非侵入性神经刺激装置、电极组件及其使用方法

摘要

提供了用于进行非侵入性神经刺激的神经刺激装置和方法，其特别适用于通过受试者颈部中的目标神经接头对耳大神经和迷走神经耳支中的一者或两者进行非侵入性刺激。神经刺激装置使用干电解质电极，所述干电解质电极(1)使用舒适，(2)适合长期使用，(3)避免向受试者输送痛苦的电击，(4)不需要将电极浸泡在盐水溶液中或者用粘性凝胶或湿凝胶将电极覆盖，(5)不需要皮肤的准备，以及(6)避免在使用期间在包含耳大神经和迷走神经耳支的目标神经接头的外部的区域内引起肌肉收缩。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是一项PCT国际申请，其要求于2018年4月26日提交的名称分别为“Electrode Assembly for Hold-in-Place Non-Invasive Electrical NerveStimulation”和“Electrode Assembly for Non-Invasive Vagus Nerve StimulationThrough the Neck”的序列号为62/663,154和62/663,186的美国临时申请的权益和优先权，这些申请的全部内容据此通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及用于执行非侵入性神经刺激的神经刺激装置和方法，尤其涉及非常适合于对包含耳大神经(GAN)和迷走神经耳支(ABVN)的目标神经接头(target nervejunction)进行非侵入性刺激的装置和方法。

公开背景

迷走神经控制身体的自然放松反应，或副交感神经反应(与战斗或逃跑反应相反)。迷走神经刺激器通常是用于治疗癫痫和耐药性抑郁症的植入装置。然而，研究人员发现，通过将电极放置在耳朵中和耳朵周围和/或颈部上，可以非侵入性地刺激迷走神经。当迷走神经受到刺激时，身体的自然放松反应被激活，并且心率、血压、呼吸频率，甚至肌肉张力都会下降。

迷走神经刺激器在消除受试者焦虑的影响方面有很大的潜力，但是目前的电极设计非常不舒服。一种已知的用于通过耳朵刺激迷走神经的金属电极被结合到插入受试者耳朵中的耳塞中。然而，耳塞经常向耳朵输送痛苦的电击。另一种已知的用于刺激左耳迷走神经的耳塞必须浸泡在盐水溶液中才能正常工作。一种已知的设计用于放置在颈部上的手持式迷走神经刺激器使用以粘性凝胶(类似于标准TENS电极垫)覆盖的“粘性电极”，使得电极一旦正确放置在颈部上就会保持在适当的位置。使用粘性凝胶电极通常需要皮肤准备，如剃须和用酒精清洁。长期使用粘性电极通常太刺激。此外，粘性电极必须很大，以提供足够的表面区域，以使其粘到皮肤上并保持在适当的位置。粘性电极的大尺寸使得很难避免或不可能避免将它们放置成与目标区域之外的区域接触，这通常导致受试者颈部的肌肉收缩。另一种已知的手持式迷走神经刺激器被设计成在目标区域上方抵靠颈部保持在适当位置，并且使用在使用前必须浸泡在湿凝胶溶液(类似于超声波凝胶)中的电极。

存在对适合于对耳大神经(GAN)和迷走神经耳支(ABVN)中的一者或两者进行非侵入性神经刺激的非侵入性神经刺激装置的需要。在一些方面，存在对易于使用且舒适的非侵入式神经刺激器装置的需要。在一些方面，存在对避免向受试者输送痛苦的电击的非侵入式神经刺激器装置的需要。在一些方面，存在对不需要将电极浸泡在盐水溶液中或以粘性凝胶或湿凝胶覆盖电极的非侵入式神经刺激器装置的需要。在一些方面，存在对不需要在使用前准备受试者皮肤的非侵入性神经刺激器装置的需要。在一些方面，存在对在使用过程中减少导致受试者颈部中肌肉收缩的机会的非侵入式神经刺激器装置的需要。

本公开的概述

在各个方面，提供了克服一个或更多个前述缺陷的神经刺激装置、用于神经刺激装置的电极组件和非侵入性神经刺激的方法。

在一些方面，提供了一种神经刺激装置，用于通过针对有需要的受试者的颈部中包含耳大神经(GAN)和迷走神经耳支(ABVN)的目标神经接头，对GAN和ABVN中的一者或两者进行非侵入性神经刺激。神经刺激装置可以包括：(i)控制器；(ii)电波形发生器，电波形发生器与控制器通信并由控制器控制，电波形发生器被配置为从电波形发生器的输出端输出交流(AC)波形；(iii)电极支撑结构；以及(iv)至少第一干电解质电极和第二干电解质电极，其耦合到电极支撑结构并电耦合到电波形发生器的输出端。在一些方面，干电解质电极包括(a)导电材料，(b)第一端部，其适于放置成与受试者的颈部中的皮肤在包含耳大神经和迷走神经耳支的目标神经接头处接触，以及(c)与第一端部相对的第二端部，第二端部适于电耦合到输出端。在一些方面，每个干电解质电极的长度被界定为每个干电解质电极的第一端部和第二端部之间的距离，使得当该装置被使用时，该装置在受试者颈部中的包含耳大神经和迷走神经耳支的目标神经接头处刺激GAN和ABVN中的一者或两者，同时最小化在皮肤和干电解质电极的第一端部之间的热点(hot spots)的出现。

在一些方面，提供了用于本文所述的装置的电极组件。还提供了使用所述装置和组件的方法，例如用于对有需要的受试者的颈部中的迷走神经的上分支进行非侵入性神经刺激。

神经刺激装置、电极组件及其使用方法的其他系统、方法、特征和优点对本领域技术人员来说在审阅以下附图和详细描述后将是明显的或变得明显的。意图是，所有此类附加系统、方法、特征和优点被包括在本说明书内，落入本公开的范围内，并且由所附权利要求保护。

附图简述

可以参考以下附图更好地理解本公开的许多方面。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在清楚地说明本公开的原理上。此外，在附图中，贯穿若干视图，类似的参考标记指示相应的部分。

图1-图5是根据本公开的各个方面的包括控制器模块、电极支撑结构和可移除保护帽的第一示例性神经刺激装置的前透视图(图1)、右侧透视图(图2)、后透视图(图3)、俯视透视图(图4)和端部透视图(图5)。

图6是图1-5中的第一示例性神经刺激装置的右侧透视图，其中保护帽从神经刺激装置的电极支撑结构移除，以示出保持在电极支撑结构的相应插座中的第一干电解质电极和第二干电解质电极。

图7是图6中的第一示例性神经刺激装置的前透视图，其中第一干电解质电极和第二干电解质电极位于电极支撑结构的相应插座上方，与相应插座对准。

图8是图6和图7所示的电极支撑结构的顶部部分的前透视图，其中第一干电解质电极和第二干电解质电极位于电极支撑结构的相应插座上方并与电极支撑结构的相应插座对准。

图9是图8所示的电极支撑结构的顶部部分的俯视平面图，其中第一干电解质电极和第二干电解质电极位于电极支撑结构的相应插座上方并与电极支撑结构的相应插座对准。

图10是沿着图9中的线A-A’截取的电极支撑结构的顶部部分以及位于相应插座上方的第一干电解质电极和第二干电解质电极的侧视截面图。

图11和图12分别是图1-图5所示的神经刺激装置的部分控制器模块的左俯视透视图和右俯视透视图，该部分控制器模块与神经刺激装置的可移除的电极保持器分离并对准。

图13是根据另一代表性实施例的图1所示的神经刺激装置的电极支撑结构的顶部部分的前透视图，其中第一干电解质电极和第二干电解质电极位于电极支撑结构的相应插座上方并与电极支撑结构的相应插座对准。

图14是图6和图7所示的神经刺激装置的电极支撑结构的顶部部分的前透视图，其中第一干电解质电极和第二干电解质电极位于电极支撑结构的相应插座上方并与电极支撑结构的相应插座对准。

图15是图13所示的电极支撑结构的顶部部分的俯视平面图，其中第一干电解质电极和第二干电解质电极位于电极支撑结构的相应插座上方并与电极支撑结构的相应插座对准。

图16是图14所示的电极支撑结构的顶部部分的俯视平面图，其中第一干电解质电极和第二干电解质电极位于电极支撑结构的相应插座上方并与电极支撑结构的相应插座对准。

图17是沿着图15中的线B-B’截取的电极支撑结构的顶部部分以及位于相应插座上方的第一干电解质电极和第二干电解质电极的侧视截面图。

图18是沿着图16中的线A-A’截取的电极支撑结构的顶部部分以及位于相应插座上方的第一干电解质电极和第二干电解质电极的侧视截面图。

图19是根据另一代表性实施例的神经刺激装置的部分分解右侧透视图，其中移除了可移除的保护帽，并且电极支撑结构通过电缆线电耦合到控制器模块。

图20是在图19中示出的神经刺激装置的部分分解的前透视图；

图21是在图19中示出的神经刺激装置的完全分解的前透视图；

图22是图19-图21所示的神经刺激装置的电耦合单元的前透视图。

图23是图21所示的神经刺激装置的完全分解前透视图，其中图21和图22所示的电极支撑结构的电耦合单元从电极支撑结构移除，并且电极支撑结构的可移除的电极保持器和控制器模块之间的直接耦合消除了对图21所示的电缆线的需要。

图24和图25分别是包括根据另一代表性实施例的神经刺激装置的头戴式耳机的前侧和右侧透视图。根据该代表性实施例，神经刺激装置的控制器和电波形发生器被结合到头戴式耳机中。

图26是在图25中标记为250的虚线框内部示出的右侧透视图的部分，其被稍微放大以更好地示出神经刺激装置的一个电极保持器的可调节性。

图27是在图25中标记为250的虚线框内部示出的右侧透视图的部分的侧视图，其被稍微放大以更好地示出神经刺激装置的干电解质电极的可调节性。

图28是根据另一代表性实施例的包括神经刺激装置的电极支撑结构的头戴式耳机的前透视图。根据该代表性实施例，控制器和电波形发生器包含在控制器模块壳体中，该控制器模块壳体在头戴式耳机外部并通过电缆线电耦合到头戴式耳机。

图29是根据代表性实施例的图24和图28中所示的第一电极保持器的前透视图，其中干电解质电极保持在保持器的插座中，并且干电解质电极在紧跟在插入之前或插入之后在插座外部并与插座对准。

图30和图31分别是根据代表性实施例的包括神经刺激装置的电极支撑结构的颈部附件的前透视图和侧透视图。

图32是图30和图31中所示的颈部附件的左侧透视图，该颈部附件通过电缆线电耦合到神经刺激装置的控制器模块，并正确地放置在受试者上。

图33和图34分别是根据代表性实施例的包括神经刺激装置的电极支撑结构的颈部附件的前透视图和俯视透视图。

图35是图33和图34中所示的颈部附件的左侧透视图，该颈部附件通过电缆线电耦合到神经刺激装置的控制器模块，并正确地放置在受试者上。

图36是包括根据另一代表性实施例的神经刺激装置的颈部附件的前透视图，该颈部附件类似于图33和图34中所示的颈部附件，除了神经刺激装置的控制器模块被结合到图36中所示的颈部附件中，并且经由智能电话或单独的支持无线的控制器被无线控制。

图37是在图36中所示的正确地放置在受试者上的颈部附件的左侧透视图；

图38是根据另一代表性实施例的神经刺激装置的前透视图，该神经刺激装置包括控制器模块、电极支撑结构和可用于将电极支撑结构电连接到控制器模块的电缆线。

图39是图38所示的神经刺激装置的左侧透视图，其中可移除的保护帽位于电极支撑结构上方并与电极支撑结构对准；为了便于说明，控制器模块未在图39中示出。

图40是图38中所示的神经刺激装置的前透视图，其中图38中所示的电极支撑结构的电耦合单元被移除，以允许电极支撑结构的可移除的电极保持器直接与控制器模块耦合，从而消除了对电缆线的需要。

图41是图38所示神经刺激装置的前透视图，其中控制器模块和电极支撑结构通过电缆线电互连。

图42是图38所示的电极支撑结构的可移除的电极保持器的前透视图。

图43是图38所示的电极支撑结构的电耦合单元的前透视图，并且控制器模块的上部部分通过电缆线电连接。

图44是根据另一代表性实施例的神经刺激装置的前透视分解图，其中可移除的电极保持器直接与控制器模块耦合，而不需要电缆线。

图45是图44所示的神经刺激装置的前透视图，其中可移除的电极保持器直接与控制器模块耦合，并且可移除的保护帽位于可移除的电极保持器上方并与可移除的电极保持器对准。

图46是图45所示的神经刺激装置的前透视图，其中可移除的保护帽可移除地固定到可移除的电极保持器。

图47是可以容纳在图1-图5所示的控制器模块壳体内部的电路的框图。

详细描述

本公开涉及用于执行非侵入性神经刺激的神经刺激装置和方法，其特别适合于通过在受试者的颈部中的包含耳大神经和迷走神经耳支的目标神经接头来执行耳大神经和迷走神经耳支中的一者或两者的非侵入性刺激。在一些方面，神经刺激装置使用了使用舒适且适合长期使用的干电解质电极。在一些方面，神经刺激装置使用干电解质电极，以避免向受试者输送痛苦的电击。至少在一些方面，可以使用干电解质电极，而不需要将电极浸泡在盐溶液中或者用粘性凝胶或湿凝胶覆盖它们。在一些方面，使用干电解质电极的方法不需要皮肤准备。在一些方面，本文所述的电极可以避免在使用期间在包含耳大神经和迷走神经耳支的目标神经接头的目标区域之外的区域中引起肌肉收缩。

在更详细地描述本公开之前，应理解本公开不局限于所描述的具体实施方案，并且因此当然可变化。还应理解，本文所使用的术语仅是出于描述特定实施方案的目的，且不意图是限制性的。本领域技术人员将认识到这里描述的实施例的许多变型和修改。这些变型和修改旨在被包括在本公开的教导中。

本说明书中援引的所有出版物和专利都是为了公开和描述与援引的这些出版物相关的方法和/或材料。所有此类出版物和专利均以引用方式并入本文中，就好像每一个单独的出版物或专利都被明确和单独地指示为通过引用并入一样。通过引用的这种并入明确地限于援引的出版物和专利中描述的方法和/或材料，并且不延伸到援引的出版物和专利的任何词典学定义。引用的出版物和专利中没有在本说明书中明确重复的任何词典学定义不应被视为这样，也不应被解读为定义了所附权利要求中出现的任何术语。任何出版物的援引是由于其在申请日之前的公开，并且不应被解释为承认本公开由于在先公开而不能享有先于此公开的权利。此外，提供的公开日期可能不同于可能需要单独确认的实际公开日期。

尽管类似于或等同于本文描述的任何方法和材料也可用于本公开的实践或测试中，但是现将描述优选的方法和材料。为了简洁和/或清楚起见，可以不详细描述本领域公知的功能或构造。除非另有说明，本公开的实施例将采用本领域技术范围内的电气和装置工程技术以及非侵入性医疗方法。此类技术在文献中充分说明。

应当指出的是比率、浓度、量和其它数值数据可以在本文中以范围形式表示。应该理解的是，此类范围形式是为了方便和简洁而使用，并且因此应该以灵活的方式解释为不仅包括作为范围的界限明确叙述的数值，而且还包括包含在该范围内的所有单个数值或子范围，如同每个数值和子范围被明确地叙述。举例说明，“约0.1％至约5％”的数值范围应被解释为不仅包括约0.1％至约5％的明确叙述的值，而且包括在所指示范围内的单独的值(例如，1％、2％、3％和4％)和子范围(例如，0.5％、1.1％、2.2％、3.3％和4.4％)。在所述范围包括一个或两个极限的情况下，排除这些包括的极限中的一个或两个的范围也包括在本公开中，例如短语“x到y”包括从“x”到“y”的范围以及大于“x”且小于“y”的范围。该范围也可以表示为上限，例如“大约x、y、z或更小”，并且应该被解释为包括“大约x”、“大约y”和“大约z”的特定范围以及“小于x”、“小于y”和“小于z”的范围。同样，短语“大约x、y、z或更大”应被解释为包括“大约x”、“大约y”和“大约z”的特定范围以及“大于x”、“大于y”和“大于z”的范围。在一些实施例中，术语“约”可以包括根据数值的有效数字的传统的舍入。此外，短语“约‘x’至‘y’”(其中‘x’和‘y’是数值)包括“约‘x’至约‘y’”。

在某些情况下，这里可以使用非公制或非国际单位。这样的单位可以是，例如，在美国惯用度量衡中，例如，由美国商务部国家标准与技术研究所在诸如NIST HB 44、NISTHB 133、NIST SP 811、NIST SP 1038、NBS杂项出版物214等出版物中提出的。美国惯用度量衡中的单位被理解为包括公制和其他单位的等效尺寸(例如，公开为“1英寸”的尺寸旨在指“2.5cm”的等效尺寸)；公开为“1pcf”的单位旨在指0.157kN/m

如附图所示，相关术语可用于描述各种元件彼此之间的关系。这些相关术语旨在包含除了附图中所描绘的定向之外的对装置和/或元件的不同定向。

除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域内的普通技术人员通常理解的相同的含义。应进一步理解，诸如在常用字典中定义的那些术语应被解释为具有与其在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应被解释为理想化或过于正式的意义，除非本文明确地如此定义。

本文使用的冠词“一(a)”和“一(an)”，当应用于说明书和权利要求书中描述的本发明的实施例中的任何特征时，意味着一个或更多个。“一(a)”和“一(an)”的使用并不将含义限制为单个特征，除非明确说明了这种限制。单数或复数名词或名词短语前面的冠词“该(the)”表示一个或多个特定的指定特征，并且可以具有单数或复数含义，这取决于其使用的上下文。

应当理解，当一个元件被称为“连接到”或“耦合到”或“电耦合到”另一个元件时，它可以直接连接或耦合，或者可以存在中间元件。

如这里使用的那些术语“存储器”或“存储装置”旨在表示能够存储计算机指令或计算机代码以供一个或更多个处理器执行的计算机可读存储介质。这里提到的“存储器”或“存储装置”应该被解释为一个或更多个存储器或存储装置。例如，存储器可以是同一计算机系统内的多个存储器。存储器也可以是分布在多个计算机系统或计算装置中的多个存储器。

这里使用的术语“控制器”包含能够执行计算机程序或可执行计算机指令的电子部件。这里提到的“控制器”应该解释为一个或更多个控制器或处理器。控制器可以是例如微控制器、微处理器或多核处理器。

现在将参照附图描述示例性或代表性的方面，其中相似的附图标记表示相似的部件、元件或特征。应当注意的是，附图中的特征、元件或部件不意图按比例绘制，而是强调展示发明原理和构思。

图1-图5分别示出了根据代表性实施例的神经刺激装置100的前透视图、右侧透视图、后透视图、俯视透视图和端部透视图，神经刺激装置100包括控制器模块壳体101、电极支撑结构102和可移除的保护帽103，控制器模块壳体101容纳控制器(未示出)和电波形发生器(未示出)。下面参照图47更详细地描述控制器和电波形发生器，图47是可以容纳在图1-图5所示的控制器模块壳体101内部的电路的框图。

图6示出了图1-图5所示的神经刺激装置100的右侧透视图，其中可移除的保护帽103从神经刺激装置100的电极支撑结构102移除，以分别示出第一干电解质电极104a和第二干电解质电极104b。图7示出了图6所示的神经刺激装置100的前透视图，其中第一干电解质电极104a和第二干电解质电极104b分别位于电极支撑结构102的相应插座105a和105b上方，与相应插座105a和105b对准。第一电极104a和第二电极104b可以分别保持在电极支撑结构102的插座105a和105b中。

从图6和图7可以看出，第一插座105a和第二插座105b的边缘105a’和105b’分别形成在电极支撑结构102的弯曲表面102a中，该弯曲表面102a与电极支撑结构102的平坦背面102b相交。第一干电解质电极104a的第一端部104c远离边缘105a’延伸，使得第一端部104c被设置成压靠在受试者的皮肤上。电极支撑结构102的平坦背部102b为干电解质电极104a和104b提供机械支撑，使得对干电解质电极104a和104b的各自的第一端部104c和104d的按压不会破坏、弯曲或以其他方式损坏干电解质电极104a和104b。

再次参考图1，控制器模块壳体101可以具有按钮106a和106b，用户可以使用它们来选择由电波形发生器产生的波形的类型。根据代表性实施例，按钮106a和106b中的任一个可以用于进行波形选择，使得三个发光二极管(LED)107a、107b和107c中的一个发光，以指示三个波形中的哪一个已经被选择。根据该实施例，波形是双相性波形，但是本发明的原理和构思不限于可以由电波形发生器产生的波形的类型或者波形选择的数量。

控制器模块壳体101可以具有按钮106c，按钮106c可以在其上部部分或下部部分上被按压，以分别增大或减小从电波形发生器的输出端输出的波形的幅度。增加或减少波形的幅度分别增加或减少波形的电压，进而分别增加或减少干电解质电极104a和104b上的电流，即由干电解质电极104a和104b施加到受试者皮肤的电流。开关108可以滑动到较高位置或较低位置，以使电力被供应到控制器模块壳体101内部的电路(未示出)或从其移除。根据代表性实施例，控制器模块壳体101包括通用串行总线(USB)端口109，其用于对容纳在控制器模块壳体101内部的电源(未示出)充电。

分别保持干电解质电极104a和104b的插座105a和105b(图7)通常涂覆有导电材料，例如金属。插座105a和105b通常在形状和尺寸上分别与干电解质电极104a和104b的形状和尺寸互补，使得干电解质电极104a和104b分别与插座105a和105b形状配合(form fit)或摩擦配合。换句话说，将干电解质电极104a和104b分别插入到插座105a和105b中，可以产生将干电解质电极104a和104b分别保持在插座105a和105b中的紧密配合。插座105a和105b的下表面和内表面可以分别具有与干电解质电极104a和104b大致相同的宽度或直径，以确保电流从插座105a和105b的下表面和内表面分别非常快速地扩散到整个干电解质电极104a和104b。应当注意，虽然图7示出了圆柱形形状的干电解质电极104a和104b，但是干电解质电极104a和104b可以具有其他形状或横截面，例如，比如矩形和正方形。

图8示出了图6和图7中所示的电极支撑结构102的顶部部分的前透视图，其中第一干电解质电极104a和第二干电解质电极104b分别位于电极支撑结构102的相应插座105a和105b的上方并与电极支撑结构102的相应插座105a和105b对准。图9示出了图8所示的电极支撑结构的顶部部分的俯视平面图，其中第一干电解质电极104a和第二干电解质电极104b分别位于电极支撑结构102的相应插座105a和105b的上方并分别与电极支撑结构102的相应插座105a和105b对准。图10示出了沿着图9中的线A-A’截取的电极支撑结构的顶部部分以及位于相应插座上方的第一干电解质电极和第二干电解质电极的侧视截面图。

参照图8，根据该代表性实施例，当第一干电解质电极104a和第二干电解质电极104b分别被保持在第一插座105a和第二插座105b中时，第一干电解质电极104a和第二干电解质电极104b的各自的中心轴线111a和111b彼此分开距离D，该距离D的范围从0.1厘米(cm)到50cm，从大约1cm到大约10cm，或者从大约1cm到大约5cm。将该距离保持在该范围内有助于确保当受试者使用神经刺激装置100刺激GAN和ABVN中的一个或两个时，干电解质电极104a和104b不会与目标区域之外的区域接触并刺激其他神经或肌肉，从而导致肌肉收缩。如下文将更详细描述的，将向神经刺激装置100的用户提供用户手册，该用户手册将指导用户如何进行治疗，包括颈部上放置干电解质电极104a和104b以进行治疗的位置。由于距离D相对较小，并且用户在用户手册的指导下定位目标区域相对容易，因此干电解质电极104a和104b放置在目标区域之外的皮肤区域上的可能性相对较小。

参照图10，第一干电解质电极104a的第一端部104c和第一干电解质电极104a的第二端部104d之间的距离D足够大，使得从插座105a的导电内表面流过的电流在与受试者皮肤接触之前有时间在包括干电解质电极104a在内的整个材料中扩散开。这减少或消除了对受试者皮肤电击(也通常被称为热点)的可能性。对于金属电极，电流在从电极进入受试者皮肤之前几乎没有时间扩散开，这通常导致不舒服甚至疼痛的热点出现。对于通常用于刺激神经的水凝胶电极类型，水凝胶通常是金属电极顶部上的相对薄的涂层。虽然薄涂层有助于减少热点的出现，但热点仍然经常出现。

与这些薄水凝胶涂层相对比，干电解质电极104a具有长度L，该长度被界定为第一端部104a和第二端部104d之间的距离。该长度L可以足够长，以通过允许电流均匀地分布在整个电极上来最小化或防止热点的出现。在一些情况下，长度L可以在约0.5cm至约10cm、约1cm至约10cm，或约1cm至约5cm的范围内。这些尺寸范围也适用于第二干电解质电极104b，尽管第二干电解质电极104b在图10所示的侧视截图中不可见。干电解质电极104a和104b由电解质材料制成，该电解质材料通常是水凝胶材料，例如，比如琼脂糖。干电解质电极104a和104b的材料成分在下面的“电极的材料成分”的标题下更详细地描述。

图11和图12分别示出了图1-5所示的神经刺激装置100的控制器模块壳体101的一部分的左俯视透视图和右俯视透视图，该部分与神经刺激装置100的电极支撑结构102分离并对准。如图12所示，电极支撑结构102是可移除的，并且具有上部部分和下部部分。上部部分具有形成在其中的插座105a和105b，该插座105a和105b用作分别保持干电解质电极104a和104b的电极保持器。下部部分是电耦合单元，其将容纳在控制器模块壳体101中的电波形发生器的输出端与电极保持器的插座105a和105b电耦合。根据该代表性实施例，电耦合单元包括辅助连接器112，其与包括在控制器模块壳体101中的辅助插座(未示出)配合。根据该代表性实施例，控制器模块壳体101具有两个柱113a和113b，当控制器模块壳体101和电极支撑结构102配合时，这两个柱113a和113b与设置在电耦合单元中的两个互补形状的开口114a和114b配合。柱113a和113b分别与开口114a和114b的配合增强了神经刺激装置101的机械稳定性。

电极的材料成分

这里使用的术语“干电解质电极”指的是由聚合凝胶材料和电解质形成的电极，该电极是干的或摸起来基本上是干的。术语“干”可以指一种组合物，从该组合物中除去所有或大部分水以产生该组合物的固相。尽管在一些方面可能是这种情况，但是该术语不要求完全没有水分(即，电极可以具有按重量计从约0.1％至约5％或更多的水分含量)。在一些方面，“干电解质电极”不是粘性电极，因为它不粘于皮肤或对皮肤有任何粘附。

在一些方面，干电解质电极是或包括琼脂糖电极。在一些方面，电极是包括电解质的线性多糖。在一些方面，电极可以包括一种或更多种其他聚合物。例如，干电解质电极可以包括聚合物电极，所述聚合物电极选自由以下组成的组：琼脂糖凝胶、胶原凝胶、葡甘露聚糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、聚丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸凝胶(polyacrylamide-2-methylpropanesulfonic acid gel)、纤维蛋白凝胶、聚乙烯醇凝胶、聚甲基丙烯酸羟乙酯(polyhydroxyethyl methacrylate)凝胶、硅水凝胶、聚乙烯吡咯烷酮凝胶、聚乙二醇凝胶、聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)凝胶、藻朊酸盐凝胶、角叉菜胶凝胶(carrageenan gel)、壳聚糖凝胶、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(poly(N-isopropylacrylamide))凝胶、丙烯酸凝胶、聚苯乙烯磺酸凝胶、和其组合。

图13示出了根据另一代表性实施例的图1所示的神经刺激装置100的电极支撑结构132的顶部部分的前透视图，其中第一干电解质电极134a和第二干电解质电极134b分别位于电极支撑结构132的相应插座135a和135b的上方并与电极支撑结构132的相应插座135a和135b对准。图15示出了图13中所示的电极支撑结构132的俯视图，其中第一干电解质电极134a和第二干电解质电极134b分别位于电极支撑结构132的相应插座135a和135b的上方并与电极支撑结构132的相应插座135a和135b对准。图17示出了沿着图15中的线B-B’截取的电极支撑结构的顶部部分以及位于相应插座上方的第一干电解质电极和第二干电解质电极的侧视截面图。图14、图16和图18分别与图8、图9和图10相同，并分别显示在图13、图15和图17旁边，用于比较。

干电解质电极134a和134b与干电解质电极104a和104b的不同之处在于，干电解质电极134a和134b分别具有形成在其中的圆柱形开口134c和134d。插座135a和135b分别具有设置在其中的圆柱形导电(例如，金属)柱135c和135d，该柱135c和135d在形状和尺寸上与圆柱形开口134c和134d互补。插座135a和135b的下表面和内壁也包括导电材料，柱135c和135d由该导电材料制成。当干电解质电极134a和134b分别插入插座135a和135b时，柱135c和135d分别与开口134c和134d配合。柱135c和135d分别与开口134c和134d的配合确保了电流快速扩散并均匀分布在包括干电解质电极134a和134b的材料上，以减少或消除治疗期间出现热点的可能性。

在一些方面，干电解质电极和避免热点的电流扩散提高了使用者在使用期间的舒适性，例如相对于现有技术电极设计的舒适性，现有技术电极设计比如标准TENS刺激电极(即2”×2”、NuCalm)、金属电极(即NuFace、CerboMed)、以湿凝胶薄层涂覆的金属电极(即gammaCore)、以湿盐溶液涂覆的导电硅酮(即Nervana)。每个电极设计中的电极材料具有独特的电阻率、皮肤-电解质阻抗以及皮肤和电解质之间的接触表面积。在设计最大舒适度时，皮肤-电解质交界面(interface)的电流密度是最重要的因素。为了测试哪种电极设计在刺激过程中最舒适，所有电极都应以皮肤-电解质交界面处的相同的电流密度值进行测试。电流密度可以通过测量皮肤交界面处输送的电流量并除以电极和皮肤之间的接触面积来计算。例如，皮肤接触面积为1平方厘米并向皮肤输送2mA的电极将具有2mA/cm

图19示出了根据另一代表性实施例的神经刺激装置190的局部分解右侧透视图，其中移除了可移除的保护帽103，并且电极支撑结构192通过电缆线193电耦合到控制器模块壳体101。图20示出了在图19中示出的神经刺激装置190的部分分解的前透视图。图21示出了在图19中示出的神经刺激装置的完全分解的前透视图。图22示出了图19-图21所示的神经刺激装置190的电耦合单元195的前透视图。

根据该代表性实施例，电极支撑结构192在长度方向上比图6所示的电极支撑结构102长，以允许用户用他或她的手指抓握电极支撑结构192的下部部分，并将其定位成将干电解质电极104a和104b的暴露端放置在目标区域中的颈部皮肤上。图19所示的控制器模块壳体101可以与图1所示的控制器模块壳体101相同，并且容纳相同的部件。通过电缆线193将电极支撑结构192连接到控制器模块壳体101，允许用户容易地操纵电极支撑结构192，以将干电解质电极的暴露端放置成与目标区域中的颈部皮肤接触。电缆线193可以是例如通常用作头戴听筒插头(headphone jacks)的类型的辅助缆线。

参照图21，电极支撑结构192包括电耦合单元194和可移除的电极保持器195。根据该代表性实施例，可移除的电极保持器195利用辅助插头196插入电耦合单元194，辅助插头196与电耦合单元194内部的辅助连接器(未示出)配合。

图23示出了根据另一代表性实施例的神经刺激装置230的完全分解前透视图。图23所示的神经刺激装置230与图19-图21所示的神经刺激装置190相同，除了图21所示的电极支撑结构192的电耦合单元194被去除之外。根据该实施例，电极支撑结构192的可移除的电极保持器195直接耦合到控制器模块壳体101，使得辅助插头196与控制器模块壳体101内部的辅助连接器(未示出)配合。该实施例消除了对图21所示电缆线193的需要。

图24和图25分别示出了包括根据另一代表性实施例的神经刺激装置的电极支撑结构的头戴式耳机240的前侧和右侧透视图。根据该代表性实施例，神经刺激装置的控制器(未示出)和电波形发生器(未示出)被结合到头戴式耳机240中。头戴式耳机240适于当受试者正确佩戴头戴式耳机240时紧贴地安装在受试者的头部上。头戴式耳机240的第一头戴听筒241机械耦合到头戴式耳机240的带状物242的第一端部。头戴式耳机240的第二头戴听筒243机械耦合到带状物242的第二端部。头戴式耳机240的第一电极保持器244适于保持第一干电解质电极245。头戴式耳机240的第二电极保持器246适于保持第二干电解质电极247。头戴式耳机240的电线(未示出)延伸穿过带状物242，用于将第一干电解质电极245和第二干电解质电极247分别电耦合到电波形发生器的输出端，该电波形发生器可以与控制器(未示出)一起容纳在例如第一头戴听筒241中。

根据代表性实施例，第一电极保持器244和第二电极保持器245是可调节的，以允许受试者将第一干电解质电极245和第二干电解质电极247的第一端部分别定位在第一目标区域和第二目标区域上。图26和图27示出了图25中标记为250的虚线框内侧所示视图的部分的右侧视图和后视图，该视图被略微放大以更好地示出神经刺激装置240的一个电极保持器244的可调节性。在图27中，电极保持器244已经由用户调节，以将干电解质电极245的暴露端与目标区域中的用户颈部249接触。

图28示出了根据另一代表性实施例的包括神经刺激装置的电极支撑结构的头戴式耳机280的前透视图。根据该代表性实施例，控制器(未示出)和电波形发生器(未示出)被容纳在控制器模块壳体101中，控制器模块壳体101在头戴式耳机280的外部并且经由电缆线193连接到头戴式耳机280。在所有其他方面，头戴式耳机280可以与图24所示的头戴式耳机240相同。

图29示出了根据代表性实施例的图24和图28中所示的第一电极保持器244的前透视图，其中干电解质电极245保持在保持器244的插座291中，以及干电解质电极245在紧跟在插入之前或插入之后在插座291外部并与插座291对准。第二电极保持器246与第一电极保持器244相同。根据该代表性实施例，第一电极保持器244和第二电极保持器246包括可调节接头292，该可调节接头允许保持器244、245相对于头戴式耳机的至少一个运动自由度，以允许干电解质电极245和247的暴露端面向颈部的目标区域定位。优选地，可调节接头291允许多个运动自由度，包括上下运动以及旋转、枢转和/或左右运动。

图30和图31分别示出了根据另一代表性实施例的包括神经刺激装置的电极支撑结构的颈部附件300的前透视图和侧透视图。图32示出了图30和图31中所示的颈部附件300的左侧透视图，该颈部附件300通过电缆线193电耦合到神经刺激装置的控制器模块壳体101，并正确地放置在受试者上。

颈部附件300包括大致U形或V形的带状物301以及第一端部和第二端部，该带状物适于在受试者下巴下方形成环，当颈部附件300被受试者正确佩戴时，第一端部和第二端部向内指向受试者皮肤的第一目标区域和第二目标区域，如图32所示。设置在带状物301的第一端部301a上的第一电极保持器302a适于保持第一干电解质电极104a。设置在带状物301的第二端部301b上的第二电极保持器302b适于保持第二干电解质电极104b。颈部附件300的电线(未示出)延伸穿过带状物301，用于将第一干电解质电极104a和第二干电解质电极104b分别电耦合到电波形发生器的输出端，该电波形发生器包含在根据该代表性实施例的控制器模块壳体101内。

图33和图34分别示出了根据代表性实施例的包括神经刺激装置的电极支撑结构的颈部附件330的前透视图和俯视透视图。图35示出了图33和图34中所示的颈部附件330的左侧透视图，该颈部附件330通过电缆线193电耦合到神经刺激装置的控制器模块壳体101，并正确地放置在受试者上。颈部附件300包括大致U形或V形的带状物331以及第一端部331a和第二端部331b，该带状物331适于在受试者颈部后方形成环，并且当受试者正确佩戴颈部附件330时，第一端部331a和第二端部331b邻近受试者颈部的相对的侧，如图35所示。设置在带状物331的第一端部331a上的第一电极保持器332a适于保持第一干电解质电极104a。设置在带状物331的第二端部331b上的第二电极保持器332b适于保持第二干电解质电极104b。颈部附件330的电线(未示出)延伸穿过带状物331，用于将第一干电解质电极104a和第二干电解质电极104b分别电耦合到电波形发生器的输出端，该电波形发生器包含在根据该代表性实施例的控制器模块壳体101(图35)内。

图36示出了根据另一代表性实施例的包括神经刺激装置的电极支撑结构的颈部附件360的前透视图。图37示出了图36所示的正确地放置在受试者上的颈部附件360的左侧透视图。除了神经刺激装置的控制器是智能电话或独立的支持无线的控制器370之外，颈部附件360类似于图33-图35所示的颈部附件330，并且电波形发生器与无线接收器或收发器一起结合到颈部附件360的模块380中。模块380的无线接收器或收发器通过无线链路与智能电话或支持无线的控制器370无线通信，以接收和执行由智能电话或支持无线的控制器370发送的命令。模块380的无线接收器或收发器随后解释命令，并选择波形发生器的输出端要产生和输出的波形的类型和幅度，波形发生器的输出端通过延伸穿过带状物331的电线分别电耦合到第一干电解质电极104a和第二干电解质电极104b。在所有其他方面，颈部附件360可以与颈部附件330相同。

图38示出了根据另一代表性实施例的神经刺激装置380的前透视图，该神经刺激装置包括控制器模块壳体101、电极支撑结构381和电缆线193，该电缆线193可用于将电极支撑结构381电连接到控制器模块壳体101。图39示出了图38所示的神经刺激装置380的左侧透视图，其中可移除的保护帽103位于电极支撑结构381上方并与电极支撑结构对准；为了便于说明，控制器模块壳体101未在图39中示出。

电极支撑结构381包括先前在图21中示出的可移除的电极保持器195和经由电缆线193电耦合到控制器模块壳体101的电耦合单元383。神经刺激装置380类似于图19所示的神经刺激装置190，除了电耦合单元383具有与神经刺激装置190的电耦合单元194的外部不同的外部之外。神经刺激装置380的使用方式与神经刺激装置190的使用方式相同，如上文参照图19-图22所述。

图40示出了图38所示的神经刺激装置380的上部部分的前透视图，其中移除了图38所示的电极支撑结构381的电耦合单元383，以允许电极支撑结构381的可移除的电极保持器195直接与控制器模块壳体101耦合，从而消除了对电缆线193和电耦合单元383的需要。根据该代表性实施例，控制器模块壳体101分别具有第一电触点401a和第二电触点401b，当控制器模块壳体101和可移除的电极保持器195耦合在一起时，第一电触点401a和第二电触点401b与可移除的电极保持器195的相应电触点(未示出)接触。这些电触点分别将电波形发生器的输出端与第一干电解质电极104a和第二干电解质电极104b电耦合。在治疗期间，图40中部分示出的神经刺激装置以与图1中示出的神经刺激装置100相同的方式操作，如前所述。

图41示出了图38所示的神经刺激装置380的前透视图，其中控制器模块壳体101和电极支撑结构381通过电缆线193电互连。图42示出了图38所示的电极支撑结构381的可移除的电极保持器195的前透视图。图43示出了图38所示的电极支撑结构381的电耦合单元383的前透视图，并且控制器模块壳体的上部部分通过电缆线193被电连接。在图43中，可以看出，电耦合单元383分别具有第一电触点431a和第二电触点431b，当电耦合单元383与可移除的电极保持器195耦合在一起以形成图41中所示的组装的电极支撑结构381时，第一电触点431a和第二电触点431b与可移除的电极保持器195的相应电触点(未示出)接触。神经刺激装置380的这种设计具有很大的配置通用性，因为可移除的电极保持器195可以耦合到电耦合单元383，然后电耦合单元383经由电缆线193耦合到控制器模块壳体101，或者可移除的电极保持器195可以直接耦合到控制器模块壳体101。

图44示出了根据另一代表性实施例的神经刺激装置440的前透视分解图，其中可移除的电极保持器195直接与控制器模块壳体101耦合，如上文参考图40所述。图45示出了图44所示的神经刺激装置440的前透视图，其中可移除的电极保持器195直接与控制器模块壳体101耦合，并且可移除的保护帽103位于可移除的电极保持器195上方并与可移除的电极保持器195对准。图46示出了图45所示的神经刺激装置440的前透视图，其中可移除的保护帽103可移除地固定到可移除的电极保持器。

图47是根据代表性实施例的神经刺激装置的电路470的框图。电路470包括前述控制器480、前述电波形发生器490、存储装置500和电源401，电源优选地可通过UBS端口109(图3)充电。控制器480和电波形发生器490可以容纳在同一壳体(比如控制器模块壳体101)中，或者它们可以通过它们之间的通信链路分开容纳(例如，控制器480可以是智能电话的控制器或处理器，并且电波形发生器490可以容纳在头戴式耳机的模块380中(图37))。

控制器480处理对应于按钮105a-105c被用户按下的信号，以使电波形发生器490产生具有选定幅度的选定波形，如前所述。干电解质电极104a、104b或134a、134b以上述方式电耦合到电波形发生器490的输出端501。对于控制器480基于来自按钮105a-105c的信号选择的任何一个波形，控制器480向LED 107a-107c发送信号，以使LED 107a-107c打开或关闭，如前所述。存储装置500通常存储由控制器480执行的数据和计算机指令。计算机指令对应于由控制器480执行的计算机算法，以使其执行前述任务。存储装置500是非暂时性计算机可读介质。

神经刺激装置的使用方法

再次参考图1，为了使用神经刺激装置100，用户(可以是待治疗的受试者)用一只手的手指抓握控制器模块壳体101，并移动神经刺激装置100，以将干电解质电极104a和104b或134a和134b的暴露端抵靠目标区域中的颈部皮肤放置。用户将开关108移动到接通位置，并使用按钮106a-106c来选择要施加的波形和波形的幅度。用户可以在使用期间根据需要改变这些设置，以改善治疗条件。

在各个方面，提供了使用神经刺激装置的方法。所述方法可以包括通过在有需要的受试者的颈部中的包含耳大神经和迷走神经耳支的目标神经接头，对耳大神经和迷走神经耳支中的一个或两个进行非侵入性神经刺激。在一些方面，受试者患有精神疾病，例如恐惧和/或焦虑症、成瘾症或情绪症。在一些方面，这种病症是焦虑症。焦虑症可以包括恐慌症、恐惧症、创伤后应激障碍(PTSD)、社交焦虑症或强迫症(OCD)。在一些方面，该方法可以治疗或减轻受试者的疾病。治疗可以包括降低、减少或减轻受试者的一种或更多种疾病症状。

本文使用的术语“受试者”是指脊椎动物或无脊椎动物，包括哺乳动物。术语“受试者”包括人、动物、鸟、鱼或两栖动物。“受试者”的典型、非限制性例子包括人、猫、狗、马、羊、牛、猪、羔羊、大鼠、小鼠和豚鼠。

术语“降低(lower)”、“减少(reduced)”、“减少(reduction)”或“减少(decrease)”或“抑制(inhibit)”在本文中通常都是指统计显著量的降低。然而，为避免疑问，“降低(lower)”、“减少(reduced)”、“减少(reduction)”或“减少(decrease)”或“抑制(inhibit)”是指可测量的、可观察的或可检测的减少(decrease)，例如减少至少5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％。在一些实施例中，与参考水平相比减少至少10％，例如减少至少约20％，或至少约30％，或至少约40％，或至少约50％，或至少约60％，或至少约70％，或至少约80％，或至少约90％或直至并包括100％的减少(即，与参考样品相比没有水平(absent level))，或与参考水平相比在10-100％之间的任何减少。

参考本文所用的治疗和预防精神疾病如恐惧和/或焦虑症、成瘾症或情绪症尤其包括抑制或至少部分缓解精神疾病的一种或更多种症状。举例来说，抑郁、焦虑和相关障碍的症状可以被抑制或减轻，包括易怒、情绪波动、抑郁情绪、睡眠障碍、无精打采、短期记忆丧失、焦虑、不安、紧张、自尊差、自杀想法或自杀倾向。此外，“治疗或预防”包括预防受试者抑郁、焦虑或抑郁或焦虑相关的疾病的发展，所述受试者可能易患这种病症或可能表现出这种病症的一种或更多种症状，但尚未被诊断为患有该病症。“治疗或预防”还包括预防受试者出现抑郁发作或焦虑发作。

虽然焦虑和焦虑感是常见的，但焦虑症通常只有在症状达到阈值并持续至少两周时才会被诊断出来。存在许多本领域技术人员熟知的方法和技术，用于诊断抑郁症、焦虑症和抑郁症或焦虑症相关疾病，用于评估这些病症或其症状随时间的状态或严重程度，以及用于监测这些病症或其症状随时间的状态或严重程度的变化，包括响应于治疗或疗法。

这种用于诊断、评估和监测焦虑和焦虑相关疾病的方法和技术除了生物化学测量之外，还可以包括临床医生评估、自我评估或自我报告问卷、以及临床医生完成的报告或问卷。症状和情绪的各种临床测量对本领域技术人员来说是公知的。本公开设想了任何这样的方法或技术在诊断焦虑或焦虑相关疾病以及评估或监测这样的状况中的用途，其作为例如根据本公开对个体进行治疗的适宜性的初始确定的一部分或根据本公开对个体进行治疗的疗效的确定的一部分。在某些方面，这些方法包括状态-特质焦虑问卷(STAI：Spielberger等，(1970)《状态-特质焦虑量表手册》(自我评估调查表)(咨询心理学家出版社，加州帕洛阿尔托)，其包括40个项目，平均分为状态焦虑和特质焦虑。在一些方面，当使用STAI测量时，该方法可以导致受试者的焦虑减少。

自我评估或自我报告问卷的其他例子包括但不限于抑郁焦虑压力量表(DASS)、结果问卷-45(OQ45)、抑郁症生活质量量表(QLDS，包括生活质量(QoL)评分)、贝克抑郁量表(BDI)、沃里克-爱丁堡心理健康量表(Warwick-Edinburgh Mental Well-Being Scale)(WBS)、迷你国际神经精神访谈(MINI)、DSM疾病结构化临床访谈(SCID)和患者健康问卷(PHQ，如PHQ-9和PHQ-2)。临床医生完成的示例性报告或问卷包括但不限于汉密尔顿抑郁量表(HAM-D)和拉斯金抑郁量表。可以采用的生化测量包括但不限于全血血清素水平。

应当注意的是，为了描述发明原理和构思，上文已经参考各种代表性或示例性实施例描述了神经刺激装置和使用方法，并且发明原理和构思不限于上述实施例。例如，神经刺激装置在附图中显示为具有特定的形状和特征，但是它们可以具有这里没有明确描述的其他形状和特征。例如，神经刺激装置不限于具有图1所示的特定用户交界面，用于选择波形及其幅度，或者用于指示已经选择了哪个波形。此外，神经刺激装置不限于具有任何特定的形状。手持式、头戴式耳机和颈部附件设计是合适设计的例子，但是本发明的原理和构思不限于这些设计，如本领域技术人员根据本公开将理解的那样。鉴于本文提供的描述，本领域技术人员将理解，发明原理和构思不限于这些实施例或示例。如本领域技术人员所理解的，在发明原理和构思的范围内，可以对这里描述的系统和方法进行许多修改。