DE102019007687A1

DE102019007687A1 - Gerät und verfahren zum selektiven und reversiblen modulieren einer nervensystemstruktur zur hemmung von schmerzen

Info

Publication number: DE102019007687A1
Application number: DE102019007687.7A
Authority: DE
Inventors: Eric A. Schepis; David M. Page; Phillip A. Schorr; Shyamy R. Sastry; Leah Roldan; Natalia Alexeeva; Ryan Caldwell; Amol SOIN
Original assignee: Avent Inc
Current assignee: Avent Inc
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2020-06-10
Also published as: US20200179697A1; AU2019261705A1; GB2583551A; JP2020089718A; US20200179690A1; US20230012663A1; AU2019261705B2; US11446498B2; US11202909B2; US20220105344A1; US10828491B2; US20210052899A1; GB201916156D0; GB2583551B; FR3092496A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System (120) und ein Verfahren zum selektiven und reversiblen Modulieren von angezieltem neuronalen und nicht-neuronalen Gewebe (N) eines Nervensystems zur Behandlung von Schmerzen. Eine elektrische Stimulation wird an die Behandlungsstelle abgegeben, die das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe (N) der Nervenstruktur selektiv und reversibel moduliert, wodurch Schmerzen unter Beibehaltung anderer sensorischer und motorischer Funktionen und der Propriozeption gehemmt werden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 7. Dezember 2018 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/776,908 , auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Gerät und Verfahren zum Modulieren von neuronaler und nicht-neuronaler Gewebeaktivität zur Behandlung von Schmerzen. Insbesondere ein Gerät und Verfahren zum selektiven und reversiblen Modulieren von neuronalem und nicht-neuronalem Gewebe einer Nervenstruktur, um Schmerzen zu hemmen, während andere sensorische und motorische Funktionen sowie die Propriozeption bewahrt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schmerzen können sowohl mit destruktiven als auch mit nicht-destruktiven Verfahren behandelt werden, indem verhindert wird, dass die Übertragung von Schmerzsignalen, die im Körper entstehen, bis in das Gehirn gelangt. Destruktive Verfahren werden routinemäßig zur Behandlung von chronischen Schmerzen eingesetzt und umfassen thermische Ablation, Kryoablation, chemische Ablation (z. B. über Phenole, Lidocain, Botox™, Ultraschallablation und mechanisches Durchtrennen). Die Schädigung der Nervenstruktur führt jedoch zu einem sofortigen Funktionsverlust des Nervs und kann langfristig zu Atrophie, Neuropathie und letztendlich zu mehr Schmerzen führen. Bei chronischen Schmerzen werden darüber hinaus gemischte Nerven und Ganglien normalerweise nicht mit destruktiven Interventionen behandelt, da die motorische und die schmerzfreie sensorische Funktion erhalten bleiben soll. Ferner ist die Destruktion einer Nervenstruktur nicht förderlich für die postoperative und perioperative Schmerzbehandlung, bei der die motorische und schmerzfreie sensorische Funktion erhalten bleiben soll. Infolgedessen werden destruktive Verfahren zum Unterbrechen von Schmerzsignalen im Allgemeinen nicht für akute Schmerzanwendungen wie postoperative Schmerzen eingesetzt.
Nicht-destruktive Verfahren zur Behandlung von Schmerzen umfassen die Verwendung von verschreibungspflichtigen Schmerzmitteln (z. B. Opioiden), lokalen Betäubungsinjektionen, topischen oder injizierten Cocktails, die aus Steroiden und anderen entzündungshemmenden Mitteln bestehen, kontinuierlicher Infusion von Lokalanästhetika, elektrischer Blockierung, elektrischer Stimulation und das Anwenden von gepulster Hochfrequenzenergie. Jedes dieser Verfahren weist seine eigenen Herausforderungen auf, die die Wirksamkeit und Verwendbarkeit der Behandlung beeinträchtigen. Beispielsweise haben verschreibungspflichtige Schmerzmittel unerwünschte Nebenwirkungen und können zur Sucht führen. Unterdessen haben lokale Betäubungsinjektionen und Cocktail-Injektionen eine kurze Wirkungsdauer, die nur wenige Stunden beträgt, während die kontinuierliche Infusion von Anästhetika die Anbindung eines externen Geräts an den Patienten für eine Langzeitbehandlung (Tage) erfordert. Darüber hinaus birgt die Anwendung von Lokalanästhetika das Risiko von Nerventoxizität, vaskulärer Toxizität und allergischen Reaktionen. Schließlich sind diese Mittel nicht selektiv bezüglich der Art der von ihnen blockierten Nervenaktivität (z. B. blockieren sie sowohl die mit Schmerzen verbundene Nervenfaseraktivität als auch die mit der motorischen Funktion verbundene Nervenfaseraktivität).
Elektrische Neuromodulationstechniken bergen ein geringeres Nebenwirkungsrisiko als chemische Eingriffe und ermöglichen eine einstellbare, örtliche Behandlung von Schmerzen. Die bestehenden elektrischen Blockiertechnologien werden jedoch momentan nur zur Behandlung chronischer Schmerzen nach der Amputation eingesetzt und erfordern einen internen Impulsgeber und eine Nervenmanschette, die dem Patienten zur langfristigen Blockierung implantiert werden. Die Notwendigkeit einer chirurgischen Implantation verkompliziert daher den Einsatz der elektrischen Blockierung für akute Schmerzanwendungen in kleinen und großen Nerven sowie die elektrische Blockierung von akuten Kopf- und Gesichtsschmerzen erheblich. Obwohl elektrische Stimulationsgeräte häufig zur Schmerzlinderung eingesetzt werden, reicht außerdem ihre Wirksamkeit bisher nicht aus, um mittlere bis starke Schmerzpegel zu bewältigen, wie die Schmerzpegel von Patienten mit schwerer oder chronischer Migräne, perioperativen Schmerzen und/oder postoperativen Schmerzempfindungen in den Tagen bis Wochen nach einer Operation. Elektrische Nervenstimulationsgeräte wurden auch an peripheren Nerven, an den Spinalganglien und am Rückenmark zur Behandlung chronischer Schmerzen eingesetzt. Diese Geräte sind jedoch alle durch die Notwendigkeit einer chirurgischen Implantation belastet und können bei der Anwendung auf gemischte Nerven oder Ganglien unerwünscht motorische Fasern oder schmerzfreie sensorische Fasern aktivieren. Zwar ist die Hochfrequenz-Energiebehandlung verfahrensbasiert und der Patient wird nicht durch ein Mitnahmegerät belastet, sie kann dennoch nicht zur Behandlung von großen Nerven verwendet werden, und für kleine Nerven sind die Behandlungsergebnisse inkonsistent. Darüber hinaus sind die Selektivität und der zeitliche Verlauf der Reversibilität der Hochfrequenz-Energiebehandlung bei akutem Schmerz unbekannt.
Daher sind ein elektrisches Gerät und ein Verfahren erforderlich, die vorübergehend und selektiv, mit Wirkungen, die tagelang anhalten, Schmerzen hemmen können, indem sie die neuronale und nicht-neuronale Aktivität sowohl in peripheren Nerven mit kleinem Durchmesser als auch in peripheren Nerven mit großem Durchmesser, Hirnnerven, Ganglien, autonomen Nerven, Plexus und dem Rückenmark modulieren, wobei die vorübergehende und selektive Blockierung nicht das Risiko von Neuronaltoxizität, vaskulärer Toxizität oder Allergien birgt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System und ein Verfahren zum selektiven und reversiblen Modulieren von angezieltem neuronalen und nicht-neuronalen Gewebe eines Nervensystems zur Behandlung von Schmerzen. Eine elektrische Stimulation wird an die Behandlungsstelle abgegeben, die das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe der Nervenstruktur selektiv und/oder reversibel moduliert, wodurch Schmerzen gehemmt werden, während andere sensorische und motorische Funktionen und die Propriozeption bewahrt werden. In einem Aspekt wird ein System zum selektiven und/oder reversiblen Modulieren von angezieltem neuronalen und nicht-neuronalen Gewebe einer Nervensystemstruktur (z. B. zur Behandlung eines medizinischen Zustands eines Patienten) offenbart. Das System umfasst ein elektrisches Stimulationsgerät mit einer oder mehreren Elektroden (z. B. mit einer Größen-, Form- und Kontaktflächenkonfiguration, die geeignet ist, eine elektrische Stimulation an die Nervensystemstruktur abzugeben) (z. B. monopolar oder bipolar) (z. B. eine einzelne Elektrode oder eine Anordnung von Elektroden), die eine elektrische Stimulation an eine Behandlungsstelle in der Nähe des angezielten neuronalen und nicht-neuronalen Gewebe der Nervensystemstruktur abgibt; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um eine Verbindung mit der einen oder den mehreren Elektroden des elektrischen Stimulationsgeräts und mit einer Stromquelle zum Zuführen von elektrischer Energie zu der einen oder den mehreren Elektroden herzustellen, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um den Betrieb des elektrischen Stimulationsgeräts zu lenken (z. B, stromgeregelt, spannungsgeregelt, leistungsgeregelt und/oder temperaturgeregelt) und um die elektrische Stimulation über die Elektrode auf die Behandlungsstelle anzuwenden, und wobei das Anwenden der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv moduliert, dabei Schmerzen hemmt und andere sensorische und motorische Funktionen sowie die Propriozeption bewahrt.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Schmerz akute Schmerzen, postoperative Schmerzen, neuropathische Schmerzen, chronische Schmerzen und/oder Kopf- und Gesichtsschmerzen.
In einigen Ausführungsformen moduliert ein einmaliges Anlegen der elektrischen Stimulation an der Behandlungsstelle selektiv das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe, was zu einer anschließenden Hemmung von Schmerzen führt (z. B. für einen Zeitraum von etwa 1 Tag bis etwa 30 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 30 Tagen bis etwa 60 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 60 Tagen bis etwa 90 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 90 Tagen bis etwa 120 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 120 Tagen bis etwa 150 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 150 Tagen bis etwa 180 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 180 Tagen bis etwa 270 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 270 Tagen bis etwa 365 Tagen) (z. B. wenn der Schmerz ein chronischer Schmerz ist, moduliert ein einmaliges Anlegen der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv, was zu einer nachfolgenden Hemmung von Schmerzen für einen Zeitraum von etwa 90 Tagen bis etwa 365 Tagen führt).
In einigen Ausführungsformen moduliert das einmalige Anwenden der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv, was zu einer anschließenden Schmerzhemmung für einen Zeitraum von etwa 5 Tagen bis etwa 30 Tagen führt.
In einigen Ausführungsformen moduliert das Anwenden der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle (z. B. selektiv moduliert und/oder reversibel) das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe und hemmt dabei die Nervensignalübertragung durch Nervenfasern, die für die Übertragung von Schmerzen (und z. B. auch zur Übertragung von Thermozeption, autonomer Aktivität und viszeraler Funktion) verantwortlich sind, wobei die Nervensignalübertragung durch Nervenfasern, die für andere sensorische und motorische Funktionen verantwortlich ist, und die Propriozeption erhalten bleibt, und wobei die andere sensorische Funktion ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tastsinn, Sehvermögen, Hörfähigkeit, Geschmackssinn, Geruchssinn und Gleichgewicht.
In einigen Ausführungsformen sind die eine oder mehreren Elektroden so eingerichtet (z. B. in geeigneter Größe und Form), dass sie neben der Nervensystemstruktur positioniert sind, die einen peripheren Nerv, einen Hirnnerv, ein Ganglion, einen autonomen Nerv, einen Plexus und/oder ein Rückenmark umfasst (z. B. wobei das Ganglion ein Spinalganglion, ein Sympathikusganglion, ein Parasympathikusganglion, ein Ganglion pterygopalatinum und/oder ein Ganglion Gasseri umfasst).
In einigen Ausführungsformen umfasst die Nervensystemstruktur einen Nerv oder ein Ganglion (z. B. einen Hirnnerv, einen autonomen Nerv, einen Plexus und ein Rückenmark) mit einem Durchmesser größer als etwa 2,5 mm, wobei mindestens eine der einen oder mehreren Elektroden eine Größe und Form und Kontaktflächenkonfiguration (z. B. Oberfläche im Bereich von 1 mm² bis etwa 100 mm²) aufweist, die ausreicht, um eine elektrische Stimulation an den Nerv oder das Ganglion abzugeben (z. B., wobei die Steuerung so eingerichtet ist, dass sie eine geeignete Wellenform erzeugt, die die elektrische Stimulation zur Modulierung (z. B. selektive Modulierung oder reversible Modulierung) des angezielten neuronalen und nicht-neuronalen Gewebes der Nervensystemstruktur bildet).
In einigen Ausführungsformen hemmt das Anwenden der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle selektiv die Nervensignalübertragung durch eine myelinisierte Aδ-Faser und/oder eine unmyelinisierte C-Faser, die im peripheren Nerv vorgesehen sind, während die Nervensignalübertragung durch die Aß-Fasern, Aα-Fasern und/oder motorischen Fasern bewahrt wird.
In einigen Ausführungsformen hemmt das Anwenden der Stimulation auf die Behandlungsstelle selektiv die Nervensignalübertragung durch eine myelinisierte Aδ-Faser und/oder einer unmyelinisierte C-Faser, die im peripheren Nerv vorgesehen sind, während die Nervensignalübertragung durch die Aß-Fasern, Aα-Fasern und/oder motorischen Fasern in einem benachbarten Nerv oder benachbarten Nervenfaserbündel bewahrt wird.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung so einstellbar, dass sie die elektrische Stimulation (z. B. einen Parameter der elektrischen Stimulation) basierend auf einer gemessenen Rückwirkung variiert, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: gemessene Hemmung der Nervensignalübertragung, gemessene Temperatur (z. B. an der Behandlungsstelle, an einer oder mehreren Elektroden oder einem Abschnitt davon, an dem elektrischen Stimulationsgerät, an der Haut des Patienten), Input vom Patienten (z. B. bezüglich der Schmerzempfindung), eine Rückwirkung, die mindestens einem der einstellbaren Parameter der elektrischen Stimulation entspricht, eine Behandlungseinstellung, die einem Erholungszeitablauf zugeordnet ist, Elektrodenkontaktimpedanz, im Gewebe erzeugtes elektrisches Feld, physiologische Antwort des Patienten (z. B. Blutfluss, Hautleitfähigkeit, Herzfrequenz, Muskelaktivität (z. B. wie Elektromyographie)) und eine Kombination davon.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung eingerichtet, um das Tastverhältnis und/oder die Stimulationswellenform-Hüllkurvendauer der elektrischen Stimulation in Echtzeit zu variieren, um die an das Gewebe abgegebene Spannung zu maximieren, ohne dass dabei eine Zielgewebetemperatur an der Behandlungsstelle überschritten wird (z. B. Modulieren des Stimulationstastverhältnisses und/oder der Stimulationshüllkurve, um die Spannung zu maximieren, ohne eine destruktive Gewebetemperatur an der Behandlungsstelle zu überschreiten).
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung eingerichtet, um das Tastverhältnis und/oder die Stimulationswellenform-Hüllkurvendauer der elektrischen Stimulation in Echtzeit zu variieren, um den an das Gewebe abgegebenen Strom zu maximieren, ohne dass dabei eine Soll-Gewebetemperatur an der Behandlungsstelle überschritten wird (z. B. Modulieren des Stimulationstastverhältnis und/oder der Stimulationshüllkurve, um den Strom zu maximieren, ohne eine destruktive Gewebetemperatur an der Behandlungsstelle zu überschreiten.)
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung einstellbar, um mindestens einen Parameter der elektrischen Stimulation zu variieren, um die Nervensignalübertragung durch entweder i) die myelinisierten Aδ-Fasern und/oder die unmyelinisierten C-Fasern oder ii) einen großer Nerv oder ein großes Ganglion oder eine große neuronale Struktur (z. B. einen Hirnnerv, ein Ganglion, einen autonomen Nerv, einen Plexus, ein Rückenmark, ein Spinalganglion, ein Sympathikusganglion, ein Parasympathikusganglion, ein Ganglion pterygopalatinum, ein Ganglion Gasseri) zu modulieren (z. B. selektiv zu hemmen und/oder reversibel zu hemmen), wobei der mindestens eine Parameter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Wellenform, einer Wellenformfrequenz, einer Wellenformamplitude, einer Wellenformhüllkurvendauer, einer an der Elektrode erzeugten elektrischen Feldstärke (z. B. gemessen an der Elektrode oder an der Behandlungsstelle), einem Wellenform-Gleichstromoffset, einem Wellenform-Tastverhältnis, einer Gewebetemperatur, einem Kühlmechanismusparameter (z. B. Kühlrate, Durchflussrate des Kühlmittels, Kühlmitteldruck, gemessene Temperatur an der Behandlungsstelle oder an einem Abschnitt des Kühlmechanismus) und einer Behandlungsdauer.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Nervensystemstruktur einen peripheren Nerv, wobei die Steuerung einstellbar ist, um die elektrische Stimulation anzuwenden, um die Funktion der myelinisierten Aδ-Fasern oder der Nervenfasern, die für eine Empfindung von scharfen/stechenden Schmerzen verantwortlich sind, differenziert zu hemmen (z. B. wobei die myelinisierten A6-Fasern und/oder die Nervenfasern, die für die Empfindung von scharfen/stechenden Schmerzen verantwortlich sind, einen größeren Prozentsatz an gehemmten Fasern aufweisen als die unmyelinisierten C-Fasern oder die Nervenfasern, die für eine Empfindung von dumpfen/anhaltenden Schmerzen verantwortlich sind).
In einigen Ausführungsformen umfasst die Nervensystemstruktur einen peripheren Nerv, wobei die Steuerung einstellbar ist, um die elektrische Stimulation anzuwenden, um die Funktion der unmyelinisierten C-Fasern oder der Nervenfasern, die für eine Empfindung von dumpfen/anhaltenden Schmerzen verantwortlich sind, differenziert zu hemmen (z. B. wobei die unmyelinisierten C-Fasern und/oder die Nervenfasern, die für die Empfindung von dumpfen/anhaltenden Schmerzen verantwortlich sind, einen größeren Prozentsatz an gehemmten Fasern aufweisen als die myelinisierten Aδ-Fasern).
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung so einstellbar, dass sie mindestens einen Parameter der elektrischen Stimulation variiert, um die Nervensignalübertragung innerhalb eines Abschnitts der Nervensystemstruktur mit einem Querschnitt, der kleiner oder gleich dem gesamten Querschnitt der Nervensystemstruktur ist, zu modulieren (z. B. selektiv zu modulieren und/oder reversibel zu modulieren).
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung so einstellbar, dass sie mindestens einen Parameter der elektrischen Stimulation variiert, um eine Einsatzreaktion der Nervensystemstruktur und/oder eine Aktivierung der Nervensystemstruktur beim Einsatz der Hemmung der Nervensystemstruktur zu reduzieren.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung einstellbar, um an die Behandlungsstelle eine elektrische Stimulation mit einer Frequenz abzugeben, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus etwa 100 kHz, etwa 200 kHz, etwa 300 kHz, etwa 400 kHz, etwa 500 kHz, etwa 600 kHz, etwa 700 kHz, etwa 800 kHz, etwa 900 kHz und etwa 1 MHz.
In einigen Ausführungsformen weist die an die Behandlungsstelle abgegebene elektrische Stimulation einen Amplitudenbereich zwischen etwa 5 mA (z. B. Spitze-zu-Mitte, entsprechend 10 mA Spitze-zu-Spitze) und etwa 1,25 A (Spitze-zu-Mitte, entsprechend 2,5 A Spitze-zu-Spitze) auf.
In einigen Ausführungsformen weist die elektrische Stimulation, die an die Behandlungsstelle abgegeben wird, einen Amplitudenbereich zwischen etwa 10 V und etwa 500 V (Spitze-zu-Mitte, entsprechend 20 bis 1000 V Spitze-zu-Spitze) auf.
In einigen Ausführungsformen weist die elektrische Stimulation, die an die Behandlungsstelle abgegeben wird, einen Leistungsbereich zwischen etwa 0,1 W und etwa 1250 W auf.
In einigen Ausführungsformen erzeugt oder induziert die an die Behandlungsstelle abgegebene elektrische Stimulation eine elektrische Feldstärke an der Zielstelle und/oder Elektrode von zwischen etwa 20 kV/m und etwa 2000 kV/m.
In einigen Ausführungsformen weist die an die Behandlungsstelle abgegebene elektrische Stimulation eine Wellenformkomponente auf (z. B. eine kontinuierlich ausgegebene Wellenform oder eine intermittierend ausgegebene Wellenform (z. B. gepulst für eine vordefinierte Dauer)) (z. B. als ladungsausgeglichene Wellenform oder als nicht ladungsausgeglichene Wellenform), die eine sinusförmige Wellenform, eine Rechteckwellenform, eine Dreieckwellenform, eine Impulswellenform, eine formmodulierte Wellenform, eine frequenzmodulierte Wellenform und/oder eine amplitudenmodulierte Wellenform, die eine kontinuierliche Abgabe von elektrischer Stimulation (z. B. Chirp) an der Behandlungsstelle bereitstellt, oder eine Kombination (z. B. eine additive Kombination) davon umfasst.
In einigen Ausführungsformen weist die elektrische Stimulation, die an die Behandlungsstelle abgegeben wird, einen Tastgrad zwischen etwa 0,1 % und etwa 99 % auf.
In einigen Ausführungsformen weist die elektrische Stimulation, die an die Behandlungsstelle abgegeben wird, eine Zwischenpulsbreite zwischen etwa 1 ms und etwa 999 ms auf.
In einigen Ausführungsformen wird die elektrische Stimulation für eine Dauer von bis zu 30 Minuten an die Behandlungsstelle abgegeben.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung einstellbar, um die elektrische Stimulation anzuwenden, während die Gewebetemperatur zwischen etwa 5 °C und etwa 60 °C gehalten wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst das elektrische Stimulationsgerät einen Gerätekörper, der eingerichtet ist, um an einer Stelle neben der Behandlungsstelle (z. B. perkutan platziert oder implantiert) in den Patienten implantiert zu werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Steuerung einen Stimulator (z. B. einen Funktions- oder Wellenformgenerator) (z. B. einen externen Funktions- oder Wellenformgenerator), wobei der Stimulator sowohl mit der Elektrode als auch mit einer Schnittstelle der Steuerung gekoppelt ist und der Betrieb des Stimulators von der Steuerung gelenkt wird, um die elektrische Stimulation für die Elektrode bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Elektrode eine Elektrodenanordnung in Form eines Paddels, einer Manschette, eines zylindrischen Katheters oder einer Nadel, einer Drahtform oder einer dünnen Sonde.
In einigen Ausführungsformen sind die eine oder mehreren Elektroden dimensioniert und/oder geformt (z. B. weist ein elektrischer Kontakt der Elektrode eine Oberfläche im Bereich von etwa 1 mm² bis etwa 100 mm² auf), um das elektrische Feld zu maximieren und auf die Nervensystemstruktur zu lenken.
In einigen Ausführungsformen umfassen die eine oder mehreren Elektroden mindestens zwei elektrische Kontakte (z. B. wobei die mindestens zwei elektrischen Kontakte eingerichtet sind, um während der Behandlung in der Nähe der Nervensystemstruktur positioniert zu werden) (z. B. wobei die Steuerung eingerichtet ist, um jeden der mindestens zwei elektrischen Kontakte unabhängig voneinander zu betreiben (z. B. multipolar, um Strom des resultierenden elektrischen Feldes zu lenken)).
In einigen Ausführungsformen befinden sich alle der elektrischen Kontakte an einer einzigen Leitung und bilden ein Stimulationspaar (z. B. Kathode und Anode).
In einigen Ausführungsformen weist jeder der elektrischen Kontakte eine Länge zwischen etwa 1 und 50 mm auf (z. B. vorzugsweise eine Länge zwischen etwa 1 mm und etwa 30 mm, zwischen etwa 2 mm und etwa 20 mm, zwischen etwa 2 mm und etwa 15 mm, oder eine Länge von etwa 5 mm und 10 mm).
In einigen Ausführungsformen ist die Länge jedes der elektrischen Kontakte gleich.
In einigen Ausführungsformen ist die Länge jedes der elektrischen Kontakte unterschiedlich.
In einigen Ausführungsformen umfassen die mindestens zwei elektrischen Kontakte einen distalen elektrischen Kontakt neben einem distalen Ende der Elektrode und einen proximalen elektrischen Kontakt, der entlang der Elektrode an einer Stelle zwischen dem distalen elektrischen Kontakt und einem proximalen Ende der Elektrode angeordnet ist, wobei eine Länge des distalen elektrischen Kontakts größer ist als eine Länge des proximalen elektrischen Kontakts (z. B. kann die Länge des distalen elektrischen Kontakts etwa 10 mm und die Länge des proximalen elektrischen Kontakts etwa 4 mm betragen).
In einigen Ausführungsformen umfassen die eine oder mehreren Elektroden eine Elektrodenanordnung in Form eines länglichen Körpers, wobei das distale Ende des länglichen Körpers eine Biegung aufweist, so dass sich ein distaler Spitzenabschnitt des länglichen Körpers in einem Winkel in Bezug auf eine Längsachse des länglichen Körpers erstreckt, wobei der Winkel des distalen Spitzenabschnitts in Bezug auf die Längsachse des länglichen Körpers zwischen etwa 0 und etwa 50 Grad liegt (z. B. vorzugsweise zwischen etwa 5 und etwa 15 Grad).
In einigen Ausführungsformen ist der distale Spitzenabschnitt des länglichen Körpers gerade.
In einigen Ausführungsformen ist der distale Spitzenabschnitt des länglichen Körpers gekrümmt.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Elektrodenanordnung mindestens zwei elektrische Kontakte, die einen distalen elektrischen Kontakt, der an dem distalen Spitzenabschnitt des länglichen Körpers vorgesehen ist, und einen proximalen elektrischen Kontakt umfassen, der entlang des länglichen Körpers zwischen dem distalen Spitzenabschnitt und einem proximalen Ende der Elektrodenanordnung vorgesehen ist.
In einigen Ausführungsformen ist der distale elektrische Kontakt dazu bemessen und eingerichtet, sich mit angezieltem neuronalen und nicht-neuronalen Gewebe der Nervensystemstruktur zu verbinden, und der proximale elektrische Kontakt ist dazu bemessen und eingerichtet, in dem Subkutangewebe (z. B. Fett, Faszie, Muskel) positioniert zu werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst jede der einen oder mehreren Elektroden mindestens zwei elektrische Kontakte, wobei sich jeder der elektrischen Kontakte auf derselben Seite des länglichen Körpers der Elektrode befindet.
In einigen Ausführungsformen befinden sich die leitfähigen Bereiche von allen der elektrischen Kontakte auf derselben Seite des länglichen Körpers und geben in Umfangsrichtung um einen Abschnitt eines Umfangs des länglichen Körpers ohne elektrische Kontakte keine elektrische Energie ab (z. B. gibt der elektrische Kontakt in Umfangsrichtung einer kurzen Achse der Leitung keine elektrische Energie ab, wodurch eine Spannungsfeldformung und Stromsteuerung ermöglicht wird).
In einigen Ausführungsformen umfasst das System ferner einen Widerstand, der elektrisch zu einem elektrischen Kontakt, der in der einer oder den mehreren Elektroden enthalten ist, in Reihe geschaltet ist.
In einigen Ausführungsformen sind die elektrischen Kontakte, die an der einen oder den mehreren Elektroden vorgesehen sind, aus einem Material mit höherer Impedanz oder mit hoher Kapazität gebildet.
In einigen Ausführungsformen weisen die an der einen oder den mehreren Elektroden vorgesehenen elektrischen Kontakte einen glatten kurvenförmig Umfang auf.
In einigen Ausführungsformen weisen die an der einen oder den mehreren Elektroden vorgesehenen elektrischen Kontakte einen ovalen Umfang auf.
In einigen Ausführungsformen weisen die an der einen oder den mehreren Elektroden vorgesehenen elektrischen Kontakte einen geradlinig geformten Umfang auf.
In einigen Ausführungsformen umfasst das System ferner ein Temperaturmessgerät (z. B. ein Thermoelement, einen Thermistor), das an der einen oder den mehreren Elektroden vorgesehen ist, um eine Temperaturmessung des Gewebes bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen ist ein elektrischer Kontakt und/oder ein Temperaturmessgerät, der bzw. das an der einen oder den mehreren Elektroden vorgesehen sind, aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material gedruckt.
In einigen Ausführungsformen erstrecken sich die an der einen oder den mehreren Elektroden vorgesehenen elektrischen Kontakte teilweise um einen Umfang der entsprechenden Elektrode, wobei eine Bogenlänge des elektrischen Kontakts weniger als 180 Grad beträgt, so dass sich der elektrische Kontakt um weniger als die Hälfte des Umfangs der Elektrode erstreckt.
In einigen Ausführungsformen ist die Elektrode über eine an der Elektrode vorgesehene umfangsförmige Kontaktfläche und eine entsprechende umfangsförmige Kontaktfläche, die an einer mit der Steuerung elektrisch gekoppelten Zuleitung vorgesehen ist, elektrisch mit der Steuerung gekoppelt.
In einigen Ausführungsformen umfasst die umfangsförmige Kontaktfläche mehr als eine umfangsförmige Kontaktfläche, die konzentrisch um die Längsachse der Elektrode angeordnet ist (z. B. vier umfangsförmige Kontaktflächen mit unterschiedlichem Durchmesser), wobei eine Zuleitung, die elektrisch zwischen der Elektrode und dem Generator gekoppelt ist, mehr als eine entsprechende umfangsförmige Kontaktfläche umfasst, die konzentrisch um eine Längsachse der Zuleitung angeordnet sind (z. B. vier umfangsförmige Kontaktflächen mit unterschiedlichem Durchmesser).
In einigen Ausführungsformen sind die umfangsförmigen Kontaktflächen der Elektrode durch eine dielektrische Schicht (z. B. elektrisch isolierende Materialien und/oder Luft zwischen benachbarten leitfähigen Oberflächen) getrennt, wobei die umfangsförmigen Kontaktflächen der Zuleitung durch eine dielektrische Schicht (z. B. elektrisch isolierende Materialien und/oder Luft zwischen benachbarten leitfähigen Oberflächen) getrennt sind.
In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die elektrische Verdrahtung der Elektroden innerhalb der Elektrode innerhalb der umfangsförmigen Kontaktfläche.
In einigen Ausführungsformen ist mindestens eine der einen oder mehreren Elektroden eine monopolare Elektrode, die eingerichtet ist, um an einer Kontaktfläche des Stimulationsgeräts positioniert zu werden, und eine Gegenelektrode ist an einer Außenfläche der Haut des Patienten positioniert.
In einigen Ausführungsformen ist das Stimulationsgerät wiederverwendbar.
In einigen Ausführungsformen ist das Stimulationsgerät ein Einwegartikel.
In einigen Ausführungsformen umfasst das System ferner eine Benutzeroberfläche (z. B. mit einer Anzeige (z. B. zum Bereitstellen einer Anzeige des Status der Steuerung, des Stimulationsgeräts, des Patienten)), wobei die Benutzeroberfläche zum Empfangen einer Eingabe von dem Benutzer eingerichtet ist, um das Anwenden der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle zu lenken (z. B. um die Hemmung von Schmerzen zu variieren (während andere sensorische und motorische Funktionen und die Propriozeption bewahrt werden).
In einigen Ausführungsformen umfasst das System ferner eine Anzeige, die mit der Steuerung und/oder dem Stimulationsgerät gekoppelt ist, wobei die Anzeige eine Angabe eines Status der Stimulationsgerät bereitstellt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das System ferner einen Temperatursensor (z. B. Thermistor, Thermoelement), der mit dem Stimulationsgerät gekoppelt ist, um eine Temperatur von i) einer Kontaktfläche des Stimulationsgeräts und/oder ii) dem Gewebe des Patienten angrenzend an die Kontaktfläche oder Elektrode zu messen, wobei der Temperatursensor mit der Steuerung gekoppelt ist und thermische Rückinformationen bezüglich einer gemessenen Temperatur liefert, wobei die Steuerung einstellbar ist, um mindestens einen Parameter der elektrischen Stimulation (z. B. durch die Steuerung oder durch den Benutzer) als Reaktion auf die vom Temperatursensor empfangene thermische Rückinformationen zu variieren (z. B. um eine Temperatur der Kontaktfläche einzustellen und die Temperatur des Gewebes des Patienten unter einer destruktiven Gewebetemperatur zu halten und/oder die Temperatur der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts unter der destruktiven Gewebetemperatur zu halten).
In einigen Ausführungsformen umfasst das System ferner einen Kühlmechanismus, der eingerichtet ist, um eine Kühlwirkung an der Behandlungsstelle (z. B. Kontaktfläche des Stimulationsgeräts) bereitzustellen, wobei die Kühlwirkung eine Schädigung (z. B. durch Vorkühlen oder Halten der Temperatur bei der Abgabe einer elektrischen Stimulation) an der Behandlungsstelle (z. B. indem die Temperatur des Gewebes des Patienten unter einer destruktiven Gewebetemperatur gehalten wird) verhindert.
In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum selektiven und reversiblen Modulieren von angezieltem neuronalen und nicht-neuronalen Gewebe einer Nervensystemstruktur mit dem Anwenden von elektrischer Stimulation (z. B. einem einmaligen Anwenden von elektrischer Stimulation) zur Behandlung eines medizinischen Zustands eines Patienten offenbart. Das Verfahren umfasst Identifizieren einer angezielten Nervensystemstruktur; Positionieren eines elektrischen Stimulationsgeräts an einer Behandlungsstelle unmittelbar am angezielten neuronalen und nicht-neuronalen Gewebe der Nervensystemstruktur, wobei das elektrische Stimulationsgerät eine Elektrode umfasst, die an der Behandlungsstelle eine elektrische Stimulation bereitstellt; Abgabe einer elektrischen Stimulation an die Behandlungsstelle über die Elektrode; wobei das Anwenden der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe der Nervensystemstruktur selektiv moduliert, wodurch Schmerzen gehemmt und andere sensorische und motorische Funktionen sowie die Propriozeption bewahrt werden; und wobei das Anwenden der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv moduliert und anschließend die Schmerzen (z. B. für einen Zeitraum von etwa 1 Tag bis etwa 30 Tagen,für einen Zeitraum von etwa 30 Tagen bis etwa 60 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 60 Tagen bis etwa 90 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 90 Tagen bis etwa 120 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 120 Tagen bis etwa 150 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 150 Tagen bis etwa 180 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 180 Tagen bis etwa 270 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 270 Tagen bis etwa 365 Tagen) hemmt.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Nervensystemstruktur einen peripheren Nerv, einen Hirnnerv, ein Ganglion (wobei das Ganglion z. B. ein Spinalganglion, ein Sympathikusganglion, ein Parasympathikusganglion, ein Ganglion pterygopalatinum, ein Ganglion Gasseri, ein Plexus, und/oder ein Rückenmark umfasst), einen autonome Nerv und/oder ein autonomes Ganglion.
In einigen Ausführungsformen moduliert das Anwenden der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv, wobei Nervensignalübertragung durch Nervenfasern, die für die Übertragung von Schmerzen verantwortlich sind, gehemmt werden und wobei die Nervensignalübertragung durch Nervenfasern, die für andere sensorische und motorische Funktionen und die Propriozeption verantwortlich sind, erhalten bleibt, und wobei die anderen sensorischen Funktionen Tastsinn, Sehvermögen, Hörfähigkeit, Geschmackssinn, Geruchssinn und/oder Gleichgewicht umfassen.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Schmerz akute Schmerzen, Operationsschmerzen, postoperative Schmerzen, Traumaschmerzen, neuropathische Schmerzen, chronische Schmerzen und/oder Kopf- und Gesichtsschmerzen.
In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei den Schmerzen um akute Schmerzen, wobei die elektrische Stimulation unmittelbar vor einem chirurgischen Eingriff, intraoperativ und/oder unmittelbar nach einem chirurgischen Eingriff oder Trauma angewendet wird.
In einigen Ausführungsformen wird die elektrische Stimulation mehr als 24 Stunden vor einem chirurgischen Eingriff an die Behandlungsstelle abgegeben.
In einigen Ausführungsformen, bei denen es sich bei den Schmerzen um postoperative Schmerzen nach einem Kniearthroplastik-Eingriff handelt, wird die elektrische Stimulation auf den Nervus femoralis, auf den Nervus ischiadicus, auf den Nervus obturatorius, auf den lateralen Hautnerv und Nervenäste oder auf eine Kombination davon angewendet.
In einigen Ausführungsformen, in denen die Schmerzen Schulterschmerzen sind, wird die elektrische Stimulation auf den Plexus brachialis, auf den Nervus axillaris, auf den Nervus suprascapularis, auf den Nervus pectoralis lateralis oder eine Kombination davon angewendet.
In einigen Ausführungsformen, bei denen die Schmerzen mit einem medizinischen Eingriff und/oder einem Trauma an Arm und/oder Hand verbunden sind, wird die elektrische Stimulation auf die medialen, ulnaren und radialen Nerven einzeln oder auf den Plexus brachialis oder auf eine Kombination davon angewendet.
In einigen Ausführungsformen, in denen der Schmerz mit einem medizinischen Eingriff und/oder einem Trauma des Knöchels und/oder des Fußes verbunden ist, wird die elektrische Stimulation auf das Schienbein, auf Wadenbeinnerven bzw. den Nervus suralis, auf den Nervus saphenus oder auf eine Kombination davon angewendet.
In einigen Ausführungsformen, in denen die Schmerzen mit einer Hüftarthroplastik verbunden sind, wird die elektrische Stimulation auf den Nervus femoralis, auf den Ischiasnerv, auf den Nervus obturatorius (z. B. gewöhnlicher Nervus obturatorius vor dem Verzweigen in den vorderen und hinteren) und/oder auf den Plexus oder auf eine Kombination davon angewendet.
In einigen Ausführungsformen, in denen die Schmerzen mit der Reparatur des vorderen Kreuzbandes (ACL) verbunden sind, wird die elektrische Stimulation auf den Nervus femoralis, auf den Nervus ischiadicus oder eine Kombination davon angewendet.
In einigen Ausführungsformen, in denen der Schmerz neuropathischer Schmerz oder chronischer Schmerz ist, wird die elektrische Stimulation verwendet, um einen bedarfsgerechten Bolus der therapeutischen Behandlung bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Positionierens des elektrischen Stimulationsgeräts unmittelbar an der Behandlungsstelle: Positionieren der Elektrode neben der Nervensystemstruktur perkutan durch eine Öffnung in der Haut des Patienten; oder Implantieren der Elektrode an einer Stelle neben der Behandlungsstelle in den Patienten.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Positionierens des elektrischen Stimulationsgeräts unmittelbar an der Behandlungsstelle ferner: Abgabe einer anfänglichen elektrischen Stimulation an die Behandlungsstelle über die Elektrode; Messen einer Spannung und/oder eines Stroms an der Elektrode; und Einstellen einer Position der Elektrode an der Behandlungsstelle, bis die gemessene Spannung und der gemessene Strom einer Schwellenspannung bzw. einem Schwellenstrom entsprechen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner Einstellen mindestens eines Parameters der elektrischen Stimulation, um die Nervensignalübertragung durch das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv zu hemmen, wobei der mindestens eine Parameter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Wellenform, einer Wellenformfrequenz, einer Wellenformamplitude, einer Wellenformhüllkurvendauer, einer an der Elektrode erzeugten elektrischen Feldstärke (z. B. gemessen an der Elektrode oder an der Behandlungsstelle), einem Wellenform-Gleichstromoffset, einem Wellenform-Tastverhältnis, einer Gewebetemperatur, einem Kühlmechanismusparameter (z. B. Kühlrate, Durchflussrate des Kühlmittels, Kühlmitteldruck, gemessene Temperatur an der Behandlungsstelle oder an einem Abschnitt des Kühlmechanismus) und einer Behandlungsdauer.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner Modulieren desTastverhältnisses oder der Wellenformhüllkurvendauer der elektrischen Stimulation in Echtzeit, um die an die Behandlungsstelle abgegebene Spannung zu maximieren und dabei eine Zielgewebetemperatur an der Behandlungsstelle nicht zu überschreiten (z. B. Modulieren des Stimulations-Tastverhältnisses oder der Stimulationshüllkurve zur Maximierung der Spannung, ohne eine destruktive Gewebetemperatur an der Behandlungsstelle zu überschreiten).
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner Modulieren des Tastverhältnisses oder der Wellenformhüllkurvendauer der elektrischen Stimulation inEchtzeit, um den an die Behandlungsstelle abgegebenen Strom zu maximieren und dabei eine Zielgewebetemperatur an der Behandlungsstelle nicht zu überschreiten (z. B. das Modulieren des Stimulations-Tastverhältnisses oder der Stimulationshüllkurve, um den Strom zu maximieren, ohne eine irreversible destruktive Gewebetemperatur zu überschreiten).
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein langsames Hochfahren einer Stimulationsamplitude der elektrischen Stimulation auf ein Amplitudenplateau.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner Einstellen der Steuerung, um die elektrische Stimulation basierend auf einer gemessenen Rückwirkung zu variieren, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: gemessene Hemmung der Nervensignalübertragung, gemessene Temperatur (z. B. an der Behandlungsstelle, an der einen oder den mehreren Elektroden oder an einem Abschnitt davon, am elektrischen Stimulationsgerät, an der Haut des Patienten), Input des Patienten (z. B. Input in Bezug auf Schmerzen), eine Rückwirkung, die mindestens einem der einstellbaren Parameter entspricht, einer Behandlungseinstellung, die einem Erholungszeitablauf zugeordnet ist, Elektrodenkontaktimpedanz, im Gewebe erzeugtes elektrische Feld, physiologische Antwort des Patienten (z. B. Blutfluss, Hautleitfähigkeit, Herzfrequenz, Muskelaktivität (z. B. wie Elektromyographie)) und eine Kombination davon.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Elektrode eine erste und eine zweite Elektrode, die unabhängig voneinander arbeiten, wobei die Abgabe einer elektrischen Stimulation an die Behandlungsstelle über die Elektrode ferner die Abgabe einer ersten elektrischen Simulation über die erste Elektrode und die Abgabe einer zweiten elektrischen Stimulation über die zweite Elektrode umfasst, wobei die erste und die zweite elektrische Stimulation intermittierend abgegeben werden, wobei die erste elektrische Stimulation in Bezug auf die zweite elektrische Stimulation derart überlappend ist, dass ein Ein-Zyklus der ersten elektrischen Stimulation während eines Aus-Zyklus der zweiten elektrischen Stimulation auftritt und ein Ein-Zyklus der zweiten elektrischen Stimulation während eines Aus-Zyklus der ersten elektrischen Stimulation auftritt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner: Messen, an einem Temperatursensor (z. B. Thermistor, Thermoelement), einer Temperatur einer Kontaktfläche des Stimulationsgeräts und/oder des Gewebes des Patienten neben der Kontaktfläche während der Abgabe der elektrischen Stimulation, wobei der Temperatursensor dem Stimulationsgerät thermische Rückinformationen bezüglich einer gemessenen Temperatur bereitstellt; und Einstellen der elektrischen Stimulation (z. B. Einstellen eines Parameters der elektrischen Stimulation) als Reaktion auf die von dem Temperatursensor empfangenen thermischen Rückinformationen, um eine Kühlwirkung an der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts und/oder an dem Gewebe des Patienten neben der Kontaktfläche zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner: Messen, an einem Temperatursensor (z. B. Thermistor, Thermoelement), einer Temperatur einer Kontaktfläche des Stimulationsgeräts und/oder des Gewebes des Patienten neben der Kontaktfläche während der Abgabe der elektrischen Stimulation, wobei der Temperatursensor dem Stimulationsgerät thermische Rückinformationen bezüglich der gemessenen Temperatur bereitstellt; Aktivieren eines Kühlmechanismus zum Kühlen der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts als Reaktion auf die vom Temperatursensor empfangenen thermischen Rückinformationen, wobei das Kühlen der Kontaktfläche verhindert, dass das Gewebe des Patienten bei dem Abgeben der elektrischen Stimulation beschädigt wird, indem die Temperaturen des Gewebes des Patienten unterhalb einer destruktiven Gewebetemperatur gehalten werden, und Aktivieren eines Kühlmechanismus zum Halten der Temperatur der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts unterhalb der destruktiven Gewebetemperatur als Reaktion auf thermische Rückinformationen bezüglich der gemessenen Temperatur, die von dem Temperatursensor empfangen wurden.
In einem anderen Aspekt wird ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium offenbart. Wobei das computerlesbare Medium darauf gespeicherte Anweisungen aufweist und die Ausführung der Anweisungen durch einen Prozessor bewirkt, dass der Prozessor eines der oben genannten Verfahren ausführt.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben. Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste
Das Patent- bzw. Anmeldungsdokument enthält mindestens eine Zeichnung in Farbe. Kopien dieser Patent- bzw. Patentanmeldungsschrift mit Farbzeichnungen werden vom Amt auf Anfrage und gegen Entrichtung der erforderlichen Gebühr zur Verfügung gestellt.

1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein elektrisches Stimulationsgerät;
2A ist eine schematische Darstellung des elektrischen Stimulationsgeräts von 1;
2B ist eine schematische Darstellung des elektrischen Stimulationsgeräts von 1;
3A bis 3G sind schematische Darstellungen von Beispielen für perkutane Elektroden;
4A ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine perkutane Elektrode, die neben einem Zielnerv positioniert ist.
4B ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels der Elektrode von 4A.
5 ist ein vielfältiges Beispiel für bipolare elektrische Kontakt- und Elektrodenkonfigu rationen.
6A und 6B sind ein Beispiel für Elektrodenverbindungen.
7A ist ein Beispiel für eine elektrische Stimulation und für entsprechende Steuerparameter, die auf den Nerv und/oder auf nebenliegendes Gewebe angewendet werden können, um selektiv und/oder reversibel die Aktivitäten des Nervensystems zu hemmen;
7B, 7C, 7D, 7E, 7F, 7G, 7H, 7I, 7J, 7K, 7L, 7M, 7N, 7O und 7P stellen jeweils eine Wellenform für eine elektrische Stimulation dar;
8 ist eine schematische Darstellung des perkutanen Positionierens einer Elektrode und der Abgabe einer elektrischen Stimulation an eine Zielnervenstruktur;
9A und 9B sind schematische Darstellungen des Positionierens einer Elektrode und der Abgabe einer elektrischen Stimulation an das Ganglion pterygopalatinum;
10 ist eine Tabelle, die experimentelle Ergebnisse belegt; und
11 ist eine Tabelle, die experimentelle Ergebnisse belegt.

Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
DEFINITIONEN
Die folgende Beschreibung bestimmter Beispiele der erfinderischen Konzepte soll nicht verwendet werden, um den Umfang der Ansprüche zu beschränken. Andere Beispiele, Merkmale, Aspekte, Ausführungsformen und Vorteile werden dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass das Gerät und/oder die Verfahren andere unterschiedliche und offensichtliche Aspekte aufweisen können, ohne vom Geist der erfinderischen Konzepte abzuweichen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten.
Im Sinne dieser Beschreibung werden hier bestimmte Aspekte, Vorteile und neuartige Merkmale der Ausführungsformen dieser Offenbarung beschrieben. Die beschriebenen Verfahren, Systeme und Vorrichtungen sind in keiner Weise als beschränkend auszulegen. Stattdessen richtet sich die vorliegende Offenbarung auf alle neuartigen und nicht offensichtlichen Merkmale und Aspekte der verschiedenen offenbarten Ausführungsformen, allein und in verschiedenen Kombinationen und Unterkombinationen miteinander. Die offenbarten Verfahren, Systeme und Vorrichtungen sind weder auf einen bestimmten Aspekt, ein bestimmtes Merkmal oder eine Kombination davon beschränkt, noch erfordern die offenbarten Verfahren, Systeme und Vorrichtungen, dass ein oder mehrere bestimmte Vorteile vorliegen oder Probleme gelöst werden.
Merkmale, Ganzzahlen, Eigenschaften, Verbindungen, chemische Einheiten oder Gruppen, die in Verbindung mit einem bestimmten Aspekt, einer bestimmten Ausführungsform oder einem bestimmten Beispiel der Erfindung beschrieben wurden, sind so zu verstehen, dass sie auf jeden anderen Aspekt, jede andere Ausführungsform oder jedes andere hier beschriebene Beispiel anwendbar sind, sofern sie nicht damit unvereinbar sind. Alle in dieser Patentschrift offenbarten Merkmale (einschließlich aller zugehörigen Ansprüche, der Zusammenfassung und den Zeichnungen) und/oder alle Schritte eines so offenbarten Verfahrens oder Prozesses können in jeder Kombination kombiniert werden, es sei denn, es handelt sich um Kombinationen, bei denen sich mindestens einige dieser Merkmale und/oder Schritte gegenseitig ausschließen. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Details der vorgenannten Ausführungsformen. Die Erfindung erstreckt sich auf jedes neuartige der in dieser Patentschrift (einschließlich aller zugehörigen Ansprüche, der Zusammenfassung und Zeichnungen) offenbarten Merkmale, und jede neuartige Kombination davon, oder auf jeden neuartigen der Schritte, und jede neuartige Kombination davon, eines so offenbarten Verfahrens oder Prozesses.
Es ist zu beachten, dass jedes Patent, jede Veröffentlichung oder sonstiges Offenbarungsmaterial, das ganz oder teilweise durch Verweis in dieses Dokument aufgenommen werden soll, nur insoweit hier aufgenommen ist, als das ausgenommene Material nicht im Widerspruch zu bestehenden Definitionen, Aussagen oder anderen in dieser Offenbarung dargelegten Offenbarungsmaterialien steht. Insofern, und soweit erforderlich, ersetzt die Offenbarung, wie sie hier ausdrücklich dargelegt ist, jegliches in Konflikt stehende Material, das hier durch Verweis aufgenommen wurde. Jegliches Material, oder ein Abschnitt davon, von dem gesagt wird, dass es durch Verweis hier aufgenommen wird, das jedoch im Widerspruch zu bestehenden Definitionen, Aussagen oder anderem hier dargelegten Offenbarungsmaterial steht, wird nur insoweit aufgenommen, als kein Widerspruch zwischen diesem aufgenommenen Material und dem vorhandenem Offenbarungsmaterial entsteht.
Wie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet, beinhalten die Singularformen „ein/eine/eines/einen“ und „der/die/das/den/der/des“ den Plural, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Bereiche können hier als von „etwa“ einem bestimmten Wert und/oder bis zu „etwa“ einem anderen bestimmten Wert ausgedrückt werden. Wenn ein solcher Bereich ausgedrückt wird, beinhaltet ein anderer Aspekt von dem einen bestimmten Wert und/oder bis zu dem anderen bestimmten Wert. Ebenso wird verstanden, dass, wenn Werte als Annäherungen ausgedrückt werden, durch die Verwendung des vorangestellten „etwa“ der jeweilige Wert einen anderen Aspekt bildet. Es versteht sich ferner, dass die Endpunkte jedes der Bereiche sowohl in Bezug auf den anderen Endpunkt als auch unabhängig vom anderen Endpunkt signifikant sind.
„Optional“ bedeutet, dass das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der nachfolgend beschriebene Umstand eintreten kann oder nicht und dass die Beschreibung Fälle enthält, in denen das Ereignis oder der Umstand eintritt, und Fälle enthält, in denen es nicht eintritt.
Die Begriffe „proximal“ und „distal“ werden hier als relative Begriffe verwendet, die sich auf Bereiche eines Nervs, Positionen von Nerven oder Bereiche eines Stimulationsgeräts beziehen. „Proximal“ bedeutet eine Position, die näher am Rückenmark, Gehirn oder Zentralnervensystem liegt, während „distal“ eine Position angibt, die weiter vom Rückenmark, Gehirn oder Zentralnervensystem entfernt ist. Wenn auf die Position einer neuronalen Struktur im peripheren Nervensystem oder entlang eines Körperglieds Bezug genommen wird, beziehen sich „proximal“ und „distal“ auf Positionen, die entlang der Bahn, die dieser neuronalen Struktur oder diesem Körperglied folgt, entweder näher am Zentralnervensystem oder weiter vom Zentralnervensystem entfernt liegen. Wenn auf die Position einer neuronalen Struktur im Rückenmark verwiesen wird, beziehen sich „proximal“ und „distal“ auf Positionen, die entlang der Bahn, die der neuronalen Struktur folgt, entweder näher am Gehirn oder weiter vom Gehirn entfernt liegen.
In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen dieser Patentschrift bedeutet das Wort „umfassen“ und Variationen des Wortes wie „umfassend“ und „umfasst“ „einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt“ und soll zum Beispiel andere Zusätze, Komponenten, Ganzzahlen oder Schritte nicht ausschließen. „Beispielhaft“ und „z. B.“ bedeuten „ein Beispiel für“ und sollen keinen Hinweis auf einen bevorzugten oder idealen Aspekt vermitteln. „Wie“ wird nicht in einem einschränkenden Sinne, sondern zu Erläuterungszwecken verwendet.
Der Begriff „Nervenstruktur“ oder „neuronale Struktur“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Struktur, die neuronales und nicht-neuronales Gewebe umfasst. Neben neuronalem Gewebe (wie Neuronen und Komponenten von Neuronen, einschließlich Axonen, Zellkörpern, Dendriten und Synapsen von Neuronen) können Nervenstrukturen auch nicht-neuronales Gewebe wie Gliazellen, Schwann-Zellen, Myelin, Immunzellen, Bindegewebe, Epithelzellen, Neurogliazellen, Astrozyten, Mikrogliazellen, Ependymzellen, Oligodendrozyten, Satellitenzellen, Herz-Kreislauf-Zellen, Blutzellen usw. umfassen.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Stimulationselektrode“, der bei monopolarer Stimulation auch als „Kathode“ bezeichnet wird, auf eine Elektrode, die für die Abgabe der therapeutischen Energie an den Nerv verantwortlich ist. Bei einer bipolaren oder multipolaren Stimulation gelten alle elektrischen Kontakte als Stimulationselektroden.
Wie hier verwendet, bezieht sich „Gegenelektrode“, im Falle der monopolaren Stimulation auch als „die Anode“ bezeichnet, auf eine Elektrode, die dafür verantwortlich ist, einen Rückpfad für den Strom bereitzustellen, der durch den Körper fließt. Beispielsweise stellt die Gegenelektrode einen Rückpfad für den Strom bereit, der über die Stimulationselektrode an die neuronale Zielstruktur abgegeben wird.
Wie hier verwendet, beziehen sich „elektrisches Signal“, „elektrische Simulation“, „elektrisches Stimulationssignal“, und „Stimulationswellenform“ auf das elektrische Signal, das von der Steuerung mittels der Stimulationselektroden an das Gewebe oder im Falle einer monopolaren Stimulation mittels der Stimulationselektrode und der Gegenelektrode abgegeben wird. Beispielsweise kann das elektrische Signal als zeitlich variierende Spannung, Stromstärke, Leistung oder anderes elektrisches Maß beschrieben werden. Die Abgabe des elektrischen Signals an das Zielgewebe wird als elektrische Behandlung, elektrische Therapie oder einfach als Behandlung oder Therapie bezeichnet. Das elektrische Signal erzeugt ein elektrisches Feld im Gewebe, so dass die Steuerung des elektrischen Signals die Steuerung des elektrischen Feldes im Gewebe stark beeinflusst.
Wie hierin verwendet, bezieht sich „Behandlungsstelle“ auf die Stelle an der neuronalen und nicht-neuronalen Struktur, an die das elektrische Signal mittels der Elektrode(n) abgegeben wird.
Wie hier verwendet, bezieht sich „Modulieren“ auf das Modifizieren oder Ändern der Übertragung von Informationen. Dies umfasst beispielsweise sowohl die Erregung als auch die Schrittweite und die Hemmung/Unterbrechung des Impulsdurchgangs entlang des Axons eines Neurons innerhalb eines Nervs. Das Modulieren der Nervenfaseraktivität umfasst die Hemmung der Nervensignalübertragung bis hin zur Erzeugung einer blockierenden Wirkung, einschließlich einer teilweise und einer vollständig blockierenden Wirkung. Das Modulieren der Nervenaktivität umfasst auch das Modifizieren des Transports von Molekülen wie Makromolekülen entlang der Nervenfaser. Zum Modulieren der Nervenaktivität gehört auch die Änderung der stromabwärts gerichteten Funktion des Neurons (z. B. an Zellkörpern und Synapsen), die Änderung der Signalübertragung in einer Weise, die die Signalübertragung in anderen Neuronen (z. B. Neuronen im Zentralnervensystem wie dem Rückenmark oder dem Gehirn) ändert, die Modifikation der Funktion von nicht-neuronalem Gewebe in der neuronalen Struktur oder die anderweitige Modifikation der Prozesse, Funktion oder Aktivität im angezielten neuronalen oder nicht-neuronalen Gewebe.
Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe „hemmen“ und „abschwächen“ auf jedes Ausmaß eines Rückgangs, einschließlich eines teilweisen Rückgangs oder vollständigen Rückgangs der Aktivität des Nervensignals durch eine Nervenstruktur, z. B. den Rückgang des Impulsdurchgangs entlang des Axons eines Neurons innerhalb eines Nervs.
Wie hier verwendet, bezieht sich „perkutan“ auf eine elektrische Stimulation, die unter Verwendung einer oder mehrerer Elektroden angewendet wird, die durch die Oberfläche der Haut eindringen, so dass eine Elektrode, die eine elektrische Stimulation an einen Zielnerv unter der Haut abgibt, sich auch unter der Haut befindet. Für die perkutane elektrische Stimulation wird in Betracht gezogen, dass sich Gegenelektroden oder Anoden unter der Haut oder auf der Oberfläche der Haut befinden können. Der Begriff „perkutane Elektrode“ bezieht sich auf Elektrodenanordnungen, die durch die Haut eingeführt und minimal-invasiv in die Nähe des Nervs (mm bis cm Abstand) gelenkt werden, um die Physiologie der neuronalen Struktur elektrisch zu beeinflussen.
Wie hier verwendet, beziehen sich die Begriffe „Schmerzempfindung“ oder „schmerzende Empfindung“ auf eine unangenehme Empfindung, die beispielsweise durch die Aktivierung von sensorischen Nozizeptoren erzeugt wird. Nozizeption beschreibt die Wahrnehmung von akutem Schmerz und wird im Allgemeinen durch die Aktivierung von sensorischen Nozizeptoren oder durch die Störung von Nozizeptorwegen (z. B. durchtrennte Neuronen oder gestörte Nozizeptoren) verursacht. Durch Aktivierung von Nervenfasern kann auch eine chronische Schmerzempfindung erzeugt werden, was zu einer unangenehmen Wahrnehmung führt, die derjenigen ähnelt, die durch Aktivierung von Nozizeptoren erzeugt wird (zum Beispiel neuropathische Schmerzen). In einigen Fällen, wie nach einer Operation zur Behandlung chronischer Schmerzen, können sowohl die akute Schmerzempfindung als auch die chronische Schmerzempfindung auf gemischte Weise zur Gesamtschmerzempfindung beitragen.
Wie hier verwendet, ist der Begriff „Zielnerv“ synonym mit „neuronale Struktur“ oder „Nervenstruktur“ und bezieht sich beispielsweise auf gemischte Nerven, die motorische Nervenfasern und sensorische Nervenfasern umfassen. Er kann sich zusätzlich auf sensorische Nerven beziehen, die nur sensorische Nervenfasern umfassen, und/oder auf motorische Nerven, die nur motorische Nervenfasern umfassen.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „transmukosal“ auf eine elektrische Stimulation, die auf das Schleimhautgewebe, das eine angezielte Nervenstruktur überlagert, unter Verwendung einer oder mehrerer Elektroden angewendet wird. Die elektrische Stimulation gelangt durch das Schleimhautgewebe zur angezielten Nervenstruktur.
Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe „erhalten bleibt/bleiben“ und „bewahrt wird/werden“ auf Fälle, in denen die Nervenfunktion teilweise, aber nicht vollständig bewahrt wird, sowie auf Fälle, in denen eine Funktion vollständig bewahrt wird. In Vergleichsfällen kann eine Funktion gehemmt werden, während eine andere Funktion erhalten bleibt, was darauf hindeutet, dass die gehemmte Funktion in einem vergleichenden Sinne eine Größenordnung des Rückgangs erfahren hat, die größer ist als die Größenordnung des Rückgangs, der von der erhaltenen Funktion erfahren wird. Insbesondere in Vergleichsfällen erfordert die Hemmung einer Funktion und die Erhaltung einer anderen Funktion keine vollständige Erhaltung oder vollständige Hemmung einer der beiden Funktionen oder von beiden Funktionen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
ANATOMIE UND PHYSIOLOGIE
Wie vorstehend angegeben und nachstehend ausführlicher erläutert ist, betrifft die vorliegende Erfindung ein Gerät und Verfahren zum selektiven und reversiblen Modulieren von angezieltem neuronalen und nicht-neuronalen Gewebe einer Nervenstruktur durch Anlegen eines elektrischen Signals, um Schmerzen zu hemmen, während andere sensorische und motorische Funktionen und die Propriozeption bewahrt werden. Das Gerät und das Verfahren können verwendet werden, um akuten Schmerz (wie Operationsschmerz, postoperativen Schmerz, Traumaschmerz), neuropathischen Schmerz, chronischen Schmerz und Kopf- und Gesichtsschmerzen (wie Migräne, Cluster-Kopfschmerzen, okzipitale Neuronalgie, Spannungskopfschmerzen, Nebenhöhlen-Kopfschmerz, zervikogener Kopfschmerz, Post-Zoster-Neuralgie, posttraumatischer Schmerz, tägliche chronische Kopfschmerzen (transformierte Migräne)) durch Anlegen eines elektrischen Signals an ein angezieltes neuronales und nicht-neuronales Gewebe einer Nervenstruktur, um Nervensignalisierung zu modulieren oder zu hemmen, zu behandeln.
Schmerz ist eine schädliche Wahrnehmung, die im Bewusstsein erzeugt wird. Bei gesunden Menschen wird die Schmerzwahrnehmung durch die Aktivierung sensorischer Nozizeptoren und die anschließende Übertragung nozizeptiver Signale an das Gehirn über eine oder mehrere Nervenbahnen erzeugt. Schmerz kann durch Aktivierung einer Nervenbahn, die zur Schmerzwahrnehmung führt, an jedem Punkt der Nervenbahn erzeugt werden. Bei gesunden Menschen werden schmerzerzeugende Nervenbahnen im Allgemeinen über sensorische Nozizeptoren aktiviert. Hierbei handelt es sich um Sinnesnervenenden, die darauf abgestimmt sind, schädliche Ereignisse (z. B. schädliche mechanische oder thermische Schädigung des Gewebes) zu erkennen und zu signalisieren. Diese Art von Schmerz stellt im Allgemeinen einen echten schädlichen Zustand dar, und diese Art von Schmerz lässt nach, wenn der schädliche Zustand vorüber ist. In Fällen, in denen es sich bei dem schädlichen Ereignis nicht um eine chronische Gewebedysfunktion handelt, wird diese Art von Schmerz als akuter Schmerz bezeichnet. Im Gegensatz dazu stellt chronischer Schmerz Zustände dar, bei denen schmerzerzeugende Nervenbahnen aufgrund einer chronischen Gewebedysfunktion oder einer neuronalen Dysfunktion dauerhaft moduliert werden. Dies kann auf eine echte Aktivierung von sensorischen Nozizeptoren an einer Stelle mit chronisch gestörtem Gewebe oder auf eine Funktionsstörung des neuralen Gewebes oder Stützgewebe des neuronalen Gewebes zurückzuführen sein, die zu einer Modulation an einem beliebigen Punkt entlang einer schmerzerzeugenden Nervenbahn führt.
Interventionen zur Schmerzbehandlung können so konzipiert werden, dass die Nervensignalübertragung über schmerzerzeugende Nervenbahnen auf beliebiger Ebene entlang der Bahn entweder direkt oder indirekt moduliert wird. Beispielsweise kann eine direkte Blockierung der axonalen Leitung in Nervenfasern, die an sensorische Nozizeptoren befestigt sind, die Schmerzwahrnehmung blockieren. Als zusätzliches Beispiel kann eine indirekte Modulation der synaptischen Übertragung im Rückenmark oder in den Nervenganglien erreicht werden, indem andere Eingaben in das Rückenmark oder in die Ganglien aktiviert oder blockiert werden, und diese kann zur Modulation entlang einer schmerzerzeugenden Nervenbahn führen. Als weiteres Beispiel kann die Hemmung des parasympathischen Ausflusses im Ganglion pterygopalatinum indirekt Kopf- und Gesichtsschmerzen wie Migräne beeinflussen, indem sie den sensorischen Input in das Gehirn moduliert (zum Beispiel über den oberen Speichelkern). Daher ist es erwünscht, beim Modulieren und Behandeln von akuten und chronischen Schmerzen auf eine Vielzahl von Nervenstrukturen abzuzielen.
Zu den angezielten Nervenstrukturen zählen periphere Nerven (kleiner und großer Durchmesser), Hirnnerven, Ganglien, autonome Nerven, Plexus und Rückenmark. Ganglien umfassen Spinalganglien, Sympathikusganglien, Parasympathikusganglien, Ganglion pterygopalatinum, Ganglion Gasseri und/oder autonome Ganglien im Allgemeinen. Im Allgemeinen sind große periphere Nerven diejenigen peripheren Nerven mit einem Durchmesser von größer als etwa 2,5 mm. Beispiele für periphere Nerven schließen z. B. den Nervus femoralis, Ischiasnerv, Vagusnerv, Schienbeinnerv, Peroneusnerv, Medianusnerv, Radialnerv und den Ellennerv ein. Zu den kleinen peripheren Nerven zählen beispielsweise der Nervus saphenus, der Nervus suralis, die Genicknerven, die Hirnnerven (wie den Nervus trigeminus und den Nervus occipitalis), der Nervus obturatoris und distale Teile von größeren Nerven (wie die distalen Abschnitte der Vagus-, Schienbein-, Peroneus-, Medianus, Radial und Ellennerven). Zu den angezielten Ganglien können Spinalganglien, Sympathikusganglien, Parasympathikusganglien, ein Ganglion pterygopalatinum (SPG), ein Ganglion Gasseri, Plexus und das Rückenmark zählen. Jede dieser Nervenstrukturen umfasst neuronales Gewebe sowie nicht-neuronales Gewebe, das das neuronale Gewebe unterstützt und die Informationsübertragung entlang schmerzerzeugender neuronaler Bahnen beeinflussen kann. Beispiele für nicht-neuronales Gewebe können z. B. Gliazellen, Schwann-Zellen, Myelin, Immunzellen, Bindegewebe, Epithelzellen, Neurogliazellen, Astrozyten, Mikrogliazellen, Ependymzellen, Oligodendrozyten, Satellitenzellen, Herz-Kreislauf-Zellen, Blutzellen usw. beinhalten. Neuronales Gewebe bezieht sich im Allgemeinen auf Neuronen, die Komponenten wie Axone, Zellkörper, Dendriten, Rezeptorendigungen, Rezeptoren und Synapsen beinhalten.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist wichtig, dass die Modulation von neuronalem Gewebe (Neuronen mit Komponenten wie Axone, Zellkörper, Dendriten, Rezeptorendigungen, Rezeptoren und Synapsen) und/oder nicht-neuronalem Gewebe (wie Gliazellen, Schwann-Zellen, Myelin, Immunzellen, Bindegewebe, Neurogliazellen, Astrozyten, Mikrogliazellen, Ependymzellen, Oligodendrozyten, Satellitenzellen, Herz-Kreislauf-Zellen und Blutzellen usw.) ganz oder teilweise für die therapeutische Hemmung der Schmerzwahrnehmung verantwortlich sein kann.
Periphere Nerven bestehen hauptsächlich aus Axonen, während andere neuronale Strukturen wie Ganglien und das Rückenmark viele Komponenten beinhalten, einschließlich Axone, Zellkörper, Dendriten und Synapsen. Innerhalb einer Nervenstruktur gibt es Variabilität in der Art dieser Komponenten, einschließlich zum Beispiel Variabilität in der Größe, Form und Schnittstelle mit unterstützendem nicht-neuronalem Gewebe. Beispielsweise enthalten periphere Nerven häufig Axone mit großem und kleinem Durchmesser. Schwann-Zellen sind nicht-neuronale Stützzellen, die manche Axone umgeben und eine isolierende Hülle umfassen, die reich an Schichten von Lipiddoppelschichten ist, die als Myelinscheide bezeichnet werden. Manche Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, manche Axone sind nicht von einer Myelinscheide umgeben. Im Allgemeinen hängt die Struktur verschiedener neuronaler Komponenten mit ihrer Funktion zusammen. Beispielsweise übertragen Axone mit großem Durchmesser typischerweise neuronale Signale schneller als Axone mit kleinem Durchmesser, da in Abhängigkeit vom Durchmesser die axiale Leitfähigkeit verglichen mit einer moderaten Zunahme der Membranleitfähigkeit relativ stark ansteigt. In ähnlicher Weise erhöht das Vorhandensein einer Myelinscheide an Axonen mit großem Durchmesser die Leitgeschwindigkeit des Aktionspotentials weiter, indem der Widerstand gegen den Transmembranstromfluss zwischen unmyelinisierten Bereichen des Axons, die als Ranvier-Knoten bezeichnet werden, erhöht wird. Ranvier-Knoten sind kurze unmyelinisierte Abschnitte der Fasern; Aktionspotenziale werden durch eine Impulsfolge des Transmembranstromflusses an jedem nachfolgenden Ranvier-Knoten an dem Axon entlang weitergeleitet. Periphere Nervenaxone, die im Allgemeinen Informationen von der Peripherie zum Zentralnervensystem übertragen (z. B. sensorische Informationen, einschließlich Schmerz), werden häufig als afferente Fasern bezeichnet, während Axone, die im Allgemeinen Informationen vom Zentralnervensystem zur Peripherie übertragen (z. B. motorische Informationen), oft als efferente Fasern bezeichnet werden.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „A-Faser“ auf myelinisierte afferente oder efferente periphere Axone des somatischen Nervensystems. Im Allgemeinen sind A-Fasern mit Propriozeption, somatischer motorischer Funktion, Berührungs- und Druckempfindungen sowie Schmerz- und Temperaturempfindungen verbunden. Fasern haben im Allgemeinen einen Durchmesser von etwa 1 bis 22 Mikrometer (µm) und Leitungsgeschwindigkeiten zwischen etwa 2 Metern pro Sekunde (m/s) bis über 100 m/s. Jede A-Faser hat spezielle Schwann-Zellen, die die Myelinscheide um die Faser bilden. Wie oben beschrieben ist, weist die Myelinscheide einen hohen Lipidgehalt auf, was den elektrischen Widerstand gegen den Transmembranstromfluss erhöht und zur hohen Leitungsgeschwindigkeit von Aktionspotentialen entlang der Nervenfaser beiträgt. A-Fasern umfassen die Alpha-, Beta-, Delta- und Gammafasern. Die Alpha-, Beta- und Gamma-A-Fasern weisen Durchmesser im Bereich von 5 Mikrometer bis 20 Mikrometer (µm) auf und stehen mit der motorischen Funktion, der niederschwelligen sensorischen Funktion und der Propriozeption in Zusammenhang, jedoch nicht mit Schmerz. Delta-A-Fasern stehen mit Schmerzen in Zusammenhang und haben kleinere Durchmesser im Bereich von 1 Mikrometer bis 5 Mikrometer (µm).
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „C-Faser“ auf unmyelinisierte periphere Axone des somatischen Nervensystems mit Leitungsgeschwindigkeiten von weniger als etwa 2 m/s. C-Fasern haben einen Durchmesser von etwa 0,2 bis 1,5 Mikrometer (µm) und schließen die dorsale Spinalnervenwurzel und die sympathischen Fasern ein. Sie stehen hauptsächlich mit Empfindungen wie Schmerzen und Temperatur, eingeschränkter mechanischer Wahrnehmung, Reflexreaktionen, autonomer Effektoraktivität und viszeraler Funktion in Zusammenhang.
In einem peripheren Nerv wird eine Schmerzempfindung, das als dumpf und anhaltend empfunden wird, oft als „langsamer Schmerz“ bezeichnet und in peripheren Nerven durch C-Fasern übertragen, die neuronale Signale relativ langsam leiten. Eine Schmerzempfindung, die als scharf und rasch wahrgenommen wird, wird oft als „schneller Schmerz“ bezeichnet und in peripheren Nerven durch Aδ-Fasern übertragen, die eine höhere Leitungsgeschwindigkeit als C-Fasern aufweisen. Aδ-Fasern umfassen im Allgemeinen sensorische Axone mit kleinem Durchmesser, die im Vergleich zu den unmyelinisierten C-Fasern nur leicht myelinisiert sind. Akute und chronische Schmerzen können sowohl Aδ- als auch C-Fasern betreffen.
Zusätzlich zu den obigen Beispielen für periphere Nervenaxone gelten ähnliche Struktur- und Funktionsprinzipien von Komponenten neuronaler Strukturen wie Axone, Zellkörper, Dendriten, Rezeptorendigungen, Rezeptoren und Synapsen für verschiedene neuronale Strukturen, einschließlich peripheren Nerven, Hirnnerven, Ganglien, autonomen Nerven, Plexus und Rückenmark. Die subzellulären Strukturen innerhalb von Komponenten des nicht-neuronalen und neuronalen Gewebes wie Zellmembranen, Lipiddoppelschichten, lonenkanäle, Mitochondrien, Mikrotubuli, Zellkern, Vakuolen und andere Komponenten des Zytoplasmas sind ebenfalls mit der Funktion solcher Komponenten neuronaler Strukturen verbunden. Darüber hinaus können stromabwärts gelegene Strukturen (z. B. zelluläre und subzelluläre Strukturen, die dem Ort der Behandlung nachgeordnet sind) auch funktionell und strukturell primär oder sekundär durch Nervenbehandlungen (z. B. stromabwärts gerichtete Modulation der Gentranskription, synaptische Übertragung, Epigenetik oder Modulation entlang einer von mehreren molekularen Signalkaskaden in einem Neuron) beeinflusst werden. Die stromabwärts gelegenen molekularen und zellulären Mechanismen und sogar die Konnektivität und Kommunikation zwischen den Zellen können sich in Bezug auf Schmerzpfade im Vergleich zu motorischen, schmerzfreien sensorischen und propriozeptiven Bahnen stark unterscheiden.
Als weiteres Beispiel besteht das Ganglion pterygopalatinum aus parasympathischen Neuronen, sympathischen Neuronen und sensorischen Neuronen. Innerhalb des sympathischen Ganglions sind Zellkörper und Synapsen für die parasympathischen Neuronen vorhanden, jedoch nicht für die sympathischen oder sensorischen Neuronen. Vielmehr passieren nur Axone der sympathischen und sensorischen Neuronen das Ganglion pterygopalatinum. Das vorliegende Gerät und das vorliegende Verfahren können verwendet werden, um die Nervensignalübertragung in einem der neuronalen Strukturtypen (z. B. Zellkörper, Synapsen, Axone) selektiv und/oder reversibel zu modulieren, während die anderen im Ganglion vorhandenen neuronalen Strukturen nicht moduliert werden. Beispielsweise kann eine Modulation oder eine Hemmung der Übertragung über die parasympathische Neuronenbahn, beispielsweise durch Hemmung der Übertragung von Signalen über die Zellkörper oder Synapsen im Ganglion pterygopalatinum, erreicht werden, während die Signalübertragung über die sympathischen Bahnen und zumindest einige der sensorischen Bahnen bewahrt wird. Als zusätzliches Beispiel kann eine Modulation oder Hemmung der Übertragung über die sensorischen Neuronen mit kleinem Durchmesser erreicht werden, während die Signalübertragung über die sympathischen, parasympathischen und anderen sensorischen Faserbahnen bewahrt wird. Als weiteres Beispiel kann eine Modulation der parasympathischen Bahn und der sensorischen Bahn mit kleinem Durchmesser erreicht werden, während die Signalübertragung über alle anderen Bahnen im Ganglion bewahrt wird. Insbesondere kann jede Art von neuronaler Komponente innerhalb einer neuronalen Struktur ihr eigenes, nicht-neuronales Stützgewebe aufweisen, was zur Fähigkeit beiträgt, die Modulation gezielt über bestimmte Pfade steuern
Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, können das vorliegende Gerät und das vorliegende Verfahren verwendet werden, um die Nervensignalübertragung selektiv und reversibel zu modulieren, beispielsweise durch Hemmung oder Blockierung der Nervensignalübertragung zur Hemmung von Schmerzen. Diese selektive und reversible Hemmung von Schmerzen birgt kein Risiko für neuronale Toxizität, vaskuläre Toxizität oder injizierbare chemische Allergien. Das vorliegende Gerät ist nicht-destruktiv für die Zielnervenstruktur und eignet sich zur Behandlung chronischer Schmerzindikationen ohne das Risiko von Atrophie, Neuropathie und Schmerzen und eignet sich gut für akute Schmerzindikationen, bei denen Nerven vor, während oder kurz nach der Operation behandelt werden, damit der Patient ohne ein Gerät nach Hause gehen kann und dennoch über einen Zeitraum von einem Tag bis mehrere Wochen nach einer Operation, wie nach einem Gelenkersatz oder einem anderen orthopädischen Eingriff, eine Schmerzlinderung erfährt. Mit anderen Worten, ein Gerät, bei dem ein langfristiger direkter Kontakt mit dem Zielbereich oder dem zu behandelnden Nerv (z. B. über einen implantierbaren Generator und eine Nervenmanschette) nicht erforderlich ist. Falls gewünscht und insbesondere für chronische Schmerzindikationen, kann das Gerät dennoch implantiert oder teilweise implantiert und/oder vom Patienten nach Hause getragen werden.
BEISPIELGERÄT
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein elektrisches Stimulationsgerät 100. Das elektrische Stimulationsgerät 100 kann verwendet werden, um angezieltes neuronales und nicht-neuronales Gewebe einer Nervenstruktur unter Anlegen eines elektrischen Signals selektiv und reversibel zu modulieren, um einen medizinischen Zustand eines Patienten zu behandeln. Das Stimulationsgerät 100 umfasst eine Elektrode 120, die eine elektrische Stimulation an die Behandlungsstelle abgibt, z. B. Abgabe der elektrischen Stimulation an das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe der Nervenstruktur. Die elektrische Stimulation kann durch eine perkutan platzierte Zuleitung (L) und Elektrode 120, durch eine implantierte Zuleitung (L) und Elektrode 120 oder durch eine Elektrode 120 abgegeben werden, die durch eine Körperöffnung vorgeschoben und neben (z. B. nahe oder in Kontakt mit) dem Schleimhautgewebe positioniert ist, das über der angezielten Nervenstruktur (z. B. Ganglion pterygopalatinum, Ganglion Gasseri) liegt. Beispiele für das Schleimhautgewebe umfassen eine Mundschleimhaut, eine Nasen-Mundschleimhaut, eine Magen-Darm-Trakt-Schleimhaut, eine Darmschleimhaut, eine Blasenschleimhaut. Die Elektrode 120 erzeugt an der Behandlungsstelle ein elektrisches Feld, das zu einer selektiven und reversiblen Modulation der Nervenfaseraktivität führt, um Schmerzen zu hemmen. Wie oben angegeben ist, umfasst die „Modulation“ der Nervenfaseraktivität sowohl die Erregung als auch die Hemmung/Unterbrechung des Impulsdurchgangs entlang des Axons eines Neurons innerhalb eines Nervs und kann die Hemmung der Nervensignalübertragung bis hin zur Erzeugung einer blockierenden Wirkung beinhalten.
Die Abgabe der elektrischen Signalstimulation schließt Wechselwirkungen mit anderen nebenliegenden Geweben ein. Zum Beispiel wird im Fall des perkutanen Anlegens und Positionierens der Elektrode die elektrische Signalstimulation über die Elektrode 120 abgegeben, die in das äußere Gewebe des Patienten, einschließlich dessen Haut, Fett, Knochen und Muskeln, ein- und vorgedrungen ist, um die Elektrode 120 unmittelbar an einer Zielnervenstruktur zu positionieren. In diesem Beispiel beeinflusst die elektrische Stimulation nicht nur die neuronale Zielstruktur, sondern auch das umgebende Gewebe wie Bindegewebe, Stützgewebe der Nervenstruktur, Fett, Knochen, Muskeln und kardiovaskuläre Gewebe und Zellen wie diejenigen, die in Blutgefäßen und in deren Umgebung vorhanden sind. Im Falle eines transmukosalen Anlegens wird die elektrische Signalstimulation über die Elektrode 120 abgegeben, die neben dem darüberliegenden Schleimhautgewebe (z. B. in der Nähe oder in Kontakt mit diesem) angeordnet ist. Die elektrische Stimulation kann sich auf die angezielte Nervenstruktur sowie auf die Gewebe unter und um die Elektrode 120, auf die Gewebe zwischen der Elektrode 120 und der Zielnervenstruktur sowie auf andere umliegende Gewebe (einschließlich Haut, Fett, Muskeln, Knochen, Knorpel, Bindegewebe, Stützgewebe der Nervenstruktur, kardiovaskuläre Gewebe und Zellen, wie sie in Blutgefäßen und in deren Umgebung vorhanden sind, sowie andere Gewebe, die in der Epidermis, Dermis sowie in Nervenrezeptoren, Haarfollikeln, Schweißdrüsen, Talgdrüsen, apokrinen Schweißdrüsen und Lymphgefäßen vorhanden sind) auswirken. Zwar moduliert das Anwenden der elektrischen Stimulation an der Behandlungsstelle - sowohl bei dem perkutanen als auch bei dem transnasalen Anwenden - das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe der Nervensystemstruktur (z. B. selektiv und/oder reversibel), um die Schmerzwahrnehmung zu hemmen, die elektrische Stimulation und das Stimulationsgerät 100 sind jedoch so konzipiert, dass keine Schädigung an der Nervensystemstruktur und/oder dem umgebenden Gewebe (z. B. dem darüberliegenden Schleimhautgewebe) entsteht.
Wie in 1 schematisch dargestellt ist, sind das Stimulationsgerät 100 und die Elektrode 120 / die Zuleitungen L entweder wiederverwendbar oder Einwegartikel. Wünschenswerterweise kann die Nervenstruktur über eine Einweg-Zuleitung L und eine Einweg-Elektrode 120 moduliert und von einem wiederverwendbaren externen Stimulator/Signalgenerator 140 und einer Steuerung 130 angesteuert werden. Es wird in Betracht gezogen, dass das Stimulationsgerät 100 als Ganzes zur Implantation im Patienten (unter der Haut des Patienten (S)) an einer Stelle neben der angezielten Nervenstruktur (N) dimensioniert und eingerichtet sein kann, wie dies schematisch in 2A dargestellt ist. Die Stromquelle 180, die die Steuerung 130 / den Signalgenerator 140 mit elektrischer Energie versorgt, kann innerhalb oder außerhalb des Patienten positioniert sein. Es wird auch in Betracht gezogen, dass nur die Zuleitungen / die Elektrode 120 in den Patienten implantiert werden und die verbleibenden Komponenten, einschließlich des Signalgenerators 140 und der Steuerung 130, in einem Handgerät enthalten sind, das leicht betätigt werden kann, um die Therapie abzugeben, wie dies schematisch in 2B dargestellt ist. Es wird ferner erwogen, dass das Stimulationsgerät 100, einschließlich Signalgenerator 140, Steuerung 130 und Zuleitungen / Elektroden 120, in einem größeren, nicht tragbaren Gerät verkörpert sein kann, das dazu konzipiert ist, auf einer stationären Oberfläche oder auf einem Wagen zu verbleiben, der zwischen Räumen in einer medizinischen Klinik bewegt werden kann, wobei nur die Elektroden 120 / Zuleitungen (L) perkutan durch eine Öffnung in der Haut des Patienten oder eine andere Öffnung im Körper des Patienten (z. B. über die Nasenhöhle) vorgeschoben werden.
Das Simulationsgerät 100 kann verwendet werden, um Schmerzen reversibel und/oder selektiv zu hemmen, während andere sensorische Funktionen bewahrt werden. Insbesondere kann die von dem Stimulationsgerät 100 bereitgestellte elektrische Stimulation Nervensignalübertragungen durch Nervenfasern, die für die Übertragung von Schmerzen verantwortlich sind, reversibel und/oder selektiv modulieren, während die Nervensignalübertragung durch Nervenfasern, die für andere sensorische und motorische Funktionen verantwortlich sind, sowie die Propriozeption bewahrt werden.
Im Hinblick auf die Reversibilität der modulierten Nervenfunktion kann das Stimulationsgerät 100 Schmerzen reversibel hemmen, indem es beispielsweise die Nervensignalübertragung für einen Zeitraum von etwa 1 Tag bis etwa 30 Tagen hemmt oder blockiert. Vorzugsweise wird die Schmerzwahrnehmung für einen Zeitraum von etwa 5 Tagen bis etwa 30 Tagen gehemmt. Bei chronischen Schmerzen wird die Schmerzwahrnehmung für einen Zeitraum von etwa 90 Tagen bis etwa 356 Tagen gehemmt. Die Reversibilität der Nervensignalübertragung und die anschließende Wiederherstellung der Funktion nach einer angemessenen Dauer nach der Behandlung ist wichtig, insbesondere bei postoperativen akuten Schmerzen. Die Parameter der Stimulationswellenform können angepasst werden, um die erwartete Dauer der Schmerzhemmung abzustimmen und um sicherzustellen, dass die Schmerzhemmung nicht länger als gewünscht anhält. Beispielsweise ist es bei Patienten, die sich einer Kniegelenkersatzoperation unterziehen, wichtig, dass die Schmerzempfindung 15 bis 30 Tage nach der Operation wiederkehrt, da akute Schmerzempfindungen ein wichtiges Schutzsignal darstellen, um Patienten bei der Regulierung ihrer körperlichen Aktivität während der Genesung zu unterstützen.
In Bezug auf die Selektivität der modulierten Nervenfunktion kann das Stimulationsgerät 100 das neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv modulieren, wodurch die Schmerzwahrnehmung gehemmt und andere sensorische und motorische Funktionen sowie die Propriozeption bewahrt werden. Dies erzeugt ein Szenario, bei dem die elektrische Neuromodulationsbehandlung bezüglich einer Teilmenge von Funktionen einer Nervenstruktur selektiv ist, während andere Funktionen der Nervenstruktur bewahrt werden. Die Schmerzwahrnehmung wird gehemmt, während andere sensorische und motorische Funktionen sowie die Propriozeption erhalten bleiben. Zum Beispiel unterbricht das elektrische Signal die Übertragung von Schmerzsignalen, die aus der Peripherie stammen, derart, dass sie das Gehirn nicht erreichen, indem es die Nervensignalübertragung durch Nervenfasern hemmt, die für die Übertragung von Schmerzen verantwortlich sind. Dies beinhaltet die direkte Hemmung der Übertragung von Schmerzsignalen in den Neuronen der neuronalen Zielstruktur oder kann durch indirekte Hemmung von anderen stromabwärts gelegenen Neuronen erreicht werden, die für die Übertragung von Schmerzsignalen zum Gehirn verantwortlich sind, wie Neuronen des Zentralnervensystems (z. B. im Rückenmark und Gehirn).
Die bewahrte sensorische Funktion umfasst beispielsweise den schmerzfreien Tastsinn (niederschwellige sensorische Funktion), das Sehvermögen, die Hörfähigkeit, den Geschmackssinn, den Geruchssinn und das Gleichgewicht. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das offenbarte elektrische Signal die Nervensignalübertragung durch Nervenfasern modulieren kann, die für die Übertragung von Thermorezeption, autonomer Aktivität und viszeraler Funktion verantwortlich sind.
Die selektive Modulation der Schmerzwahrnehmung ist besonders nützlich in Fällen, in denen die Modulation auf gemischte Nervenstrukturen wie peripheren Nerven, die motorische und sensorische Axone enthalten, angewendet werden soll. Beispielsweise ist es bei vielen chirurgischen Eingriffen wünschenswert, über gemischte Nerven übertragene Schmerzen zu modulieren, um akuten Operationsschmerz zu behandeln und dabei die motorische, sensorische sowie die propriozeptive Funktion des Nervs zu bewahren. Die Erhaltung der motorischen, sensorischen und propriozeptiven Funktion während der Schmerzbehandlung ist besonders wichtig, wenn während der Genesung nach der Operation eine Bewegungstherapie oder eine andere Bewegung eines Körpergliedes durchgeführt werden muss. Beispielsweise enthalten viele Programme zur postoperativen Pflege Maßnahmen, mit denen Patienten nach chirurgischen Eingriffen eine Muskelatrophie oder eine andere Funktionsstagnation vermeiden können. Die Erhaltung der Motorik und der sensorischen und propriozeptiven Funktion während der Schmerzbehandlung kann solche Programme ermöglichen und verbessern.
Wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist, können ein oder mehrere Parameter der elektrischen Stimulation eingestellt werden, um die Nervensignalübertragung durch einen ausgewählten Nervenfasertypen und/oder durch einen ausgewählten Bereich der Nervenstruktur selektiv zu blockieren. Einstellbare Parameter der elektrischen Stimulation sind beispielsweise eine Wellenform, eine Wellenformfrequenz, eine Wellenformamplitude, eine an der Elektrode 120 erzeugte elektrische Feldstärke (z. B. gemessen an der Elektrode oder an der Behandlungsstelle), ein Wellenform-Gleichstromoffset, ein Wellenform-Tastverhältnis (z. B. eine kontinuierliche Abgabe und/oder intermittierende Abgabe durch die Elektrode), eine Gewebetemperatur, ein Kühlmechanismusparameter (z. B. Kühlrate, Kühlmittel-Durchflussrate, Kühlmitteldruck, gemessene Temperatur an der Behandlungsstelle oder an einem Abschnitt des Kühlmechanismus) und eine Behandlungsdauer. Diese Parameter sind mittels der Steuerung 130, der Benutzeroberfläche 170 und eines Kühlmechanismus, der in das Stimulationsgerät 100 eingebaut sein kann, einstellbar und steuerbar, wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist.
Wenn zum Beispiel die angezielte Nervenstruktur ein peripherer Nerv ist, z. B. ein großer peripherer Nerv mit einem Durchmesser größer als etwa 2,5 mm, kann die elektrische Stimulation die Nervensignalübertragung durch die myelinisierten Aδ-Fasern und/oder die unmyelinisierten C-Fasern im peripheren Nerv hemmen, wobei die elektrische Stimulation die Nervensignalübertragung durch die Aß-Fasern, Aα-Fasern und/oder motorischen Fasern bewahrt. Es wird in Betracht gezogen, dass mindestens ein Parameter der elektrischen Stimulation eingestellt werden kann, um die myelinisierten Aδ-Fasern und/oder die unmyelinisierten C-Fasern selektiv zu hemmen, während die Nervensignalübertragung durch die Aß-Fasern, Aα-Fasern und/oder motorischen Fasern bewahrt wird.
In einem anderen Beispiel kann die elektrische Stimulation die Nervensignalübertragung durch die myelinisierten Aδ-Fasern und/oder die unmyelinisierten C-Fasern in dem peripheren Zielnerv hemmen, wobei die elektrische Stimulation die Nervensignalübertragung durch die Aß-Fasern, Aα-Fasern und/oder motorischen Fasern in einem benachbarten Nerv oder einem benachbarten Nervenfaserbündel bewahrt. Indem die schmerzende Empfindung selektiv blockiert wird, während die Nervensignalübertragung durch die ausgewählten Nervenfasern von benachbarten Nerven und/oder benachbarten Nervenfaserbündeln ermöglicht wird, kann die Schärfe der schmerzenden Empfindung reduziert werden, wobei verhindert wird, dass andere große motorische Fasern beeinträchtigt werden.
In einem anderen Beispiel ist die angezielte Nervenstruktur von einer Schicht Schleimhautgewebe bedeckt, z. B. das Ganglion Gasseri, Ganglion pterygopalatinum(SPG). Die elektrische Stimulation kann durch das Schleimhautgewebe abgegeben werden, um die einzelne Nervenübertragung durch einen bestimmten Nervenfasertyp der darunter liegenden Nervenstruktur und des angrenzenden nicht-neuronalen Gewebes zu modulieren. Zu den Nervenfasertypen zählen beispielsweise parasympathische Nervenfasern, sympathische Nervenfasern und die sensorischen Nervenfasern. Wenn zum Beispiel die angezielte Nervenstruktur das Ganglion pterygopalatinum (SPG) umfasst, hemmt die elektrische Stimulation selektiv die Nervensignalübertragung durch die das SPG umfassenden parasympathischen Nervenfasern, die das SPG umfassenden sympathischen Nervenfasern und/oder die das SPG umfassenden sensorischen Nervenfasern. Es wird in Betracht gezogen, dass diese Nervensignalübertragung gehemmt werden kann, während gleichzeitig die Funktion von mindestens einem der nicht ausgewählten Nervenfasertypen (z. B. das SPG umfassende parasympathische, sympathische und sensorische Nervenfasern) selektiv bewahrt wird.
Es wird ferner in Betracht gezogen, dass mindestens ein Parameter der elektrischen Stimulation eingestellt werden kann, um die Funktion der myelinisierten Aδ-Fasern differenziert zu hemmen, so dass die myelinisierten A6-Fasern einen größeren Prozentsatz an gehemmten Fasern aufweisen als die unmyelinisierten C-Fasern. Die Nervensignalübertragung durch myelinisiertes A6 ist typischerweise mit der Empfindung von schnellen, scharfen/stechenden Schmerzen verbunden, während die Nervensignalübertragung durch unmyelinisierte C-Fasern typischerweise mit der Empfindung von dumpfen/anhaltenden Schmerzen verbunden ist. Dementsprechend kann die elektrische Stimulation eingestellt werden, um die Funktion der Nervenfasern, die für die Empfindung von scharfen Schmerzen verantwortlich sind, differenziert zu hemmen, so dass diese Fasern einen größeren Prozentsatz an gehemmten Fasern aufweisen als Nervenfasern, die für die Empfindung von dumpfen/anhaltenden Schmerzen verantwortlich sind.
In ähnlicher Weise wird ferner in Betracht gezogen, dass mindestens ein Parameter der elektrischen Stimulation eingestellt werden kann, um die Funktion der unmyelinisierten C-Fasern differenziert zu hemmen, so dass die unmyelinisierten C-Fasern einen größeren Prozentsatz an gehemmten Fasern aufweisen als die myelinisierten Aδ-Fasern. Das heißt, die elektrische Stimulation kann eingestellt werden, um die Funktion der Nervenfasern, die für eine Empfindung von dumpfen/anhaltenden Schmerzen verantwortlich sind, differenziert zu hemmen, so dass diese Fasern einen größeren Prozentsatz an gehemmten Fasern aufweisen als Nervenfasern, die für eine Empfindung von schnellen, scharfen/stechenden Schmerzen verantwortlich sind.
In einem weiteren Beispiel, bei dem die angezielte Nervenstruktur, die von einer Schicht aus Schleimhautgewebe bedeckt ist, wie das Ganglion Gasseri oder Ganglion pterygopalatinum (SPG), kann die elektrische Stimulation so eingestellt werden, dass sie die Funktion der parasympathischen, sympathischen und/oder sensorischen Nervenfasern des Ganglions differenziert hemmt. Beispielsweise kann die an die Zielstelle abgegebene elektrische Stimulation die Funktion der parasympathischen Nervenfasern des SPG differenziert hemmen, wobei die parasympathischen Nervenfasern einen größeren Prozentsatz an gehemmten Fasern aufweisen als nicht-parasympathische Nervenfasern und das nicht-neuronale Gewebe. Ebenso kann die an die Zielstelle abgegebene elektrische Stimulation die Funktion der sympathischen Nervenfasern des SPG differenziert hemmen, wobei die sympathischen Nervenfasern einen größeren Prozentsatz an gehemmten Fasern aufweisen als nicht-sympathische Fasern und das nicht-neuronale Gewebe. In ähnlicher Weise kann die elektrische Stimulation, die an die Behandlungsstelle abgegeben wird, die Funktion der sensorischen Nervenfasern des SPG differenziert hemmen, wobei die sensorischen Nervenfasern einen größeren Prozentsatz an Fasern aufweisen, die das parasympathische, sympathische und das nicht-neuronale Gewebe hemmen.
Ein zusätzlicher Mechanismus zur Hemmung der Schmerzwahrnehmung liegt vor, wenn die hemmende Wirkung stromabwärts liegt oder sekundär zur Behandlungsstelle ist. Handelt es sich bei der angezielten Nervenstruktur beispielsweise um einen großen peripheren Nerv, z. B. einen Nerv mit einem Durchmesser größer als etwa 2,5 mm, kann die elektrische Stimulation die Aktivität oder Funktion von neuronalen oder nicht-neuronalen Geweben modulieren, was zur Aktivierung einer biochemischen Signalkaskade führt, die eine Abnahme der Aktivierung von spinalen oder kortikalen Neuronen verursacht, die Schmerzen darstellen (beispielsweise durch Modulation der synaptischen Signalübertragung), während die Nervensignalübertragung durch Neuronen des zentralen Nervensystem und des peripheren Nervensystems, die an Erkennung, Übertragung, Verarbeitung und Erzeugung von schmerzfreier Berührung, Motorik und Propriozeption beteiligt sind, erhalten bleibt. In diesem Fall wird erwogen, dass mindestens ein Parameter der elektrischen Stimulation so eingestellt werden kann, dass stromabwärts gerichtete oder sekundäre Wirkungen von Schmerzen, die von Aδ-Fasern stammen und/oder aus den unmyelinisierten C-Fasern stammen, selektiv gehemmt werden, während die Funktion von Neuronen des zentralen Nervensystems und des peripheren Nervensystems, die an Erkennung, Übertragung, Verarbeitung und Erzeugung von schmerzfreier Berührung, Motorik und Propriozeption beteiligt sind, erhalten bleibt.
In diesem Fall wird ferner in Betracht gezogen, dass mindestens ein Parameter der elektrischen Stimulation eingestellt werden kann, um stromabwärts gerichtete oder sekundäre Wirkungen von Schmerzen, die aus myelinisierten Aδ-Fasern stammen, differenziert zu hemmen, so dass die stromabwärts gerichteten oder sekundären Wirkungen von myelinisierten Aδ-Fasern stärker gehemmt werden als die stromabwärts gerichteten oder sekundären Wirkungen von unmyelinisierten C-Fasern. In ähnlicher Weise wird in diesem Fall außerdem in Betracht gezogen, dass mindestens ein Parameter der elektrischen Stimulation eingestellt werden kann, um stromabwärts gerichtete oder sekundäre Wirkungen von Schmerzen, die von unmyelinisierten C-Fasern stammen, differenziert zu hemmen, so dass stromabwärts gerichtete oder sekundäre Wirkungen von unmyelinisierten C-Fasern noch stärker verhindert werden als die stromabwärts gerichteten oder sekundären Wirkungen von myelinisierten Aδ-Fasern.
BEISPIEL FÜR ELEKTRISCHE STIMULATION
Wie oben beschrieben ist, stellt die Elektrode 120 ein elektrisches Signal an die Behandlungsstelle bereit, um das neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv zu modulieren, wodurch die Schmerzwahrnehmung gehemmt wird und andere sensorische und motorische Funktionen sowie die Propriozeption gewahrt bleiben. Das elektrische Signal unterbricht die Übertragung von Schmerzsignalen, indem es sowohl neuronales als auch nicht-neuronales Gewebe moduliert. Wie nachstehend dargelegt ist, können verschiedene Parameter des elektrischen Signals eingestellt werden, um die Funktion über die Nervenstruktur zu modulieren - einschließlich beispielsweise einer Pulswellenform der Stimulation (hier auch einfach als „Wellenform“ bezeichnet), einer Pulsfrequenz der Stimulation (hier auch einfach als „Frequenz“ bezeichnet), einer Pulsamplitude der Stimulation (hier auch einfach als „Amplitude“ bezeichnet), einer an der Elektrode 120 erzeugten elektrischen Feldstärke, eines Pulswellenform-Gleichstromoffsets der Stimulation, eines Wellenform-Tastverhältnisses (z. B. kontinuierliche Abgabe und/oder intermittierende Abgabe durch die Elektrode), einer Gewebetemperatur, eines Kühlmechanismusparameters und einer Behandlungsdauer. Es wird in Betracht gezogen, dass einige Parameter individuell eingestellt werden können, um eine gewünschte Wirkung zu erzeugen, während andere, mit einer gewissen gegenseitigen Abhängigkeit von Einstellungen anderer Parameter, in Kombination eingestellt werden, um die gewünschte Wirkung zu erzeugen. Wie oben und ausführlicher nachstehend beschrieben ist, werden verschiedene Parameter und/oder Kombinationen von Parametern des elektrischen Signals eingestellt, um die Nervensignalübertragung durch einen ausgewählten Nervenfasertypen und/oder durch einen ausgewählten Bereich der Nervenstruktur selektiv und reversibel zu modulieren.
Um die selektive und/oder reversible Hemmung von Aktivitäten des Nervensystems zu erleichtern (z. B. um akute Schmerzen zu blockieren), ist das Stimulationsgerät und -system in einigen Ausführungsformen eingerichtet, um eine Hochfrequenzstimulation direkt an den Nerv und/oder auf nebenliegendes Gewebe anzulegen, um eine ausreichende Schmerzhemmungsreaktion des Nervensystems hervorzurufen. Die Hochfrequenzstimulation kann in Impulsen im Verlauf einer einzelnen Behandlung/Anwendung und außerdem derart angewendet werden, dass eine Schädigung von nebenliegendem Gewebe und Nervengewebe verhindert wird. Es wurde beobachtet, dass eine Hochfrequenzstimulation bei 500 kHz in einer Reihe von 20-Millisekunden-Impulsen bei bis zu 100 V für einige Minuten (und bis zu einer Temperatur von 42 °C) angewendet werden kann, um eine ausreichende Schmerzhemmungsreaktion auszulösen, die die Empfindung von akutem Schmerz selektiv stören kann, andere neurologische Funktionen wie die Motorik jedoch nicht beeinträchtigt. Es wurde auch beobachtet, dass die gleiche Hochfrequenzstimulation angewendet werden kann, um eine reversible Schmerzhemmungsreaktion auszulösen, bei welcher der Schmerz für eine klinisch relevante Dauer blockiert wird, die von 1 Tag bis 30 Tagen betragen kann. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, wird die Hypothese aufgestellt, dass die selektive und reversible Wirkung auf das besonders hohe Spannungsfeld zurückzuführen ist, das an das Gewebe angelegt wird, ohne an der Behandlungsstelle, insbesondere an den Nerven, eine thermische Schädigung zu verursachen.
7A stellt gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform ein Beispiel für elektrische Stimulation und entsprechende Steuerparameter dar, die auf den Nerv und/oder auf naheliegendes Gewebe angewendet werden können, um Aktivitäten des Nervensystems selektiv und/oder reversibel zu hemmen. Wie in 7A dargestellt ist, kann die elektrische Stimulation über Steuerparameter wie Amplitude, Tastverhältnis (z. B. umfassend eine Impulshüllkurvendauer und ein Zwischenhüllkurvenintervall), Stimulationswellenform und Wellenformfrequenz definiert werden. Außer einer Stimulationsfrequenz von 500 kHz können auch andere Stimulationsfrequenzbereiche angewendet werden. In einigen Ausführungsformen ist das Stimulationsgerät und -system eingerichtet, um eine elektrische Stimulation mit einer Stimulationsfrequenz anzuwenden, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus etwa 100 kHz, etwa 150 kHz, etwa 200 kHz, etwa 250 kHz, etwa 300 kHz, etwa 350 kHz, etwa 400 kHz, etwa 450 kHz, etwa 500 kHz, etwa 550 kHz, etwa 600 kHz, etwa 650 kHz, etwa 700 kHz, etwa 800 kHz, etwa 850 kHz, etwa 900 kHz, etwa 950 kHz und etwa 1 MHz. Das Anwenden einer elektrischen Stimulation mit einem Tastverhältnis kann ermöglichen, dass eine höhere Spannungs- oder Stromamplitude und/oder eine höhere Frequenz ausgegeben wird (um zu ermöglichen, dass ein höheres Spannungsfeld an der Behandlungsstelle erzeugt wird), ohne thermische Schädigung am Gewebe zu verursachen. Das Anwenden einer elektrischen Stimulation mit einer nicht sinusförmigen Wellenform kann verwendet werden, um die Energiedichte einzustellen, die bei einer gegebenen elektrischen Stimulation angewendet wird, und/oder um das Anlegen eines stärkeren elektrischen Felds zu ermöglichen.
Die 7B, 7C, 7D, 7E, 7F, 7G, 7H, 71, 7J, 7K, 7L, 7M, 7N, 7O und 7P stellen jeweils eine Wellenform für eine elektrische Stimulation gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform dar. Wie in den 7B bis 7F dargestellt ist, ist in einigen Ausführungsformen die Stimulationswellenform eine sinusförmige Wellenform ( 7B, 7G), eine dreieckige Wellenform (7C), eine quadratische oder rechteckige Wellenform (7D), eine dreieckige Sägezahnwellenform (7E) oder eine komplexe Wellenform (7F).
In einigen Ausführungsformen wird die Frequenz eines gegebenen Impulses variiert (z. B. als Chirp, wie in den 7K, 7L und 7M dargestellt). In einigen Ausführungsformen wird die Amplitudenhüllkurve der elektrischen Stimulation für einen gegebenen Impuls variiert (7K und 7L).
In einigen Ausführungsformen ist die elektrische Stimulation eine spannungsgeregelte Ausgabe. In einigen Ausführungsformen ist die elektrische Stimulation eine stromgeregelte Ausgabe. In einigen Ausführungsformen ist die elektrische Stimulation eine leistungsgeregelte Ausgabe.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Stimulationswellenform eine kontinuierliche ladungsausgeglichene Sinusform (siehe z. B. 7B bis 7F, 7K, 7L, 7M, 7N und 7P) oder eine additive Kombination von Sinuskurven (z. B. als Sinusfunktion, siehe 7N, 7O und 7P).
Die dargestellten Wellenformen dienen nur der Veranschaulichung. Es wird in Betracht gezogen, dass andere Arten von Wellenformen erzeugt werden können, wie Impulse oder andere Formen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Stimulationswellenform einen einzelnen Impuls mit einer Dauer von 1 µs bis 10 µs.
Andere Stimulationsimpulssteuerparameter können, zum Beispiel in einem Rückkopplungsmechanismus, gesteuert werden, beispielswesie elektrische Feldstärke an der Elektrode, Gleichstromoffset, Gewebetemperatur, Kühlmechanismusparameter und Behandlungsdauer. In einigen Ausführungsformen ist das Stimulationsgerät und -system eingerichtet, um die elektrische Stimulation basierend auf beobachteten oder gemessenen zeitlichen und/oder räumlichen Ableitungen von Spannung, Strom, Leistung und Temperatur (z. B. der Änderungsrate der Temperatur über die Zeit) zu steuern. In einigen Ausführungsformen können zwei oder mehr stromgeregelte, spannungsgeregelte, leistungsgeregelte oder temperaturgeregelte Stimulationen in Kombination zur Abgabe an das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe der Nervenstruktur ausgeführt werden. Die Parameter Amplitude, Wellenform, Frequenz, Gleichstromoffset, Tastverhältnis und Dauer können für eine solche stromgeregelte Stimulation, spannungsgeregelte Stimulation, leistungsgeregelte Stimulation und/oder temperaturgeregelte Stimulation oder eine Kombination davon abgestimmt werden.
In der Tat können die Stimulationsparameter optimiert werden, um die Schmerzwahrnehmung selektiv zu hemmen, während die Nervenaktivität erhalten bleibt, die für die Motorik, die niederschwellige sensorische Funktion und die Propriozeption verantwortlich ist. Beispielsweise können die Stimulationsparameter optimiert werden, um die Aktivität in myelinisierten Aδ- und unmyelinisierten C-Fasern abzuschwächen oder aufzuheben, während die Nervenaktivität in den Nervenfasern, die für die Motorik, die niederschwellige sensorische Funktion oder die Propriozeption verantwortlich sind, bewahrt wird (z. B. ohne sie abzuschwächen).
Die Amplitude und andere Parameter der Stimulationswellenform können so eingestellt werden, dass die Aktivität innerhalb eines gewünschten Bereichs eines Nervs bevorzugt oder optimal moduliert wird (z. B. so, dass bestimmte Bereiche eines Nervs beeinflusst werden, anstatt des gesamten Nervenquerschnitts), wie im Folgenden näher beschrieben wird. Die Stimulationswellenform kann auch Parameteränderungen umfassen, die die Einsatzreaktion (z. B. eine pulsierende Empfindung an der Nervenstruktur, eine motorische Reaktion in einem Muskel neben dem Zielnerv wie Muskelkrämpfe oder Zucken) und die Aktivierung von Nervengewebe beim Einsetzen von Stimulation, entweder beim Beginn der kontinuierlichen Wellenform oder beim Einsatz jedes Stimulationsimpulses während der intermittierenden Stimulation, beeinflussen und reduzieren. Die Parameter der Stimulationswellenform können auch eingestellt werden, um die Dauer und den zeitlichen Verlauf der Schmerzhemmung zu steuern, die nach der Behandlung erreicht wird, und um sicherzustellen, dass mit einer einzigen Behandlung eine angemessene Schmerzhemmung erreicht wird.
Die Parameter der Stimulationswellenform können eingestellt werden, um die Behandlung von größeren Nerven (zum Beispiel mit einem Durchmesser größer als etwa 2,5 mm) und größeren Nervenstrukturen oder Nervenstrukturen mit unterschiedlicher Form, Größe und Zusammensetzung von neuronalem und nicht-neuronalem Gewebe zu ermöglichen, zum Beispiel durch Erhöhen der Amplitude oder Anpassen anderer Parameter der Stimulationswellenform, die zu einer Erhöhung der räumlichen Größe und Form des elektrischen Feldes führen. Einige Nervenstrukturen wie das Rückenmark und einige Ganglien oder Plexus sind von Natur aus groß, und die Behandlung dieser großen Strukturen wird durch Anpassung der Wellenformparameter ermöglicht.
Die Parameter der Stimulationswellenform können auch angepasst werden, um eine schadensfreie Behandlung und Hemmung von Schmerzen zu ermöglichen. Hardware und Software können ebenfalls enthalten sein, um die Menge des Gleichstroms zu steuern, der gleichzeitig mit der Wellenform abgegeben wird. Die Steuerung 130 kann beispielsweise einen Stromregler oder Spannungsregler zum Einstellen der Menge an Gleichstrom oder Gleichspannung umfassen, die gleichzeitig mit dem elektrischen Signal abgegeben wird.
Das vorliegende Gerät und das vorliegende Verfahren können verwendet werden, um die Nervensignalübertragung selektiv und reversibel zu modulieren, beispielsweise durch Hemmung oder Blockierung der Nervensignalübertragung, um die Schmerzwahrnehmung für einen Zeitraum von etwa 1 Tag bis etwa 30 Tagen zu hemmen. Vorzugsweise wird die Schmerzwahrnehmung für einen Zeitraum von etwa 5 Tagen bis etwa 30 Tagen gehemmt. Die Reversibilität der Nervensignalübertragung und die anschließende Wiederherstellung der Funktion nach einer angemessenen Dauer nach der Behandlung ist wichtig, insbesondere bei postoperativen akuten Schmerzen. Die Parameter der Stimulationswellenform können angepasst werden, um die erwartete Dauer der Schmerzhemmung abzustimmen und um sicherzustellen, dass die Schmerzhemmung nicht länger als gewünscht anhält. In einem Beispiel können das Tastverhältnis, die Pulsamplitude und die Behandlungsdauer (siehe z. B. 10 und 11) eingestellt werden, um eine gewünschte Reversibilität der Nervensignalhemmung zu erzeugen (siehe z. B. 10 und 11). In einem anderen Beispiel kann die Regelung der Temperatur an der Behandlungsstelle verwendet werden, um eine gewünschte Selektivität der Modulation der Nervensignalübertragung zu erzeugen (siehe z. B. 10 und 11).
Wie vorstehend erwähnt ist, können das Gerät und das Verfahren der vorliegenden Erfindung, einschließlich der Parameter der Wellenform und deren Einstellung, akute Schmerzen (wie postoperative Schmerzen) für einen Zeitraum von Tagen bis Wochen nach dem Eingriff selektiv hemmen. Es versteht sich jedoch auch, dass das Gerät und das Verfahren der vorliegenden Erfindung, einschließlich der Parameter der Wellenform und deren Einstellung, auch verwendet werden können, um eine therapeutische Behandlung für chronische Schmerzzustände bereitzustellen. Die therapeutische Behandlung von chronischen Schmerzen kann die fortlaufende präventive Abgabe von Signalen, oder abortiv, bedarfsgesteuerte Abgabe umfassen, wenn Phasen chronischer Schmerzen auftreten. Dies kann über perkutane, teil-implantierte und implantierte Ansätze erfolgen.
Im Vergleich zu anderen Verfahren zum Modulieren der Aktivität einer Nervenstruktur unter Verwendung eines elektrischen Signals können das System und Verfahren der vorliegenden Offenbarung eine selektive und reversible Schmerzlinderung für Zeiträume von Tagen bis Wochen mit einer einzigen Behandlung/Anwendung des elektrischen Signals bereitstellen. Andere Behandlungsmodalitäten erfordern wiederholte Behandlungen über einen Zeitraum von Tagen, um eine sinnvolle und dauerhafte Schmerzlinderung zu erzielen, insbesondere im Hinblick auf die Behandlung großer Nerven. Beispielsweise verwendet gepulste Hochfrequenz, die häufig zur Behandlung von Schmerzen bei kleinen Nerven verwendet wird, intermittierende Impulse eines 45-V-Hochfrequenzsignals, um den Zielnerv zu stimulieren. In diesem Fall wird gepulst, um Temperaturen an der Behandlungsstelle zu vermeiden, die das Nervengewebe beschädigen oder zerstören würden. Im Gegensatz dazu ermöglichen die Stimulationsparameter der vorliegenden Offenbarung das Anlegen einer Wellenform mit hoher Spannung und hoher Frequenz, die keine Temperaturbeschränkungen aufweist, die mit einem gepulsten HF-Signal verbunden ist. Die Einstellung der Parameter der Stimulationswellenform ermöglicht die Steuerung des Anlegens des elektrischen Signals, um sicherzustellen, dass eine angemessene Schmerzhemmung mit einer einzigen Anwendung erreicht wird und dabei eine Schädigung des Gewebes vermieden wird.
Beispielsweise kann ein System eingerichtet sein, um das elektrische Signal (hier auch als „elektrische Stimulation“ bezeichnet) an die Behandlungsstelle mit einem Frequenzbereich zwischen etwa 100 kHz bis etwa 1 MHz, zwischen etwa 200 kHz bis etwa 800 kHz, zwischen etwa 400 kHz bis etwa 600 kHz und zwischen etwa 450 kHz bis etwa 550 kHz abzugeben. In einem Beispiel für ein System beträgt die elektrische Stimulation, die an die Behandlungsstelle abgegeben wird, mindestens 500 kHz. Das an die Behandlungsstelle abgegebene elektrische Signal weist einen Amplitudenbereich von ≥ 5 mA (Spitze-zu-Mitte, entsprechend 10 mA Spitze-zu-Spitze) und von ≤ 1,25 A(Spitze-zu-Mitte, entsprechend 2,5 A Spitze-zu-Spitze) auf. In einem Beispiel für ein System hat das elektrische Signal eine Amplitude im Bereich zwischen 50 mA und 500 mA, 500 mA und 1 A, 1 A und 1,5 A, 1,5 A und 2 A oder 2 A und 2,5 A. In einem Beispielsystem, bei dem die elektrische Simulation transmukosal abgegeben wird, weist das elektrische Signal einen Amplitudenbereich zwischen etwa 10 mA und etwa 5000 mA (Spitze-zu-Spitze) auf. Das an die Behandlungsstelle abgegebene elektrische Signal weist einen Amplitudenbereich von ≥ 10 V und ≤ 500 V (Spitze-zu-Mitte, entsprechend 20 bis 1000 V Spitze-zu-Spitze) auf. In einem Beispielsystem weist das elektrische Signal eine Amplitude im Bereich zwischen 10 V und 1000 V, 20 V und 100 V, 100 V und 200 V, 200 V und 300 V, 300 V und 400 V oder 400 V und 500 V auf. In einem Beispiel für ein System, bei dem die elektrische Simulation transmukosal abgegeben wird, weist das an die Behandlungsstelle abgegebene elektrische Signal einen Amplitudenbereich von ≥ 10 V und von ≤ 1000 V (Spitze-Spitze) auf. In einem Beispiel für ein System weist die elektrische Stimulation, die an die Behandlungsstelle abgegeben wird, eine Leistung im Bereich zwischen etwa 0,1 W und etwa 1250 W auf.
Das an die Behandlungsstelle abgegebene elektrische Signal kann eine sinusförmige Wellenform, eine quadratische Wellenform, eine dreieckige Wellenform, eine frequenzmodulierte Wellenform, einen Impuls (z. B. eine amplitudenmodulierte Wellenform oder eine impulsförmige Wellenform) und/oder additive Kombinationen davon aufweisen. Ein Beispiel für eine frequenzmodulierte Wellenform ist ein Chirp. Ein Beispiel für eine amplitudenmodulierte Wellenform ist ein Wavelet. In einem anderen Beispielsystem weist das an die Behandlungsstelle abgegebene elektrische Signal eine beliebige Wellenform auf. In einem anderen Beispielsystem kann das elektrische Signal eine Kombination der zuvor erwähnten Wellenformen aufweisen. Eine wiederholte Abgabe der Wellenform ist impliziert, bei der eine Wellenform wiederholt mit einer spezifizierten Wiederholungsfrequenz abgegeben wird. Die Wellenform des elektrischen Signals kann kontinuierlich oder intermittierend abgegeben werden. Kontinuierliche Abgabe bedeutet, dass die Wellenform kontinuierlich und ohne Unterbrechungen mit einer bestimmten Wellenformfrequenz abgegeben wird. Eine intermittierende Abgabe impliziert, dass die Wellenform mit einer bestimmten Wellenformfrequenz gemäß Zeithüllkurven abgegeben wird, zwischen welchen Pausen liegen, in denen keine Stimulation abgegeben wird. Bei kontinuierlicher Abgabe beträgt der Tastgrad 100 % (z. B. über die Chirp-Funktion). Für eine intermittierende Abgabe liegt der Tastgrad im Bereich von etwa 0,1 % bis etwa 99 %, vorzugsweise 0,5 % bis 25 %. Der Begriff Tastverhältnis bezieht sich auf eine Periode, in welcher der Impuls eingeschaltet ist, wobei mehrere Oszillationen mit einer vordefinierten Frequenz vorhanden sind. Für eine intermittierende Abgabe weist das elektrische Signal eine Zwischenhüllkurvenbreite von etwa 1 ms bis etwa999 ms auf, vorzugsweise 70 bis 999 ms, wobei die Zwischenhüllkurvenbreite als die Dauer zwischen dem Ende einer Hüllkurve und dem Beginn der nächsten Hüllkurve definiert ist. In einem Beispiel hat das elektrische Signal eine Impulsbreite von 30 ms, die bei 10 kHz abgegeben wird.
Während einer beispielhaften Behandlung wird das elektrische Signal für eine Behandlungsdauer von ≤ 30 Minuten, vorzugsweise ≤ 15 Minuten abgegeben. In einem beispielhaften System wird das elektrische Signal für eine Behandlungsdauer von ≤ 1 Minute, 1 Minute bis 5 Minuten, 5 Minuten bis 10 Minuten, 10 Minuten bis 15 Minuten, 15 Minuten bis 20 Minuten, 20 Minuten bis 25 Minuten oder 25 Minuten bis 30 Minuten abgegeben.
Wie nachstehend beschrieben ist, ist die Steuerung 130 einstellbar, um die elektrische Stimulation anzuwenden, während die Gewebetemperatur zwischen etwa 5 °C und etwa 60 °C gehalten wird. Das heißt, das elektrische Signal kann eine Gewebetemperatur aufweisen, die eine Amplitude zwischen etwa 5 °C und etwa 60 °C aufweist.
Das an die Behandlungsstelle abgegebene elektrische Signal kann stromgeregelt, spannungsgeregelt, leistungsgeregelt und/oder temperaturgeregelt sein. Das elektrische Signal weist eine kontinuierliche ladungsausgeglichene Wellenform oder einen Impuls oder eine additive Kombination davon auf. Alternativ umfasst das elektrische Signal eine nichtladungsausgeglichene Wellenform oder einen Impuls oder eine additive Kombination davon.
Die Stärke des an der Zielstelle erzeugten elektrischen Feldes ist größer als 10 kV/m. Die an die Behandlungsstelle abgegebene elektrische Stimulation erzeugt oder induzierteine elektrische Feldstärke an der Zielstelle und/oder an der einen oder den mehreren Elektroden von zwischen etwa20 kV/m und etwa 2000 kV/m. Das an der Zielstelle erzeugte elektrische Feld beträgt zwischen 20 kV/m und 2000 kV/m an seiner zeitlichen Spitze, 25 kV/m bis 500 kV/m oder 50 kV/m bis 400 kV/m. Bei einem transmukosalen Anwenden erzeugt oder induziert die elektrische Stimulation eine elektrische Feldstärke an der Zielstelle und/oder der Elektrode von vorzugsweise zwischen etwa 20 V/m und etwa 1000 000 V/m. Die Stärke des elektrischen Feldes variiert in Abhängigkeit von der Entfernung von der Elektrode, der Form der Elektrode und anderen Faktoren wie der Leitfähigkeit der verschiedenen Gewebe in der Nähe der Elektrode. Die Abstimmung von Wellenformparametern der Stimulationswellenform ermöglicht die Steuerung des räumlich-zeitlichen elektrischen Feldes im Gewebe und an der Schnittstelle der Elektrode zum Gewebe. Die Abstimmung der Wellenformparameter der Stimulationswellenform ermöglicht auch die Steuerung des räumlich-zeitlichen Wärmefeldes im Gewebe und an der Schnittstelle der Elektrode zum Gewebe. Die raumzeitlichen Schwankungen und Niveaus des elektrischen Feldes und des Wärmefeldes sind wichtige Faktoren für die Erzeugung der gewünschten selektiven, reversiblen Hemmung von Schmerzen in den neuronalen Zielstrukturen. Zusätzlich ermöglicht ein Kühlmechanismus, wie nachstehend ausführlich besprochen, der zusammen mit der Wellenform und anderen Aspekten der Stimulation, wie beispielsweise der Elektrode, implementiert wird, die Steuerung und Senkung des raumzeitlichen Wärmefeldes unabhängig oder teilweise unabhängig vom elektrischen Feld. Die Trennung dieser beiden wichtigen Variablen ermöglicht letztendlich die Abgabe einer selektiven, reversiblen und abstimmbaren Behandlung, die das neuronale Gewebe nicht schädigt.
Neben der selektiven Behandlung verschiedener Fasertypen können die Parameter der elektrischen Stimulation und des induzierten elektrischen Feldes und die Parameter der elektrischen Wellenform auch so eingestellt werden, dass die Nervensignalübertragung innerhalb eines gewünschten Bereichs der Nervenstruktur bevorzugt moduliert wird, wobei der gewünschte Bereich der Nervenstruktur ein Abschnitt der Nervenstruktur ist, der kleiner als ihr vollständiger Querschnitt ist.
Die elektrische Stimulation kann auch so eingestellt werden, dass die Einsatzreaktion (z. B. eine pulsierende Empfindung an der Nervenstruktur, eine motorische Reaktion in einem Muskel neben dem Zielnerv wie Muskelkrämpfe oder Zucken) und die Aktivierung der Nervenstruktur während der Abgabe der elektrischen Stimulation an die Nervenstruktur reduziert werden.
BEISPIEL FÜR KÜHLMECHANSIMUS
Es wird auch in Betracht gezogen, dass das Stimulationsgerät 100 einen Kühlmechanismus umfassen kann, um während der Abgabe der elektrischen Stimulation zu verhindern, dass das Gewebe des Patienten beschädigt wird. Der Kühlmechanismus kann mit der Elektrode 120 integriert sein und/oder ein von der Elektrode 120 separates Bauteil sein, das mit der Elektrode gekoppelt oder an der Behandlungsstelle separat von der Elektrode 120 positioniert ist. Der Kühlmechanismus kann von der Steuerung 130 geregelt werden oder eine separate Steuerung zur Lenken seines Betriebs umfassen. Der Kühlmechanismus wird verwendet, um eine Kühlwirkung an der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts 100 und/oder der Kontaktfläche der Elektrode 120 und/oder im Gewebe nahe der Behandlungsstelle bereitzustellen.
Fachleuten ist klar, dass die Abgabe von elektrischen Stimulationswellenformen an das Gewebe zu einer Erwärmung des Gewebes neben der Abgabeelektrode 120 führen kann. Bei übermäßiger Erwärmung des Gewebes kann es zu einer thermischen Schädigung des Gewebes kommen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine selektive und reversible Hemmung der Schmerzwahrnehmung zu erzeugen, während andere sensorische und motorische Funktionen sowie die Propriozeption erhalten bleiben. Thermische Läsion des Gewebes wurde bewusst zur Ablation oder Hemmung der Übertragung von Nervenaktionspotentialen verwendet. Diese Ansätze bewahren jedoch nicht die sensorische und motorische Funktion und die Propriozeption. Außerdem wurde bei thermischen Ablationen, zum Beispiel bei gekühlten Hochfrequenzablationen, eine Kühlung des Gewebes vorgenommen, um eine Erhöhung der Leistungsfreisetzung im Gewebe zu ermöglichen, was die Erhöhung der Leistung einer HF-Wellenform und die Erzeugung einer größeren thermischen Läsion ermöglicht. Diese gekühlten HF-Ansätze zielen jedoch darauf ab, die Gewebetemperatur auf mindestens 60 bis 90 °C zu erhöhen, um eine thermische Läsion im Gewebe zu erzeugen. Im Gegensatz dazu sieht die vorliegende Offenbarung die Verwendung eines Kühlmechanismus vor, der das Gewebe unter dem Niveau der thermischen Schädigung hält und gleichzeitig die Abgabe eines elektrischen Signals ermöglicht, das zu einer Hemmung von Schmerzen führen kann, während die sensorische, motorische und propriozeptive Funktion in der Nervenstruktur erhalten bleibt.
Der Kühlmechanismus erzeugt eine Kühlwirkung, die verhindert, dass das Gewebe des Patienten bei der Abgabe der elektrischen Stimulation geschädigt wird, indem die Temperaturen des Gewebes des Patienten unterhalb einer destruktiven Gewebetemperatur gehalten werden, z. B. unterhalb von Temperaturen, bei denen eine thermische Schädigung des Gewebes wahrscheinlich ist (z. B. werden Temperaturen vermieden, die für einen Zeitraum von mehreren Sekunden 42 bis 45 °C übersteigen). Als Reaktion auf Rückinformationen, die von der Elektrode 120 empfangen werden und/oder von dem Patienten und/oder dem Bediener eingegeben werden, hält der Kühlmechanismus die Temperatur der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts 100 und/oder der Elektrode 120 unter einer destruktiven Gewebetemperatur. Die Rückinformationen enthalten die gemessenen Temperaturdaten, die von einem Temperatursensor 210 empfangen werden, der mit dem Stimulationsgerät 100 gekoppelt ist. Der Temperatursensor 210 kann die Temperatur der Kontaktfläche der Elektrode 120 und/oder die Temperatur des Gewebes des Patienten neben der Kontaktfläche der Elektrode 120 messen. Der Temperatursensor 210 ist elektrisch mit der Steuerung 130 gekoppelt und liefert Rückinformationen bezüglich der gemessenen Temperatur. Als Reaktion auf die Temperatur-Rückinformationen kann, wie nachstehend beschrieben ist, der Betrieb des Kühlmechanismus und/oder die Parameter der elektrischen Stimulation so eingestellt werden, dass die Temperatur an der Kontaktfläche der Elektrode 120 gesteuert wird, wodurch die Temperatur des angrenzenden Patientengewebes reduziert wird.
In einem Beispiel kann der Kühlmechanismus eine Pumpe umfassen, die ein Kühlmittel wie ein Gas oder ein unter Druck stehendes Fluid (z. B. Kohlenstoffdioxid, Stickstoff, Wasser, Propylenglykol, Ethylenglykol, Salzwasser oder Mischungen davon) über die in den Leitungen (L) vorgesehenen Zuleitungen 160 durch die Elektrode 120 zirkuliert (siehe 3A bis 3E). Das zirkulierte Gas/Fluid dient dazu, der Elektrode 120, dem Gewebe der Behandlungsstelle und den benachbarten Geweben Wärme zu entziehen. Dieses Gas/Fluid kann bei Raumtemperatur abgegeben werden oder kann durch Verwendung einer eingebauten Gas-/Fluid-Kühleinheit oder durch Verwendung von Eis oder anderen Kühlmechanismen unter Raumtemperatur abgekühlt werden. Die Kühlung des Gases/Fluids kann vor der Behandlung und während der Behandlung durchgeführt werden. Um die Zuleitungen (L) kann auch eine thermisch isolierende Beschichtung oder Ummantelung angebracht werden, um eine Erwärmung des Kühlmittels durch Wärmeübertragung an die Umgebung zu verhindern.
In einem anderen Beispiel umfasst der Kühlmechanismus ein Wärmeübertragungsmaterial, das in Kontakt mit dem Gewebe der Behandlungsstelle und/oder der Elektrode 120 vorgesehen ist. Das Wärmeübertragungsmaterial kann innerhalb der Elektrode 120 / der Zuleitungen (L), auf einer Außenfläche der Elektrode 120 und/oder auf einer Einführvorrichtung angeordnet sein. Das Wärmeübertragungsmaterial wirkt als Wärmesenke, welche Wärme von der Elektrode 120, dem Gewebe der Behandlungsstelle und dem benachbarten Gewebe abführt. Das Wärmeübertragungsmaterial kann ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z. B. Metall wie Aluminium, Keramikmaterial, leitfähiges Polymer), ein Material mit hoher Wärmespeicherungsfähigkeit (z. B. mit einer hohen thermischen Masse wie Materialien mit hoher spezifischer Wärmekapazität, hoher Wärmekapazität pro Masseeinheit, hoher volumetrischer Wärmekapazität und/oder hoher Wärmekapazität pro Volumeneinheit) und/oder eine oder mehrere Peltier-Schaltungen oder eine Kombination davon umfassen. Das Wärmeübertragungsmaterial kann auch ein Phasenänderungsmaterial umfassen, das bei einer Temperatur zwischen etwa 40 °C und 100 °C die Phase ändern kann. Ein beispielhaftes Phasenwechselmaterial umfasst ein Paraffinwachs, das in einer Bahn vorgesehen ist, die sich von der Elektrode 120 bzw. Behandlungsstelle zur Umgebungsluft erstreckt. Der Wärmeaustausch zwischen dem Paraffinwachs und der Umgebungsluft dient dazu, Wärme von der Elektrode 120 bzw. Behandlungsstelle und den benachbarten Geweben abzuführen. Zusätzliche beispielhafte Kühlmechanismen sind in der am 4. Oktober 2016 eingereichten US-Anmeldung Nr. 62/403,876 mit dem Titel „Cooled RF Probes“ beschrieben, die hier durch Verweis aufgenommen wurde.
Der Kühlmechanismus verhindert nicht nur eine Schädigung des Gewebes, sondern ermöglicht auch eine selektive Hemmung von Schmerzen. Beispielsweise kann eine nichtselektive Hemmung von Schmerzen beobachtet werden, bei der die motorische oder schmerzfreie sensorische oder propriozeptive Funktion ebenfalls gehemmt ist, wenn die Temperaturen nicht unter einer gewünschten Schwelle (wie z. B. 42 bis 45 °C über einen Zeitraum von mehreren Sekunden) gehalten werden. Das Halten des Zielgewebes unterhalb einer solchen thermischen Schwelle durch Verwendung eines Kühlmechanismus ermöglicht eine selektive Hemmung von Schmerzen, ohne andere Funktionen der Nervenstruktur zu modulieren oder zu hemmen. Somit ist die Temperatur der Elektrode und des Gewebes ein wichtiger Parameter, der mittels des Kühlmechanismus eingestellt werden kann, um eine Selektivität der Hemmung von Schmerzen zu ermöglichen.
Die Verwendung des Kühlmechanismus ermöglicht auch die Behandlung von Nervenstrukturen verschiedener Form, Größe und Zusammensetzung. Beispielsweise muss die Größe des räumlichen elektrischen Feldes, das durch die elektrische Wellenform im Gewebe erzeugt wird, möglicherweise erhöht werden, um größere Nervenstrukturen wie große periphere Nerven, Hirnnerven, Ganglien, autonome Nerven, Teile des Rückenmarks und Plexus zu erfassen. Ein Verfahren zum Erhöhen der Größe des räumlichen elektrischen Feldes besteht darin, die Amplitude der elektrischen Wellenform zu erhöhen. Die Verwendung des Kühlmechanismus ermöglicht die Abgabe einer elektrischen Wellenform mit höherer Amplitude, während das Gewebe auf einem Wärmepegel gehalten wird, der eine thermische Schädigung vermeidet. Wenn beispielsweise periphere Nerven mit einem Durchmesser größer als 2,5 mm von dem Stimulationsgerät 100 behandelt werden, ermöglicht die Verwendung des Kühlmechanismus, dass die elektrischen Wellenformparameter, einschließlich der Amplitude, auf Pegel eingestellt werden, die hoch genug sind, um das größere Nervenziel zu behandeln, ohne thermische Schädigung an der Nervenstruktur zu verursachen. In einem anderen Beispiel kann die Nervenstruktur, wie das Rückenmark oder die Ganglien (z. B. Ganglion Gasseri, Ganglion pterygopalatinum (SPG)), aus verschiedenen Geweben mit unterschiedlichen thermischen und elektrischen Leitfähigkeiten bestehen und von diesen umgeben sein. In diesem Fall ermöglicht der Kühlmechanismus die Abgabe einer therapeutischen Wellenform, die die gewünschte selektive und reversible Hemmung von Schmerzen in einem gewünschten Bereich der Nervenstruktur erzeugt, während thermische Schädigungen an Stellen (einschließlich der Nervenstruktur und des umgebenden Gewebes) verhindert werden, die anfälliger für Erwärmung sind.
Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung des Kühlmechanismus die Abstimmung des räumlichen Felds des durch das elektrische Signal behandelten Gewebes, um die Modulation der Nervensignalübertragung innerhalb eines gewünschten Bereichs der Nervenstruktur zu ermöglichen, wobei der gewünschte Bereich der Nervenstruktur ein Abschnitt der Nervenstruktur ist, der kleiner ist als sein vollständiger Querschnitt. Eine Kühlung kann auf Gewebe in der Nähe der Elektrode 120 oder auf Gewebe in der Nähe der Zielbehandlungsstelle angewendet werden, um zu verhindern, dass die Gewebetemperaturen einen gewünschten Schwellenpegel überschreiten. Beispielsweise kann eine Stimulation, die über eine Elektrode ohne Kühlung abgegeben wird, ein Wärmefeld im Gewebe erzeugen, das an einigen Stellen im Gewebe thermisch schädlich wäre. Die Verwendung und Anordnung des Kühlmechanismus an Stellen, an denen erwartet wird, dass eine thermische Schädigung des Gewebes hervorgerufen wird, ermöglicht eine nicht schädigende Behandlung und Abstimmung des räumlichen Felds des durch das elektrische Signal behandelten Gewebes. In einem anderen Beispiel können thermische Impulse in dem Gewebe über kurze Zeitperioden (z. B. weniger als eine Sekunde) erzeugt werden. Der Kühlmechanismus ermöglicht die Senkung dieser thermischen Impulse unter einen Schwellenpegel an bestimmten Stellen im Gewebe, um das räumliche Feld des durch das elektrische Signal behandelten Gewebes einstellen zu können. In einem anderen Beispiel können die Parameter der Kühlung und der elektrischen Wellenform gleichzeitig eingestellt werden, um die Behandlung einer Nervenstruktur (entweder die Behandlung eines Teils der Nervenstruktur, der kleiner ist als ihr vollständiger Querschnitt, oder die Behandlung eines gesamten Querschnitts der Nervenstruktur) ohne thermische Schädigung zu ermöglichen.
BEISPIELHAFTE ELEKTRODE
Die 3A bis 3G zeigen schematische Darstellungen von verschiedenen beispielhaften Elektroden 120 zur Abgabe einer elektrischen Stimulation an die Zielnervenstruktur. Die Elektroden 120 in den 3A bis 3E und 3G sind als eine oder mehrere perkutane Elektroden ausgebildet, die eingerichtet sind zur Platzierung in der Nähe (z. B. die Elektrode befindet sich innerhalb von etwa 1 cm, innerhalb von etwa 5 oder weniger als 2 mm von der Nervensystemstruktur, ohne die Nervensystemstruktur zu berühren) eines Zielnervs, um diesen herum und/oder in Kontakt damit. Die beispielhaften Elektroden sind in den 3A bis 3E und 3G in einer perspektivischen Seitenansicht dargestellt. Beispielhafte perkutane Elektroden sind auch in der am 3. Februar 2017 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 15/501,450 mit dem Titel „Selective Nerve Fibre Block Method and System“ beschrieben, die hier durch Verweis aufgenommen wurde.
Jede Elektrode, die auf bipolare oder multipolare Weise verwendet wird, weist mindestens einen Anodenbereich und mindestens einen Kathodenbereich auf, die in der Nähe des Zielnervs „N“ angeordnet sind bzw. diesen kontaktieren. Die in 3A dargestellte monopolare Elektrode 120 kann eine Kathode in der Nähe eines Nervs und eine Gegenelektrode (z. B. Anode) in einiger Entfernung (z. B. in Form einer Patch-Elektrode auf der Hautoberfläche) beinhalten. Bipolare und multipolare Elektrodenkonfigurationen, wie in 3B dargestellt, weisen in der Nähe des Nervs mindestens eine Kathode und eine Anode auf. Die Elektrodenform und -größe sowie der Abstand zwischen den Elektroden sind spezifisch für die Konturierung des elektrischen Feldes und der Wärmefelder, die den Nerv umgeben und durchdringen, um eine selektive und reversible Modulation der Zielnervenstruktur zu ermöglichen. 3C zeigt ein anderes Beispiel für eine perkutane Elektrode 120 mit einer Haken- bzw. J-Form. Wie in 3C dargestellt ist, ist die Elektrode 120 so bemessen und eingerichtet, dass sie sich seitlich innerhalb des konvexen Abschnitts der Hakenform an die neuronale Zielstruktur anpasst, sodass die neuronale Struktur nach dem Positionieren in der Nähe der Elektrode 120 gehalten wird und der Kontakt zwischen der neuronalen Struktur und den Elektrodenkontakten 150 gewährleistet ist. Wie in 3C dargestellt ist, umfasst die Elektrode 120 zwei elektrische Kontakte, einen ersten Kontakt 150, der an der gekrümmten haken- bzw. J-förmigen distalen Spitze der Elektrode 120 vorgesehen ist, und einen zweiten Kontakt 150, der an dem länglichen Hauptkörperabschnitt der Elektrode 120 vorgesehen ist. Eine solche Elektrode kann so konzipiert sein, dass sie über eine Einführvorrichtung eingeführt wird, und zwar so, dass der haken- bzw. J-förmige Abschnitt des Endes der Elektrode innerhalb der Einführvorrichtung gebogen wird, wodurch ein reduziertes Profil entsteht. Beim Austritt aus der Einführvorrichtung dehnt sich der gebogene Abschnitt der Elektrode 120 aus und krümmt sich um die Oberfläche der Nervenstruktur. In 3D ist eine Beispielelektrode 120 abgebildet, bei der die Elektrodenspitze eine im Allgemeinen halbkugelförmige Form definiert und eine im Allgemeinen gleichmäßige nervenkontaktierende Oberfläche bereitstellt. Die Elektrode kann eine ausdehnbare leitfähige Oberfläche beinhalten, die beim Einführen durch eine Einführvorrichtung mit kleinem Durchmesser begrenzt bzw. nicht ausdehnbar ist und ein reduziertes Profil aufweist. Beim Austritt aus der Einführvorrichtung dehnt sich die ausdehnbare leitfähige Oberfläche aus, um sich an die Oberfläche (oder an einen Abschnitt der Oberfläche) der neuronalen Zielstruktur anzupassen. In 3E wird eine Beispielelektrode 120 mit einer V- oder U-Form dargestellt. Wie in 3E dargestellt ist, ist die Elektrode 120 so bemessen und eingerichtet, dass sie so platziert werden kann, dass die Zielnervenstruktur seitlich innerhalb des konvexen Abschnitts der V- bzw. U-Form positioniert ist. Sobald sie sich an der Behandlungsstelle befindet, ist die Nervenstruktur innerhalb des konvexen Abschnitts der Elektrode 120 positioniert, um den Kontakt mit den Kontakten 150 auf den in Längsrichtung gegenüberliegenden Seiten der Nervenstruktur aufrechtzuerhalten.
In 3G ist ein weiteres Beispiel für eine perkutane Elektrode 120 mit einer distalen Spitze abgebildet, die sich in einem Winkel in Bezug auf den Hauptkörperabschnitt der Elektrode 120 erstreckt. Diese bipolare Konfiguration umfasst zwei elektrische Kontakte 150, die entlang des länglichen Körpers der Elektrode positioniert sind und eine Kathode und Anode in der Nähe des Nervs (N) bilden. Wie bei jeder der in den 3A bis 3E und 3G abgebildeten Elektrode kann die Länge der elektrischen Kontakte zwischen 1 und 50 mm betragen, abhängig von der Größe des Zielnervs bzw. der Zielnervenstruktur. Beispielsweise kann die Länge der elektrischen Kontakte zwischen etwa 1 mm und etwa 30 mm liegen. In einem anderen Beispiel kann die Länge der elektrischen Kontakte zwischen etwa 2 mm und etwa 20 mm liegen. In einem anderen Beispiel kann die Länge der elektrischen Kontakte zwischen etwa 2 mm und etwa 15 mm liegen. In einem weiteren Beispiel kann die Länge der elektrischen Kontakte zwischen etwa 5 mm und 10 mm liegen. Es wird in Betracht gezogen, dass die Länge jedes der elektrischen Kontakte 150, die auf einer Elektrode 120 bzw. einem länglichen Körper der Elektrode 120 vorhanden sind, gleich oder verschieden sein kann. Beispielsweise hat jeder der elektrischen Kontakte 150, die auf der Elektrode 120 in 3E abgebildet sind, die gleiche Länge, um sicherzustellen, dass ein beständiges und einheitliches elektrisches Feld in Bezug auf den Nerv erzeugt wird. Im in 3G abgebildeten Beispiel für eine Elektrode 120 variiert die Länge der elektrischen Kontakte 150 entlang der Elektrode 120. Insbesondere ist die Länge des distalen elektrischen Kontakts 150a, der sich an der distalen Spitze 122 der Elektrode 120 befindet, größer als die Länge der proximalen Elektrode 150b (die entlang des Hauptkörpers 124 der Elektrode 120 zwischen dem distalen elektrischen Kontakt 150a und einem proximalen Ende der Elektrode 120 positioniert ist). Im Allgemeinen kann der distale elektrische Kontakt 150a mindestens doppelt so lang sein wie der proximale elektrische Kontakt 150b. In einem Beispiel kann der distale elektrische Kontakt 150a etwa 10 mm lang sein und der proximale elektrische Kontakt 150b kann etwa 4 mm lang sein. In einem anderen Beispiel können die Oberfläche des distalen elektrischen Kontakts 150a und die Oberfläche des proximalen elektrischen Kontakts 150b übereinstimmen, während die Länge der Elektroden unterschiedlich sein kann. Wenn beispielsweise der proximale elektrische Kontakt einen größeren Umfang bzw. eine größere Umfangsbreite als der distale elektrische Kontakt aufweist, könnte der proximale elektrische Kontakt eine übereinstimmende Oberfläche erreichen, indem er eine kürzere Länge als der distale elektrische Kontakt aufweist.
Wie in 3G dargestellt ist, weist die Elektrode 120 einen länglichen Körper auf, bei dem sich die distale Spitze 122 der Elektrode 120 in einem Winkel zur Längsachse des Hauptkörperabschnitts der Elektrode 120 erstreckt. Es wird in Betracht gezogen, dass der Winkel des distalen Spitzenabschnitts 122 zwischen etwa 0 und etwa 50 Grad betragen kann. Der Winkel des distalen Spitzenabschnitts 122 beträgt zwischen etwa 5 und etwa 15 Grad in Bezug auf den Hauptkörper 124 bzw. die Längsachse der Elektrode 120. Der distale Spitzenabschnitt 122 der Elektrode 120 kann sich über die Biegung hinaus auf einer geraden Linie erstrecken (wie in 3G dargestellt). Es wird auch in Betracht gezogen, dass der distale Spitzenabschnitt 122 gekrümmt sein kann oder eine gekrümmte Oberfläche enthalten kann. Wie in 3G dargestellt ist, befindet sich der distale elektrische Kontakt 150a entlang des distalen Spitzenabschnitts 122 und der proximale elektrische Kontakt 150b entlang des länglichen Hauptkörperabschnitts 124 der Elektrode 120. In dieser Ausrichtung ist der distale elektrische Kontakt 150a so bemessen und eingerichtet, dass er mit dem angezielten Nerv in Verbindung steht, und der proximale elektrische Kontakt 150b ist so bemessen und eingerichtet, dass er benachbart zum Subkutangewebe, z. B. Fett, Faszie, Muskel, positioniert werden kann. In dieser Ausgestaltung ist der Gewebewiderstand zwischen den Kontakten der Elektrode 120 bzw. den elektrischen Kontakten 150 erhöht, was zur Abgabe von höheren Spannungen und niedrigeren Strömen führt, wobei eine geringere Stromabgabe für eine geringere Gewebeerwärmung sorgt.
In 3F wird eine Beispielelektrode 120 zur Verwendung bei der Behandlung einer Nervenstruktur und etwaigem darüberliegenden Schleimhautgewebe abgebildet. Insbesondere eignet sich die Elektrode in 3F zur Verwendung bei der Abgabe einer elektrischen Stimulation an das Ganglion Gasseri und/oder das Ganglion pterygopalatinum (SPG). Das Stimulationsgerätumfasst einen länglichen Körperabschnitt 220, der so bemessen und eingerichtet ist, dass er durch das Nasenloch des Patienten und entlang der oberen Grenze der mittleren Nasenmuschel vorgeschoben werden kann. Eine oder mehrere Elektroden 120 sind an einem distalen Ende des länglichen Körperabschnitts 220 vorgesehen. Die Elektrode 120 weist eine Kontaktfläche mit einer Größe auf, die einer Größe des SPG entspricht, so dass die an der Elektrode 120 bereitgestellte elektrische Stimulation das gesamte SPG gleichzeitig modulieren sowie einen gleichmäßigen Druck auf eine Schleimhautschicht in der Nähe des bzw. über dem SPG bereitstellen kann. Im Allgemeinen würde die Kontaktfläche der Elektrode 120 zwischen 1,57 und 56 mm²liegen. Die Breite der Kontaktfläche der Elektrode 120 liegt zwischen mindestens 1 mm und 6 mm. In einem Beispiel weist die Kontaktfläche der Elektrode 120 eine längliche Dreiecksform, eine Kugelspitzform, Halbkugelform oder flache Kreisform auf. Wie oben beschrieben ist, ist die Elektrode in 3F so konzipiert, dass sie durch die Nasenhöhle zu einer Position nahe dem Ganglion pterygopalatinum (SPG) vorgeschoben wird. Als solches beträgt die Länge des länglichen Körperabschnitts 220 5 cm bis 20 cm. Der längliche Körperabschnitt 220 weist eine Kontur auf, die einem oberen Rand der mittleren Nasenmuschel entspricht. Zur Erleichterung der Abgabe und des Positionierens wird auch in Betracht gezogen, dass der längliche Körperabschnitt 220 aus einem flexiblen Material besteht. Obwohl nicht dargestellt, ist vorgesehen, dass das Stimulationsgerät 100 und/oder die Elektrode 120 so bemessen und eingerichtet sein können, dass sie im Mund des Patienten platziert werden können. Beispielsweise kann die Elektrode 120 an einem Mundstück angeordnet sein, das um das Zahnfleisch und die Zähne herum angebracht ist, so dass die Elektrode 120 auf dem Zahnfleischgewebe (z. B. auf dem Zahnfleischrand) positioniert ist. Die Elektrode 120 kann am Mundstück so angeordnet sein, dass sie beim Tragen angrenzend an ein Ganglion und/oder einen peripheren Nerv, wie beispielsweise einen Lingualnerv, einen Alveolarnerv und einen Bukkalnerv, angeordnet ist.
Wie oben beschrieben ist, kann die Elektrode 120 einen oder mehrere Kontakte 150 zur Abgabe der elektrischen Stimulation an den Behandlungsbereich bzw. die Zielnervenstruktur enthalten. Ein Kontakt 150 ist als ein Abschnitt der Elektrode 120 definiert, der die Schnittstelle zwischen der Elektrode 120 und dem Gewebe bilden soll, an welcher die elektrische Stimulation an das Gewebe abgegeben wird (um beispielsweise ein elektrisches Feld in dem Gewebe zu erzeugen). Die Ausgestaltung der Elektrode 120 und des Kontakts 150 kann so konzipiert sein, dass sie das elektrische Feld und den Stromfluss in die Zielnervenstruktur maximiert und lenkt und eine therapeutische Dosis der elektrischen Stimulation, ohne unerwünschte Stimulation von nahegelegenem Gewebe, an Nerven verschiedener Größe, Form und Zusammensetzung abgibt, während sie gleichzeitig eine zuverlässige Platzierung der Elektrode 120 in Bezug auf die neuronale Struktur für eine optimale therapeutische Wirkung gewährleistet.
Zu den relevanten Entwurfsfaktoren der Elektrode zählen Kontaktanzahl, Größe, Geometrie, Ausrichtung, Material, Elektrolytmedium, Abgabemethode (z. B. monopolar, bipolar, multipolar) und Rückpfad. Die Einstellung und Abstimmung dieser Faktoren ermöglicht es, das elektrische Feld und das Wärmefeld durch die geeignete neuronale Struktur oder den Abschnitt einer neuronalen Struktur zu steuern, um eine selektive und reversible Hemmung von Schmerzen zu erzeugen. Darüber hinaus ermöglicht die Anpassung und Abstimmung dieser Faktoren, dass das elektrische Feld und das Wärmefeld durch die entsprechende neuronale Struktur oder den Abschnitt der neuronalen Struktur gesteuert werden können, um eine wirkungsvolle Durchführung der therapeutischen Behandlung in einer einzigen Anwendung zu ermöglichen und den zeitlichen Verlauf der Reversibilität der Behandlungswirkungen anzupassen. Die Abstimmung und Anpassung dieser Faktoren ermöglicht es auch, die elektrischen Felder und Wärmefelder so zu gestalten, dass der gesamte Querschnitt von großen Nervenstrukturen wie große periphere Nerven (>2,5 mm Durchmesser), Hirnnerven, Ganglien, autonome Nerven, Plexus und das Rückenmark sowie Abschnitte von großen und kleinen neuronalen Strukturen behandelt werden. Zum Beispiel können die Größe und Form der elektrischen Kontakte oder die Anzahl der elektrischen Kontakte angepasst werden, um den Oberflächenkontakt mit einem großen Nerv zu optimieren. Ebenso können die Größe und Form der elektrischen Kontakte oder die Anzahl der elektrischen Kontakte angepasst werden, um den Oberflächenkontakt bzw. die Übertragung von elektrischer Stimulation auf eine unter einem Schleimhautgewebe liegende Nervenstruktur zu optimieren.
Die Elektrodenkontaktanzahl, die Größe, die Geometrie, die Ausrichtung, das Material, das Elektrolytmedium, die Abgabemethode (z. B. monopolar, bipolar, multipolar) und der Rückpfad können ebenfalls angepasst werden, um thermische Schädigungen am Gewebe zu vermeiden. Diese Faktoren beeinflussen das durch die elektrische Wellenform erzeugte Wärmefeld, einschließlich des Auftretens von thermischer Schädigung an einigen Stellen im Gewebe in Zusammenhang mit den Elektroden, und die Einstellung dieser Faktoren, einschließlich der Einstellung im Zusammenhang mit Kühlmechanismen und der Wellenformeinstellung, ermöglicht die Vermeidung von thermischer Schädigung des Gewebes.
So ist beispielsweise die Elektrode 120 so bemessen und eingerichtet, dass sie das durch die elektrische Stimulation erzeugte elektrische Feld maximiert und lenkt, das an die Zielnervenstruktur abgegeben wird. Der elektrische Kontakt 150 der Elektrode kann eine Oberfläche im Bereich von etwa 1 mm² bis etwa 100 mm² aufweisen, um elektrische Felder und Wärmefelder einer Größe aufzunehmen, die für die Abgabe der therapeutischen Behandlung an Abschnitte von kleinen und großen Nervenstrukturen sowie an den gesamten Querschnitt von kleinen und großen Nervenstrukturen erforderlich sind. Vorzugsweise hat der Elektrodenkontakt 150 eine Oberfläche im Bereich von etwa 2,5 mm² bis 45 mm² . Zu große elektrische Kontakte können Abschnitte der Kontaktfläche 150 beinhalten, die nicht mit der neuronalen Struktur in Berührung kommen; als Ergebnis dient dies als Nebenschlusspfad, über den Strom fließen kann. Bei dem Entwerfen von Elektroden für die therapeutische Behandlung einer Nervenstruktur wird oft von einem Nebenschlussstrom abgeraten, da er den notwendigen Strom erhöht, der von der Steuerung geliefert werden muss, um die therapeutische Wirkung zu erzeugen. Wie in 3G dargestellt ist, kann der elektrische Kontakt 150 auch einen glatten kurvenförmigen Umfang definieren, der beispielsweise kreisförmige oder ovale Kontaktflächen enthält. Die scharfen Kanten von geradlinigen Kontakten, z. B. quadratischen oder rechteckigen Kontakten, können zu erhöhten Stromdichten und thermischer Erwärmung führen. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass geradlinige Kontakte 150 verwendet werden können, wenn sie besonders dimensioniert und auf der Elektrode 120 angeordnet sind, um die erhöhten Stromdichten und die thermische Erwärmung auszunutzen. Somit wird die Größe und Form der elektrischen Kontakte basierend auf dem Wunsch optimiert, die Abgabe des therapeutischen elektrischen Feldes und des Wärmefeldes an die Nervenstruktur gezielt zu steuern und gleichzeitig den erforderlichen Stromfluss von der Steuerung aufrechtzuerhalten, um die therapeutischen Wirkungen zu erzielen.
In einem weiteren Beispiel kann die Elektrode 120 mindestens zwei Kontakte 150 umfassen, die voneinander abhängig multipolar arbeiten, um eine Stromsteuerung und/oder Stromfokussierung des resultierenden elektrischen Feldes zu ermöglichen. In einem anderen Beispiel umfasst die Elektrode 120 mindestens zwei Kontakte 150 (z. B. zwei Kontakte 150 auf derselben Elektrode 120 oder mehrere Elektroden 120 mit ihren entsprechenden Kontakten 150), die unabhängig voneinander arbeiten. Auf diese Weise kann die von den einzelnen Elektroden 120 abgegebene elektrische Simulation so überlappt werden, dass die gesamte elektrische Stimulation, die an die neuronale Struktur abgegeben wird, in einer kürzeren Zeit (der Hälfte der Zeit) abgegeben wird. Insbesondere kann jede der einzelnen Elektroden 120 ein intermittierendes elektrisches Stimulationssignal abgeben, wobei die elektrische Stimulation der ersten Elektrode mit der elektrischen Stimulation der zweiten Elektrode überlappt ist, z. B. tritt ein „Ein-Zyklus“ der ersten elektrischen Stimulationsabgabe während eines „Aus-Zyklus“ der zweiten elektrischen Stimulation auf und ein „Ein-Zyklus“ der zweiten elektrischen Stimulationsabgabe tritt während eines „Ausschaltzyklus“ der ersten elektrischen Stimulation auf.
In einem weiteren Beispiel kann die Elektrode 120 mehrere Elektrodenkontakte 150 beinhalten, die zum Steuern der elektrischen Felder und Wärmefelder ausgewählt werden können, indem ein oder mehrere Elektrodenkontakte 150 als Anode und ein oder mehrere andere Elektrodenkontakte als Kathode ausgewählt werden. Die Auswahl verschiedener Elektrodenkontaktkombinationen ermöglicht die Anpassung der Form und Größe des elektrischen Feldes und des Wärmefeldes. In Bezug auf die Elektrode 120 aus 3G können beispielsweise die distalen und proximalen elektrischen Kontakte 150a, 150b auf der gleichen Seite des länglichen Körpers bzw. der Elektrode 120 positioniert sein. Somit geben die elektrischen Kontakte 150a, 150b in Umfangsrichtung um den Abschnitt des Umfangs der länglichen Körperelektrode 120 ohne elektrische Kontakte keine elektrische Energie ab (z. B. gibt der elektrische Kontakt 150a, 150b in Umfangsrichtung der kurzen Achse des Körpers der Elektrode 120 keine elektrische Energie ab), wodurch eine Spannungsfeldformung und eine Stromsteuerung der abgegebenen elektrischen Stimulation bereitgestellt werden. Ein kurzer Testimpuls der elektrischen Stimulation kann über eine Teilmenge von Kontakten abgegeben werden, um die Nähe und Abdeckung des Nervs zu bestimmen, und es können weitere Kontakte hinzugefügt werden, bis ein ausreichender Kontakt mit dem Nerv nachgewiesen ist (zum Beispiel durch Überwachen der motorischen Leistung des Beins durch Bewegung oder Elektromyographie).
Ein Widerstand kann in Reihe mit der elektrischen Verdrahtung der elektrischen Kontakte 150 der Elektrode 120 positioniert sein. Beispielsweise kann in Bezug auf die Elektrode 120 aus 3G ein Widerstand in Reihe mit einem der oder beiden elektrischen Kontakten 150a, 150b positioniert werden. Der Widerstand erhöht die Stimulationsimpedanz und die vom Generator 140 abgegebene Spannung bei oder unter der gewünschten Solltemperatur (z. B. destruktive Gewebetemperatur) und verringert den Stimulationsstrom und Wärmeänderungen. In ähnlicher Weise können die elektrischen Kontakte 150 aus einem Material mit hoher Impedanz oder mit einer hohen Kapazität aufgebaut sein. Beispielsweise können Materialien mit einer Impedanz oder einer Kapazität verwendet werden, die höher als die von Edelstahl oder Platin sind, um den Stimulationsstrom und die Wärmeänderungen zu verringern, während immer noch ein hoher Spannungspegel abgegeben werden kann. Dies erhöht die Stimulationsimpedanz und die vom Generator 140 abgegebene Spannung weiter bei oder unter der gewünschten Solltemperatur (z. B. destruktive Gewebetemperatur), während der Stimulationsstrom und die Wärmeänderungen verringert werden.
Im Allgemeinen kann die elektrische Stimulation an die Zielnervenstruktur abgegeben werden, indem eine Elektrode 120 verwendet wird, die in Form einer perkutanen Elektrodenanordnung vorliegen kann, um die Nervenfaseraktivität in der Zielnervenstruktur vorübergehend und selektiv zu modulieren. Beispielsweise kann die Elektrode 120 eine Elektrodenanordnung in Form eines Paddels, einer Manschette, eines zylindrischen Katheters oder einer Nadel, einer Drahtform oder einer dünnen Sonde umfassen, die so eingerichtet ist, dass sie perkutan durch eine Öffnung in der Haut des Patienten eingeführt wird. In einem anderen Beispiel kann zur Verwendung bei der Behandlung von Kopf- und Gesichtsschmerzen (wie hierin ausführlicher beschrieben) die elektrische Stimulation über eine Elektrode 120, die auf einem Schleimhautgewebe eines Patienten angeordnet ist, an die Zielnervenstruktur abgegeben werden, z. B. eine elektrische Sonde, die so bemessen und eingerichtet ist, dass sie transnasal an eine Zielstelle unmittelbar am Ganglion Gasseri und/oder Ganglion pterygopalatinum (SPG) vorgeschoben werden kann.
Zusätzlich kann die elektrische Stimulation über eine Elektrode 120, die in den Patienten implantiert ist, beispielsweise zur Behandlung chronischer Schmerzen, an die Zielnervenstruktur abgegeben werden. In diesem Fall kann die Elektrode 120 chirurgisch implantiert werden und während eines chirurgischen Eingriffs oder während eines minimal-invasiven Implantationseingriffs in Kontakt mit oder um die neuronale Struktur platziert werden. Die Elektrode 120 kann an der neuronalen Struktur und an dem umgebenden Gewebe unter Verwendung von Nähten oder unter Verwendung von Verankerungsstrukturen befestigt werden, die auf der Elektrode aufgebaut sind und die Elektrode an neuronalen Strukturen oder benachbarten Geweben befestigen.
Die Zuleitung (L) enthält ein Mittel zum Übertragen von elektrischer Energie zwischen dem elektrischen Stimulationsgerät 100 und der Elektrode 120, beispielsweise über einen leitfähigen Draht oder ein leitfähiges Kabel. Die Zuleitung (L) kann dauerhaft direkt an der Elektrode 120 angebracht sein oder kann unter Verwendung eines leitfähigen Verbinders anbringbar und lösbar sein. In diesem Fall wären miteinander kompatible Verbinder an der Elektrode 120 und an der Zuleitung (L) vorhanden. Die Zuleitung kann direkt an dem elektrischen Stimulationsgerät 100 bzw. dem Signalgenerator 140 dauerhaft angebracht sein oder kann unter Verwendung eines leitfähigen Verbinders anbringbar und lösbar sein. In diesem Fall wären miteinander kompatible Verbinder an dem elektrischen Stimulationsgerät 100 bzw. dem Signalgenerator 140 und an der Zuleitung (L) vorhanden. Die Zuleitung (L) kann auch Wege zum Übertragen von Fluid/Gas enthalten, wie beispielsweise Leitungen 160, die zum Übertragen von Fluid/Gas verwendet werden, das zum Kühlen der Elektrode(n) 120 verwendet wird. Die Fluidübertragungsleitungen 160 können direkt oder über anbringbare/lösbare Verbinder mit der Elektrode 120 und einer Kühleinrichtung verbunden sein. Die Leitung (L) kann auch so geformt werden, dass sie eine Form aufweist, die optimal für die Platzierung der Elektrode 120 ist, z. B. um das zielgeführte Vordringen der Elektrode an eine ideale Position in der Nähe der Nervenstruktur zu ermöglichen und um Hindernisse oder Gewebe zu umsteuern, die eine partielle Barriere zwischen der Einfügeposition und der neuronalen Zielstruktur darstellen.
Die Zuleitung (L) und die Elektrode 120 können mit Hilfe von Zuleitungseinführwerkzeugen wie Kanülen, Führungsdrähten, Einführnadeln und Trokare platziert werden. Insbesondere für die perkutane Platzierung können diese Zuleitungs- und Elektrodeneinführwerkzeuge verwendet werden, um durch die Haut und das darunterliegende Gewebe zu einer Position in der Nähe der neuronalen Zielstruktur zu vorzudringen. Das Einführwerkzeug kann auch verwendet werden, um die Einführung bzw. Platzierung aller benötigten Kontakte 150 und anderer Elektrodenkomponenten in der Nähe der neuronalen Zielstruktur zu ermöglichen. Die Zuleitung (L), Elektrode und Einführwerkzeuge ermöglichen die Platzierung der Elektrode in der Nähe von großen und kleinen neuronalen Zielstrukturen, einschließlich peripheren Nerven, Hirnnerven, Ganglien, autonomen Nerven, Plexus und Rückenmark, und ermöglichen auch eine geeignete Schnittstelle zwischen der Elektrode bzw. den Elektroden und diesen neuronalen Zielstrukturen, was bei der Herstellung einer selektiven und reversiblen Hemmung der Schmerzwahrnehmung hilft. Die Zuleitung (L), Elektrode und Einführwerkzeuge ermöglichen auch die Platzierung der Elektrode 120 bei perkutaner Anwendung, beispielsweise bei akuten Schmerzen, und bei implantierter Anwendung, beispielsweise bei chronischen Schmerzen.
4A zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine perkutane Elektrode 120 (z. B. 3G), die benachbart zu einer Zielnervenstruktur, z. B. einem peripheren Nerv, durch eine Öffnung in der Haut des Patienten positioniert ist. Die Elektrode kann aus einem einzigen nadelartigen Schaft mit zwei elektrischen Kontakten 150 bestehen. In diesem Beispiel dient der distale elektrische Kontakt 150a als aktiver elektrischer Kontakt in der Nähe der neuronalen Zielstruktur (N) und der proximale elektrische Kontakt 150b dient als Gegenelektrode. Wie oben beschrieben ist, kann das Material des Schafts der Elektrode 120 auf Grundlage einer gewünschten Maximierung der Wärmeleitfähigkeit und/oder der thermischen Masse ausgewählt werden (z. B. um zu ermöglichen, dass die Elektrode 120 als Wärmesenke wirkt, was die Abgabe von Wellenformen mit höherer Spannung oder höherem Strom ermöglichen kann, ohne die Temperatur des Gewebes zu erhöhen). Das Schaftmaterial der Elektrode 120 kann auch auf Grundlage des Wunsches ausgewählt werden, dass die Sonde unter Ultraschallbildgebung (z. B. ein echogenes Material) oder Durchleuchtungsbildgebung sichtbar ist.
Der Abstand (A-B) von der Hautoberfläche zum proximalen elektrischen Kontakt 150b (Rückkontakt) kann optimiert werden, um das Risiko einer Schädigung der Haut oder des Subkutangewebes zu verringern. So kann beispielsweise der Abstand A-B zwischen etwa 0 und etwa 40 mm liegen. In einem weiteren Beispiel kann der Abstand A-B zwischen etwa 0 und etwa 20 mm liegen. In einem weiteren Beispiel kann der Abstand A-B zwischen etwa 5 mm und etwa 15 mm liegen. In einem weiteren Beispiel kann der Abstand A-B zwischen etwa 10 mm und etwa 15 mm liegen. Der Abstand (C-D) zwischen dem proximalen elektrischen Kontakt 150b (Rückkontakt) und der Biegung und/oder der Abstand (C-E) zwischen dem proximalen elektrischen Kontakt 105b und dem distalen elektrischen Kontakt 150a (aktiver Kontakt) werden ausgewählt, um die Behandlungsergebnisse zu optimieren, z. B. durch Formen des Spannungsfeldes, so dass es vorzugsweise auf die neuronale Zielstruktur ausgerichtet ist, oder beispielsweise durch Fokussieren der Wärmeenergie während der Impulse der Therapiewellenform, z. B. indem Wärmeenergie von der Zielneuronalstruktur weg fokussiert wird. In einem Beispiel für das System liegen die Abstände C-D und C-E jeweils zwischen etwa 2 mm und etwa 50 mm. Vorzugsweise liegen die Abstände C-D und C-E zwischen etwa 10 mm und etwa 30 mm.
Der Abstand (C-D) zwischen dem proximalen elektrischen Kontakt 150b (Rückkontakt) und der Biegung und/oder der Abstand (C-E) zwischen dem proximalen elektrischen Kontakt 150b (Rückkontakt) und dem distalen elektrischen Kontakt 150a (aktiver Kontakt) können ausgewählt werden, um die Behandlung von verschiedenen neuronalen Zielstrukturen unterschiedlicher Tiefe bei Patienten mit unterschiedlichen anatomischen Konfigurationen zu ermöglichen (z. B. unterschiedliche Dicken von Muskel-, Haut- und Fettschichten, unterschiedliche Tiefen zu neuronalen Zielstrukturen usw.). So kann beispielsweise der Abstand zwischen dem proximalen elektrischen Kontakt 150b (Rückkontakt) und der Biegung oder dem distalen elektrischen Kontakt 150a (aktiver Kontakt) (C-D oder C-E) so ausgewählt werden, dass der distale elektrische Kontakt 150a (aktive Kontakt) in der Nähe einer Vielzahl von neuronalen Zielstrukturen bei einer Vielzahl von verschiedenen Patienten mit einer Vielzahl von verschiedenen anatomischen Konfigurationen platziert werden kann, jedoch so dass der Abstand (A-B) zwischen der Haut und dem proximalen elektrischen Kontakt 150b (Rückkontakt) ausreichend ist, um eine wirksame Energieabgabe ohne Schädigung der Haut oder anderer Subkutangewebe zu ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann die Elektrode einen einstellbaren Abstand (C-D oder C-E) aufweisen, so dass der proximale Elektrodenkontakt 150b (Rückkontakt) unabhängig von der Tiefe der neuronalen Zielstruktur wiederholt an einer gewünschten anatomischen Stelle (z. B. in der Fettschicht oder in einem festen Abstand unter der Haut) platziert werden kann.
Der Abstand (F-G) zwischen dem distalen elektrischen Kontakt 150a (aktivem Kontakt) und der distalen Spitze der Elektrode 120 kann so ausgewählt werden, dass raumzeitliche Wärmespitzen während der Abgabe der Behandlungswellenform reduziert werden, indem die Abgabe von Strom über geometrische Strukturen auf dem Kontakt 150a, die hohe Stromdichten erzeugen könnten, wie beispielsweise eine scharfe, spitz zulaufende Spitze, vermieden wird. Zusätzlich kann der Abstand (F-G) zwischen dem distalen elektrischen Kontakt 150a (aktivem Kontakt) und der Spitze der Elektrode 120 basierend auf Überlegungen zu Entwurf und Herstellung wie die Materialauswahl für den Elektrodenschaft und die Spitze ausgewählt werden. Wenn beispielsweise der Elektrodenschaft und die Spitze aus einem leitfähigen Material hergestellt sind und elektrisch mit dem distalen elektrischen Kontakt 150a (aktiven Kontakt) verbunden oder durchgehend sind, kann der distale elektrische Kontakt 150a (aktive Kontakt) auch die Spitze der Elektrode 120 beinhalten (zum Beispiel, weil Isolation über der scharfen Spitze beim Eindringen in das Gewebe entfernt werden kann). Umgekehrt kann der Abstand (F-G) zwischen dem aktiven Kontakt und der Elektrodenspitze größer als 0 mm sein, wenn der Elektrodenschaft und die Spitze aus nicht leitfähigem Material bestehen und nicht elektrisch mit dem distalen elektrischen Kontakt 150a (aktiven Kontakt) gekoppelt sind. Die Auswahl dieses Abstandes (F-G) kann auch durch die gewünschte Echogenität verschiedener Sondenkomponenten beeinflusst werden. Zusätzlich kann die Elektrodenspitze 120 so eingerichtet sein, dass sie glatt, stumpf oder nicht spitz zulaufend ist, um hohe Stromdichten zu minimieren oder das Risiko einer Isolationsentfernung beim Einsetzen zu überwinden.
Der Winkel (α) der distalen Spitze 122 der Elektrode 120 kann ausgewählt werden, um ein Steuern der Kontakte 150 in Richtung der neuronalen Zielstruktur (N) während der Einführung und Platzierung der Elektrode 120 zu ermöglichen. Dieser Winkel (α) trägt auch dazu bei, die Abgabe der therapeutischen Wellenform in Richtung der neuronalen Zielstruktur zu lenken, indem er beispielsweise den Stromfluss durch die neuronale Zielstruktur steuert, das Spannungsfeld so formt, dass es vorzugsweise auf die neuronale Zielstruktur ausgerichtet ist, und/oder die Wärmeenergie während der Impulse der Therapiewellenform auf die neuronale Zielstruktur fokussiert.
Die Länge (E-F) des distalen elektrischen Kontakts 150a (aktiven Kontakts) kann so gewählt werden, dass sie den gesamten Durchmesser einer neuronalen Zielstruktur oder nur einen Abschnitt einer neuronalen Zielstruktur (z. B. ein Faszikel oder eine Gruppe von Faszikeln) überspannt. In einer Ausführungsform können die Länge (E-F) des distalen elektrischen Kontakts 150a (aktiven Kontakts) und die Länge (B-C) des proximalen elektrischen Kontakts 150b (Rückkontakts) identisch sein. In anderen Ausführungsformen kann die Länge (B-C) des proximalen elektrischen Kontakts 150b (Rückkontakts) größer sein als die Länge (E-F) des distalen elektrischen Kontakts 150a (aktiven Kontakts). Der längere proximale elektrische Kontakt 150b (Rückkontakt) kann sicherstellen, dass die Stromdichte am Rückkontakt niedriger ist als am aktiven Kontakt (distalen elektrischen Kontakt 150a) (z. B. wenn die Fläche des Rückkontakts größer ist als die des aktiven Kontakts). Der längere Rückkontakt (proximale elektrische Kontakt 150b) kann auch die Wahrscheinlichkeit einer Erwärmung am Rückkontakt (proximalen elektrischen Kontakt 150b) oder in der Nähe der Haut und des Subkutangewebes verringern. In einer anderen Ausführungsform kann die Länge (B-C) des proximalen elektrischen Kontakts 150b (Rückkontakts) kleiner sein als die Länge (E-F) des distalen elektrischen Kontakts 150a (aktiven Kontakts). Der längere aktive Kontakt (distale elektrische Kontakt 150a) kann die Impedanz der therapeutischen Wellenformschaltung erhöhen. Ein längerer aktiver Kontakt (distaler elektrischer Kontakt 150a) kann auch verwendet werden, um das Spannungsfeld beim aktiven Kontakt zu erhöhen, während der dem Gewebe zugeführte Strom oder die thermische Erwärmung des Gewebes erhalten oder verringert werden. Insbesondere kann die Erhöhung der Impedanz der therapeutischen Wellenformschaltung auch ganz oder teilweise durch Hinzufügen eines Widerstandselements, wie vorstehend erwähnt, in den aktiven Pfad oder den Rückpfad in der Schaltung der Elektrode 120 erreicht werden. Durch Hinzufügen eines Widerstandselements in Reihe zu einem elektrischen Kabel oder elektrischen Leitungselement, das mit einem elektrischen Kontakt 150 verbunden ist, kann das Kabel selbst auch als Widerstandselement in der Schaltung wirken.
4B zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Elektrode 120 und des elektrischen Kontakts 150 von 4B. Der aktive Kontakt und/oder der Rückkontakt der Elektrode 120 können auch so ausgerichtet sein, dass sie eine Kontaktbogenlänge (β) aufweisen, die vollständig umlaufend ist (360°), oder, wie in 4B dargestellt, eine Kontaktbogenlänge (β) aufweisen, die nur teilweise umlaufend ist (< 360°). In einigen Ausführungsformen beträgt die Kontaktbogenlänge (β) weniger als 180°. Die Kürzung der Kontaktbogenlänge (β) kann verwendet werden, um die Abgabe der therapeutischen Wellenform weiter in Richtung der neuronalen Zielstruktur (N) zu leiten, beispielsweise durch Steuern des Stromflusses durch die neuronale Zielstruktur, Formen des Spannungsfeldes, so dass es vorzugsweise in Richtung der neuronalen Zielstruktur ausgerichtet ist, und/oder Fokussieren der Wärmeenergie während der Impulse der Therapiewellenform in Richtung der neuronalen Zielstruktur. Zusätzlich kann die Kürzung der Kontaktbogenlänge (β) auch dazu beitragen, die Strommenge zu verringern, die durch Bahnen im Gewebe fließt, die nicht die neuronale Zielstruktur enthalten (z. B. Nebenschlussströme), oder die Exposition von nicht angezieltem neuronalen Strukturgewebe gegenüber dem Spannungsfeld der therapeutischen Wellenform zu reduzieren. Diese Maßnahmen können den Stromverbrauch des Systems und das Risiko für Nicht-Zielgewebe verringern. In einem Beispiel weist der distale elektrische Kontakt 150a (aktive Kontakt), der dem Nerv am nächsten ist, eine Bogenlänge von weniger als 180° auf, um Nebenschlussströme zu reduzieren und den Strom vorzugsweise zum Nerv hin zu steuern, während der proximale elektrische Kontakt 105b (Rückkontakt), der am weitesten vom Nerv entfernt ist, eine Bogenlänge von mehr als 180° aufweist. In diesem Beispiel ermöglicht die Verwendung einer höheren Bogenlänge für den elektrischen Rückkontakt das Anpassen der Oberflächenbereiche der beiden Kontakte, während die (longitudinale) Länge des Rückkontakts minimiert wird, was einen optimalen Trennungsabstand zwischen den beiden Kontakten ermöglichen kann.
Die Dicke (t) des elektrischen Kontakts 150 kann auch spezifiziert werden, um die Herstellung von Elektroden 120 bei einer spezifizierten Nadelgröße (Gauge) zu ermöglichen, während eine ausreichende elektrische Kontaktmasse bereitgestellt wird, um mechanischen und elektrochemischen Belastungen der Kontaktmaterialien zu widerstehen, die während der Verwendung der Elektrode 120 auftreten können. Beispielsweise kann die Dicke (t) des elektrischen Kontakts 150 zwischen 0,01 Tausendstel Zoll und 50 Tausendstel Zoll liegen.
Ein Elektrodenhalter 126 kann in den Entwurf integriert sein, um zu helfen, die Elektrode 120 zu sichern und die Bewegung der Elektrode 120 zu minimieren, nachdem die Platzierung abgeschlossen ist. Beispielsweise kann ein Elektrodenhalter 126 dazu beitragen, die Position des distalen elektrischen Kontakts 150a (aktiven Kontakts) relativ zu der neuronalen Zielstruktur (N) während der Abgabe der therapeutischen Wellenform zu stabilisieren. Ein Elektrodenhalter 126 kann es einem Benutzer auch ermöglichen, die therapeutische Wellenform abzugeben, ohne dass er die Elektrode 120 für die Dauer der Abgabe der Wellenform an ihrem Platz halten muss. Die Zuleitung (L) kann die elektrischen Kabel enthalten und Verbinder zur Elektrode 120 können verwendet werden, um eine elektrische Verbindung zum distalen elektrischen Kontakt 150a (aktiven Kontakt), zum proximalen elektrischen Kontakt 150b (Rückkontakt) und zu einem Temperaturfühler 210 (z. B. TC- und TC+) herzustellen.
Echogene Merkmale, wie lasergeätzte oder mechanisch geätzte Materialien, können ebenfalls an gewünschten Positionen auf der Elektrode integriert sein, um eine verbesserte Visualisierung unter Ultraschallbildgebung zu ermöglichen.
Der Temperaturfühler 210 (auch als Temperatursensor bezeichnet) kann ausgewählt werden, um eine gewünschte Genauigkeit (zum Beispiel +/- 2 °C oder zum Beispiel +/- 1 °C oder zum Beispiel +/- 0,5 °C oder zum Beispiel +/- 0,3 °C) und einen gewünschten Bereich (zum Beispiel 0-100 °C oder zum Beispiel 20-80 °C oder zum Beispiel 30-70 °C) bereitzustellen. Die Genauigkeit der Thermoelemente wird von der Umgebungstemperatur an Vergleichsstellen sowie von den Herstellungsfaktoren beeinflusst. Zusätzlich können der Temperaturfühler 210 und die Elektrode 120 so konzipiert sein, dass sie eine gewünschte Ansprechgeschwindigkeit bei den Temperaturmessungen bereitstellen (zum Beispiel eine Zeitkonstante von 0-500 ms, oder eine Zeitkonstante von 0-100 ms, oder eine Zeitkonstante von 0-10 ms, oder eine Zeitkonstante von 0-1 ms). Die Form/Größe einer Thermoelement-Messstelle sowie die spezifische Wärmekapazität der Materialien, die in der Elektrode 120 und dem Thermoelement/Temperaturfühler 210 verwendet werden, können so konzipiert sein, dass sie eine gewünschte Ansprechgeschwindigkeit für die Temperaturmessung erzeugen.
In 10 sind verschiedene Ausgestaltungsbeispiele für bipolare elektrische Kontakte 150 und Elektroden 120 dargestellt. Wie im Folgenden näher beschrieben ist, stellen die Ausgestaltungsbeispiele A-D eine Einkörperelektrode 120 dar; die Ausgestaltungsbeispiele E-H stellen eine Einkörperelektrode 120 mit einer konzentrischen Kontaktstruktur dar, wie sie in Bezug auf 11A und 11B beschrieben ist, wobei die Elektrode 120 in Verbindung mit einer gefensterten Einführungskanüle 230 verwendet wird; die Ausgestaltungsbeispiele I-J veranschaulichen eine flexible Elektrode 120, die in Verbindung mit einer gekrümmten Einführungskanüle 230 verwendet wird; und die Ausgestaltungsbeispiele K-M stellen eine gerade Elektrode 120 dar, die Verbindung mit einer geraden Einführungskanüle 210 verwendet wird. Es wird in Betracht gezogen, dass jede dieser Ausgestaltungen, einzeln oder in Kombination, bei jeder der hier besprochenen Elektroden 120 verwendet werden kann.
Wie nachstehend beschrieben wird, umfassen die Ausgestaltungsbeispiele Entwürfe der Einkörperelektrode 120 und Entwürfe der Mehrkörperelektrode 120. Beispielsweise veranschaulichen die Ausgestaltungen A-D und E-H beispielhafte Einkörperkonfigurationen, die aus einer einzelnen Elektrode 120 mit zwei elektrischen Kontakte 150 bestehen. Die Spitze der Elektrode 120 kann abgerundet und glatt (z. B. A, E-H) oder scharf (z. B. B-D) sein. Der proximale elektrische Kontakt 150b (Rückkontakt) kann vollständig umlaufend (z. B. A und B) oder teilweise umlaufend (z. B. C-H) sein. Der distale elektrische Kontakt 150a (aktive Kontakt) kann in verschiedenen Geometrien geformt sein, basierend auf dem Wunsch, die Elektrodenspitze 120 als elektrischen Kontakt ein- bzw. auszuschließen und/oder die therapeutische Wellenform auf die neuronale Zielstruktur zu lenken. Ein Lumen kann in allen Entwürfen integriert sein, um die Injektion von Fluid durch die Elektrode 120 zu ermöglichen. So kann beispielsweise das Lumen verwendet werden, um vor, während und/oder nach der Abgabe der elektrischen Stimulation eine medikamentöse Therapie an die Behandlungsstelle (z. B. ein Schmerzmittel) bereitzustellen. In Beispiel D wird die Vermeidung einer scharfen Spitze als Teil des aktiven Kontakts durch die Verwendung eines zweiten Körpers erreicht, der keinen elektrischen Kontakt aufweist. In diesem Fall erstreckt sich eine scharfe Einführnadel, die aus dem zentralen Lumen herausragt, durch die Elektrode 120. Hier kann die scharfe Einführnadel nach der Platzierung der Elektrode 120 oder wenn Fluid über das Lumen injiziert werden soll, entfernt werden. In den Beispielen E-H wird eine Kanüle 230 ohne elektrischen Kontakt verwendet, um einen Weg zum Einführen der Einkörperelektrode 120 bereitzustellen. Diese Kanüle 230 kann anfänglich ohne die Einkörperelektrode platziert werden, beispielsweise unter Verwendung einer scharfen Einführnadel. Nach der Platzierung kann die Einführnadel entfernt und die Elektrode 120 in die Kanüle 230 eingeführt werden. Die Kanüle 230 kann verwendet werden, um dem Rückkontakt oder dem aktiven Kontakt einen gefensterten Zugang 232 zu gewähren (z. B. einen gefensterten Zugang zum Rückkontakt in den Beispielen E-F). Die Kanüle kann gekrümmt oder gerade sein (gekrümmt in E-F, gerade in G-H). Die Elektrode kann auch gekrümmt oder gerade sein (gekrümmt in G-H, gerade in E-F).
Mehrkörperentwürfe, wie die in I-M dargestellten Beispiele, bestehen aus mehreren Schaften mit elektrischen Kontakten 150. In diesen Beispielen ist der elektrische Rückkontakt 150a an der Kanüle 230 vorgesehen und ein zweiter Körper 234 mit dem aktiven elektrischen Kontakt 150b ist durch das zentrale Lumen der Kanüle 230 eingeführt. Ein Mehrkörper kann verwendet werden, um eine Elektrode mit einem einstellbaren Abstand zwischen den elektrischen Aktiv- und Rückkontakten bereitzustellen. Beispielsweise kann der zweite Körper 234 in Längsrichtung innerhalb der Kanüle 230 bewegt werden, bis ein gewünschter Abstand zwischen der aktiven und der Gegenelektrode 150b, 150a erreicht ist. Sobald er sich in einer gewünschten Position und Ausrichtung befindet, wird die Position des zweiten Körpers 234 innerhalb der Kanüle 230 fixiert.
Die Kanüle 230 kann gekrümmt (z. B. I-J) oder gerade sein (K-M). Der Elektrodenkörper 234, der den aktiven elektrischen Kontakt 150b umfasst, kann gekrümmt (z. B. K-M) oder gerade sein (I-J).
Wie in 10 dargestellt ist, können der elektrische Aktiv- und Rückkontakt 150b, 150a mit verschiedenen Kombinationen von Bogenlängen für elektrische Kontakte kombiniert werden. Beispielsweise umfassen die Ausgestaltungen A, B, I, K und L elektrische Kontakte, bei denen sich der aktive sowie der Rückkontakt 150b, 150a um einen Großteil des Umfangs der Elektrode 120 erstrecken (z. B. mehr als 180°, 270°, 360°). Beispielsweise stellt die Ausgestaltung A eine Elektrode 120 mit einem aktiven und einem Rückkontakt 150b, 150a dar, die sich um den gesamten Umfang der Elektrode 120 erstreckt. Die Ausgestaltungen E-H, J, M zeigen Beispielelektroden 120, bei denen sich der elektrische Rückkontakt 150a um weniger des Umfangs der Elektrode erstreckt als der aktive elektrische Kontakt 150b. In gleicher Weise veranschaulichen die Ausgestaltungsbeispiele die elektrischen Aktiv- und Rückkontakte 150b, 150a in Kombination mit verschiedenen Formkombinationen, z. B. der Ausgestaltung J, bei der der elektrische Rückkontakt 150a eine geradlinige Form aufweist und der aktive elektrische Kontakt 150b eine kurvenförmige Form aufweist. 10 stellt auch elektrische Aktiv- und Rückkontakte 150b, 150a dar, die in verschiedenen Kontaktlängen und -umfängen kombiniert sind, z. B. stellen die Ausgestaltungen B und C eine Elektrode bereit, bei der die Gegenelektrode 150a (entlang der Längsachse der Elektrode 120) kürzer ist als die aktive Elektrode 150b; Ausgestaltungen J und M stellen eine Elektrode bereit, bei der die Gegenelektrode 150a länger ist als die aktive Elektrode 150b; Ausgestaltungen I, K stellen eine Sonde dar, bei der die Gegenelektrode 150a einen Umfang aufweist, der größer ist als der der aktiven Elektrode 150b.
Die 11A und 11B stellen eine Beispielverbindung zwischen der Elektrode 120 und der Leitung (L) dar, die die Elektrode 120 elektrisch mit dem Generator 140 verbindet. Die Verbindung kann durch den Entwurf des proximalen Endes der Elektrode 120 und/oder eines mit dem proximalen Ende der Elektrode 120 gekoppelten Elektrodenverbinders 128 erleichtert werden. Wie in 6A gezeigt wird, können die Elektrode 120 und/oder der Elektrodenverbinder 128 einen konzentrischen Entwurf aufweisen, so dass mehrere umfangsförmige Kontakte als geschichtete konzentrische Oberflächen um die Längsachse der Elektrode 120 angeordnet sind. Zum Beispiel ist, wie in 6A dargestellt, Kontakt A die äußerste leitende Oberfläche, Kontakt B eine innere leitfähige Oberfläche (die der Längsachse der Elektrode 120 zugewandt ist), Kontakt C eine andere innere leitfähige Oberfläche (die der Längsachse der Elektrode 120 abgewandt ist) und Kontakt D die innerste leitfähige Oberfläche (die der Längsachse der Elektrode 120 zugewandt ist). Die konzentrischen Oberflächen können jeweils elektrisch mit eindeutigen Komponenten der Elektrode 120 verbunden sein (z. B. einem aktiven elektrischen Kontakt (distaler elektrischer Kontakt 150a), einem elektrischen Rückkontakt (proximaler elektrischer Kontakt 150b) und/oder einem Temperaturfühler 210). Die konzentrischen Oberflächen können durch dielektrische Schichten getrennt sein, die beispielsweise elektrisch isolierende Materialien und/oder Luft zwischen benachbarten leitfähigen Oberflächen umfassen. Beispielsweise kann eine dielektrische Schicht mit einer Dicke im Bereich von 0,01 Tausendstel Zoll bis 50 Tausendstel Zoll zwischen den benachbarten konzentrischen Oberflächen vorgesehen sein. Die Nadelgröße kann entlang des Schafts der Elektrode 120 variieren oder konstant sein, um konzentrische Entwürfe zu ermöglichen. Außerdem kann die Nadelgröße so gewählt sein, dass sie zusätzlich zur Führung der elektrischen Leitungen/Verdrahtung für Aktiv- und Rückkontakt sowie Temperaturfühler auch den Durchgang eines Lumens ermöglicht.
Die Zuleitung (L) kann ein kompatibles Kabel und/oder einen kompatiblen Verbinder zum elektrischen Koppeln der Elektrode 120 und/oder eines Elektrodenverbinders 128 mit dem Generator 140 enthalten. Das Kabel bzw. der Verbinder der Zuleitung (L) weisen konzentrische Oberflächen (z. B. A, B, C, D) mit einer entsprechenden Größe und Form auf, die eingerichtet sind, um sich elektrisch mit den entsprechenden konzentrischen Oberflächen der Elektrode 120 bzw. des Verbinders 128 zu verbinden und eine zuverlässige und beständige elektrische Verbindung zwischen dem Generator 140 und der Elektrode 120 bereitzustellen.
Die konzentrischen Oberflächen können so konzipiert sein, dass sie sich komprimieren oder ausdehnen, wenn ein geeigneter mechanischer Druck ausgeübt wird, wodurch ein zuverlässiger und fester Sitz zwischen der Leitung (L) und der Elektrode 120 ermöglicht wird. Beispielsweise können die konzentrischen Oberflächen, die auf der Zuleitung (L) und/oder der Elektrode 120 bzw. dem Verbinder 128 vorgesehen sind, Kerben in einigen der leitenden Oberflächen oder der zwischen den konzentrischen Oberflächen vorgesehenen dielektrischen Schichten aufweisen. Die Kerben ermöglichen eine kontrollierte Ausdehnung der konzentrischen Oberfläche, während ein beständiger Kontakt mit der entsprechenden Oberfläche der Elektrode 120 (oder der Zuleitung (L)) aufrechterhalten wird.
Der konzentrische Entwurf der Leitung (L) und/oder Elektrode kann ein Lumen umfassen, um den Durchgang von Fluid durch und/oder zwischen der Leitung (L) und der Elektrode 120 zu ermöglichen. Beispielsweise kann der Sondenverbinder 128 ein Lumen aufweisen, das sich innerhalb der innersten konzentrischen Schicht (und/oder zwischen anderen konzentrischen Schichten) erstreckt und die Befestigung einer Spritze oder eines Schlauchs an dem Verbinder 128 und die Injektion von Fluid durch die innersten konzentrischen Schichten oder zwischen anderen konzentrischen Schichten ermöglicht.
Zusätzlich kann der konzentrische Entwurf nicht nur als eine Komponente des Verbinders übernommen werden, sondern auch als ein Mittel zum Führen der elektrischen Verdrahtung der elektrischen Kontakte und der Temperaturfühler von ihren Anschlussstellen zum proximalen Ende der Elektrode 120 zum Verbinden an den Generator 140. Der konzentrische Entwurf einschließlich der leitfähigen Oberflächen und der dielektrischen Schichten kann auch entlang des Schafts der Elektrode 120 verwendet werden. Ein solcher Entwurf eignet sich für einfache Herstellungsverfahren und möglicherweise für die Verwendung des Schafts der Elektrode 120 zum Bereitstellen der Verbindung mit der Zuleitung (L), d. h. ohne die Verwendung eines Verbinders 128, wie in 6B dargestellt.
Zusätzlich können die Materialart und -dicke für die dielektrischen Schichten zwischen den konzentrischen Oberflächen sowie die Materialart und -dicke der leitfähigen Schichten ausgewählt werden, um die Kapazität zu minimieren und/oder die Impedanz zwischen leitfähigen Schichten zu maximieren (z. B. um Nebenschluss und parasitäre Kapazität zu reduzieren und die Abgabe der therapeutischen Wellenform an das Gewebe zu maximieren, während der Leistungsbedarf des elektrischen Generators minimiert wird).
Ein oder mehrere Temperatursensoren/Temperaturfühler 210 können auf der Elektrode 120 enthalten sein, um eine Rückinformation bezüglich der Elektrode 120 und/oder der Gewebetemperatur an bestimmten Stellen bereitzustellen. In einem Beispiel wird der Temperatursensor bzw. die Temperatursensoren 210 an Orten platziert, die voraussichtlich die Stellen mit der höchsten Temperatur sind, beispielsweise in der Nähe von Stellen mit der höchsten vorhergesagten Stromdichte, dazu gehören beispielsweise scharfe spitz zulaufende Spitzen, Kanten von Kontakten, Diskontinuitäten oder schnelle räumliche Übergänge zwischen Materialien unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit. Die Auswahl dieser Platzierungsorte für Temperatursensoren kann auf der Grundlage von Modellstudien oder In-vitro- oder In-vivo-Temperaturmessungen in Gewebe oder in Modellmedien wie Kochsalzlösung, leitfähigen Gelpräparaten oder Eiweiß bestimmt werden. Temperatursensorleitungen können auf eine Weise geführt werden, die den Pegel der elektromagnetischen Störung verringert, die durch die Wellenformabgabe in die Temperaturerfassungsschaltung eingeführt wird.
Zusätzlich zu der konzentrischen Anordnung sind verschiedene andere Anordnungen denkbar, um die Aktiv- und Rückkontakte und die thermischen Sensorelemente von ihren Anschlussstellen zu der Position zu führen, an der sie mit dem Kabel der Zuleitung (L) oder dem Generator 140 verbunden sind, einschließlich beispielsweise Verlegung von isolierten Drähten, Verwendung von dielektrischen Schichten mit nicht isolierten Drähten und Drucken von elektrischen Leitungen unter Verwendung von elektrisch leitfähiger Tinte usw. Darüber hinaus können die Materialien, die für die Führung der Aktiv- und Rückkontakte und der thermischen Sensorelemente von ihren Anschlussstellen zu der Position, an der sie mit dem Kabel der Zuleitung (L) oder dem Generator 140 verbunden sind, verwendet werden, sorgfältig ausgewählt werden, um eine zuverlässige und effektive Übertragung elektrischer Signale ohne Kontamination oder ohne Nebenschluss zu ermöglichen. Es sollte auch beachtet werden, dass solche Ansätze für Fälle verwendet werden können, in denen mehrere elektrische Kontakte 150 oder mehrere thermische Sensorelemente 210 auf einer einzelnen Elektrode 120 verwendet werden.
BEISPIELHAFTER SIGNALGENERATOR
Das elektrische Stimulationsgerät 100 kann einen Signalgenerator 140 umfassen, der mit der Elektrode 120 und der Steuerung 130 gekoppelt ist. Der Signalgenerator 140 erzeugt die Stimulationswellenform, einschließlich der Parameter der vorstehend besprochenen Stimulationswellenform. Der Signalgenerator 140 umfasst die notwendigen Software- und Hardwarekomponenten, um die spezifizierte(n) Stimulationswellenform(en) zu erzeugen und um eine Modulation der Stimulationswellenformen mittels der Steuerung 130 zu ermöglichen. Der Signalgenerator 140 ist auch in der Lage, über die Elektrode(n) 120 eine Stimulation an die Nervenstruktur abzugeben, während die Elektrode 120 und der Patient elektrisch von geerdeten Schaltkreisen und anderen Erdverbindungen isoliert werden, so dass der Patient nicht geerdet ist, wenn die Elektrode(n) in den Körper des Patienten eingeführt werden. Dies geschieht beispielsweise über Induktivitäten oder über optische Isolatoren. Zusätzlich kann der Signalgenerator 140 Kondensatoren, Induktoren, Widerstände und andere passive Schaltungskomponenten in der Nähe des Ausgangs zur Elektrode 120 umfassen, die den Ladungsausgleich gewährleisten, den Gleichstromoffset reduzieren oder anderweitig die gewünschte Regelung der zuvor besprochenen Wellenformparameter ermöglichen. Weiterhin kann eine Rückkopplungsüberwachungsschaltung eingebaut sein, um Informationen bezüglich der abgegebenen Wellenform (wie z. B. Strom, Spannung, Leistung) und der Temperatur (z. B. überwacht über einen Temperaturüberwachungsmechanismus (z. B. Temperatursensor 210) an der Elektrode 120 oder anderswo im Gewebe) zu sammeln. Parameter des Kühlmechanismus wie Temperatur des Fluid-/Gas-Kühlmittels, Durchflussrate und Druck des Fluids/Gases, Wärmeübertragungsrate von der Elektrode 120 und/oder umgebendem Gewebe usw. können ebenfalls erfasst werden.
BEISPIELHAFTE STEUERUNG UND STROMVERSORGUNG
Wie oben allgemein beschrieben, lenkt die Steuerung 130 den Betrieb des Stimulationsgeräts 100 bzw. des Signalgenerators 140, um die elektrische Stimulation der neuronalen Zielstruktur mittels der Elektrode 120 bereitzustellen. Die Steuerung 130 bzw. der Signalgenerator 140 ist elektrisch mit einer Stromquelle 180 gekoppelt, die die elektrische Energie an das Stimulationsgerät 100 bzw. die Elektrode 120 abgibt. Die Stromquelle 180 kann eine isolierte Stromversorgung umfassen, so dass alle Apparate in dem System durch eine isolierte Stromversorgung 180 mit Energie versorgt werden können, um sie vor Erdfehlern und Leistungsspitzen zu schützen, die von der Hauptleitung übertragen werden. Die Stromquelle 180 kann auch eine oder mehrere Batterien umfassen, die entweder für die Haupt- oder Notstromversorgung verwendet werden und die es ermöglichen würden, das Gerät ohne Anschluss an das Stromnetz in der Einrichtung zu betreiben.
Insbesondere lenkt die Steuerung 130 den Betrieb des Signalgenerators 140, um ein elektrisches Stimulationssignal an die Zielnervenstruktur abzugeben. Die Steuerung 130 kann über einen integrierten Speicher verfügen, um Hochgeschwindigkeitsdatenerfassung, Ausgangssteuerung und Verarbeitung sowie unabhängige Wellenformabtastraten und Online-Analysen zu ermöglichen. Diese Komponenten der Steuerung ermöglichen die Erfassung der Rückinformationen, die benötigt werden, um die über die Elektrode abgegebene Wellenform sowie die Parameter des Kühlmechanismus und den thermischen und elektrischen Zustand des Gewebes zu verstehen. Diese Rückinformation ermöglichen die Abstimmung solcher Behandlungsparameter, um eine selektive und reversible Hemmung von Schmerzen bereitzustellen.
Wie in 1 schematisch dargestellt ist, kann das Stimulationsgerät eine oder mehrere Elektroden 120 umfassen, die über den Signalgenerator 140 und eine elektrische Zuleitung (L) mit der Steuerung 130 verbunden sind. Die Steuerung 130 kann eine Steuerlogik und Software enthalten, die dazu konzipiert sind, die gewünschte elektrische Stimulation an einen Patienten abzugeben. Die Steuerung 130 kann auch analoge und digitale Daten verarbeiten und Wellenformdaten und digitale Informationen aus dem System 190 zur Patientenüberwachung aufzeichnen und gleichzeitig Wellenformausgaben, analoge Ausgaben und digitale Ausgaben zur Echtzeit-Steuerung der elektrischen Stimulation erzeugen (entweder automatisierte Echtzeit-Steuerung oder manuelle Benutzersteuerung). Zum Beispiel kann die Steuerung 130 die elektrische Stimulation als Reaktion auf Rückinformationen einstellen, die von Temperatursensoren empfangen werden, die mit der Elektrode 120 und/oder dem Stimulationsgerät 100 gekoppelt sind. Beispielsweise kann das Stimulationsgerät 100 bzw. die Elektrode 120 ein Thermoelement zum Messen der Temperatur an der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts und/oder der Elektrodenkontakte und am Gewebe des Patienten neben der Kontaktfläche der Elektrode 120 aufweisen. Die Temperatursensoren sind mit der Steuerung 130 gekoppelt und liefern Rückinformationen bezüglich einer gemessenen Temperatur an der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts 100 und/oder der Kontaktfläche der Elektrode 120 und/oder an anderen Stellen im Gewebe. Die Steuerung 130 oder der Benutzer können dann einen Parameter der elektrischen Stimulation als Reaktion auf die Rückinformationen einstellen, wobei die Parameter beispielsweise eine Wellenform, einen Wellenformfrequenzbereich, einen Wellenformamplitudenbereich, eine an der Elektrode erzeugte elektrische Feldstärke, einen Wellenform-Gleichstromoffset, ein Wellenform-Tastverhältnis (z. B. kontinuierliche Abgabe oder intermittierende Abgabe), eine Gewebetemperatur, einen Kühlmechanismusparameter und eine Behandlungsdauer umfassen. Zusätzliche Rückinformationssignale, die von der Steuerung weitergeleitet oder aufgezeichnet oder zur Rückkopplungsregelung des elektrischen Signals verwendet werden können, umfassen Temperatur, Kontaktimpedanz, Strom, Spannung und Leistung des elektrischen Signals, andere Parameter des elektrischen Signals, Informationen über das elektrische Feld im Gewebe, Blutfluss, Hautleitwert, Herzfrequenz, Muskelaktivität (wie Elektromyographie) oder andere physiologische Signale.
Eine Rückkopplungsregelung der elektrischen Stimulation ist wünschenswert, um eine Schädigung des Gewebes zu vermeiden, die Modulationssphäre der elektrischen Stimulation innerhalb der neuronalen Zielstruktur abzustimmen und die Modulationssphäre der elektrischen Stimulation zum Ansprechen von kleinen und großen Nervenstrukturen sowie einer Vielzahl von Nervenstrukturen wie periphere Nerven, Hirnnerven, Ganglien, autonome Nerven, Plexus und das Rückenmark abzustimmen. Die Rückkopplungsregelung der elektrischen Stimulation ist auch wünschenswert, um den zeitlichen Verlauf der Reversibilität der Hemmung der Schmerzwahrnehmung abzustimmen, die Selektivität der Hemmung der Schmerzwahrnehmung abzustimmen und sicherzustellen, dass beispielsweise mit einer einzigen Behandlung eine adäquate Hemmung von Schmerzen erreicht wird.
Unabhängig davon, ob die elektrische Stimulation eingestellt wird, um die Nervensignalübertragung durch einen ausgewählten Nervenfasertypen und/oder durch einen ausgewählten Bereich der Nervenstruktur selektiv zu modulieren, kann die Steuerung und/oder der Betrieb der Steuerung 130 eingestellt werden, indem ein Parameter der elektrischen Stimulation geändert wird, basierend auf einer gemessenen Rückwirkung der Hemmung der Nervensignalübertragung (z. B. Bestätigung, dass keine oder nur eingeschränkte Nervensignalübertragung von/durch den Zielnerv erfolgt) und/oder einer gemessenen Rückwirkung der Temperatur an der Behandlungsstelle und/oder einem Feedback von dem Patienten in Bezug auf die Schmerzwahrnehmung. Die Bestätigung, dass keine bzw. nur eingeschränkte Nervensignalübertragung stattfindet, kann durch intraoperative Überwachungstechniken erreicht werden, einschließlich beispielsweise von aufgezeichneten EMG, direkten neuronalen Aufzeichnungen, die eine Änderung der Schmerzfaserantwort in Bezug auf Latenz und/oder Amplitude oder Burst-Bereich nachweisen. Die Steuerung 130 und die Benutzeroberfläche werden auch verwendet, um die Parameter der Stimulationswellenform und die Eigenschaften der Elektrodenkonfigurationen und des Kühlmechanismus als Reaktion auf Rückwirkungen einzustellen. Beispielsweise ist die Steuerung 130 eingerichtet, um das Tastverhältnis und/oder die Stimulationshüllkurvendauer der elektrischen Stimulation in Echtzeit während der Behandlung zu variieren, um die an die Behandlungsstelle abgegebene Spannung zu maximieren, ohne dass dabei eine Zielgewebetemperatur bei der Behandlungsstelle, d. h. eine destruktive Gewebetemperatur, überschritten wird. In ähnlicher Weise ist in einigen Ausführungsformen die Steuerung eingerichtet, um das Tastverhältnis und/oder die Stimulationswellenform-Hüllkurvendauer der elektrischen Stimulation in Echtzeit zu variieren, um den an die Behandlungsstelle abgegebenen Strom zu maximieren, ohne dass dabei eine Zielgewebetemperatur an der Behandlungsstelle, d. h. eine destruktive Gewebetemperatur, überschritten wird. Durch die sofortige Bereitstellung einer temperaturabhängigen Rückkoppungsschleife kann eine therapeutische Spannung (oder ein therapeutischer Strom) so lange wie möglich an die Zielnervenstruktur abgegeben werden, ohne Schaden zu verursachen. Durch Steuern des Stroms kann der Benutzer Gewebetemperatur und -schutz leichter steuern. Ebenso ist die Spannungsregelung mit der Wirksamkeit der Behandlung korreliert.
Alternativ kann ein Benutzer Parameter der Stimulationswellenform und Eigenschaften der Elektrodenkonfigurationen und des Kühlmechanismus als Reaktion auf eine Rückwirkung, die über die Benutzeroberfläche 170 bereitgestellt wird, manuell einstellen.
BEISPIELHAFTE BENUTZEROBERFLÄCHE
Das Stimulationsgerät 100 kann ferner eine Benutzeroberfläche 170 zum Empfangen von Eingaben von dem Benutzer (z. B. Patient oder medizinischer Fachmann) und zum Liefern von Eingaben an diesen umfassen. Der Benutzer kann Eingaben bereitstellen, die den Betrieb des Stimulationsgeräts 100 lenken, einschließlich Modifikationen des elektrischen Signals. Die Benutzeroberfläche 170 kann ferner eine Anzeige umfassen, die dem Benutzer Informationen bezüglich des Stimulationsgeräts 100 bereitstellt. Beispielsweise kann die Anzeige Informationen bezüglich eines Status des Stimulationsgeräts 100 bereitstellen, z. B. Ein/Aus, Signalabgabemodus, Parameterdatum bezüglich des elektrischen Signals usw. Die Benutzeroberfläche 170 kann in das Stimulationsgerät 100 integriert sein. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Benutzeroberfläche 170 in ein entferntes Gerät eingebaut sein kann, das elektrisch (drahtgebunden oder drahtlos) mit dem Stimulationsgerät gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Benutzeroberfläche 170 auf einem externen Tablet-Computer oder Telefon bereitgestellt werden. Die Benutzeroberfläche 170 kann verwendet werden, um es dem Benutzer zu ermöglichen, Parameter der elektrischen Stimulation (in Echtzeit) als Reaktion auf Rückinformationen von der Steuerung 130 aktiv zu steuern.
Das System kann auch ein System 190 zur Patientenüberwachung umfassen. Das System 190 zur Patientenüberwachung kann in Verbindung mit dem Stimulationsgerät und der Benutzeroberfläche 170 verwendet werden. Das System 190 zur Patientenüberwachung erfasst, verstärkt und filtert physiologische Signale und gibt sie als Rückinformationen an die Steuerung 130 und/oder die Benutzeroberfläche 170 aus. Das System zur Überwachung kann einen Temperatursensor, der mit einer Außenfläche der Haut des Patienten gekoppelt ist, zum Messen von Änderungen der Körperoberflächentemperatur des Patienten, ein Blutflussmessgerät, das mit der Haut des Patienten gekoppelt ist oder durch die Haut des Patienten eingeführt wird, ein Hautleitfähigkeitsmessgerät, das mit der Haut des Patienten gekoppelt ist, einen Herzfrequenzmonitor zum Sammeln von Elektrokardiogrammsignalen, die der Herzfrequenz des Patienten entsprechen, und ein Muskelaktivitätsüberwachungsgerät zum Sammeln von Elektromyographiesignalen umfassen. Ein Herzfrequenzmonitor kann separate Elektrokardiogramm- (EKG-) Elektroden umfassen, die mit einem Wechselstromverstärker (AC-Verstärker) gekoppelt sind. Ein Muskelaktivitätsmonitor kann separate EMG-Elektroden enthalten, die mit einem AC-Verstärker gekoppelt sind. Andere Arten von Wandlern können ebenfalls verwendet werden. Wie beschrieben wurde, werden alle mit dem System zur Patientenüberwachung erhaltenen physiologischen Signale durch einen Signalverstärker/Konditionierer geleitet. Die Parameter der elektrischen Stimulation können als Reaktion auf die Rückinformationen eingestellt werden, die am System 190 zur Patientenüberwachung von der Steuerung 130 oder dem Benutzer empfangen wurden. Zum Beispiel kann mindestens ein Parameter des elektrischen Signals durch die Steuerung 130 als Reaktion auf Rückinformationen eingestellt werden, die von dem Temperatursensor, einem Impedanzmesser, dem Blutflussmessgerät, dem Hautleitfähigkeitsmessgerät, dem Herzfrequenzmonitor und dem Muskelaktivitätsmonitor empfangen wurden. Außerdem können Informationen bezüglich der Stimulationswellenform und -parameter sowie der elektrischen und thermischen Eigenschaften des Gewebes, der Elektrode und des Kühlmechanismus über die Benutzeroberfläche 170 bereitgestellt werden und zur Einstellung von mindestens einem Parameter der elektrischen Stimulation oder des Kühlmechanismus oder der Elektrodenkonfiguration verwendet werden. Der eingestellte Parameter des elektrischen Signals kann zum Beispiel eine Wellenform, einen Wellenformfrequenzbereich, einen Wellenformamplitudenbereich, einen Wellenformhüllkurvendauerbereich (d. h. den Zeitraum, in dem die Stimulationsenergie abgegeben wird („eingeschaltet“ ist), umfassen, z. B. weist eine kontinuierlich abgegebene Stimulationsenergie eine lange Hüllkurvendauer und eine gepulste Stimulationsenergie eine kurze Hüllkurve auf), eine elektrische Feldstärke an der Elektrode, einen Wellenform-Gleichstromoffset, ein Wellenform-Tastverhältnis (z. B. kontinuierliche Abgabe, intermittierende Abgabe), eine Gewebetemperatur, einen Kühlmechanismusparameter und eine Behandlungsdauer umfassen. Zusätzlich kann die Elektrodenkonfiguration (z. B. bipolar, multipolar, monopolar, überlappend usw.) auch als Reaktion auf Rückinformationen angepasst werden.
BEISPIELHAFTES VERFAHREN
Die vorliegende Offenbarung umfasst ein Verfahren zum selektiven und reversiblen Modulieren von angezieltem neuronalen und nicht-neuronalen Gewebe einer Nervenstruktur mit einer einzelnen Anwendung von elektrischer Energie zur Hemmung der Schmerzwahrnehmung eines Patienten. Das Verfahren zur Durchführung der vorliegenden Erfindung beginnt mit dem Positionieren des Patienten in einer bequemen Position. Ein Herzfrequenzmonitor (EKG), ein Muskelaktivitätsmonitor (EMG) oder ein beliebiger anderer Monitor kann verwendet werden, um die Reaktion des Patienten auf das elektrische Stimulationssignal zu messen. Der Patient kann vor dem Anlegen des elektrischen Stimulationssignals für einen bestimmten Zeitraum überwacht werden, um einen Ausgangszustand zu bestimmen.
Als Nächstes kann die angezielte Nervenstruktur identifiziert und lokalisiert werden. Wenn das elektrische Signal transkutan abgegeben werden soll, kann die angezielte Nervenstruktur unter Verwendung eines Stimulationsgeräts wie eines Nervenlokalisierers (z. B. Ambu^® Ministim^® Nervenstimulator und -lokalisierer) unter Verwendung der Elektrode 120 lokalisiert werden. Der Nerv kann auch lokalisiert werden, indem ein Signal mit geringer Stimulationsenergie durch das Stimulationsgerät geleitet wird. Ein durch einen Reiz hervorgerufenes Muskelzucken in einer distalen Muskelgruppe mit geringen Stimulationsamplituden (Einzelimpuls) zeigt dann an, dass sich der Stimulationspunkt nahe genug befindet, um die Nervensignalübertragung zu modulieren.
Das elektrische Stimulationsgerät 100 wird dann an der Behandlungsstelle unmittelbar am angezielten neuronalen und nicht-neuronalen Gewebe der Nervenstruktur positioniert. Die Elektrode(n) 120 kann bzw. können in der Nähe der Nervenstruktur perkutan oder transnasal oder durch offene Inzision und Implantation positioniert werden.
Zum Beispiel können die Elektroden 120 perkutan neben der Nervenstruktur durch eine Öffnung in der Haut des Patienten (S) positioniert werden (siehe z. B. 5). Die (internen) Elektroden 120 / Zuleitungen (L) sind an einem externen Stimulationsgerät/Signalgenerator 140 angebracht oder können an einem tragbaren Stimulationsgerät befestigt sein. Die perkutane Platzierung der Elektroden 120 kann das Eindringen in die Haut und das zielgeführte Vordringen der Elektrode 120 und/oder der Zuleitung (L) bildgesteuert (beispielsweise mit Ultraschall) an einen Ort unmittelbar an der neuronalen Zielstruktur umfassen. Zusätzliche Werkzeuge zum Positionieren, wie Kanüle, Führungsdrähte, Einführnadeln und Trokare, können verwendet werden, um das zielgeführte Vordringen durch das Gewebe und die letztliche Platzierung der Elektrode unmittelbar an der neuronalen Zielstruktur zu ermöglichen.
Das Positionieren der Elektrode 120 in der Nähe der Nervenstruktur kann die Abgabe einer anfänglichen elektrischen Stimulation (d. h. einer elektrischen Stimulation mit niedrigem Pegel: < 0,5 V) an die Behandlungsstelle über die Elektrode 120 und das Messen der Spannung und/oder des Stroms an der Elektrode 120 umfassen. Basierend auf der gemessenen Spannung und/oder dem gemessenen Strom wird die Position der Elektrode 120 an der Behandlungsstelle (nahe der Zielnervenstruktur) eingestellt. Weitere anfängliche elektrische Simulationssignale werden an die Behandlungsstelle abgegeben und die Position der Elektrode 120 wird iterativ eingestellt, bis die gemessene Spannung und/oder der gemessene Strom einer Schwellenspannung und/oder einem Schwellenstrom entsprechen, die anzeigen, dass die Elektrode 120 an einem Ort um den Nerv positioniert ist, um eine wirksame Therapie zu ermöglichen.
Wenn das elektrische Signal perkutan abgegeben wird, kann das Verfahren ferner die Positionierung einer oder mehrerer Gegenelektroden auf der Außenfläche der Haut des Patienten umfassen. Jede Anode weist wünschenswerterweise eine Hautkontaktfläche auf, so dass die Hautkontaktfläche der Anode mindestens die gleiche (oder eine größere) Fläche aufweist wie die Kontaktfläche der Stimulationselektrode. Eine oder mehrere Gegenelektroden können auf der Haut in einem Abstand von einer oder mehreren Stimulationselektroden angebracht werden, der ausreicht, um einen Nebenschluss zu vermeiden.
Das Verfahren zur Durchführung der vorliegenden Erfindung kann ferner die Verwendung von Kopplungsmedien, wie beispielsweise einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit, eines Gels oder einer Paste, einschließen, die im Fälle einer Gegenelektrode auf die Haut aufgebracht oder in einer Hülle um die Elektrode 120 herum angeordnet werden können oder im Falle der perkutan platzierten Elektrode 120 an der Spitze der Elektrode 120 angeordnet werden können, um das elektrische Feld zu maximieren und zu lenken, die therapeutische Dosis der Stimulationsenergie an kleine und große Nerven abzugeben und eine zuverlässige Elektroden-/Nervenplatzierung für einen optimalen therapeutischen Effekt sicherzustellen. Alternativ und/oder zusätzlich können eine oder mehrere Hautfeuchtigkeitscremes, Feuchthaltemittel, Peelings oder dergleichen auf die Haut aufgetragen werden, um die Leitfähigkeit der Haut zu verbessern und/oder die Impedanz der Haut zu senken. Beispiele für leitfähige Pasten beinhalten Ten20^™ von Weaver and Company, Aurora, Colorado, und ELEFIX Conductive Paste von Nihon Kohden mit Sitz in Foothill Ranch, Kalifornien. Beispiele für leitfähige Gele beinhalten Spectra 360 Electrode Gel von Parker Laboratories, Inc., Fairfield, New Jersey oder Electro-Gel von Electro-Cap International, Inc., Eaton, Ohio. Ein Beispiel für ein Peeling, das zur Vorbereitung der Haut vor dem Anlegen von transkutanen Elektroden verwendet werden kann, ist das Nuprep Hautvorbereitungsgel von Weaver and Company, Aurora, Colorado.
In einem weiteren Beispiel können die Elektroden neben der Behandlungsstelle und unmittelbar an der neuronalen Zielstruktur in den Patienten implantiert werden. Die Elektroden und das Stimulationsgerät können an oder in der Nähe der neuronalen Zielstruktur implantiert werden. In einem anderen Beispiel können die Elektroden an der Behandlungsstelle implantiert werden, wobei sich die Zuleitungen durch die Haut des Patienten zum Stimulationsgerät erstrecken. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Elektroden an der Behandlungsstelle implantiert werden können und drahtlos durch die Haut des Patienten aktiviert werden können. Es wird auch in Betracht gezogen, dass ein drahtloses Empfängermodul implantiert und verwendet werden kann, um Eingaben von der Steuerung 130 drahtlos zu empfangen und dann über Leitungsdrähte mit der Elektrode zu kommunizieren.
Ein zusätzliches Beispiel ist die Platzierung der Elektrode 120 (z. B. 3F) in einer Nasenmuschel über einen transnasalen Ansatz zur transmukosalen Abgabe des elektrischen Signals an das Ganglion Gasseri und/oder das Ganglion pterygopalatinum (SPG). Zum Beispiel können die Elektrode 120 und die Leitung in die Nase des Patienten eingeführt und in eine Nasenmuschel gelegt und während der Abgabe des elektrischen Signals sicher in Position gehalten werden (siehe z. B. 9A und 9B). Es kann ein Verfahren angewendet werden, bei dem der Niesreflex des Patienten unterdrückt wird, z. B. durch einen chemischen Block oder einen elektrischen Nervenblock oder durch absichtliches Auslösen eines Niesreflexes und anschließender Platzierung der Zuleitung und Elektrode unmittelbar nach dem Niesen, bevor der Patient einen zweiten Niesreflex erzeugen kann. Der absichtliche anfängliche Niesreflex kann durch die Leitung und/oder die Elektrode oder durch eine separate, in die Nase eingeführte Sonde ausgelöst werden. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Elektrode 120 über einen perkutanen Ansatz neben dem Ganglion Gasseri und/oder dem Ganglion pterygopalatinum (SPG) positioniert werden kann. Ob über eine transnasale oder perkutane Annäherung, die Position des SPG kann anfänglich unter Verwendung von beispielsweise Magnetresonanztomographie (MRI), Fluoroskopie und Ultraschallbildgebung lokalisiert werden.
Nachdem die Elektroden 120 platziert wurden, kann eine herkömmliche elektrische Stimulation durch die Elektroden 120 abgegeben werden, um eine ausreichende Nähe zwischen Gewebe und Nerv sicherzustellen, und Impedanzmessungen können auf ähnliche Weise gesammelt und verwendet werden. Das Stimulationsgerät kann dann programmiert werden, um die Auswahl des Elektrodenkontakts und der Gegenelektrode sowie die Stimulationsparameter zu optimieren, wie vorstehend besprochen. Es wird in Betracht gezogen, dass die Auswahl von optimalen Stimulationsparametern die Abgabe unterschiedlicher Kandidatenwellenformen mit unterschiedlichen Parameterkonfigurationen umfassen kann, bis ein geeignetes Ergebnis erzielt wird. Es wird ferner in Betracht gezogen, dass die Auswahl der optimalen Konfigurationen des Elektrodenkontakts 150 und der Konfigurationen der Gegenelektroden die Abgabe von elektrischen Signalen über verschiedene Konfigurationen von Elektrodenkontakten 150 und Gegenelektroden umfassen kann, bis ein geeignetes Ergebnis erzielt wird. Diese Optimierungen können vom Anwender manuell durchgeführt oder von der Steuerung im geschlossenen Regelkreis im Rahmen einer algorithmisch iterativen Suche oder einer vorprogrammierten Suche geliefert werden. Falls gewünscht, kann auch ein chemisches Nervenblockiermittel durch die Elektrodenzuleitung abgegeben werden, bevor das elektrische Signal abgegeben wird. Der chemische Nervenblock kann dazu beitragen, die Einsatzreaktion zu mildern und den Patientenkomfort zu verbessern.
Das elektrische Stimulationssignal kann dann über die Elektrode(n) unter Verwendung eines oder mehrerer der oben besprochenen Stimulationsparameter unmittelbar an der gezielten Nervenstruktur an die Behandlungsstelle abgegeben werden. Die Steuerung 130, die eine Zufuhr von elektrischer Energie von einer Stromquelle 180 empfängt, kann den Betrieb des Stimulationsgeräts lenken, um ein elektrisches Signal bereitzustellen, das ausreicht, um das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv zu modulieren, wodurch die Schmerzwahrnehmung des Patienten gehemmt wird, während gleichzeitig andere sensorische und motorische Funktionen und die Propriozeption erhalten bleiben. Der Benutzer kann auch die Parameter des elektrischen Signals in Echtzeit als Reaktion auf eine Rückwirkung steuern, die über die Steuerung 130 an die Benutzeroberfläche 170 abgegeben wird. Durch einmaliges Anlegen des elektrischen Signals an die Behandlungsstelle kann das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv moduliert und anschließend die Schmerzwahrnehmung für einen Zeitraum von etwa 1 Tag bis etwa 30 Tagen gehemmt werden.
Wenn die Elektrode mindestens zwei Elektroden umfasst, die unabhängig voneinander arbeiten, ist denkbar, dass ein erstes elektrisches Simulationssignal über die erste Elektrode und ein zweites elektrisches Stimulationssignal über die zweite Elektrode abgegeben werden. Das erste und das zweite elektrische Stimulationssignal können intermittierend ausgegeben werden, wobei die erste elektrische Stimulation in Bezug auf die zweite elektrische Stimulation überlappend ist. In dieser Ausgestaltung tritt der Ein-Zyklus der ersten elektrischen Stimulation während eines Aus-Zyklus der zweiten elektrischen Stimulation auf. In ähnlicher Weise tritt der Ein-Zyklus der zweiten elektrischen Stimulation während eines Aus-Zyklus der ersten elektrischen Stimulation auf.
Die Schmerzwahrnehmung durch den Patienten wird gehemmt, da das Anlegen des elektrischen Signals an die Behandlungsstelle das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv moduliert, wodurch die Nervensignalübertragung durch Nervenfasern, die für die Übertragung von Schmerzen verantwortlich sind, moduliert wird. Währenddessen bleibt die Nervensignalübertragung durch Nervenfasern, die für andere sensorische und motorische Funktionen und die Propriozeption verantwortlich sind, erhalten. Die erhaltene „andere“ sensorische Funktion beinhaltet beispielsweise Tastsinn, Sehvermögen, Hörfähigkeit, Geschmackssinn, Geruchssinn und Gleichgewicht. Das Anlegen des elektrischen Signals kann auch die Nervensignalübertragung durch Nervenfasern hemmen und/oder stören, die für die Übertragung von Signalen verantwortlich sind, die sich auf die Thermorezeption, die autonome Aktivität und die viszerale Funktion beziehen.
In seiner einfachsten Form kann sich das Verfahren auf das Feedback eines Patienten hinsichtlich seiner Schmerzwahrnehmung nach Abgabe eines nervenblockierenden Stimulationssignals stützen, um die Wirksamkeit der vorübergehenden und selektiven Nervenmodulation zu bewerten. In einigen Beispielen können die Empfindungen des Patienten, wie gefühltes Herzklopfen, Kribbeln, Schwere und/oder tiefer Druck, die während der Stimulation auftreten, verwendet werden, um verschiedene Simulationsparameter zu lenken, wie etwa Spannung, Strom, Stimulationsimpedanz und Behandlungszeitverlauf (Tastverhältnis und Stimulationszeitverlauf; Behandlungsdauer und -ende; Dosierung (Stimulationszeit „ein“).
Alternativ und/oder zusätzlich kann sich das Verfahren auf Rückwirkungen stützen, die von einer Aufzeichnungselektrode gesammelt wurden, wie EKG, galvanische Hautreaktion, Blutflussmessgerät, Haut- oder Körpertemperatur und/oder Elektromyogrammsignale, um die Wirksamkeit der temporären und selektiven Nervenmodulation zu bewerten, da die Stimulation vor, während oder unmittelbar nach einem chirurgischen Eingriff erfolgen kann, wenn der Patient nicht in der Lage ist, Feedback zu geben.
Die Zielnervenstruktur kann einen peripheren Nerv (groß oder klein), einen Hirnnerv, ein Ganglion, einen autonomen Nerv, einen Plexus und ein Rückenmark umfassen. Die neuronalen Zielstrukturen können eine Mischung aus motorischen, sensorischen und/oder autonomen Neuronen oder eine einzelne Art von neuronaler Aktivität (wie nur motorisch, nur sensorisch, nur autonom) umfassen. Das Zielganglion kann ein Spinalganglion, ein Sympathikusganglion, ein Parasympathikusganglion, ein Ganglion pterygopalatinum, ein Ganglion Gasseri, einen Plexus und/oder das Rückenmark umfassen. In einem Beispiel umfasst die Zielnervenstruktur einen großen peripheren Nerv (z. B. größer als etwa 2,5 mm) und die Elektroden geben an den Nerv ein elektrisches Signal ab, das selektiv und reversibel die mit Schmerzen verbundene Nervensignalaktivität für einen Zeitraum von Tagen bis Wochen hemmt, wobei das Nervensignal mit motorischer Funktion, schmerzfreier Empfindung und Propriozeption in Zusammenhang steht. So können beispielsweise die Elektroden 120 ein elektrisches Signal liefern, das selektiv und reversibel die Aktivität des Nervensignals in Nervenfasern mit kleinerem Durchmesser hemmt, die mit der sensorischen (Schmerz-)Funktion für einen Zeitraum von Tagen bis Wochen in Zusammenhang stehen, mit minimaler oder keiner Änderung der Funktionalität der größeren myelinisierten Fasern, die mit motorischer Funktion, schmerzfreier Empfindung und Propriozeption in Zusammenhang stehen. In einem Beispiel hemmt und/oder stört das Anlegen des elektrischen Signals an das neuronale und nicht-neuronale Gewebe der angezielten Nervenstruktur die Nervensignalübertragung durch eine im Nerv vorgesehene myelinisierte Aδ-Faser und/oder unmyelinisierte C-Faser, wobei das elektrische Signal die Nervensignalübertragung durch die Aß-Fasern, die Aa-Fasern und/oder motorischen Fasern aufrechterhält. In einem weiteren Beispiel können verschiedene Parameter des elektrischen Signals eingestellt werden, um selektiv die myelinisierten Aδ-Fasern und/oder die unmyelinisierten C-Fasern zu hemmen, z. B. die Nervensignalübertragung durch die myelinisierten Aδ-Fasern zu hemmen, während die Nervensignalübertragung durch die unmyelinisierten C-Fasern erhalten bleibt, und umgekehrt. In einem weiteren Beispiel können verschiedene Parameter des elektrischen Signals eingestellt werden, um die Nervensignalbertragung/Funktion der myelinisierten A6-Fasern differenziert zu hemmen, so dass die myelinisierten Aδ-Fasern einen größeren Prozentsatz an gehemmten Fasern aufweisen als die unmyelinisierten C-Fasern. Ebenso können verschiedene Parameter des elektrischen Signals eingestellt werden, um die Nervensignalübertragung/Funktion der unmyelinisierten C-Fasern differenziert zu hemmen, so dass die unmyelinisierten C-Fasern einen größeren Prozentsatz an gehemmten Fasern aufweisen als die myelinisierten Aδ-Fasern.
In einem weiteren Beispiel moduliert das Anlegen des elektrischen Signals an das neuronale und nicht-neuronale Gewebe der angezielten Nervenstruktur die Funktion des neuronalen oder nicht-neuronale Gewebes in einer Weise, die zu stromabwärts liegenden oder sekundären Wirkungen führt, die zur Hemmung von Schmerzen führen, während die motorische, schmerzfreie sensorische und propriozeptive Aktivität erhalten wird. So können beispielsweise verschiedene Parameter des elektrischen Signals angepasst werden, um die Funktion selektiv zu modulieren, was zu einer Verminderung der Schmerzen führt, die durch die Aktivität in myelinisierten A6-Fasern und/oder unmyelinisierten C-Fasern verursacht wurden, während gleichzeitig die motorische, schmerzfreie sensorische und propriozeptive Funktion, wie sie von den Aß-Fasern, Aa-Fasern und/oder motorischen Fasern übertragen wird, erhalten bleibt. In einem weiteren Beispiel können verschiedene Parameter des elektrischen Signals angepasst werden, um selektiv die Funktion zu modulieren, was zu einer Verminderung der Schmerzen führt, die durch Aktivität in myelinisierten Aδ-Fasern oder unmyelinisierten C-Fasern verursacht wurden, z. B. Hemmung von Schmerzen, die durch Aktivität in myelinisierten Aδ-Fasern verursacht wurden, während Schmerzen, die durch Aktivität in unmyelinisierten C-Fasern verursacht wurden, erhalten bleiben, und umgekehrt. In einem weiteren Beispiel können verschiedene Parameter des elektrischen Signals angepasst werden, um die Funktion differenziert zu modulieren, was zu einer Verminderung der Schmerzen führt, die aus der Aktivität in myelinisierten A6-Fasern stammen, so dass der Schmerz, der aus der Aktivität in myelinisierten A6-Fasern stammt, eine größere Hemmung erfährt als der Schmerz, der aus der Aktivität in unmyelinisierten C-Fasern stammt. Ebenso können verschiedene Parameter des elektrischen Signals angepasst werden, um die Funktion differenziert zu modulieren, was zu einer Verminderung der Schmerzen führt, die aus der Aktivität in unmyelinisierten C-Fasern stammt, so dass der Schmerz, der aus der Aktivität in unmyelinisierten C-Fasern stammt, eine größere Hemmung erfährt als der Schmerz, der aus der Aktivität in myelinisierten Aδ-Fasern stammt.
In einem anderen Beispiel können bestimmte Parameter des elektrischen Signals eingestellt werden, um die Nervensignalübertragung/Funktion innerhalb eines gewünschten Bereichs der Nervenstruktur bevorzugt zu modulieren. Im Allgemeinen ist der gewünschte Bereich derjenige Abschnitt der Nervenstruktur, der die sensorischen Komponenten umfasst, die für die Übertragung einer Schmerzempfindung verantwortlich sind. In Bezug auf den Nervus femoralis gibt beispielsweise die Topographie des Nervus femoralis an, dass Abschnitte der sensorischen Komponenten, die das Knie innervieren, in einem Bereich des Nervenquerschnitts zusammenliegen. Dementsprechend wird in Betracht gezogen, dass das elektrische Signal eingestellt werden kann, um die Nervensignalübertragung durch den Abschnitt des Nervenquerschnitts, der diesen sensorischen Zielkomponenten entspricht, bevorzugt zu modulieren.
Die verschiedenen veränderbaren Parameter des elektrischen Signals umfassen beispielsweise eine Wellenform, eine Frequenz, eine Amplitude, eine Wellenformhüllkurvendauer, eine Intensität, eine elektrische Feldstärke, einen Wellenformoffset (Gleichstromoffset), eine kontinuierliche Abgabe und/oder eine intermittierende Abgabe durch die Elektrode 120. Beispielsweise stellt die Steuerung 130 das Tastverhältnis und/oder die Wellenformhüllkurvendauer in Echtzeit ein, um die an die Behandlungsstelle abgegebene Spannung zu maximieren, während eine Zielgewebetemperatur an der Behandlungsstelle nicht überschritten wird, z. B. durch Modulieren des Stimulations-Tastverhältnisses und/oder der Stimulationshüllkurve, um die an die Behandlungsstelle abgegebene Spannung in Echtzeit zu maximieren und gleichzeitig sicherzustellen, dass das Gewebe an der Behandlungsstelle eine destruktive Gewebetemperatur nicht überschreitet. In ähnlicher Weise stellt die Steuerung 130 in einigen Ausführungsformen das Tastverhältnis und/oder die Wellenformhüllkurvendauer in Echtzeit ein, um den an die Behandlungsstelle abgegebenen Strom zu maximieren, während eine Zielgewebetemperatur an der Behandlungsstelle nicht überschritten wird, z. B. durch Modulieren des Stimulations-Tastverhältnisses und/oder der Stimulationshüllkurve, um den Strom zu maximieren, ohne eine destruktive Gewebetemperatur zu überschreiten.
In einem anderen Beispiel kann die Stimulationsamplitude der elektrischen Stimulation langsam auf ein Plateau hochgefahren werden. Das Hochfahren der elektrischen Stimulation auf ein Plateau kann das Ausmaß der Empfindungen, die der Patient während der Abgabe der elektrischen Stimulation verspürt, beseitigen und/oder reduzieren (z. B. Empfindung eines Kribbeins im rezeptiven Feld des Nervs, wenn die Stimulationsenergie kontinuierlich ist; intermittierendes Kribbeln, das empfunden wird, wenn die Stimulationsenergie als Impulse abgegeben wird).
Das offenbarte Verfahren umfasst das Hemmen der Schmerzwahrnehmung, die mit akuten Schmerzen (einschließlich Operationsschmerzen, postoperativen Schmerzen, Traumaschmerzen), neuropathischen Schmerzen, chronischen Schmerzen und Kopf- und Gesichtsschmerzen verbunden sind. Wenn es sich bei dem Schmerz um akuten Schmerz handelt, kann das Verfahren zum selektiven und reversiblen Modulieren von angezieltem neuronalen und nicht-neuronalen Gewebe, um die Schmerzwahrnehmung zu hemmen, ein Anlegen des elektrischen Signals unmittelbar vor dem chirurgischen Eingriff umfassen. Das elektrische Signal kann auch intraoperativ und/oder unmittelbar nach einem chirurgischen Eingriff angelegt werden, um die Schmerzwahrnehmung zu hemmen, die mit dem chirurgischen Eingriff und der Genesung verbunden sind. Das elektrische Signal kann auch Stunden und/oder Tage vor einem Eingriff angelegt werden. Beispielsweise kann das elektrische Signal mindestens 24 Stunden vor einem chirurgischen Eingriff angelegt werden. Die Abgabe des elektrischen Signals vor einem Eingriff, beispielsweise einem chirurgischen Eingriff, hilft, Schmerzen und Unbehagen des Patienten zu reduzieren, während sich der Patient auf den Eingriff vorbereitet. Die Abgabe des elektrischen Signals vor einem Eingriff kann auch so eingerichtet sein, dass zum Zeitpunkt des Eingriffs ein Höhepunkt der Schmerzlinderungswirkung auftritt. Es wird auch in Betracht gezogen, dass mehrere Nervenstrukturen angezielt werden können, um eine umfassendere Abdeckung eines Zielbereichs zu ermöglichen. Wenn der Schmerz beispielsweise postoperativer akuter Schmerz nach einem Kniearthroplastik-Eingriff (einschließlich eines vollständigen Kniearthroplastik-Eingriffs) ist, kann die elektrische Stimulation auf den Nervus femoralis, den Ischiasnerv, den Nervus obturatorius und den lateralen Hautnerv und Nervenäste oder eine Kombination davon angewendet werden. In einem anderen Beispiel, bei dem der Schmerz Schulterschmerz ist, kann die elektrische Stimulation auf den Plexus brachialis, den Nervus axillaris, den Nervus suprascapularis und den Nervus pectoralis lateralis oder eine Kombination davon angewendet werden. Wenn der Schmerz mit einem medizinischen Eingriff und/oder einem Trauma am Arm und/oder an der Hand verbunden ist, kann die elektrische Stimulation individuell auf den medialen, ulnaren und radialen Nerven und/oder den Plexus brachialis angewendet werden. Wenn der Schmerz mit einem medizinischen Eingriff und/oder einem Trauma des Knöchels und/oder des Fußes verbunden ist, kann die elektrische Stimulation auf den Schienbeinnerv, den Wadenbeinnerv bzw. Nervus suralis und den Nervus saphenus oder eine Kombination davon angewendet werden. Wenn der Schmerz mit einer Hüftarthroplastik verbunden ist, kann die elektrische Stimulation auf den Nervus femoralis, Ischiasnerv, oder Nervus obturatorius (z. B. gemeiner Nervus obturatorius vor dem Verzweigen in den vorderen und hinteren) und/oder Plexus oder eine Kombination davon angewendet werden. Wenn der Schmerz mit der Reparatur des vorderen Kreuzbandes (ACL) verbunden ist, kann die elektrische Stimulation auf den Nervus femoralis oder den Ischiasnerv oder eine Kombination davon angewendet werden.
Handelt es sich bei dem Schmerz um neuropathischen Schmerz oder chronischen Schmerz, kann das Verfahren zum Modulieren des neuronalen und nicht-neuronalen Gewebes der Zielnervenstruktur umfassen: ein Anlegen des elektrischen Signals durch den Benutzer (z. B. einen Arzt oder einen Patienten) als Teil eines vorbestimmten Zeitplans für die Vorsorge und/oder nach Bedarf des Patienten, um einen bedarfsgerechten Bolus für therapeutische Behandlung/Schmerzlinderung bereitzustellen.
Das Verfahren zum selektiven und reversiblen Modulieren von angezieltem neuronalen und nicht-neuralen Gewebe, um die Schmerzwahrnehmung zu hemmen, kann ferner das Messen der Temperatur der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts 100 (z. B. Elektrode 120 Kontaktfläche) und/oder der Temperatur des Patientengewebes benachbart zur Kontaktfläche des Stimulationsgeräts während der Abgabe des elektrischen Signals an einem Temperatursensor 210 umfassen. Die Rückinformationen bezüglich der gemessenen Temperatur werden dem Stimulationsgerät bereitgestellt. Wenn die Rückinformationen angeben, dass die Temperatur der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts über einer Geräteschwellentemperatur liegt und/oder wenn die Temperatur des Gewebes des Patienten über einer Gewebeschwellentemperatur liegt, kann das Stimulationsgerät bzw. die Steuerung oder der Benutzer den Betrieb des Stimulationsgeräts und die Parameter des elektrischen Signals und/oder eines Kühlmechanismus anpassen, um einen Kühleffekt zu erzeugen und die Temperatur an der Kontaktfläche und am Gewebe zu senken. Die Temperatursenkung der Kontaktfläche und/oder des Gewebes des Patienten verhindert eine Beschädigung des Gewebes des Patienten. In einigen Beispielen kann das System einen Kühlmechanismus umfassen, der mit dem Stimulationsgerät 100 und/oder den Elektroden 120 gekoppelt und/oder in diese integriert ist. Wenn die Rückinformationen angeben, dass die Temperatur der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts 100 über einer Geräteschwellentemperatur liegt und/oder wenn die Temperatur des Gewebes des Patienten über einer Gewebeschwellentemperatur liegt, können das Stimulationsgerät 100 bzw. die Steuerung 130 und/oder der Benutzer den Betrieb des Kühlmechanismus aktivieren und steuern, um die Kontaktfläche des Stimulationsgeräts 100 bzw. der Elektrode 120 zu kühlen, wobei das Kühlen der Kontaktfläche eine Schädigung des Gewebes des Patienten verhindert, wenn das elektrische Signal abgegeben wird, während Temperaturen des Gewebes des Patienten unter einer Gewebeschwellentemperatur gehalten werden. Ebenso können das Stimulationsgerät 100 bzw. die Steuerung 130 und/oder der Benutzer den Betrieb des Kühlmechanismus aktivieren und steuern, um die Temperatur der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts 100 bzw. der Elektrode 120 als Reaktion auf Rückinformationen bezüglich der vom Temperatursensor 210 empfangenen gemessenen Temperatur unter einer Schwellentemperatur zu halten.
Nachdem das elektrische Signal abgegeben wurde und die Schmerzwahrnehmung unter Beibehaltung anderer sensorischer und motorischer Funktionen sowie der Propriozeption gehemmt worden ist, können die perkutanen und/oder transkutanen Elektroden 120 entfernt werden. Implantierte Elektroden 120 (falls vorhanden) können unterdessen zur weiteren Verwendung und zur laufenden Behandlung im Körper verbleiben.
Beispiel 1
In diesem Beispiel stimmten körperlich gesunde Probanden, die zuvor aus der Bevölkerung angeworben wurden, mittels vom IRB genehmigten Einwilligungsformularen der Studie zu. Konsumenten von Opioid in hohen Dosen wurden von der Studie ausgeschlossen. Zwei Arten von sensorischen Bewertungen wurden zu mehreren Zeitpunkten für jeden Probanden durchgeführt: 1) mechanische Vibrationstests zur Bewertung der Empfindlichkeit des Probanden gegenüber schmerzfreier Berührungsempfindung und 2) schmerzauslösende elektrische Stimulationstests zur Bewertung der Empfindlichkeit des Probanden gegenüber ausgelösten Schmerzen. Zu Beginn der ersten Sitzung wurden an jedem Bein mechanische Vibrationstests und Bewertungen der schmerzauslösenden elektrischen Stimulation durchgeführt. Diese wurden als Ausgangsbewertungen bezeichnet. Der Proband erhielt dann eine Behandlung unter Verwendung der elektrischen Stimulationswellenform über eine perkutan platzierte Elektrode am linken Bein. Nach der Behandlung wurde die mechanischen Vibrationstests an jedem Bein erneut bewertet. Die Probanden kehrten bei nachfolgenden Besuchen für mechanische Vibrationstests und schmerzauslösende elektrische Stimulationstests zurück.
Mechanischer Vibrationstest: Die Probanden zogen sich Krankenhauskittel an und setzten sich in einen bequemen Stuhl. Das rechte Bein wurde in gerader Position an einem Ständer mit Schaumstoffpolsterung befestigt, um die Bewegung einzuschränken. Ein Vibrationsgerät wurde innerhalb der Aufzweigung des Nervus saphenus in Kontakt mit der Haut gebracht. Anschließend wurden Vibrationsversuche durchgeführt, bei denen dem Probanden eine Folge mit zwei Phasen präsentiert wurden, von denen eine Phase Vibration über das Vibrationsgerät und die andere keine Vibration umfasste. Für jede Studie wurde die Auswahl der Phase, in der die Vibration abgegeben wurde, nach dem Zufallsprinzip bestimmt, und der Proband wurde gebeten, mündlich anzugeben, in welcher Phase er vermutete, dass die Vibration abgegeben wurde. Wählte der Proband die richtige Phase aus, wurde eine weitere Studie durchgeführt, bis die Auswahl für drei aufeinanderfolgende Studien korrekt getroffen wurde, woraufhin die Vibrationsamplitude für die nächste Studie verringert wurde. Wählte der Proband die falsche Phase aus, wurde die nächste Studie mit einer höheren Stimulationsamplitude durchgeführt. Auf diese Weise wurde die Schwellenamplitude basierend auf der kombinierten Leistung aus 3 Sätzen von 50 Versuchen an jedem Bein ermittelt. Die Schwellenamplitude wurde in jeder Sitzung für jedes Bein ermittelt.
Schmerzauslösende elektrische Stimulationstests: Die elektrische Stimulation wurde über klebrige Oberflächenelektroden abgegeben, die über dem Nervus saphenus in der Nähe des Innenknöchels angebracht waren. Die Stimulationsdauer betrug 1 ms für Einzelpulse. Die Stimulationsamplitude wurde allmählich erhöht, bis der Proband erstmalig eine Empfindung wahrnahm. Die Stimulation wurde dann in einer Folge von 9 Impulsen bei 500 Hz abgegeben und die Stimulationsamplitude allmählich erhöht, bis der Proband einen Übergang von einer schmerzfreien Empfindung zu einer schmerzenden Empfindung wahrnahm. Die Schmerzschwelle wurde sowohl über aufsteigende als auch absteigende Grenztests ermittelt und die durchschnittliche Schmerzschwelle für diese Sitzung dokumentiert. Diese Schwelle wurde in jeder Sitzung für jedes Bein ermittelt.
Elektrische Stimulationsbehandlung: Die elektrische Stimulationsbehandlung wurde für jeden Probanden in einer einzigen Behandlung nur am linken Bein durchgeführt. Nach dem mechanischen Vibrationstest zur Ausgangslage und dem schmerzauslösenden elektrischen Stimulationstest zur Ausgangslage wurde der Proband auf die Durchführung der elektrischen Stimulationsbehandlung vorbereitet.
Der Proband wurde auf einen Operationstisch gelegt und die Haut wurde an einer Stelle über dem Nervus saphenus mehrere Zentimeter distal und medial zur Tuberositas tibiae präpariert. Eine Oberflächen-Gegenelektrode wurde auf dem kontralateralen Bein über den Musculus gastrocnemius platziert. Ultraschall wurde verwendet, um den Nervus saphenus zu ermitteln, und eine Hochfrequenzsonde (Gauge 22; 4 mm freiliegende Spitze) wurde durch die Haut eingeführt. Die Position der aktiven Spitze der Hochfrequenzsonde wurde manipuliert, während die Stimulation (1 ms Dauer, 2 Hz) mit zunehmend niedrigeren Amplituden abgegeben wurde. Die Manipulation der Sondenposition wurde durchgeführt, bis eine sensorische Schwelle von weniger als 0,2 V erreicht wurde.
Die elektrische Stimulationsbehandlung wurde dem Probanden dann 240 s lang bei 2 Hz und 20 ms zugeführt. Die Amplitude der Stimulation wurde in Echtzeit eingestellt, um eine Sondenspitzentemperatur von 42 °C aufrechtzuerhalten. Nach Abschluss der Stimulation wurde die Sonde entfernt und der Proband erneut einem mechanischen Vibrationstest und einem schmerzauslösenden elektrischen Stimulationstest unterzogen, der als Besuch 0 bezeichnet wird.
Die Probanden kehrten bei nachfolgenden Besuchen zur Nachbewertung zurück. Die Vibrationsschwellen wurden über die Zeit aufgetragen, um die Wirkung der elektrischen Stimulationsbehandlung auf die Berührungsempfindung, wie beispielsweise die Empfindung, die über myelinisierte Fasern mit großem Durchmesser übertragen wird, zu bewerten. Die Schmerzschwellen wurden auf den Ausgangswert normiert und über die Zeit aufgetragen, um die Wirkung der elektrischen Stimulationsbehandlung auf die schmerzende Empfindung, die beispielsweise durch Fasern mit kleinem Durchmesser übertragen wird, zu bewerten.
10 stellt die normierten Schmerzschwellen im Zeitverlauf für fünf Probanden dar, die elektrische Stimulationsbehandlungen mit einer Dauer von jeweils 240 s erhielten. Die grüne Linie zeigt die durchschnittliche Reaktion auf lokale Analgetika wie Lidocain oder Bupivacain, die für einen Zeitraum von weniger als einem Tag Schmerzfreiheit verursachen. Eine Erhöhung der Schmerzschwellen war bei allen Probanden erkennbar, was auf eine verminderte Schmerzempfindlichkeit hinweist. Die Rückkehr zum Ausgangswert war sieben Tage nach dem Eingriff offensichtlich.
11 stellt die mechanischen Vibrationsschwellen über die Zeit für dieselben fünf Probanden dar (elektrische Stimulationsbehandlungen mit einer Dauer von je 240 s). Es war keine systematische Änderung der mechanischen Vibrationsschwellen festzustellen, was auf eine Selektivität der Behandlung in Bezug auf die Schmerzempfindung schließen lässt. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse einer klinischen Untersuchung außerdem keine sensorischen Defizite am behandelten Bein an.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die elektrische Stimulationsbehandlung die Schwelle der Schmerzwahrnehmung über einen behandelten Nerv bei vollständiger Reversibilität innerhalb von 7 Tagen nach der Behandlung selektiv und reversibel erhöht.
BEISPIELHAFTES RECHENSYSTEM
Zwar wurden die Verfahren und Systeme in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen und spezifischen Beispielen beschrieben, es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass der Anwendungsbereich auf die dargelegten konkreten Ausführungsformen beschränkt ist, da die Ausführungsformen hier in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu verstehen sind.
Wie hierin verwendet, kann „Rechengerät“ eine Vielzahl von Computern umfassen. Die Computer können eine oder mehrere Hardwarekomponenten beinhalten, wie beispielsweise einen Prozessor, ein RAM-Modul (Random Access Memory), ein ROM-Modul (Read-only Memory - Nur-Lese-Speicher), einen Speicher, eine Datenbank, eine oder mehrere Ein-/Ausgabe- (E/A-) Geräte und eine Schnittstelle. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Steuerung eine oder mehrere Softwarekomponenten beinhalten, wie beispielsweise ein computerlesbares Medium mit computerausführbaren Anweisungen zur Durchführung eines Verfahrens, das mit den beispielhaften Ausführungsformen verbunden ist. Es wird in Betracht gezogen, dass eine oder mehrere der oben aufgeführten Hardwarekomponenten unter Verwendung von Software implementiert sein können. Beispielsweise kann der Speicher eine Softwarepartition umfassen, die einer oder mehreren anderen Hardwarekomponenten zugeordnet ist. Es versteht sich, dass die oben aufgeführten Komponenten nur beispielhaft sind und nicht als beschränkend aufzufassen sind.
Der Prozessor kann einen oder mehrere Prozessoren umfassen, die jeweils so eingerichtet sind, dass sie Anweisungen ausführen und Daten verarbeiten, um eine oder mehrere Funktionen auszuführen, die einem Computer zum Indizieren von Bildern zugeordnet sind. Der Prozessor kann kommunikativ mit RAM, ROM, Speicher, Datenbank, E/A-Geräten und Schnittstelle verbunden sein. Der Prozessor kann eingerichtet sein, um Sequenzen von Computerprogrammbefehlen auszuführen, um verschiedene Prozesse auszuführen. Die Computerprogrammbefehle können zur Ausführung durch den Prozessor in den RAM geladen werden. Wie hier verwendet, bezieht sich „Prozessor“ auf ein physisches Hardwaregerät, das codierte Anweisungen zum Ausführen von Funktionen an Eingaben und zum Erstellen von Ausgaben ausführt.
Ein Prozessor kann ein Mikrocontroller, Mikroprozessor oder eine Logikschaltung wie ASIC (Application Specific Integrated Circuit), CPLD (Complex Programmable Logic Device), FPGA (Field Programmable Gate Array), oder eine andere programmierbare integrierte Logikschaltung sein. In einigen Ausführungsformen ist ein Prozessor eingerichtet, um Anweisungen auszuführen, die in einem Speicher des Geräts gespeichert sind.
RAM und ROM können jeweils ein oder mehrere Geräte zum Speichern von Informationen umfassen, die dem Betrieb des Prozessors zugeordnet sind. Beispielsweise kann der ROM eine Speichervorrichtung enthalten, die eingerichtet ist, um auf Informationen zuzugreifen und diese zu speichern, die der Steuerung zugeordnet sind, einschließlich Informationen zum Identifizieren, Initialisieren und Überwachen des Betriebs von einem oder mehreren Komponenten und Subsystemen. Der RAM kann eine Speichervorrichtung zum Speichern von Daten enthalten, die einer oder mehreren Operationen des Prozessors zugeordnet sind. Beispielsweise kann das ROM Anweisungen zur Ausführung durch den Prozessor in den RAM laden.
Der Speicher kann jede Art von Massenspeichergerät umfassen, die eingerichtet ist, um Informationen zu speichern, die der Prozessor möglicherweise benötigt, um Prozesse gemäß den offenbarten Ausführungsformen auszuführen. Zum Beispiel kann der Speicher eine oder mehrere magnetische und/oder optische Plattenvorrichtungen enthalten, wie zum Beispiel Festplatten, CD-ROMs, DVD-ROMs oder jede andere Art von Massenmediengerät.
Die Datenbank kann eine oder mehrere Software- und/oder Hardwarekomponenten umfassen, die zusammenarbeiten, um von der Steuerung und/oder dem Prozessor verwendete Daten zu speichern, zu organisieren, zu sortieren, zu filtern und/oder anzuordnen. Beispielsweise können in der Datenbank Hardware- und/oder Softwarekonfigurationsdaten gespeichert sein, die mit Eingabe-Ausgabe-Hardwaregeräten und Steuerungen assoziiert sind, wie hier beschrieben. Es wird in Betracht gezogen, dass in der Datenbank zusätzliche und/oder andere Informationen als die oben aufgeführten gespeichert sein können.
E/A-Geräte können eine oder mehrere Komponenten umfassen, die eingerichtet sind, um Informationen mit einem den Steuerungen zugeordneten Benutzer zu kommunizieren. Beispielsweise können E/A-Geräte eine Konsole mit integrierter Tastatur und Maus umfassen, damit ein Benutzer eine Bilddatenbank verwalten, Zuordnungen aktualisieren und auf digitale Inhalte zugreifen kann. E/A-Geräte können auch eine Anzeige mit einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) zur Ausgabe von Informationen auf einem Bildschirm beinhalten. E/A-Geräte können auch Peripheriegeräte wie beispielsweise einen Drucker zum Drucken von Informationen, die der Steuerung zugeordnet sind, ein benutzerzugängliches Laufwerk (z. B. ein USB-Anschluss, ein Disketten-, CD-ROM- oder DVD-ROM-Laufwerk usw.), damit ein Benutzer Daten eingeben kann, die auf einem tragbaren Mediengerät gespeichert sind, ein Mikrofon, ein Lautsprechersystem oder eine andere geeignete Art von Schnittstellengerät umfassen.
Die Schnittstelle kann eine oder mehrere Komponenten umfassen, die zum Übertragen und Empfangen von Daten über ein Kommunikationsnetzwerk wie beispielsweise das Internet, ein lokales Netzwerk, ein Peer-to-Peer-Netzwerk für Workstations, ein Direktverbindungsnetzwerk, ein drahtloses Netzwerk oder eine andere geeignete Kommunikationsplattform eingerichtet sind. Beispielsweise kann die Schnittstelle einen oder mehrere Modulatoren, Demodulatoren, Multiplexer, Demultiplexer, Netzwerkkommunikationsgeräte, drahtlose Geräte, Antennen, Modems und jeden anderen Gerätetyp enthalten, der eingerichtet ist, um die Datenkommunikation über ein Kommunikationsnetzwerk zu ermöglichen.
Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, ist es in keiner Weise beabsichtigt, dass ein hier dargelegtes Verfahren so ausgelegt wird, dass seine Schritte in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden müssen. Wenn ein Verfahrensanspruch nicht explizit eine Reihenfolge angibt, in der seine Schritte ablaufen sollen, oder wenn in den Ansprüchen oder Beschreibungen nicht ausdrücklich angegeben ist, dass die Schritte auf eine bestimmte Reihenfolge beschränkt sein sollen, ist es in keiner Weise beabsichtigt, dass eine Reihenfolge abgeleitet wird. Dies gilt für alle möglichen nicht ausdrücklichen Auslegungsgrundlagen, einschließlich: logische Fragen in Bezug auf die Anordnung von Schritten oder den Betriebsablauf; klare Bedeutung, die sich aus der grammatikalischen Struktur oder Interpunktion ergibt; die Anzahl oder Art der in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen.
In dieser gesamten Anmeldung kann auf verschiedene Veröffentlichungen verwiesen werden. Die Offenbarungen dieser Veröffentlichungen in ihrer Gesamtheit werden hiermit durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen, um den Stand der Technik, auf den sich die Verfahren und Systeme beziehen, vollständiger zu beschreiben.
Fachleuten wird klar sein, dass verschiedene Änderungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang oder Geist abzuweichen. Andere Ausführungsformen werden für den Fachmann aus der Betrachtung der hier offenbarten Beschreibung und Praxis ersichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei der wahre Umfang und Geist durch die folgenden Ansprüche angegeben wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62776908 [0001]
US 62403876 [0174]
US 15501450 [0178]

Claims

Folgendes wird beansprucht:
System zum selektiven und reversiblen Modulieren von angezieltem neuronalen und nicht-neuronalen Gewebe einer Nervensystemstruktur (z. B. zur Behandlung eines medizinischen Zustands eines Patienten), das System umfassend: ein elektrisches Stimulationsgerät mit einer oder mehreren Elektroden (z. B. mit einer Größen-, Form- und Kontaktoberflächenkonfiguration, die geeignet ist, eine elektrische Stimulation an die Nervensystemstruktur abzugeben) (z. B. monopolar oder bipolar) (z. B. eine einzelne Elektrode oder eine Anordnung von Elektroden), die eine elektrische Stimulation an eine Behandlungsstelle in der Nähe des angezielten neuronalen und nicht-neuronalen Gewebes der Nervensystemstruktur abgibt; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um eine Verbindung mit der einen oder den mehreren Elektroden des elektrischen Stimulationsgeräts und einer Stromquelle zum Zuführen elektrischer Energie zu der einen oder den mehreren Elektroden herzustellen, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um den Betrieb des elektrischen Stimulationsgeräts (z. B. über einen stromgeregelten, spannungsgeregelten, leistungsgeregelten und/oder temperaturgeregelten Betrieb) zu lenken und die elektrische Stimulation über die eine oder mehreren Elektroden auf die Behandlungsstelle anzuwenden, und wobei die Anwendung der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv moduliert, dabei Schmerzen hemmt und andere sensorische und motorische Funktionen sowie die Propriozeption bewahrt.
System nach Anspruch 1, wobei eine einzelne Anwendung der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe selektiv moduliert, was zu einer anschließenden Hemmung von Schmerzen führt (z. B. für einen Zeitraum von etwa 1 Tag bis etwa 30 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 30 Tagen bis etwa 60 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 60 Tagen bis etwa 90 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 90 Tagen bis etwa 120 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 120 Tagen bis etwa 150 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 150 Tagen bis etwa 180 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 180 Tagen bis etwa 270 Tagen, für einen Zeitraum von etwa 270 Tagen bis etwa 365 Tagen).
System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Anwendung der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe (z. B. selektiv und/oder reversibel) moduliert und dabei die Nervensignalübertragung durch Nervenfasern hemmt, die für die Übertragung von Schmerzen (und z. B. für die Übertragung von Thermozeption, autonomer Aktivität und/oder viszeraler Funktion) verantwortlich sind, wobei Nervensignalübertragung durch Nervenfasern, die für andere sensorische und motorische Funktion verantwortlich ist, und die Propriozeption erhalten bleibt, und wobei die andere sensorische Funktion ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tastsinn, Sehvermögen, Hörfähigkeit, Geschmackssinn und Geruchssinn.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die eine oder mehreren Elektroden so eingerichtet sind (z. B. in geeigneter Größe und Form), dass sie an die Nervensystemstruktur angrenzen, die einen peripheren Nerv, einen Hirnnerv, ein Ganglion, einen autonomen Nerv, einen Plexus und/oder ein Rückenmark umfasst (z. B. wobei das Ganglion ein Spinalganglion, ein Sympathikusganglion, ein Parasympathikusganglion, ein Ganglion pterygopalatinum und/oder ein Ganglion Gasseri umfasst).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Nervensystemstruktur einen Nerv oder ein Ganglion (z. B. einen Hirnnerv, einen autonomen Nerv, einen Plexus und ein Rückenmark) mit einem Durchmesser von größer als etwa 2,5 mm umfasst, wobei mindestens eine der einen oder mehreren Elektroden eine Größe und Form und eine Kontaktflächenkonfiguration (z. B. eine Oberfläche im Bereich von 1 mm² bis etwa 100 mm²) aufweist, die ausreicht, um eine elektrische Stimulation an den Nerv oder das Ganglion abzugeben (z. B. wobei die Steuerung eingerichtet ist, um eine geeignete Wellenform zu erzeugen, die die elektrische Stimulation bildet, um das angezielte neuronale und nicht-neuronale Gewebe der Nervensystemstruktur (z. B. selektiv und/oder reversibel) zu modulieren).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anwendung der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle die Nervensignalübertragung durch eine myelinisierte Aδ-Faser und/oder eine unmyelinisierte C-Faser, die in dem peripheren Nerv bereitgestellt sind, selektiv hemmt, während die Nervensignalübertragung durch die Aß-Fasern, Aa-Fasern und/oder motorischen Fasern erhalten bleibt, wobei die Anwendung der elektrischen Stimulation auf die Behandlungsstelle selektiv die Nervensignalübertragung durch eine myelinisierte Aδ-Faser und/oder eine unmyelinisierte C-Faser, die in dem peripheren Nerv bereitgestellt wird, hemmt, während die Nervensignalübertragung durch die Aß-Fasern, Aa-Fasern und/oder motorischen Fasern in einem benachbarten Nerv oder benachbarten Nervenfaserbündel erhalten bleibt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuerung einstellbar ist, um die elektrische Stimulation (z. B. einen Parameter der elektrischen Stimulation) basierend auf einer gemessenen Rückwirkung zu variieren, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: gemessene Hemmung von Nervensignalübertragung, gemessene Temperatur (z. B. an der Behandlungsstelle, an einer oder mehreren Elektroden oder einem Abschnitt davon, an dem elektrischen Stimulationsgerät, an der Haut des Patienten), Input von dem Patienten (z. B. Input bezüglich Schmerzen), eine Rückwirkung, die mindestens einem der einstellbaren Parameter entspricht, eine Behandlungseinstellung, die einem Erholungszeitverlauf zugeordnet ist, eine Elektrodenkontaktimpedanz, ein im Gewebe erzeugtes elektrisches Feld, eine physiologische Reaktion des Patienten (z. B. Blutfluss, Hautleitwert, Herzfrequenz, Muskelaktivität (z. B. wie Elektromyographie)) und eine Kombination davon.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuerung einstellbar ist, um mindestens einen Parameter der elektrischen Stimulation zu variieren, um die Nervensignalübertragung durch entweder i) die myelinisierten Aδ-Fasern und/oder die unmyelinisierten C-Fasern oder ii) einen großen Nerv oder ein großes Ganglion oder eine große neuronale Struktur (z. B. ein Hirnnerv, ein Ganglion, ein autonomer Nerv, ein Plexus, ein Rückenmark, ein Spinalganglion, ein Sympathikusganglion, ein Parasympathikusganglion, ein Ganglion pterygopalatinum, ein Ganglion Gasseri) zu modulieren (z. B. selektiv zu hemmen und/oder reversibel zu hemmen), wobei der mindestens eine Parameter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Wellenform, einer Wellenformfrequenz, einer Wellenformamplitude, einer Wellenformhüllkurvendauer, einer an der einen oder den mehreren Elektroden erzeugten elektrischen Feldstärke (z. B. gemessen an der Elektrode oder an der Behandlungsstelle), einem Wellenform-Gleichstromoffset, einem Wellenform-Tastverhältnis, einer Gewebetemperatur, einem Kühlmechanismusparameter (z. B. Kühlrate, Kühlmittel-Durchflussrate, Kühlmitteldruck, gemessene Temperatur an der Behandlungsstelle oder an einem Abschnitt des Kühlmechanismus) und einer Behandlungsdauer.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuerung einstellbar ist, um an der Behandlungsstelle eine elektrische Stimulation mit einer Frequenz abzugeben, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus etwa 100 kHz, etwa 200 kHz, etwa 300 kHz, etwa 400 kHz, etwa 500 kHz, etwa 600 kHz, etwa 700 kHz, etwa 800 kHz, etwa 900 kHz und etwa 1 MHz, wobei die an der Behandlungsstelle abgegebene elektrische Stimulation umfasst: einen Amplitudenbereichzwischen etwa 5 mA (z. B. Spitze-zu-Mitte, entsprechend 10 mA Spitze-zu-Spitze) und etwa 1,25 A (Spitze-zu-Mitte, entsprechend 2,5 A Spitze-zu-Spitze), einen Amplitudenbereich zwischen etwa 10 V und etwa 500 V (Spitze-zu-Mitte, entsprechend 20 bis 1000 V Spitze-zu-Spitze), einen Leistungsbereich zwischen etwa 0,1 W und etwa 1250 W und eine elektrische Feldstärke an der Zielstelle und/oder an der einen oder den mehreren Elektroden zwischen etwa 20 kV/m und etwa 2000 kV/m.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die eine oder mehreren Elektroden bemessen und/oder geformt sind (z. B. weist ein elektrischer Kontakt der Elektrode eine Oberfläche im Bereich von etwa 1 mm² bis etwa 100 mm² auf), um das elektrische Feld zu maximieren und auf die Nervensystemstruktur zu lenken. wobei die eine oder mehreren Elektroden mindestens zwei elektrische Kontakte umfassen (z. B. wobei die mindestens zwei elektrischen Kontakte eingerichtet sind, um während der Behandlung in der Nähe der Nervensystemstruktur positioniert zu werden) (z. B. wobei die Steuerung eingerichtet ist, um jeden der mindestens zwei elektrischen Kontakte unabhängig (z. B. multipolar, um Strom des resultierenden elektrischen Feldes zu lenken) zu betreiben), wobei jeder der elektrischen Kontakte eine Länge von zwischen etwa 1 und 50 mm aufweist (z. B. vorzugsweise zwischen etwa 2 mm und etwa 20 mm Länge, zwischen etwa 2 mm und etwa 15 mm Länge oder etwa 5 mm und 10 mm Länge).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend: einen Temperatursensor (z. B. Thermistor, Thermoelement), der mit dem Stimulationsgerät gekoppelt ist, zum Messen einer Temperatur von i) einer Kontaktfläche des Stimulationsgeräts und ii) dem Gewebe des Patienten angrenzend an die Kontaktfläche oder Elektrode, wobei der Temperatursensor mit der Steuerung gekoppelt ist und thermische Rückinformationen bezüglich einer gemessenen Temperatur liefert, einen Kühlmechanismus, der eingerichtet ist, um einen Kühleffekt an der Behandlungsstelle (z. B. Kontaktfläche des Stimulationsgeräts) bereitzustellen, wobei die Steuerung einstellbar ist, um mindestens einen Parameter der elektrischen Stimulation (z. B. durch die Steuerung oder durch den Benutzer) als Reaktion auf die von dem Temperatursensor empfangene thermische Rückinformation zu variieren (z. B. um eine Temperatur der Kontaktfläche einzustellen und die Temperatur des Gewebes des Patienten unter einer destruktiven Gewebetemperatur zu halten und/oder die Temperatur der Kontaktfläche des Stimulationsgeräts unter der destruktiven Gewebetemperatur zu halten), wobei der Kühleffekt eine Schädigung (z. B. durch Vorkühlung oder Aufrechterhaltung der Temperatur, wenn die elektrische Stimulation abgegeben wird) an der Behandlungsstelle verhindert (z. B. durch Halten von Temperaturen des Gewebes des Patienten unterhalb einer destruktiven Gewebetemperatur).