DE10294019B4 - Neurostimulator and data transmission method - Google Patents

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Abstract

Neurostimulator (1) mit: einer Applikationseinrichtung (2), die mindestens eine Applikationselektrode (3) umfasst, wobei die Applikationseinrichtung eine Pinselelektrode ist, die aus einer Kanüle (40) und Drähten (41) besteht, wobei die Kanüle (40) zumindest teilweise in den Körper eines Patienten implantierbar ist und ein zu implantierendes Ende (46) sowie ein aus dem Körper herausführendes Ende (47) aufweist, wobei die Drähte über das zu implantierende Ende der Kanüle hinaus in das zu stimulierende Nervengewebe hineingeschoben werden können und das gewebeseitige Ende der Drähte Applikationselektroden bildet, wobei die Drähte in der Kanüle gegeneinander isoliert sind, damit die elektronische Schaltung jedem Draht ein unterschiedliches elektrisches Signal zuführen kann, einer elektronischen Schaltung (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Kanüle (40) aus einem elektrisch leitenden Material besteht und mit der elektronischen Schaltung (4) verbunden ist und als zusätzliche Applikationselektrode nutzbar ist.Neurostimulator (1) comprising: an application device (2) comprising at least one application electrode (3), the application device being a brush electrode consisting of a cannula (40) and wires (41), the cannula (40) at least partially implantable in the body of a patient and having an end (46) to be implanted and an end (47) leading out of the body, the wires being slid over the end of the cannula to be implanted into the nerve tissue to be stimulated and the tissue end the wires forming application electrodes, with the wires in the cannula insulated against each other so that the electronic circuit can supply a different electrical signal to each wire, an electronic circuit (4), characterized in that the cannula (40) consists of an electrically conductive material and connected to the electronic circuit (4) and as an additional Applicable electrode is usable.

Description

Diese Erfindung betrifft Neurostimulatoren gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1, 6, 7, 9 sowie 16. Ferner betrifft diese Erfindung ein Datenübertragungsverfahren gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 17 und 19.This invention relates to neurostimulators according to the preambles of claims 1, 6, 7, 9 and 16. Further, this invention relates to a data transmission method according to the preambles of claims 17 and 19.

Ein Neurostimulator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der EP 1 048 319 A2 bekannt. Ein Neurostimulator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 ist aus der US 5,824,027 bekannt. Ein Neurostimulator gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 7 und 9 ist aus der DE 197 58 110 A1 bekannt.A neurostimulator according to the preamble of claim 1 is known from EP 1 048 319 A2 known. A neurostimulator according to the preamble of claim 6 is known from US 5,824,027 known. A neurostimulator according to the preamble of claims 7 and 9 is known from DE 197 58 110 A1 known.

Datenübertragungsverfahren gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 17 und 19 sind aus der Patentschrift US 5,683,422 bekannt. Diese Schrift beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von neurodegenerativen Erkrankungen durch elektrische Stimulierung des Gehirns.Data transmission methods according to the preambles of claims 17 and 19 are known from the patent US 5,683,422 known. This document describes a method and apparatus for treating neurodegenerative diseases by electrical stimulation of the brain.

Wissenschaftler untersuchen das Phänomen der Exzitotoxizität (engl.: excitotoxicity), womit man die Vergiftung von Nerven aufgrund der übermäßigen Erregung von Nervenzellen bezeichnet. Die Forschung konzentrierte sich auf die Nervenzellen die Glutamatneurotransmitterrezeptoren aufweisen und besonders anfällig gegenüber dauernder Erregung sind (Rothman, S. M., Olney, J. W. (1987) Trends Neurosci. 10, 299–302). Wenn Nervenzellen übermäßig aktiv – also hyperaktiv – sind, weil sie vielen Aktionspotentialen ausgesetzt sind, nimmt man an, dass sie übermäßig viel Glutamat oder andere Transmittersubstanzen (engl.: excitatory amino acids, EAA) an ihren Synapsen freisetzen. Dies führt zur Vergiftung von Nervenzellen, die auf hyperaktive Nervenzellen folgen.Scientists are investigating the phenomenon of excitotoxicity, which refers to the poisoning of nerves due to the excessive excitement of nerve cells. Research has focused on the nerve cells that have glutamate neurotransmitter receptors and are particularly susceptible to persistent arousal (Rothman, S.M., Olney, J.W. (1987) Trends Neurosci., 10, 299-302). When nerve cells are overly active-hyperactive-because they are exposed to many action potentials, they are thought to release excess glutamate or other excitatory amino acids (EAA) at their synapses. This leads to the poisoning of nerve cells that follow hyperactive nerve cells.

Benabid et al. (The Lancet, Bd. 337: 16. Feb. 1991, S. 403–406) haben gezeigt, dass die Stimulation des Vim nucleus des Thalamus Tremor (Zittern des Patienten, vgl. Roche Lexikon Medizin, 4. Auflage, herausgegeben von der Hoffmann La Roche AG und Urban & Fischer, Urban & Fischer, München, 1998) unterdrückt. In diesem Fall führten Stimulationsfrequenzen von 100 bis 185 Pulsen pro Sekunde zur gleichen physiologischen Reaktion wie eine Verletzung dieses Hirnbereichs.Benabid et al. (The Lancet, Vol. 337: 16 Feb. 1991, pp 403-406) have shown that the stimulation of the vim nucleus of the thalamus tremor (tremor of the patient, see Roche Lexicon Medicine, 4th edition, published by the Hoffmann La Roche AG and Urban & Fischer, Urban & Fischer, Munich, 1998). In this case, stimulation frequencies of 100 to 185 pulses per second led to the same physiological response as a violation of this brain area.

Die Parkinson'sche Krankheit ist das Ergebnis der Degeneration der Substantia nigra Pars compactia. Es wurde gezeigt, dass die Nervenzellen des Subthalamus Glutamat als Neurotransmitter verwenden, um Informationen an ihre Zielzellen in den Basalganglien zu übertragen. Die Hyperexcitation, die bei der Parkinson'schen Krankheit auftritt, setzt übermäßig Glutamat frei, was theoretisch zu einer weiteren Degeneration führt.Parkinson's disease is the result of degeneration of the substantia nigra pars compactia. It has been shown that subthalamic nerve cells use glutamate as a neurotransmitter to transfer information to their target cells in the basal ganglia. Hyperexcitation, which occurs in Parkinson's disease, releases excess glutamate, which theoretically leads to further degeneration.

Die US 5,683,422 schlägt vor, durch eine in den Kopf implantierte Leitung eine Gehirnregion zu stimulieren. Bevorzugterweise wird ein Stab mit vier ringförmigen, hintereinander angeordneten, gegeneinander isolierten Elektroden verwendet, um mit elektrischen Pulsen bestimmte Gehirnregionen zu stimulieren. Zusätzlich ist ein ”Gehäuseanschluss” an den leitfähigen Schaft des Stabs vorgesehen, so dass insgesamt fünf Applikationselektroden zur Verfügung stehen. Mindestens zwei dieser Elektroden werden von einem möglicherweise implementierten Impulsgenerator angesteuert.The US 5,683,422 suggests stimulating a brain region with a lead implanted into the head. Preferably, a rod with four annular, successively arranged, mutually insulated electrodes is used to stimulate certain brain regions with electrical pulses. In addition, a "housing connection" is provided on the conductive shaft of the rod, so that a total of five application electrodes are available. At least two of these electrodes are driven by a possibly implemented pulse generator.

Ferner kann ein Sensor mit zwei Elektroden vorgesehen sein, der ebenfalls in der Subthalamus-Region, der Substantia nigra oder einer anderen Gehirnregion implementiert ist, deren elektrische Aktivität die Aktivität der degenerierten Neuronen reflektiert. Die Sensorelektroden können auch auf der Leitung mit den stimulierenden Elektroden angeordnet sein. Die Sensorelektroden sind über elektrische Leitungen mit einem Analog-Digital-Wandler verbunden. Alternativ können die von einem externen Sensor gelieferten Signale über eine telemetrische Abwärtsverbindung an den implementierten Pulsgenerator übertragen werden.Further, a sensor may be provided with two electrodes also implemented in the subthalamus region, the substantia nigra, or other brain region whose electrical activity reflects the activity of the degenerate neurons. The sensor electrodes may also be arranged on the line with the stimulating electrodes. The sensor electrodes are connected via electrical lines to an analog-to-digital converter. Alternatively, the signals provided by an external sensor may be transmitted via a telemetric downlink to the implemented pulse generator.

Alternativ kann ein elektrochemischer Sensor vorgesehen sein, der die Menge von Glutamat, eines anderen Neurotransmitters oder eines Abbauprodukts davon in der Substantia nigra misst. Ein solcher Sensor könnte aus einer mit einer ionenselektiven Membran überzogenen Elektrode bestehen. Ein Beispiel dieses Sensortyps ist in ”Multichannel semiconductor-based electrodes for in vivo electrochemical and electrophysiological studies in rat CNS” von Craig G. van Home et al. (Neuroscience Letters, 120 (1990), S. 249–252) beschrieben.Alternatively, an electrochemical sensor may be provided which measures the amount of glutamate, another neurotransmitter, or a degradation product thereof in the substantia nigra. Such a sensor could consist of an electrode coated with an ion-selective membrane. An example of this type of sensor is described in "Multichannel semiconductor-based electrodes for in vivo electrochemical and electrophysiological studies in rat CNS" by Craig G. van Home et al. (Neuroscience Letters, 120 (1990), pp. 249-252).

Der Ausgang des Analog-Digital-Wandlers ist über einen Bus mit einem Mikroprozessor verbunden, der die Sensorsignale in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Sensors auswertet. Wenn das Sensorsignal einen von einem Arzt programmierten Wert überschreitet, wird die Stimulation über die stimulierenden Elektroden erhöht.The output of the analog-to-digital converter is connected via a bus to a microprocessor, which evaluates the sensor signals depending on the type of sensor used. If the sensor signal exceeds a physician programmed value, stimulation via the stimulating electrodes is increased.

Die Stimulationsimpulsfrequenz wird über einen über den Bus programmierbaren Frequenzgenerator erzeugt. Die Amplitude des Stimulationsimpulses wird über den Bus und einen Digital-Analog-Wandler programmiert. Schließlich programmiert der Mikroprozessor auch ein Impulsbreitensteuermodul über den Bus, um die Impulsbreite der Stimulationsimpulse einzustellen.The stimulation pulse rate is generated via a frequency generator programmable via the bus. The amplitude of the stimulation pulse is programmed via the bus and a digital-to-analog converter. Finally, the microprocessor also programs a pulse width control module over the bus to adjust the pulse width of the stimulation pulses.

Bei der Implantation programmiert der Arzt gewisse Schlüsselparameter in einen Speicher des Stimulationsgeräts mittels Telemetrie. Diese Parameter können bei Bedarf. aktualisiert werden. Zu den Schlüsselparametern gehört die Information, ob die Nervenaktivität verringert oder erhöht werden soll, ob einer Erhöhung der Nervenaktivität am Sensorort eine Erhöhung der Nervenaktivität am Stimulationsziel hier entspricht oder umgekehrt, die Impulsbereite, Amplitude sowie Frequenz der Stimulationsimpulse. Der Arzt kann, auch Unter- und Obergrenzen für die Schlüsselparameter festlegen. Zur Erhöhung der Stimulation wird zunächst die Stimulationsfrequenz bis zu ihrer Obergrenze erhöht. Anschließend wird die Pulsbreite bis zu ihrer Obergrenze erhöht. Zuletzt wird die Pulsamplitude bis zu ihrer Obergrenze erhöht. Jetzt ist eine Erhöhung der Stimulation innerhalb der vorgegebenen Grenzen nicht mehr möglich und es wird eine Fehlermeldung über Telemetrie an den Arzt gesendetDuring implantation, the physician programs certain key parameters into a memory of the stimulation device by telemetry. These parameters may be required. to be updated. To the Key parameters include information on whether to reduce or increase nerve activity, whether an increase in nerve activity at the sensor site corresponds to an increase in nerve activity at the stimulation target or vice versa, pulse width, amplitude, and pacing pulse rate. The doctor may also set upper and lower limits for the key parameters. To increase the stimulation, the stimulation frequency is first increased to its upper limit. Subsequently, the pulse width is increased to its upper limit. Finally, the pulse amplitude is increased to its upper limit. Now an increase of the stimulation within the given limits is no longer possible and an error message via telemetry is sent to the doctor

Diesem Algorithmus ist ein zusätzlicher Algorithmus überlagert, um die Stimulation so gering wie möglich, aber so hoch wie nötig einzustellen, um ein angemessenes Niveau von Nervenaktivität im Subthalamus nukleus zu erreichen. Wenn die Stimulationsparameter geändert werden, wird ein Zeitgeber gestartet. Falls es nicht erforderlich ist, die Stimulation vor Ablauf der im Zeitgeber eingestellten Zeit zu erhöhen, kann es möglich sein, die Stimulation zu reduzieren und trotzdem ein angemessenes Maß an Nervenaktivität aufrechtzuerhalten. Deshalb wird die Stimulation probeweise reduziert. Falls die Nervenaktivität ausreichend hoch bleibt, kann die Stimulation weiter stufenweise verringert werden.Superimposed on this algorithm is an additional algorithm to set the stimulation as low as possible but as high as necessary to achieve an adequate level of nerve activity in the subthalamus nucleus. When the pacing parameters are changed, a timer is started. Unless it is necessary to increase the stimulation before the time set in the timer, it may be possible to reduce the stimulation and still maintain an adequate level of nerve activity. Therefore the stimulation is reduced on a trial basis. If the nerve activity remains sufficiently high, the stimulation can be further gradually reduced.

Im Markt um Neurostimulation sind folgende Firmen aktiv: Medtronic Inc. (www.medtronic.co.uk) Cyberonics Inc. (www.cyberonics.com), Cochlear Inc. (www.cochlear.com) mit System ”Nucleus” sowie EMPI Inc. (www.empi.com).The following companies are active in the market for neurostimulation: Medtronic Inc. (www.medtronic.co.uk) Cyberonics Inc. (www.cyberonics.com), Cochlear Inc. (www.cochlear.com) with system "Nucleus" and EMPI Inc (www.empi.com).

In der Medizin sind verschiedene Messmethoden zur Bestimmung von Parametern des Körpers eines Patienten bekannt. Hier ist zunächst die Elektroenzephalographie (EEG) zu nennen. Hierbei werden bioelektrische Potentialschwankungen im Gehirn, also die hirnelektrische Aktivität, aufgezeichnet. Routinemäßig erfolgt die Messung durch Oberflächenelektroden, kann jedoch auch zum Beispiel bei bewusstlosen Patienten mit feinen Nadelelektroden vom Skalp abgegriffen werden. Die Aufzeichnung erfolgt mittels 12, 16 oder 20 Differentialverstärkern („Kanälen”) simultan.Various measuring methods for determining parameters of the body of a patient are known in medicine. First, the electroencephalography (EEG) should be mentioned here. Here, bioelectric potential fluctuations in the brain, ie the brain electrical activity, are recorded. The measurement is routinely carried out by surface electrodes, but can also be taken from the scalp, for example in unconscious patients with fine needle electrodes. The recording is done by means of 12, 16 or 20 differential amplifiers ("channels") simultaneously.

Mit Elektromyographie (EMG) wird die Registrierung der bioelektrischen Aktivität der Muskulatur bezeichnet. Bei dieser Methode werden die elektrischen Potentiale durch die Insertion von Nadelelektroden abgegriffen. Die Potentiale können auch von der Körperoberfläche abgegriffen werden, was aber zu kleineren Signalen führt.Electromyography (EMG) refers to the registration of the bioelectrical activity of the musculature. In this method, the electrical potentials are tapped by the insertion of needle electrodes. The potentials can also be tapped from the body surface, but this leads to smaller signals.

Eine spezielle Form des EMG ist das Elektrokardiogramm (EKG), bei dem die bei der Erregungsausbreitung und Rückbildung des Herzens entstehenden bioelektrischen Potentiale bzw. Potentialdifferenzen aufgezeichnet werden. Die Messung der Potentiale erfolgt bi- oder unipolar durch Elektroden von der Körperoberfläche oder direkt vom Herzen, zum Beispiel bei Herzoperationen.A special form of EMG is the electrocardiogram (ECG), in which the bioelectrical potentials or potential differences arising during the excitation propagation and regression of the heart are recorded. The measurement of the potentials is bipolar or unipolar by electrodes from the body surface or directly from the heart, for example during cardiac surgery.

Durch die Elektrookulographie (EOG) wird das Ruhe-Bestandspotential des Auges anhand der Änderungen der bioelektrischen Potentialdifferenz zwischen dem vorderen und hinteren Pol des Auges aufgezeichnet. Das Auge bildet nämlich einen elektrischen Dipol, wobei die Korea positiv und die Retina negativ geladen sind. Die Potentialänderungen schlagen sich in der Spannungsänderung der Umgebung nieder, die ihrerseits mittels periokulärer Elektroden ableitbar sind (Roche Lexikon Medizin a. a. O.).Electrooculography (EOG) records the resting potential of the eye based on the changes in the bioelectrical potential difference between the anterior and posterior poles of the eye. The eye forms an electric dipole, with the Korea positive and the retina negatively charged. The potential changes are reflected in the voltage change of the environment, which in turn can be derived by means of periocular electrodes (Roche Lexikon Medizin a.a.O.).

Durch Cochlear-Implantate wird das Innenohr mit bis zu 32 Kanälen stimuliert, um Gehörlosen über ihre Behinderung hinwegzuhelfen.Cochlear implants stimulate the inner ear with up to 32 channels to help deaf people overcome their disability.

Zur schnurlosen Übertragung von Daten wurde unter anderen der Bluetooth-Standard festgelegt, der von der Bluetooth-Website http:\\www.bluetooth.com heruntergeladen werden kann. Der Bluetooth-Standard arbeitet in den meisten Ländern mit Ausnahme von Spanien und Frankreich im Frequenzband von 2,400 bis 2,4835 GHz. Bluetooth arbeitet also im ISM-Band (ISM = Industrial Scientific Medicine). In diesem Frequenzband sind 79 Kanäle auf den Frequenzen 2'402 + n MHz (n = 0, 1, 2, ..., 78) festgelegt. Die Übertragung erfolgt digital. Als Modulationsart wird GSSK (Gaussian Frequency Shift Keying) verwendet. Es gibt drei Leistungsklassen, die abhängig von der maximalen Sendeleistung festgelegt sind. Die maximale Ausgangsleistung beträgt für Klasse 1, 2 und 3 100 mW, 2,5 mW bzw. 1 mW. Für Geräte der Leistungsklasse 1 ist eine Leistungssteuerung vorgesehen, die die Sendeleistung über 1 mW begrenzt. Die Schrittweite für die Leistungssteuerung soll zwischen 8 und 2 dB liegen.For wireless transmission of data, among other things, the Bluetooth standard has been set, which can be downloaded from the Bluetooth website http: \\ www.bluetooth.com. The Bluetooth standard operates in the frequency band from 2.400 to 2.4835 GHz in most countries except Spain and France. Bluetooth works in the ISM band (ISM = Industrial Scientific Medicine). In this frequency band, 79 channels are set on the frequencies 2'402 + n MHz (n = 0, 1, 2, ..., 78). The transmission is digital. The modulation type is GSSK (Gaussian Frequency Shift Keying). There are three power classes, which are fixed depending on the maximum transmission power. The maximum output power for class 1, 2 and 3 is 100 mW, 2.5 mW or 1 mW. For devices of performance class 1, a power control is provided which limits the transmission power over 1 mW. The step size for the power control should be between 8 and 2 dB.

Um Benutzungssicherheit und Vertraulichkeit zu gewährleisten, stellt das Bluetooth-System eine Anwendungsschicht (application layer) und eine Verbindungsschicht (link layer) zur Verfügung. Vier unterschiedliche Parameter werden benutzt, um die Sicherheit auf der Verbindungsschicht aufrechtzuerhalten: Eine öffentliche Adresse (als BD_ADDR bezeichnet), die für jede Bluetooth-Einheit unterschiedlich ist, zwei geheime Schlüssel und eine Zufallszahl, die für jede neue Transaktion unterschiedlich ist. Die öffentliche Adresse ist 48 Bit lang. Der für die Authentifikation benutzte private Schlüssel ist 128 Bit lang, der für die Verschlüsselung benutzte private Schlüssel hat eine konfigurierbare Länge von 8–128 Bit, und die Zufallszahl (RAND) hat ebenfalls eine Länge von 128 Bit.To ensure user security and confidentiality, the Bluetooth system provides an application layer and a link layer. Four different parameters are used to maintain security at the link layer: a public address (called BD_ADDR) that is different for each Bluetooth device, two secret keys, and a random number that is different for each new transaction. The public address is 48 bits long. The private key used for the authentication is 128 bits long, the private key used for the encryption has a configurable length of 8-128 bits, and the Random number (RAND) also has a length of 128 bits.

Die EP 1 048 319 A2 offenbart eine Behandlungstherapie für Nervengewebe, das innerhalb eines Gehirnvolumens, des Rückenmarks oder peripheren Nerven angeordnet ist. Einem Patienten wurde ein System zur neurologischen Stimulation implantiert, um den Subthalamuskern des Patienten zu stimulieren. Das System umfasst eine implantierbare Therapiezuführungsvorrichtung oder einen Impulserzeuger, um eine Anzahl von unabhängigen Stimulationsimpulsen zu erzeugen, die zu einem Bereich des Gehirnparenchyms, wie etwa dem Subthalamuskern, durch isolierte Leitungskabel gesendet werden, die mit Elektroden gekoppelt sind. Jedes Leitungskabel ist in eine Kanüle eingeführt. Alternativ können zwei oder mehrere Elektroden an separaten Leitern angebracht sein, die in ein einzelnes Leitungskabel eingefügt sind. Ein Leitungskabel umfasst sechs Elektroden an seinem distalen Ende, die die Seiten eines Würfels definieren.The EP 1 048 319 A2 discloses a neural tissue treatment therapy disposed within a brain volume, spinal cord or peripheral nerve. A patient was implanted with a neurological stimulation system to stimulate the patient's subthalamic nucleus. The system includes an implantable therapy delivery device or a pulse generator for generating a number of independent stimulation pulses that are sent to a portion of the brain parenchyma, such as the subthalamic nucleus, by insulated lead wires coupled to electrodes. Each cable is inserted in a cannula. Alternatively, two or more electrodes may be attached to separate conductors which are inserted into a single cable. A lead cable includes six electrodes at its distal end that define the sides of a cube.

Ein anderes Leitungskabel zeigt, wie fünf Elektroden an ihren Distalenden in einer planaren Konfiguration angeordnet sind. Die Elektroden können von einem implantierbaren Impulserzeuger angesteuert werden, der mit einer Telemetrieantenne gekoppelt ist. Das System erlaubt die verschiedenen Impulsausgabeoptionen nach dem Implantieren unter Verwendung von Telemetriekommunikation auszuwählen. Es können außerdem Systeme mit teilweise implantierten Erzeugern und Hochfrequenzkopplung verwendet werden.Another lead wire shows how five electrodes are arranged at their distal ends in a planar configuration. The electrodes may be driven by an implantable pulse generator coupled to a telemetry antenna. The system allows the selection of different pulse output options after implantation using telemetry communication. Systems with partially implanted generators and high frequency coupling can also be used.

Die DE 100 44 115 A1 betrifft ein Verfahren zur Hirnstimulation. Eine Hirnstimulationsleitung enthält beispielweise ein Makro-Segment mit einer darin nach vorn gelegenen Öffnung und ein Mikrosegment, welches in dem Makro-Segment bewegbar angeordnet ist. Das Mikro-Segment kann zwischen einer zurückgezogenen Position, in der das Mikro-Segment innerhalb des Makro-Segments eingeschlossen ist, und einer ausgefahrenen Position, in der das Mikro-Segment sich durch die Öffnung des Makro-Segmentes hindurch erstreckt, bewegt werden. Das Makro-Segment weist ein z. B. aus Polyurethan gefertigte Leitungsgehäuse in einer Kanüle auf. Die Makro-Elektrode wird vorzugsweise an dem fernen Ende des Gehäuses, neben der Öffnung positioniert. Die Makro-Elektrode kann die Form einer herkömmlichen DBS (Deep Brain Stimulation) Elektrode aufweisen. Die Größe der Oberfläche liegt im Bereich von 1 bis 20 Quadratmillimetern. Die Mikro-Elektrode weist an ihrer Wirkspitze eine Elektrodenoberfläche für Anwendungen zum Einzellzellaufzeichnen von weniger als 1 Quadratmikrometer auf. Die Länge des Mikro-Segments liegt in der ausgefahren Stellung ist im Bereich von etwa 0 mm bis etwa 25 mm und kann um eine einzelne Zelle ausgefahren sein.The DE 100 44 115 A1 relates to a method for brain stimulation. A brain stimulation line includes, for example, a macro-segment having an opening located therein in front and a micro-segment movably disposed in the macro-segment. The micro-segment may be moved between a retracted position in which the micro-segment is enclosed within the macro-segment and an extended position in which the micro-segment extends through the opening of the macro-segment. The macro segment has a z. B. made of polyurethane pipe housing in a cannula. The macro-electrode is preferably positioned at the far end of the housing, adjacent to the opening. The macro-electrode may take the form of a conventional DBS (Deep Brain Stimulation) electrode. The size of the surface is in the range of 1 to 20 square millimeters. The microelectrode has an electrode surface at its active tip for single cell cell imaging applications of less than 1 square micrometer. The length of the micro-segment is in the extended position is in the range of about 0 mm to about 25 mm and can be extended by a single cell.

Die DE 197 58 114 A1 betrifft eine Elektrodenanordnung zur Rückenmarkstimulation, insbesondere zur Stimulation der dicken afferenten Nervenfasern im Dorsal Column. Eine Elektrodenanordnung wird im hinteren Bereich des Rückenmarkskanals zwischen dem Rückenmark und dem hinteren Wirbelelement implantiert und im wesentlichen parallel zum Rückenmarkskanal ausgerichtet wird, wobei eine Seitenfläche der streifenförmigen Elektrodenanordnung dem Rückenmark zugewandt ist, während die andere Seitenfläche der Elektrodenanordnung nach hinten in Richtung des hinteren Wirbelelements weist. Die Elektrodenanordnung weist ein streifenförmiges Trägerelement auf, das aus elektrisch isolierendem Material besteht. Auf der dem Rückenmark abgewandten Seite des Trägerelements sind insgesamt acht streifenförmige Elektroden befestigt, die als Anoden fungieren, während die zugehörigen Kathoden auf der dem Rückenmark zugewandten Seite des Trägerelements angebracht sind. Durch diese Verteilung der Elektroden auf die beiden Seiten des Trägerelements wird der laterale Platzbedarf der Elektrodenanordnung gegenüber einer nur einseitigen Anordnung der Elektroden wesentlich verringert, da die auf gegenüberliegenden Seiten angebrachten Elektroden durch das Trägerelement gegeneinander isoliert werden und somit kein seitlicher Abstand zwischen den Anoden und Kathoden erforderlich ist. Die Elektrodenanordnung weist vier übereinander angeordnete tripolare Elektrodenkonfigurationen aufweist, die getrennt angesteuert werden können und hierzu jeweils über getrennte elektrische Zuleitungen verfügen, die durch ein an der Unterseite des Trägerelements abgehendes Kabel zu einem Stimulationsgerät geführt werden. Die Stimulation des Rückenmarks wirkt selektiv auf die dicken afferenten Nervenfasern im Dorsal Column, da das elektrische Feld durch die außenliegenden Anoden lateral eingeschränkt wird. Zum anderen ist es auf diese Weise möglich, die elektrische Feldverteilung bei der Stimulation in lateraler Richtung zu variieren, indem die außenliegenden Anoden der einzelnen tripolaren Elektrodenkonfigurationen mit unterschiedlichen Stimulationsamplituden beaufschlagt werden. Hierdurch werden die Anforderungen an die laterale Positionierungsgenauigkeit bei der Implantation der Elektrodenanordnung verringert, da eine geringfügige laterale Fehlstellung der Elektrodenanordnung und eine unsymmetrische Bindegewebsbildung auf die Elektrodenimpedanz durch eine entsprechend asymmetrische Ansteuerung der außenliegenden Anoden kompensiert werden kann.The DE 197 58 114 A1 relates to an electrode arrangement for spinal cord stimulation, in particular for stimulating the thick afferent nerve fibers in the dorsal column. An electrode assembly is implanted in the posterior region of the spinal canal between the spinal cord and the posterior vertebral member and oriented substantially parallel to the spinal canal with one side surface of the stripe-shaped electrode assembly facing the spinal cord, while the other side surface of the electrode assembly faces rearwardly toward the posterior vertebral member , The electrode arrangement has a strip-shaped carrier element, which consists of electrically insulating material. On the side facing away from the spinal cord of the support member a total of eight strip-shaped electrodes are fixed, which act as anodes, while the associated cathodes are mounted on the spinal cord side facing the support member. As a result of this distribution of the electrodes on the two sides of the carrier element, the lateral space requirement of the electrode arrangement is substantially reduced compared to only one-sided arrangement of the electrodes, since the electrodes mounted on opposite sides are insulated from one another by the carrier element and thus no lateral distance between the anodes and cathodes is required. The electrode arrangement has four tripolar electrode configurations arranged one above the other, which can be controlled separately and for this purpose each have separate electrical supply lines which are led to a stimulation device by means of a cable leaving the underside of the carrier element. Stimulation of the spinal cord selectively acts on the thick afferent nerve fibers in the dorsal column as the electrical field is laterally restricted by the external anodes. On the other hand, it is possible in this way to vary the electric field distribution in the stimulation in the lateral direction by the outer anodes of the individual tripolar electrode configurations are subjected to different stimulation amplitudes. As a result, the demands on the lateral positioning accuracy during implantation of the electrode arrangement are reduced, since a slight lateral malposition of the electrode arrangement and an asymmetrical formation of connective tissue on the electrode impedance can be compensated by a correspondingly asymmetrical activation of the external anodes.

Die US 5,824,027 und das deutsche Familienmitglied DE 698 21 114 T2 offenbaren implantierbare Nervenmanschetten zum Stimulieren von Nerven und/oder zum Aufzeichnen elektrischer Aktivität in Nerven. Eine Nervenmanschette besitzt einen rohrförmigen Manschettenkörper mit einer Innenfläche, die eine zylindrische Öffnung zur Aufnahme eines Nervs umgibt. Ein Verschluss ermöglicht, dass der Manschettenkörper geöffnet wird, um einen Nerv herum angeordnet wird und abgedichtet wird, wobei der Nerv durch die Öffnung hindurchreicht.The US 5,824,027 and the German family member DE 698 21 114 T2 disclose implantable nerve cuffs for stimulating nerves and / or recording electrical activity in nerves. A nerve cuff has a tubular cuff body with an inner surface surrounding a cylindrical opening for receiving a nerve. A closure allows that the cuff body is opened, placed around a nerve and sealed, with the nerve passing through the opening.

Die DE 197 58 110 A1 offenbart ein Stimulationsgerät zur Rückenmarkstimulation. Das Hauptziel der Stimulation ist die Aktivierung der dicken afferenten Nervenfasern in dem als ”Dorsal Column” bekannten Bereich des Rückenmarks. Einerseits muss die Stimulationsspannung hierbei einen bestimmten Schwellwert überschreiten, um zu einer Aktivierung der dicken afferenten Nervenfasern zu führen. Andererseits darf die Stimulationsspannung nicht beliebig erhöht werden, da andernfalls auch andere Nervenfasern, wie zum Beispiel efferente Motorfasern aktiviert werden, was vom Patienten als unangenehm empfunden wird. In einer Variante wird die epidurale Impedanz gemessen, die die Dicke der Flüssigkeitsschicht zwischen Elektrode und Rückenmark sowie die Dicke der Bindegewebsschicht um die Elektrode widerspiegelt. Die Dicke der Flüssigkeitsschicht hängt von der Körperlage des Patienten ab und unterliegt im Alltag relativ schnellen Schwankungen. Es ist bekannt, die Stimulationsamplitude über ein externes Programmiergerät einzustellen, was im alltäglichen Betrieb jedoch lediglich die Kompensation langsamer Änderungen ermöglicht, die in der Regel von einer Bindegewebsbildung um die Elektrode herrühren, wohingegen die durch eine Änderung der Körperlage verursachten schnellen Änderungen des Schwellwerts auf diese Weise nicht berücksichtigt werden können.The DE 197 58 110 A1 discloses a stimulation device for spinal cord stimulation. The main goal of the stimulation is to activate the thick afferent nerve fibers in the area of the spinal cord known as the "Dorsal Column". On the one hand, the stimulation voltage must exceed a certain threshold in this case, in order to lead to an activation of the thick afferent nerve fibers. On the other hand, the stimulation voltage must not be increased arbitrarily, otherwise other nerve fibers, such as efferent motor fibers are activated, which is perceived by the patient as unpleasant. In a variant, the epidural impedance is measured, which reflects the thickness of the liquid layer between the electrode and spinal cord and the thickness of the connective tissue layer around the electrode. The thickness of the liquid layer depends on the body position of the patient and is subject to relatively rapid fluctuations in everyday life. It is known to set the stimulation amplitude via an external programming device, which in everyday operation, however, only allows the compensation of slow changes, which usually result from connective tissue formation around the electrode, whereas caused by a change in body position rapid changes in the threshold on this Way can not be considered.

Gemäß der DE 197 58 110 A1 ist aus den US-Patenten 5,031,618 und 5,342,409 zur Lösung dieses Problems bekannt, in einer implantierbaren Stimulationseinrichtung zur Rückenmarkstimulation einen Lagesensor vorzusehen, der die Körperlage des Patienten erfasst und die Stimulationsamplitude entsprechend anpasst, um die bei Änderungen der Körperlage auftretende Dickeänderung der zwischen Elektrode und Rückenmark befindlichen Flüssigkeitsschicht zu kompensieren und unabhängig von der Körperlage eine effektive Stimulation zu gewährleisten.According to the DE 197 58 110 A1 is from the U.S. Patents 5,031,618 and 5,342,409 to solve this problem known to provide in a implantable stimulation device for spinal cord stimulation, a position sensor that detects the body position of the patient and adjusts the stimulation amplitude accordingly to compensate for the changes in body position thickness change of the electrode and spinal fluid layer and regardless of the body position to ensure effective stimulation.

Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, einen Neurostimulator sowie ein Datenübertragungsverfahren anzugeben, um den Therapieerfolg des Neurostimulators zu verbessern und damit seinen Einsatzbereich zu erweitern.It is the object of this invention to provide a neurostimulator and a data transmission method in order to improve the therapeutic success of the neurostimulator and thus to expand its field of application.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is achieved by the teaching of the independent claims.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred embodiments of the invention are subject of the dependent claims.

Im folgenden Abschnitt wird auf die Krankheiten eingegangen, die mit Neurostimulatoren behandelt werden können. Hier ist insbesondere die Parkinson'sche Krankheit mit den Symptomen Tremor (Erzittern der Gliedmaßen), Rigor (gesteigerte Grundspannung der Skelettmuskulatur) sowie Akinese (Bewegungsarmut) zu nennen. Sie soll durch tiefe, evtl. mehrkanalige Himstimulation des Subthalamus therapiert werden. Die tiefe evtl. mehrkanalige Hinstimulation des Subthalamus wird auch zur Therapie von essentiellen Tremores (dominant erblicher Ruhetremor), Dystonien (Störung des natürlichen Spannungszustands der Muskeln), Dyskinesien (Störung oder schmerzhafte Fehlfunktion des Bewegsablaufs) sowie Epilepsie eingesetzt. Schmerzpatienten kann durch. Stimulation des spinalen Systems, insbesondere des Rückmarks, geholfen werden. Durch Stimulation des linken Vagusnervs wird Epilepsie therapiert. Ferner kann eine funktionale Elektrostimulation, also die Stimulation von efferenten Bahnen oder Muskelgewebe, beispielsweise bei Querschnittslähmung durchgeführt werden. Durch Stimulation des vestibulären Systems mit bipoleren Kohleelektroden, die hinter den Ohren angebracht werden, können Gleichgewichtsstörungen behandelt werden, die beispielsweise auf Kleinhirnerkrankungen oder Störungen des vestibulären Systems (Gleichgewichtsorgan) beruhen.The following section discusses the diseases that can be treated with neurostimulators. Here Parkinson's disease with the symptoms tremor (trembling of the limbs), Rigor (increased skeletal muscle tension) and akinesia (sedentary lifestyle) should be mentioned. It is to be treated by deep, possibly multichannel brain stimulation of the subthalamus. The deep possibly multi-channel stimulation of the subthalamus is also used for the treatment of essential tremors (dominant hereditary tense tremor), dystonia (disturbance of the natural state of tension of the muscles), dyskinesias (disorder or painful malfunction of the motor process) and epilepsy. Pain patients can get through. Stimulation of the spinal system, especially the spinal cord, can be helped. By stimulating the left vagus nerve epilepsy is treated. Furthermore, a functional electrical stimulation, ie the stimulation of efferent pathways or muscle tissue, for example in paraplegia can be performed. By stimulating the vestibular system with bipolar carbon electrodes, which are placed behind the ears, balance disorders can be treated, for example, based on Kleinhirnerkrankungen or disorders of the vestibular system (organ of balance).

Vorteilhaft an der Verwendung einer Pinselelektrode ist, dass eine hohe Elektrodendichte zur Stimulierung von Gewebe erreicht wird.An advantage of using a brush electrode is that a high electrode density is achieved for stimulating tissue.

Vorteilhaft an einer Netzelektrode ist, dass durch moderne Ätzverfahren die Netzelektrode sehr fein strukturiert werden kann und sie wie die Pinselektrode die Erreichung einer hohen Elektrodendichte ermöglicht. Durch Auflegen einer Netzelektrode auf den Cortex oder den Thalamus ist die Gefahr der Zerstörung von Nervengewebe geringer als beim Einschieben von stabförmigen Elektroden.An advantage of a mesh electrode is that the mesh electrode can be very finely structured by modern etching methods and, like the brush electrode, makes it possible to achieve a high electrode density. By placing a mesh electrode on the cortex or the thalamus, the risk of destruction of nerve tissue is less than when inserting rod-shaped electrodes.

Die Integration der elektronischen Schaltung auf der Netzelektrode bietet den Vorteil, dass die Verbindungsdrähte zwischen elektronischer Schaltung und den einzelnen Elektroden optimal kurz gehalten werden können und so Platz im Körper des Patienten gespart wird, im Körper kein unnötiger Elektrosmog erzeugt wird sowie die Implantation vereinfacht wird.The integration of the electronic circuit on the network electrode has the advantage that the connecting wires between the electronic circuit and the individual electrodes can be kept optimally short and so space is saved in the body of the patient, in the body no unnecessary electrosmog is generated and the implantation is simplified.

Da eine Netzelektrode durch die große Zahl von Einzelektroden verglichen mit anderen Neurostimulatoren einen relativ hohen Energiebedarf hat, werden von der implantierten elektronischen Schaltung Drähte aus dem Körper des Patienten herausgeführt, so dass als Energiequelle dienende Batterien leicht gewechselt werden können.Since a mesh electrode by the large number of individual electrodes compared to other neurostimulators has a relatively high energy demand, be led out of the body of the patient by the implanted electronic circuit wires, so that serving as an energy source batteries can be easily changed.

Die Übertragung von Daten über die Drähte zur Energiequelle reduziert die Belastung des Patienten durch elektromagnetische Strahlung, verglichen mit einer schnurlosen Schnittstelle.The transmission of data across the wires to the power source reduces exposure of the patient to electromagnetic radiation as compared to a wireless interface.

Die Steuerung der elektrischen Stimulation in Abhängigkeit von verschiedenen Sensorsignalen bietet die Möglichkeit, die Stimulation so gering wie möglich, aber so hoch wie nötig einzustellen, um einen bestimmten Therapieerfolg zu erreichen. EMG- und EEG-Signale können auf einfache Weise durch implantierte Elektroden, Nadelelektroden oder auf der Haut aufgeklebte Oberflächenelektroden vom Körper des Patienten abgegriffen werden. Die Verwendung eines Mikrofons bietet die Möglichkeit, sowohl Körpergeräusche wie auch Umgebungsgeräusche bei der Auswahl und Intensität von Stimulationssignalen zu berücksichtigen. So kann das Mikrofon beispielsweise Geräusche des Bluts, also Fließrauschen und den Pulsschlag sowie Atemgeräusche des Patienten bei der Wahl der Stimulationsimpulse sowie deren Intensität berücksichtigen. Darüber hinaus kann ein Mikrofon Zusatzinformationen über die Umwelt des Patienten liefern. Schließlich kann der Patient über das Mikrofon dem Neurostimulator akustische Befehle geben. The control of electrical stimulation in response to different sensor signals provides the opportunity to set the stimulation as low as possible, but as high as necessary, to achieve a certain therapeutic success. EMG and EEG signals can be easily tapped from the patient's body by implanted electrodes, needle electrodes, or surface electrodes glued to the skin. The use of a microphone offers the possibility to consider both body noise and ambient noise in the selection and intensity of stimulation signals. For example, the microphone can take into account noises of the blood, ie flow noise and the pulse beat as well as breathing noises of the patient when choosing the stimulation pulses and their intensity. In addition, a microphone can provide additional information about the patient's environment. Finally, the patient can give acoustic commands to the neurostimulator via the microphone.

Das Abgreifen von elektrischen Signalen am Gleichgewichtsorgan und die Stimulierung der richtigen Nerven oder Muskeln kann zur Therapie des Gleichgewichtssinns eingesetzt werden. Bei einem anderen Krankheitsbild kann der Gleichgewichtssinn durch Stimulation des Gleichgewichtsorgans verbessert werden, um Stürze des Patienten zu vermeiden.The capture of electrical signals on the organ of balance and the stimulation of the right nerves or muscles can be used to treat the sense of balance. In another disease, the sense of balance can be improved by stimulating the organ of balance to avoid falls of the patient.

Vorteilhaft an der Verwendung des Bluetooth-Standards ist, dass die Sendeleistung über 1 mW auf möglichst geringe Werte geregelt wird und so der Patient trotz schnurloser Verbindung nur einer schwachen elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird.An advantage of the use of the Bluetooth standard is that the transmission power is controlled above 1 mW to the lowest possible values and so the patient is exposed to only a weak electromagnetic radiation despite wireless connection.

Die Implantation einer Antenne möglichst dicht unter der Haut ermöglicht die Verwendung einer geringen Sendeleistung und reduziert damit die Einwirkung von Elektrosmog auf den Patienten.The implantation of an antenna as close to the skin as possible allows the use of a low transmission power and thus reduces the effect of electrosmog on the patient.

Vorteilhaft an einer optischen, insbesondere einer Infrarot-Schnittstelle ist, dass der Patient vor Funkfrequenzen verschont wird. Eine Infrarot-Schnittstelle kann unter der Haut (subkutan) implantiert werden, weil die Absorption von infraroter Strahlung durch Gewebe relativ gering ist. Ist der Neurostimulator in der Lage, gemessene Sensordaten über eine Sendeeinrichtung zu einem Steuergerät zu übertragen, so können diese in vorteilhafter Weise dort genauer ausgewertet werden, weil im Steuergerät eine größere Rechenleistung zur Verfügung steht.An advantage of an optical, in particular an infrared interface is that the patient is spared from radio frequencies. An infrared interface can be implanted under the skin (subcutaneously) because the absorption of infrared radiation by tissue is relatively low. If the neurostimulator is able to transmit measured sensor data via a transmitting device to a control device, then these can be evaluated there in an advantageous manner, because a greater computing power is available in the control device.

Die Verwendung eines Teils der Applikationselektroden als Sensorelektroden führt zu einem flexibleren Einsatz des Neurostimulators. Auf diese Weise kann nach der Implantation noch bestimmt werden, welche Elektrode als Stimulations- oder als Sensorelektrode verwendet wird.The use of a portion of the application electrodes as sensor electrodes leads to a more flexible use of the neurostimulator. In this way it can still be determined after the implantation which electrode is used as a stimulation electrode or as a sensor electrode.

Vorteilhaft an der Möglichkeit, einen periodischen Signalverlauf mit mehr als einem Impuls pro Periodendauer einzugeben, ist, dass hierdurch flexibles Experimentieren mit mehreren Impulsen möglich ist. Vorteilhaft an einer Speicherung der verschiedenen Impulse in einer verketteten Liste von Datenstrukturen, von denen jede einen Verweis auf eine weitere Datenstruktur enthalten kann, ist die flexible Programmierung der Impulse in einer Periode ohne Begrenzung auf eine bestimmte Anzahl von Impulsen. Vorteilhaft daran, dass die Impulsbreite und Impulshöhe des ersten Impulses als Standardimpulsbreite bzw. -höhe interpretiert wird, ist, dass die Eingabe, die Speicherung im Steuergerät sowie die Übertragung von Steuergerät an einen Neurostimulator weniger Werte erfordert, falls weitere Impulse die gleiche Breite und/oder die gleiche Höhe wie der erste Impuls haben. Insbesondere die weniger aufwendige und damit ergonomischere Eingabe ist vorteilhaft.An advantage of the possibility of entering a periodic waveform with more than one pulse per period is that this flexible experimentation with multiple pulses is possible. An advantage of storing the various pulses in a linked list of data structures, each of which may include a reference to another data structure, is the flexible programming of the pulses in a period without limitation to a certain number of pulses. Advantageous in that the pulse width and pulse height of the first pulse is interpreted as a standard pulse width or height, is that input, storage in the controller, and transfer of controller to a neurostimulator requires fewer values if further pulses have the same width and / or or the same height as the first impulse. In particular, the less expensive and thus more ergonomic input is advantageous.

Vorteilhaft an der Verwendung eines aperiodischen Signalverlaufs ist, dass die natürlicherweise von den Nervenzellen erzeugten Signale lediglich näherungsweise periodisch sind und somit ein aperiodischer Signalverlauf den natürlichen Verhältnissen besonders nahe kommt.An advantage of the use of an aperiodic waveform is that the signals naturally generated by the nerve cells are only approximately periodic and thus an aperiodic waveform is particularly close to the natural conditions.

Vorteilhaft an der Verwendung einer beliebigen Impulsform anstelle eines einfachen Rechteckimpulses ist, dass hierdurch natürliche Impulsformen verwendet werden können.The advantage of using any pulse shape instead of a simple rectangular pulse is that this natural pulse shapes can be used.

Vorteilhaft an der Verwendung derselben Datenstrukturen zur Übertragung vom Steuergerät zu einem Neurostimulator, wie sie zur Speicherung einer Impulsperiode im Steuergerät verwendet werden, ist, dass diese Datenstrukturen Impulsfolgen bereits effizient speichern. Die Tatsache, dass der Verweis in einem Datenpaket oder einer Datenstruktur auf ein anderes Datenpaket oder eine andere Datenstruktur die Menge von Daten angibt, die zwischen dem Beginn des Verweises und dem weiteren Datenpaket übertragen werden, stellt eine Anpassung des Verweises an ein Datenübertragungsverfahren dar.An advantage of using the same data structures for transmission from the control unit to a neurostimulator, as used for storing a pulse period in the control unit, is that these data structures already efficiently store pulse sequences. The fact that the reference in one data packet or data structure to another data packet or data structure indicates the amount of data transferred between the beginning of the reference and the further data packet represents an adaptation of the reference to a data transmission method.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 einen erfindungsgemäßen Neurostimulator mit verschiedenen Sensorenübertragungseinrichtungen sowie Applikationselektroden, 1 a neurostimulator according to the invention with various sensor transmission devices and application electrodes,

2 einen erfindungsgemäßen Neurostimulator, der über eine Versorgungs- und Kommunikationsleitung mit elektrischer Leistung versorgt wird, wobei über diese Leitung auch Daten mit dem Neurostimulator ausgetauscht werden können, 2 a neurostimulator according to the invention, which is supplied with electrical power via a supply and communication line, wherein data can also be exchanged with the neurostimulator via this line,

3 ein erfindungsgemäßes Steuergerät mit einer Funk- und Infrarotschnittstelle, 3 an inventive control device with a radio and infrared interface,

4 eine Pinselelektrode, 4 a brush electrode,

5 eine erfindungsgemäße Stimulationseinrichtung mit Netzelektrode, 5 a stimulation device according to the invention with a mesh electrode,

6 die Darstellung einer Impulsfolge im Display eines Steuergeräts, 6 the representation of a pulse sequence in the display of a control unit,

7 verschiedene Datenstrukturen zur Speicherung und Übertragung von periodischen und aperiodischen Impulsfolgen, 7 various data structures for storing and transmitting periodic and aperiodic pulse sequences,

8 einen Eingabedialog zur Programmierung eines weiteren Impulses in einer Impulsfolge sowie 8th an input dialog for programming a further pulse in a pulse train as well

9 eine Menüleiste mit einem heruntergeklappten Drop-Down-Menü zur Auswahl einer Impulsform. 9 a menu bar with a drop-down menu for selecting a waveform.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Neurostimulator 1. Das Gehäuse des Neurostimulators kapselt eine elektronische Schaltung. Das Gehäuse kann außen gewebeverträglich ausgeführt sein, so dass es in den menschlichen Körper implantiert werden kann. In einer anderen Ausführungsform wird das Gehäuse jedoch außerhalb des Körpers untergebracht, so dass die als Energieversorgung dienende Batterie 23 leicht gewechselt werden kann. Zur Stimulation von Nervengewebe sind Applikations- oder Stimulationselektroden 3 vorgesehen. 1 shows a neurostimulator according to the invention 1 , The housing of the neurostimulator encapsulates an electronic circuit. The housing can be designed to be tissue-compatible on the outside, so that it can be implanted in the human body. In another embodiment, however, the housing is accommodated outside the body, so that the serving as a power supply battery 23 easy to change. For stimulation of nerve tissue are application or stimulation electrodes 3 intended.

Wie weiter unten anhand von 4 erläutert wird, können die Applikationselektroden als isolierte Drähte ausgeführt werden, die am Ende abisoliert sind und somit einen elektrisch leitfähigen Kontakt zum zu stimulierenden Nervengewebe herstellt. Die Zuleitungen zu den Applikationselektroden 3 werden in einer bevorzugten Ausführungsform von einer Kanüle 40 mechanisch gefasst und elektrisch abgeschirmt. Deshalb ist die Kanüle 40 vorzugsweise aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt und kann deshalb als zusätzliche Elektrode verwendet werden. Die Applikations- oder Stimulationseinrichtung 2 umfasst in einer Ausführungsform Applikationselektroden 3 sowie Kanüle 40.As below with reference to 4 is explained, the application electrodes can be implemented as insulated wires, which are stripped at the end and thus produces an electrically conductive contact with the nerve tissue to be stimulated. The leads to the application electrodes 3 are in a preferred embodiment of a cannula 40 mechanically fixed and electrically shielded. That's why the cannula is 40 preferably made of electrically conductive material and can therefore be used as an additional electrode. The application or stimulation device 2 in one embodiment comprises application electrodes 3 as well as cannula 40 ,

In einer anderen Ausführungsform können die Applikationselektroden als gegeneinander isolierte Ringe auf einem Stab ähnlich einem Klinkenstecker ausgeführt sein, wie es bei dem in der US-5,683,422 genannten Gerät Itrel II der Fall ist. In der bevorzugten Ausführungsform werden 20 Ringe verwendet. Zusätzlich können die Ringe in gegeneinander isolierte Sektoren unterteilt sein. Auf diese Weise wird die Fläche einer einzelnen Elektrode kleiner, so dass Nervenzellen zielgenauer stimuliert werden können. In einer weiteren Ausführungsform können die Applikationselektroden als Netzelektroden ausgeführt sein. Dies wird im Zusammenhang mit 5 beschrieben. Vorteilhaft an der Verwendung von Ringelektroden oder Sektorelektroden ist, dass bei einem Verrutschen oder -drehen des stabförmigen Trägers andere Ringe und/oder Sektoren angesprochen werden können, so dass das Verrutschen oder -drehen kompensiert wird.In another embodiment, the application electrodes can be designed as mutually insulated rings on a rod similar to a jack, as in the in the US 5,683,422 Itrel II device is the case. In the preferred embodiment, 20 rings are used. In addition, the rings may be divided into sectors isolated from each other. In this way, the area of a single electrode becomes smaller, so that nerve cells can be more accurately stimulated. In a further embodiment, the application electrodes can be designed as network electrodes. This is related to 5 described. It is advantageous in the use of ring electrodes or sector electrodes that, when the rod-shaped support slips or turns, other rings and / or sectors can be addressed so that the slipping or turning is compensated.

Darüber hinaus können auch Oberflächenelektroden als Applikationselektroden verwendet werden. Insbesondere zur Therapie des Gleichgewichtsorgans werden hinter den Ohren befestigte Kohleelektroden eingesetzt.In addition, surface electrodes can also be used as application electrodes. In particular, for the therapy of the equilibrium organ behind the ears attached carbon electrodes are used.

In weiteren Ausführungsformen können die Elektroden gegenüber dem anzuregenden Gewebe isoliert sein, so dass die Stimulation kapazitiv erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform kann die Stimulation von Nervenzellen magnetisch erfolgen.In further embodiments, the electrodes may be isolated from the tissue to be excited so that the stimulation is capacitive. In another embodiment, the stimulation of nerve cells may be magnetic.

Bei elektrischer, kapazitiver oder magnetischer Ankopplung kann die Stimulation von Nervenzellen hauptsächlich durch eine Erhöhung der Impulsfrequenz, eine Vergrößerung der Impulsbreite oder eine Erhöhung der Impulshöhe erfolgen. Die Impulshöhe wird vorzugsweise als Spannung in Volt angegeben. Sie kann jedoch auch als Strom in Ampère, Ladung in Coulomb oder Magnetfeld in Tesla spezifiziert werden.In electrical, capacitive or magnetic coupling, the stimulation of nerve cells can be done mainly by increasing the pulse frequency, increasing the pulse width or increasing the pulse height. The pulse height is preferably indicated as voltage in volts. However, it can also be specified as current in ampere, charge in coulomb or magnetic field in Tesla.

In einer wieder anderen Ausführungsform kann Gewebe mechanisch durch Druck stimuliert werden. Hierzu können Piezoelemente eingesetzt werden, alternativ ist die Verwendung von Bauteilen, die den Effekt der Magnetostriktion verwenden, möglich. In einer weiteren Ausführungsform kann die Stimulation auf chemischem Weg erfolgen. Durch mikromechanisch hergestellte Ventile können Neurotransmitter im Nervengewebe ausgeschüttet werden, so dass Synapsen angeregt werden.In yet another embodiment, tissue may be mechanically stimulated by pressure. For this purpose, piezoelectric elements can be used, alternatively, the use of components that use the effect of magnetostriction, possible. In a further embodiment, the stimulation can be done chemically. By micromechanically produced valves neurotransmitters can be released in the nerve tissue, so that synapses are stimulated.

Schließlich ist eine thermische Stimulation in einigen Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen. Eine thermische Stimulationseinrichtung kann dadurch realisiert werden, dass metallische Streifen auf einer flexiblen Kunststofffolie aufgebracht werden. Die Strukturierung erfolgt vorzugsweise durch photolithographische Verfahren, durch die sehr feine Strukturen ätzbar sind. An bestimmten Stellen wird die Dicke und/oder Breite der Metallstreifen reduziert.Finally, thermal stimulation is provided in some embodiments of the invention. A thermal stimulation device can be realized by applying metallic strips on a flexible plastic film. The structuring is preferably carried out by photolithographic methods, by which very fine structures can be etched. At certain points, the thickness and / or width of the metal strips is reduced.

Dadurch entsteht lokal eine Erhöhung des elektrischen Widerstands, wodurch bei Stromfluss der in der Breite und/oder Dicke reduzierte Bereich erhitzt.As a result, an increase in the electrical resistance occurs locally, as a result of which, when the current flows, the area reduced in width and / or thickness is heated.

Anstelle einer Reduzierung der Metallschicht in ihrer Dicke und/oder Breite kann auch ein anderes, weniger leitfähiges Material eingesetzt werden. Es kann sich dabei um ein Metall mit höherem spezifischen Widerstand oder auch um amorphes oder polykristallines Silizium handeln, dessen spezifischer Widerstand durch Dotierung eingestellt werden kann.Instead of a reduction of the metal layer in its thickness and / or width may also be other, less conductive material can be used. It may be a metal with higher resistivity or even amorphous or polycrystalline silicon whose resistivity can be adjusted by doping.

Die Metallbahnen werden entweder durch eine Lackschicht oder eine weitere Folie isoliert, so dass eine elektrische Anregung des Gewebes unterbunden wird. Wie in Zusammenhang mit 5 unten erläutert wird, wird vorzugsweise auf der Kunststofffolie eine auf einem Siliziumchip integrierte elektronische Schaltung integriert. Die elektronische Schaltung realisiert vorzugsweise einen Multiplexer, kann aber auch eine zentrale Verarbeitungseinrichtung sowie einen Speicher umfassen.The metal tracks are isolated either by a lacquer layer or another film, so that an electrical stimulation of the tissue is prevented. As related to 5 below, an electronic circuit integrated on a silicon chip is preferably integrated on the plastic film. The electronic circuit preferably implements a multiplexer, but may also include a central processing device and a memory.

In bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung können verschiedene schnurlose Schnittstellen vorgesehen sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Gehäuse des Neurostimulators 1 in den Körper des Patienten implantiert wird, so dass es nur schwer zugänglich ist. In einer Ausführungsform ist eine Antenne 10 vorgesehen, über die die elektrische Schaltung 4 Daten senden und empfangen kann.In preferred embodiments of this invention, various wireless interfaces may be provided. This is particularly advantageous when the housing of the neurostimulator 1 implanted in the body of the patient so that it is difficult to access. In one embodiment, an antenna is 10 provided over which the electrical circuit 4 Can send and receive data.

Die Antenne 10 kann beispielsweise als Dipolantenne ausgeführt sein, wobei die den Dipol bildenden Drähte möglichst nahe unter der Haut implantiert werden, um die Belastung des Patienten mit Funkfrequenz möglichst gering zu halten. Durch eine Implantation dicht unter der Haut wird die Funkfrequenz durch den Körper nur schwach absorbiert, so dass ein Senden mit geringer Leistung und ein guter Empfang gewährleistet ist.The antenna 10 For example, it can be embodied as a dipole antenna, with the wires forming the dipole being implanted as close as possible under the skin in order to minimize the load on the patient at radio frequency. By implanting just below the skin, the radio frequency is only weakly absorbed by the body, ensuring low power transmission and good reception.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Antenne 10 als Ringantenne ausgeführt sein. Das Nahfeld einer Ringantenne besteht hauptsächlich aus Magnetfeld. Dies beeinflusst Nerven weniger als ein elektrisches Nahfeld, da die Informationsübertragung in Nervenzellen vor allem durch elektrische Potentialunterschiede erfolgt.In a further embodiment, the antenna 10 be designed as a ring antenna. The near field of a loop antenna consists mainly of magnetic field. This affects nerves less than an electric near field, because the information transmission in nerve cells is mainly due to electrical potential differences.

In einer anderen Ausführungsform kann die elektronische Schaltung 4 über Leuchtdiode (LED) 8 Daten senden sowie über Fotodiode 9 empfangen. Ist nur das Senden oder das Empfangen von Daten erforderlich, so kann lediglich die Leuchtdiode oder die Fotodiode vorgesehen sein. Menschliche Haut sowie menschliches Muskelgewebe absorbieren rotes und besonders infrarotes Licht lediglich schwach, so dass sowohl Leuchtdiode als auch Fotodiode unter der Haut (subkutan) implantiert werden können. Anstelle einer Leuchtdiode 8 kann auch eine Laserdiode verwendet werden. Eine Laserdiode hat den Vorteil, dass sie eine höhere Lichtintensität liefert, so dass der Empfang der Lichtsignale einfacher ist.In another embodiment, the electronic circuit 4 via LED (LED) 8th Send data as well as via photodiode 9 receive. If only the transmission or the reception of data is required, then only the light-emitting diode or the photodiode can be provided. Human skin as well as human muscle tissue only weakly absorb red and especially infrared light, so that both light-emitting diode and photodiode can be implanted under the skin (subcutaneously). Instead of a light emitting diode 8th also a laser diode can be used. A laser diode has the advantage that it provides a higher light intensity, so that the reception of the light signals is easier.

Ferner kann der Datenaustausch zwischen Schaltung 4 und der Umgebung kapazitiv oder akustisch erfolgen.Furthermore, the data exchange between circuit 4 and the environment is capacitive or acoustic.

An den Neurostimulator können ferner einer oder mehrere Sensoren angeschlossen sein. Als Sensoren können eine oder mehrerer Sensorelektroden 11 dienen. In 1 sind beispielhaft zwei Sensorelektroden 11 dargestellt, die ähnlich wie die Applikationselektroden 3 durch eine Kanüle 40 mechanisch geführt und elektrisch abgeschirmt werden. Mit den Sensorelektroden können elektrische Signale an verschiedenen Körperstellen abgegriffen werden. Insbesondere können EEG- und EMG-Signale gemessen werden. Ferner ist es möglich, EOG- und EKG-Signale über Sensorelektroden 11 zu messen. Schließlich können durch Sensorelektroden 11 elektrische Signale vom Gleichgewichtsorgan abgegriffen werden und/oder das Gleichgewichtsorgan kann vorzugsweise durch Applikationselektroden 3 beispielsweise von hinter den Ohren angeordneten Kohleelektroden stimuliert werden. Dies ermöglicht eine Therapie, falls der für das Gleichgewichtsorgan zuständige Teil des Gehirns beispielsweise durch einen Schlaganfall geschädigt wurde.Furthermore, one or more sensors may be connected to the neurostimulator. As sensors, one or more sensor electrodes 11 serve. In 1 are exemplary two sensor electrodes 11 shown similar to the application electrodes 3 through a cannula 40 mechanically guided and electrically shielded. With the sensor electrodes electrical signals can be tapped at different body locations. In particular, EEG and EMG signals can be measured. It is also possible to generate EOG and ECG signals via sensor electrodes 11 to eat. Finally, through sensor electrodes 11 electrical signals are tapped by the equilibrium organ and / or the equilibrium organ may preferably be by application electrodes 3 For example, be stimulated by behind the ears arranged carbon electrodes. This allows for therapy if the part of the brain responsible for the organ of balance has been damaged, for example, by a stroke.

Ferner kann ein Mikrofon 12 als weiterer Sensor an den Neurostimulator 1 angeschlossen sein. Durch das Mikrofon können beispielsweise Geräusche aus dem Körper des Patienten ausgewertet werden. Hierzu zählen Blutflussgeräusche, wie das Rauschen oder das Pulsieren des Blutes sowie Atemgeräusche. In einer anderen Ausführungsform kann das Mikrofon 12 Außengeräusche aufnehmen, die zusätzliche Informationen über die Umgebung des Patienten liefern. In einer weiteren Ausführungsform kann der Patient per Sprache Befehle an den Neurostimulator 1 übermitteln. Dies kann insbesondere bei der funktionellen Stimulation, also der Stimulation von Muskeln oder Nerven, die unmittelbar zu Muskeln führen, vorteilhaft sein, weil der Patient verbal erklären kann, was er tun will und der Stimulator dafür sorgt, dass der Körper des Patienten sich entsprechend verhält.Furthermore, a microphone 12 as another sensor to the neurostimulator 1 be connected. For example, sounds from the patient's body can be evaluated by the microphone. These include blood flow noise, such as the noise or pulsation of the blood and breath sounds. In another embodiment, the microphone 12 Record external sounds that provide additional information about the patient's environment. In another embodiment, the patient may issue voice commands to the neurostimulator 1 to transfer. This can be particularly advantageous in the case of functional stimulation, that is to say the stimulation of muscles or nerves which lead directly to muscles, because the patient can verbally explain what he wants to do and the stimulator ensures that the patient's body behaves accordingly ,

Darüber hinaus können elektrochemische Sensoren vorgesehen sein, die die Blut- oder Lymphzusammensetzung messen. Insbesondere kann bei Diabetes-Patienten der Blutzuckergehalt bestimmt werden.In addition, electrochemical sensors can be provided which measure the blood or lymph composition. In particular, in diabetes patients, the blood sugar content can be determined.

Ferner können Initialsensoren, also Beschleunigungssensoren (Accelerometer) 14 oder Drehratensensoren, wie beispielsweise ein Gyroskop 15, vorgesehen sein. Durch diese Sensoren kann die Bewegung des Patienten einschließlich der Bewegung seiner Gliedmaßen überwacht werden. Wenn die Initialsensoren die Bewegung des Rumpfs und der Gliedmaßen des Patienten ausreichend genau erfassen, ist es möglich, aus den Signalen der Initialsensoren Signale über den Tremor des Patienten oder einen Sturz des Patienten herauszufiltern. Dabei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, gewollte Beschleunigungen und Drehungen, die beispielsweise entstehen, wenn der Patient geht, vom Tremor oder einem Sturz zu unterscheiden. Hierzu bietet sich beispielsweise die Frequenzanalyse der Sensorsignale an. Um einen Sturz zu vermeiden, bietet sich die funktionale Elektrostimulation von Muskeln an.Furthermore, initial sensors, ie acceleration sensors (accelerometers) 14 or yaw rate sensors, such as a gyroscope 15 , be provided. Through these sensors, the movement of the patient including the movement of his limbs can be monitored. If the initial sensors detect the movement of the trunk and limbs of the patient with sufficient accuracy, it is possible to read from the signals of the patient Initial sensors to filter out signals across the patient's tremor or a fall of the patient. However, the difficulty arises in distinguishing desired accelerations and rotations, which arise, for example, when the patient is walking, from the tremor or a fall. For this purpose, for example, offers the frequency analysis of the sensor signals. In order to avoid a fall, the functional electrical stimulation of muscles is useful.

Die Erfassung von Körperbewegungen kann nicht nur durch Initialsensoren, sondern ergänzend zu oder anstelle von Initialsensoren durch Goniometer erfolgen. Ein Goniometer ist ein Gerät, um verbundene Winkel zu messen. So kann beispielsweise mit einem Goniometer der Winkel zwischen dem rechten Oberarm und dem Oberkörper des Patienten gemessen werden. Durch Frequenzfilterung und weitere Analysenverfahren kann auch aus Goniometersignalen der Tremor oder eine Ruder- oder Abstützbewegung vor bzw. nach einem Sturz des Patienten bestimmt werden. Ferner kann bei funktioneller Stimulation überwacht werden, inwieweit die Stimulation eines Muskels eine Bewegung hervorruft, und die Stimulation über diese Rückkopplung gesteuert werden.The detection of body movements can be done not only by initial sensors, but in addition to or instead of initial sensors by goniometer. A goniometer is a device to measure connected angles. For example, with a goniometer, the angle between the right upper arm and the upper body of the patient can be measured. Frequency filtering and further analysis methods can also be used to determine the tremor or a rudder or support movement from goniometer signals before or after a fall of the patient. Furthermore, with functional stimulation, it can be monitored to what extent the stimulation of a muscle causes movement, and the stimulation is controlled via this feedback.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Druck mindestens eines Fußes des Patienten gegenüber dem Boden gemessen. Dies kann beispielsweise durch piezoelektrische oder piezoresistive Schuheinlagen erfolgen. Es hat sich herausgestellt, dass gerade die Signale solcher Schuheinlagen sich besonders gut dazu eignen, ein Maß für den Gleichgewichtszustand von Parkinson-Patienten zu ermitteln. Ferner kann auch der Rigor von Parkinson-Patienten durch Auswertung solcher Signale bestimmt werden.In another embodiment, the pressure of at least one foot of the patient is measured against the ground. This can be done for example by piezoelectric or piezoresistive shoe inserts. It has been found that it is the signals of such insoles that are particularly suitable for determining a measure of the state of equilibrium of Parkinson's patients. Furthermore, the rigor of Parkinson's patients can be determined by evaluating such signals.

Durch piezoelektrische oder -resistive Schuheinlagen wird die Druckverteilung ortsabhängig über eine oder beide Fußsohlen gemessen. In einer Ausführungsform kann eine solche Einlage aus vier Piezosensoren bestehen, über denen eine feste Plattform angebracht ist, auf die sich der Patient mit einem Fuß abstützt.By piezoelectric or -resistive shoe inserts, the pressure distribution is measured depending on the location of one or both soles. In one embodiment, such an insert may consist of four piezosensors, over which a fixed platform is mounted, on which the patient is supported with one foot.

Die elektrische Schaltung 4 besteht im wesentlichen aus einem oder mehreren Analog-Digital-Wandlern 7, die das oder die von einem oder mehreren Sensoren gelieferte Signal digitalisieren, einer zentralen Verarbeitungseinheit 5 sowie einem oder mehreren Digital-Analog-Wandlern 6, die die Applikationselektroden 3 treiben. Die zentrale Verarbeitungseinheit 5 umfasst eine Prozessor- und eine Speichereinheit. Sie wertet die zur Verfügung stehenden Sendesignale beispielsweise durch Frequenzfilterung aus und ermittelt dabei beispielsweise ein Tremorsignal. Ist das Tremorsignal zu hoch, variiert die zentrale Verarbeitungseinheit 5 die Stimulation einer oder mehrerer Applikationselektroden oder Applikationseinrichtungen entsprechend. Abhängig von der Gehirnregion, in der eine Applikationselektrode oder -einrichtung implantiert wurde, muss die Stimulation erhöht oder erniedrigt werden, um beispielsweise den Tremor des Patienten zu reduzieren. Es ist beispielsweise bekannt, dass die Neuronen der Basalganglien inhibitorisch wirken, so dass eine Anregung der Basalganglien zu einer geringeren Aktivität des Thalamus und der motorischen Rindenfelder führt. Würde also eine Applikationselektrode in eine der Basalganglien implantiert, so ist zu erwarten, dass die Stimulation dieser Elektrode erhöht werden muss, um den Tremor zu reduzieren.The electrical circuit 4 consists essentially of one or more analog-to-digital converters 7 that digitize the signal (s) provided by one or more sensors to a central processing unit 5 and one or more digital-to-analog converters 6 containing the application electrodes 3 float. The central processing unit 5 includes a processor and a memory unit. It evaluates the available transmission signals, for example, by frequency filtering and determines, for example, a tremor signal. If the tremor signal is too high, the central processing unit varies 5 the stimulation of one or more application electrodes or application devices accordingly. Depending on the brain region in which an application electrode or device has been implanted, the stimulation must be increased or decreased, for example, to reduce the tremor of the patient. It is known, for example, that the neurons of the basal ganglia have an inhibitory effect, so that excitation of the basal ganglia leads to a lower activity of the thalamus and the motor cortex fields. Thus, if an application electrode were implanted in one of the basal ganglia, it is to be expected that the stimulation of this electrode must be increased in order to reduce the tremor.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die zentrale Verarbeitungseinheit 5 aus den Sensorsignalen verschiedene Tremorsignale herausfiltern. Auf diese Weise können in unterschiedlichen Gehirnregionen implantierte Applikationselektroden 3 entsprechend der unterschiedlichen Tremorsignale angesteuert erden und so bestimmte Gehirnregionen selektiv mehr oder weniger stimuliert werden. So ist eine zielgenauere Therapie möglich.In a further embodiment of the invention, the central processing unit 5 filter out various tremor signals from the sensor signals. In this way, implanted in different brain regions application electrodes 3 grounded according to the different tremor signals and thus selectively stimulate certain brain regions more or less. This makes a more targeted therapy possible.

In der elektronischen Schaltung 4 können ferner Umschalter vorgesehen sein, um mit einer geringen Zahl von Analog-Digital-Wandlern eine größere Zahl von Sensoren auszulesen. Verändert sich das Sensorsignal eines Sensors langsam im Vergleich zu einer möglichen Umschaltfrequenz, was bei elektrochemischen Sensoren meist der Fall ist, so können mehrere Sensoren im Multiplexverfahren ausgelesen werden. Ferner können verschiedene Betriebsmodi der zentralen Verarbeitungseinheit definiert werden, wobei jeder Betriebsmodus das Auslesen bestimmter Sensoren festlegt. Jeder Betriebsmodus kann dabei einem Zustand des Patienten zugeordnet sein. So kann beispielsweise ein erster Betriebsmodus eingestellt werden, wenn der Patient wach ist und ein zweiter Betriebsmodus eingestellt werden, wenn der Patient schläft. In anderen Ausführungsformen kann diese grobe Einteilung weiter verfeinert werden.In the electronic circuit 4 Furthermore, switches can be provided to read a larger number of sensors with a small number of analog-to-digital converters. If the sensor signal of a sensor changes slowly in comparison with a possible switching frequency, which is usually the case with electrochemical sensors, then several sensors can be read out in the multiplex method. Further, various modes of operation of the central processing unit may be defined, with each mode of operation determining the reading of particular sensors. Each operating mode can be assigned to a state of the patient. For example, a first mode of operation may be set when the patient is awake and a second mode of operation is set when the patient is asleep. In other embodiments, this rough classification can be further refined.

Die Bestimmung des Patientenzustands kann aufgrund einer geeignete Analyse der Sensorsignale erfolgen. Zur Unterscheidung beider Patientenzustände kann insbesondere ein Mikrophon eingesetzt werden. In ähnlicher Weise kann eine Umschaltvorrichtung zwischen den Digital-Analog-Wandlern 6 und den elektrischen Leitungen zu den Applikationselektroden 3 vorgesehen sein. Da eine Applikationselektrode in einer bevorzugten Ausführungsform mit Impulsen angeregt wird, zwischen denen – verglichen mit der Impulsbreite – längere Zeit keine Anregung erfolgt, kann auf diese Art und Weise ein Digital-Analog-Wandler mehrere Applikationselektroden in einem Zeitmultiplexverfahren, also zeitlich hintereinander, ansteuern. Ist eine große Zahl von Elektroden vorhanden, wie beispielsweise bei einer Netzelektrode 50, so können durch eine solche Umschalteinrichtung die Elektroden ausgewählt werden, die durch ihre besonders innige Ankopplung an wichtige Nervenzellen einen großen therapeutischen Effekt haben.The determination of the patient's condition can be made on the basis of a suitable analysis of the sensor signals. In particular, a microphone can be used to distinguish between the two patient states. Similarly, a switching device between the digital-to-analog converters 6 and the electrical leads to the application electrodes 3 be provided. Since an application electrode is excited in a preferred embodiment with pulses between which - compared to the pulse width - longer time no excitation occurs, in this way a digital-to-analog converter several application electrodes in a time division multiplex method, ie in temporal succession, control. Is there a large number of electrodes, such as a mesh electrode 50 so can by such Switching the electrodes are selected, which have a great therapeutic effect by their particularly intimate coupling to important nerve cells.

In der Speichereinheit der zentralen Verarbeitungseinheit 5 können ferner Sensorsignale und/oder Trenddaten der Sensorsignale (vgl. 101 16 361.4) gespeichert werden. Trenddaten sind aus den Sensorsignalen ermittelte Daten, deren Informationsgehalt gegenüber den Sensorsignalen selbst um 2 bis 5 Größenordnungen reduziert wurde. Ferner könnten Zeiten des Auftretens von Symptomen oder Auffälligkeiten gespeichert werden. Zur Diagnose können sie an ein Steuergerät übertragen werden, was weiter unten beschrieben wird.In the storage unit of the central processing unit 5 Furthermore, sensor signals and / or trend data of the sensor signals (see 101 16 361.4) can be stored. Trend data are data obtained from the sensor signals whose information content has been reduced by 2 to 5 orders of magnitude compared to the sensor signals themselves. Furthermore, periods of occurrence of symptoms or abnormalities could be stored. For diagnosis, they can be transmitted to a control unit, which will be described below.

Ist der Neurostimulator 1 mit Antenne 10 ausgerüstet und kann über Antenne 10 Daten empfangen, so können Sensordaten beispielsweise auch schnurlos über Antenne 10 an den Neurostimulator übertragen werden. Zur Therapierüberwachung können deshalb die vorhandenen Sensoren durch weitere Sensoren ergänzt werden, wie es in der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 101 16 361.4 beschrieben ist.Is the neurostimulator 1 with antenna 10 equipped and can via antenna 10 For example, sensor data can also be received wirelessly via antenna 10 transmitted to the neurostimulator. For therapy monitoring, therefore, the existing sensors can be supplemented by other sensors, as in the German patent application with the official file number 101 16 361.4 is described.

Die Verwendung des Bluetooth-Standards für eine solcher Anwendung ist besonders vorteilhaft, weil hier jedem Funkmodul eine eindeutige Nummer zugewiesen ist, so dass sich dadurch das Zusammenspiel mehrerer Geräte vereinfacht, wie es in der Anmeldung Nr. 101 16 361.4 beschrieben ist.The use of the Bluetooth standard for such an application is particularly advantageous because each radio module is assigned a unique number, thereby simplifying the interaction of multiple devices, as described in application no. 101 16 361.4.

Als Energiequelle für die elektronische Schaltung 4 dient Batterie 23. Hierfür ist aufgrund ihrer langen Lebensdauer eine Litiumbatterie prädestiniert. In einer anderen Ausführungsform kann jedoch auch aufgrund von im Körper vorhandenen Substanzen elektrische Energie erzeugt werden, so dass eine Batterie nicht erforderlich ist. Alternativ kann eine wiederaufladbare Batterie, wie beispielsweise ein Lithiumionenakku verwendet werden. Die Aufladung kann über eine im Körper vorzugsweise nahe unter der Haut implantierte Spule erfolgen. Zur Energieübertragung kann auch eine oben beschriebene Ringantenne Verwendung finden. Aufgrund der geringen Absorption der Haut im roten und besonderes im infraroten Spektralbereich kann für die Aufladung der Batterie auch eine geeignete Solarzelle implantiert werden.As an energy source for the electronic circuit 4 serves battery 23 , Due to their long life, a lithium battery is predestined for this purpose. In another embodiment, however, electrical energy can also be generated due to substances present in the body, so that a battery is not required. Alternatively, a rechargeable battery such as a lithium ion battery may be used. Charging may be via a coil implanted in the body, preferably near the skin. For energy transmission, a ring antenna described above can also be used. Due to the low absorption of the skin in the red and especially in the infrared spectral range, a suitable solar cell can also be implanted for charging the battery.

Prinzipiell können alle in 1 dargestellten Teile in den Körper des Patienten implantiert werden. Anstelle der piezoelektrischen Schuheinlagen können kleinere piezoelektrische oder -resistive Sensoren in die Fußsohlen des Patienten implantiert werden. Es ist jedoch lediglich erforderlich, dass die Stimulationseinrichtungen, insbesondere die Applikationselektroden, in die richtigen Teile des Nervengewebes, insbesondere des Gehirns, implantiert werden. Bei allen anderen Teilen können Praktikabilitätsüberlegungen für oder gegen eine Implantation angestellt werden.In principle, all in 1 shown parts are implanted in the body of the patient. Instead of the piezoelectric shoe inserts, smaller piezoelectric or -resistive sensors can be implanted in the soles of the patient's feet. However, it is only necessary that the stimulation devices, in particular the application electrodes, be implanted in the correct parts of the nerve tissue, in particular of the brain. For all other parts, practicality considerations for or against implantation may be made.

Piezosummer und LEDs dienen zur Kontrolle des Betriebs des Neurostimulators und zum Warnen des Patienten vor kritischen Zuständen. Wird der Neurostimulator 1 nicht in den Körper des Patienten implantiert, so kann er beispielsweise aus einem durchsichtigen Gehäuse bestehen, in dem verschiedene LEDs, unter anderem eine rote und Piezosummer untergebracht sind. Ferner können Bedienelemente, wie z. B. ein Ein-Aus-Schalter vorgesehen sein.Piezo buzzer and LEDs are used to control the operation of the neurostimulator and alert the patient to critical conditions. Will the neurostimulator 1 not implanted in the body of the patient, it may for example consist of a transparent housing in which various LEDs, including a red and piezo buzzer are housed. Furthermore, controls such. B. an on-off switch may be provided.

2 zeigt eine Ausführungsform eines Neurostimulators, der über Versorgungs- und Kommunikationsleitung 16 mit Energie versorgt wird. Eine Versorgung mit elektrischer Energie über elektrische Leitungen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die elektronische Schaltung 4 relativ viele Applikationselektroden 3 ansteuert, was zu einem hohen Energieverbrauch führt Die elektronische Schaltung 4 in 2 enthält wie die elektronische Schaltung 4 in 1 vorzugsweise Analog-Digital-Wandler 7, eine zentrale Verarbeitungseinheit 5 sowie Digital-Analog-Wandler 6. 2 shows an embodiment of a neurostimulator via the supply and communication line 16 is energized. A supply of electrical energy via electrical lines is particularly advantageous when the electronic circuit 4 relatively many application electrodes 3 which leads to high energy consumption The electronic circuit 4 in 2 contains like the electronic circuit 4 in 1 preferably analog-to-digital converter 7 , a central processing unit 5 as well as digital-to-analog converter 6 ,

In dieser Ausführungsform sind die Stimulationseinrichtung und die elektronische Schaltung 4 samt Gehäuse vorzugsweise in den Körper des Patienten implantiert. In einer solchen Ausführungsform kann die Versorgungsleitung 16 auch zur Kommunikation verwendet werden. Die Energieversorgung erfolgt im niederfrequenten Teil des Signals auf Leitung 16 und die Datenkommunikation im höherfrequenten.In this embodiment, the stimulation device and the electronic circuit 4 preferably housed in the body of the patient with the housing. In such an embodiment, the supply line 16 also be used for communication. The power supply takes place in the low-frequency part of the signal on line 16 and the data communication in the higher-frequency.

In der elektronischen Schaltung 4 sind Spule 21 und Kondensator 22 vorgesehen, um den hochfrequenten Wechselspannungsanteil aus der von Leitung 16 gelieferten Spannung herauszusieben, um der elektronischen Schaltung 4 eine möglichst konstante Gleichspannung zu liefern. Über Kondensator 20 werden die vom Treiben 19 codierten Daten auf die Spannung auf Leitung 16 moduliert. Der Treiber wirkt als Sender. Mit Kondensator 18 wird der Wechselspannungsanteil, der die an den Neurostimulator gesendeten Daten enthält, herausgefiltert und vom Analog-Digital-Wandler 17 digitalisiert. Der Analog-Digital-Wandler wirkt als Empfänger.In the electronic circuit 4 are coil 21 and capacitor 22 provided to the high-frequency AC voltage component of the line 16 sift out the voltage supplied to the electronic circuit 4 to deliver as constant a DC voltage as possible. About capacitor 20 become the bustle 19 coded data on the voltage on line 16 modulated. The driver acts as a sender. With capacitor 18 The AC component containing the data sent to the neurostimulator is filtered out and from the analog-to-digital converter 17 digitized. The analog-to-digital converter acts as a receiver.

Das Senden und Empfangen von Daten kann im Zeitmultiplexverfahren erfolgen, so dass zu einem Zeitpunkt Daten entweder gesendet oder empfangen werden. Andererseits sind die gesendeten Daten ja in der elektronischen Schaltung bekannt, so dass sie aus dem vom Analog-Digital-Wandler empfangenen Signal herausgerechnet werden können. Auf diese Weise ist gleichzeitiges Senden und Empfangen möglich. In einer anderen Ausführungsform können die zu sendenden und empfangenen Daten von der elektronischen Schaltung 4 bzw. einer Gegenstelle auf unterschiedliche Trägerfrequenzen moduliert und so aufgrund der unterschiedlichen Trägerfrequenzen unterschieden werden. In dieser Ausführungsform werden Kondensatoren 18 und 20 durch Bandpassfilter ersetzt.The transmission and reception of data can be time-division multiplexed, so that data is either sent or received at one time. On the other hand, the transmitted data are known in the electronic circuit, so that they can be calculated out of the signal received by the analog-to-digital converter. This way is simultaneous sending and Receiving possible. In another embodiment, the data to be transmitted and received may be from the electronic circuit 4 or a remote station to different carrier frequencies modulated and thus distinguished due to the different carrier frequencies. In this embodiment, capacitors 18 and 20 replaced by bandpass filter.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Spule 21 durch einen Widerstand ersetzt werden, der meist eine kleinere Bauform aufweist. Werden die Daten binär codiert, so dass eine Null einer etwas geringeren und Eins einer etwas höheren Spannung entspricht, so kann der Analog-Digital-Wandler 17 auch durch einen Komparator ersetzt werden. An dem in 2 offen gezeichneten Ende der Leitung 16 ist eine ähnliche Schaltung vorgesehen, wie sie in der elektronischen Schaltung 4 in 2 schematisch dargestellt ist. Der Kondensator 22 ist jedoch durch eine Batterie als Energiequelle ersetzt.In a further embodiment, the coil 21 be replaced by a resistor, which usually has a smaller design. If the data is binary-coded, so that a zero corresponds to a slightly lower one and one corresponds to a slightly higher voltage, then the analog-to-digital converter 17 also be replaced by a comparator. At the in 2 open drawn end of the line 16 a similar circuit is provided, as in the electronic circuit 4 in 2 is shown schematically. The capacitor 22 However, it is replaced by a battery as an energy source.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Versorgungs- und Kommunikationsleitung 16 mehr als zwei Leiter umfassen. Umfasst die Versorgungs- und Kommunikationsleitung drei Leiter, so werden vorzugsweise zwei Leiter zur Energieversorgung und der dritte Leiter zur Datenkommunikation benutzt. Das Senden und Empfangen von Daten erfolgt vorzugsweise im Zeitmultiplexverfahren. Bei dieser Ausführungsform können Spule 21 sowie Kondensatoren 18 und 20 entfallen. Der Kondensator 22 kann entweder entfallen oder – falls er zur Filterung von durch die zentrale Verarbeitungseinheit 5 oder durch die D-A-Wandler 6 erzeugten Störungen auf der Versorgungsspannung nötig ist – zumindest in seiner Kapazität und damit seiner Baugröße verkleinert werden.In a further embodiment, the supply and communication line 16 include more than two conductors. If the supply and communication line comprises three conductors, it is preferable to use two conductors for power supply and the third conductor for data communication. The transmission and reception of data preferably takes place in a time division multiplex method. In this embodiment, coil 21 as well as capacitors 18 and 20 omitted. The capacitor 22 can either be omitted or - if necessary for filtering by the central processing unit 5 or through the DA converter 6 generated disturbances on the supply voltage is necessary - at least in its capacity and thus its size be reduced.

Die Versorungs- und Kommunikationsleitung 16 kann auch vier Leiter umfassen, wobei in diesem Fall zwei Leiter zur Energieversorgung, ein Leiter zum Senden von Daten sowie ein Leiter zum Empfangen von Daten durch die elektronische Schaltung 4 verwendet wird. Weitere Leiter können zum Übertragen von Synchronisationssignalen vorgesehen sein.The supply and communication line 16 may also include four conductors, in this case two conductors for power supply, one conductor for sending data, and one conductor for receiving data through the electronic circuit 4 is used. Other conductors may be provided for transmitting synchronization signals.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die elektronische Schaltung 4 anstelle einer zentralen Verarbeitungseinheit 5 und Analog-Digital-Wandlern 7 lediglich einen Multiplexer enthalten. Bei dieser Ausführungsform enthält die Versorgungs- und Kommunikationsleitung vorzugsweise drei Leiter, nämlich zwei zur Energieübertragung und einen zur Datenübertragung an den Multiplexer. Bei dieser Ausführungsform kann eine große Zahl von 20 bis 50 und mehr Elektroden, in deren Nähe die elektronische Schaltung 4 inclusive Gehäuse implantiert ist, durch eine handliche, d. h. dünne und flexible Leitung 16 gesteuert werden. Zur Datenübertragung über Leitung 16 kann auch in vorteilhafter Weise ein CAN-Bus (CAN: Controller Area Network) verwendet werden. Der CAN-Bus wurde für die Automobilindustrie entwickelt und wird dort eingesetzt. Aufgrund der großen Stückzahlen sind CAN-Buscontroller relativ billig erhältlich.In a further preferred embodiment, the electronic circuit 4 instead of a central processing unit 5 and analog-to-digital converters 7 contain only one multiplexer. In this embodiment, the supply and communication line preferably contains three conductors, namely two for power transmission and one for data transmission to the multiplexer. In this embodiment, a large number of 20 to 50 and more electrodes, in the vicinity of the electronic circuit 4 housing is implanted, by a handy, ie thin and flexible cable 16 to be controlled. For data transmission via cable 16 can also be used advantageously a CAN bus (CAN: Controller Area Network). The CAN bus was developed for the automotive industry and is used there. Due to the large numbers of CAN bus controllers are relatively cheap available.

3 zeigt die bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuergeräts für die erfindungsgemäßen Neurostimulatoren 24. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Herzstück des Steuergeräts ein Computer, vorzugsweise ein Laptop. Der Laptop ist mit einer geeigneten Schnittstelle zur Datenkommunikation mit einem oder mehreren Neurostimulatoren ausgerüstet. 3 shows the preferred embodiment of a control device according to the invention for the neurostimulators of the invention 24 , In the preferred embodiment, the heart of the controller is a computer, preferably a laptop. The laptop is equipped with a suitable interface for data communication with one or more neurostimulators.

Dies kann beispielsweise ein Funkmodul für den Bluetooth-Standard sein, das durch Antenne 25 angedeutet ist. Die Schnittstelle kann auch durch Kommunikationsleitung 16 gebildet werden. Auf dem Laptop läuft eine geeignete Software, deren wesentliche Eigenschaften anhand von 6 bis 9 erläutert werden. Bei Verwendung des Bluetooth-Standards zur Kommunikation zwischen Neurostimulatoren und Steuergeräten können mehrere Steuergeräte einen Neurostimulator überwachen oder ein Steuergerät auch mehrere Neurostimulatoren überwachen, wie das in der Anmeldung Nr. 101 16 361.4 im Zusammenhang mit CPAP-Geräten beschrieben ist. Diese Anmeldung wird für alle Zwecke durch Bezugnahme eingeschlossen.This can be, for example, a radio module for the Bluetooth standard, which is provided by antenna 25 is indicated. The interface can also be through communication line 16 be formed. On the laptop runs a suitable software whose essential characteristics are based on 6 to 9 be explained. When using the Bluetooth standard for communication between neurostimulators and controllers, multiple controllers may monitor a neurostimulator, or a controller may also monitor multiple neurostimulators, as described in Application No. 101 16 361.4 in the context of CPAP devices. This application is incorporated by reference for all purposes.

Das Steuergerät kann auch zur Überwachung des Patienten in seiner Wohnung eingesetzt werden. In diesem Fall ist es vorzugsweise über ein Modem mit einem Kranken- oder Sanitätshaus verbunden, so dass das Steuergerät automatisch einen Notruf absetzen kann (siehe 101 16 361.4).The controller can also be used to monitor the patient in his home. In this case, it is preferably connected via a modem to a hospital or medical supply, so that the control unit can automatically make an emergency call (see 101 16 361.4).

Ferner kann das Steuergerät auch mit einer Software zur Diagnose ausgerüstet sein. Diese Diagnosesoftware kann entweder nur die Daten auswerten, die vom Stimulator aktuell gemessen werden oder auch die im Stimulator aufgezeichneten Daten einbeziehen, falls solche zur Verfügung stehen. Im letzteren Fall wird die Diagnosequalität verbessert, weil der Arzt seine Diagnose aufgrund einer wesentlich größeren Datenbasis stellen kann. Der Stimulator kann den Patienten ja rund um die Uhr überwachen.Furthermore, the control unit can also be equipped with software for diagnosis. This diagnostic software can either evaluate only the data that is currently being measured by the stimulator or that includes the data recorded in the stimulator, if available. In the latter case, the diagnostic quality is improved because the doctor can make his diagnosis due to a much larger database. The stimulator can monitor the patient around the clock.

In einer weiteren Ausführungsform kann es sich bei der Schnittstelle zwischen Neurostimulator und Steuergerät um eine optische Schnittstelle, insbesondere eine Infrarot-Schnittstelle, handeln. Aus diesem Grund sind schematisch Leuchtdiode 26 und Fotodiode 27 in 3 dargestellt. Heutzutage sind die meisten Laptops zwar mit Infrarot-Schnittstellen ausgestattet. Jedoch muss das von der Leuchtdiode 26 erzeugte Licht zumindest teilweise auf die Fotodiode 9 treffen. Entsprechendes gilt für Leuchtdiode 8 und Fotodiode 27. Deshalb müssen Leuchtdiode 8 und Fotodiode 27 sowie Leuchtdiode 26 und Fotodiode 9 in räumlicher Nähe angeordnet und aufeinander ausgerichtet sein. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn LED 26 und Fotodiode 27 in einem externen Gehäuse angebracht sind und beispielsweise über Kabel mit dem Laptop verbunden sind. So kann das externe Gehäuse gegenüber der patientenseitigen Leuchtdiode 8 und der patientenseitigen Fotodiode 9 unabhängig vom Laptop optimal angeordnet werden. Der Laptop kann dort stehen, wo er bequem bedient werden kann.In a further embodiment, the interface between neurostimulator and control device may be an optical interface, in particular an infrared interface. For this reason are schematically light emitting diode 26 and photodiode 27 in 3 shown. Nowadays, most laptops are equipped with infrared interfaces. However, this has to be done by the light emitting diode 26 generated light at least partially on the photodiode 9 to meet. The same applies to light emitting diode 8th and photodiode 27 , Therefore, LED must 8th and photodiode 27 as well as light emitting diode 26 and photodiode 9 be arranged in spatial proximity and aligned. That is why it is advantageous if LED 26 and photodiode 27 are mounted in an external housing and are connected, for example via cables to the laptop. Thus, the external housing with respect to the patient-side LED 8th and the patient-side photodiode 9 be optimally arranged independently of the laptop. The laptop can stand where it can be comfortably operated.

Wie oben erwähnt, kann die Datenübertragung auch durch kapazitive, magnetische oder akustische Ankopplung erfolgen.As mentioned above, the data transmission can also be done by capacitive, magnetic or acoustic coupling.

4 beschreibt eine Pinselelektrode als Ausführungsform einer Applikationseinrichtung 2. Hierbei wird eine Kanüle 40 in den Körper des Patienten implantiert, so dass das zu implantierende Ende 46 der Kanüle sich in oder in der Nähe von zu stimulierendem Nervengewebe befindet. In den meisten Fällen wird eine Stimulation von bestimmten Gehirnregionen angestrebt. Deshalb wurde zu Illustrationszwecken der Schädelknochen 44 und die Kopfhaut 45 eingezeichnet. Durch die Kanüle 40 werden isolierte Drähte in das zu stimulierende Nervengewebe hineingeschoben. Die Drähte 41 sind gegeneinander isoliert, weisen jedoch abisolierte Enden auf, die die Applikationselektroden 44 bilden. 4 describes a brush electrode as an embodiment of an application device 2 , This is a cannula 40 implanted in the body of the patient so that the end to be implanted 46 the cannula is in or near nerve tissue to be stimulated. In most cases, stimulation of certain brain regions is sought. Therefore, for illustration purposes, the skull bone 44 and the scalp 45 located. Through the cannula 40 Insulated wires are pushed into the nerve tissue to be stimulated. The wires 41 are insulated from each other, but have stripped ends which are the application electrodes 44 form.

Um eine kapazitive Ankupplung zu erreichen, können die Applikationselektroden 44 auch mit einer dünnen Isolierung überzogen sein. Insbesondere soll diese Isolierung dünner sein, als die Isolierungen der Drähte in der Kanüle 40, damit einerseits ein lokal begrenzter Bereich des Nervengewebes angeregt wird und andererseits das Übersprechen zwischen den einzelnen Drähten akzeptabel niedrig gehalten wird.To achieve a capacitive coupling, the application electrodes can 44 also be covered with a thin insulation. In particular, this insulation should be thinner than the insulation of the wires in the cannula 40 on the one hand, to stimulate a localized area of the nerve tissue and, on the other hand, to keep the crosstalk between the individual wires acceptably low.

Da die Applikationselektroden gegeneinander isoliert sind, können sie einzeln als Elektroden durch die elektronische Schaltung 4 eines Neurostimulators 1 angesteuert werden. Die Kanüle 40 wird in einer bevorzugten Ausführungsform aus Metall, also einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Deshalb kann sie auch durch die elektronische Schaltung 4 angesteuert und vorzugsweise als Masseelektrode eingesetzt werden. Das herausführende Ende 47 der Kanüle 40 kann tatsächlich aus der Kopfhaut herausführen oder in der Kopfhaut zu einem implantierten Neurostimulator führen, mit dessen elektronischer Schaltung 4 die Drähte 41 verbunden sind. In einer weiteren Ausführungsform kann die Kanüle 40 und Drähte 41 eine Strecke in der Kopfhaut entlang geführt werden, um an einer mechanisch wenig beanspruchten Stelle aus der Kopfhaut herausgeführt und mit einem am Körper getragenen Neurostimulator verbunden zu werden.Since the application electrodes are insulated from each other, they can individually as electrodes through the electronic circuit 4 a neurostimulator 1 be controlled. The cannula 40 is made in a preferred embodiment of metal, so an electrically conductive material. That's why it can also be done through the electronic circuit 4 controlled and preferably used as a ground electrode. The leading end 47 the cannula 40 can actually lead out of the scalp or lead in the scalp to an implanted neurostimulator, with its electronic circuit 4 the wires 41 are connected. In a further embodiment, the cannula 40 and wires 41 a distance in the scalp are guided to be led out at a mechanically under-stressed area of the scalp and connected to a body-worn neurostimulator.

Ferner können die Drähte 41 an irgendeiner Stelle, vorzugsweise nahe den Applikationselektroden 44 oder nahe dem Schädelknochen 44, mit einem Multiplexer zu einer Versorgungs- und Kommunikationsleitung 16 zusammengefasst werden.Furthermore, the wires 41 at any point, preferably near the application electrodes 44 or near the skull bone 44 , with a multiplexer to a supply and communication line 16 be summarized.

Die Sensorelektroden 11 können ebenfalls als Pinselelektrode ausgeführt werden. Hier sind jedoch die Drähte 41 anstelle mit Digital-Analog-Wandlern 6 mit Analog-Digital-Wandlern 7 verbunden.The sensor electrodes 11 can also be performed as a brush electrode. Here are the wires 41 instead of digital-to-analog converters 6 with analog-digital converters 7 connected.

Eine weitere Ausführungsform der Stimulationseinrichtung 2 stellt die In 5 dargestellte Netzelektrode 50 dar. Hier sind auf einem elektrisch nicht leitenden Träger 52, der vorzugsweise aus einem gewebeverträglichen Kunststoff hergestellt ist, eine große Zahl von Elektroden 51 angeordnet. Der Träger 52 enthält ferner Drähte zur Verbindung zwischen den einzelnen Elektroden und einer integrierten Schaltung 52.Another embodiment of the stimulation device 2 represents the In 5 illustrated network electrode 50 Here are on an electrically non-conductive support 52 , which is preferably made of a tissue-compatible plastic, a large number of electrodes 51 arranged. The carrier 52 Also includes wires for connection between the individual electrodes and an integrated circuit 52 ,

Um die Verbindungsdrähte zwischen den Einzelelektroden 51 und der integrierten Schaltung 52 möglichst kurz zu halten, wird die integrierte Schaltung in die Netzelektrode integriert. Das heisst, dass die integrierte Schaltung in unmittelbarer Nähe der Netzelektrode angeordnet ist. Zur Kontaktierung der integrierten Schaltung mit der Netzelektrode weist die integrierte Schaltung Bondpunkte auf. Auf dem Träger 52 der Netzelektrode sind entsprechende Bondpunkte vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Bondpunkte auf der integrierten Schaltung und die entsprechenden Bondpunkte auf dem Träger 52 durch elektrisch leitende Expoxidharzkleber verbunden. In einer anderen Ausführungsform werden die entsprechenden Bondpunkte verlötet.To the connecting wires between the individual electrodes 51 and the integrated circuit 52 To keep as short as possible, the integrated circuit is integrated into the network electrode. This means that the integrated circuit is arranged in the immediate vicinity of the network electrode. For contacting the integrated circuit with the network electrode, the integrated circuit has bonding points. On the carrier 52 the network electrode corresponding bonding points are provided. In a preferred embodiment, the bond points on the integrated circuit and the corresponding bond points on the carrier 52 connected by electrically conductive epoxy resin adhesive. In another embodiment, the corresponding bonding points are soldered.

Die Netzelektrode wird nach Öffnen der Schädeldecke direkt auf den Cortex (das Gehirn) gelegt. Alternativ kann sie auch auf den Thalamus oder Teile der Basalganglien gelegt werden, soweit diese operativ zugänglich gemacht werden können.The net electrode is placed directly on the cortex (the brain) after opening the skull. Alternatively, it may also be placed on the thalamus or parts of the basal ganglia as far as they can be surgically accessed.

Der Träger der Netzelektrode ist elastisch und weist in etwa die Form des Gehirnteils auf, den er kontaktieren soll. Aufgrund der großen Zahl von Einzelelektroden sorgt eine Netzelektrode für einen relativ hohen Stromverbrauch. Deshalb wird die integrierte Schaltung vorzugsweise über eine Versorgungs- und Kommunikationsleitung mit einer außerhalb des Körpers angebrachten Energiequelle verbunden, wie das im Zusammenhang mit 2 erläutert wurde. Die integrierte Schaltung arbeitet somit als Multiplexer. Sie kann darüber hinaus jedoch eine zentrale Verarbeitungseinheit 5 aufweisen, so dass sie auch logisch kompliziertere Vorgänge als ein Multiplexen durchführen kann.The carrier of the mesh electrode is elastic and has approximately the shape of the brain part, which he should contact. Due to the large number of individual electrodes, a network electrode ensures a relatively high power consumption. Therefore, the integrated circuit is preferably connected to a power source external to the body via a supply and communication line as described in connection with FIG 2 was explained. The integrated circuit thus operates as a multiplexer. However, it can also be a central processing unit 5 so that it can also perform logically more complicated operations than multiplexing.

Um den Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Neurostimulatoren zu erweitern, ist es vorteilhaft, die Möglichkeit zu schaffen, mit verschiedenen Impulsfolgen zu experimentieren. Hierzu muss die zentrale Verarbeitungseinheit 5 der elektrischen Schaltung des Neurostimulators geeignet programmiert werden und im Speicher der zentralen Verarbeitungseinheit 5 die Daten für eine Pulsfolge in geeigneter Weise abgelegt werden. Die Eingabe der Impulsfolge folgt typischerweise über ein in 3 dargestelltes Steuergerät. Vorzugsweise verwendet die Software des Steuergeräts und die des Neurostimulators ähnliche Datenstrukturen, um eine Impulsfolge effektiv, also in einem möglichst kleinen Speicherbereich zu speichern. In order to expand the field of application of the neurostimulators according to the invention, it is advantageous to be able to experiment with different pulse sequences. This requires the central processing unit 5 The electrical circuit of the neurostimulator can be appropriately programmed and stored in the memory of the central processing unit 5 the data for a pulse sequence are stored in a suitable manner. The input of the pulse train typically follows via in 3 represented control unit. Preferably, the software of the controller and the neurostimulator uses similar data structures to effectively store a pulse train, that is, in the smallest possible memory area.

Zur Darstellung der programmierten Impulsfolge wird vorzugsweise auf einem Monitor oder einem Display des Steuergeräts die Form der programmierten Impulse 62 angezeigt. Die Zeitachse verläuft von links nach rechts. Auf ihr ist vorzugsweise eine Periodendauer bei periodischen Signalen und die der Periodendauer entsprechende Frequenz eingetragen. Die Periodendauer liegt vorzugsweise im Bereich von 5 ms bis 200 s, was einer Frequenz von 0,01 Hz bis 200 Hz entspricht. Auf der Y-Achse wird die Impulshöhe entweder als Spannung oder als Strom aufgetragen. Es wird angestrebt, im Nervengewebe Impulshöhen von ±250 mV zu erzeugen. Insbesondere bei kapazitiver Ankopplung können die von der elektrischen Schaltung 4 auszugebenden Spannungen weitaus höher liegen und bis etwa ±20 V reichen.To display the programmed pulse sequence is preferably on a monitor or a display of the controller, the shape of the programmed pulses 62 displayed. The time axis runs from left to right. On her preferably a period of periodic signals and the period corresponding frequency is entered. The period is preferably in the range of 5 ms to 200 s, which corresponds to a frequency of 0.01 Hz to 200 Hz. On the Y axis, the pulse height is plotted as either voltage or current. The aim is to produce pulse heights of ± 250 mV in the nerve tissue. In particular, with capacitive coupling can from the electrical circuit 4 be issued voltages far higher and reach to about ± 20V.

Eine Periode beginnt mit einem Impuls, wenn mit einem Elektrodenpaar gearbeitet wird. Darauf kann eine große Zahl von weiteren Impulsen programmiert werden, deren Zahl lediglich durch den im Neurostimulator zur Verfügung stehenden Speicher begrenzt ist. Zwar begrenzt auch der im Steuergerät verfügbare Speicher die Anzahl von Impulsen, jedoch steht im Steuergerät ein um Größenordnungen umfangreicherer Speicher zur Verfügung, so dass dies nicht der begrenzende Faktor ist. Zur Stimulation können periodische und nicht-periodische Impulsfolgen verwendet werden. Hierzu werden vorzugsweise die in 7 dargestellten Datenstrukturen verwendet. Diese können auch vorteilhaft in einer objektorientierten Programmiersprache, wie beispielsweise C++, implementiert werden.One period begins with a pulse when working with a pair of electrodes. Then a large number of further pulses can be programmed, the number of which is limited only by the memory available in the neurostimulator. Although the memory available in the control unit also limits the number of pulses, a memory that is orders of magnitude larger is available in the control unit, so that this is not the limiting factor. For stimulation periodic and non-periodic pulse sequences can be used. For this purpose, preferably in 7 used data structures shown. These can also be advantageously implemented in an object-oriented programming language such as C ++.

Jede der Datenstrukturen 70 bis 78 weist ein Feld mit der Bezeichnung ”Art” auf. Hierin ist ein eindeutiger Bezeichner der Datenstruktur – ohne die Buchstabenfolge ”Art:” – gespeichert. Allerdings muss der Bezeichner nicht für sich genommen eindeutig sein. Vielmehr kann sich die Eindeutigkeit erst ergeben, wenn beispielsweise der Ort, an dem sich die Datenstruktur im Speicher befindet oder der Ort, an dem sich ein Verweis auf diese Datenstruktur befindet, hinzugenommen wird.Each of the data structures 70 to 78 has a field named "Type". This is a unique identifier of the data structure - without the string "type:" - stored. However, the identifier does not have to be unique on its own. Rather, the uniqueness can arise only if, for example, the place where the data structure is in memory or the place where there is a reference to this data structure is added.

So sind zur Beschreibung einer Impulsfolge die Datenstruktur 70 mit dem Bezeichner 0 und die Datenstruktur 78 mit dem Bezeichner 3 vorgesehen. Die Datenstrukturen 71 bis 74 mit den Bezeichnern 0 bis 3 sind lediglich zur Beschreibung von weiteren Impulsen, also mit Ausnahme des ersten Impulses im Zusammenhang mit der Datenstruktur 70 vorgesehen.So are the data structure for describing a pulse train 70 with the identifier 0 and the data structure 78 provided with the identifier 3. The data structures 71 to 74 with the designators 0 to 3 are merely for the description of further pulses, that is, with the exception of the first pulse in connection with the data structure 70 intended.

In der bevorzugten Ausführungsform weist die Datenstruktur 70 einen Speicherplatz für die Frequenz oder die Periodendauer, für die Impulshöhe, für die Impulsbreite, für einen Verweis auf weitere Datenstrukturen und für einen Verweis auf die Form des Impulses auf. Die Frequenz ergibt sich als Kehrbruch aus der Impulsdauer, so dass entweder der eine oder der andere Wert gespeichert werden kann. Die Frequenz oder Impulsdauer, Impulshöhe und Impulsbreite brauchen nicht als SI-Einheiten gespeichert werden. Vielmehr können Sie in geeigneter Weise skaliert, also mit einem Faktor multipliziert werden, so dass ihre Werte lediglich einen geringen Speicherbereich, wie beispielsweise 1 oder 2 Byte umfassen. Im Hinblick auf die Untergrenze des Frequenzbereich von 0,01 Hz kann die Frequenz in Einheiten von 0,01 Hz abgespeichert werden. Um Speicher zu sparen, kann ferner ein Funktionswert, wie beispielsweise der Logarithmus von Frequenz, Impulsdauer oder Impulshöhe, gespeichert werden.In the preferred embodiment, the data structure 70 a storage location for the frequency or the period, for the pulse height, for the pulse width, for a reference to other data structures and for a reference to the shape of the pulse. The frequency results as a sweep from the pulse duration, so that either one or the other value can be stored. The frequency or pulse duration, pulse height and pulse width need not be stored as SI units. Rather, they can be suitably scaled, that is, multiplied by a factor so that their values comprise only a small memory area, such as 1 or 2 bytes. With regard to the lower limit of the frequency range of 0.01 Hz, the frequency can be stored in units of 0.01 Hz. To save memory, further, a function value such as the logarithm of frequency, pulse duration or pulse height may be stored.

Der Verweis „weitere?” kann einen Verweis auf eine der Datenstrukturen 71 bis 76 enthalten. Hier sei bemerkt, dass an dieser Stelle die Bezeichner 0 bis 5 eindeutig eine Datenstruktur angeben, da Verweise auf die Datenstrukturen 70 und 78 nicht vorgesehen sind.The reference "more?" May have a reference to one of the data structures 71 to 76 contain. It should be noted here that the identifiers 0 to 5 unambiguously specify a data structure at this point, since references to the data structures 70 and 78 are not provided.

Die Datenstrukturen 71 bis 74 beschreiben weitere rechteckförmige Impulse innerhalb eines Impulszyklus. Ein weiterer rechteckförmiger Impuls wird durch seine Anfangszeit, seine Impulshöhe und seine Impulsbreite beschrieben. Alle diese Angaben können jedoch nur in der Datenstruktur 74 gemacht werden. Die fehlenden Angaben in den Datenstrukturen 71 bis 73 werden aus den entsprechenden Angaben der Datenstruktur 70 ergänzt, so dass die Impulshöhe und die Impulsbreite in der Datenstruktur 70 die Bedeutung einer Standardimpulshöhe und einer Standardimpulsbreite haben. Die Datenstrukturen 71 bis 76 haben jeweils ein Feld mit der Bezeichnung „weitere?”, in dem ein weiterer Verweis auf eine der Datenstrukturen 71 bis 76 gespeichert werden kann. Auf diese Art und Weise lässt sich eine beliebig lange Kette von Impulsen erzeugen.The data structures 71 to 74 describe further rectangular pulses within one pulse cycle. Another rectangular pulse is described by its start time, pulse height, and pulse width. All of this information, however, can only be found in the data structure 74 be made. The missing information in the data structures 71 to 73 are taken from the corresponding data structure data 70 supplemented, so that the pulse height and the pulse width in the data structure 70 have the meaning of a standard pulse height and a standard pulse width. The data structures 71 to 76 each have a field labeled "more?" in which another reference to one of the data structures 71 to 76 can be stored. In this way, an arbitrarily long chain of pulses can be generated.

Das „weitere?”-Feld der Datenstruktur, die den letzten Impuls beschreibt, enthält einen Wert, von dem bekannt ist, dass er nicht auf eine weitere Datenstruktur verweist. Dieser Wert wird in einigen Programmiersprachen als NULL bezeichnet und hat vorzugsweise den Wert 0.The "more?" Field of the data structure describing the last pulse contains a value that is known not to refer to another data structure. This value will be in some Programming languages referred to as NULL and preferably has the value 0.

Die Datenstrukturen 75 und 76 sind zur Beschreibung von nicht rechteckförmigen Impulsen vorgesehen. Vorzugsweise werden Signale verwendet, die natürlicherweise von Nerven erzeugt werden. Solche Signale sind nicht-linear, mehrphasisch, d. h. mehrere Phasen enthaltend und spikeartig. Beide Datenstrukturen 75 und 76 beinhalten das Feld „Anfangszeit”. Es gibt wie in den Datenstrukturen 71 bis 74 die Zeit an, zu der der Impuls anfängt. Im Feld „Dauer” der Datenstruktur 75 wird die Länge des Impulses in Sekunden oder beliebigen anderen Einheiten angegeben. Der Verlauf des Impulses wird durch Pulscodemodulation angegeben. Dabei wird der Impuls aus n-Teilimpulsen zusammengesetzt. Der Wert n ist im nächsten Feld „Zahl der Teilimpulse” angegeben. In den nächsten n Feldern sind (dann n Höhen für die jeweilige Impulshöhe der Teilimpulse angegeben. In einer anderen Datenstruktur kann im Feld „Dauer” anstelle der Dauer des Impulses auch die Dauer der Teilimpulse oder der Kehrwert der Dauer des Impulses oder der Teilimpulse angegeben sein.The data structures 75 and 76 are intended to describe non-rectangular pulses. Preferably, signals are used which are naturally generated by nerves. Such signals are non-linear, polyphasic, ie containing multiple phases and spikeartig. Both data structures 75 and 76 include the field "start time". There are as in the data structures 71 to 74 the time at which the impulse begins. In the "Duration" field of the data structure 75 The length of the pulse is given in seconds or any other units. The course of the pulse is indicated by pulse code modulation. In this case, the pulse is composed of n partial pulses. The value n is given in the next field "Number of partial pulses". In the next n fields (then n heights for the respective pulse heights of the partial pulses are given.) In another data structure the duration of the pulse may also be indicated in the field "Duration" instead of the duration of the pulse or the reciprocal of the duration of the pulse or the partial pulses ,

Die Datenstruktur 76 ist ähnlich der Datenstruktur 75 aufgebaut. Jedoch wird im Feld „Abtastfrequenz” der Kehrwert der Dauer eines Teilimpulses angegeben. Darüber hinaus wird nicht die Zahl der Teilimpulse angegeben. Vielmehr wird eine besondere Höhe, vorzugsweise die größte oder niedrigste Höhe oder die Höhe 0 als Impulshöhe der Teilimpulse ausgeschlossen. Diese besondere Höhe schließt die Liste der Impulshöhen ab.The data structure 76 is similar to the data structure 75 built up. However, the reciprocal of the duration of a partial pulse is specified in the field "Sampling frequency". In addition, the number of partial pulses is not specified. Rather, a particular height, preferably the largest or lowest height or height 0 is excluded as the pulse height of the partial pulses. This particular height completes the list of pulse heights.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Anzahl von Teilimpulsen vorzugsweise auf 100 oder 1000 festgelegt. Bei dieser Ausführungsform entfällt das Feld ”Zahl der Teilimpulse” in Datenstruktur 75 und das Feld ”besondere Höhe” in Datenstruktur 76.In another preferred embodiment, the number of sub-pulses is preferably set to 100 or 1000. In this embodiment, the field "number of partial pulses" in data structure is omitted 75 and the field "special height" in data structure 76 ,

In der Datenstruktur 70 ist schließlich ein Feld „Form?” vorgesehen. Es kann einen Verweis auf die Datenstruktur 75 oder 76 enthalten. Enthält es einen solchen Verweis, so legen nicht die Felder „Impulshöhe” und „Impulsbreite” der Datenstruktur 70, sondern vielmehr die Datenstrukturen 75 und 76 die Form des entsprechenden Impulses fest. Das Feld „Form?” enthält den Wert NULL, um anzuzeigen, dass es keinen Verweis auf eine weitere Datenstruktur enthält.In the data structure 70 is finally a field "form?" Provided. It may be a reference to the data structure 75 or 76 contain. If it contains such a reference, then the fields "pulse height" and "pulse width" of the data structure do not match 70 but rather the data structures 75 and 76 the shape of the corresponding pulse. The field "Form?" Contains the value NULL to indicate that it contains no reference to another data structure.

Die Datenstruktur 78 ist vorgesehen, um eine zufällige Impulsfolge mit wenigen Parametern festzulegen. Hier wird im Feld „mittlere Frequenz” die mittlere Frequenz der Impulse oder der Kehrbruch davon, nämlich der mittlere, zeitliche Abstand zwischen den Anfängen der Impulse festgelegt. Der tatsächliche Abstand zwischen den Anfängen der Impulse wird durch eine Zufallsfunktion bestimmt, die beispielsweise auf der Auswertung von weißem Rauschen basieren kann. Eine strenge Zufälligkeit ist jedoch meist nicht erforderlich, so dass der Zufallsfunktion auch mathematische Reihen zugrunde liegen können, die nur scheinbar zufällige Werte produzieren. Es kann eine weitere Datenstruktur ähnlich der Datenstruktur 78 vorgesehen sein, die zusätzlich eine, Untergrenze und/oder eine Obergrenze für den Abstand zwischen den Anfängen der Impulse festlegt. Liefert die Zufallsfunktion einen unpassenden Wert, so wird dieser Wert verworfen und statt dessen ein weiterer Wert durch die Zufallsfunktion generiert. Die Bedeutung der Felder „Impulshöhe”, „Impulsbreite” sowie „Form?” entspricht der der jeweiligen Felder in der Datenstruktur 70.The data structure 78 is intended to determine a random pulse train with few parameters. Here, in the field "average frequency", the average frequency of the pulses or the sweeping rate thereof, namely the average time interval between the beginnings of the pulses is determined. The actual distance between the beginning of the pulses is determined by a random function, which may for example be based on the evaluation of white noise. A strict randomness is usually not required, so that the random function can also be based on mathematical series that produce only seemingly random values. It may be another data structure similar to the data structure 78 be provided, which additionally defines a lower limit and / or an upper limit for the distance between the beginnings of the pulses. If the random function returns an inappropriate value, this value is discarded and instead another value is generated by the random function. The meaning of the fields "pulse height", "pulse width" and "shape?" Corresponds to that of the respective fields in the data structure 70 ,

Die Eingabe der Datenstruktur 70 kann beispielsweise durch Eingabedialog 80 oder einen ähnlichen Eingabedialog erfolgen. In den Eingabefeldern rechts neben den Worten „Wiederholungsfrequenz”, „Impulsbreite” und „Impulshöhe” können Werte für die Felder „Frequenz”,.Impulshöhe” bzw. „Impulsbreite” der Datenstruktur 70 eingegeben werden. Die Buttons mit den Aufschriften „Importieren”, „O. K., weitere”, „O. K., Ende” und „Abbrechen” können angeklickt werden. Beim Anklicken von „Importieren” öffnet sich ein üblicher Dateidialog, mit dem beispielsweise eine Wave-Datei (*.wav) importiert und in eine der Datenstrukturen 75 oder 76 eingelesen werden kann. Ein Verweis auf letztere Datenstruktur wird beim Schließen des Eingabedialogs 80 in das Feld „Form?” eingetragen.The input of the data structure 70 can, for example, through input dialog 80 or a similar input dialog. In the input fields to the right of the words "Repeat Frequency", "Pulse Width" and "Pulse Height", you can enter values for the fields "Frequency", "Pulse Height" or "Pulse Width" of the data structure 70 be entered. The buttons with the inscriptions "Import", "OK, more", "OK, End" and "Cancel" can be clicked on. Clicking on "Import" opens a common file dialog with which, for example, a wave file (* .wav) is imported and into one of the data structures 75 or 76 can be read. A reference to the latter data structure is made when closing the input dialog 80 entered in the field "Form?".

Durch Klicken des „Abbrechen”-Buttons wird der Eingabedialog 80 geschlossen, ohne dass die eingegebenen Werte in einer Datenstruktur 70 gespeichert werden. Wird der „O. K., Ende”-Button angeklickt, wird der Eingabedialog geschlossen und die eingegebenen Parameter in den entsprechenden Feldern einer Datenstruktur 70 gespeichert. Diese Schritte werden auch beim Anklicken des Buttons „O. K., weitere” ausgeführt. Zusätzlich wird ein neuer Eingabedialog geöffnet. Er dient zur Eingabe einer der Datenstrukturen 70 bis 74 und unterscheidet sich vom Eingabedialog 80 vorzugsweise dadurch, dass das Wort „Wiederholungsfrequenz” durch „Anfangszeit” ersetzt ist.Click on the "Cancel" button to open the input dialog 80 closed without changing the values entered in a data structure 70 get saved. If the "OK, End" button is clicked, the input dialog will be closed and the entered parameters in the corresponding fields of a data structure 70 saved. These steps are also carried out by clicking the "OK, more" button. In addition, a new input dialog opens. It is used to enter one of the data structures 70 to 74 and is different from the input dialog 80 preferably in that the word "repetition frequency" is replaced by "start time".

Wird in diesem Eingabedialog keine Impulsbreite oder die gleiche Impulsbreite wie in die Datenstruktur 70 eingegeben, so wird beim Schließen dieses Eingabedialogs vorzugsweise eine der Datenstrukturen 72 oder 73 angelegt. Wird keine Impulshöhe oder die identische Impulshöhe wie in der Datenstruktur 70 eingegeben, so wird vorzugsweise eine der Datenstrukturen 71 oder 72 angelegt. Wird über den „Importieren”-Button eine Impulsform eingelesen, so wird eine der Datenstrukturen 75 oder 76 anstelle der Datenstrukturen 71 oder 74 beim Schließen des Dialogs angelegt.In this input dialog no pulse width or the same pulse width as in the data structure 70 When entering this input dialog, preferably one of the data structures is entered 72 or 73 created. Does not have a pulse height or the identical pulse height as in the data structure 70 is input, so preferably one of the data structures 71 or 72 created. If a pulse form is read in via the "Import" button, then one of the data structures will be read 75 or 76 instead of the data structures 71 or 74 created when closing the dialog.

Durch diese Bedienungsführung ist die Bedienperson nicht gezwungen, die Impulse in ihrer zeitlichen Reihenfolge einzugeben. Es wird deshalb vorzugsweise im Steuergerät eine Sortierfunktion vorgesehen, die die Datenstrukturen so sortiert, dass ein Verweis im Feld „weitere?” einer Datenstruktur auf eine Datenstruktur mit einer späteren Anfangszeit zeigt. Auf diese Weise wird der Neurostimulator beim Auswerten der Datenstrukturen nicht gezwungen, nach jedem Impuls die verbleibende Liste nach dem nächsten Impuls zu durchsuchen. Vor dem Sortierschritt wird überprüft, ob die Anfangszeiten der Impulse noch innerhalb einer Periode liegen. Wurde eine größere Anfangszeit als die Periodendauer angegeben, so wird von der Anfangszeit die Periodendauer solange abgezogen, bis die Anfangszeit zwischen 0 und der Periodendauer liegt. Dies kann durch eine Modul-Funktion realisiert werden. Through this operation, the operator is not forced to enter the pulses in their chronological order. Therefore, a sorting function is preferably provided in the control unit which sorts the data structures in such a way that a reference in the field "further?" Of a data structure points to a data structure having a later start time. In this way, when evaluating the data structures, the neurostimulator is not forced to search the remaining list for the next pulse after each pulse. Before the sorting step, it is checked whether the start times of the pulses are still within a period. If a longer start time has been specified than the period duration, then the period duration is subtracted from the start time until the start time lies between 0 and the period duration. This can be realized by a module function.

Überlappen sich zwei Impulse, so wird die Impulshöhe des Impulses mit der späteren Anfangszeit ausgegeben. In einer anderen Ausführungsform werden im Überlappungsbereich die Impulshöhen der sich überlappenden Impulse addiert. Dies erfordert jedoch eine höhere Rechenleistung, was wiederum zu einem höheren Stromverbrauch führt.If two pulses overlap, the pulse height of the pulse is output with the later start time. In another embodiment, the pulse heights of the overlapping pulses are added in the overlap area. However, this requires a higher computing power, which in turn leads to a higher power consumption.

Eine Impulsfolge kann anstelle der Datenstruktur 70 auch lediglich durch eine Datenstruktur 75 oder eine Datenstruktur 76 festgelegt werden. Hierbei entspricht die in der Datenstruktur 75 angegebene Dauer der Periodendauer. Die Periodendauer ergibt sich bei Datenstruktur 76 aus der Zahl der Teilimpulse geteilt durch die Abtastfrequenz. Soll hier mit einer konstanten Zahl von Teilimpulsen oder Stützstellen gearbeitet werden, so wird eine Zahl von 1000 bevorzugt.A pulse train may be used instead of the data structure 70 also only by a data structure 75 or a data structure 76 be determined. This corresponds to the in the data structure 75 specified duration of the period. The period duration results with data structure 76 from the number of partial pulses divided by the sampling frequency. If you want to work here with a constant number of partial pulses or interpolation points, a number of 1000 is preferred.

Soll das Steuergerät über einen Neurostimulator mehrere Elektroden steuern, so wird die Datenstruktur 70 um ein Feld ”Anfangszeit” ergänzt. Der erste Impuls fängt dann nicht mehr am Anfang einer Impulsperiode, sondern zur Anfangszeit an. Auf diese Weise können für mehrere Elektroden Impulsfolgen mit einer unterschiedlichen Phasenlage definiert werden. Für jede Impulsfolge wird eine Datenstruktur 70 oder 78 angelegt. Vorzugsweise kann eine Auswahl der periodischen Datenstrukturen im Display der Steuereinrichtung 24 angezeigt werden. Hierbei werden die einzelnen Impulsfolgen in in der Höhe gegeneinander versetzten Diagrammen mit einer gemeinsamen Zeitachse und/oder in unterschiedlichen Farben dargestellt. Es ist eine Funktion vorgesehen, um alle oder ausgewählte Impulsfolgen in der Höhe und/oder auf der Zeitachse zu stauchen und zu strecken.If the control unit is to control a plurality of electrodes via a neurostimulator, the data structure becomes 70 supplemented by a field "Start time". The first impulse no longer starts at the beginning of a pulse period, but at the beginning time. In this way, pulse sequences with a different phase position can be defined for a plurality of electrodes. Each pulse train becomes a data structure 70 or 78 created. Preferably, a selection of the periodic data structures in the display of the control device 24 are displayed. In this case, the individual pulse sequences are displayed in height-offset diagrams with a common time axis and / or in different colors. A function is provided to compress and stretch all or selected pulse trains in height and / or on the time axis.

Der Eingabedialog 80 kann auf das Anklicken eines Menüpunkts eines Drop-Down-Menüs 91 hin geöffnet werden, wobei das Drop-Down-Menü auf das Auswählen eines Menüpunkts in einer Menüleiste 91 hin geöffnet wird.The input dialog 80 can click on a menu item of a drop-down menu 91 The drop-down menu is for selecting a menu item in a menu bar 91 is opened.

Die Datenstrukturen 70 bis 78 werden auch verwendet, um die Information über die zu erzeugenden Impulse vom Steuergerät zum Neurostimulator zu übertragen. Bei der Programmierung des Steuergeräts wird ein Verweis, vorzugsweise durch einen Pointer oder auch durch einen Handle, implementiert.The data structures 70 to 78 are also used to transmit the information about the pulses to be generated from the controller to the neurostimulator. When programming the controller, a reference is implemented, preferably by a pointer or by a handle.

Dabei gibt ein Pointer eine feste Adresse im Arbeitsspeicher an, während ein Handle (Deutsch: Griff) einen Bezeichner für einen verschiebbaren Speicherbereich darstellt. Bei der Datenübertragung vom Steuergerät zum Neurostimulator gibt der Verweis vorzugsweise die Menge von Daten an, die zwischen dem Beginn des Verweises und dem Datenpaket mit der Datenstruktur, auf die der Verweis zeigt, angibt. Die Menge von Daten wird dabei vorzugsweise in Bit, Byte oder ganzzahligen Vielfachen davon angegeben.In this case, a pointer specifies a fixed address in the main memory, while a handle (German: handle) is an identifier for a movable memory area. In the data transfer from the controller to the neurostimulator, the reference preferably indicates the amount of data indicating between the beginning of the reference and the data packet having the data structure pointed to by the reference. The amount of data is preferably given in bits, bytes or integer multiples thereof.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Neurostimulatorneurostimulator
22
Applikationseinrichtungapplication device
33
Applikationselektrodenapplication electrodes
44
elektronische Schaltungelectronic switch
55
zentrale Verarbeitungseinheitcentral processing unit
66
Digital-Analog-WandlerDigital to analog converter
77
Analog-Digial-WandlerAnalog-to-digial converter
88th
Leuchtdiode (LED)LED (LED)
99
Photodiodephotodiode
1010
Antenneantenna
1111
Sensorelektrodensensor electrodes
1212
Mikrophonmicrophone
1313
piezoresistive Schuheinlagenpiezoresistive shoe inserts
1414
Beschleunigungssensoraccelerometer
1515
Gyroskopgyroscope
1616
Versorgungs- und KommunikationsleitungSupply and communication line
1717
Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
1818
Kondensatorcapacitor
1919
Treiberdriver
2020
Kondensatorcapacitor
2121
SpuleKitchen sink
2222
Kondensatorcapacitor
2323
Batteriebattery
2424
LaptopLaptop
2525
Antenneantenna
2626
Leuchtdiode (LED)LED (LED)
2727
Photodiodephotodiode
4040
Kanülecannula
4141
Drähtewires
4343
Nervengewebenerve tissue
4444
Applikationselektrodenapplication electrodes
4545
Kopfhautscalp
4646
zu implantierendes Endeend to be implanted
4747
herausführendes Endeleading end
5050
Netzelektrodemesh electrode
5151
Elektrodenelectrodes
5252
Trägercarrier
5353
Kontaktstellencontact points
5454
integrierte Schaltungintegrated circuit
6060
Zeitanalysetime analysis
6161
Spannungsachsevoltage axis
6262
Impulspulse
70–7870-78
Datenstrukturendata structures
8080
Eingabedialoginput dialog
9090
Menüleistemenu bar
9191
Drop-Down-MenüDrop-down menu

Claims (20)

Neurostimulator (1) mit: einer Applikationseinrichtung (2), die mindestens eine Applikationselektrode (3) umfasst, wobei die Applikationseinrichtung eine Pinselelektrode ist, die aus einer Kanüle (40) und Drähten (41) besteht, wobei die Kanüle (40) zumindest teilweise in den Körper eines Patienten implantierbar ist und ein zu implantierendes Ende (46) sowie ein aus dem Körper herausführendes Ende (47) aufweist, wobei die Drähte über das zu implantierende Ende der Kanüle hinaus in das zu stimulierende Nervengewebe hineingeschoben werden können und das gewebeseitige Ende der Drähte Applikationselektroden bildet, wobei die Drähte in der Kanüle gegeneinander isoliert sind, damit die elektronische Schaltung jedem Draht ein unterschiedliches elektrisches Signal zuführen kann, einer elektronischen Schaltung (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Kanüle (40) aus einem elektrisch leitenden Material besteht und mit der elektronischen Schaltung (4) verbunden ist und als zusätzliche Applikationselektrode nutzbar ist.Neurostimulator ( 1 ) with: an application device ( 2 ), the at least one application electrode ( 3 ), wherein the application device is a brush electrode which consists of a cannula ( 40 ) and wires ( 41 ), whereby the cannula ( 40 ) is at least partially implantable in the body of a patient and an end to be implanted ( 46 ) and an end leading out of the body ( 47 ), wherein the wires can be pushed beyond the end of the cannula to be implanted into the nerve tissue to be stimulated and the tissue-side end of the wires forming application electrodes, the wires in the cannula are insulated from each other, so that the electronic circuit each wire a different electrical Signal, an electronic circuit ( 4 ), characterized in that the cannula ( 40 ) consists of an electrically conductive material and with the electronic circuit ( 4 ) is connected and can be used as an additional application electrode. Neurostimulator gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationseinrichtung (2) aus einer Netzelektrode (50) besteht, wobei die Netzelektrode flächig ausgebildet ist und eine Vielzahl einzelner, gegeneinander isolierter und damit getrennt von der elektronischen Schaltung (4, 54) ansteuerbarer Applikationselektroden (51) aufweist, die mit der elektronischen Schaltung elektrisch verbunden sind.Neurostimulator according to claim 1, characterized in that the application device ( 2 ) from a mesh electrode ( 50 ), wherein the network electrode is formed flat and a plurality of individual, mutually insulated and thus separated from the electronic circuit ( 4 . 54 ) controllable application electrodes ( 51 ) electrically connected to the electronic circuit. Neurostimulator gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (4, 54) in die Netzelektrode (50) integriert ist.Neurostimulator according to claim 2, characterized in that the electronic circuit ( 4 . 54 ) into the mesh electrode ( 50 ) is integrated. Neurostimulator gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung über Drähte (16) mit einer Energiequelle außerhalb des Körpers verbindbar ist und von der Energiequelle mit Energie versorgt werden kann.Neurostimulator according to claim 3, characterized in that the electronic circuit via wires ( 16 ) is connectable with an energy source outside the body and can be powered by the energy source with energy. Neurostimulator gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung einen Sender (19) und/oder Empfänger (17) aufweist, so dass sie über die Drähte (16) zur Energiequelle auch Daten schicken oder empfangen kann.Neurostimulator according to claim 4, characterized in that the electronic circuit comprises a transmitter ( 19 ) and / or recipients ( 17 ) so that they pass over the wires ( 16 ) can also send or receive data on the energy source. Neurostimulator mit: einer Applikationseinrichtung (2), die zwei Applikationselektroden (3) umfasst, und einer elektronischen Schaltung (4), die die Applikationselektroden (3) der Applikationseinrichtung mit elektrischen Signalen ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationselektroden Kohleelektroden sind, die bestimmt und geeignet sind, hinter den Ohren befestigt zu werden.Neurostimulator with: an application device ( 2 ), the two application electrodes ( 3 ), and an electronic circuit ( 4 ), the application electrodes ( 3 ) the application device with electrical signals, characterized in that the application electrodes are carbon electrodes, which are determined and adapted to be mounted behind the ears. Neurostimulator mit: einer Applikationseinrichtung (2), die mindestens eine Elektrode (3) umfasst, und einer elektronischen Schaltung (4), die der Elektrode (3) der Applikationseinrichtung elektrische Signale zuführt, Signale eines Sensors (11, 12, 13, 14, 15) empfängt und die elektrischen Signale in Abhängigkeit von den Sensorsignalen steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13) ein Signal aufnimmt, das mit der Kraft in einem monotonen Zusammenhang steht, die über die Füße eines Patienten auf den Untergrund übertragen wird.Neurostimulator with: an application device ( 2 ), the at least one electrode ( 3 ), and an electronic circuit ( 4 ), the electrode ( 3 ) the application device supplies electrical signals, signals of a sensor ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 ) and controls the electrical signals in dependence on the sensor signals, characterized in that the sensor ( 13 ) picks up a signal that is monotonically related to the force transmitted to the ground via the feet of a patient. Neurostimulator gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft durch piezoelektrische oder piezoresistive Schuheinlagen (13) gemessen wird.Neurostimulator according to claim 7, characterized in that the force is generated by piezoelectric or piezoresistive shoe inserts ( 13 ) is measured. Neurostimulator mit: einer Applikationseinrichtung (2), die mindestens eine Elektrode (3) umfasst, und einer elektronischen Schaltung (4), die der Elektrode (3) der Applikationseinrichtung elektrische Signale zuführt, Signale eines Sensors (11, 12, 13, 14, 15) empfängt und die elektrischen Signale in Abhängigkeit von den Sensorsignalen steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Drehratensensor (15) ist.Neurostimulator with: an application device ( 2 ), the at least one electrode ( 3 ), and an electronic circuit ( 4 ), the electrode ( 3 ) the application device supplies electrical signals, signals of a sensor ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 ) and controls the electrical signals in dependence on the sensor signals, characterized in that the sensor is a rotation rate sensor ( 15 ). Neurostimulator gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Gyroskop (15) ist.Neurostimulator according to claim 9, characterized in that the sensor is a gyroscope ( 15 ). Neurostimulator nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung über eine Funkverbindung (10, 25) Steuerbefehle erhält, wobei die Funkverbindung gemäß dem Bluetooth-Standard arbeitet.Neurostimulator according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical circuit is connected via a radio link ( 10 . 25 ) Receives control commands, the radio connection operating in accordance with the Bluetooth standard. Neurostimulator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne für die Funkverbindung möglichst nahe der Körperoberfläche, aber unter der Haut, implantiert wird.Neurostimulator according to claim 11, characterized in that the antenna for the radio connection as close to the body surface, but under the skin, is implanted. Neurostimulator nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung über ein optische Schnittstelle (9, 26), vorzugsweise eine Infrarotschnittstelle, Steuerbefehle erhält.Neurostimulator according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic circuit via an optical Interface ( 9 . 26 ), preferably an infrared interface, receives control commands. Neurostimulator nach einem der Ansprüche 7 bis 10 sowie 11 bis 13, soweit sie sich auf die Ansprüche 7 bis 10 rückbeziehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Neurostimulator eine Sendeeinrichtung zum Senden von gemessenen Sensordaten über Funk (10, 25) oder Licht (8, 27), vorzugsweise Infrarot, aufweist.Neurostimulator according to one of Claims 7 to 10 and 11 to 13, insofar as they relate to Claims 7 to 10, characterized in that the neurostimulator has a transmitting device for transmitting measured sensor data via radio ( 10 . 25 ) or light ( 8th . 27 ), preferably infrared. Neurostimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung einen Betriebsmodus aufweist, in dem ein Teil der Applikationselektroden (3) als Sensorelektroden verwendet wird.Neurostimulator according to one of claims 1 to 6 and claim 14, characterized in that the electrical circuit has an operating mode in which a part of the application electrodes ( 3 ) is used as sensor electrodes. Neurostimulator, dadurch gekennzeichnet, dass er durch mechanische Ankopplung, magnetische Ankopplung, chemische Ankopplung oder thermische Ankopplung eines Stimulationssignals einen Reiz erzeugt.Neurostimulator, characterized in that it generates a stimulus by mechanical coupling, magnetic coupling, chemical coupling or thermal coupling of a stimulation signal. Datenübertragungsverfahren von einem Steuergerät (24) zu einem Neurostimulator (1) mit den Schritten: Übertragen der Periodendauer oder einer entsprechenden Frequenz, Übertragen von Daten, die eine Standardimpulsform festlegen, wie beispielsweise die Breite oder Höhe der Impulse, gekennzeichnet durch den Schritt: Übertragen eines Verweises auf ein Datenpaket, das Informationen über den Beginn eines weiteren Impulses enthält, oder Übertragen der Information, dass kein weiteres Datenpaket folgt.Data transmission method from a control unit ( 24 ) to a neurostimulator ( 1 ) comprising the steps of: transmitting the period or a corresponding frequency, transmitting data defining a standard pulse shape, such as the width or height of the pulses, characterized by the step of: transmitting a reference to a data packet containing information about the beginning of another one Pulse contains, or transmitting the information that no further data packet follows. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verweis auf ein weiteres Datenpaket die Menge von Daten angibt, die zwischen dem Beginn des Verweises und dem weiteren Datenpaket übertragen werden.A method according to claim 17, characterized in that the reference to another data packet indicates the amount of data transmitted between the beginning of the reference and the further data packet. Datenübertragungsverfahren von einem Steuergerät zu einem Neurostimulator mit dem Schritt: Übertragen von Daten (78), die eine aperiodische Impulsform festlegen.Data transfer method from a controller to a neurostimulator, comprising the step of: transmitting data ( 78 ), which define an aperiodic pulse shape. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Impulsfrequenz übertragen wird.A method according to claim 19, characterized in that an average pulse frequency is transmitted.
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