CZ20004383A3 - Zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými pulsy - Google Patents

Abstract

Zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými pulsy je upraveno pro generování první stimulační fáze s polaritou, amplitudou a dobu trvání první fáze. První stimulační fází, která má stav upravující účinek, se působí vždy s menší než maximální podprahovou amplitudou. Druhá stimulační fáze, generovaná zařízením, má druhou polaritu, amplitudu a dobu trvání. Obě fáze se aplikují bezprostředně po sobě. Na rozdíl od dosavadní praxe se v první fázi nejprve působí anodickou stimulací, po které následuje druhá fáze stimulace katodické. Tím se dosáhne zlepšeného vedení pulsu svalem doprovázeného zvýšením kontraktility. Stimulací pomocí zařízení se dále zmenšuje množství elektrické energie potřebné pro vyvolání kontrakce. První stav upravující fáze snižuje stimulační práh, tj. množství elektrické energie, kterou je v druhé stimulační fázi nutné pro vyvolání kontrakce přivést. Zařízení lze použít ke stimulaci kosterních (příčně pruhovaných) svalů, srdečního svalu i svalů hladkých

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro stimulaci svalové tkáně, vynález se týká zvláště zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými stimulačními impulsy, které vedou ke snížení množství elektrické energie potřebné k vyvolání kontrakce.

Dosavadní stav techniky

Činnost kardiovaskulárního systému je životně důležitá. Cirkulací krve získávají tělesné tkáně živiny a kyslík a zbavují se odpadních látek. Pokud se cirkulace zastaví, začínají v buňkách nevratné změny, které vedou až k smrti.

Hnací silou cirkulace krve je svalová kontrakce srdce.

Svalová vlákna jsou v srdečním svalu propojena do rozvětvených sítí, které srdcem prochází ve všech směrech. Když se jedna část této sítě stimuluje, šíří se z místa stimulace do všech ostatních částí depolarizační vlna, a celá struktura se stahuje jako celek. Předtím, než lze svalová vlákna pro kontrakci stimulovat, musí se jejich membrána polarizovat. Svalová vlákna zůstávají obecně polarizována až >· · 9 ·· »4 · : :· : : :· :us:-4i57·:

• · · · · · ···· · • · · · · · · · · ·· ···· ·· ···· ·· ··· do stimulace, kterou může být nějaká změna v jejich prostředí. Membrána se může stimulovat elektricky, chemicky, mechanicky nebo změnou teploty. Nejmenší účinek stimulace potřebný pro vyvolání kontrakce je znám jako prahový podnět.

Maximální stimulační amplituda, jakou lze působit bez vyvolání stimulace, se potom nazývá maximální podprahová amplituda.

V případě, že se membrána stimuluje elektricky, závisí 10 amplituda impulsu potřebného k vyvolání odezvy na několika faktorech. Prvním faktorem je doba trvání průchodu proudu. Protože celkový předaný náboj je roven součinu amplitudy proudu a doby trvání pulsu, prodloužení doby trvání podnětu je doprovázeno zmenšením prahové amplitudy proudu. Za druhé, procento aplikovaného proudu, který skutečně přejde na membránu, se mění nepřímo úměrně velikosti elektrody. Za třetí, procento aplikovaného proudu, který skutečně přejde na membránu, se mění přímo úměrně vzdálenosti elektrody od tkáně. A nakonec za čtvrté, amplituda impulsu potřebného k vyvolání odezvy závisí na načasování stimulace vzhledem k cyklu vzrušivosti.

Převážnou částí srdce prochází shluky a pletence specializované tkáně. Tato tkáň tvoří srdeční systém šíření impulsů a slouží k inicializaci a distribuci depolarizačních vln po celém myokardiu. Interference nebo blokáda ve vedení srdečních impulsů může způsobit arytmii nebo znatelnou změnu v tepové frekvenci nebo rytmu srdce.

Někdy se dá pacientovi, který trpí poruchami vodivosti, pomoci umělým kardiostimulátorem. Takové zařízení obsahuje malou baterií napájený elektrický stimulátor. Při instalaci umělého kardiostimulátoru se obvykle elektrody zavedou žilami do pravé komory, případně do pravé síně a pravé komory, a stimulátor se uloží pod kůži na rameni nebo na břiše. Vodiče

4 ·· · · ·· ·· · : : : :* :u£?-4fe?:

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

4444 44 4444 44 444 se umístí do těsného kontaktu se srdeční tkání. Kardiostimulátor poté k srdci vysílá rytmické elektrické impulsy a myokardium odpovídá rytmickými stahy.

Implantovatelná zařízení pro stimulaci srdce jsou odborníkům dobře známa a v humánní medicíně se používají zhruba od poloviny šedesátých let.

Ke stimulaci myokardia lze použít jak katodický, tak anodický proud. Anodický proud je však pro klinické použití považován za nevhodný. Katodický proud tvoří elektrické pulsy záporné polarity. Tento typ proudu depolarizuje buněčnou membránu vybitím kondenzátoru membrány a přímo snižuje potenciál membrány směrem k prahové hodnotě. Katodický proud má při snižování potenciálu klidové membrány k prahové hodnotě v pozdní diastole o jednu polovinu až o jednu třetinu nižší prahový proud než je anodický. Anodický proud tvoří elektrické pulsy kladné polarity. Účinkem anodického proudu je hyperpolarizace klidové membrány. Při náhlém skončení anodického pulsu se potenciál membrány vrací ke klidové hodnotě, setrvačností překročí práh a dojde k šíření depolarizační vlny. Použití anodického proudu ke stimulaci myokardia se obecně kvůli vyššímu stimulačnímu prahu, který vede k použití větších proudů, rychlejšímu vybíjení baterie implantovaného zařízení a následně zkrácení její životnosti, nedoporučuje. Navíc existuje podezření, že použití anodického proudu ke stimulaci myokardia může, zejména při vyšších napětích, přispívat k arytmogenezi.

Téměř všechny umělé kardiostimulátory pracují se stimulačními pulsy záporné polarity, v případě bipolárních systémů je katoda blíže myokardiu než anoda. Tam, kde se použití anodického proudu připouští, jde obvykle o náboj zanedbatelné velikosti sloužící pouze pro rozptýlení zbytkového náboje na elektrodě. Takovýto anodický proud «· ·» ·« ·· «« .

: :· : : :· íjs-^w ·;

• · ···· · · · · · * · · · · · · « _β ·· ···· ·· ···· ·· 9·| neovlivňuje samotné myokardium. Podrobnosti lze nalézt v U.S. patentu č. 4,543,956 (Herscovici).

Troj fázová vlna byla popsána Whighamem a kol. v U.S. 5 patentech č. 4,903,700 a 4,821,724, a Calsem a kol.' v U.S.

patentu č. 4,343,312. První a třetí fáze nemají nic společného s vlastním myokardiem, ale slouží pouze k ovlivnění povrchu elektrody. Tedy, náboj přiváděný v těchto fázích má velmi malou amplitudu.

Nakonec, dvoufázovou stimulaci popisuje Duggan v U.S. patentu č. 4,402,322. Podstatou tohoto vynálezu je zdvojení napětí, aniž by bylo , potřeba velkého kondenzátoru ve výstupním obvodu. Obě fáze dvoufázové stimulace mají stejnou velikost a dobu trvání.

Je žádoucí přinést zlepšený prostředek pro stimulaci svalové tkáně, který bude vyvolávat zlepšenou kontrakci při omezení poškození tkáně, se kterou elektroda sousedí.

Zlepšené činnosti myokardia se dosáhne dvoufázovou stimulací podle vynálezu. Kombinace katodických a anodických pulsů buď stimulující nebo stav upravující povahy si zachovává zlepšenou vodivost a kontraktilitu anodické stimulace a zároveň odstraňuje nevýhodu zvýšení stimulačního prahu. Výsledkem je depolarizační vlna se zvýšenou rychlostí šíření. Zvýšení rychlosti šíření depolarizační vlny má za následek lepší kontrakci srdce, která vede ke zlepšení krevního oběhu. Zlepšení stimulace na nízkých napěťových úrovních vede rovněž ke snížení spotřeby energie a následnému prodloužení životnosti zdrojů kardiostimulátoru.

Stejně jako sval srdeční lze elektricky, chemicky, mechanicky nebo změnou teploty stimulovat příčně pruhované svalstvo. Tam, kde se svalové vlákno stimuluje motorickým : :· ’:usL4^7* neuronem, vyšle neuron impuls, který aktivuje všechna svalová vlákna ve svém dosahu, t j . svalová vlákna ve své motorické jednotce. Depolarizace v jedné oblasti membrány stimuluje k depolarizaci i oblasti přilehlé, takže od místa stimulace se po membráně šíří do všech směrů depolarizační vlna. Tedy, když motorický neuron vyšle impuls, jsou všechna vlákna v jeho motorické jednotce stimulována k tomu, aby se stáhla zároveň.

Nejmenší síla, která vyvolá kontrakci, se nazývá prahový podnět. Obecně se věří, že zvýšení úrovně podnětu nad prahovou hodnotu kontrakci nijak nezvýší. Dále, protože svalová vlákna jsou v rámci každého svalu organizována do motorických jednotek a každá motorická jednotka je řízena jediným motorickým neuronem, stimulují se všechny svaly v motorické jednotce zároveň. Ovšem, sval jako celek je řízen mnoha různými motorickými jednotkami, které reagují na různé stimulační prahy. Jinými slovy, působí-li na sval daný podnět, mohou některé motorické jednotky reagovat a jiné nikoliv.

Kombinace katodických a anodických pulsů podle vynálezu slouží rovněž k zajištění zlepšené svalové kontrakce v případech, kdy je elektrická svalová stimulace předepsána kvůli nervovému nebo svalovému poškození. Dojde-li k poškození nervových vláken poraněním nebo nemocí, mají svalová vlákna v oblasti příslušné poškozenému nervovému vláknu sklon atrofovat a zanikat. Sval, který nemůže být namáhán, se může zmenšit na polovinu obvyklé velikosti v několika málo měsících. Tam, kde není stimulace, se svalová vlákna nejenom zmenšují, ale i rozpadají a degenerují a jsou nahrazována pojivovou tkání. Pomocí elektrické stimulace lze udržovat tonus svalu, takže po uzdravení nebo regeneraci nervového vlákna je příslušná svalová tkáň zachována a celkový proces regenerace probíhá rychleji a snadněji.

·· ··

ZCJS44 57' ·· ··· ·

Stimulace příčně pruhovaného svalu může sloužit i pro zachování neuronové cesty, takže po uzdravení nervových vláken příslušných stimulované tkáni si pacient pamatuje, jak daný sval stahovat. Zlepšené kontrakce příčně pruhovaného svalu se dosáhne dvoufázovou stimulací podle vynálezu. Kombinace katodických a anodických pulsů buď stimulující nebo stav upravující povahy vede ke kontrakci většího počtu motorických jednotek při nižší úrovni napětí a tudíž lepší reakci svalu.

Nakonec, dvoufázovou stimulaci podle vynálezu lze použít i pro stimulaci hladké svalové tkáně, například svalů odpovědných za pohyb, kterým se posunuje potrava trávicí trubicí, zužují krevní cévy nebo vyprázdňuje močový měchýř. Vhodná stimulace může například napravit obtíže spojené s inkontinencí.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je zajistit zlepšenou elektrickou stimulaci svalové tkáně.

Dalším cílem vynálezu je prodloužit životnost baterie implantovatelného elektrického stimulačního zařízení.

Dalším cílem vynálezu je zajistit účinnou svalovou stimulaci při nižších napěťových úrovních.

Dalším cílem vynálezu je zajistit zlepšenou stimulaci svalové tkáně, zvláště příčně pruhovaného svalstva.

Dalším cílem vynálezu je zajistit kontrakci většího počtu svalových motorických jednotek při nižších napěťových úrovních.

• · · « · · • · · ·· ·

US-:4 37

Dalším cílem vynálezu je zajistit kontrakci většího počtu svalových motorických jednotek při nižších úrovních elektrického proudu.

Způsob a zařízení pro svalovou stimulaci podle vynálezu zahrnují aplikaci dvoufázové stimulace na svalovou tkáň, kde stimulační podnět se skládá z jak katodických, tak anodických pulsů.

V prvním aspektu vynálezu se stimulací působí na příčně pruhovanou svalovou tkáň k vyvolání svalové reakce. Stimulace může být buď přímá nebo nepřímá, nepřímou stimulací se rozumí například stimulace přes kůži. Při stimulaci podle vynálezu stačí ve srovnání s dosavadními konvenčními stimulačními metodami k dosažení stimulačního prahu nižší množství elektrické energie (napětí a/nebo proudu). Svalovou tkání, kterou lze stimulovat podle vynálezu, může být kosterní (příčně pruhovaný) sval, srdeční sval nebo hladký sval.

Elektronika implantovatelných stimulačních zařízení potřebná k realizaci způsobu podle vynálezu je odborníkům dobře známa. Elektronické obvody stávajících implantovatelných stimulačních zařízení lze naprogramovat tak, aby dávaly různá uspořádání pulsů včetně těch, která jsou popsána v této přihlášce. Rovněž elektronika pro nepřímou stimulaci svalů je odborníkům známa a pro provádění způsobu podle vynálezu ji lze snadno upravit.

Způsob a zařízení podle vynálezu zahrnují první a druhou stimulační fázi, každá stimulační fáze má polaritu, amplitudu, průběh nebo tvar a dobu trvání. V přednostním provedení mají první a druhá fáze různé polarity. V prvním alternativním provedení mají první a druhá fáze různé amplitudy. V druhém alternativním provedení mají první a • · β;7 druhá fáze různé doby trvání. Ve třetím alternativním provedení se první fáze skládá z několika samostatných impulsů. Ve čtvrtém alternativním provedení amplituda první fáze nabíhá postupně. V přednostním alternativním provedení je první fází stimulace anodický puls s maximální podprahovou amplitudou s dlouhou dobou trvání a druhou fází stimulace je kratší katodický puls s velkou amplitudou. Rozumí se, že výše uvedená alternativní provedení se mohou různými způsoby kombinovat. Rozumí se také, že alternativní provedení jsou pouze příkladná, a vynález se na ně v žádném případě neomezuj e.

Přehled obrázků

	Na	obr.	1 je schematické	znázornění	dvoufázové	stimulace
15	s první	fází	anodickou.
	Na	obr.	2 je schematické	znázornění	dvoufázové	stimulace
	s první	fází	katodickou.
20	Na	obr.	3 je schematické znázornění první	anodické

stimulace nízké úrovně a dlouhé doby trvání, po které následuje obvyklá katodická stimulace.

Na obr. 4 je schematické znázornění první anodické 25 stimulace s postupně nabíhající amplitudou nízké úrovně a s dlouhou dobou trvání, po které následuje obvyklá katodická stimulace.

Na obr. 5 je schematické znázornění první anodické stimulace nízké úrovně a krátké doby trvání rozdělené do série několika pulsů, po které následuje obvyklá katodická stimulace.

• ·

• φ · • Φ φφφ

Na obr. 6 je graf závislosti vodivosti napříč vlákny na době trvání stimulačního pulsu dvoufázové stimulace s první fází anodickou.

Na obr. 7 je graf závislosti vodivosti podél vláken na době trvání stimulačního pulsu dvoufázové stimulace s první fází anodickou.

Příklady provedení vynálezu

Vynález se týká dvoufázové elektrické stimulace svalové tkáně.

Na obr. 1 je znázorněna dvoufázová elektrická stimulace, jejíž první fází je anodický podnět 102 s amplitudou 104 a dobou trvání 106. Po první stimulační fázi bezprostředně následuje druhá stimulační fáze, kterou je katodická stimulace 108 stejné intenzity a doby trvání.

Na obr. 2 je znázorněna dvoufázová elektrická stimulace, jejíž první fází je katodický podnět 202 s amplitudou 204 a dobou trvání 206. Po první stimulační fázi bezprostředně následuje druhá stimulační fáze, kterou je anodická stimulace 208 stejné intenzity a doby trvání.

Na obr. 3 je přednostní provedení vynálezu, v němž první stimulační fázi tvoří nízkoúrovňová a dlouho trvající anodická stimulace 302 s amplitudou 304 a dobou trvání 306. Na první stimulační fázi bezprostředně navazuje druhá stimulační fáze s katodickou stimulací 308 obvyklé intenzity a doby trvání. V alternativním provedení vynálezu má anodická stimulace 302 maximální podprahovou amplitudu. V dalším alternativním provedení vynálezu má anodická stimulace 302 amplitudu menší než 3 V. V dalším alternativním provedení vynálezu má anodická stimulace 302 dobu trvání 2 až 8 ms. V • ·

* · · · · .•Učt4$7 • · · dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 308 krátkou dobu trvání. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 308 dobu trvání přibližně 0.3 až 0.8 ms. V dalším alternativním provedeni vynálezu má katodická stimulace 308 velkou amplitudu. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 308 amplitudu v přibližném rozsahu 3 až 20 V. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 308 dobu trvání kratší než 0.3 ms a napětí větší než 20 V. V dalším alternativním provedení má katodická stimulace 308 dobu trvání celých 6.0 ms a napětí pouze 200 mV. Ve způsobech podle těchto provedení, případně jejich alternativ a úprav zřejmých z uvedeného popisu, se v první fázi stimulace dosáhne maximálního potenciálu membrány, avšak bez její aktivace.

Na obr. 4 je alternativní přednostní provedení vynálezu, v němž první stimulační fázi tvoří anodická stimulace 402 s postupně se zvětšující amplitudou 406 a dobou trvání 404 . Průběh stoupající intenzity 406 může být lineární nebo nelineární, sklon se může měnit. Na anodickou stimulaci bezprostředně navazuje druhá stimulační fáze s katodickou stimulací 408 obvyklé intenzity a doby trvání. V alternativním provedení vynálezu anodická stoupá k maximální podprahové alternativním provedení vynálezu stimulace 402 amplitudě. V dalším anodická stimulace 402 stoupá k maximální amplitudě, která je menší než 3 V. V dalším alternativním provedení vynálezu má anodická stimulace 402 dobu trvání 2 až 8 ms. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 408 krátkou dobu trvání. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 408 dobu trvání přibližně 0.3 až 0.8 ms. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 408 velkou amplitudu. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 408 amplitudu v přibližném rozsahu 3 ·· ·« • ♦ · · • · · • · · • · · • · · · · ·

US:-4£7 až 20 V. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 408 dobu trvání kratší než 0.3 ms a napětí větší než 20 V. V dalším alternativním provedení má katodická stimulace 408 dobu trvání celých 6.0 ms a napětí pouze 200 mV. Ve způsobech podle těchto provedení, případně jejich alternativ a úprav zřejmých z uvedeného popisu, se v první fázi stimulace dosáhne maximálního potenciálu membrány, avšak bez její aktivace.

Na obr. 5 je dvoufázová elektrická stimulace, jejíž první stimulační fázi tvoří série 502 anodických pulsů s amplitudou 504. V jednom provedení je klidová perioda 506 stejně dlouhá jako stimulační perioda 508 a její amplituda má základovou (nulovou) hodnotu. V alternativním provedení se délka klidová periody 506 liší od délky stimulační periody 508 a její amplituda má základovou hodnotu. Klidová perioda 506 následuje za každou stimulační periodou 508 s výjimkou poslední stimulační periody, za kterou bezprostředně následuje druhá stimulační fáze s katodickou stimulací 510 obvyklé intenzity a doby trvání. V alternativním provedení vynálezu má celkový náboj předaný sérií 502 anodické stimulace maximálně podprahovou úroveň. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 510 krátkou dobu trvání. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 510 dobu trvání přibližně 0.3 až 0.8 ms. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 510 velkou amplitudu. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 510 amplitudu v přibližném rozsahu 3 až 20 V. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stismulace 510 dobu trvání kratší než 0.3 ms a napětí větší než 20 V. V dalším alternativním provedení má katodická stimulace 510 dobu trvání celých 6.0 ms a napětí pouze 200 mV.

íusřw

Příklad 1

Stimulace a vodivost myokardia byly studovány na odděleném srdci s použitím pulsů různých polarit a fází. Experimenty se prováděly na pěti oddělených králičích srdcích připravených podle Langendorffa. Vodivost (rychlost šíření vlny) na epikardiu se měřila pomocí řady bipolárních elektrod. Měřilo se v rozmezí mezi šesti a devíti milimetry od stimulovaného místa. Transmembránový potenciál se zaznamenával pomocí plovoucí vnitrobuněčné mikroelektrody.

Zkoumány byly následující protokoly: jednofázový katodický puls, jednofázový anodický puls, dvoufázový puls začínající katodickou fází a dvoufázový puls začínající anodickou fází.

V tabulce 1 jsou pro každý stimulační protokol uvedeny rychlosti šíření ve směru příčném k vláknům pro stimulace třemi, čtyřmi a pěti volty a dobou trvání pulsů dvě milisekundy.

Rychlost šíření [cm/s]	Tabulka 1 ve směru příčném	k	vláknům, trvání 2
Katodický jednofázový	18.9	3V ± 2.5	21.4	4V ± 2.6	23.3	5V ± 3.0
Anodický jednofázový	24.0	± 2.3	27.5	±	2.1	31.3	±	1.7
Dvoufázový, první	27.1	± 1.2	28.2	±	2.3	27.5	+	1.8
katodický Dvoufázový, první	26.8	± 2.1	28.5	±	0.7	29.7	+	1.8

anodický

V tabulce 2 jsou pro každý stimulační protokol uvedeny rychlosti šíření ve směru podélném s vlákny pro stimulace třemi, čtyřmi a pěti volty a dobou trvání pulsů dvě milisekundy.

Tabulka 2 podélném s vlákny, trvání 2 ms

4V 5V /u.sHŮt·:

• · · e •·· ·· ···

Rychlost šíření [cm/s] ve směru
	3V
Katodický jednofázový	45.3 ± 0
Anodický jednofázový	48.1 ± 1
Dvoufázový, první katodický	50.8 ± 0
Dvoufázový, první anodický	52.6 ± 2

9	47.4	±	1.8	49.7	±	1.5
2	51.8	+	0.5	54.9	+	0.7
9	52.6	+	1.1	52.8	+	1.7
5	55.3	±	1.5	54.2	±	2.3

Rozdíly v rychlosti šíření (vodivosti) mezi jednofázovým katodickým pulsem, jednofázovým anodickým pulsem, dvoufázovým pulsem začínajícím katodickou fází a dvoufázovým pulsem začínajícím anodickou fází jsou významné (p<0.001). Při měření transmembránového potenciálu se zjistilo, že maximální gradient ((dV/dt)max) akčního potenciálu dobře odpovídá změnám rychlosti šíření v podélném směru. Pro 4 V puls o době trvání 2 ms bylo (dV/dt)max pro katodické pulsy 63.5 ± 2.4

V/s a pro anodické pulsy 75.5 ± 5.6 V/s.

Příklad 2

Vliv různých stimulačních protokolů na srdeční elektrofyziologii byl zkoumán na oddělených králičích srdcích připravených Langendorffovou metodou. Stimulaci tvořily obdélníkové pulsy o konstantním napětí. Zkoumaly se následující protokoly: jednofázový anodický puls, jednofázový katodický puls, dvoufázový puls začínající anodickou fází a dvoufázový puls začínající katodickou fází. Použité napětí se měnilo v rozmezí od jednoho do pěti voltů s krokem jeden volt pro anodickou i katodickou stimulaci. Doba trvání pulsu se měnila v rozmezí od dvou do desíti milisekund s krokem dvě milisekundy. Epikardiální rychlosti šíření se měřily podél a napříč směru svalových vláken levé komory mezi vzdálenostmi tři a šest milimetrů od volné stěny levé komory. Na obr. 6 a

ΦΦ φφ ΦΦ φφφφ ΦΦΦ .: : .·υ«ο:-4$7 φ · Φ · φ φφ φφφφ φφ · pulsu a typu třemi a šesti φφ φφ • φ φ · φ φ ·

ΦΦΦ • φ · φφ φφφφ je ukázán vliv doby trvání stimulačního stimulačního protokolu na rychlosti šíření.

Na obr. 6 jsou rychlosti měřené mezi milimetry příčně ke směru vláken. V této oblasti vykazuje v celém zkoušeném rozsahu délek pulsu nejmenší rychlost šíření jednorázová katodická stimulace 602. Poté následuje jednofázová anodická stimulace 604 a dvoufázová stimulace s první katodickou fází 606. Nejrychlejší šíření vlny (nejlepší 10 vodivost) vykazuje dvoufázová stimulace s první anodickou fází 608.

Na obr. 7 jsou rychlosti šíření měřené mezi třemi a šesti milimetry rovnoběžně se směrem vláken. V této oblasti vykazuje v celém zkoušeném rozsahu délek pulsu nejmenší vodivost jednofázová katodická stimulace 702. Výsledky dosažené jednofázovou anodickou stimulací 704 a dvoufázovou stimulací s první katodickou fází 706 jsou prakticky shodné, jednofázová anodická stimulace vykazuje nepatrně větší vodivost. Nejrychlejší šíření vlny vykazuje dvoufázová stimulace s první anodickou fází 708.

V jednom aspektu vynálezu se elektrickou stimulací působí na srdeční sval. Anodická složka dvoufázové elektrické stimulace zvyšuje kontraktilitu srdce hyperpolarizací tkáně před excitací, což vede k rychlejšímu šíření impulsu a uvolnění většího množství vnitrobuněčného vápníku a tím nakonec k lepší kontrakci. Katodická složka stimulace eliminuje nedostatky anodické stimulace. Výsledkem je účinná srdeční stimulace při napětí nižším, než by bylo potřeba pouze s anodickou stimulací. Tím se dále jednak šetří baterie kardiostimulátoru a také zmenšuje poškození tkáně.

Ve druhém aspektu vynálezu se dvoufázová elektrická 35 stimulace provádí do srdeční krevní náplně, t j. krve, která φφ ·· ·« «· φφ · • ΦΦΦ « » · · φφφφ i5 : :

ΦΦ ΦΦ*Φ ΦΦ 4««· «φ φφφ vstupuje do srdce a obklopuje jej. Tím je umožněna stimulace srdce bez přímého styku elektrod se srdeční tkání, čímž se riziko poškození této tkáně minimalizuje. Stimulační práh dvoufázové stimulace prováděné přes krevní náplň leží ve stejném rozsahu jako pro standardní podněty prováděné přímo do srdečního svalu. Využitím dvoufázová elektrická stimulace prováděné do srdeční krevní náplně je tedy možné dosáhnout zlepšené kontrakce srdce bez stahů kosterních svalů, poškození srdečního svalu i nepříznivých vlivů na krevní náplň.

Ve třetím aspektu vynálezu se dvoufázovou elektrickou stimulací působí na příčně pruhované svalstvo. Kombinace anodické a katodické stimulace vede ke kontrakci většího počtu svalových motorických jednotek při menším napětí a/nebo menším elektrickém proudu, tj. lepší svalové odezvě. Tuto výhodu vynálezu lze pozorovat jak při přímé stimulaci, tak stimulaci nepřímé (přes kůži). Vynález lze použít při fyzické terapii i rehabilitaci svalů, například stimulací svalů po dobu, než se zregenerují poškozené nervy.

Ve čtvrtém aspektu vynálezu se dvoufázovou elektrickou stimulací působí na hladké svalstvo. Vnitřní (viscerální) hladké svalstvo tvoří stěny vnitřních dutých orgánů, jako je žaludek, střeva, močový měchýř a děloha. Vlákna hladkých svalů jsou schopna se stimulovat navzájem, tedy, jakmile se stimuluje jedno vlákno, depolarizační vlna, která se pohybuje po jeho povrchu, může stimulovat vlákna sousedící, ze kterých se poté šíří dále. Stimulace může být přínosná například v situacích, kdy v důsledku poranění nebo nemoci dochází k inkontinenci. «

Z výše popsaného základního konceptu vynálezu je jistě odborníkům zřejmé, že uvedený popis provedení vynálezu je pouze příkladný, nikoliv omezující. Odborníkům jsou jistě ·· ·· * · ♦ * • · · • <* · · » · · ·· ···· %

·· • · · · • · · • · * ♦ * · • 4 ···· ·· · » * · ·

US!-4£7 :

• · · *· ·· · zřejmé mnohé možné změny, zlepšení či úpravy, které v této patentové přihlášce přímo popsány nejsou. Všechny takové změny, zlepšení či úpravy by proto měly být posouzeny v duchu a rozsahu připojených patentových nároků. Dále, stimulační pulsy podle vynálezu jsou v možnostech správně naprogramované stávající elektroniky stimulačních přístrojů a zařízení. Dvoufázová stimulace podle vynálezu může být užitečná i v dalších situacích, v nichž se elektrická stimulace předepisuje, například stimulace nervové tkáně a stimulace kostní tkáně. Proto je vynález vymezen pouze následujícími nároky a jejich ekvivalenty.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY (upravené)

   1. Zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými pulsy, vyznačující se tím, že zahrnuje:

   5 elektroniku generátoru pulsů, která generuje puls, puls definuje první stimulační fázi a druhou stimulační fázi, kde první stimulační fáze má polaritu první fáze, amplitudu první fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze pro úpravu stavu svalové tkáně ke přijetí následné stimulace; kde druhá

   10 stimulační fáze má polaritu opačnou, než je polarita první fáze, amplitudu druhé fáze, která je v absolutní hodnotě větší než amplituda první fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání druhé fáze; a vodiče spojené s elektronikou generátoru pulsů a

   15 uzpůsobené k aplikaci první stimulační fáze a druhé stimulační fáze bezprostředně po sobě na svalovou tkáň, kde svalová tkáň se vybere ze skupiny, která se skládá z příčně pruhovaného svalu, hladkého svalu a smíšeného svalu;

   kde amplituda první fáze se zvětšuje postupně od

   20 základní hodnoty na druhou hodnotu.
2. 2. Zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými pulsy, vyznačující se tím, že zahrnuje:

   elektroniku generátoru pulsů, která generuje puls, puls

   25 definuje první stimulační fázi a druhou stimulační fázi, kde první stimulační fáze má polaritu první fáze, amplitudu první fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze pro úpravu stavu svalové tkáně ke přijetí následné stimulace; kde druhá stimulační fáze má polaritu opačnou, než je polarita první

   30 fáze, amplitudu druhé fáze, která je v absolutní hodnotě větší než amplituda první fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání druhé fáze; a vodiče spojené s elektronikou generátoru pulsů a uzpůsobené k aplikaci první stimulační fáze a druhé

   35 stimulační fáze bezprostředně po sobě na svalovou tkáň, kde

   US.-4 67 svalová tkáň se vybere ze skupiny, která se skládá z příčně pruhovaného svalu, hladkého svalu a smíšeného svalu;

   kde amplituda první fáze se zvětšuje postupně od základní hodnoty na druhou hodnotu a kde absolutní hodnota

   5 druhé hodnoty je rovna absolutní hodnotě amplitudy druhé fáze.
3. 3. Zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými pulsy, vyznačující se tím, že zahrnuje:

   10 elektroniku generátoru pulsů, která generuje puls, puls definuje první stimulační fázi a druhou stimulační fázi, kde první stimulační fáze má polaritu první fáze, amplitudu první fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze pro úpravu stavu svalové tkáně ke přijetí následné stimulace; kde druhá

   15 stimulační fáze má polaritu opačnou, než je polarita první fáze, amplitudu druhé fáze, která je v absolutní hodnotě větší než amplituda první fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání druhé fáze; a vodiče spojené s elektronikou generátoru pulsů a

   20 uzpůsobené k aplikaci první stimulační fáze a druhé stimulační fáze bezprostředně po sobě na svalovou tkáň, kde svalová tkáň se vybere ze skupiny, která se skládá z příčně pruhovaného svalu, hladkého svalu a smíšeného svalu;

   kde první stimulační fáze dále zahrnuje sérii

   25 stimulačních pulsů s předem určenou amplitudou, polaritou a dobou trvání.
4. 4. Zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými pulsy, vyznačující se tím, že zahrnuje:

   30 elektroniku generátoru pulsů, která generuje puls, puls definuje první stimulační fázi a druhou stimulační fázi, kde první stimulační fáze má polaritu první fáze, amplitudu první fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze pro úpravu stavu svalové tkáně ke přijetí následné stimulace; kde druhá

   35 stimulační fáze má polaritu opačnou, než je polarita první fáze, amplitudu druhé fáze, která je v absolutní hodnotě větší než amplituda první fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání druhé fáze; a vodiče spojené s elektronikou generátoru pulsů a 5 uzpůsobené k aplikaci první stimulační fáze a druhé stimulační fáze bezprostředně po sobě na svalovou tkáň, kde svalová tkáň se vybere ze skupiny, která se skládá z příčně pruhovaného svalu, hladkého svalu a smíšeného svalu;

   kde první stimulační fáze je kladná a má maximální

   10 podprahovou amplitudu asi 0.5 až 3.5 voltu.
5. 5. Zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými pulsy, vyznačující se tím, že zahrnuje:

   elektroniku generátoru pulsů, která generuje puls, puls

   15 definuje první stimulační fázi a druhou stimulační fázi, kde první stimulační fáze má polaritu první fáze, amplitudu první fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze pro úpravu stavu svalové tkáně ke přijetí následné stimulace; kde druhá stimulační fáze má polaritu opačnou, než je polarita první

   20 fáze, amplitudu druhé fáze, která je v absolutní hodnotě větší než amplituda první fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání druhé fáze; a vodiče spojené s elektronikou generátoru pulsů a uzpůsobené k aplikaci první stimulační fáze a druhé

   25 stimulační fáze bezprostředně po sobě na svalovou tkáň, kde svalová tkáň se vybere ze skupiny, která se skládá z příčně pruhovaného svalu, hladkého svalu a smíšeného svalu;

   kde doba trvání první stimulační fáze je nejméně tak dlouhá, jako doba trvání druhé stimulační fáze, a doba trvání

   30 první stimulační fáze je asi jedna až devět milisekund.
6. 6. Zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými pulsy, vyznačující se tím, že zahrnuje:

   elektroniku generátoru pulsů, která generuje puls, puls

   35 definuje první stimulační fázi a druhou stimulační fázi, kde • · <?S-467 první stimulační fáze má polaritu první fáze, amplitudu první fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze pro úpravu stavu svalové tkáně ke přijetí následné stimulace; kde druhá stimulační fáze má polaritu opačnou, než je polarita první

   5 fáze, amplitudu druhé fáze, která je v absolutní hodnotě větší než amplituda první fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání druhé fáze; a vodiče spojené s elektronikou generátoru pulsů a uzpůsobené k aplikaci první stimulační fáze a druhé

   10 stimulační fáze bezprostředně po sobě na svalovou tkáň, kde svalová tkáň se vybere ze skupiny, která se skládá z příčně pruhovaného svalu, hladkého svalu a smíšeného svalu;

   kde doba trvání první stimulační fáze je nejméně tak dlouhá, jako doba trvání druhé stimulační fáze, a doba trvání

   15 druhé stimulační fáze je asi 0.2 až 0.9 milisekundy.
7. 7. Zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými pulsy, vyznačující se tím, že zahrnuje: .

   elektroniku generátoru pulsů, která generuje puls, puls

   20 definuje první stimulační fázi a druhou stimulační fázi, kde první stimulační fáze má polaritu první fáze, amplitudu první fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze pro úpravu stavu svalové tkáně ke přijetí následné stimulace; kde druhá stimulační fáze má polaritu opačnou, než je polarita první

   25 fáze, amplitudu druhé fáze, která je v absolutní hodnotě větší než amplituda první fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání druhé fáze; a vodiče spojené s elektronikou generátoru pulsů a uzpůsobené k aplikaci první stimulační fáze a druhé

   30 stimulační fáze bezprostředně po sobě na svalovou tkáň, kde svalová tkáň se vybere ze skupiny, která se skládá z příčně pruhovaného svalu, hladkého svalu a smíšeného svalu;

   kde amplituda druhé fáze je asi dva až dvacet voltů.

   ÍÍS-467
8. 8. Zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými pulsy, vyznačující se tím, že zahrnuje:

   elektroniku generátoru pulsů, která generuje puls, puls definuje první stimulační fázi a druhou stimulační fázi, kde

   5 první stimulační fáze má polaritu první fáze, amplitudu první fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze pro úpravu stavu svalové tkáně ke přijetí následné stimulace; kde druhá stimulační fáze má polaritu opačnou, než je polarita první fáze, amplitudu druhé fáze, která je v absolutní hodnotě

   10 větší než amplituda první fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání druhé fáze; a vodiče spojené s elektronikou generátoru pulsů a uzpůsobené k aplikaci první stimulační fáze a druhé stimulační fáze bezprostředně po sobě na svalovou tkáň, kde

   15 svalová tkáň se vybere ze skupiny, která se skládá z příčně pruhovaného svalu, hladkého svalu a smíšeného svalu;

   kde doba trvání druhé fáze je kratší než 0.3 milisekundy a amplituda druhé fáze je větší než dvacet voltů.

   20 9. Zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými pulsy, vyznačující se tím, že zahrnuje:

   elektroniku generátoru pulsů, která generuje puls, puls definuje první stimulační fázi a druhou stimulační fázi, kde první stimulační fáze má polaritu první fáze, amplitudu první

   25 fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze pro úpravu stavu svalové tkáně ke přijetí následné stimulace; kde druhá stimulační fáze má polaritu opačnou, než je polarita první fáze, amplitudu druhé fáze, která je v absolutní hodnotě větší než amplituda první fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání

   30 druhé fáze; a vodiče spojené s elektronikou generátoru pulsů a uzpůsobené k aplikaci první stimulační fáze a druhé stimulační fáze bezprostředně po sobě na svalovou tkáň, kde svalová tkáň se vybere ze skupiny, která se skládá z příčně

   35 pruhovaného svalu, hladkého svalu a smíšeného svalu;
9. 9· » · · • · • · · • · ·< · •OS-467 kde stimulace svalu se vybere ze skupiny, která se skládá z přímé stimulace svalu a nepřímé stimulace svalu; a kde nepřímá stimulace se provádí přes kůži.

   5 10. Zařízení pro stimulaci svalové tkáně dvoufázovými pulsy, vyznačující se tím, že zahrnuje:

   elektroniku generátoru pulsů, která generuje puls, puls definuje první stimulační fázi a druhou stimulační fázi;

   kde první stimulační fáze má kladnou polaritu, amplitudu
10. 10 první fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze, kde amplituda první fáze je asi 0.5 až 3.5 voltu a doba trvání první fáze je asi jedna až devět milisekund; a kde druhá stimulační fáze má zápornou polaritu, amplitudu druhé fáze, která je v absolutní hodnotě větší než
11. 15 amplituda první fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání druhé fáze, kde amplituda druhé fáze je asi dva až dvacet voltů a doba trvání druhé fáze je asi 0.2 až 0.9 milisekundy; a vodiče spojené s elektronikou generátoru pulsů a uzpůsobené k aplikaci první stimulační fáze a druhé
12. 20 stimulační fáze bezprostředně po sobě na svalovou tkáň, kde svalová tkáň se vybere ze skupiny, která se skládá z příčně pruhovaného svalu, hladkého svalu a smíšeného svalu, a kde stimulace svalu se vybere ze skupiny, která se skládá z přímé stimulace svalu a nepřímé stimulace svalu.