DE102018129587A1

DE102018129587A1 - Systeme und Verfahren für eine gleichzeitige Stimulation durch mehrere Elektroden

Info

Publication number: DE102018129587A1
Application number: DE102018129587.1A
Authority: DE
Inventors: Marcelo Baru; Andrew B. Kibler
Original assignee: Biotronik SE and Co KG
Current assignee: Biotronik SE and Co KG
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2019-08-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) für eine Neurostimulation, die umfasst: eine Verarbeitungseinheit (300), mehrere Elektroden (200) für die Anlegung von Stimulationsimpulsen, wobei die Elektroden (200) elektrisch mit der Verarbeitungseinheit (300) verbunden sind, wobei die Verarbeitungseinheit (300) dafür ausgelegt ist, in einer Stimulationsphase und/oder in einer Ausgleichsphase über die Elektroden (200) elektrische Energie in Form von Quell- und Senkströmen (I_Pi, I_Ni) anzulegen, um Nervengewebe zu stimulieren, und wobei die Verarbeitungseinheit (300) dafür ausgelegt ist, mindestens eine von den Elektroden (200) als Kompensationselektrode zu verwenden, so dass die Kompensationselektrode einen Strom zirkulieren lässt, der einem Stromversatz zwischen der Summe der Quellströme (I_Pi) und der Summe der Senkströme (I_Ni) in der Stimulationsphase und/oder in der Ausgleichsphase gleich ist. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.

Description

Nachstehend wird auf die US-Patentanmeldung 15/451,838 Bezug genommen, die in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Neurostimulation.
Elektrische Neurostimulationsanwendungen sind komplizierte implantierbare Impulsgenerator(IPG)-Konstruktionen, die Ströme aus mehreren Elektroden zur gleichen Zeit simultan zu- und ableiten können, starke Ströme einspeisen können, hohe Impulsraten (somit einen aktiven Ladungsausgleich) unterstützen, und dies alles mit verkleinerten Elektrodenflächen (im die Selektivität zu verbessern) und ohne Therapieunterbrechung.
Insbesondere ermöglichen die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung eine simultane stromgesteuerte elektrische Stimulation mehrerer Elektroden ohne Notwendigkeit für eine Hilfselektrode zur Einrichtung der mehreren Therapieströme. Ferner umfassen die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Ausführungsformen für die Auswahl des optimalen Spannungs-Overhead für eine Stromstimulation, und dafür, wie unerwünschte Betriebsbedingungen in der Ansteuerungselektronik vermieden werden können, die durch akkumulierte Spannungen in den Gleichstrom-Sperrkondensatoren und Gewebe-Elektroden-Doppelschichtkapazitäten bewirkt werden können, die eine Folge sind von Stromversätzen, Asymmetrien in den elektrochemischen Gegebenheiten in jeder Phase oder irreversiblen Rektionen, die während einer Therapieverabreichung auftreten können.
US 9,008,787 B2 offenbart die Verwendung einer Hilfselektrode zur Bewältigung von Stromversätzen während einer gleichzeitigen Zweiphasenstimulation durch mehrere Elektroden. Diese Hilfselektrode kann eine abseits angeordnete Elektrode mit einer viel größeren Fläche sein als die einzelnen Elektroden, die für die Therapie verwendet werden. Jedoch benötigt die US 9,008,787 B2 eine Hilfselektrode für die Bewältigung von Stromversätzen während einer gleichzeitigen Zweiphasenstimulation durch mehrere Elektroden. Die Verwendung einer Hilfselektrode während einer Therapie ist ungünstig, da sich das elektrische Feld über die Region von Interesse hinaus ausbreitet und eine solche Elektrode nicht geschützt ist vor einer durchgehenden Spannung. Ferner kann die fragliche Hilfselektrode weder als Therapieelektrode in einer anderen Therapie verwendet werden, die möglicherweise gleichzeitig durchgeführt werden muss, noch als Messelektrode verwendet werden, falls die Therapie in einem Regelkreis abläuft oder eine Messung für Diagnosezwecke verwendet.
Die US 15/451,838 offenbart das Konzept des Zwangssteuerns einer Therapieelektrode, um Stromversätze in Konstruktionen zu bewältigen, wo mehrere Ströme gleichzeitig zu- und abgeleitet werden, ohne dass eine Hilfselektrode daran beteiligt werden muss. Dieses Elektrodenzwangssteuerungsschema wurde mit dem Durchwechseln einzelner Therapieelektroden in einer Bestimmungsstufe kombiniert, wo Parameter, die das finale programmierte Ungleichgewicht für jede aktive Elektrode messen, gespeichert werden. Ebenfalls in US 15/451,838 ist beschrieben, dass eine herkömmliche ladungsausgeglichene Stimulation, die bei einer elektrischen Neurostimulation verwendet wird, eine Zwangssteuerungsladung, die in der Gewebe-Elektroden-Grenzfläche-Ersatzkapazität akkumuliert wird, überkompensieren kann. Dieses Problem eines durchgehenden Elektrodenpotentials kann ferner durch Versätze in den Stromantrieben, welche die Stimulations- und aktiven Ausgleichsphasen implementieren, in einer Therapie mit hohen Impulsraten beeinflusst werden. Diese Stromversätze akkumulieren außerdem Spannungen in den mit den Elektroden in Reihe geschalteten Gleichstrom-Sperrkondensatoren, die nicht nur den Effektivwert dieser Kondensatoren verringern, sondern auch deren Ansteuerungselektronik über die maximale im IPG verwendete Spannung oder unter die Systemerdung zwingen können, wodurch Schutzdioden in der Ansteuerungselektronik aktiviert werden, wenn dies nicht ordnungsgemäß bewältigt wird. Auch wenn US 15/451,838 die Notwendigkeit für eine Hilfselektrode vermeidet, ist die Implementierung kompliziert. Es besteht Bedarf an einem vereinfachten Ansatz, insbesondere einem, der weniger Beteiligung von Firmware für Berechnungen erfordert und der kein Durchwechseln einzelner Elektroden in einer Bestimmungsstufe vor der Therapieverabreichung erfordert. Ferner ist ein vereinfachtes Schema für eine Zwangssteuerung von Elektroden mittels einer Spannungsquelle bevorzugt.
Ferner wird in US 8,538,548 B2 ebenso wie in ähnlichen Dokumenten des Standes der Technik die minimale Overhead-Spannung, die für die stimulierenden Speiseströme erforderlich ist, auf Basis von Impedanzmessungen und minimalen Bürdenspannungen, die nötig sind, um eine Sättigung der Transistoren sicherzustellen, welche die Stromquellen/- senken implementieren, für eine effiziente Stimulation berechnet. Jedoch berücksichtigt US 8,538,548 nicht, wie die Gleichstrom(DC)-Sperrkondensatoren und die Elektroden-Gewebe-Doppelschichtkapazitäten Ladung akkumulieren, die durch Quelle/Senke-Versätze, Asymmetrien in den elektrochemischen Gegebenheiten in jeder Phase oder irreversible Reaktionen, die während einer Therapieverabreichung auftreten können, bewirkt werden. Diese unerwünschten akkumulierten Spannungen können die Kontaktstifte einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), welche die Elektroden über die DC-Sperrkondensatoren ansteuern, über die maximale Spannung, die von der ASIC bewältigt werden kann, oder unter Systemerdung zwingen, was vermieden werden sollte, um die Integrität der ASIC für einen Langzeitbetrieb sicherzustellen, insbesondere für eine chronische Implantation eines implantierbaren Impulsgenerators (IPG), und um die gewünschte Form (z.B. ein Rechteck) des Stimulationsimpulses aufrechtzuerhalten.
Vor diesem Hintergrund ist es daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine effiziente ununterbrochene elektrische Stimulation auf Basis von Strom aus mehreren Elektroden, die keine Hilfselektrode für ihren Betrieb benötigt, mit besonderem Schwerpunkt auf implantierbaren Anwendungen zu schaffen.
Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung, welche die Merkmale von Anspruch 1 aufweist, und ein Verfahren, das die Merkmale von Anspruch 10 aufweist, gelöst. Spezielle Ausführungsformen dieser Aspekte der vorliegenden Erfindung stehen in den entsprechenden Unteransprüchen und sind nachstehend beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 wird eine Vorrichtung für eine Neurostimulation offenbart, die umfasst:

- eine Verarbeitungseinheit,
- mehrere Elektroden für die Anwendung von Stimulationsimpulsen, wobei die Elektroden elektrisch mit der Verarbeitungseinheit verbunden sind,
- wobei die Verarbeitungseinheit dafür ausgelegt ist, über die Elektroden elektrische Energie für eine Stimulation von Nervengewebe in Form von Quell- und Senkströmen in einer Stimulationsphase und/oder in einer nachfolgenden Ausgleichsphase anzulegen (wobei z.B. die Ladung, die in der Ausgleichsphase eingespeist wird, der Ladung der Stimulationsphase gleich ist, aber ein anderes Vorzeichen hat), und
- wobei die Verarbeitungseinheit dafür ausgelegt ist, mindestens eine von den Elektroden als Kompensationselektrode zu verwenden, so dass die Kompensationselektrode einen Strom zirkulieren lässt, der dem Stromversatz zwischen der Summe der Quellströme und der Summe der Senkströme in der Stimulationsphase und/oder in der Ausgleichsphase gleich ist.

Somit nimmt sich die vorliegende Erfindung insbesondere der oben genannten Probleme an, indem sie erstens ein Mehrstromstimulations- und Ausgleichsphasenschema bereitstellt, wo zumindest eine Elektrode, vorzugsweise eine Quellstromelektrode, zwangsgesteuert wird, um (in beiden Phasen) die Stromversätze zwischen den anderen tatsächlich fließenden Strömen zu bewältigen. Anders als im Stand der Technik erfordert dies nicht die Verwendung einer Hilfselektrode zur Bewältigung von Spannungsunterschieden. Solche Hilfselektroden können daher gemäß der vorliegenden Erfindung weggelassen werden. Ferner wird insbesondere eine ladungsausgeglichene Stimulation verwendet, anders als im Stand der Technik. In einer Ausführungsform können Transistoren mit einer niedrigeren Early-Spannung als die anderen für die Implementierung der Stromelemente (Quelle oder Senke) der Elektrode, die zwangsgesteuert werden soll, verwendet werden. In einer alternativen Ausführungsform können Spannungsquellen für einen Stromversatzausgleich verwendet werden. Insbesondere passen in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Overhead-Spannung V_IStim , die für Quellströme benötigt wird, und die Senkspannung für Senkströme ihre Werte automatisch an, bis ein Gleichgewichtszustand eingerichtet ist, um eine Aktivierung von Schutzdioden in der Ansteuerungselektronik zu vermeiden. In einer alternativen Ausführungsform wird die optimale V_IStim vor einer Therapie vorab bestimmt. In einer weiteren, zweiten alternativen bevorzugten Ausführungsform wird eine höhere Spannung V_MaxIC unabhängig von V_IStim erzeugt, und die Schutzdioden werden auf erstere bezogen, ohne die Notwendigkeit für eine automatische Anpassung von V_IStim während einer Therapieverabreichung.
In beiden Ausführungsformen wird eine durchgehende Spannung in den DC-Sperrkondensatoren verringert und durch die Verwendung eines passiven Ausgleichs zwischen dem Ende einer aktiven Ausgleichsphase und der nächsten Stimulationsphase beherrschbar gehalten.
Ein bevorzugtes System und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann beide oben beschriebenen Ausführungsformen in Kombination (d.h. eine Kompensationselektrode und eine optimale Overhead-Spannung) aufweisen. Jedoch ist es auch möglich, die zweite Ausführungsform (d.h. die optimale Overhead-Spannung) in Kombination mit einem Mehrstromschema zu verwenden, das eine Hilfselektrode verwendet, um Versätze zu bewältigen.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner eine implantierbare Vorrichtung (ein sogenannter implantierbarer Impulsgenerator oder IPG), der dafür ausgelegt ist, in den Körper eines Menschen oder eines Tiers implementiert zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner ein Gehäuse, das die Verarbeitungseinheit umschließt.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner eine Elektrodenleitung, die aus dem Gehäuse vorsteht, wobei die Elektroden auf der Elektrodenleitung angeordnet sind.
Ferner leitet gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die mindestens eine Kompensationselektrode in der Stimulationsphase Strom zu und/oder wobei die mindestens eine Kompensationselektrode Strom in der Ausgleichsphase ableitet, wobei die Verarbeitungseinheit dafür ausgelegt ist, die nötige Anpassung bereitzustellen, damit der Kompensationselektrodenstrom darauf eingestellt wird, den Gesamt-Stromversatz (in der Stimulationsphase und/oder in der Ausgleichsphase) zu verstärken/zu schwächen.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Verarbeitungseinheit ferner dafür ausgelegt, den Kompensationselektrodenstrom unter Verwendung mindestens eines Transistors, eines variablen Widerstands und/oder einer Spannungsquelle der Verarbeitungseinheit anzupassen.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Verarbeitungseinheit ferner dafür ausgelegt, eine Overhead-Spannung V_IStim , die für die Quellströme erforderlich ist, und/oder eine Senkspannung V_NCounter , die für die Senkströme erforderlich ist, anzupassen, bis ein Gleichgewichtszustand eingerichtet ist (d.h. ein Zweiphasen-Stimulationsladungsversatz der Ladung gleich ist, die durch passiven Ausgleich ausgeglichen wird), um eine Aktivierung mindestens einer Schutzdiode der Verarbeitungseinheit zu vermeiden.
Ferner ist die Verarbeitungseinheit gemäß einer alternativen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dafür ausgelegt, vor einer Abgabe von Stimulationsimpulsen für eine Therapie vorab eine optimale Overhead-Spannung V_IStimOpt zu bestimmen, die für die Quellströme erforderlich ist, wobei hier die Senkspannung, die für die Senkströme erforderlich ist, insbesondere der Systemerdung V_SS entspricht. Genauer wird die optimale Overhead-Spannung durch die Verarbeitungseinheit als V_IStimOpt = V_AUX + V_CompIPi bestimmt, wobei V_AUX die Spannung an einem Punkt oder Kontaktstift (d.h. einem Kontaktstift einer ASIC) ist, über den die Verarbeitungseinheit einen Sperrkondensator C_i einer Elektrode ansteuert, welche die im Vergleich mit den anderen Elektroden größte Stromquelle darstellt, wobei die Spannung V_AUX am Ende einer Stimulationsphase gemessen wird, in der die mindestens eine Kompensationselektrode der Elektrode am nächsten ist, welche die größte Stromquelle darstellt, und mit einer Spannung V_AuxStim verbunden ist, um den Stromversatz zu kompensieren, und wobei die Spannung V_CompIPi die Bürdenspannung (d.h. der minimale Spannungs-Overhead, damit eine Stromquelle als solche arbeiten kann) der größten Stromquelle I^Pi ist.
Ferner ist gemäß einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Verarbeitungseinheit dafür ausgelegt, eine Spannung V_MaxIC , die höher ist als eine Overhead-Spannung V_IStim , die für die Quellströme erforderlich ist, unabhängig zu erzeugen, und mindestens eine Schutzdiode der Verarbeitungseinheit wird auf die erzeugte Spannung V_MaxIC bezogen, ohne dass die Overhead-Spannung V_IStim während einer Therapieverabreichung automatisch angepasst werden muss.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Neurostimulation unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einer Stimulationsphase und/oder einer anschließenden Ausgleichsphase von der Verarbeitungseinheit über die Elektroden elektrische Energie in Form von Quell- und Senkströmen angelegt wird, um Nervengewebe zu stimulieren (wobei z.B. die Ladung, die in der Ausgleichsphase eingespeist wird, der Ladung der Stimulationsphase gleich ist, aber ein anderes Vorzeichen hat), und wobei die Verarbeitungseinheit mindestens eine von den Elektroden verwendet, um den Stromversatz zwischen der Summe der Quellströme und der Summe der Senkströme in der Stimulationsphase und/oder in der Ausgleichsphase zu kompensieren.
Ferner leitet gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung die mindestens eine Kompensationselektrode in der Stimulationsphase Strom zu und/oder wobei die mindestens eine Kompensationselektrode Strom in der Ausgleichsphase ableitet, wobei die Verarbeitungseinheit die nötige Anpassung bereitstellt, damit der Kompensationselektrodenstrom darauf eingestellt wird, den Gesamt-Stromversatz in der Stimulationsphase und/oder in der Ausgleichsphase zu verstärken/zu schwächen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung passt die Verarbeitungseinheit ferner den Kompensationselektrodenstrom unter Verwendung mindestens eines Transistors, eines variablen Widerstands und/oder einer Spannungsquelle an.
Ferner passt gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung die Verarbeitungseinheit eine Overhead-Spannung V_IStim , die für die Quellströme erforderlich ist, und eine Senkspannung V_NCounter , die für die Senkströme erforderlich ist, an, bis ein Gleichgewichtszustand eingerichtet ist, um eine Aktivierung mindestens einer Schutzdiode der Verarbeitungseinheit zu vermeiden.
Ferner bestimmt gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung die Verarbeitungseinheit vor einer Abgabe von Stimulationsimpulsen für eine Therapie vorab eine optimale Overhead-Spannung V_IStimOpt , die für die Quell-/Senkströme erforderlich ist, wobei hier die Senkspannung, die für die Senkströme erforderlich ist, der Systemerdung V_ss entspricht.
Genauer wird die optimale Overhead-Spannung V_IStimOpt durch die Verarbeitungseinheit als V_IStimOpt = V_Aux + V_CompIPi bestimmt, wobei V_Aux eine Spannung an einem Punkt oder Kontaktstift (d.h. einem Kontaktstift einer ASIC) ist, über den die Verarbeitungseinheit einen Sperrkondensator C_i einer Elektrode ansteuert, welche die im Vergleich mit den anderen Elektroden größte Stromquelle darstellt, wobei die Spannung V_Aux am Ende einer Stimulationsphase gemessen wird, in der die mindestens eine Kompensationselektrode, die der Elektrode am nächsten ist, welche die größte Stromquelle darstellt, mit einer Spannung V_AuxStim verbunden ist, um den Stromversatz zu kompensieren, und wobei V_CompIPi die Bürdenspannung der größten Stromquelle I_Pi ist.
Ferner erzeugt gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung die Verarbeitungseinheit unabhängig eine Spannung V_MaxIC , die höher ist als eine Overhead-Spannung V_IStim , die für die Quellströme erforderlich ist, und mindestens eine Schutzdiode der Verarbeitungseinheit wird auf die erzeugte Spannung V_MaxIC bezogen, insbesondere ohne die Notwendigkeit einer automatischen Anpassung der Overhead-Spannung V_IStim während einer Therapieverabreichung.
Weitere Merkmale und Ausführungsformen der vorliegenden E werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, worin:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung für eine Neurostimulation, hier eine Rückenmarksstimulation (SCS) ist;
2 eine schematische Darstellung einer Verarbeitungseinheit (Front End) einer Vorrichtung für eine Neurostimulation, die in 1 gezeigt ist, zeigt;
3 eine schematische Konfiguration für eine Stimulationsphase unter Verwendung der in 1 und 2 gezeigten Vorrichtung zeigt;
4 eine schematische Darstellung einer tatsächlichen Implementierung einer Stimulationsphase unter Verwendung eines Transistors mit einer niedrigeren Early-Spannung zeigt;
5 eine schematische Darstellung einer aktiven Ausgleichsphase für die in 4 gezeigte Stimulationsphasenkonfiguration zeigt;
6 eine alternative Stimulationsphasenkonfiguration zum Kompensieren von Stromversätzen unter Verwendung einer Spannungsquelle zeigt;
7 eine schematischen Darstellung zeigt, in der die Elektroden-Gewebe-Grenzfläche für die Konfiguration von 6 hervorgehoben ist;
8 eine Bestimmung von V_AuxStim darstellt, wobei das Gehäuse der Vorrichtung als Senkelektrode verwendet wird;
9 die Verwendung einer anderen V_AuxBal für eine aktive Ausgleichsphase zeigt;
10 eine Bestimmung von V_AuxBal darstellt, wobei das Gehäuse der Vorrichtung als Quellelektrode verwendet wird;
11 eine automatische Anpassung der Spannung V_IStim und der Senkspannung für Senkströme V_NCounter darstellt, und
12 eine Konfiguration für die Bestimmung einer optimalen Spannung V_IStimOpt zeigt.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, hier z.B. in Form eines Mehrelektrodensystems, das ein Gehäuse 201 (hier eines implantierbaren Impulsgenerators (IPG)) und eine perkutane (Elektroden-) Leitung 202 für eine Rückenmarksstimulation (SCS) umfasst. Auch wenn nur eine Leitung 202 und acht Elektroden 200 gezeigt sind und die Ausführungsformen der Einfachheit halber im Hinblick auf eine SCS-Anwendung beschrieben werden, kann diese Offenbarung auf jede Anwendung elektrischer Stimulationen, implantierbar oder nicht, oder auf jede Anzahl unterschiedlicher Leitungen 202 und Elektroden 200 erweitert und angewendet werden.
Betrachtet man nun wieder 1, so wird jede Elektroden-Gewebe-Grenzfläche 203 durch ein Konstantphasenelement 204 (auch als Bruchzahl-Polkondensator bezeichnet) modelliert, das Verschiebungsströme in der Gewebe-Elektroden-Doppelschicht während einer Zweiphasenstimulation modelliert, in Reihe mit einem Zugriffswiderstand 205. Dioden 206 modellieren irreversible Faraday-Reaktionen, die während einer Zweiphasenstimulation abhängig von dem eingespeisten Ladungsniveau auftreten können. Die leitende Fläche des Gewebe-IPG-Gehäuses 201 wird von einer ähnlichen Impedanz 207 modelliert, wo ein Widerstand 208 einen Verlust des Konstantphasenelements 209 modelliert. Typischerweise ist angesichts der viel größeren leitenden Fläche des IPG-Gehäuses 201 die von 209 dargestellte Impedanz viel kleiner als die von 204.
Ein Element 210 modelliert die Leerlaufspannung (open circuit potential, OCP) jeder Elektrode 200, die gegen eine andere leitende Oberfläche, z.B. die leitende Fläche des IPG-Gehäuses 201, gemessen wird.
Für das beschriebene SCS-Beispiel modelliert ein Gitter 211 den Bulk-Elektrolyten als eine 2D-Anordnung aus variierenden Widerständen aufgrund der Rotationssymmetrie der Elektroden 200 [2]. Die perkutane SCS-Leitung 202 besteht aus koaxialen zylindrischen Pt/Ir-Elektroden 200, die durch isolierende Abstandhalter 212 getrennt sind.
Die Elektroden 200 werden durch die Verarbeitungseinheit (gezeigt ist das Front End) 300 (in der Vorrichtung 1), die in 2 gezeigt ist, elektrisch angesteuert. Die Komponente C_i stellt den DC-Sperrkondensator in Reihe mit der Elektrode i dar. Diese DC-Sperrkondensatoren sind nominell alle gleich mit einem typischen Wert in der Größenordnung von 10 µF und mit einer Kapazität, die mit einer Vorspannung sinkt (Verhalten eines keramischen Kondensators). Der „äquivalente“ Kondensator, der von der Doppelschicht präsentiert wird (dargestellt durch das Konstantphasenelement 204), weist andererseits beispielsweise für eine SCS-Pt/Ir-Elektrode 200 einen Wert in der Größenordnung von 4,7 µF auf. Jedoch geht die vorliegende Erfindung nicht von bestimmten relativen Werten zwischen diesen Kapazitäten aus.
Die Widerstände 301 in 2 sind Bleeding Resistors (z.B. Hunderte von kΩ), die in einer Sternkonfiguration angeordnet sind, typischerweise in Front-Ends 300 des IPG für eine Passivladungsneutralität verwendet. Kondensatoren 302, ebenfalls in Sternkonfiguration, sorgen für eine Filterung von elektromagnetischer Interferenz (andere Arten von Schutz, wie etwa gegen externe Defibrillationsimpulse, sind nicht gezeigt). Der Gleichtakt der Sternkonfigurationen von sowohl Widerständen 301 als auch Kondensatoren 302 ist mit der leitenden Fläche 303 des IPG-Gehäuses 201 verbunden.
Eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 304 der Verarbeitungseinheit 300 stellt fünf (5) steuerbare Elemente für eine Zweiphasenstimulation bereit, wovon jeweils nur eines aktiv sein kann, wenn die entsprechende Elektrode 200 für eine Therapieverabreichung verwendet wird. Ein Strom I_Pi lässt einen Quellstrom durch eine Elektrode 200 von der programmierbaren Spannung V_IStim zu, während ein Strom I_Ni einen Senkstrom zu einer Spannung V_NCounter zulässt, die, falls gewünscht die Systemerdung Vss sein kann. Da Quell- uns Senkströme an jeder Elektrode 200 unabhängig steuerbar sind, kann eine gleichzeitige Mehrelektroden-SCS-Therapie mit aktivem Ladungsausgleich, somit mit einer höheren Frequenz verabreicht werden, und eine Stromlenkung ist möglich, um eine gezielte Stimulation spezifischer Nervenfasernpopulationen zu ermöglichen. Analoge Schalter 305, 306 ermöglichen jeweils eine Verbindung einer Elektrode 200 mit entweder V_IStim oder V_NCounter , wenn Ströme von nur einem Typ angelegt werden sollen. Analoge Schalter 307, 308, die auf eine Mittelspannung V_Mid bezogen sind, und ein strombegrenzender Widerstand 309 ermöglichen einen passiven Ladungsausgleich. V_Mid kann jede Spannung zwischen V_IStim und V_SS , jeweils einschließlich, sein. Widerstände 310 können hinzugefügt werden, um den Strom in Anwesenheit extern erzeugter Felder (z.B. Defibrillation) zu begrenzen.
Es wird angenommen, ohne Verlust der Allgemeingültigkeit, dass vier (4) Stromsenken und (4) Stromquellen für die Therapie verwendet werden, wie in 3 gezeigt, und dass programmiert werden soll I_N1 ≥ I_N2 ≥ I_N3 ≥ I_N4 und I_P5 ≥ I_P6 ≥ I_P7 ≥ I_P8, um während der Stimulation ein bestimmtes elektrisches Feld bereitzustellen. Es ist wichtig, dass I_Ni i = 1...4 ordnungsgemäß eingerichtet wird, da diese Ströme diejenigen sind, die stimulieren. Angesichts der hochohmigen Natur von Stromsenken/-quellen ist in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens eine Elektrode 200 und vorzugsweise die Quellelektrode 200 mit dem niedrigsten programmierten Strom (d.h. die Elektrode 8 in dem Beispiel) so designt, dass sie in der Lage ist, ihren Strom anzupassen (z.B. eine geringere Impedanz zu bieten). Dies kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden, zum Beispiel durch die Verwendung eines Transistors mit niedrigerer Early-Spannung als andere, so dass er seinen Strom darauf einstellen kann, die tatsächliche Differenz zwischen Senk- und Quellströmen zirkulieren zu lassen, durch Programmieren eines höheren Stroms als die Summe von I_Ni i = 1...4 in einer solchen zwangsgesteuerten Quellelektrode 200 (8 in dem beschriebenen Beispiel) durch einen variablen Widerstand oder durch eine geeignete Spannungsquelle, die den Strom der angetriebenen Elektrode 200 so anlegt, dass Gl. (1) erfüllt ist. $I_{ForcedP8} = \sum_{i = 1}^{4} I_{Ni} - \sum_{i = 5}^{7} I_{Pi}$
Die tatsächliche Stimulationsphase, die dann programmiert wird, ist in 4 für die bevorzugte Ausführungsform gezeigt, in der ein Transistor mit niedrigerer Early-Spannung als die anderen verwendet wird. Das tatsächliche Stromgewicht der Elektrode 8 wird leicht von dem programmierten abweichen, und dies ist hinnehmbar, da seine Wirkung auf die Therapie zu vernachlässigen ist. Anders als im Stand der Technik benötigt diese bevorzugte Ausführungsform für die Bewältigung der programmierten Ströme nicht die Hinzufügung einer Hilfselektrode 200, um den Stromversatz zwischen der Summe von Senkströmen und der Summe von Quellströmen abzuleiten/zuzuleiten.
Für Stimulierungsfrequenzen, wo eine aktive Ausgleichsphase zwingend erforderlich ist, ist eine bevorzugte Ausführungsform der Implementierung in 5 gezeigt. Die Ströme sind umgekehrt, d.h. die Elektroden 1...4 leiten nun Ströme Ipi (i = ...4) von V_IStim zu, während die Elektroden 5...8 Ströme I_Ni (i = 5...7) und I_ForcedN8 zu V_NCounter ableiten. Die gleiche Elektrode 200, die in der Stimulationsphase zwangsgesteuert wurde (8 in diesem Beispiel), wird vorzugsweise auch in der aktiven Ausgleichsphase zwangsgesteuert.
Der Kliniker kann die Impulsbreite der aktiven Ausgleichsphase programmieren, die typischerweise gleich oder doppelt so groß ist wie die Impulsbreite der Stimulationsphase in SCS, wenn Stimulationsfrequenzen im kHz-Bereich liegen, was automatisch die Ströme bestimmt, die in der aktiven Ausgleichsphase erforderlich sind, wenn eine ladungsausgeglichene Einspeisung verwendet wird.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrode 200, die derjenigen mit der größten programmierten Stromquelle in der Stimulationsphase am nächsten ist, stattdessen mit einer Spannung V_AuxStim während einer solchen Phase programmiert. In dem beschriebenen Beispiel ist die Elektrode 200, die mit einer solchen Spannung V_AuxStim verbunden werden soll, die Elektrode 6, die in 6 gezeigt ist, angesichts dessen, dass die Elektrode 5 die größte programmierte Stromquelle in der Stimulationsphase aufweist. Falls Elektroden 200 von verschiedenen perkutanen Leitern 202 für Stromlenkungszwecke verwendet werden, kann die Bestimmung der nächsten Elektrode 200 eine Impedanzmessung zwischen der Elektrode 200 mit der größten programmierten Stromquelle in der Stimulationsphase und den anderen stromzuleitenden Elektroden 200 erfordern.
Um eine bevorzugte Ausführungsform für die Bestimmung des zu verwendenden Wertes von V_AuxStim zu beschreiben, ist 6 auf 7 erweitert, um die an der Elektroden-Gewebe-Grenzfläche 203 modellierten Impedanzen zu zeigen, wo C_dli und R_ai die Doppelschichtkapazitäten 204 bzw. die Zugriffswiderstandswerte 205 von Elektroden i = 1...8 (in dem Beispiel) sind. Bulk-Gewebe ist primär der Widerstand der Cerebrospinalflüssigkeit (R_CSF , Gitter 211 in 1). OCPs (210) können ignoriert werden, da alle Elektroden 200 aus dem gleichen Material bestehen und die gleiche Fläche aufweisen.
Die Spannung V_AuxStim muss sicherstellen, dass die Spannung V_Bulk , d.h. die Bulk-Gewebespannung in der Nähe der Elektrode 200 mit dem größten erwarteten Spannungsabfall (Elektrode 5 in dem Beispiel), zumindest Gl. (2) am Ende der Stimulationsphase erfüllt. $V_{IStim} - V_{Bulk} = V_{CompIP5} + Δ {VC}_{5} + Δ {VC}_{dl5} + R_{a5} \times I_{P5}$
worin V_CompIP5 die Bürdenspannung der Stromquelle I_P5 ist, ΔVC₅ die akkumulierte Spannung im Sperrkondensator C₅ ist und ΔVC_d15 die akkumulierte Spannung über der Doppelschichtkapazität C_d15 ist, angesichts aller nichtlinearer Prozesse, die während der Stimulation auftreten können. V_CompIP5 kann für Entwurfszwecke als konstant (z.B. 1,0 V) betrachtet werden.
Um V_AuxStim zu bestimmen, werden alle programmierten Stimulationsphasen-Speiseströme I_Pi (d.h. I_P5 bis I_P8 in dem Beispiel) unter Verwendung der leitenden Fläche 303 des LPG-Gehäuses 201 als Ableitungselektrode eingespeist, wie in 8 gezeigt, und die Spannungsdifferenz zwischen dem Kontaktstift der ASIC 304, der die DC-Sperrkondensatoren C_i der Elektrode 200 mit der größten Stromquelle (d.h. 5 in dem Beispiel) ansteuert, minus des Kontaktstifts der ASIC 304, der die DC-Sperrkondensatoren C_i der Elektrode 200 ansteuert, die zwangsgesteuert werden soll (d.h. 6 im zweiten Beispiel), wird unter Verwendung eines Hochimpedanzpuffers BUF (Ausgang V_Diff ) oder einer Ersatzschaltung (z.B. Abtasten und Halten) unmittelbar vor dem Ende der Stimulationsphase gemessen. Während der Bestimmung der Spannung V_AuxStim kann die maximale programmierbare V_IStim verwendet werden.
Die Spannung V_Diff erfüllt Gl. (3) (wobei, ohne Verlust der Allgemeingültigkeit, ein Verstärkungsfaktor Eins für BUF angenommen wird). $V_{Diff} = Δ V_{C5} + Δ V_{Cdl5} + R_{a5} \times I_{P5} + Δ V_{Bulk} - R_{a6} \times I_{P6} - Δ V_{Cdl6} - Δ V_{C6}$
wobei ΔV_Bulk die Spannungsdifferenz zwischen dem Bulk-Gewebepotential in der Nähe der Elektrode 200 mit der größten Stromquelle (d.h. 5 in dem Beispiel) und dem Bulk-Gewebepotential in der Nähe der Elektrode 200, die zwangsgesteuert werden soll (d.h. 6 in dem Beispiel) ist.
Wenn V_AuxStim verwendet wird, wie in 7 gezeigt, um die Mehrstromstimulationsphase zu implementieren, muss somit für die Gewährleistung der erforderlichen Exkursion, die für die Elektrode 200 mit der größten Elektrodenquelle (d.h. 5 in dem Beispiel) erforderlich ist, V_AuxStim Gl. (4) erfüllen. $V_{IStim} - V_{AuxStim} = V_{Diff} + V_{CompIP5}$
Schreibt man Gl. (4) um, so erhält man Gl. (5). $V_{AuxStim} = V_{IStim} - V_{Diff} - V_{CompIP5}$
Ein Mikrocontroller an der Vorrichtung 1 kann den V_AuxStim -Wert mittels Gl. (5) berechnen und die ASIC 304 anweisen, eine solche Spannung mit der erforderlichen Stromansteuerungsfähigkeit zu erzeugen. Weiter unten wird die bevorzugte Ausführungsform für die Auswahl der optimalen V_IStim für eine effiziente Stimulation beschrieben.
Die aktive Ausgleichsphase verwendet eine andere Hilfsspannung V_AuxBal wie in 9 gezeigt.
Um V_AuxBal zu bestimmen, kehrt die ASIC 304 8 (nach der programmierten Zwischenphasenperiode) um und speist Ausgleichssenkströme I_N5 ...I_N8 gegen die leitende Fläche 303 des IPG-Gehäuses 201 ein, das direkt mit V_IStim oder einer niedrigeren Spannung verbunden ist (um die akkumulierte Ladung der Stimulationsphase von 8 zu kompensieren und nicht Schutzdioden auszulösen), wie in 10 gezeigt ist. Die Quellströme I_Pi der aktiven Ausgleichsphase für die Stimulationselektroden (i = 1...4 in dem Beispiel) können von den Stimulationsphasen-Senkströmen I_Ni verschieden sein, jedoch garantiert die Programmierbarkeit, dass die Stimulations- und Ausgleichsphasenladungen gleich sind, d.h. I_Ni x PW = I_Pi × PW_Bal (i = 1...4 in dem Beispiel), wobei PW und PW_Bal die Impulsbreiten der Stimulations- und der aktiven Ausgleichsphasen sind, wenn Rechteckpulse für die Stimulation verwendet werden. Für die nichtstimulierenden Elektroden 200 (5...8 in dem Beispiel) gilt das Gegenteil, d.h. I_Pi × PW = I_Ni × PW_Bal (i = 5...8 in dem Beispiel, mit I_ForcedNi für die zwangsgesteuerte Elektrode 200 anstelle des programmierten I_Ni ).
Unter Verwendung des Schemas von 10 wird die Spannungsdifferenz zwischen dem Kontaktstift der ASIC 304, die den DC-Sperrkondensator Ci der Elektrode 200 ansteuert, die zwangsgesteuert werden soll (d.h. 6 im zweiten Beispiel) minus dem Kontaktstift der ASIC 304, welche die DC-Sperrkondensatorenen Ci der Elektrode 200 mit der größten Stromquelle ansteuert (d.h. 5 in dem Beispiel), unter Verwendung des Hochimpedanzpuffers BUF unmittelbar vor dem Ende des aktiven Ausgleichsphasenimpulses gemessen. Die Ausgangsspannung in diesem Fall ist V_DiffBal .
Wendet man eine ähnlichen Argumentation an wie für die Bestimmung von V_AuxStim beschrieben, muss die Spannung V_AuxBal (siehe 9) Gl. (6) erfüllen $V_{AuxBal} = V_{DiffBal} + V_{CompIP5} + V_{NCounter}$
Nach einer globalen passiven Ausgleichsphase zwischen den beteiligten Elektroden 200 bei der Bestimmung von V_AuxStim und V_AuxBal und der leitenden Fläche 303 des Gehäuses des IPG 201 kann eine Therapie angewendet werden wie in 7 (Stimulationsphase) und 9 (aktive Ausgleichsphase) gezeigt.
Nun lassen Versätze in den Ladungen, die zwischen Stimulations- und Ausgleichsphasen eingespeist werden, Asymmetrien in den elektrochemischen Gegebenheiten in jeder Phase und irreversible Reaktionen, die während einer elektrischen Stimulation auftreten können, Spannungen in den DC-Sperrkondensatoren C_i und den Elektroden-Gewebe-Grenzflächen 203 (über das Element 204) akkumulieren, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Diese akkumulierten Spannungen können die Kontaktstifte 311, welche die Elektroden 200 ansteuern (siehe 2) über die maximale Spannung der ASIC 304 oder unter die Systemerdung zwingen, was die Schutzdioden (nicht gezeigt) an den Kontaktstiften 311 auslöst.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Spannung V_IStim und die Rückspannung für Senkströme V_NCounter automatisch angepasst, bis ein Gleichgewichtszustand eingerichtet ist, um eine Aktivierung von Schutzdioden in der ASIC 304, welche die Elektroden 200 ansteuert, zu vermeiden und einen Leistungsverbrauch zu minimieren. Dies ist in 11 dargestellt. In dieser Ausführungsform beginnen die Spannungen V_IStim und V_NCounter mit der maximalen programmierbaren Spannung bzw. dem maximalen V_SS -Pegel. Während die Therapie im Gange ist, verfolgt die Peak-and-Hold-Detektorschaltung 1200 die Spannung des Kontaktstifts 311 (der ASIC 304) mit dem größten Wert. Wenn von einer solchen verfolgten Spannung ein Schwellenwert V_RefHi überschritten wird, der von einem Komparator 1201 erfasst wird, wird eine Überspannungs(OV)-Bedingung erzeugt, welche die Spannung V_IStim automatisch um einen programmierbaren Schritt verringert, bevor der nächste Stimulationsimpuls verabreicht wird. Ebenso werden die Spannungen sämtlicher Kontaktstifte 311 gleichzeitig von einem Block 1202 überwacht. Falls irgendeine Spannung unter den Schwellenwert V_RefLo (minus einer Schottky-Diode) sinkt, wird vom Block 1203 eine Unterspannungs(UV)-Bedingung deklariert und V_NCounter wird vor der Verabreichung des nächstens Stimulationsimpulses um einen Schritt erhöht. In einem Beispiel können die Spannungen Vistim und V_NCounter bei 16,0 V bzw. Vss beginnen und bei 9,0 V bzw. 1,0 V über Vss zum Stehen kommen. Die schrittweise Senkung (Erhöhung) kann 0,5 V betragen. Die Schaltung, die V_NCounter erzeugt (nicht gezeigt, z.B. ein Verstärker der Klasse AB), weist die erforderliche Stromansteuerungsfähigkeit auf, die nötig ist, um die zirkulierenden Ströme während der Stimulations- und der aktiven Ausgleichsphasen zu senken.
Alternativ dazu kann ein programmierbarer Widerstand die erforderliche V_NCounter erzeugen. In einer alternativen zweiten bevorzugten Ausführungsform wird die optimale V_IStim (als V_IStimOpt bezeichnet) für die Therapie vorab bestimmt und typischerweise verwendet, wenn es akzeptabel ist, dass V_NCounter als Systemerdung V_SS dient. Um diese V_IStimOpt zu bestimmen, wird die Stimulationsphase mit der bestimmten V_AuxStim eigespeist wie in 12 gezeigt, und die Spannung Aux, d.h. der Kontaktstift der ASIC 304, die den Sperrkondensator C_i der Elektrode 200 mit der größten Stromquelle (d.h. 5 in dem Beispiel) ansteuert, wird am Ende dieser Stimulationsphase gemessen. Dann kann die Spannung V_IStimOpt programmiert werden wie in Gl. (7). $V_{IStim} = V_{Aux} + V_{CompIP5}$
Während einer Therapie kann V_IStim schrittweise erhöht werden, wenn irgendeine Spannung über den Stromelementen die entsprechende Bürdenspannung erreicht.
In einer noch anderen zweiten bevorzugten Ausführungsform kann die ASIC 304 eine andere Spannung V_HiIC als ihre maximale Spannung verwenden. Die Schutzdioden der Kontaktstifte 311 (nicht gezeigt) werden dann auf eine solche Spannung V_HiIC bezogen. Zum Beispiel kann V_HiIC 17,5 V sein, während die maximale V_IStim 16,0 V sein kann. Dies kann einen Betrieb ohne Anpassung der Overhead-Spannung ermöglichen. Die Erzeugung der Spannung V_HiIC muss keine hohe Ansteuerungsstromkapazität haben, da diese Spannung nur für die Überwachung einer Überspannung an den Kontaktstiften 311 verwendet wird. In 11 ist ein Komparator 1201 gezeigt, der von einer solchen Spannung V_HiIC mit Leistung versorgt wird, er kann aber auch von niedrigeren Spannungen (z.B. Batteriespannungen) mit Leistung versorgt werden, wenn eine Dämpfung der Spannungen der Kontaktstifte 311 für Vergleichszwecke über 1201 verwendet wird.
Zusammengefasst hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass keine Hilfselektrode erforderlich ist, um eine gleichzeitige auf mehreren Strömen basierende Therapie zu implementieren, wodurch das elektrische Feld im zu stimulierenden Gewebe konzentriert werden kann und nicht in unerwünschte Gebiete ausstrahlt. Ferner ist auch kein Durchwechseln durch einzelne Therapieelektroden in einer Bestimmungsstufe erforderlich. Insbesondere verwendet die vorliegende Erfindung effektiv eine ladungsausgeglichene Stimulation. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Anpassen der Overhead-Spannung, die für eine Stromstimulation für eine effiziente Therapieverabreichung ohne Therapieunterbrechung erforderlich ist.
[2] Jones und Scott, „Scaling of Electrode-Electrolyte Interface Model Parameters In Phosphate Buffered Saline“, IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, Bd. 9, Ausgabe 3, S. 441-8, Juni 2015.
Der Fachmann wird erkennen, dass vor dem Hintergrund der obigen Lehren zahlreiche Modifikationen und Variationen der beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen möglich sind. Die offenbarten Beispiele und Ausführungsformen werden nur zum Zwecke der Erläuterung vorgelegt. Andere alternative Ausführungsformen können einige oder alle von den hierin offenbarten Merkmalen enthalten. Daher sollen alle diese Modifikationen und alternativen Ausführungsformen, die im wahren Gedanken der Erfindung liegen, abgedeckt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 15451838 [0001, 0006]
US 9008787 B2 [0005]
US 8538548 B2 [0007]
US 8538548 [0007]

Claims

Vorrichtung (1) für eine Neurostimulation, umfassend: - eine Verarbeitungseinheit (300), - mehrere Elektroden (200) für die Anwendung von Stimulationsimpulsen, wobei die Elektroden (200) elektrisch mit der Verarbeitungseinheit (300) verbunden sind, - wobei die Verarbeitungseinheit (300) dafür ausgelegt ist, über die Elektroden (200) elektrische Energie in Form von Quell- und Senkströmen (I_Pi, I_Ni) in einer Stimulationsphase und/oder in einer Ausgleichsphase anzulegen, um Nervengewebe zu stimulieren, und - wobei die Verarbeitungseinheit (300) dafür ausgelegt ist, mindestens eine von den Elektroden (200) als Kompensationselektrode zu verwenden, so dass die Kompensationselektrode einen Strom zirkulieren lässt, der dem Stromversatz zwischen der Summe der Quellströme (I_Pi) und der Summe der Senkströme (I_Ni) in der Stimulationsphase und/oder in der Ausgleichsphase gleich ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (1) eine implantierbare Vorrichtung ist, die dafür ausgelegt ist, in den Körper eines Menschen oder eines Tiers implantiert zu werden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung (1) ein Gehäuse (201) umfasst, das die Verarbeitungseinheit (300) umschließt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) mindestens einen Elektrodenleiter (202) umfasst, der sich vom Gehäuse (201) aus erstreckt, wobei die Elektroden (200) auf dem Elektrodenleiter (202) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Kompensationselektrode (200) in der Stimulationsphase Strom (I_ForcedP8) zuleitet und/oder wobei die mindestens eine Kompensationselektrode in der Ausgleichsphase Strom ableitet (i_ForcedN8), wobei die Verarbeitungseinheit (300) dafür ausgelegt ist, einen Strom (I_ForcedP8, I_ForcedN8) der Kompensationselektrode so anzupassen, dass die Stromversätze währen der Therapie kompensiert werden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die Verarbeitungseinheit (300) dafür ausgelegt ist, den Strom (I_ForcedP8, I_ForcedN8) unter Verwendung mindestens eines Transistors, eines variablen Widerstands und/oder einer Spannungsquelle der Verarbeitungseinheit (300) anzupassen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit dafür ausgelegt ist, eine Overhead-Spannung (V_IStim), die für die Erzeugung der Quellströme (I_Pi) erforderlich ist, und/oder eine Rückspannung (V_NCounter), die für die Erzeugung der Senkströme (I_Ni) erforderlich ist, anzupassen, bis ein Gleichgewichtszustand eingerichtet ist, um eine Aktivierung mindestens einer Schutzdiode der Verarbeitungseinheit (300) zu vermeiden.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verarbeitungseinheit (300) dafür ausgelegt ist, vor der Verabreichung von Stimulationsimpulsen für die Therapie vorab eine optimale Overhead-Spannung (V_IStimOpt) zu bestimmen, die für die Therapie erforderlich ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (300) dafür ausgelegt ist, unabhängig eine Spannung (V_MaxIC), die höher ist als eine Overhead-Spannung (V_IStim), die für die Therapie erforderlich ist, zu erzeugen, und mindestens eine Schutzdiode der Verarbeitungseinheit (300) auf die erzeugte Spannung (V_MaxIC) bezogen ist.
Verfahren für eine Neurostimulation unter Verwendung einer Vorrichtung (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einer Stimulationsphase und/oder einer anschließenden Ausgleichsphase von der Verarbeitungseinheit (300) über die Elektroden (200) elektrische Energie in Form von Quell- und Senkströmen (I_Pi, I_Ni) angelegt wird, um Nervengewebe zu stimulieren, und wobei die Verarbeitungseinheit (300) mindestens eine von den Elektroden (200) verwendet, um einen Stromversatz zwischen der Summe der Quellströme (I_Pi) und der Summe der Senkströme (I_Ni) in der Stimulationsphase und/oder in der Ausgleichsphase zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine Kompensationselektrode (200) in der Stimulationsphase Strom (I_ForcedP8) einspeist und/oder wobei die mindestens eine Kompensationselektrode in der Ausgleichsphase Strom ableitet (I_ForcedN8), wobei die Verarbeitungseinheit (300) einen Strom der Kompensationselektrode so anpasst, dass die Stromversätze kompensiert werden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Verarbeitungseinheit den Strom unter Verwendung mindestens eines Transistors, eines variablen Widerstands und/oder einer Spannungsquelle anpasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Verarbeitungseinheit eine Overhead-Spannung (V_IStim), die für die Erzeugung der Quellströme erforderlich ist, und eine Rückspannung (V_NCounter), die für die Erzeugung der Senkströme erforderlich ist, anpasst, bis ein Gleichgewichtszustand eingerichtet ist, um eine Aktivierung mindestens einer Schutzdiode der Verarbeitungseinheit zu vermeiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Verarbeitungseinheit vor der Verabreichung von Stimulationsimpulsen für die Therapie vorab eine Overhead-Spannung V_IStimOpt bestimmt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Verarbeitungseinheit unabhängig eine Spannung V_MaxIC, die höher ist als eine Overhead-Spannung V_IStim, die für die Erzeugung der Quellströme erforderlich ist, erzeugt, und mindestens eine Schutzdiode der Verarbeitungseinheit auf die erzeugte Spannung (V_MaxIC) bezogen ist.