DE19758114C2 - Electrode arrangement for spinal cord stimulation - Google Patents
Electrode arrangement for spinal cord stimulationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung zur Rüc kenmarkstimulation, insbesondere zur Stimulation der dicken afferenten Nervenfasern im Dorsal Column, gemäß dem Oberbe griff des Anspruchs 1.The invention relates to an electrode arrangement for reverse central stimulation, especially for stimulating the fat afferent nerve fibers in the dorsal column, according to the Oberbe handle of claim 1.
Aus der WO 95/19804 A1 ist eine derartige Elektrodenanordnung zur Rückenmarkstimulation bekannt, die ein streifenförmiges Trägerelement aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist, das hinter dem Rückenmark implantiert wird und dabei parallel zum Rückenmarkskanal ausgerichtet wird, wo bei eine Seite des Trägerelements dem Rückenmark zugewandt ist. Die Stimulation des Rückenmarks erfolgt hierbei durch drei streifenförmige Elektroden, die alle auf der dem Rüc kenmark zugewandten Seite des Trägerelements nebeneinander angebracht und ebenfalls parallel zum Rückenmarkskanal aus gerichtet sind. Die mittlere Elektrode dient hierbei als Kathode, während die beiden äußeren Elektroden als Anoden geschaltet werden.Such an electrode arrangement is known from WO 95/19804 A1 known for spinal cord stimulation, which is a stripe-shaped Carrier element made of an electrically insulating material which is implanted behind the spinal cord and is aligned parallel to the spinal canal where facing the spinal cord on one side of the support element is. The spinal cord is stimulated by three strip-shaped electrodes, all on the back kenmark side of the support element side by side attached and also parallel to the spinal canal are directed. The middle electrode serves as Cathode, while the two outer electrodes act as anodes be switched.
Diese bekannte Elektrodenanordnung mit drei nebeneinander angeordneten Elektroden bietet zum einen den Vorteil, daß die Rückenmarksstimulation örtlich wesentlich selektiver als bei einer unipolaren Elektrodenanordnung erfolgt, da das elektrische Feld durch die beiden äußeren Elektroden lateral eingeschränkt wird.This known electrode arrangement with three side by side arranged electrodes offers the advantage that spinal stimulation locally much more selective than with a unipolar electrode arrangement, because the electric field through the two outer electrodes is laterally restricted.
Zum anderen ist es mit einer derartigen Elektrodenanordnung auch möglich, die Feldverteilung postoperativ zu verändern, indem die äußeren Elektroden mit einer unterschiedlichen Amplitude angesteuert werden, wodurch sich das Feld lateral verschieben läßt, was beispielsweise bei einer postoperati ven lateralen Dislokation der Elektrodenanordnung oder bei einer unsymmetrischen Bindegewebsbildung an der Elektroden anordnung vorteilhaft sein kann.On the other hand, it is with such an electrode arrangement also possible to change the field distribution postoperatively, by placing the outer electrodes with a different Amplitude can be controlled, whereby the field is lateral can postpone what, for example, in a postoperati ven lateral dislocation of the electrode arrangement or at asymmetrical connective tissue formation on the electrodes arrangement can be advantageous.
Nachteilig bei dieser bekannten Elektrodenanordnung ist da gegen der relativ große laterale Platzbedarf, was zu einem relativ aufwendigen chirurgischen Eingriff bei der Implan tation führt und darüber hinaus die Traumatisierung bei der Implantation sowie die störend postoperative Bindegewebs bildung fördert.A disadvantage of this known electrode arrangement is that against the relatively large lateral space requirement, resulting in a relatively complex surgical procedure with the Implan tation leads and also traumatization at the Implantation as well as the disruptive postoperative connective tissue education promotes.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Elek trodenanordnung zur Rückenmarkstimulation zu schaffen, die bei möglichst geringem lateralen Platzbedarf eine örtlich selektive Rückenmarkstimulation ermöglicht.The invention is therefore based on the object, an elec Trode arrangement for spinal cord stimulation to create the with the smallest possible lateral space requirement allows selective spinal cord stimulation.
Die Aufgabe wird, ausgehend von einer Elektrodenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeich nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The task is based on an electrode arrangement according to the preamble of claim 1, by the character nenden features of claim 1 solved.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, bei einer Elektrodenanordnung der eingangs beschriebenen Art einen Teil der Elektroden auf der dem Rückenmark zugewandten Sei te des Trägerelements anzuordnen und die restlichen Elek troden auf der dem Rückenmark abgewandten Seite des Trä gerelements zu befestigen. Auf diese Weise läßt sich der laterale Platzbedarf der Elektrodenkonfiguration vorteil haft verringern, da die auf unterschiedlichen Seiten des Trägerelements angeordneten Elektroden durch das Trägerele ment gegeneinander isoliert werden und somit in lateraler Richtung überlappen können.The invention includes the technical teaching in one Electrode arrangement of the type described in the introduction Part of the electrodes on the side facing the spinal cord te to arrange the support element and the remaining elec tread on the side of the back facing away from the spinal cord to fix the element. In this way, the lateral space requirement of the electrode configuration advantageous reduce, because the different sides of the Carrier element arranged electrodes through the Trägerele ment are isolated from each other and thus laterally Direction can overlap.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind drei Elektroden vorgesehen, wobei auf der dem Rückenmark zuge wandten Seite des Trägerelements eine Elektrode mittig angeordnet ist, während die beiden anderen Elektroden außen auf der dem Rückenmark abgewandten Seite des Trägerelements befestigt sind. Die mittlere Elektrode wird hierbei vor zugsweise als Kathode geschaltet, während die äußeren Elek troden Anoden bilden, was vorteilhaft zu einer lateralen Einschränkung des elektrischen Feldes führt.In the preferred embodiment of the invention there are three Electrodes are provided, where on the spinal cord facing side of the support element, an electrode arranged in the middle while the other two electrodes are outside on the side of the support element facing away from the spinal cord are attached. The middle electrode is in front preferably connected as a cathode, while the outer elec tode anodes form, which is beneficial to a lateral Restriction of the electric field leads.
In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, die beiden äußeren Elektroden getrennt anzusteuern, um beispielsweise eine postoperative laterale Dislokation der Elektrodenan ordnung oder eine unsymmetrische Bindegewebsbildung durch eine entsprechend asymmetrische elektrische Ansteuerung zu kompensieren.In a variant of the invention, the two to control the outer electrodes separately, for example postoperative lateral dislocation of the electrodes order or an asymmetrical connective tissue formation a correspondingly asymmetrical electrical control too compensate.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zei gen:Other advantageous developments of the invention are in the subclaims or are identified below along with the description of the preferred embodiment the invention with reference to the figures. It shows gene:
Fig. 1 einen waagerechten Querschnitt durch den Oberkörper eines Menschen im Bereich des Rückenmarks mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung zur Rückenmarkstimula tion, Fig. 1 of a human in the area of the spinal cord tion a horizontal cross section through the upper body with an inventive electrode arrangement for Rückenmarkstimula,
Fig. 2a, 2b die Elektrodenanordnung aus Fig. 1 in perspektivischer Darstellung in der Rück ansicht bzw. Vorderansicht, FIGS. 2a, 2b, the electrode assembly of FIG. 1 in a perspective view in the rear view and front view,
Fig. 3 die Verteilung des von der Elektrodenan ordnung erzeugten elektrischen Feldes so wie Fig. 3 shows the distribution of the electric field generated by the electrode arrangement such as
Fig. 4a, 4b alternative Ausführungsformen einer Elek trodenanordnung zur Rückenmarkstimulation im Querschnitt. Fig. 4a, 4b alternative embodiments of a Elek trodenanordnung for spinal cord stimulation in cross section.
Die in Fig. 1 gezeigte Querschnittsdarstellung verdeut licht zunächst den anatomischen Aufbau der Wirbelsäule in der Höhe eines Wirbels. Aus der Darstellung ist ersicht lich, daß die einzelnen Wirbel jeweils ein vorderes Wirbel element 1v und ein hinteres Wirbelelement 1h aufweisen, die zusammen den Rückenmarkskanal umschließen, in dem sich das Rückenmark 2 befindet, das von einer Schicht 3 aus Gehirn- Rückenmarksflüssigkeit umgeben ist. An das Rückenmark 2 schließen sich seitlich die sogenannten dorsalen Wurzeln 4 an, die weiter seitlich in den Rückenmarksnerv 5 übergehen.The cross-sectional view shown in Fig. 1 first clarifies the anatomical structure of the spine at the height of a vertebra. From the illustration is ersicht Lich that the individual vertebrae in each case a front swirl element 1 v and a rear swirl element 1 having h, which together enclose the spinal canal where the spinal cord 2 is, surrounded by a layer 3 of cerebral spinal fluid is. The spinal cord 2 is adjoined laterally by the so-called dorsal roots 4 , which laterally merge into the spinal cord nerve 5 .
Weiterhin zeigt Fig. 1 eine Anordnung einer erfindungsgemä ßen Elektrodenanordnung 6, die im hinteren Bereich des Rüc kenmarkskanals zwischen dem Rückenmark 2 und dem hinteren Wirbelelement 1h implantiert und im wesentlichen parallel zum Rückenmarkskanal ausgerichtet wird, wobei eine Seiten fläche der streifenförmigen Elektrodenanordnung 6 dem Rüc kenmark 2 zugewandt ist, während die andere Seitenfläche der Elektrodenanordnung 6 nach hinten in Richtung des hin teren Wirbelelements 1h weist.Furthermore, FIG. 1 shows an arrangement of an inventive SEN electrode assembly 6, the implanted kenmarkskanals between the spinal cord 2 and the posterior vertebral element 1 h in the rear region of the bac and is aligned substantially parallel to the spinal column, wherein a side surface of the stripe-shaped electrode assembly 6 to the bac kenmark 2 is facing, while the other side surface of the electrode assembly 6 points towards the rear towards the rear vertebrae 1 h.
Diese Plazierung der Elektrodenanordnung 6 ist vorteilhaft, da das Hauptziel bei der Stimulation des Rückenmarks 2 in der Aktivierung der dicken afferenten Nervenfasern besteht, die in dem mit einer Strichlinie umrandeten Bereich 7 des Rückenmarks 2 liegen, der auch als Dorsal Column bezeichnet wird. This placement of the electrode arrangement 6 is advantageous since the main goal in the stimulation of the spinal cord 2 is to activate the thick afferent nerve fibers which lie in the area 7 of the spinal cord 2 which is also outlined with a dashed line and is also referred to as the dorsal column.
Der Aufbau einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung 6 ist aus den perspektivischen Darstellungen in den Fig. 2a und 2b ersichtlich, wobei Fig. 2a eine Rückansicht der Elektrodenanordnung 6 mit dem Rückenmark 2 wiedergibt, wäh rend Fig. 2b eine Vorderansicht der Elektrodenanordnung 6 zeigt. Aus diesen Darstellungen ist ersichtlich, daß die Elektrodenanordnung 6 ein streifenförmiges Trägerelement 8 aufweist, das aus elektrisch isolierendem Material besteht und in der vorstehend beschriebenen Weise im Rückenmarkska nal implantiert wird.The construction of an electrode assembly 6 according to the invention is apparent from the perspective views in FIGS. 2a and 2b, wherein Fig. 2a represents a rear view of the electrode assembly 6 with the spinal cord 2, currency rend Fig. 2b is a front view of the electrode assembly 6 shows. From these representations it can be seen that the electrode arrangement 6 has a strip-shaped carrier element 8 , which consists of electrically insulating material and is implanted in the spinal canal in the manner described above.
Auf der dem Rückenmark 2 abgewandten Seite des Trägerele ments 8 sind insgesamt acht streifenförmige Elektroden A befestigt, die als Anoden fungieren, während die zugehöri gen Kathoden K auf der dem Rückenmark 2 zugewandten Seite des Trägerelements 8 angebracht sind. Durch diese Vertei lung der Elektroden A, K auf die beiden Seiten des Träger elements 8 wird der laterale Platzbedarf der Elektrodenan ordnung 6 gegenüber einer nur einseitigen Anordnung der Elektroden A, K wesentlich verringert, da die auf gegen überliegenden Seiten angebrachten Elektroden A, K durch das Trägerelement 8 gegeneinander isoliert werden und somit kein seitlicher Abstand zwischen den Elektroden A, K erfor derlich ist.In the spinal cord 2 opposite side of the Trägerele ment 8 eight strip-shaped electrodes A are fixed, which act as anodes, while the related contractual cathodes K are attached to the spinal cord 2 facing side of the support member. 8 By this distribution of the electrodes A, K on the two sides of the carrier element 8 , the lateral space requirement of the electrode arrangement 6 is significantly reduced compared to a one-sided arrangement of the electrodes A, K, since the electrodes A, K mounted on opposite sides by the carrier element 8 are isolated from each other and thus no lateral distance between the electrodes A, K is neces sary.
Die Anoden A auf der dem Rückenmark 2 abgewandten Seite des Trägerelements 8 sind jeweils paarweise in einem einheitli chen Abstand nebeneinander, angeordnet und im wesentlichen parallel zum Rückenmarkskanal ausgerichtet, wobei die ein zelnen Anodenpaare entlang der Längserstreckung des Trä gerelements 8 in einer Linie übereinander angeordnet sind. Die zugehörigen Katoden K sind auf der dem Rückenmark 2 ab gewandten Seite des Trägerelements 8 jeweils in Höhe der Anodenpaare A angeordnet, so daß die Elektrodenanordnung 6 vier übereinander angeordnete tripolare Elektrodenkonfigu rationen aufweist, die getrennt angesteuert werden können und hierzu jeweils über getrennte elektrische Zuleitungen verfügen, die durch ein an der Unterseite des Trägerele ments 8 abgehendes Kabel 9 zu einem Stimulationsgerät ge führt werden.The anodes A on the side facing away from the spinal cord 2 of the carrier element 8 are each arranged in pairs at a uniform distance apart, aligned and aligned essentially parallel to the spinal canal, the individual anode pairs being arranged in a line one above the other along the longitudinal extension of the carrier element 8 . The associated cathodes K are arranged on the spinal cord 2 from the side of the support element 8 in each case at the level of the anode pairs A, so that the electrode arrangement 6 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 leads to a stimulation device via a cable 9 on the underside of the carrier element 8 .
Durch diese separate elektrische Ansteuerung der einzelnen tripolaren Elektrodenkonfigurationen ist es vorteilhaft möglich, die Feldverteilung in axialer Richtung zu steuern.Through this separate electrical control of the individual tripolar electrode configurations it is advantageous possible to control the field distribution in the axial direction.
Die tripolare Elektrodenkonfiguration mit jeweils zwei au ßenliegenden Anoden A und einer dem Rückenmark 2 zugewand ten mittig angeordneten Kathode K bietet den Vorteil, daß die Stimulation des Rückenmarks 2 wesentlich selektiver auf die dicken afferenten Nervenfasern im Dorsal Column 7 wirkt, da das elektrische Feld durch die außenliegenden An oden A lateral eingeschränkt wird.The tripolar electrode configuration, each with two outer anodes A and a cathode K arranged in the center of the spinal cord 2, has the advantage that the stimulation of the spinal cord 2 acts much more selectively on the thick afferent nerve fibers in the dorsal column 7 , since the electric field is caused by the external anode A is laterally restricted.
Zum anderen ist es auf diese Weise möglich, die elektrische Feldverteilung bei der Stimulation in lateraler Richtung zu variieren, indem die außenliegenden Anoden A der einzelnen tripolaren Elektrodenkonfigurationen mit unterschiedlichen Stimulationsamplituden beaufschlagt werden. Hierdurch wer den die Anforderungen an die laterale Positionierungsgenau igkeit bei der Implantation der Elektrodenanordnung 6 ver ringert, da eine geringfügige laterale Fehlstellung der Elektrodenanordnung 6 durch eine entsprechend asymmetrische Ansteuerung der außenliegenden Anoden A kompensiert werden kann. Eine derartig unsymmetrische Ansteuerung der Anoden A kann auch eingesetzt werden, um den Einfluß einer unsymmetrischen Bindegewebsbildung auf die Elektrodenimpedanz zu kompensieren.On the other hand, it is possible in this way to vary the electrical field distribution during the stimulation in the lateral direction by applying different stimulation amplitudes to the external anodes A of the individual tripolar electrode configurations. As a result, the requirements on the lateral positioning accuracy during the implantation of the electrode arrangement 6 are reduced, since a slight lateral misalignment of the electrode arrangement 6 can be compensated for by a correspondingly asymmetrical control of the external anodes A. Such an asymmetrical control of the anodes A can also be used to compensate for the influence of asymmetrical connective tissue formation on the electrode impedance.
Die durch die vorstehend beschriebene Elektrodenanordnung erzeugte Feldverteilung ist detailliert in Fig. 3 darge stellt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß die elektrischen Feldlinien E im Bereich des Dorsal Column 7 besonders dicht verlaufen, was dort mit einer relativ gro ßen elektrischen Feldstärke verbunden ist und somit eine örtlich stark selektive Stimulation der im Dorsal Column 7 befindlichen afferenten Nervenfasern führt, ohne die effe renten Motorfasern zu aktivieren.The field distribution generated by the electrode arrangement described above is shown in detail in Fig. 3 Darge. From this representation it can be seen that the electric field lines E in the area of the dorsal column 7 run particularly closely, which is connected there with a relatively large electric field strength and thus leads to a locally highly selective stimulation of the afferent nerve fibers located in the dorsal column 7 without to activate the efficient motor fibers.
Die in Fig. 4a im Querschnitt dargestellte Elektrodenan ordnung unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Elektrodenanordnung im wesentlichen dadurch, daß die laterale Ausdehnung der im implantierten Zustand dem Rückenmark zugewandten Kathode K* wesentlich kleiner ist als die laterale Ausdehnung der beiden Anoden A', A", die auf der dem Rückenmark abgewandten Seite des Trägerele ments 10 angebracht sind. Hierdurch wird die Feldstärke vor der Kathode K* und damit im Bereich des Dorsal Column 7 er höht, was vorteilhaft zu einer weiteren Steigerung der ört lichen Selektivität bei der Stimulation der dicken afferen ten Nervenfasern führt.The electrode arrangement shown in cross section in FIG. 4a differs from the electrode arrangement shown in FIGS. 1 to 3 essentially in that the lateral extension of the cathode K * facing the spinal cord in the implanted state is substantially smaller than the lateral extension of the two Anodes A ', A ", which are attached to the side of the carrier element 10 facing away from the spinal cord. This increases the field strength in front of the cathode K * and thus in the region of the dorsal column 7 , which advantageously leads to a further increase in the local area Selectivity in the stimulation of the thick afferent nerve fibers leads.
Fig. 4b zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung zur Rückenmark stimulation, das sich von den vorstehend beschriebenen Elektrodenanordnungen dadurch unterscheidet, daß die ein zelnen Elektroden jeweils aus dünnen Drähten A0, K0 aus elektrisch leitfähigem Material bestehen, die jeweils in die Seitenflächen des Trägerelements 10 eingelassen und parallel zur Längserstreckung des Trägerelements 10 ausge richtet sind, wobei sich die Kathodendrähte K0 auf der dem Rückenmark zugewandten Seite des Trägerelements 10 befin den, wohingegen die Anodendrähte A0 auf der dem Rückenmark abgewandten Seite in das Trägerelement 10 eingelassen sind. Die einzelnen Elektroden A0, K0 lassen sich durch separate Zuleitungen elektrisch getrennt ansteuern, wodurch sich die Feldverteilung in weiteren Grenzen einstellen läßt, um ei nen möglichst guten Stimulationseffekt zu erzielen. Die Im plantation dieser Elektrodenanordnung erfolgt in der glei chen Weise wie vorstehend in der Beschreibung zu Fig. 1 erläutert. Fig. 4b finally shows another embodiment of an electrode arrangement according to the invention for spinal cord stimulation, which differs from the electrode arrangements described above in that the individual electrodes each consist of thin wires A 0 , K 0 made of electrically conductive material, each in the side surfaces of the carrier element 10 are inserted and aligned parallel to the longitudinal extent of the carrier element 10 , the cathode wires K 0 being on the side of the carrier element 10 facing the spinal cord, whereas the anode wires A 0 are embedded in the carrier element 10 on the side facing away from the spinal cord . The individual electrodes A 0 , K 0 can be controlled electrically separately by means of separate feed lines, as a result of which the field distribution can be set within further limits in order to achieve the best possible stimulation effect. The implantation of this electrode arrangement takes place in the same manner as explained above in the description of FIG. 1.
Claims (6)
einem aus elektrisch isolierendem Material bestehenden streifenförmigen Trägerelement (8) zur Implantation an der Hinterseite des Rückenmarks (2) im wesentlichen parallel zum Rückenmarkskanal und mit einer seiner beiden Seitenflä chen dem Rückenmark (2) zugewandt,
mindestens drei an dem Trägerelement (8) nebenein ander befestigten und jeweils im wesentlichen parallel zu dem Trägerelement (8) ausgerichteten langgestreckten Elek troden (A, K), die zum bipolaren Anschluß an ein Stimulati onsgerät mit mindestens zwei elektrisch gegeneinander iso lierten Zuleitungen verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Elektrode (K) und die beiden äußeren Elek troden (A) zur Verringerung des lateralen Platzbedarfs auf gegenüberliegenden Seiten des Trägerelements (8) angebracht sind.1. Electrode arrangement ( 6 ) for spinal cord stimulation, in particular for stimulating the thick afferent nerve fibers in the dorsal column ( 7 )
a strip-shaped carrier element ( 8 ) made of electrically insulating material for implantation on the back of the spinal cord ( 2 ), essentially parallel to the spinal canal and facing the spinal cord ( 2 ) with one of its two side surfaces,
at least three on the support element ( 8 ) next to each other and each substantially parallel to the support element ( 8 ) aligned elongated elec trodes (A, K), which are connected to the bipolar connection to a stimulation device with at least two electrically isolated supply lines ,
characterized in that the central electrode (K) and the two outer electrodes (A) are arranged on opposite sides of the carrier element ( 8 ) to reduce the lateral space requirement.
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