CN108785850A - 用于增强微循环的设备 - Google Patents

Abstract

描述了用于增加下肢微循环的方法和设备。该设备包括用于使下肢固定的装置，例如石膏模型，以及电刺激设备，其施加电刺激给相对的腿部肌肉由此使拮抗肌群和主动肌群几乎同时收缩，造成近等长收缩。该收缩和腿部约束的组合已被发现明显增加血液循环且特别是增加下肢的微循环。

Description

用于增强微循环的设备

本申请是申请号为201380043462.5的发明专利申请的分案申请，其中原申请的名称为“用于增强微循环的设备”，申请日为2013年6月25日，其优先权日期为2012年6月26日。

技术领域

本发明涉及用于改善血流，特别是改善下肢的微循环的方法和装备。

背景技术

用于改善患者下肢的血液循环的方法和设备之前已在本发明人的国际专利申请WO 2006/054118中描述过。该公开的内容通过引用的方式结合于此。

该公开描述了用于改善患者下肢的血液循环的设备，该设备包括用于给予患者相对的腿部肌肉的电刺激的至少一个电极；可连接到该电极的电源；以及用于激活该电极以给予该肌肉足够电刺激以使得该肌肉等长收缩的控制装置。该刺激可以直接或间接施加到该肌肉。该肌肉可以是腓肠肌，或可以是脚踝和/或足肌肉组织。

该设备通过给在腘窝部位的腓总神经提供电刺激。附加的刺激可以被施加到胫神经。腘窝部位的腓总神经的刺激具有启动后和前下肢肌群的收缩的优点。这种同时刺激导致等长收缩；因此踝关节和膝关节典型地不被牵动，但是该肌肉收缩足以牵动所谓的“腓肠肌泵”，这有助于改善下肢的血液循环。腓总神经的刺激还引起足部肌肉的收缩且因此所谓的“足泵”还刺激静脉血的清空并增强血液流动。此外，对腓总神经选择性刺激的惊奇的优势是得到的肌肉收缩完全兼容站立和行走。这种间接刺激模式的另外的益处是足底肌肉的参与，这已经显示明显有助于从下腿清洗血液。

鉴于由于前和后肌群的同时收缩导致的这种等长刺激不会导致明显的肢运动，且期望与行走兼容，至今没有考虑期望将这种刺激施加到固定的肢体。

但是，现在已经惊奇发现将等长刺激应用到固定的肢明显改善血流增加，且尤其促进肢的微循环。

US 4,586,495(Petrofsky)描述了用于刺激患有脊髓损伤的患者的肌肉活动的设备。该设备包括用于施加到腿的外支架，和多个电刺激器。腿肌肉被刺激，且该支架限制移动。该系统轮流刺激主动肌和拮抗肌，这使该支架对抗移动是必要的。

US 2005/0043659(Challis)描述了用于治疗长骨骨折的设备。可充气袖口被置于肢周围以提供对骨折处和周围肌肉组织的压迫。可替换地，肌肉的电刺激可以用于压迫骨折处。

GB 2 426 930(Duncan)描述了下腿创伤患者的支架，包括用于提供踝部支撑的基板，以及用于刺激踝部肌肉收缩并减少肌肉损耗的电刺激点。

GB 1 527 233(Bleach)描述了具有空心壳体的电刺激设备，该空心壳体被固定在要治疗的身体部位。

US 2007/0060975(Mannheimer)描述了操作为TENS设备以缓解疼痛的电刺激设备，其可以与夹板、支架、绷带或模型结合使用。

US 2004/0249432(Cohen)描述了用于对患者的皮肤进行刺激的表面电极。

US 4,445,518(Eggli)描述了与模型使用的挠性面电极，在模型中使用孔以及丝线以连接电极，被设计以允许该电极位于模型内。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了用于改善患者下肢血液循环的装备，该装备包括：

设备，包括用于给予患者相对的腿肌肉的电刺激的至少一个电极；可连接到该电极的电源；以及用于激活该电极以给予该肌肉足够的电刺激以使得该肌肉等长收缩的控制装置；以及

用于使患者下肢关节基本固定的设备。

等长收缩是指拮抗肌群和主动肌群同时或几乎同时收缩。在本发明优选实施方式中，腓总神经的电刺激允许使用单个刺激点对前和后下肢肌群两者刺激。

如上所述，已经惊奇发现固定关节以防止肢移动与不固定关节地刺激相比能带来预料不到的肢血液循环(包括微循环)改善的增强。不希望受理论的约束，相信这是因为肌肉需要对抗该固定且被电刺激，由此增加了肌肉超出可能仅电刺激导致的工作。

该装备可以有用于治疗各种疾病。这些疾病包括深静脉血栓(DVT)，其是当患者长时间不动时特别关注的。对于一些患者来说，常规的DVT预防——例如抗凝聚药——是不可行的，由此这可以提供备选治疗方案。一些疾病可能增加急性筋膜室综合征的风险，特别是当肢红肿且包含在石膏模型中时；相信使用该设备的治疗可以减轻红肿并因此降低急性筋膜室综合征的风险，由此避免对筋膜切除术作为替换治疗方案的需要。

该装备还可以用于促进伤口康复；例如，通过增强折断骨头处附近的微循环；或用于促进受伤恢复，特别是经常与跖骨、跗骨、脚踝和跟腱的损伤/疾病有关的运动受伤。其他潜在的用途包括在本申请人相关的专利申请WO 2006/054118和WO 2010/070332中描述的用途。

刺激设备和固定设备可以整合成单个设备；例如，石膏模型或类似物具有集成的电极等。可替换地，它们可以被提供为分开的设备。

当设备是分开的时，该刺激设备可以是例如如WO 2006/054118和WO 2010/070332描述的。在优选实施方式中，该设备包括电极、控制装置以及安装在挠性基板上的电源。该基板可以是延长的。该设备还可以包括导电胶等，且可以包括用于将该设备粘到患者的肢的装置。例如，导电胶可以是粘合剂。

该固定设备可以是用于固定关节的任意合适装置。例如，矫形模型或石膏模型可以是合适的，或Aircast(RTM)型的支架或靴子等。支架或靴子可以包括用于帮助固定关节的气压减震系统。

固定位置可以取决于需要治疗的疾病的性质。典型地将脚踝固定，但是如果要促进伤口愈合，固定位置可以包括最接近伤口或骨折处的关节；例如，膝盖还可以或替代地被同定不动。

刺激可以直接或间接地施加给肌肉。该肌肉可以是腓肠肌，或可以是脚踝和/或足部肌肉组织。

控制装置优选地是具有内存程序以激活电极的处理器设备。

控制装置优选地适用于重复激活电极。

控制装置优选地适用于激活电极以提供0至100mA之间的电流，优选地0至50mA，更优选地1至40mA，且最优选地1至20mA。

控制装置可以适用于激活电极以提供AC波形，但是优选地控制装置适用于激活电极以提供DC波形，更优选地提供脉冲DC波形。该波形或脉冲可以具有0.01至100Hz的频率，优选地0.1到80Hz，且最优选地0.1至5Hz。在其他实施方式中，该频率可以是20至80Hz，更优选地30至60Hz，且最优选地40至50Hz。可替换地，使用从0.1到1Hz或从0.33到1Hz的频率的刺激可以被使用。精确的理想频率可以取决于该方法的目的，以及患者的总体身体条件、年龄、性别以及体重等的因素。

控制装置优选地激活电极以提供持续时间在0与1000ms之间、100与900ms之间、250与750ms之间、350与650ms之间或450与550ms之间的刺激。在一些实施方式中，该刺激可以被施加多达5000ms，多达4000ms，多达3000ms，或多达2000ms。其他持续时间可以被使用；且这可以取决于患者的具体情况。

控制装置可以适用于随时间改变该刺激的特征。例如，单个刺激可以随着刺激的持续时间而增加电流。优选地该增加逐渐到达峰值；然后该刺激可以保持在峰值；在峰值终止；或逐渐降低。可替换地，如果施加重复刺激，该刺激的特征可以在不同的刺激之间变化。例如，可以以增加电流水平的方式施加连续刺激。再次，这些连续刺激可以逐渐增加到峰值，之后保持在峰值，或者从峰值下降。增加刺激的循环可以重复多次。

该设备可以包括用于给予患者腿肌肉电刺激的多个电极。该多个电极可以线性放置，由此在使用时电极沿使用者肢的主(长)轴放置。控制装置可以适用于激活电极以在肌肉的多个位置施加刺激。例如，刺激可以沿着腿的主(长)轴被施加。这种刺激可以同时施加，或优选地按顺序施加由此刺激“波”沿着腿行进。优选地这种波朝着患者躯体向上行进。

设备可以包括定时元件，用于整合与测量的心电图的QRS复合波分量的同步激活。该设备还可以包括用于确定测量的心电图的QRS复合波的装置；以及还可以包括用于从患者得到心电图的装置。

设备可以包括电极阵列。常规功能电刺激已发展成熟，当经由表面电极使用直接神经刺激时，提供有效刺激所需的电流取决于电极的放置。电极之间的直接电流路径通过所讨论的神经运动点越近，所需要的电流越小。类似地，如果给定电流通过特定运动神经点越近，则其引起肌肉收缩越有效。这意味着包括简单的电极对的设备的有效性与电极的正确放置高度相关。有利的是，电极可以被提供为阵列，而不是单个电极对。具有复杂几何学的阵列可以例如使用印刷电路技术、通过光刻或通过导电墨水印刷，或通过其他技术来产生。该刺激电路则能够按顺序定址不同电极对，例如通过解复用器或模拟开关来实现。在一个实施方式中，电极包括2行电极。按顺序，每个电极与另一行中的其相应电极配对。因此，电极之间的直接电流路径随着不同电极对被定址而递增地移动。这有效地允许设备扫描区域，由此在最优电极对被定址时允许该电流路径非常近地通过最优运动点。这使得该设备在皮肤上的放置不那么重要。该设备可以在使用持续时间以扫描模式连续工作。因此每次肢被周期性刺激，脉冲序列可以依次被提供给每个电极对。可替换地，该设备可以被配置由此在附着电极之后的初始设置包括最优电极对的标识。这可以通过用户反馈，例如通过在实现最佳收缩时按下按键来实现。可替换地，设备可以便于PPG或其他装置进行的血液清除率的测量；该设备可以通过这种方式标识最优电极对。如果确定了最优电极对，则可能在周期刺激过程中具体定址那些电极。

上述内容的进一步发展可以包括2维电极阵列。电路可以通过印刷电路技术、光刻、导电印刷或其他方式来产生，由此电极可以被排列成2维的行和列。因此，通过利用解复用器或模拟开关或其他方式定址特定的行和列，能够选择2维电极位置。这提供用于如上扫描的方式，但是以2维的方式定位最优运动点。在一种变化中，该对中的每个电极的位置是可定址的。在另一种变化中，一个电极保持在固定位置，但与2维可选电极配对，以允许对电流路径的位置控制。例如，通过16位解复用器或模拟开关寻址的8×8阵列提供电流路径的64个可选位置。

在可替换实施方式中，正电极的可选阵列可以围绕中心负电极呈放射状或螺旋状排列，或反之亦然，以给出电流路径的片段扫描位置。

刺激设备优选地包括用于给予患者胫骨肌肉刺激的第二电极。在单个电极足以直接施加刺激给相对的肌肉的情况下，或在刺激被施加给刺激相对的肌肉的单个神经位置的情况下，具有单个电极的设备是可能的。优选地，控制装置适用于激活该电极的同时激活第二电极以给予腓肠肌刺激。可替换地，可以经由腓总神经刺激腿部肌肉；有利的是可以同时刺激前和后下肢肌群收缩。

电极可以是一般常规类型；例如，像一些TENS应用的可重用类型或通常用于ECG应用的一次性电极类型。该电极可以是自带粘性的；可复位的；半粘性的；或可以包括用于确保皮肤接触的导电胶。可替换地，刺激设备可以包括导电胶，或可以包括可替换导电介质，用于插入到该电极与用户皮肤之间。例如，该设备可以包括浸有导电胶或电解液的衬垫，用于电极与用户之间的位置。该衬垫可以在限制的位置中是导电的；例如，在衬垫上的多个位置。这允许仅使用单个电极将刺激施加在用户的肢上的多个位置。

本发明的进一步方面提供用于改善患者下肢血液循环的设备，该设备包括：

用于给予患者的相对的腿肌肉的电刺激的至少一个电极；可连接到电极的电源；以及用于刺激电极以给予该肌肉足够电刺激以使得该肌肉等长收缩的控制装置；以及

用于使患者下肢关节基本固定的装置。

本发明的进一步方面提供用于改善患者下肢的血液循环的方法，该方法包括：

使患者下肢关节基本固定；以及

给患者的相对的腿肌肉提供足够电刺激以使得该肌肉等长收缩。

具体实施方式

深静脉血栓或DVT是指在深静脉内的血块形成。DVT通常影响腿部静脉(股静脉，腘静脉)或骨盆的静脉深处。大部分血栓源于比目鱼肌静脉和静脉瓣口袋。

DVT的风险因素包括以下：年龄＞40岁；癌症(×7增加的风险)；创伤；之前的DVT或PE；最近的手术——特别是下肢(尤其是臀部或膝盖的手术(40-84％风险))；肥胖；静脉曲张；雌性激素疗法(女性)；不动；长途航班-“经济舱综合征”。

对肢骨折使用石膏模型能够作为因素结合增加DVT的风险。下肢创伤；下肢手术；以及长时间不动，都能一起增加DVT风险。缺少实际风险的证据，但估计是大约20％。DVT能够经常是无症状的，且在石膏模型中继DVT后，存在有患上PE的高风险。英国国家临床卓越研究所(NICE)提供高级临床警觉的指导且即使在简单的打石膏处理中应当考虑有效的血栓预防。对于外科手术患者，DVT发病率尤其高。

当前的预防能够是从药理学上或物理上的。这两者都有缺点。药理学预防能被用于石膏模型中，但缺点包括活动性出血；过敏反应；在出院后VTE持续数周或数月的风险；与一些物质的药物相互作用，例如抗生素、食物；以及临床监督需要钱且不方便。目前的器械治疗(例如，间歇气压疗法或渐进式压力弹性袜)不能用在石膏模型中，且如果该治疗可行，则存在多个缺点，包括皮肤损害/疼痛/溃疡；穿戴不舒服；大小不切实际；重量；需要外部电源；顺从性差。

对下肢肌肉的直接电刺激已经证明在明显改善血液流动方面是有效的。就这一点，我们研究了电刺激结合石膏模型在降低DVT风险方面是否有效。

使用称为geko(RTM)设备的电刺激设备。该设备包括与电源和用于启动电极的控制设备一起被安装在延长的弹性条上的一对电极。该设备是一次性肌肉神经刺激设备，其在膝盖内的边缘方面从外部应用到腘窝。在该应用之前，膝盖的附着区域呈片状脱落且用电极制备擦进行擦拭。30秒之后，该设备被固定在稍高于腘窝的皱折上。这使得该设备刺激公共的腓骨神经(也称为腓总神经)，导致下肢肌肉组织的等长收缩，因为该神经分布在拮抗肌群和主动肌群两者。geko(RTM)设备的图解如图1所示。

目标

主要目标：对健康的志愿者使用多普勒超声成像检查腿静脉中深静脉血流的流特征以及通过对志愿者应用石膏和geko(TM)设备研究如何修改该流。

次要目标：使用与模型固定相关联的激光多普勒通量计以及使用geko(TM)设备来评估微循环血流变化。

研究人群：年龄在18-65岁的健康的男性和女性志愿者。样本大小：10个志愿者。

排除标准：之前有腿骨折(过去12个月之内)；之前有静脉血栓；静脉血栓家族史；骨骼肌肉疾病史，例如骨关节炎、风湿性关节炎；神经障碍史，例如中风、多发性硬化；慢性肥胖(BMI＞34)；怀孕。

应用：腓总神经

表面电刺激(1Hz)施加到位于腘窝的腓总神经。合适位置如图2和3中所示。

生理机能：最接近分叉点的电刺激导致下肢肌肉组织的近等长收缩，其激活静脉肌肉泵，导致静脉血回流增加，导致血行停滞降低，这导致DVT风险降低。

结果1：股静脉超声

这在四个不同的腿部位置被测量：平躺；腿抬起20°；站立(承受重量)；以及站立(不承受重量)。每个位置使用两个变量：有石膏模型或无石膏模型；以及geko是工作的或geko是不工作的。

这总共给出16个位置；n＝9(由于超声记录故障剔除了一个志愿者的数据)。这些位置如下表1列出：

表1

位置编号	设定
		1	无石膏模型/GEKO关闭/平躺
2	无石膏模型/GEKO关闭/腿抬起
		3	无石膏模型/GEKO关闭/站立承受重量
4	无石膏模型/GEKO关闭/站立不承受重量
5	无石膏模型/GEKO开启/平躺
		6	无石膏模型/GEKO开启/腿抬起
7	无石膏模型/GEKO开启/站立承受重量
		8	无石膏模型/GEKO开启/站立不承受重量
		9	石膏模型/GEKO关闭/平躺
10	石膏模型/GEKO关闭/腿抬起
		11	石膏模型/GEKO关闭/站立承受重量
12	石膏模型/GEKO关闭/站立不承受重量
13	石膏模型/GEKO开启/平躺
		14	石膏模型/GEKO开启/腿抬起
15	石膏模型/GEKO开启/站立承受重量
		16	石膏模型/GEKO开启/站立不承受重量

在每个志愿者在每个位置保持10分钟后进行测量以允许血流变换和平衡。在geko^TM不工作时进行这些测量，然后在geko^TM工作达10分钟后重复该测量。

该设备被设定为下肢肌肉组织的可见抽搐，其在制造商的使用说明中详细描述。注明了个体的设定且在整个研究过程中相同等级的电刺激被施加到志愿者以避免结果不规律。

在底线测量之后，应用下膝矫形模型以固定志愿者的一条腿。基于纤维玻璃的材料由于其可塑形和快干的特性而被使用。在应用该模型时，志愿者平躺30分钟以允许该模型定型且允许温度在模型下调整，以避免初始OC诱导性热导致的偏差。在常规临床实践之后应用并移除石膏模型。

一旦应用了OC，在geko^TM设备不工作的情况下在上述四个位置进行测量。然后在geko^TM设备工作了5分钟后重复测量。

在评估结束后移除OC。志愿者的腿在完成该研究之前从临床上进行评估。

峰值静脉血流速度(cm/s)已被证明为与静脉回流成比例关系，这是用于降低的STASIS和降低的DVT风险的一个度量。

图4示出了在有石膏模型的情况下的患者的测量结果。

该四个腿位置的结果如下所述。

平躺：

平均PVV＝15.5cm/s(sd＝2.9)

平均PVV＝25.4cm/s(sd＝9.2)

当在平躺位置GEKO被启动时PVV增大1.8倍

独立样本t测试：统计显著(P<0.05)

腿抬起20°：

平均PVV＝19.5cm/s(sd＝6.2)

平均PVV＝24.6cm/s(sd＝8.4)

当在平躺位置GEKO被启动时PVV增大0.8倍

独立样本t测试：统计非显著(P＞0.05)

站立(承受重量)：

平均PVV＝9.9cm/s(sd＝4.9)

平均PVV＝22.3cm/s(sd＝8.4)

当在站立(不承受重量)位置GEKO被启动时PVV增大2.2倍

独立样本t测试：统计显著(P<0.05)

站立(不承受重量)：

平均PVV＝10.7cm/s(sd＝3.1)

平均PVV＝29.3cm/s(sd＝8.5)

当在站立(承受重量)位置GEKO被启动时PVV增大2.7倍

独立样本t测试：统计非显著(P<0.05)

图5示出了在有石膏模型的情况下来自所有腿位置的综合结果。

GEKO不工作时有石膏模型情况下平均PVV＝14.2cm/s(sd＝5.4)

GEKO工作时有石膏模型情况下平均PVV＝25.4cm/s(sd＝9.2)

GEKO工作情况下所有的4个位置有石膏模型情况下的PVV增大1.8倍

独立样本t测试：统计有效性(P<0.05)

因此，geko设备结合石膏模型使用导致峰值静脉血流速度在统计学上有效地增加。

结果2：激光多普勒通量计

2个探针连接到足的背面。n＝10。

图6示出了在所有16个姿势位置和实验条件下足的平均微循环速度。

该图显示在没有应用geko^TM但使用石膏模型情况下在所有四个位置的平均微循环速度＝21.7任意单位(AU)。而在应用geko^TM且使用石膏模型情况下在所有四个位置的平均微循环速度＝67.5AU。

因此当有石膏模型并启动gekoTM时平均微循环速度增大大约3倍。ANOVA，事后检验(Bonferroni)：统计显著(P＜0.05)

结论

主要结果：静脉血流评估：电刺激实现等长肌肉收缩从统计显著度的程度(p<0.05)来说有效地增强石膏模型中的血流。潜在的临床应用可以是器械DVT预防。

次要结果：微循环血流评估：电刺激实现等长肌肉收缩从统计显著度的程度(p<0.05)来说有效地增强石膏模型中皮肤的微循环血流。潜在的临床应用包括创伤愈合(微循环血流增加会减少炎症，促进吞噬作用和纤维原细胞刺激)；溃疡管理；以及运动受伤。

对最接近分叉点的腓总神经的刺激导致下肢肌肉组织(包括腓骨长肌，一种有力的足部外转肌)的近等长压缩。模型约束该肢导致足外翻受限。随着在固定的肢中启动geko^TM，对腓骨长肌的刺激结合受限的外翻导致足底神经丛压迫模型的底部，以较大速度清空静脉丛。由于下肢PVV的增加与改善关联静脉回流并降低静脉停滞相挂钩，DVT风险同样也降低。

在模型中，对下肢的电刺激导致血管平均直径增加(由于PVV增加导致的压力增大而导致静脉舒张增大)。尽管在没有模型的情况下对肢的电刺激导致静脉回流增加(由PVV增加来指示)，但是血管平均直径减小。但是，平均PVV与血管平均直径之间的关系在不应用OC的情况下gekoTM被启用时被反过来。这表明OC中gekoTM的刺激由于OC本身产生的压缩使得清空静脉丛更有效。

Claims (11)

1.一种用于改善患者下肢血液循环的装备，该装备包括：

设备，包括用于给予患者的相对的腿部肌肉一电刺激的至少一个电极；可连接到该电极的电源；以及用于激活该电极以给予该肌肉足够的电刺激以使得该肌肉等长收缩的控制装置；以及

用于使患者的下肢关节基本固定的设备。

2.根据权利要求1所述的装备，其中该刺激设备和该固定设备被整合成单个设备。

3.根据权利要求1所述的装备，其中该刺激设备和该固定设备被提供为分开的设备。

4.根据之前任一权利要求所述的装备，其中该刺激设备包括安装在挠性基板上的电极、控制装置和电源。

5.根据之前任一权利要求所述的装备，其中该刺激设备还包括用于将该设备粘附到患者下肢的导电胶等。

6.根据之前任一权利要求所述的装备，其中该固定设备包括矫形模型、或支架或靴子。

7.根据之前任一权利要求所述的装备，其中该固定设备适用于固定踝关节。

8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的装备，其中该固定设备适用于固定膝关节。

9.根据之前任一权利要求所述的装备，其中该固定设备包括用于帮助固定关节的气压减震系统。

10.一种用于改善患者下肢血液循环的设备，该设备包括：

用于给予患者的相对的腿部肌肉一电刺激的至少一个电极；可连接到该电极的电源；以及用于激活该电极以给予该肌肉足够的电刺激以使得该肌肉等长收缩的控制装置；以及

用于使患者的下肢关节基本固定的装置。

11.一种用于改善患者下肢血液循环的方法，该方法包括：

使患者的下肢关节基本固定；以及

给该患者的相对的腿部肌肉提供足够的电刺激以使得该肌肉等长收缩。