲来产生更平衡的收缩。在这种情况下，针对一个或多个第2组脉冲，将通过电极节段A1的电流设为大于通过A2的电流，图3(c)。这可以是由于通过节段A1的脉冲比通过节段A2的脉冲具有更长的脉冲持续时间，及/或有相对更高的强度。备选地，可使电流只通过节段A1、A2中的一者。

另一个使用不平衡脉冲来产生平衡收缩的实例是减少电极B附近的躯干收缩，比方说，通过使电极B区域的第1组脉冲放射开(spread)来实现。第1组脉冲正常情况下在电极B和C之间运动。然而，通过使电流在所述脉冲周期的一部分时间内在电极C与电极B和A之间通行，B处的相对收缩减少。

有多种变换可导致明显不平衡的脉冲。我们发现有10种改变从一侧到另一侧的不平衡是不同的、且它们足以在大多数病人中导致平衡的收缩。病人仅需浏览各种既定程序选项，并选择能对其产生最佳收缩的选项。但应注意有变动。当病人随着治疗进展时，他们趋向于采取更加对称的模式。

在其他实施方式(未示出)中，电极C和D被分成两个或更多个节段C1、C2等。每个节段可分别寻址(可施加电压)，使得可建立不同的电流通路，例如A1到C1、A2到C2、A1到第B2等等。由于这样的节段C1、C2相对电极节段A1和A2有不同的角度，所以脊柱附近的电流通路可以通过对电极A、B和C的不同节段或者节段组施加电压来改变。对于每个电极B或C而言，对于一个或多个第1组或第2组脉冲来说，不同强度和/或持续时间的电流可同时流过一个以上节段，或者电流可只流过单独一个节段。

本发明的诸实施方式提供了一种舒适刺激并有效训练和/或再训练下背部肌肉和腹部肌肉的装置和方法。这些肌肉在预防和治疗背痛方面都是重要的。多裂肌的深部脊旁(paraspinal)纤维被认为特别重要，并且直到本发明出现之前，一直被认为难以训练。所述疗效是基于刺激电极的具体尺寸、排列和解剖学位置，以及脉冲在各电极之间流过以引起目标肌肉收缩的方式。

本发明不限于本文描述的实施方式，可以修改或变动这些实施方式而不脱离本发明的范围。

Claims (5)

1.刺激和训练患者的多裂肌脊旁纤维的装置，该装置包括服装(10)以及驱动电路(100)，所述服装(10)将多个电极(A,B,C)一体化在其上以应用于患者躯体，而驱动电路(100)用电流脉冲对各电极施加电压，其特征在于，所述装置被设计用于刺激患者下背部和腹部的肌肉，所述多个电极相对于该服装的位置使得，当穿上该服装(10)时，第一电极(A)应用于患者躯体的下腰部，第二电极和第三电极(B，C)分别应用于患者躯干的对侧腰窝，其特征还在于，驱动电路(100)经调试，以便应用流动于第二电极和第三电极(B，C)之间的第一组肌肉刺激电流脉冲，和流动于第一电极(A)和第二电极以及第三电极(B，C)之间的第二组肌肉刺激电流脉冲，其中第一电极包括两个单独施加电压的节段，这些节段之间具有穿上服装时与患者脊柱对齐的垂直间隙，从而使这些节段位于患者脊柱的两侧；这些节段下端的两侧边缘向下聚拢，形成指向患者臀裂的楔形，所述第一电极具有垂直高度，使得穿上服装时，第一电极至少延伸于患者的上骶骨和第5腰椎之间、并至少覆盖患者的上骶骨和第5腰椎，并且第一电极的宽度约为多裂肌和椎骨的宽度；其中第一电极的面积小于第二电极或第三电极面积的一半。

2.权利要求1所要求的装置，其中穿上服装时，第二电极和第三电极(B，C)中的每一者均位于患者的髂嵴和肋骨之间。

3.权利要求1至2中任一项所要求的装置，其中第二电极和第三电极(B，C)中至少一者包括多个单独施加电压的节段。

4.权利要求1至2中任一项所要求的装置，其中所述驱动电路(100)允许使用者从多种预先程序化的脉冲特征中进行选择，以实现对称的收缩，所述的脉冲特征中有一些是不对称的。

5.权利要求3所要求的装置，其中所述驱动电路(100)允许使用者从多种预先程序化的脉冲特征中进行选择，以实现对称的收缩，所述的脉冲特征中有一些是不对称的。