DE102010018319A1 - Arrangement for software controlled galvanically decoupled conditioning of retina implant electrode contacts of patient, performs surface conditioning i.e. activation, of electrode contacts coated with iridium oxide or titanium nitride - Google Patents

Arrangement for software controlled galvanically decoupled conditioning of retina implant electrode contacts of patient, performs surface conditioning i.e. activation, of electrode contacts coated with iridium oxide or titanium nitride Download PDF

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Abstract

The arrangement performs surface conditioning i.e. activation, of retina implant electrode contacts coated with iridium oxide or titanium nitride. The surface conditioning of the electrode contacts takes place by galvanic separation between a control unit (5) and a retina implant (7), where the control unit is provided with a computing unit (4) and control softwares e.g. monitor (2) and keyboard (3). Re-conditioning of the electrode contacts of the retina implant is performed. Hearing prostheses and gear prostheses are used to activate or re-activate the electrode contacts.

Description

Anwendungsgebiet:Field of use:

Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs I.The invention relates to a device according to the preamble of claim I.

Stand der Technik:State of the art:

Gegenwärtiger Stand der Technik im Bereich neuronaler Prothesen (z. B. Sehprothesen oder Retina Implantaten) ist, dass es erste erfolgreiche Implantationen von funktionsfähigen Retina Implantaten (RI) gibt, mit denen Sehwahrnehmungen erzeugt werden konnten, die z. B. Lichtpunkte oder Striche darstellten. Die Entwicklung der Sehprothesen wird es in den nächsten Jahren erblindeten Patienten ermöglichen, Umgebungsbilder aufzunehmen (z. B. mit einer externen Kamera) und über Multielektrodenarrays mittels elektrischer Mikrostimulation der Retina über die Sehbahn an den visuellen Kortex des Gehirns weiterzuleiten, um dort die aufgenommenen Bilder entsprechend so zu verarbeiten, dass der Retina Implantat Träger die aufgenommene Bildinformation in Seheindrücke umsetzen kann. Die Elektrodenkontakte der zur Signalübertragung eingesetzten Multielektrodenarrays verfügen üblicherweise über eine Beschichtung aus Iridiumoxid oder Titannitrid die mit dem Verfahren der zyklischen Voltammetrie „aktiviert” werden um die Ladungstransferkapazität des Elektrodenkontaktes zu vergrößern ( Shire, D., Rizzo, J. F., & Wyatt, J. L. 2001 ; Zhou, D., Greenberg, R. J., & Talbot, M. H. 2009 ).Current state of the art in the field of neural prostheses (eg, visual prostheses or retina implants) is that there are first successful implantations of functional retinal implants (RI) that have been used to produce visual perceptions, e.g. B. points of light or strokes represented. The development of visual prostheses will allow blind patients in the next few years to capture environmental images (eg with an external camera) and to relay them via multi-electrode arrays via electrical retinopathy of the retina via the visual pathway to the visual cortex of the brain in order to record the images to be processed in such a way that the retina implant carrier can convert the recorded image information into visual impressions. The electrode contacts of the multi-electrode arrays used for signal transmission usually have a coating of iridium oxide or titanium nitride which are "activated" by the cyclic voltammetry method in order to increase the charge transfer capacity of the electrode contact ( Shire, D., Rizzo, JF, & Wyatt, JL 2001 ; Zhou, D., Greenberg, RJ, & Talbot, MH 2009 ).

Die Erfindung beschreibt ein schnelles und damit sehr wirtschaftliches Verfahren zur vollautomatischen, galvanisch entkoppelten Oberflächenkonditionierung (z. B. Aktivierung) von Multielektrodenarrays verkapselter Retina Implantate.The invention describes a fast and thus very economical method for fully automatic, galvanically decoupled surface conditioning (eg activation) of multi-electrode arrays of encapsulated retinal implants.

Nachteile des Stands der Technik:Disadvantages of the prior art:

Ein wesentlicher Nachteil des Stands der Technik ist, dass die beschriebene Aktivierung von mit Iridiumoxid oder Titannitrid beschichteten Elektrodenkontakten mit dem Verfahren der zyklischen Voltammetrie sehr zeitaufwendig und damit kostenintensiv ist, da mehrere Behandlungszyklen für jeden Elektrodenkontakt erforderlich sind und für diese Aktivierung eine galvanische Verbindung zwischen dem Elektrodenarray und dem zur Aktivierung erforderlichen Potentiostaten erforderlich ist ( Slavcheva, E., Vitushinsky, R., Mokwa, W., & Schnakenberg, U. 2004 ). Elektrodenkontakte verkapselter Retina Implantate können auf diese Weise nicht erneut aktiviert werden, da nach der Verkapselung keine galvanische Verbindung zu den Elektrodenkontakten mehr hergestellt werden kann, die für die Aktivierung mittels zyklischer Voltammetrie aber zwingend erforderlich ist. Weiterhin ist auch eine Re-Aktivierung von Elektrodenkontakten bereits implantierter Retina Implantate unmöglich.A significant disadvantage of the prior art is that the described activation of iridium oxide or titanium nitride coated electrode contacts with the method of cyclic voltammetry is very time consuming and therefore costly, since several treatment cycles are required for each electrode contact and for this activation a galvanic connection between the Electrode array and required for activation potentiostat is required ( Slavcheva, E., Vitushinsky, R., Mokwa, W., & Schnakenberg, U. 2004 ). Electrode contacts of encapsulated Retina implants can not be reactivated in this way, because after the encapsulation no more galvanic connection to the electrode contacts can be made, which is absolutely necessary for activation by means of cyclic voltammetry. Furthermore, a re-activation of electrode contacts already implanted retinal implants is impossible.

Aufgaben der Erfindung:Objects of the invention:

Aufgabe der Erfindung ist es, schnell und damit wirtschaftlich multiple Elektrodenkontakte in Retina Implantaten, die z. B. mit Iridiumoxid oder Titannitrid beschichtet sind, zu aktivieren. Weiterhin soll die Erfindung auch die Möglichkeit bieten, multiple Elektrodenkontakte bereits fertig produzierter und verkapselter Retina Implantate aktivieren zu können. Hierzu zählt auch die Re-Aktivierung von Elektrodenkontakten bereits implantierter Sehprothesen.The object of the invention is to quickly and therefore economically multiple electrode contacts in retinal implants, z. B. with iridium oxide or titanium nitride are activated. Furthermore, the invention should also offer the possibility of being able to activate multiple electrode contacts of already produced and encapsulated retinal implants. This also includes the re-activation of electrode contacts of already implanted visual prostheses.

Lösung der Aufgabe:Solution of the task:

Die Aufgabe wird durch eine galvanische Entkopplung von Aktivierungsgenerator und Retina Implantat umgesetzt. Die Aktivierung erfolgt z. B. durch drahtlose (telemetrische) Übertragung von digitalen Pulsmustern, die den Aktivierungseffekt der zyklischen Voltammetrie nachahmen.The task is implemented by a galvanic decoupling of activation generator and retina implant. The activation takes place z. By wireless (telemetric) transmission of digital pulse patterns that mimic the activation effect of cyclic voltammetry.

Vorteile der Erfindung:Advantages of the invention:

Die Erfindung weist folgende Vorteile auf:

  • 1) Die Erfindung ermöglicht die softwaregesteuerte, drahtlose Oberflächenkonditionierung (z. B. Aktivierung) von beschichteten Elektrodenkontakten neuronaler Prothesen (z. B. Sehprothesen) mittels digitaler Pulsfolgen mit dem Vorteil, dass die Konditionierungszeiten im Vergleich zu Verfahren wie der zyklischen Voltammetrie signifikant verkürzt werden. Weiterhin wird die Handhabung gegenüber dem Verfahren der zyklischen Voltammetrie drastisch vereinfacht. Beide Effekte tragen zur Reduktion der Produktionskosten bei.
  • 2) Die Erfindung ermöglicht die Re-Aktivierung von Elektrodenkontakten bereits implantierter neuronaler Prothesen (z. B. Sehprothesen) ohne die für den Patienten und das Gesundheitssystem belastenden Prozesses der Explantation und erneuten Implantation von neuronalen Prothesen (z. B. Sehprothesen)
The invention has the following advantages:
  • 1) The invention enables the software-controlled, wireless surface conditioning (eg activation) of coated electrode contacts of neural prostheses (eg, visual prostheses) by means of digital pulse sequences with the advantage that the conditioning times are significantly shortened compared to methods such as cyclic voltammetry , Furthermore, the handling over the process of cyclic voltammetry is drastically simplified. Both effects contribute to the reduction of production costs.
  • 2) The invention enables the re-activation of electrode contacts of already implanted neuronal prostheses (eg, visual prostheses) without the burden on the patient and the health system process of explantation and re-implantation of neural prostheses (eg, visual prostheses)

REFERENCESREFERENCES

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the accompanying drawings and will be explained in more detail below.

Es zeigtIt shows

1: Schematische Darstellung der Anordnung zur Softwaregesteuerte Galvanisch Entkoppelte Konditionierung von Retina Implantat ElektrodenkOntakten (GEKO) während der Produktion 1 : Schematic representation of the arrangement for software-controlled galvanic decoupled conditioning of Retina Implant ElectrodeContacts (GEKO) during production

Die Anordnung zur Softwaregesteuerte Galvanisch Entkoppelte Konditionierung von Retina Implantat ElektrodenkOntakten (GEKO) besteht aus einer Rechner Einheit mit den üblichen Eingabegeräten 2–4 (z. B. Tastatur, Maus, Scanner, usw.) und Ausgabegeräten 2 (z. B. Monitor), einer Steuereinheit 5 (Control Unit), einer Sendespule 6 und dem Retina Implantat 7.The arrangement for software-controlled galvanic decoupled conditioning of Retina Implant Electrode Acts (GEKO) consists of a computer unit with the usual input devices 2 - 4 (eg keyboard, mouse, scanner, etc.) and output devices 2 (eg monitor), a control unit 5 (Control Unit), a transmitting coil 6 and the retina implant 7 ,

Auf der Rechnereinheit 2–4 ist eine Software installiert, die zur Oberflächenkonditionierung digitale Steuerpulse an die Steuereinheit 5 überträgt. Die Steuereinheit 5 moduliert diese digitalen Steuerpulse auf ein hochfrequentes Trägersignal und leitet es an die Senderspule 6 weiter. Die Senderspule überträgt das HF-Signal auf die Empfängerspule des Retina Implantates 7. Die Elektrodenkontakte des Retinaimplantates 7 sind in eine Speziallösung getaucht und werden durch die vom Implantat dekodierten Signal konditioniert (z. B. aktiviert)On the computer unit 2 - 4 is a software installed for surface conditioning digital control pulses to the control unit 5 transfers. The control unit 5 modulates these digital control pulses onto a high frequency carrier signal and passes it to the transmitter coil 6 further. The transmitter coil transmits the RF signal to the receiver coil of the retina implant 7 , The electrode contacts of the retinal implant 7 are immersed in a special solution and are conditioned (eg activated) by the signal decoded by the implant

2: Schematische Darstellung der Anordnung zur Softwaregesteuerte Galvanisch Entkoppelte Konditionierung von Retina Implantat ElektrodenkOntakten (GEKO) bei implantierten Retina Implantaten 2 : Schematic representation of the arrangement for software-controlled galvanic decoupled conditioning of retinal implant electrode contact (GEKO) in implanted retinal implants

Die Anordnung zur Softwaregesteuerte Galvanisch Entkoppelte Konditionierung von implantierten Retina Implantat ElektrodenkOntakten (GEKO) besteht aus einer Rechner Einheit mit den üblichen Eingabegeräten 2–4 (z. B. Tastatur, Maus, Scanner, usw.) und Ausgabegeräten 2 (z. B. Monitor), einer Steuereinheit 5 (Control Unit), einer Sendespule 6, einem in einen Patienten 7 implantierten Retina Implantat 8.The arrangement for software-controlled galvanic decoupled conditioning of implanted Retina Implant Electrode Acts (GEKO) consists of a computer unit with the usual input devices 2 - 4 (eg keyboard, mouse, scanner, etc.) and output devices 2 (eg monitor), a control unit 5 (Control Unit), a transmitting coil 6 one into a patient 7 implanted retina implant 8th ,

Auf der Rechnereinheit 2–4 ist eine Software installiert, die zur Oberflächenkonditionierung digitale Steuerpulse an die Steuereinheit 5 überträgt. Die Steuereinheit 5 moduliert diese digitalen Steuerpulse auf ein hochfrequentes Trägersignal und leitet es an die Senderspule 6 weiter. Die Senderspule überträgt das HF-Signal auf die Empfängerspule des Retina Implantates 8 im Auge des Patienten 7. Die Elektrodenkontakte des Retinaimplantates sind in Kontakt mit der Retina des Patienten 7 und werden durch die vom Implantat dekodierten Signal re-konditioniert (z. B. re-aktiviert)On the computer unit 2 - 4 is a software installed for surface conditioning digital control pulses to the control unit 5 transfers. The control unit 5 modulates these digital control pulses onto a high frequency carrier signal and passes it to the transmitter coil 6 further. The transmitter coil transmits the RF signal to the receiver coil of the retina implant 8th in the eye of the patient 7 , The electrode contacts of the retinal implant are in contact with the patient's retina 7 and are re-conditioned (eg re-activated) by the signal decoded by the implant

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6324429 B1 [0008] US 6324429 B1 [0008]
  • US 7571011 B2 [0008] US 7571011 B2 [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Shire, D., Rizzo, J. F., & Wyatt, J. L. 2001 [0002] Shire, D., Rizzo, JF, & Wyatt, JL 2001 [0002]
  • Zhou, D., Greenberg, R. J., & Talbot, M. H. 2009 [0002] Zhou, D., Greenberg, RJ, & Talbot, MH 2009 [0002]
  • Slavcheva, E., Vitushinsky, R., Mokwa, W., & Schnakenberg, U. 2004 [0004] Slavcheva, E., Vitushinsky, R., Mokwa, W., & Schnakenberg, U. 2004 [0004]
  • Slavcheva, E., Vitushinsky, R., Mokwa, W., & Schnakenberg, U. 2004. Sputtered iridium oxide films as charge injection material for functional electrostimulation. Journal of the Electrochemical Society, 151(7): 226–237 [0008] Slavcheva, E., Vitushinsky, R., Mokwa, W., & Schnakenberg, U. 2004. Sputtered iridium oxide films as charge injection material for functional electrostimulation. Journal of the Electrochemical Society, 151 (7): 226-237 [0008]

Claims (8)

Anordnung zur softwaregesteuerten Galvanisch Entkoppelte Konditionierung von Retina Implantat ElektrodenkOntakten (GEKO) dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenkonditionierung (z. B. Aktivierung) von mit Iridium Oxid beschichteten Elektrodenkontakten durchgeführt werden kannArrangement for the software-controlled galvanic decoupled conditioning of retinal implant electrode contacts (GEKO), characterized in that surface conditioning (eg activation) of electrode contacts coated with iridium oxide can be carried out Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenkonditionierung (z. B. Aktivierung) von mit Titannitrid beschichteten Elektrodenkontakten durchgeführt werden kannDevice according to claim 1, characterized in that a surface conditioning (eg activation) of titanium nitride coated electrode contacts can be carried out Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenkonditionierung (z. B. Aktivierung) von beschichteten Elektrodenkontakten durchgeführt werden kannDevice according to claim 1 to 2, characterized in that a surface conditioning (eg activation) of coated electrode contacts can be carried out Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenkonditionierung (z. B. Aktivierung) nach Anspruch 1–3 mittels galvanischer Trennung zwischen Konditionierungsgenerator (Steuereinheit 5 mit Rechnereinheit und Steuersoftware 2–4) und Retina Implantat durchgeführt werden kann.Device according to claim 1 to 3, characterized in that a surface conditioning (eg activation) according to claim 1-3 by means of galvanic isolation between conditioning generator (control unit 5 with computer unit and control software 2 - 4 ) and retina implant can be performed. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Re-Konditionierung von Elektrodenkontakten bereits implantierter Retina Implantate durchgeführt werden kannApparatus according to claim 1 to 4, characterized in that a re-conditioning of electrode contacts already implanted retina implants can be performed Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung nach Anspruch 1–5 auch für andere neuronale Implantate (z. B. Hörprothesen, Gangprothesen, usw.) eingesetzt werden kann, um Elektrodenkontakte zu konditionieren (z. B. zu aktivieren) oder zu rekonditionieren (z. B. zu re-aktivieren), mit dem Ziel den Kontakt zwischen Stimulationselektrode und Zielgewebe zu oiptimierenDevice according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement according to claims 1-5 can also be used for other neural implants (eg hearing prostheses, gait prostheses, etc.) in order to condition (eg activate) electrode contacts ) or to recondition (eg, re-activate) with the aim of oiptimating the contact between the stimulation electrode and the target tissue Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Konditionierung oder Re-Konditionierung digitale Pulsfolgen eingesetzt werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that for conditioning or re-conditioning digital pulse sequences are used. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Konditionierung oder Re-Konditionierung frei definierbare Signale eingesetzt werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that for conditioning or re-conditioning freely definable signals are used.
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