DE69722782T2

DE69722782T2 - Vorrichtung zur stimulation von lebendem gewebe und entsprechende aufzeichnung

Info

Publication number: DE69722782T2
Application number: DE69722782T
Authority: DE
Inventors: William Gary KING
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2017-03-29
Also published as: DE69722782D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein implantierbares System zum Stimulieren elektrisch erregbaren Gewebes innerhalb eines Patienten und das Aufzeichnen von Potentialen von diesem Gewebe in dem Patienten.
Es ist häufig bei der Rückenmarkstimulation oder tiefen Gehirnstimulation zur Schmerzlinderung oder zur Kontrolle von Bewegungsstörungen wünschenswert, daß sich an einer Stimulationsleitung zahlreiche Stimulationselektroden befinden, um eine oder mehrere Kathoden und eine oder mehrere Anoden an optimalen Orten anzuordnen, um Vorteile zu erzielen oder unerwünschte Nebenwirkungen zu minimieren. Implantierte Systeme verwenden aktuell eine bis drei Leitungen und weisen eine bis sechzehn Stimulationselektroden auf. Diese Systeme müssen typischerweise bis zu 20 Milliampere an Strom oder mehr übertragen, wobei Stromdichten von 10 Mikrocoulomb je Quadratzentimeter je Phase oder mehr auftreten. Daher ist jede Elektrode mit einem ziemlich großen Leiter verbunden, um Energieverluste infolge der Impedanz zu minimieren und eine angemessene Stärke zum Verbinden des Drahts mit einer Leistungsquelle ohne ein erhebliches Bruchrisiko bereitzustellen. Die meisten aktuellen Systeme haben die Fähigkeit zum Programmieren der Polarität jeder Elektrode. Infolge der Größenbeschränkungen und Eigenschaften von Leitern ist es schwierig, eine hohe Zuverlässigkeit zu erzielen, wenn sich innerhalb eines Leitungskörpers acht, sechzehn oder mehr Drähte befinden, die in einem Patienten implantiert sind.
Eine Leitung mit zwanzig bis fünfzig oder mehr Stimulationselektroden könnte bei manchen Therapien nützlich sein. Optimale Kombinationen von Kathoden und Anoden könnten für jeden Patienten ausgewählt werden. Die Verwendung so vieler Elektroden war in der Vergangenheit wegen der Größenbeschränkungen, die sich aus der Notwendigkeit ergaben, daß ein ziemlich großer Leiter mit jeder Elektrode verbunden ist, nicht möglich. Die vorliegende Erfindung ist auf die Lösung dieses Problems gerichtet.
Eine dreipolige Leitung ist in der PCT-Veröffentlichung WO95/19804 (27. Juli 1995) dargestellt. Bei einer solchen Leitung ist es jedoch nicht möglich, Elektroden umzuprogrammieren, und der klinische Nutzen hängt kritisch von der Elektrodenpositionierung ab. Diese Erfindung überwindet die Nachteile der vorhergehenden Leitung, indem Änderungen an einer wirksamen Stimulationsfläche nach der Implantation durch Programmierung zugelassen werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Wechselwirkung mit elektrisch erregbarem Gewebe eines Patienten vorgesehen, welche in Kombination aufweist: eine Gruppe implantierbarer Elektroden, die dafür eingerichtet sind, mit dem Gewebe zu wechselwirken, und ein Hauptkabel, das dafür eingerichtet ist, von einer ersten Stelle zu einer zweiten, dem Gewebe benachbarten Stelle zu verlaufen, gekennzeichnet durch eine Datenquelle, einen Datenleiter, der dafür eingerichtet ist, von der Datenquelle, die eine oder mehrere der Elektroden innerhalb der Gruppe identifiziert, zu der zweiten Stelle zu verlaufen, und eine implantierbare Steuereinrichtung, die auf die Daten anspricht, um die eine oder die mehreren Elektroden zu dem Hauptkabel aufzuschalten, wodurch elektrische Signale zwischen der ersten Stelle und der einen oder den mehreren ausgewählten Elektroden mit einer minimalen Anzahl von Leitern übertragen werden können.
Die Erfindung ist zur Wechselwirkung mit elektrisch erregbarem Gewebe eines Patienten verwendbar.
Die Erfindung ermöglicht das Übertragen elektrischer Signale zwischen der ersten Stelle und einer oder mehreren auswählbaren Elektroden innerhalb des Patienten mit einer minimalen Anzahl von Leitern. Daher kann die Anzahl der in dem Patienten implantierten Elektroden erheblich vergrößert werden, um verbesserte therapeutische Wirkungen bereitzustellen. Durch Minimieren der Anzahl der Leiter wird die Zuverlässigkeit verbessert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen die Elektroden sowohl Aufzeichnungselektroden als auch Stimulationselektroden.
Diese und andere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung, die nur als Beispiel dient, und mit Bezug auf die anliegende Zeichnung, in der gleiche Zahlen überall die gleichen Teile bezeichnen, verständlich werden. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht einer bevorzugten Form einer Stimulationsleitung mit einer gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Stimulationsanordnung, die in einen Patienten implantiert ist und mit einer Datenquelle ver bunden ist,
2 ein Seitenriß bzw. eine Seitenansicht der in 1 dargestellten Leitung,
3 eine schematische Draufsicht einer bevorzugten Form einer gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Aufzeichnungsanordnung,
4 eine schematische Draufsicht einer modifizierten Form einer Leitung, worin die Stimulationsanordnung aus 1 und die Aufzeichnungsanordnung aus 3 unter Verwendung mehrerer Steuereinrichtungen kombiniert sind,
5 eine schematische Draufsicht einer anderen Form der Erfindung, wobei mehrere Mehrfachanordnungen von Stimulationselektroden und eine Mehrfachanordnung von Aufzeichnungselektroden verwendet werden, die durch eine einzige Steuereinrichtung gesteuert werden,
6 einen schematischen Seitenriß einer anderen Form der Erfindung, wobei mehrere Elektroden an einer nahezu zylindrischen Leitung verwendet werden,
7 eine schematische Stirnansicht der in 6 dargestellten Leitung, die leicht gegenüber der in 6 dargestellten Ansicht gedreht ist, und
8 eine vergrößerte Ansicht von 7.
Wie in 1 dargestellt ist, weist eine bevorzugte Form einer flachen Paddelleitung L1, die zur Implantation in einen Patienten geeignet ist, im wesentlichen eine Stimulationsanordnung S1 auf, die eine Steuereinrichtung C1 und eine Mehrfachanordnung von Stimulationselektroden AS1 aufweist. Die Leitung L1 ist an einer Stelle IS1 innerhalb eines Patienten neben dem zu stimulierenden Gewebe implantiert. Die Mehrfachanordnung AS1 weist fünfundfünfzig Elektroden in der Art flacher Elektroden 10–12 auf, die in einem rechteckigen Gitter angeordnet sind und elektrisch voneinander isoliert sind. Die obere Fläche einer Mehrfachanordnung AS1 ist an der Oberfläche der Leitung L1 Patientengewebe ausgesetzt. Die Steuereinrichtung C1 ist mit einem Leiter ID1, über den Daten von einer Datenquelle D1 zugeführt werden, sowie mit einem Kabel CB1, das Leistungszuleitungen P1 und P2 zum Leiten von Stimulationsstrom zur Elektrodenmehrfachanordnung AS1 aufweist, verbunden. P1 und P2 sind an eine nicht dargestellte Leistungsquelle angeschlossen. Die Datenquelle D1 befindet sich an einer Stelle OS1, die sich innerhalb der Leistungsquelle oder an einem anderen Ort, gewöhnlich unter der Haut, befinden könnte. Die Datenquelle kann ein Mikroprozessor sein, der einen Speicher zum Speichern von Daten aufweist, welcher zu aktivierende Elektroden und ihre Polaritäten identifiziert.
Die Ausführungsform aus 1 ist besonders gut für rote Skelettmuskeln geeignet, weil die Stimulation eines solchen Muskels nur die Muskelfasern direkt unter der Kathode aktivieren kann. Die Aktionspotentiale verbreiten sich nicht von Muskelfaser zu Muskelfaser, wie es bei glatten Muskeln oder dem Herzmuskel der Fall ist. Daher ist eine breite Mehrfachanordnung von Elektroden nützlich, um viele Fasern eines roten Muskels heranzuziehen.
Mit Bezug auf 2 sei bemerkt, daß die Leitung L1 auch eine andere Mehrfachanordnung von Stimulationselektroden AS2 einschließlich flacher Elektroden, wie 15–17, die auf einer Seite der Leitung L1 angeordnet sind, aufweisen kann. Die Oberfläche der Elektroden in der Anordnung AS2 liegt auf der Seite der Leitung L1 frei, um Gewebe eines Patienten an einer Stelle IS1 elektrisch zu stimulieren.
Mit Bezug auf 1 sei bemerkt, daß sich unter jeder Stimulationselektrode in den Mehrfachanordnungen AS1 und AS2 ein elektrisches Gatter (nicht dargestellt) befindet, das, wenn es aktiviert ist, ermöglicht, daß die Elektrode gewöhnlich parallel mit anderen, durch die in der Quelle D1 gespeicherten Daten gewählten Elektroden dieser Polarität elektrisch verbunden wird. Ein Signal wird entlang dem Leiter ID1 zur Steuereinrichtung C1 gesendet, welches die zu aktivierenden Elektroden identifiziert. Einige aktivierten Elektroden können zu Kathoden (–) werden, und andere Elektroden können zu Anoden (+) werden. Die Pluszeichen und die Minuszeichen in 1 geben Elektroden an, die als Anoden (+) bzw. Kathoden (–) aktiviert worden sind. Die Anordnung der Anoden oder Kathoden in der Anordnung S1 kann vom Patienten oder durch Untersuchung von Klinikern gewählt werden, um die gewünschten Wirkungen der Stimulation zu maximieren, beispielsweise die Schmerzlinderung zu maximieren, Verkrampfungen zu minimieren, Krampfanfälle zu unterbrechen, eine Kontraktion von Muskeln zu bewirken usw. und auch unerwünschte Nebenwirkungen zu minimieren.
Unter weiterem Bezug auf 1 sei bemerkt, daß die Leistungsleiter P1 und P2 den Stimulationsstrom übertragen, der zum Stimulieren des elektrisch erregbaren Gewebes neben der Leitung L1 erforderlich ist. Für eine monopolare Stimulation würde ein einziger der Leiter P1 und P2 aus reichen, für eine bipolare Stimulation sind jedoch zwei Leistungsleiter (Einzelkanal), wie P1 und P2, erforderlich. Für Zweikanalanwendungen wären drei oder vier Leistungsleiter erforderlich. Ein Draht weniger kann ausreichen, falls das Leistungssignal moduliert ist, und die Modulation die Daten überträgt, die ansonsten durch den Leiter ID1 übertragen werden würden.
Unter weiterem Bezug auf 1 sei bemerkt, daß jede der Elektroden in den Mehrfachanordnungen AS1 und AS2 eine Fläche zwischen 1–6 mm² aufweist, daß jedoch auch andere Größen verwendet werden können. Typischerweise werden mehrere benachbarte Elektroden parallel geschaltet, so daß sie eine kombinierte Oberfläche von 6–24 mm² aufweisen, es können jedoch auch andere Größen vorteilhaft sein. Die Elektroden in den Mehrfachanordnungen AS1 und AS2 sind elektrisch leitend und bestehen gewöhnlich aus einem Metall in der Art von Platin oder Iridium. In 1 wurden vier Elektroden als Anoden (+) programmiert und sechs Elektroden als Kathoden (–) programmiert.
Die Erfindung ist in Zusammenhang mit elektrisch erregbarem Gewebe nützlich, das sowohl Nervengewebe als auch Muskelgewebe umfaßt. Nervengewebe umfaßt periphere Nerven, die Rückenmarksoberfläche, das tiefe Rückenmark, tiefes Gehirngewebe und Gehirnoberflächengewebe. Muskelgewebe umfaßt Skelettmuskeln (rote Muskeln), glatte (weiße) Muskeln und den Herzmuskel.
3 zeigt eine bevorzugte Form einer Aufzeichnungsanordnung R1, die eine Steuereinrichtung C2 und eine Mehrfachanordnung von Aufzeichnungselektroden RE1–RE5 aufweist, die elektrisch voneinander isoliert sind. Die Anordnung R1 ist an einer Stelle IS2 in einem Patienten implantiert. Die Steuereinrichtung C2 ist mit einem Leiter ID2 zum Übertragen von Daten und einem Kabel CB2, das Leistungsleiter P3 und P4 aufweist, sowie einem zusätzlichen Leiter RD1, der zum Übertragen aufgezeichneter und verstärkter Gewebspotentiale verwendet wird, die von einem oder mehreren der Leiter RE1–RE5 empfangen werden, versehen. Der Leiter RD1 kann aus fünf getrennten Leitern bestehen, welche mit den Elektroden RE1–RE5 oder einem einzigen Leiter verbunden sind, auf dem Potentiale von den Elektroden RE1–RE5 durch von der Steuereinrichtung C2 ausgeführte Zeitmultiplextechniken übertragen werden. Alternativ könnte die Steuereinrichtung C2 Kombinationen der Elektroden RE1–RE5 als Stimulationselektroden aktivieren, um eine Stimulation von Gewebe bereitzustellen.
Die Aufzeichnungsanordnung R1 kann verwendet werden, um Potentiale in elektrisch an- bzw. erregbarem Gewebe aufzuzeichnen. Die Steuereinrichtung C2 wählt unter den Aufzeichnungselektroden RE1–RE5 aus, verstärkt die von den Aufzeichnungselektroden empfangenen Signale und sendet die verstärkten Signale über den Leiter RD1 zu einem Aufzeichnungsinstrument RC1. Die Steuereinrichtung C2 könnte die Signale auch filtern oder auf andere Weise verarbeiten. Das Instrument RC1 befindet sich an einer anderen Stelle, möglicherweise OS1.
Wie in 3 dargestellt ist, befindet sich unter jeder Aufzeichnungselektrode RE1–RE5 eine elektrische Schaltung, die aus einem Operationsverstärker und einer Gatterschaltung zum Ein- oder Ausschalten der Aufzeichnungselektrode besteht. Eine Aufzeichnungselektrode kann mit einer optimalen Signalstärke und Diskriminierung des interessierenden Potentials gewählt werden. Zwei oder mehr Elektroden können parallel geschaltet werden, um die Impedanz zu verringern, oder sie können differentiell verwendet werden, um eine bessere Form des aufgezeichneten Potentials zu erzielen und Rauschsignale zu entfernen.
Der Leiter ID2 wird verwendet, um Daten von einer Datenquelle, beispielsweise D1, zur Steuereinrichtung C2 zu übertragen. Ansprechend auf die Daten aktiviert die Steuereinrichtung C2 die gewünschten Elektroden und stellt die Verstärkung ein. Ein Kabel CB2 wird verwendet, um Leistung zur Steuereinrichtung C2 zu bringen. Der Leiter RD1 tritt aus der Aufzeichnungsstelle IS2 aus, um die verstärkten aufgezeichneten Potentiale zur Aufzeichnungseinrichtung RC1 zu übertragen. Die Aufzeichnungselektroden haben typischerweise jeweils eine Impedanz zwischen 100000 Ohm und 1,5 Megaohm, es können jedoch auch andere Impedanzen erwünscht sein. In den 4 und 5 ist die Flexibilität von Steuereinrichtungen und Mehrfachanordnungen von Stimulationselektroden und Aufzeichnungselektroden gemäß der Erfindung dargestellt. Mit Bezug auf 4 sei bemerkt, daß eine Leitung L2 die Stimulationsanordnung S1 und die Aufzeichnungsanordnung R1 sowie zusätzliche Stimulationsanordnungen S2 und S3, die mit der Anordnung S1 identisch sein können, aufweisen kann. Zusätzliche Stimulations- oder Aufzeichnungsanordnungen können während der Implantation vom praktischen Arzt zu S1 hinzugefügt werden. Der Leiter RD2 überträgt die aufgezeichneten Potentiale zu einer Aufzeichnungseinrichtung, wie RC1, die in 3 dargestellt ist. Der Leiter RD2 kann eine Verlängerung des Leiters RD1 sein, oder er kann zusätzliche Daten enthalten, die sich aus der in der Steuereinrichtung C1 der Anordnung S1 ausgeführten Verarbeitung ergeben. Für die in 4 dargestellte Konfiguration kann die Steuereinrichtung C1 der Anordnung S1 die Funktionen der in Zusammenhang mit den 1 und 3 beschriebenen Steuereinrichtungen C1 und C2 aufweisen. Den Anordnungen S2 und S3 wird durch Leistungsleiter P1 und P2 Leistung zugeführt. Ein Leiter ID3 übermittelt die Daten, die zum Identifizieren der Stimulationselektroden innerhalb der Anordnung S2, welche aktiviert werden müssen, erforderlich sind. Eine ähnliche Funktion wird für die Anordnung S3 von einem Datenleiter ID4 ausgeführt. Die Steuereinrichtung C1 verarbeitet die Daten auf dem Leiter ID1, um die geeigneten Daten für Anordnungen S2 und S3 bereitzustellen, die über die Leiter ID3 bzw. ID4 übertragen werden. Bei der Modulation von Leistungssignalen auf den Leitern P1 und P2 können die Datenleiter ID1, ID3 und ID9 unnötig sein.
Mit Bezug auf 5 sei bemerkt, daß eine Leitung L3 eine Steuereinrichtung C3 aufweist, die mit der Mehrfachanordnung AS1 und einer identischen Mehrfachanordnung AS2 sowie mit einer Mehrfachanordnung AR1 verbunden ist. Jede der Aufzeichnungselektroden in der Mehrfachanordnung AR1 ist durch einen der Leiter RL1–RL5 mit der Steuereinrichtung C3 verbunden. Jede der Stimulationselektroden an der Anordnung AS1 ist durch ein Kabel CB3, das individuelle Leiter aufweist, die getrennt an jede der Elektroden in der Anordnung AS1 angeschlossen sind, mit der Steuereinrichtung C3 verbunden. In ähnlicher Weise ist jede der Stimulationselektroden in der Anordnung AS2 über ein Kabel CB3 mit der Steuereinrichtung C3 verbunden. Die Steuereinrichtung C3 empfängt Informationen auf dem Leiter ID1, die die Elektroden der Anordnungen AS1 und AS2, die zu aktivieren sind, sowie die Polarität der Elektroden identifizieren. Die Steuereinrichtung C3 aktiviert die Elektroden in den Anordnungen AS1 und AS2 in der in Zusammenhang mit der Steuereinrichtung C1 aus 1 beschriebenen Weise.
Die durch jeden der Leiter RL1–RL5 übertragenen Potentiale werden von der Steuereinrichtung C3 auf einer Zeitmultiplexgrundlage auf den Ausgangsleiter RD2 übertragen. RD2 kann mit einer Aufzeichnungseinrichtung wie RC1 verbunden werden, wie in 3 dargestellt ist.
6 zeigt eine im wesentlichen zylindrische Leitung L4, die eine Steuereinrichtung C4 und eine Anordnung von zweiundzwanzig Stimulationselektroden AS3 einschließlich zylindrischer Elektroden 20 und 21, die wie dargestellt angeordnet sind, aufweist. Innerhalb des Körpers der Leitung L4 und direkt an den Elektroden 20 und 21 angebracht befinden sich entsprechende elektrische Schaltungen CT1 und CT2. Für die Stimulationsanordnung AS3 sind die Schaltungen CT1 und CT2 elektrische Schalter oder Gatter, die entsprechend den auf dem Leiter ID1 empfangenen Daten spezifizierte Elektroden in der Anordnung aktivieren. Falls sich an jeder longitudinalen Position der Leitung nur eine Elektrode befindet, könnte sie eine Ringelektrode sein. Falls es an jeder longitudinalen Position mehr als eine Elektrode gibt, könnten die Elektroden an jeder longitudinalen Position gleiche Sektoren des Querschnitts der Leitung L4 belegen. Dann könnten durch die Verwendung der Steuereinrichtung C4 nur die Elektroden zum Stimulieren oder zur Aufzeichnung verwendet werden, die sich am nächsten beim erregbaren Gewebe befinden. Eine komplexe Leitung kann im Operationssaal durch Einstecken einer Anzahl zylindrischer Verlängerungen in die Leitung L4 zusammengesetzt werden (6).
Eine Aufzeichnungsanordnung kann in der gleichen Form wie die in 6 dargestellte Anordnung AS3 hergestellt werden. In diesem Fall würden die Elektroden die gleiche Aufzeichnungsfunktion ausführen, die in Zusammenhang mit 3 beschrieben wurde. In dieser Ausführungsform wären die Schaltungen CT1 und CT2 ein Verstärker und ein schaltbares Gatter, die ein Gewebepotential zur Steuereinrichtung C4 übertragen würden.
Jede der Anordnungen AS1–AS3 und AR1 kann aus Siliciumwafern bestehen und damit starr sein. Die Steuereinrichtungen C1–C4 können herkömmliche Mikrosteuereinrichtungen sein, die im Speicher gespeicherte Befehle ausführen können. Andere Teile der Leitungen L1–L4 können flexibel und inert sein oder flexibel sein und Drähte aufweisen, wie die Anordnungen AS1, AS2 und AR1 aus 5. Flexible elektrische Schaltungen oder Bandkabel könnten auch vorteilhaft verwendet werden.
Die Leitungen L1–L4 bieten gegenüber bekannten Leitungen mehrere Vorteile. Es ist nicht immer vor der Implantation bekannt, welches die beste Strategie für die Leitungsanordnung und die Elektrodenpolarität ist. Die Leitungen L1–L4 ermöglichen es, die Wahl später zu treffen und zusätzlich zu späteren Zeiten eine Umprogrammierung vorzunehmen, woraus sich Freiheitsgrade der Elektrodenposition ergeben. Es ist manchmal nützlich, wenn sich fünf oder mehr Elektroden in einer Linie befinden (insbesondere quer zur Rückenmarksachse), so daß zwei oder drei an bevorzugten medialen/lateralen Positionen gewählt werden können. Die bevorzugten Ausführungsformen ermöglichen Änderungen der wirksamen Stimulationsfläche nach der Implantation ausschließlich durch Programmierung.
Eine wesentliche Anforderung besteht für praktische Ärzte darin, eine oder mehrere Elektroden auf der "physiologischen Mittellinie" zu positionieren. Dies bedeutet, daß Impulse ausgeglichene Wirkungen liefern und nicht auf der einen oder der anderen Seite (in der Nähe der einen oder der anderen Hinterwurzel) übermäßig verschoben werden bzw. sind. Wenn die Positionierung des Vertebralkanals zur Leitungsanordnung verwendet wird, ist die Paresthesie nur 27% der Zeit im Gleichgewicht (Barolat, G., Zeme, S. und Ketcik, B., Multifactorial analysis of epidural spinal cord stimulation, Stereotact. Funct. Neurosurg., 56 (1991) 77–103). Die bevorzugten Ausführungsformen ermöglichen es, daß die "physiologische Mittellinie" durch Testen gefunden wird und dementsprechend programmiert wird.
Das Aufzeichnen elektrischer Signale ist recht schwierig und in sehr hohem Maße vom Abstand vom aktiven Gewebe, der Richtung von Aktionspotentialen in Axonen und insbesondere von der Fläche bzw. der Impedanz der Aufzeichnungsstelle (eine niedrige Impedanz nimmt Potentiale aus größeren Entfernungen auf, die Signale sind jedoch klein) abhängig. Durch Herausgreifen der richtigen Positionen von Aufzeichnungsstellen und durch Addieren oder Subtrahieren von Signalen von benachbarten Stellen kann das beste Signal erhalten werden.
Die Fähigkeit, Elektroden von einer großen Anzahl möglicher Stellen auszuwählen und aktivieren zu können, die von den bevorzugten Ausführungsformen bereitgestellt wird, ist in einem Fall wertvoll, in dem eine Stelle infolge mechanischer bzw. elektrischer Probleme, Nabengewebe usw. unverwendbar wird. Eine nah benachbarte Stelle könnte ein fast genauso nützliches Ergebnis liefern.
Gegenwärtig besteht der einzige Weg zum Auswählen optimaler Elektrodenstellen (insbesondere Polaritätsauswahlen) in einer chirurgischen Positionierung der Leitung, was im Laufe der Zeit unzuverlässig sein könnte, weil die Positionierung erfolgt ist, als sich der Patient in einer Körperposition befand, und sich durch Migration der Leitung ändern kann. Es gab Vorschläge für Leitungen, die Konfigurationsänderungen aufweisen können, diese Vorschläge bieten jedoch nicht den Vorteil der bevorzugten Ausführungsformen.
Vorteilhafte Anwendungen der in dieser Beschreibung dargelegten Leitungen L1–L4 umfassen die folgenden:

a. über oder im motorischen Kortex oder im Zerebellumkortex, wo somatotopische Karten des Körpers vorhanden sind und wo eine Feinsteuerung der Erregungsstellen dabei helfen kann, die Bewegung oder die Steuerung verschiedener Körperteile zu beeinflussen,
b. über oder im sensorischen Kortex, der auch eine somatotopische Karte aufweist, so daß eine Paresthesie und/oder motorische Effekte für spezifische Körperteile eingestellt werden können,
c. im Thalamus, wo eine dreidimensionale Körperkarte vorhanden ist und wo Lamina von Zellen vorhanden sind, die unter Verwendung vieler Kontakte und einer Programmierung am besten aktiviert (oder teilweise aktiviert) werden könnten,
d. im tiefen Gewebe, wo eine Stimulation vorteilhafterweise durch zylindrische Leitungen erreicht wird,
e. transversal zur und über der Cauda equina (Nerven im Spinalkanal, die von der Spitze des Rückenmarks absteigen), um eine hohe Selektivität der Stimulation zu ermöglichen,
f. in der Cochlea, in der nicht genügend Platz für viele Drähte vorhanden ist, jedoch viele Kanäle erforderlich sind, und wo eine Feinabstimmung der Stellen entlang der Cochlea, die stimuliert werden, zu einem viel besseren Hören führen könnte,
g. über Zweigen motorischer Nerven oder großen Nerven, um bestimmte Fasciculi zu aktivieren, und
h. in der Retina, wo die bevorzugte Ausführungsform, falls bei einem Patienten kein Licht auf den Augenhintergrund trifft, die neuronalen Muster stimulieren könnte, als ob Licht dort fokussiert werden würde und wahrgenommen werden würde.

Die Steuerungschips, die in dieser Beschreibung dargelegt wurden, sind vorzugsweise starr und bestehen aus Silikon mit einer hermetisch dichtenden Abdeckung. Sie können jedoch recht klein sein. Alle anderen Teile der Leitungen L1–L4 können flexibel sein.
Ein anderer Vorteil der Leitungen L1–L4 besteht darin, daß eine Anzahl von Aufzeichnungsstellen parallel programmiert werden könnte, um eine Stimulationsstelle zu bilden, wofür im allgemeinen eine niedrige Impedanz und eine größere Oberfläche erforderlich ist. Es könnten mehrere Stimulationsstellen gemeinsam programmiert werden, um die Impedanz zu verringern.
Bei alternativen Ausführungsformen können die Elektroden eben sein und eine beliebige Gestalt aufweisen (beispielsweise rund, oval und rechteckig). Die Elektroden können auch eine dreidimensionale Außenfläche aufweisen (beispielsweise zylindrisch, sphärisch, halbsphärisch oder konisch).

Claims

Vorrichtung zur Wechselwirkung mit elektrisch erregbarem bzw. anregbarem Gewebe eines Patienten, welche in Kombination aufweist: eine Gruppe implantierbarer Elektroden (10–12), die dafür eingerichtet sind, mit dem Gewebe zu Wechselwirken, und ein Hauptkabel (CB1), das dafür eingerichtet ist, von einer ersten Stelle zu einer zweiten, dem Gewebe benachbarten bzw. am Gewebe anliegenden Stelle zu verlaufen, gekennzeichnet durch eine Datenquelle (D1), einen Datenleiter (ID1), der dafür eingerichtet ist, von der Datenquelle, die eine oder mehrere der Elektroden innerhalb der Gruppe identifiziert, zu der zweiten Stelle zu verlaufen, und eine implantierbare Steuereinrichtung (C1), die auf die Daten anspricht, um die eine oder die mehreren Elektroden zu dem Hauptkabel aufzuschalten, wodurch elektrische Signale zwischen der ersten Stelle und der einen oder den mehreren ausgewählten Elektroden mit einer minimalen Anzahl von Leitern übertragen werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gruppe von Elektroden Stimulationselektroden zum Stimulieren des Gewebes aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gruppe von Elektroden Aufzeichnungselektroden zum Leiten in dem Gewebe vorgefundener Potentiale aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Aufzeichnungselektroden parallel geschaltet sind, um eine oder mehrere Stimulationselektroden zu bilden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenquelle (D1) an der ersten Stelle lokalisierbar ist und wobei der Datenleiter (ID1) dafür eingerichtet ist, von der ersten Stelle zur zweiten Stelle zu verlaufen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (C1) eine Gruppe schaltbarer Gatter (CT1, CT2) aufweist, die das Hauptkabel (CB1) mit der einen oder den mehreren ausgewählten Elektroden verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gruppe implantierbarer Elektroden eine erste Anzahl von Stimulationselektroden zum Stimulieren des Gewebes und eine zweite Anzahl von Aufzeichnungselektroden zum Leiten von Potentialen in dem Gewebe aufweist, wobei das Hauptkabel (CB1) einen Leistungsleiter und einen Aufzeichnungsleiter aufweist, wobei die Datenquelle (D1) eine erste Quelle aufweist, die eine oder mehrere der Stimulationselektroden und eine oder mehrere der Aufzeichnungselektroden identifiziert, und wobei die Steuereinrichtung (C1) eine Einrichtung zum Aufschalten der ausgewählten einen oder mehreren Stimulationselektroden zu dem Leistungsleiter und zum Aufschalten der ausgewählten einen oder mehreren Aufzeichnungselektroden zu dem Aufzeichnungsleiter aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung eine Multiplexeinrichtung zum Übertragen von Signalen zwischen der einen oder mehreren Aufzeichnungselektroden und dem Aufzeichnungsleiter durch Zeitmultiplexierung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die erste Anzahl der Stimulationselektroden eine erste Mehrfachanordnung von Stimulationselektroden und eine zweite Mehrfachanordnung von Stimulationselektroden, die von der ersten Mehrfachanordnung beabstandet ist, aufweist, wobei die erste Mehrfachanordnung durch ein erstes Kabel mit der Steuereinrichtung (C1) verbunden ist und die zweite Mehrfachanordnung durch ein zweites Kabel (CB2) mit der Steuereinrichtung verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, welche weiter eine dritte Anzahl von Stimulationselektroden, die von der ersten Anzahl von Stimulationselektroden beabstandet ist, und eine gegenüber der Steuereinrichtung (C1) versetzte zweite Steuereinrichtung (C2) zum Aufschalten der dritten Anzahl von Stimulationselektroden aufweist, wobei die Steuereinrichtung und die zweite Steuereinrichtung durch ein zweites Hauptkabel (CB2) miteinander verbunden sind.