DE69921449T2

DE69921449T2 - Verfahren zur behandlung von hirnleiden mittels gesteuerter wärmezufuhr

Info

Publication number: DE69921449T2
Application number: DE69921449T
Authority: DE
Inventors: Ronald P. Lesser; S. Robert W. Webber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2019-01-13
Also published as: EP1047362A4; AU2312899A; CA2318243A1; EP1047362A1; DE69921449D1; US6248126B1; WO1999034758A1; AU754269B2; ES2234235T3; EP1047362B1; ATE280555T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Intensivverfahren zur Behandlung einer Hirnfunktionsstörung unter Verwendung von Wärmeübertragung zur Verbesserung der Hirnfunktion. Wärmeübertragung kann mit elektrischer Stimulation des Hirns oder direkter Infusion therapeutischer Mittel in das Hirn verbunden sein, um das Auftreten z.B. eines epileptischen Anfalls zu verringern oder zu verhindern. Das Verfahren kann auch für andere Hirnfunktionsstörungen als Epilepsie, für spinale Funktionsstörungen und für Funktionsstörungen anderer Körperorgane und -gewebe verwendet werden.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Epilepsie ist ein bedeutendes medizinisches Problem, da zu jedem Zeitpunkt annähernd 1% der Bevölkerung der Vereinigten Staaten von dieser Krankheit betroffen ist, insgesamt etwa 2,6 Millionen Menschen. Die Häufigkeit von Epilepsie ist bei Kindern und älteren Menschen höher, so dass ungefähr 3,5% der Bevölkerung zu irgendeinem Zeitpunkt in ihrem Leben an Epilepsie leiden ^1,3,20,21. Bei 70% der Patienten sind die Anfälle kontrollierbar, aber etwa 30% der Patienten erleiden Anfälle, die behandlungsresistent sind. Schätzungen zufolge betragen die Kosten allein für alle diejenigen, bei denen 1990 eine Epilepsie neu diagnostiziert wurde, auf die Lebensdauer gerechnet in Dollar zum Wert von 1990 3 Milliarden Dollar, wovon gut 1 Milliarde unmittelbare Kosten und der Rest mittelbare Kosten sind. Für diejenigen, deren Anfälle kontrollierbar sind, betragen die Kosten pro Patient gut 4.000 $. Die Zahl steigt auf ungefähr 138.000 $ für Patienten mit dauerhafter, hartnäckiger, lebenslanger Epilepsie. In Dollar zum Wert von 1991 betrugen die unmittelbaren Kosten der Behandlung von Epilepsie in den Vereinigten Staaten 1,8 Milliarden Dollar, und die mittelbaren Kosten betrugen 8,5 Milliarden Dollar ^1,3. Daher ist die Krankheit ein wesentliches Gesundheitsproblem, und es besteht Bedarf an verbesserten Behandlungen, um die Krankheit zu kontrollieren und ihre Belastung der Gesellschaft insgesamt zu verringern.
Epileptische Anfälle treten aufgrund einer abnormen Intensität und synchronisiertem Feuern von Hirnzellen auf. Generalisierte Anfälle können im Wesentlichen im gesamten Hirn gleichzeitig beginnen, während andere, die als Fokal- oder Teilanfälle bekannt sind, in einem lokalen Bereich des Hirns beginnen und sich anschließend ausbreiten. Daher scheinen sowohl verbreitete als auch lokale Mechanismen am Auftreten von Anfällen beteiligt zu sein. Beispielsweise zeigen sich Anfälle als anfallartige Entladungen, die die Hirnrinde befallen, die äußerste Schicht des Hirns, obwohl sich erwiesen hat, dass paradoxerweise eine Stimulation des Thalamus und anderer subkortikaler Bereiche, die tiefer im Hirn liegen, Anfälle nicht nur auslöst, sondern auch unter Kontrolle hält oder sogar verhindert. Es gibt Hinweise darauf, dass der Thalamus und die Substantia nigra an der Entwicklung bestimmter Arten von Anfällen beteiligt sind ^{15,9,41,39,13}. Noch verbreitetere Mechanismen können eine Rolle spielen, wie die erfolgreiche Anwendung einer Vagusnervstimulation zur Behandlung einiger Anfälle zeigt. Der Vagusnerv liegt im Nacken und erstreckt sich zu dem Hirnstamm, von dem aus er breit gefächerte Verbindungen mit dem Hirn hat, darunter Zweige zum Thalamus ^32,22. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine chronische Vagusnervstimulation bei einem Drittel der behandelten Patienten Anfälle um 50% oder mehr reduzieren kann ^14,4. Ein Vagusnervstimulator ist seit kurzem im Handel erhältlich. Die bisherigen Informationen deuten darauf hin, dass er mäßig wirksam ist, jedoch nur selten Anfälle vollständig unter Kontrolle hält.
Bei einigen Patienten sind die Anfälle ausreichend lokal begrenzt, so dass die Entfernung eines bestimmten Bereichs des Hirns die Anfälle völlig unter Kontrolle halten kann ¹¹. Elektrische Stimulierung bietet ein nicht-operatives Mittel zum Beeinträchtigen der Entstehung lokaler Anfälle ^38,32,34,27. Bei experimentellen Tiermodellen kann die Anwendung von Medikamenten an einem Anfallfokus die Anfallsaktivität unterdrücken oder ausschalten ^{10,28,16,24,33}.
Es ist bekannt, dass Hypothermie sowohl bei experimentellen Tierpräparationen als auch bei Menschen eine Schutzwirkung auf das Hirn ausübt ^{5,31,8,29,18,19}. Diese Schutzwirkung auf das Hirn ist einer der Gründe, weshalb Hypothermie bei medizinischen Vorgängen, z.B. Herzoperationen, angewandt wird ⁶. Hypothermie verändert die elektrische Aktivität des Kortex an Modellen von Hirnischämie und verringert die Produk tion der anregenden Neurotransmitter Glutamat und Dopamin ⁷. Hypothermie scheint auch das Auftreten, die Häufigkeit und Amplitude kortikaler Potenziale zu verringern und unterdrückt die Anfallaktivität ^35,12,2,40. Es wird angenommen, dass die Kühlung Anfälle verhindert oder unterbricht, indem sie die kortikale Erregbarkeit verringert. Eine Kühlung von Hirngewebe kann gefahrlos vorgenommen werden, wenn sie richtig durchgeführt wird. Z.B. ist eine Befeuchtung des Schläfenhorns des Seitenventrikels mit eiskalter Flüssigkeit zum Kühlen des Hippocampus erfolgreich bei der akuten Veränderung von Gedächtnisfunktionen bei Menschen ohne offensichtliche schädliche Wirkungen ²⁵.
Eine Verhinderung von Anfällen unter Verwendung eines dieser Verfahren setzt voraus, dass man weiß, wann ein Anfall auftritt. Zahlreiche Ansätze zur Erkennung von Anfällen wurden erforscht ^{36,37,17,26,30,38,23,42,43}. Ein potenzielles Verfahren nutzt neurale Netze als Mittel zur Erkennung von Anfällen. Der Vorteil dieses Ansatzes liegt darin, dass die Computererfassung verändert werden kann, um auf den einzelnen Patienten abgestimmt zu werden. Implantierte Elektroden können einen Algorithmus auf der Basis neuraler Netze nutzen, um Anfallsaktivität zu erkennen. Alternativ können mehrere regelbasierte oder Schläfenvergleichsverfahren für eine Anfallserkennung sowie Verfahren, die Anfälle als chaotische Attraktoren im Modell darstellen, angewandt werden.
WO 97/26823 offenbart Techniken zur Behandlung von Epilepsie unter Verwendung elektrischer und thermaler Stimulation.
US-Patent 5,713,923 von Ward et al. (Ward '923) offenbart Techniken zur Behandlung von Epilepsie unter Verwendung einer Kombination von elektrischer Stimulierung des Hirns und Medikamenteninfusion in Neuralgewebe. Die Stimulation kann darauf gerichtet sein, die Leistung hemmender Strukturen wie z.B. des Kleinhirns, des Thalamus oder des Hirnstamms zu steigern, oder sie kann epileptogene Bereiche deaktivieren. Diese Verfahren beruhen tendenziell auf dauerhafter Stimulation von hemmenden Systemen des Hirns mit dem Ziel der Verringerung der Hintergrundneigung zur Epileptogenese. Historisch gesehen war die Stimulation von hemmenden Strukturen allein bei der Kontrolle von Anfällen nicht besonders erfolgreich. Ward '923 verwendet eine implantierbare Elektrode, um den Beginn eines Anfalls zu erkennen, was eine regulierbare Stimulation des Hirns während der anfänglichen Anfallsaktivität erlaubt. Die Kombination einer Medikamenteninfusion mit Hirnstimulation, wie in Ward '923 offenbart, würde jedoch bei vielen Anfallarten nicht wirken. Viele Medikamente sind bei Körpertemperatur nicht besonders stabil, was sie für eine Langzeitlagerung in einer implantierten Infusionsvorrichtung ungeeignet macht. Es bestehen bestimmte Risiken für Patienten, die die kombinierte Therapie nach Ward '923 erhalten, einschließlich eines erhöhten Risikos der Anfallfortpflanzung aufgrund der Hirnstimulation sowie medikamentenbedingte Nebenwirkungen. Während die Methode nach Ward '923 also für die Kontrolle einiger Anfälle geeignet ist, erleidet ein wesentlicher Anteil der Patienten Anfälle, die nicht nach der Methode von Ward '923 behandelt werden können.
Daher besteht das Bedürfnis, die therapeutischen Möglichkeiten zu verbessern, die Personen mit Hirnfunktionsstörungen wie Epilepsie zur Verfügung stehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1 und 8.
Die Vorrichtung kann bei einem Verfahren zur Behandlung einer Hirnfunktionsstörung durch Wärmeübertragung von Hirngewebe verwendet werden, das die Schritte aufweist:

– Operatives Schneiden einer Wärmeübertragungsöffnung in den Schädel des Patienten, wodurch ein vorher bestimmter Abschnitt des Hirns des Patienten freigelegt wird;
– operatives Implantieren einer Wärmepumpe mit einem oder mehreren Aktivitätssensorelementen und einem oder mehreren Temperatursensorelementen in diese Wärmeübertragungsöffnung;
– Operatives Implantieren einer Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit in eine Körperöffnung des Patienten, so dass eine Mikrosteuerungseinrichtung der Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit mit einem oder mehreren Aktivitätssensorelementen und einem oder mehreren Temperatursensorelementen verbunden ist, die mit Hirngewebe in Verbindung stehen; und
– Verbinden der Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit mit der Wärmepumpe über ein Leitungsbündel;

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung in einem Verfahren zum Reduzieren oder Verhindern des Auftretens eines Anfalls verwendet werden, das das Kühlen von Hirngewebe an oder nahe an einem Anfallfokus oder einer Hirnstruktur, die Anfälle moduliert, umfasst.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung in einem Verfahren zum Reduzieren oder Verhindern des Auftretens eines Anfalls verwendet werden, das das Kühlen von Hirngewebe und das elektrische Stimulieren des Hirns an oder nahe an einem Anfallfokus oder einer Hirnstruktur, die Anfälle moduliert, umfasst.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung in einem Verfahren zum Reduzieren oder Verhindern des Auftretens eines Anfalls verwendet werden, das das Kühlen von Hirngewebe und die Infusion eines therapeutischen Mittels in das Hirn an oder nahe an einem Anfallfokus oder einer Hirnstruktur, die Anfälle moduliert, umfasst.
Bei noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung in einem Verfahren zum Reduzieren oder Verhindern des Auftretens eines Anfalls verwendet werden, das das Kühlen von Hirngewebe und das elektrische Stimulieren des Hirngewebes und die Infusion eines therapeutischen Mittels in das Hirn an oder nahe an einem Anfallfokus oder einer Hirnstruktur, die Anfälle moduliert, umfasst.
Das Verfahren sieht die Anordnung von Elektroden in oder an dem Hirnbereich/den Hirnbereichen der Anfallfoci und die Verwendung mathematischer Algorithmen zum Entdecken eines Anfallbeginns vor. Sobald ein Anfallbeginn entdeckt wird, wird die Kühlung des Hirngewebes begonnen, um abnormales Feuern der Hirnzellen zu reduzieren. Die Elektroden, die das Auftreten des Anfalls erfassen, können an der Kortexoberfläche, tief in dem Kortex, wohin eine Oberflächenelektrode nicht gelangt, oder in tieferen, subkortikalen Bereichen des Hirns wie dem Thalamus angeordnet sein. Ähnlich kann die Kühlung und andere Behandlungen an dem Kortex, in subkortikalen Regionen oder in beiden erfolgen. Das Verfahren sieht eine Vielzahl von Techniken vor, die einzeln oder zusammen angewandt werden können, je nach der individuellen Anfallssituation. Die Kontrolle eines individuellen Ereignisses kann nur eines dieser Verfahren erfordern oder kann eine Kombination von zwei oder mehr Vorgängen erfordern, darunter z.B. Hypothermie und Medikamenteninfusion zusammen mit elektrischer Hirnstimulation. Weil Einzel- und Kombinationstechniken vorgesehen sind, wird die Wahrscheinlichkeit der Anfallskontrolle erhöht, da die Therapie auf die Bedürfnisse des einzelnen Patienten zugeschnitten werden kann. Die Gesamtmenge der Behandlung wird auf das notwendige Minimum beschränkt, da Patienten nur dann mit dem Verfahren behandelt werden, wenn ein Anfall unmittelbar bevorsteht oder auftritt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht eine Kontrolle von Hirnfunktionsstörungen, z.B. unbehandelbarer Schmerz, psychische Störungen und Bewegungsstörungen vor. Beispiele solcher Erkrankungen umfassen Dystonie oder Tremor, manischdepressive Erkrankungen, Panikanfälle und Psychosen, die sich durch akute Verhaltensänderungen zeigen können.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht eine Kontrolle von Schwellungen und Entzündungen des zentralen Nervensystems vor. Z.B. ein Anschwellen von Hirn- oder Spinalgewebe aufgrund von Traumata, Blutungen, Enzephalitis oder lokaler Myelitis, Massenläsionen wie Tumore, Zysten und Abszesse sowie unbehandelbare Migränekopfschmerzen können durch erfindungsgemäße Kühlung kontrolliert werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht eine Kontrolle von Schwellungen, Entzündungen oder lokalem Schmerz in Organen vor, die nicht zum zentralen Nervensystem gehören.
Diese und andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der unten stehenden ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Hauptkomponenten der Erfindung. Eine Wärmeübertragungsöffnung (WÜÖ) wird operativ in den Schädel des Patienten geschnitten. Anschließend wird eine Wärmepumpe in dieser Öffnung angeordnet. Die Einrichtung ist an der Hirnoberfläche angeordnet, um oberflächliche Foci zu behandeln, so dass die WÜÖ an der Oberfläche der zu behandelnen Hirnsektion aufliegt. Eine Behandlung eines Abschnitts des Hirns unterhalb der Oberfläche wird erreicht, indem die WÜÖ an einer geeigneten Stelle der Hirnoberfläche angeordnet wird, wobei Röhren in den zu behandelnden tieferen Hirnbereich führen. Das Verhältnis der Wärmepumpe zu Hirn, Schädel und Kopfhaut ist für die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Ein Leitungsbündel verbindet die Wärmepumpe mit der Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit (WÜSE), die in einer geeigneten Körperöffnung angeordnet ist.
2 zeigt die Wärmepumpenanordnung von Peltier-Elementen, die mit Sensorelementen verbunden sind, die der WÜSE signalisieren, Wärmesteuerung in Reaktion auf abnorme elektrische Hirnaktivität vorzusehen.
3 zeigt die Komponenten der WÜSE, die Signale von den Sensorelementen analysieren und bei Bedarf die Wärmepumpe aktivieren.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft Hypothermie in Kombination mit Hirnstimulation als Behandlung von Hirnfunktionsstörungen wie Epilepsie. Dies kann erreicht werden, indem eine Hirnstruktur stimuliert wird, die Anfälle moduliert. Modulation ist hier als Verstärkung oder Abschwächung der neuronalen Erregbarkeit einer Hirnregion, die für die Erzeugung von Anfällen verantwortlich ist, definiert. Hirnstrukturen, auf die die Stimulation abzielt, können hemmender oder erregender Art sein. Beispielsweise kann die Leistung hemmender Strukturen, z.B. des Kleinhirns, des Thalamus oder des Hirnstamms durch Hirnstimulation erhöht werden, um das Feuern von Zellen in einem an einem anderen Ort befindlichen Anfallfokus zu hemmen.
Ein weiterer Aspekt zielt auf Regionen ab, in denen eine Behandlung eine epileptogene Aktivität unmittelbar blockieren kann. Solche Ziele umfassen den Hippocampus, den Neokortex sowie subkortikale und Hirnstammregionen. Es wird davon ausgegangen, dass unterschiedliche Ziele bei unterschiedlichen Arten von Hirnfunktionsstörungen wichtig sind. Z.B. können Patienten mit einseitiger, am Hippocampus aufretender Epilepsie eine Hippocampusentfernung in Erwägung ziehen, aber die Operation birgt für einige Patienten das Risiko einer Gedächtnisstörung. Solche Patienten können von dem risikoärmeren Hypothermie- und elektrischen Hirnstimulationsvorgang gemäß der Erfindung profitieren. Bei anderen Patienten, die an einer bilateralen Hippocampuserkrankung leiden, können Hypothermie und elektrische Stimulation eine wirksame Behandlung sein, da eine einseitige Hippocampusentfernung nicht nutzbringend wäre und eine bilaterale Entfernung aufgrund von Risiken für das Gedächtnis nicht in Frage kommt.
Die Hypothermie- und Hirnstimulationsbehandlung kann erreicht werden, indem Hirnbereiche konstant oder in bestimmten Abständen stimuliert werden. Rückkopplungsgetriebene Stimulation von einer Hirnüberwachung von Anfallmustern oder Prä-Anfallmustern ist erfindungsgemäß auch geeignet, so dass eine Behandlung zur Verhinderung einer Fortdauer oder Ausbreitung von Anfallmustern bei Erkennung der Anfallaktivität verabreicht werden kann. Beispielsweise können veränderte neurale Entladungen im Hippocampus, im Mandelkern, im Neokortex oder an anderen Stellen beim Auftreten eines Anfalls vorhanden sein. Solche Muster treten oft lokal auf, können sich aber ausbreiten, bevor sich ein Anfall klinisch manifestiert. Diese Veränderungen können erkannt und durch Stimulation in Verbindung mit Hypothermie abgemildert oder beseitigt werden. Patienten erleben oft Auren als wahrnehmbare Warnungen vor bevorstehenden Anfällen. Tatsächlich sind Auren sehr schwache Anfälle, die nicht so weit fortschreiten, dass sie das Bewusstsein verändern. Hypothermie und Stimulation können die Ausbreitung solcher Auren blockieren. Daher kann ein Patient Auto fahren und andere normale tägliche Aktivitäten ausüben. Stimulation kann auch eine Synchronisation iktalen Feuerns stören. Synchronisation oder Aufnahme einer Vielzahl von Hirnbereichen in ein Anfallmuster hängt eng mit der Ausbreitung der Anfallaktivität im Gehirn zusammen. Daher kann entweder chronische Stimulation oder rückkopplungsbasierte episodenartige Stimulation die Synchronisation behindern und so die Anfallentwicklung verhindern.
Ein Aspekt des Verfahrens besteht in einer systematischen Auswertung neokortikaler iktaler Feuerungsmuster und der Bestimmung von Verfahren zur Störung dieser Muster. Diese Muster und Aktivitäten sind durch klinische Epilepsie-Beobachtungszentren umfassend beobachtet worden. Feuerungsmuster unterscheiden sich von Patient zu Patient so, dass kein Muster bei allen Epilepsiepatienten auftreten wird. Systematische Auswertung des Feuerungsmusters ermöglicht eine Optimierung der Behandlung für jeden Patienten. Hirnzellenaktivität kann durch elektrische oder chemische Sensorelemente (Aktivitäts-Sensorelemente) beobachtet werden, die mit Hirnstrukturen in Kontakt stehen, um abnorme neuronale Feuerungsmuster zu erkennen.
Die Anordnung der Elektroden zum Erreichen von Anfallfoci kann erfindungsgemäß ähnlich patientenspezifisch sein. EEG-Aufzeichnungen deuten darauf hin, dass einige Anfälle an der Kortexoberfläche beginnen, während andere tief in den inneren Hirnstrukturen ihren Ausgang nehmen, z.B. im Hippocampus, dem Mandelkern und dem Thalamus. Obwohl Anfälle als rein subkortikales Phänomen auftreten können, vermuten viele Epileptologen, dass Anfälle den Kortex betreffen, jedoch von thalamokortikalen Bahnen ausgelöst werden oder diese sekundär betreffen. So können sowohl kortikale als auch subkortikale Stimulation Anfälle unterbrechen oder kontrollieren, jedoch müssen bei unterschiedlichen Patienten unterschiedliche Stellen stimuliert werden, damit eine Wirkung eintritt. Es wurde festgestellt, dass zusätzlich zu den oben genannten Hirnstrukturen andere subkortikale Regionen wie die Area tempesta und der Nucleus caudatus in einigen Situationen wichtige Bereiche für die Iniitierung oder Ausbreitung eines Anfalls sind und daher Zielbereiche für eine therapeutische Intervention sein können.
Das Verfahren sieht auch die Anordnung eines Katheters oder einer ähnlichen Röhre im Gehirn vor, um Medikamente direkt zu einem Anfallfokus oder einer Hirnstruktur, die Anfallaktivität moduliert, zuzuführen. In Verbindung mit kontrollierter Hypothermie kann die direkte Infusion von Medikamenten in das Gehirn das Auftreten von Anfällen reduzieren oder verhindern. Beispiele für Medikamente, die bei der Erfindung nutzbringend sind, umfassen therapeutische Mittel wie Hydantoine, Desoxybarbiturate, Benzodiazepine, Glutamat-Rezeptor-Agonisten, Glutamat-Rezeptor-Antagonisten, γ-Aminobuttersäure-Rezeptor-Agonisten, γ-Aminobuttersäure-Rezeptor-Antagonisten, Dopamin-Rezeptor-Agonisten, Dopamin-Rezeptor-Antagonisten und Narkosemittel.
Akute und chronische Tiermodelle von Epilepsie wie Kindling- und Kobalt/Östrogen/Penicillinmodelle deuten darauf hin, dass Hypothermie in Verbindung mit Hirnstimulation und/oder direkter neuraler Medikamenteninfusion Hirnfunktionsstörungen bei Menschen erfolgreich kontrollieren kann.
Das Verfahren sieht die Kontrolle von Hirnfunktionsstörungen, z.B. unbehandelbarer Schmerz, psychische Störungen und Bewegungsstörungen, vor. Erkrankungen wie Dystonie oder Tremor, manisch-depressive Erkrankungen, Panikanfälle und Psychosen sind durch abweichende neuronale Aktivität gekennzeichnet, die durch kontrollierte Hypothermie abgemildert werden kann.
Ein weiterer Aspekt des Verfahrens ist die Kontrolle von Schwellungen und Entzündungen des zentralen Nervensystems. In diesem Zusammenhang wirkt die implantierbare Wärmeübertragungseinrichtung im Wesentlichen wie ein kontrollierte innere kalte „Kompresse". Kältetherapie ist für die Behandlung von Schwellungen bekannt, und die Erfindung stellt ein feinreguliertes Mittel zum Erzielen einer Kältetherapie zur Verfügung. Beispielsweise können Schwellungen von Hirn- oder Spinalgewebe aufgrund von Traumata, Blutungen, Enzephalitis oder lokaler Myelitis, Massenläsionen wie Tumoren, Zysten und Abszessen reduziert oder beseitigt werden, indem das befallene Gewebe erfindungsgemäß gekühlt wird. Ebenso können unbehandelbare Migränekopfschmerzen durch erfindungsgemäße Hypothermie kontrolliert werden.
Das Verfahren zur Kontrolle von Hirn- oder Spinalgewebeschwellungen und/oder -entzündungen durch kontrollierte Kühlung wird im Wesentlichen so durchgeführt, wie für die Hirnkühlung zur Regulierung von Anfällen beschrieben. Kurz gesagt umfasst das Verfahren das operative Schneiden einer Wärmeübertragungsöffnung in Schädel oder Wirbelsäule eines Patienten, wodurch ein vorher bestimmter Abschnitt des Hirns oder Rückenmarks des Patienten freigelegt wird. Eine Wärmepumpe mit einem oder mehreren Zellaktivitäts-Sensorelementen und einem oder mehreren Tem peraturaktivitäts-Sensorelementen wird operativ in diese Wärmeübertragungsöffnung implantiert. Die Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit wird so angeschlossen, dass eine Mikrosteuerungseinrichtung der Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit mit einem oder mehreren elektrischen Sensorelementen verbunden ist und ein oder mehrere Temperatursensorelemente mit Hirn- oder Rückenmarksgewebe in Kontakt stehen. Die Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit ist durch ein Leitungsbündel mit der Wärmepumpe verbunden. In Reaktion auf Signale von einem oder mehreren Sensorelementen bestimmen mathematische Algorithmen der Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit abnorme Hirn- oder Rückenmarksaktivität, wodurch bewirkt wird, dass die Wärmepumpe Wärme von dem Hirn oder Rückenmark in einen Kühlkörper überträgt, wodurch eine Kühlung verursacht wird.
Das Verfahren ist als Mittel zur Kontrolle von Schwellungen, Entzündungen oder lokalem Schmerz in Organen gedacht, die nicht zum zentralen Nervensystem gehören. Regional oder lokal ausgerichtete Kühlung von Thorax- und Abdomen-Organen, einschließlich Leber und Darm, sowie von Skelettmuskeln kann Schmerz, Schwellungen oder Entzündungen kontrollieren, die mit diesen Organen in Zusammenhang stehen. Zu diesem Zweck können eine Wärmepumpe und eine Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit operativ z.B. in das Abdomen eines Patienten implantiert werden, wobei im Wesentlichen die gleiche Methode verwendet wird, die hierin für die gerichtete Hirnhypothermie beschrieben wurde. Kurz gesagt wird der Vorgang begonnen, indem ein Einschnitt in Muskulatur, Faszie und Körperöffnungs-Deckschichten und Haut eines Patienten vorgenommen wird, wodurch ein vorher bestimmter Abschnitt des Organs freigelegt wird. Anschließen wird eine Wärmepumpe mit einem oder mehreren Aktivitäts-Sensorelementen und einem oder mehreren Temperatur-Sensorelementen operativ durch diesen Einschnitt implantiert. Eine Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit wird so angeschlossen, dass eine Mikrosteuerungseinrichtung der Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit mit einem oder mehreren Aktivitäts-Sensorelementen und einem oder mehreren Temperatur-Sensorelementen verbunden ist, die mit Organgewebe in Kontakt stehen. Ein Leitungsbündel verbindet die Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit mit der Wärmepumpe. In Reaktion auf Signale von einem oder mehreren Aktivitäts- oder Temperatur-Sensorelementen erfassen mathematische Algorithmen der Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit abnorme Organzellenaktivität. Solche abnorme Aktivität bewirkt, dass die Mikrosteuerungseinrichtung in der Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit der Wärmepumpe befiehlt, die Kühlung zu beginnen, um beispielsweise Nozirezeptoraktivität zu unterbinden, die mit Schwellungen, Entzündungen und Schmerz in Zusammenhang stehen.
Das Verfahren sieht auch ein kontrolliertes Erwärmen eines hypothermischen Hirns vor. Das Erwärmen kann durch eine Wärmeübertragung zu dem Hirngewebe erreicht werden, wobei eine operativ implantierte Wärmeübertragungs- und Erfassungsvorrichtung verwendet wird, im Wesentlichen so, wie oben für die Hirnkühlung beschrieben. Abnorm geringes Hirnzellenfeuern kann von elektrischen Sensoreinheiten entdeckt und beobachtet werden, die in ein hypothermisches Hirn implantiert werden. Die Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit wird operativ in eine Körperöffnung eines Patienten implantiert. In Reaktion auf Signale von einem oder mehreren elektrischen Sensorelementen bestimmen mathematische Algorithmen der Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit eine abnorme Hirnaktivität, wodurch bewirkt wird, dass die Wärmepumpe Wärme von einer Wärmequelle an das Hirngewebe überträgt, wodurch das Hirn des Patienten erwärmt wird. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass es eine kontrollierbare Erwärmung auf der Grundlage des Niveaus der Hirnaktivität erlaubt und eine Überhitzung oder zu rasche Erwärmung eines hypothermischen Hirns vermeidet. Solche Behandlungen können bei dem Szenario umwelt- oder operativ bedingter Hypothermie nützlich sein.
In 1-3, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, ist in 1 eine Wärmepumpe 1 gezeigt, die in einer WÜÖ angeordnet ist, die operativ in den Schädel eines Patienten geschnitten ist. Die Wärmepumpe weist Sensorelemente 4 und 18 zur Erfassung abnormer Hirnakivität bzw. Hirnoberflächentemperatur auf. Das Verhältnis zwischen diesen Komponenten ist in 2 genauer dargestellt. Zusätzlich beobachten Aktivitäts-Sensorelemente 3, die an der Oberfläche des Hirns aufliegen, Hintergrund-Hirnaktivität. Signale, die von dem Aktivitäts-Sensorelement 3 erzeugt werden, werden von der Mikrosteuerungseinrichtung 22 (in 3 gezeigt) in der WÜSE 8 verwendet, um zu bestimmen, wann eine Kühlung und eventuell eine Erwärmung erforderlich sein kann, um Anfälle zu kontrollieren. Eines oder mehrere der Sensorelemente 3, 4, 18 kann vorhanden sein, abhängig von den Bedürfnissen des individuellen Patienten. Sensorelemente 3a, 4a, 18a können sich in Regionen unterhalb der Oberfläche des Hirns erstrecken, wenn dies klinisch vorteilhaft ist. So kann die Wärmeübertragung auch durch die Hirntemperatur gesteuert werden, die von Sensoren erfasst wird, die in das Gehirn implantiert sind. Die Wärmepumpe 1 weist Leitungen 2 auf, die sich zu einem Leitungsbündel 7 verbinden, das wiederum mit der WÜSE 8 verbunden ist. Elektrische und Temperatursensorleitungen 5, 6, 19 führen in ein Leitungsbündel 7, das wiederum mit der WÜSE 8 verbunden ist. Die WÜSE 8 kann in das Abdomen des Patienten, eine subkutane Tasche oder eine subklavikuläre Tasche implantiert werden.
Neurale Kühlung wird durch Verwendung der Wärmepumpe 1 erreicht, um Wärme von dem Hirn in den Kühlkörper 9 zu entfernen. Der Kühlkörper 9 umfasst einen Beutel aus einem Verbundstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Siliziumoxidpaste. Der Kühlkörperbeutel umfasst ein dünnes, biologisch träges flexibles Material, das eine wesentliche Wärmeströmung ermöglicht. Der Kühlkörper 9 bedeckt eine größere Fläche als die WÜÖ, wodurch eine Wärmedissipation aus dem Körper durch einen großen Teil der Kopfhaut ermöglicht wird. Die große Fläche im Verhältnis zu der WÜÖ und die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kühlkörpers ermöglichen bei einem gegebenen Anstieg der von der Wärmepumpe 1 erzeugten Temperaturleistung eine Dissipation von mehr Wärme aus dem Körper, als andernfalls auftreten würde. Diese Konfiguration verbessert wiederum die Effizienz der Wärmepumpe 1.
Einzelheiten der Wärmepumpe 1 sind in 2 gezeigt. Eine Festkörper-Wärmepumpe, die den Peltier-Effekt nutzt, ist dargestellt. Peltier-Elemente 13, 15, 16 und 16, 14, 13 sind in Sandwich-Art zwischen zwei Keramikplatten 17, 12 angeordnet, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben. Elektrischer Strom, der durch die oberen Elemente 15 strömt, erwärmt diese Elemente, während die unteren Elemente 14 nahe an der Hirnoberfläche kalt werden. So pumpt der Peltier-Effekt Wärme von den unteren Elementen zu den oberen Elementen weg von dem Hirn, um eine Kühlung zu bewirken. Eine Umkehr der Stromrichtung bewirkt eine Wärmeströmung zu dem Hirn. Komplette Anordnungen von Peltierelement-Wärmepumpen sind bekannt und sind ohne Weiteres erhältlich. Der elektrische Strom für die Wärmepumpe 1 wird durch Leitungen 2 zugeführt, die durch das Leitungsbündel 7 geführt werden, das wiederum mit der WÜSE 8 verbunden ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung werden Aktivitätssensoren 4 und ein Temperatursensor 18 zu der unteren Keramikplatte 17 hinzugefügt, die auf der Hirnoberfläche aufliegt. Die Aktivitätssensoren 4 weisen Leitungen 6 auf, die die Sensoren mit dem Leitungsbündel 7 verbinden, das wiederum mit der WÜSE 8 verbunden ist. Ähnlich weist der Temperatursensor 18 eine Leitung 19 auf, die zu dem Leitungsbündel 7 und anschließend zu der WÜSE 8 geführt wird. Die Aktivitätssensoren 4 haben eine Doppelfunktion, indem sie sowohl eine elektrische Stimulierung des Hirns bewirken können als auch elektrische Hirnaktivität erfassen. Elektrische Stimulation geschieht zusammen mit dem Wärmepumpen, um Anfälle zu kontrollieren. Der Temperatursensor 18 erfüllt zwei Funktionen. Erstens kann der Temperatursensor 18 das Wärmepumpen auslösen, um einen Anfall zu verhindern, wenn die Hirntemperatur darauf hindeutet, dass ein Anfall unmittelbar bevorsteht. Zweitens regelt der Temperatursensor 18 die Menge des Wärmepumpens, die erreicht wird, um eine Gewebeschädigung zu verhindern. Obwohl eine Hirnkühlung allgemein nervenschonend ist, kann eine zu starke Hirnkühlung zu Gewebeschädigungen führen.
Die Einzelheiten der WÜSE 8 sind in 3 gezeigt. Die Sensorleitungen 5, 6, 19 werden in Verstärker 20 geleitet und anschließend mit einem Analog/Digital-Umsetzer 21 verbunden. Eine Mikrosteuerungseinrichtung 22 analysiert anschließend die digitalen Darstellungen der Sensorsignale. Wenn ein Anfall anscheinend unmittelbar bevorsteht, betätigt die Mikrosteuerungseinrichtung 22 einen Festkörperschalter (FKS) 24, um der Wärmepumpe 1 Energie zuzuführen, wodurch ein Anfall am Auftreten gehindert wird. Die Mikrosteuerungseinrichtung 22 verwendet eine variable Modulations-Wellenform 26, um den FKS zu betätigen. Diese Konfiguration ermöglicht es, unterschiedliche Energieniveaus auf die Wärmepumpe aufzubringen und gleichzeitig die Energie zu reduzieren, die für das Regelungselement, den FKS 24, verschwendet wird.
Eine Energiequelle 25 ist in der WÜSE 8 enthalten und kann eine Primärbatterie oder eine wiederaufladbare Zelle aufweisen. Zusätzliche Energie kann von einer subkutanen Spule oder Induktionsschleife 10 zur Verfügung gestellt werden, die durch die Leitung 11 mit einem Rahmenempfänger 23 in der WÜSE 8 verbunden ist. Der Rahmenempfänger 23 dient dazu, zusätzliche Energie von der Induktionsschleife zu leiten, und steuert und konfiguriert Änderungen für die Mikrosteuerungseinrichtung 22. Die zusätzliche Energie und/oder Befehle und Konfigurationsänderungen kommen von einer externen Einheit und werden durch magnetische Induktion übertragen. Daten können auf ähnliche Art auch von der implantierten Einrichtung zu der Außeneinheit übertragen werden.
Anfälle können durch elektrische Stimulation, Medikamenteninfusion oder beides in Verbindung mit Wärmepumpen kontrolliert werden. Elektrische Stimulation oder Infusion therapeutischer Mittel kann auf jede beliebige Hirnregion gerichtet sein, die mit Anfällen in Zusammenhang steht, einschließlich Neokortex, Hippocampus, Mandelkern, Thalamus, Hypothalamus, Nucleus caudatus oder andere Nuclei der basalen Ganglien, Kleinhirn und Hirnstamm. Erfindungsgemäß ist ein Stimulationsschalter 27 für diesen Zweck vorgesehen. Der Schalter 27 wird durch die Mikrosteuerungseinrichtung 22 aktiviert, die einen Strompuls durch die Leitung 6 zu der Aktivitätssensorelektrode 4 schickt. Medikamente können auf die gleiche Art durch einen implantierten Katheter oder ähnliche Röhren dem Hirn zugeführt werden. Dementsprechend wird der Schalter 27 von der Mikrosteuerungseinrichtung 22 aktiviert und initiiert wiederum das Zuführen einer Menge an Medikament durch Röhren an oder in das Hirn 28 (in 1 gezeigt). Ein wiederauffüllbarer Vorratsbehälter an der Oberfläche des Kopfes ermöglicht eine Wiederauffüllung des Medikaments, analog zu den Funktionen verschiedener Arten von Shunts. Der Schalter 27 kann ein multifunktionaler Einzelschalter sein oder kann aus mehreren Schaltern bestehen, jeweils einer für den Zweck der Initiierung der elektrischen Stimulation und der Initiierung der Zuführung des Medikaments.
Die Erfindung wird durch das folgende, nicht einschränkende Beispiel genauer dargestellt.
BEISPIEL
Die Auswirkungen der Kühlung von neuralem Gewebe bei der Entwicklung von Anfällen wurden untersucht, wobei ein EAAC1-Knockout-Rattenmodell für Epilepsie verwendet wurde. EACCI-Antisense-DNA wurde 10 Tage lang kontinuierlich in den linken Ventrikel eines Versuchstiers eingeleitet, wobei eine Pumpe verwendet wurde, die auf dem Rücken des Tieres angeordnet war. Dadurch wird eine diffuse Glutamat-Toxizität in dem Hirn der Knockout-Ratte bewirkt. Die diffuse Glutamat-Aktivität er zeugte Anfälle, die sich durch Einstellung der Aktivität, starren Blick und 2-3 rhythmische, epilepsieartige EEG-Muster pro Sekunde zeigt, die alle Anfallaktivität anzeigen. Danach wurde das Versuchstier betäubt und eine Kühleinheit an dem Kopf der Ratte angebracht. Aufgrund der dünnen Crania der Ratte wurde eine Kühlung des Hirns durch den intakten Rattenschädel erreicht. EEG-Tracings wurden an einer Basislinien- (28,8°C) und einer hypothermischen Temperatur (25,2°C) der Ratte, die bei Bewusstsein war, vorgenommen. Eine Gesamtreduzierung der Anfallaktivität wurde nach der Kühlung beobachtet, die sich durch Rückkehr zu normalem explorativem Verhalten und normalen EEG-Tracings manifestierte.
Während die Erfindung im Einzelnen und unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, wird dem Durchschnittsfachmann klar sein, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der Patentansprüche abzuweichen.
Quellen

1. ANNEGERS J.F. (1998) Demographics and Cost of Epilepsy. The American J of Managed Care, 4, S. 453–S. 462.
2. BATTISTA A.F. (1967) Effect of Cold on Cortical Potentials in Cats. Experimental Neurology, 19. 140–155.
3. BEGLEY C.E., ANNEGERS J.F., LAIRSON D.R, REYNOLDS T.F., HAUSER W.A. (1994) Cost of epilepsy in the United States: A model based on incidence and prognosis. Epilepsia, 35, 1230–1243.
4. BEN-MENACHEM E., MANON-ESPAILLAT R., RISTANOVIC R., WILDER B.J., STEFAN H., MIRZA W., et al (1994) Vagus nerve stimulation for treatment of partial seizures: I. A controlled study of effect on seizures. Epilepsia, 35, 616–626.
5. BERNTMAN L., WELSH F.A., HARP J.R. (1981) Cerebral Protective Effect of Low-Grade Hypothermia. Anesthesiology, 55, 495–498.
6. BIGELOW W.G., LINDSAY W.K., GREENWOOD W.F. (1950) Hypothermia. Its Possible Role in Cardiac Surgery: An Investigation of Factors Governing Survival in Dogs at Low Body Temperatures. Ann Surg, 132, 849–866.
7. BUSTO R., GLOBUS M.Y.T., DIETRICH W.D., MARTINEZ E., VALDES I., GINSBURG M.D. (1989) Effect of Mild Hypothermia on Ischemia-Induced Release of Neurotransmitters and Free Fatty Acids in Rat Brain. Stroke, 20, 904–910.
8. CLIFTON G.L., JIANG J.Y., LYETH B.G., JENKINS L.W., HAMM R.J., HAYES R.L. (1991) Marked Protection by Moderate Hypothermia After Experimental Traumatic Brain Injury. J Cerebral Blood Flow & Metabolism, 11, 114–121.
9. DEPAULIS E.A. (1994) Endogenous Control of Epilepsy: The Nigral Inhibitory System. Progress in Neurobiology, 42, 33–52.
10. EDMONDS H.L., STARK L.G., HOLLINGER M.A. (1974) The Effects of Diphenylhydantoin, Phenobarbital, and Diazepam on the Penicillin-Induced Epileptogenic Focus in the Rat. Experimental Neurology, 45, 377–386.
11. ENGEL J., JR (1993) Surgical Treatment of the Epilepsies. New York: Raven Press.
12. ESSMAN W.B., SUDAK F.N. (1964) Audiogenic Seizure in Genetically Susceptible Mice. Relation of Hypothermia to Onset and Susceptibility. Experimental Neurology, 9, 228–235.
13. FISHER R.S., UEMATSU S., KRAUSS G.L., CYSYK B.J., LESSER R.P., RISE M. (1992) A Controlled Pilot Study of Centromedian Thalamic Stimulation for Epilepsy. Epilepsia, 33, 841–851.
14. FISHER R.S., KRAUSS G.L., RAMSAY E., LAXER K., GATES J. (1997) Assessment of vagus nerve stimulation for epilepsy: Report of the therapeutics and technology assessment subcommittee of the American Academy of Neurology. Neurology, 49, 293–297.
15. GALE (1985) Mechanisms of Seizure Control Mediated by Gamma-Aminobutyric Acid: Role of the Substantia Nigra. Federal Proceedings, 44, 2414–2424.
16. GARTSIDE I.B. (1978) The Actions of Diazepam and Phenytoin on a Low Dose Penicillin Epileptiform Focus in the Anaesthetised Rat. British J Pharmacology, 62, 289–292.
17. GOTMAN J., LEVTOVA V. (1996) Amygdala-Hippocampus Relationships in Temporal Lobe Seizures: A Phase-Coherence Study. Epilepsy Research, 25, 51–57.
18. GUNN A.J, GLUCKMAN P.D., GUNN T.R. (1998a) Selective Head Cooling in Newborn Infants After Perinatal Asphyxia: A Safety Study. Pediatrics, 102, 885–892.
19. GUNN A.J., GUNN T.R., GUNNING M.I., WILLIAMS C.E., GLUCK-MAN P.D. (1998b) Neuroprotection with Prolonged Head Cooling Started Before. Postischemic Seizures in Fetal Sheep. Pediatrics, 102, 1098–1106.
20. HAUSER W.A., ANNEGERS J.F., KURLAND L.T. (1993) Incidence of epilepsy and unprovoked Seizures in Rochester, Minnesota: 1935–1984. Epilepsia, 34, 453–468.
21. HAUSER W.A., HESDORFFER D.C. (1990) Epilepsy: Frequency, Causes and Consequences. New York: Demos Publications.
22. HIRAI T., JONES E.G. (1989) A New Parcellation of the Human Thalamus on the Basis of Histochemical Staining. Brain Research Review, 14, 1–34.
23. IASEMIDIS L.D., SACKELLARES J.C., ZAVERL H.P., WILLIAMS W.J. (1990) Phase Space T'opography and the Lyapunov Exponent of Electrocorticograms in Partial Seizures. Brain Topography, 3, 1–15.
24. ITO T., HORI M., YOSHIDA K., SHIMIZU M. (1977) Effect of Anticonvulsants on Cortical Focal Seizure in Cats. Epilepsia, 18, 63–71.
25. LEES G.P., LORING D.W., SMITH J.R., FLANIGIN H.F. (1995) Intraoperative Hippocampal Cooling and Wada Memory Testing in the Evaluation of Amnesia Risk Following Anterior Temporal Lobectomy. Arch Neurology, 52, 857–861.
26. LEHNERTZ K., ELGER C.E. (1998) Can Epileptic Seizures Be Predicted: Evidence from Nonlinear Time Series Analysis of Brain Electrical Activity. Physiol Rev Lett, 80, 5019–5022.
27. LESSER R.P., KIM S.H., BEYDERMAN L., KRAUSS G., CYSYK B., SANDERS P. (1998) Pulse Stimulation Can Stop Bursts of Afterdischarges in Humans. Epilepsia, 39, 200 (Abstract)
28. MARES P., KOLINOVA M., FISCHER J. (1998) The Influence of Pentobarbital Upon a Cortical Epileptogenic Focus in Rats. Arch int Pharmacodyn
29. MARION D.W., PENROD L.E., KELSEY S.F., OBRIST W.D., KOCHANEK P.M., PALMER A.M., et al (1997) Treatment of Traumatic Brain Injury with Moderate Hypothermia. New England Journal of Medicine, 336, 540546
30. MARTINERIE J., ADAM C., LE VAN QUYEN M., BAULAC M., CLEMENCEAU S., RENAULT B., et al (1998) Epileptic Seizures Can Be Anticipated by Non-Linear Analysis. Nature Medicine, 4, 1173–1176.
31. MINAMISAWA H., SMITH M.L., SIESJÖ B.K. (1990) The effect of mild hyperthermia and hypothermia on brain damage following 5, 10, and 15 minutes of forebrain ischemia. Annals of Neurology, 28, 26–33.
32. MIRSKI M.A., ROSSELL L.A., TERRY J.B., FISHER R.S. (1997) Anticonvulsant Effect of Anterior Thalamic High Frequency Electrical Stimulation in the Rat. Epilepsy Research, 28, 89–100.
33. MIRSKI M.A., FERRENDELLIJA (1986) Selective Metabolic Activation of the Mammillary Bodies and Their Connections During Ethosuximide-Induced Suppression of Pentylenetetrazol Seizures. Epilepsia, 27, 194–203.
34. MIRSKI M.A., FISHER R.S. (1994) Electrical Stimulation of the Mammillary Nuclei Increases Seizure Threshold to Pentylenetetrazol in Rats. Epilepsia, 35, 1309–1316.
35. OMMAYA A.K., BALDWIN M. (1963) Extravascular Local Cooling of the Brain in Man. J Neurosurgery, 20, 8–20.
36. OSORIO I., FREI M.G., WILKINSON S.B. (1998) Real-time automated detection and quantitative analysis of seizures and short-term prediction of clinical onset. Epilepsia, 39, 615–627.
37. QU H., GOTMAN J. (1993) Improvement in Seizure Detection Performance by Automated Adaptation to the EEG of Each Patient. Electroencephalo and clin Neurophysiol, 86, 79–87.
38. SCHIFF E.A. (1994) Controlling Chaos in the Brain. Nature, 340, 615–620.
39. SUSSMAN N.M., GOLDMAN H.W., JACKEL R.A., KAPLAN L., CALLANAN M., BERGEN J., et al (1988) Anterior thalamic stimulation in medically intractable epilepsy. Part II. Preliminary Clinical Results. Epilepsia, 29, 677 (Abstract)
40. VASTOLA E.F., HOMAN R., ROSEN A. (1969) Inhibition of Focial Seizures by Moderate Hypothermia. Archives of Neurology, 20, 430–439.
41. VELASCO F., VELASCO M., OGARRIO C., FANGHANEL G. (1987) Electrical stimulation of the centromedian thalamic nucleus in the treatment of convulsive seizures: a preliminary report. Epilepsia, 28, 421–430.
42. WEBBER W.R., LITT B., WILSON K., LESSER R.P. (1994) Practical detection of epileptiform discharges (EDs) in the EEG using an artificial neural network: a comparison of raw and parameterized EEG data. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 91, 194–204.
43. WEBBER W.R.S., LESSER R.P., RICHARDSON R.T., WILSON K. (1996) An Approach to Seizure Detection using an Artificial Neural Network (ANN). Electroenceph clin Neurophysiol, 98, 250–272.

Claims

Implantierbare Vorrichtung zum Verursachen einer Wärmeübertragung von Hirngewebe, umfassend: eine Wärmepumpe (1) mit einem oder mehreren Aktivitäts-Sensorelementen (3, 4) und einem oder mehreren Temperatur-Sensorelementen (18), die dafür eingerichtet sind, mit einem vorher bestimmten Abschnitt eines Gehirns in Kontakt zu stehen; eine Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit (8) mit einer Mikrosteuerungseinrichtung (22), die mit dem einen oder den mehreren Aktivitäts-Sensorelementen und dem einen oder den mehreren Temperatur-Sensorelementen verbunden ist, und einem Leitungsbündel (7), das die Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit mit der Wärmepumpe (1) verbindet; wodurch, als Reaktion auf Signale von einem oder mehreren Aktivitäts-Sensorelementen, mathematische Algorithmen der Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit eine abnorme Gehirnaktivität feststellen, was bewirkt, dass die Wärmepumpe Wärme von dem Hirngewebe in einen Kühlkörper (9) abführt, wobei die Wärmepumpe Peltier-Elemente verwendet, um diese Übertragung zu erreichen.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Wärmeübertragung durch die Gehirntemperatur gesteuert wird, die von einem oder mehreren Temperatur-Sensorelementen erfasst wird, wodurch eine zu starke Wärmeübertragung in das Gehirn oder aus dem Gehirn verhindert wird.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steuerung der Wärmeübertragung durch ein Agens über eine Induktionsschleife, die Signale an das Wärmeübertragungs-Steuerungsmodul sendet, initiiert werden kann.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Kühlkörper Siliciumoxidpaste aufweist, die in einem dünnen Beutel aus biologisch trägem Material enthalten ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Energie für den Betrieb der Wärmepumpe von wenigstens einem Glied zur Verfügung gestellt werden kann, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Batterien, wiederaufladbaren Zellen, einer Spule und einer Induktionsschleife besteht.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die dafür eingerichtet ist, abnorme Gehirnzellenaktivität zu erfassen, die charakteristisch für Epilepsie, unbehandelbaren Schmerz, psychische Störungen und Bewegungsstörungen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die Aktivitäts-Sensoren aufweist, die dafür eingerichtet sind, bestehende Gehirnaktivität durch einen Algorithmus zu analysieren, um zukünftige abnorme Gehirnaktivität vorherzusagen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die ein Mittel zur elektrischen Stimulation von Hirngewebe aufweist.
Vorrichtung, die in der Lage ist, hypothermisches Hirngewebe durch Wärmeübertragung steuerbar zu erwärmen, umfassend: eine Wärmepumpe (1) mit einem oder mehreren Aktivitäts-Sensorelementen (3, 4) und einem oder mehreren Temperatur-Sensorelementen (18), die in der Lage sind, mit Hirngewebe in Kontakt zu stehen; eine Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit (8) mit einer Mikrosteuerungseinrichtung (22), die mit dem einen oder den mehreren Aktivitäts-Sensorelementen und dem einen oder den mehreren Temperatur-Sensorelementen verbunden ist; sowie ein Leitungsbündel (7), das die Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit mit der Wärmepumpe verbindet; wodurch, in Reaktion auf Signale von dem einen oder den mehreren Aktivitäts-Sensorelementen, mathematische Algorithmen der Wärmeübertragungs-Steuerungseinheit eine abnorme Gehirnaktivität erfassen, was bewirkt, dass die Wärmepumpe Wärme von einer Wärmequelle an das Hirngewebe überträgt, wodurch das Gehirn erwärmt wird, dadurch gekenn zeichnet, dass die Wärmepumpe Peltier-Elemente verwendet, um die Wärmeübertragung zu erreichen, und dass die Vorrichtung implantierbar ist.