DE60128124T2 - Energieeffiziente elektrische stimulation - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren für eine Nervenanregung oder Nervenreizung und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf Gehörprothesen.
• Tragbare medizinische Vorrichtungen, die sich auf eine gespeicherte Energieversorgung stützen, weisen eine gemeinsame Dynamik auf. Nachdem die mögliche und gewünschte Funktionalität der Vorrichtungen verbessert wird, erhöht sich damit allgemein auch die Anforderungen an die Leistung. Folglich wird die Lebensdauer pro Aufladung oder pro Zelle vermindert, was sich nicht nur auf die Kosten für den Betreiber auswirkt, sondern ebenso das Risiko erhöht, dass eine Vorrichtung in einer unangenehm kurzen Zeit erschöpft ist.
• Auf dem Gebiet von kochlearen Implantaten wird dieses Ereignis noch zusätzlich durch den Trend zu einer einzelnen, hinter dem Ohr befindlichen, austauschbaren Einheit verschärft, welche vorher eine am Kopf angeordnete Einheit war und eine separate Sprachprozessoreinheit am Körper getragen wurde. Das verfügbare Volumen und das Gewicht für die Energieversorgung sind dabei entsprechend vermindert. Erhöhte Leistungsanforderungen, um eine verbesserte Funktionalität bereit zu stellen, erzeugt die Notwendigkeit, den Wirkungsgrad von Sprachbearbeitungsstrukturen und Reizsätzen zu betrachten, um eine maximale Batterielebensdauer zu erzielen.
• Im Fall des Innenohrimplantates ist festgestellt worden, dass bei gleichzeitigem oder kurz aufeinander folgendem Eintreffen die Wahrnehmung des Patienten sich nicht wesentlich davon unterscheidet, wenn lediglich der erste Reiz zur Verfügung gestellt wird. Beispielsweise wird eine herkömmliche Mehrelektrodeninnenohr-Elektrodenanordnung betrachtet. Falls ein Reiz mit großer Amplitude an einer Elektrode eingeht und gleichzeitig ein Reiz mit kleiner Amplitude an der nächsten Elektrode eingeht, wird in vielen Fällen der Betreiber nicht in der Lage sein zu unterscheiden, ob der kleinere Reiz auch eingegangen ist oder nicht, was damit bezeichnet wird, dass dieser durch den größeren Reiz maskiert oder verdeckt ist. Durch weitere Umstände können unterschiedliche Nervenwahrnehmungen maskiert oder abgedeckt werden. Maskierungserscheinungen sind in der technischen Literatur verschiedentlich behandelt worden.
• Der Stand der Technik entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird offenbart in der US-A-4532930, welche insbesondere ein System offenbart, welches eine Reizerzeugungsvorrichtung umfasst zur Erzeugung von Reizsätzen, wobei die Reizsätze zur Zuführung an eine Elektrodenanordnung gedacht sind zur funktionellen Darstellung von Reizen an Nervenstrukturen, wobei jeder Reizsatz auf eine oder mehrere Anregungsperioden bezogen ist und worin die Anordnung weiterhin ein Bearbeitungsmittel aufweist.
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Anordnung, um zumindest einen der oben angeführten Nachteile zu beseitigen.
• Entsprechend beschreibt die Erfindung eine Nervenanregung, welche charakterisiert ist durch das Bearbeitungsmittel, welches Mittel zur Analyse für jeden Reizsatz aufweist unter Einsatz eines vorbestimmten Anweisungssatzes, um Einflussgrößen, welche anzeigen, ob ein Maskierungseinfluss wahrscheinlich ist, festzulegen und zur Änderung des Reizsatzes, falls festgestellt wird, dass ein Maskierungseffekt voraussichtlich auftritt.
• Die vorliegende Erfindung stellt allgemein einen Plan zur Verfügung, in welchem Maskierungseffekte berücksichtigt sind, wenn festgelegt wird, welche Reize gerade beim Patienten eingehen. Dies kann auf verschiedene Art und Weise ausgeführt werden. So kann nach dem ein Satz von Reizanweisungen erzeugt ist, dieser Satz mit einer Tabelle einer Datenbasis vergli chen und geprüft werden. Diese Tabelle beinhaltet Kombinationen von Reizen, welche im Voraus klinisch für diesen Patienten bestimmt wurden, um Maskierungseffekte darzustellen. Ein zweiter Reiz wird in diesem Fall unterdrückt.
• Eine weitere Ausgestaltung besteht in einem theoretischen Modell für Maskierung und kann zusätzlich oder anstelle der Tabelle einer Datenbasis eingesetzt werden.
• In einer weiteren Ausgestaltung kann der Reizsatz einen einzigen Reiz umfassen, wobei lediglich die variablen Parameter, die für den Typ des Reizes relevant sind, zu nennen sind.
• In entsprechend geeigneten Vorrichtungen kann dies die Zeitsteuerung umfassen, die Wellenform, die Frequenz, den Strom, die Spannung, die Phase, die Amplitude und die Elektrodenpositionierung oder es können weitere Faktoren gefordert sein.
• Der Anweisungssatz berücksichtigt in diesem Fall vorzugsweise die Reize, welche vorab eingegangen sind zur Bestimmung, ob ein Maskierungseffekt voraussichtlich auftritt oder nicht.
• In einer weiteren Ausgestaltung kann der Reizsatz eine Mehrzahl von Reizen umfassen mit Variablen wie sie oben beschrieben sind. In diesem Fall wird der Anweisungssatz zusätzlich oder anstelle der Reizsätze, vor allem die Analyse der verschiedenen Reize im Verhältnis zueinander analysieren.
• Die Reizerzeugungsvorrichtung kann in einer Einheit oder in physikalisch getrennten Teilen realisiert werden. Beispielsweise kann im Fall eines kochlearen Implantates sowohl ein externer Sprachprozessor, als auch eine implantierte Vorrichtung umfassen, lediglich den Sprachprozessor oder lediglich eine implantierte Vorrichtung, umfassen, in Abhängigkeit von der gewünschten Festlegung der Bearbeitungskapazität. Der Anweisungssatz kann in einem getrennten Verfahren implantiert werden oder innerhalb des Prozessors integriert sein, welcher den Reizsatz erzeugt.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung wird, falls die Analyse eine Wahrscheinlichkeit einer Maskierung anzeigt, diese Maskierung einfach außer Acht gelassen. Bei einem System wie einem kochlearen Implantat, wo die Reize an einer Vielzahl von Elektroden abwechselnd aufgelegt werden – beispielsweise an unterschiedlicher Elektrode – kann ein alternativer Reiz ersetzt werden. Beispielsweise kann der nächste hauptsächliche Tonkanal als Basis für die Anregung ausgewählt werden.
• Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Maskierungswirkungen als Indikator für verlorene Anregungsleistung herangezogen werden können, da, obwohl der Reiz dem Patienten zugeführt wird, der Patient nicht jede verbesserte Wahrnehmung als Ergebnis des Reizes bewertet. Entsprechend wird ein Teil der Anregungsenergie schlicht vergeudet.
• Bevorzugte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.
• Eine bevorzugte Ausgestaltung wird im Folgenden anhand der Bezugnahme auf die 1 bis 2 der begleitenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben, worin folgendes dargestellt ist.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen inner-kochlearen Implantatsystems; und
• 2 zeigt ein Blockdiagramm, welches den Betrieb einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems wiedergibt.
• Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf eine Sprachprozessoreinheit für ein kochleares Implantatsystem beschrieben. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die vorliegende Erfindung auch Anwendung in anderen Nervenreiz- oder Nervenan regungssystemen findet, wo das Maskierungsphänomen relevant sein kann.
• Unter Bezug auf 1 wird eine typische kochleare Implantatvorrichtung gezeigt. Die externe Komponente umfasst einen Sprachprozessor 1 und ein Mikrofon 2.
• Der Sprachprozessor ist in dieser bildlichen Darstellung derart aufgebaut und angeordnet, dass er hinter dem Ohr 11 eingepasst werden kann. An dem Sprachprozessor 1 ist eine Übertragungsspule 3 angebracht, welche die elektrischen Signale zu der implantierten Einheit 5 über eine RF-Verbindung 4 übermittelt.
• Der implantierte Bestandteil 5 beinhaltet eine Empfangsspule 6 zum Empfang von Energie und von Daten von der Spule 3. Ein Kabel 7 erstreckt sich von der implantierten Vorrichtung 5 zu der Kochlea 12 und reicht bis in eine Elektrodenanordnung 10. Die derart empfangenen Signale werden auf die Anordnung 10 für die Basilarmembran 8 gelegt, womit der Hörnerv angeregt wird. Die Funktion der Vorrichtung entsprechend 1 wird beispielsweise beschrieben in der US-Patentschrift Nr. 4532930 beschrieben.
• Somit stellt die RF-Verbindung, welche ihrerseits über den Sprachprozessor 1 mit Energie versorgt wird, Energie und Daten für die implantierte Vorrichtung 6 bereit. Der Sprachprozessor bearbeitet darüber hinaus Tonsignale, welche mittels des Mikrofons 2 empfangen werden, um geeignete Anweisungen für die Anregung zu der implantierten Vorrichtung 6 zu senden. Die genauen Einzelheiten für die Sprachbearbeitung beziehen sich nicht notwendigerweise auf die vorliegende Erfindung und sind dem Fachmann üblicherweise bekannt. Jede geeignete Sprachbearbeitungsstrategie kann in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
• Das Blockdiagramm entsprechend 2 stellt eine Umsetzung der vorliegenden Erfindung auf schematische Weise dar.
• Tonsignale werden mittels des Mikrofons 20 erfasst und in einer vorbestimmte Anzahl von Frequenzkanälen mittels Filter 21 bearbeitet. Die Ausgabe des Filters 21 stellt einen Satz von Signalamplituden pro Kanal 22 dar. Der Prozessor 23 wählt in einfacher Weise bestimmte Kanäle als die Basis für die Anregung aus, basierend auf der Amplitude oder anderer Einflussgrößen. Ein Satz von Reizanweisungen für eine implantierte Empfangsreizeinheit 28 wird damit hergestellt.
• Diese Anweisungen weisen zumindest die Elektrode oder Elektroden auf, die anzuregen sind und die Amplitude des aufzubringenden Reizes. Das Verfahren ist soweit konventionell.
• Eine Prüfung der Maskierung umfasst einen Vergleich von jeweils zwei aufeinander folgenden oder mehreren Reizen mit der Nachschlagetabelle, um festzustellen, ob diese mit einer vorbestimmten Maskierungsregel in der Nachschlagetabelle 26 übereinstimmen.
• Die unten angeführte Tabelle bietet einen Satz von minimal unmaskierten Pegeln an – das heißt, für eine Elektrode n der Pegel, welcher nicht verdeckt werden wird, als eine Funktion des Reizpegels, welcher auf die weiteren Elektroden aufgebracht wurde, innerhalb der vorausgehenden 2 ms. Die Elektrodenspalte listet die Elektroden in einer Anordnung von maximal n-Elektroden auf. Jeder Eingang M ist mit dem Minimum Anregungspegel (Amplitude) für die Elektrode n verbunden, was ein sofortiges Ansprechen auf einen Reiz der entsprechenden Elektrode hervorrufen wird, ausgedrückt durch Werte zwischen Sollwert (T) und maximalkomfortablen (c) Pegeln. Es kann davon ausgegangen werden, dass T- und c-Pegel üblicherweise während der Einrichtung eines Sprachprozessors bestimmt werden.
• Minimal unmaskierte Pegel

  
• Das Ausgangssignal der Maskierungsprüfung ist somit der Reizsatz, in dem die maskierten oder abgedeckten Reize ausgeschlossen sind. Dieser wird dann auf konventionelle Weise, beispielsweise über eine RF-Verbindung zu der implantierten Empfangs-/Anregungseinheit übertragen, welche wiederum in herkömmlicher Weise funktioniert.
• Varianten und Zusätze in Verbindung mit der Erfindung sind für den Fachmann in einem breiten Rahmen auf der Grundlage der begleitenden Patentansprüche zu betrachten.

Claims (8)

1. Nervenanregungsvorrichtung, welche eine Reizerzeugungsanordnung (1, 2, 3) zur Erzeugung von Reizsätzen aufweist, wobei die Reizsätze zur Bereitstellung an einer Elektrodenanordnung (10) vorgesehen sind, zum Anbieten der Reize im Betrieb an Nervenstrukturen und jeder Reizsatz einen Bezug zu einer oder mehreren Anregungsperioden aufweist, worin die Anordnung weiterhin ein Bearbeitungsmittel (23) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Bearbeitungsmittel Mittel zur Analyse eines jeden Reizsatzes unter Einsatz eines vorbestimmten Anweisungssatzes umfasst, um Einflussgrößen festzulegen, welche einen wahrscheinlichen Maskierungseffekt anzeigen, und zur Änderung des Reizsatzes, falls feststeht, dass ein Maskierungseffekt voraussichtlich auftritt.
2. Nervenanregungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung weiterhin Mittel zur Erfassung von Maskierungseffekten (25) und zur Änderung des Reizsatzes für eine oder mehrere Zeitabschnitte aufweist, falls Maskierungseffekte erfasst werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin der vorbestimmte Anweisungssatz auf Reize von vorausgehenden Zeitabschnitten anspricht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der vorbestimmte Anweisungssatz auf die ausgewählten Elektroden anspricht, welche durch Reizsatz bestimmt sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin, falls der vorbestimmte Anweisungssatz bestimmt, dass ein Reiz maskiert wird, der Reiz aus dem Reizsatz entfernt wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin, falls der vorbestimmte Anweisungssatz bestimmt, dass ein Reiz maskiert wird, der Reiz aus dem Reizsatz entfernt wird und ein alternativer Reiz zu diesem Reizsatz hinzugefügt wird.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Nervenanregung eine kochleare Anregung darstellt, und dass die Vorrichtung eine implantierte Komponente (5) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der vorbestimmte Anweisungssatz auf eine Tabelle (26) von hinterlegten Reizen anspricht, welche voraussichtlich maskiert werden.