ES2602989T3 - Sistema de estimulación para controlar el orden de reclutamiento neuronal y el efecto clínico - Google Patents

Abstract

Un sistema de neuroestimulación implantable (10), que comprende: un generador de impulsos implantable (14) que comprende una pluralidad de terminales eléctricos (58); y dos o más cables de estimulación (12) percutánea, portando cada uno una pluralidad de electrodos (26) dispuestos en una agrupación, en el que los terminales eléctricos (58) están configurados para acoplarse eléctricamente a los electrodos (26) de los cables de estimulación (12); en el que el generador de impulsos implantable (14) comprende adicionalmente: un conjunto de circuitos de estimulación (50) configurado para enviar energía de estimulación eléctrica a través de cualquiera de la pluralidad de terminales eléctricos (58) en conformidad con una forma de onda definida a cualquiera de los electrodos en los cables de estimulación, de modo que pueda producirse la estimulación eléctrica entre dos o más electrodos activados; un conjunto de circuitos de vigilancia (70) configurado para medir una o más características eléctricas del tejido; y un conjunto de circuitos de control (74); caracterizado porque el conjunto de circuitos de control se configura para modificar una forma de impulso de la forma de onda definida a base de las una o más características eléctricas medidas, cambiando de este modo las características de la energía de estimulación eléctrica enviada entre los dos o más electrodos activados.

Description

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DESCRIPCION

Sistema de estimulacion para controlar el orden de reclutamiento neuronal y el efecto clmico Campo de la invencion

La invencion se refiere a sistemas de estimulacion de tejidos y mas particularmente a sistemas para ajustar la estimulacion que se proporciona a tejidos para optimizar un efecto terapeutico.

Antecedentes de la invencion

Los sistemas implantables de neuroestimulacion han demostrado ser terapeuticos en una extensa diversidad de enfermedades y trastornos. Los marcapasos y desfibriladores cardfacos implantables (DAI o en ingles ICD: Implantable Cardiac Defibrillator) han demostrado ser altamente eficaces en el tratamiento de diversas afecciones cardfacas (por ejemplo, arritmias). Los sistemas de estimulacion de la medula espinal (EME o en ingles SCS: Spinal Cord Stimulation) han sido aceptados durante mucho tiempo como una modalidad terapeutica para el tratamiento de smdromes de dolor cronico, y la aplicacion de estimulacion a tejidos ha comenzado a expandirse a otras aplicaciones, tales como la angina de pecho y la incontinencia. La estimulacion cerebral profunda (ECP o en ingles DBS: Deep Brain Stimulation) tambien se ha aplicado terapeuticamente desde hace mas de una decada para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson resistente, y la ECP tambien se ha aplicado recientemente en otras zonas, tales como el temblor esencial y la epilepsia. Ademas, en investigaciones recientes, los sistemas de estimulacion de los nervios perifericos (ENP o en ingles PNS: Peripheral Nerve Stimulation) han demostrado eficacia en el tratamiento de smdromes de dolor cronico y la incontinencia, y actualmente estan en investigacion diversas aplicaciones adicionales. Por otra parte, los sistemas de estimulacion electrica funcional (EEF o en ingles FES: Functional Electrical Stimulation), tales como el sistema de Freehand de NeuroControl (Cleveland, Ohio) se han aplicado para restablecer parte de la funcionalidad de las extremidades paralizadas en los pacientes con lesiones de la medula espinal.

Cada uno de estos sistemas implantables de neuroestimulacion incluye normalmente uno o mas cables de estimulacion que llevan electrodos, que se implantan en el sitio deseado de estimulacion y un neuroestimulador implantado de forma remota al lugar de estimulacion, pero acoplados ya sea directamente al cable(s) de estimulacion o indirectamente al cable(s) de estimulacion a traves de un prolongador de cable. De este modo, los impulsos electricos pueden entregarse desde el neuroestimulador al electrodo(s) de estimulacion para estimular o activar un volumen de tejido de acuerdo con un conjunto de parametros de estimulacion y proporcionar la terapia deseada eficaz al paciente. Un conjunto tfpico de parametros de estimulacion puede incluir los electrodos que estan originando (anodos) o devolviendo (catodos) la corriente de estimulacion en un momento dado, asf como la amplitud, la duracion y la velocidad de los impulsos de estimulacion. La forma de los impulsos electricos que entregan los sistemas de neuroestimulacion actuales es idealmente cuadrada, pero a menudo los conforman ambos componentes pasivos del circuito, asf como los tejidos fisiologicos, que normalmente tienen propiedades electricas no lineales. El sistema de neuroestimulacion puede comprender adicionalmente un programador portatil para el paciente para dar instrucciones de forma remota al neuroestimulador para generar impulsos de estimulacion electrica en conformidad con parametros de estimulacion seleccionados. El programador portatil en forma de control remoto (CR o en ingles RC: remote control) puede, por sf mismo, ser programado por un medico, por ejemplo, usando un programador del medico (PM o en ingles CP: clinician programmer), que normalmente incluye un ordenador de uso general, tal como un ordenador portatil, con un paquete de programas informaticos de programacion instalado en el mismo.

Normalmente, el efecto terapeutico para cualquier aplicacion de neuroestimulacion se puede optimizar mediante el ajuste de los parametros de estimulacion. A menudo, estos efectos terapeuticos estan correlacionados con el diametro de las fibras nerviosas que inervan el volumen del tejido que se va a estimular. Por ejemplo, en la EME, se cree que la activacion (es decir, el reclutamiento) de las fibras sensoriales de diametro grande reduce/bloquea la transmision de las fibras de dolor de menor diametro a traves de la interaccion interneuronal en el asta posterior de la medula espinal. La activacion de las fibras sensoriales grandes tambien crea una sensacion conocida como parestesia, que puede caracterizarse como una sensacion alternativa que reemplaza a las senales de dolor percibidas por el paciente. De este modo, se crefa que las fibras nerviosas de diametro grande son los principales objetivos de la EME. Sin embargo, el exceso de estimulacion de las fibras nerviosas de diametro grande puede conducir a otras sensaciones intensas incomodas en zonas no deseadas, produciendo de ese modo un efecto secundario, y en el caso de la EME limitar el alcance terapeutico. Por lo tanto, el control del reclutamiento de fibras nerviosas a base del tamano puede ser de importancia cntica para maximizar el efecto terapeutico de la EME. Tambien se cree que controlar el orden con el que se reclutan las fibras nerviosas de distintos tamanos, asf como la sincronizacion temporal (reclutamiento simultaneo de fibras nerviosas con un unico impulso) y la desincronizacion (reclutamiento de fibras nerviosas en momentos distintos con un unico impulso), puede maximizar aun mas el efecto terapeutico de la EME.

De este modo, un sistema de neuroestimulacion que pudiese activar selectivamente distintos diametros de fibras de una manera controlada sena valioso para “afinar” el efecto terapeutico deseado de la aplicacion de neuroestimulacion, tales como la EME. Tambien sena valioso proporcionar parametros adicionales de estimulacion

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que se puedan ajustar para optimizar aun mas el efecto terapeutico de la estimulacion con independencia de la capacidad de reclutar fibras nerviosas de distintos tamanos de manera controlada.

Sumario de la invencion

En conformidad con la presente invencion, que se define por la reivindicacion 1, se proporciona un sistema de neuroestimulacion. El sistema de neuroestimulacion comprende una pluralidad de terminales electricos configurados para acoplarlos a dos o mas cables de estimulacion, un conjunto de circuitos de estimulacion de salida que tienen la capacidad de enviar energfa de estimulacion electrica al terminal (o terminales) electrico en conformidad con una forma de onda definida, y un conjunto de circuitos de control configurados para modificar una forma de impulso de la forma de onda definida, cambiando de este modo las caractensticas de la energfa de estimulacion electrica enviada a los terminales electricos.

En una realizacion, el conjunto de circuitos de control se configura para modificar la forma de impulso seleccionando uno o una pluralidad de distintos tipos de forma de impulso. En otra realizacion, el conjunto de circuitos de control se configura para modificar la forma de impulso ajustando una constante de tiempo de la forma de impulso.

El conjunto de circuitos de control puede configurarse para modificar la forma de impulso y otros parametros de impulso de la forma de onda definida, independientes unos de otros o dependientes entre sf. En el ultimo caso, el conjunto de circuitos de control puede configurarse para modificar al menos uno de los otros parametros en respuesta a la modificacion de la forma de impulso para mantener una carga sustancialmente uniforme de la energfa de estimulacion electrica. De acuerdo con la invencion, el sistema de neuroestimulacion comprende adicionalmente un conjunto de circuitos de vigilancia configurado para medir una o mas caractensticas electricas (por ejemplo, una impedancia) del tejido, en el que el conjunto de circuitos de control se configura para modificar la forma de impulso a base de las caractensticas electricas medidas. Por ejemplo, el conjunto de circuitos de control puede configurarse para modificar la forma de impulso en respuesta a un cambio en las una o mas caractensticas electricas medidas.

La forma de impulso de la forma de onda definida puede modificarse en cualquiera de una o mas de una diversidad de maneras. Por ejemplo, el conjunto de circuitos de estimulacion de salida puede comprender una pluralidad de circuitos de conformacion analogicos distintos, en cuyo caso, el conjunto de circuitos de control puede configurarse para modificar la forma de impulso seleccionando uno de los distintos circuitos de conformacion analogos. Ademas, el conjunto de circuitos de control puede configurarse para modificar la forma de impulso ajustando una caractenstica de al menos un componente electrico analogico en el conjunto de circuitos de estimulacion de salida. En una realizacion, la forma de onda impulsada esta formada de una funcion escalonada de los niveles de amplitud o duraciones de subimpulso, en cuyo caso, el conjunto de circuitos de control puede configurarse para modificar la forma de impulso ajustando los niveles de amplitud o las duraciones subimpulso.

El sistema de neuroestimulacion comprende adicionalmente dos mas cables de estimulacion, portando cada uno una pluralidad de electrodos acoplados electricamente a los terminales electricos. En una realizacion, el sistema de neuroestimulacion comprende adicionalmente una memoria que tiene la capacidad de almacenar un parametro que define la forma de impulso. En otra realizacion, el sistema de neuroestimulacion comprende adicionalmente un conjunto de circuitos de telemetna que tiene la capacidad de recibir instrucciones de forma inalambrica procedentes de un programador externo, para modificar la forma de impulso. En aun otra realizacion, la neuroestimulacion comprende adicionalmente una carcasa que contiene los terminales electricos, el conjunto de circuitos de estimulacion de salida y el conjunto de circuitos de control para formar un neuroestimulador implantable.

Breve descripcion de los dibujos

Los dibujos ilustran el diseno y la utilidad de las realizaciones preferentes de la presente invencion, en los que los elementos similares se denominan con numeros de referencia comunes. Con el fin de apreciar mejor como se obtienen las ventajas y los objetos antes mencionados y otros de las presentes invenciones, se realizara una descripcion mas particular de las presentes invenciones descritas brevemente anteriormente mostradas como referencia a realizaciones espedficas de las mismas, que se ilustran en los dibujos adjuntos. Entendiendo que estos dibujos solo representan realizaciones tfpicas de la invencion y que por lo tanto no deben considerarse limitativos de su ambito, la invencion se describira y explicara con una especificidad y detalles adicionales a traves del uso de los dibujos adjuntos en los que:

La Fig. 1 es una vista en planta de una realizacion de un sistema de estimulacion de la medula espinal (EME) dispuesto en conformidad con las presentes invenciones;

La Fig. 2 es una vista en perfil de un generador de impulsos implantable (GII o en ingles IPG: implantable pulse generator) utilizado en el sistema de EME de la Fig. 1;

Las Fig. 3A-3L son diagramas de diversas formas de impulsos de estimulacion que pueden generarse por el sistema de la Fig. 1;

Las Fig. 4A-4C son histogramas del numero de fibras nerviosas de 8,7 pm de diametro que se reclutan a lo largo de un tiempo en respuesta a un impulso cuadrado, un impulso exponencial con pendiente negativa y un impulso exponencial con pendiente positiva;

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Las Fig. 5A-4C son histogramas del numero de fibras nerviosas de 11,5 pm de diametro que se reclutan a lo largo de en un tiempo en respuesta a un impulso cuadrado, un impulso exponencial con pendiente negativa y un impulso exponencial con pendiente positiva;

La Fig. 6 es un diagrama de la proporcion de reclutamiento del numero total de fibras nerviosas de 8,7 pm de diametro en comparacion con las fibras nerviosas de 11,5 pm de diametro a lo largo del tiempo en respuesta a la aplicacion del impulso cuadrado, el impulso exponencial con pendiente negativa y el impulso exponencial con pendiente positiva;

La Fig. 7 es un diagrama de un impulso de estimulacion que puede generarse por el sistema de la Fig. 1, en el que el impulso de estimulacion se muestra particularmente que tiene una parte polarizada negativamente y una parte polarizada positivamente;

La Fig. 8 es un diagrama de un tren de impulsos de distintos tipos de forma de impulso que pueden generarse por el sistema de la Fig. 1;

La Fig. 9 es un diagrama de un impulso de estimulacion que puede generarse para un unico grupo de electrodos por el sistema de la Fig. 1;

La Fig. 10 es un diagrama de distintos impulsos de estimulacion que pueden generarse para los electrodos por el sistema de la Fig. 1;

La Fig. 11 es un diagrama de impulsos de estimulacion e impulsos de recarga que pueden generarse para un unico grupo de electrodos por el sistema;

La Fig. 12 es un diagrama de bloques de los componentes internos del GII de la Fig. 2;

Las Fig. 13A y 13B son diagramas de un impulso exponencial con pendiente negativa y un impulso exponencial con pendiente positiva generados utilizando los niveles de amplitud escalonados;

La Fig. 13C es un diagrama un de impulso exponencial con pendiente positiva generado utilizando sub-impulsos de duracion variable;

La Fig. 14 es un diagrama de bloques de una parte del conjunto de circuitos de estimulacion de salida utilizado en el GII de la Fig. 12, utilizados para generar distintas formas de impulso;

La Fig. 15 es un diagrama que muestra el cambio de un impulso cuadrado a un impulso exponencial con pendiente positiva;

La Fig. 16 es un circuito equivalente ejemplar que se puede crear en una interfaz de electrodo-tejido;

La Fig. 17 es una vista en planta de un control remoto (CR) portatil que puede utilizarse en el sistema de neuroestimulacion de la Fig. 2;

La Fig. 18 es una vista en planta de una pantalla de visualizacion que genera el CR de la Fig. 17 para proporcionar un medio para que el usuario seleccione un tipo de forma de impulso;

La Fig. 19 es una vista en planta de una pantalla de visualizacion que genera el RF de la Fig. 17 que presenta la actual forma de impulso que genera el GII de la Fig. 2;

La Fig. 20 es un diagrama de bloques de los componentes internos del CR de la Fig. 17; y La Fig. 21 es una vista en planta del sistema de EME de la Fig. 1 en uso con un paciente.

Descripcion detallada de las realizaciones

La descripcion que sigue se refiere a un sistema de estimulacion de la medula espinal (EME).

En primer lugar, en referencia a la Fig. 1, un sistema de EME 10 ejemplar generalmente incluye uno o mas (en este caso, dos) cables de estimulacion 12 implantables, un generador de impulsos implantable (GII) 14, un controlador externo remoto CR 16, un programador del medico (PM) 18, un estimulador externo de pruebas (EEP) 20 y un cargador externo 22.

El GII 14 esta conectado ffsicamente a traves de una o mas prolongaciones percutaneas de cables 24 con los cables de estimulacion 12, que portan una pluralidad de electrodos 26 dispuestos en una agrupacion. En la realizacion ilustrada, los cables de estimulacion 12 son cables percutaneos y, con este fin, los electrodos 26 se disponen en lmea a lo largo de los cables de estimulacion 12. En realizaciones alternativas, los electrodos 26 pueden disponerse en un patron bidimensional en una unica paleta de cables. Como se describe con mas detalle mas adelante, el GII 14 incluye un conjunto de circuitos de generacion de impulsos que entrega la energfa electrica de estimulacion en forma de una forma de onda electrica en impulsos (es decir, una serie temporal de impulsos electricos) a la agrupacion de electrodos 26 en conformidad con un conjunto de parametros de estimulacion.

El EEP 20 tambien se puede conectar ffsicamente a traves de las prolongaciones de cables percutaneos 28 y el cable externo 30, a los cables de estimulacion 12. El EEP 20, que tiene un conjunto de circuitos de generacion de impulsos similar al del GII 14, tambien entrega energfa electrica de estimulacion en forma de onda electrica de impulsos a la agrupacion de electrodos 26 en conformidad con un conjunto de parametros de estimulacion. La diferencia principal entre el EEP 20 y el GII 14, es que el EEP 20 es un dispositivo no implantable que se utiliza a base de prueba despues de que los cables de estimulacion 12 se han implantado y antes de la implantacion del GII 14, para probar la respuesta de la estimulacion que proporcionara. En la patente de los Estados Unidos n° 6.895.280 se describen detalles adicionales de un EEP ejemplar.

El CR 16 puede utilizarse para controlar de forma telemetrica el EEP 20 a traves de un enlace bidireccional de comunicaciones de RF 32. Una vez que el GII 14 y los cables de estimulacion 12 estan implantados, el CR 16 puede utilizarse para controlar de forma telemetrica el GII 14 a traves de un enlace bidireccional de comunicaciones de RF

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34. Tal control permite que el GII 14 se encienda o apague y se programe con distintos conjuntos de parametros de estimulacion. El GII 14 tambien puede funcionar para modificar los parametros de estimulacion programados para controlar de forma activa las caractensticas de la energfa electrica de estimulacion que enviada el GII 14. El PM 18 proporciona al medico parametros detallados de estimulacion para la programacion del GII 14 y el EEP 20 en el quirofano y en las sesiones de seguimiento. El PM 18 puede realizar esta funcion comunicando de forma indirecta con el GII 14 o el EEP 20, a traves del CR 16, a traves de un enlace de comunicaciones de IR 36. Como alternativa, el PM 18 puede comunicarse directamente con el GII 14 o el EEP 20 a traves de un enlace de comunicaciones de RF (no se muestra). El cargador externo 22 es un dispositivo portatil utilizado para cargar por via transcutanea el GII 14 a traves de un enlace inductivo 38. Por motivos de brevedad, en la presente memoria no se describiran los detalles del cargador externo 22. En la patente de los Estados Unidos n° 6.895.280 se desvelan detalles de realizaciones ejemplares de cargadores externos. Una vez que se ha programado el GII 14, y el cargador externo 22 ha cargado su fuente de energfa o se ha rellenado de otro modo, el GII 14 puede funcionar segun se ha programado sin que el CR 16 o el PM 18 esten presentes.

Haciendo referencia ahora a la de la Fig. 2, se describen brevemente las caractensticas externas de los cables de estimulacion 12 y el GII 14. Uno de los cables de estimulacion 12 tiene ocho electrodos 26 (etiquetados E1-E8), y el otro cable de estimulacion 12 tiene ocho electrodos 26 (etiquetados E9-E16). El numero real y la forma de los cables y electrodos variaran, por supuesto, de acuerdo con el objetivo de la aplicacion pretendida. El GII 14 comprende una carcasa exterior 40 para el alojamiento de los componentes electronicos y otros (que se describe con mas detalle mas adelante), y un conector 42 al que se acoplan los extremos proximales de los cables de estimulacion 12 de una manera que acopla electricamente los electrodos 26 al sistema electronico dentro de la carcasa exterior 40. La carcasa exterior 40 consta de un material biocompatible conductivo de forma electrica, tal como el titanio, y forma un compartimiento sellado hermeticamente en el que el sistema electronico interno esta protegido de los tejidos y fluidos corporales. En algunos casos, la carcasa exterior 40 puede servir como un electrodo.

Como se describira con mas detalle mas adelante, el GII 14 incluye un conjunto de circuitos de generacion de impulsos que entrega la energfa electrica de estimulacion en forma de forma de onda electrica en impulsos, a la agrupacion de electrodos 26 en conformidad con un conjunto de parametros de estimulacion. Tales parametros de estimulacion pueden comprender combinaciones de electrodos, que definen los electrodos que se activan como anodos (positivo), catodos (negativo) y se desactivan (cero), y parametros de impulso electrico, que definen la amplitud de impulso (medida en miliamperios o voltios dependiendo de si el GII 14 suministra corriente constante o voltaje constante a la agrupacion de electrodos 26), duracion de impulso (medido en microsegundos) y la frecuencia de impulsos (medida en impulsos por segundo) y, como se describira con mas detalle mas adelante, una forma de impulso.

La estimulacion electrica se producira entre dos (o mas) electrodos activados, uno de los cuales puede ser la carcasa del GII. La energfa de estimulacion puede transmitirse a los tejidos de una manera monopolar o multipolar (por ejemplo, bipolar, tripolar, etc.). La estimulacion monopolar se produce cuando el que se ha seleccionado de los electrodos 26 se activa junto con la carcasa del GII 14, de modo que se transmite energfa de estimulacion entre el electrodo seleccionado 26 y la carcasa. La estimulacion bipolar se produce cuando se activan dos de los electrodos 26 de cable como anodo y catodo, de modo que la energfa de estimulacion se transmite entre los electrodos seleccionados 26. Por ejemplo, el electrodo E3 en el primer cable 12 puede activarse como un anodo al mismo tiempo que el electrodo E11 en el segundo cable 12 se activa como un catodo. La estimulacion tripolar se produce cuando se activan tres de los electrodos 26 de cable, dos como anodos y el restante como un catodo, o dos como catodos y el restante como un anodo. Por ejemplo, los electrodos E4 y E5 en el primer cable 12 pueden activarse como anodos al mismo tiempo que el electrodo E12 en el segundo cable 12 se activa como un catodo.

Es significativo para las presentes invenciones que los parametros de estimulacion, y en particular los parametros de impulsos electricos, comprenden adicionalmente una forma de impulso (a diferencia de un tamano de impulso que incluina la amplitud de impulso y el ancho o duracion de impulso). La forma de impulso se puede definir por un tipo de forma de impulso. Las Fig. 3A-3I ilustran distintos tipos de formas de impulso ejemplares que puede generar el GII 14. Por ejemplo, la forma de onda en impulsos puede ser un impulso cuadrado (Fig. 3A), un impulso exponencial con pendiente negativa (Fig. 3B), un impulso exponencial con pendiente positiva(Fig. 3C), un impulso logantmico con pendiente negativa (Fig. 3D), un impulso logantmico con pendiente positiva (Fig. 3E), un impulso en rampa con pendiente negativa (Fig. 3F), un impulso en rampa con pendiente positiva (Fig. 3G), una forma de onda trapezoidal (Fig. 3H), una forma de onda sinusoidal (Fig. 31), o una combinacion de cualquiera de los anteriores; por ejemplo, un impulso cuadrado/exponencial con pendiente positiva (Fig. 3J). La forma de impulso tambien puede definirse por una caractenstica de pendiente dentro del mismo tipo de forma de impulso. Las Fig. 3K y 3L ilustran distintos cambios de pendiente para el mismo tipo de forma de impulso, y en particular distintas constantes de tiempo t1-t3 para el impulso exponencial con pendiente negativa (Fig. 3k), y distintas constantes de tiempo t1-t3 para el impulso exponencial con pendiente positiva (Fig. 3L). De este modo, la forma de un impulso puede cambiarse modificando el tipo de impulso o modificando una caractenstica de pendiente del impulso (que no se provoca simplemente cambiando la amplitud o la duracion del impulso).

Aunque no se conoce bien la relacion entre la forma de impulso y los efectos clmicos en el tejido, se ha descubierto que distintas formas de impulso efectuaran distintas ordenes de reclutamiento neuronal para los distintos tamanos de las fibras nerviosas y efectuaran distinta sincronizacion temporal de la iniciacion del potencial de accion (es decir,

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el reclutamiento) de fibras nerviosas, controlando de este modo el efecto clmico de la energfa electrica de estimulacion. Por ejemplo, utilizando tecnicas convencionales de modelado de fibras nerviosas, se ha descubierto que las diferencias de respuesta en el reclutamiento temporal entre fibras nerviosas de 8,7 pm de diametro y fibras nerviosas de 11,5 pm de diametro, dependen en gran medida de la forma del impulso electrico aplicado.

En particular, las Fig. 4A-4C ilustran respectivamente los histogramas del numero de fibras nerviosas de 8,7 pm de diametro que se reclutan a lo largo de un tiempo en respuesta a un impulso cuadrado (Fig. 4A), un impulso exponencial con pendiente negativa (Fig. 4B) y un impulso exponencial con pendiente positiva (Fig. 4C), y las Fig. 5A-5C ilustran respectivamente los histogramas del numero de fibras nerviosas de 11,5 pm de diametro que se reclutan a lo largo del tiempo en respuesta a la aplicacion del mismo impulso cuadrado (Fig. 5A), impulso exponencial con pendiente negativa (Fig. 5B) e impulso exponencial con pendiente positiva (Fig. 5C).

Como se puede extrapolar de las Fig. 4A y 5A, un impulso cuadrado recluta un numero relativamente elevado de fibras nerviosas grandes al comienzo del impulso, en que dicho numero disminuye de forma gradual con el tiempo, y recluta sustancialmente un numero uniforme de fibras nerviosas pequenas a lo largo de la duracion del impulso. Como se puede extrapolar de las Fig. 4B y 5B, un impulso exponencial con pendiente negativa recluta un numero relativo alto de fibras nerviosas grandes y pequenas al comienzo del impulso, en que dichos numeros disminuyen de forma gradual con el tiempo. Como se puede extrapolar de las Fig. 4C y 5C, un impulso exponencial con pendiente positiva recluta un numero relativamente bajo de fibras nerviosas grandes y pequenas al comienzo del impulso, en que dichos numeros aumentan gradualmente con el tiempo.

La Fig. 6 ilustra una proporcion de reclutamiento del numero total de fibras nerviosas de 8,7 pm de diametro en comparacion con las fibras nerviosas de 11,5 pm de diametro a lo largo del tiempo, en respuesta a la aplicacion del impulso cuadrado, el impulso exponencial con pendiente negativa y el impulso exponencial con pendiente positiva. A base de una lmea recta que se ajusta a los datos de la Fig. 6, la proporcion de reclutamiento es relativamente uniforme a lo largo del tiempo, en respuesta a un impulso cuadrado, la proporcion de reclutamiento aumenta a lo largo del tiempo en respuesta a un impulso exponencial con pendiente negativa y la proporcion de reclutamiento disminuye a lo largo del tiempo en respuesta a un impulso exponencial con pendiente positiva. De este modo, de lo anterior se desprende que el reclutamiento ordenado en el tiempo de fibras nerviosas grandes y pequenas depende de la forma de impulso, proporcionando de este modo otros medios para optimizar la salida de la energfa de estimulacion por parte del GII 14 ademas de modificar la amplitud del impulso, la frecuencia de impulsos y la duracion del impulso.

Aunque se ha demostrado que los tipos de formas de impulso descritos anteriormente tienen una polaridad unica (en este caso, positiva), cabe senalar que un tipo de forma de impulso puede tener mas de una polaridad. Por ejemplo, la Fig. 7 ilustra un impulso, y en particular un impulso logantmico con pendiente positiva, que tiene una parte polarizada negativamente n seguida de una parte polarizada positivamente p. Se cree que los impulsos que hacen una transicion desde una polaridad a la siguiente pueden permitir una discriminacion mejorada entre tipos de fibras. Ademas, mientras que la series de los impulsos (es decir, los trenes de impulsos) descritas anteriormente se han demostrado que tienen un tipo de impulso uniforme, un unico tren de impulsos puede tener una diversidad de tipos de impulsos. Por ejemplo, la Fig. 8 ilustra un tren de impulsos que tiene un impulso cuadrado, seguido de un impulso de rampa con pendiente positiva, seguido de un impulso de rampa con pendiente negativa. En el contexto de la EME, se cree que el uso de un tren de multiples tipos de impulsos con una unica combinacion de electrodos, puede tener la capacidad de ampliar la cobertura de parestesia mediante la excitacion de distintas poblaciones de nervios.

Debe apreciarse que puede generarse un unico tipo de impulso para los electrodos de un grupo. Por ejemplo, dada una combinacion de electrodos E1-E3, con los electrodos E1 y E2 como electrodos anodicos y el electrodo E3 como un electrodo catodico, en los electrodos E1 y E2 se puede generar un unico impulso anodico de rampa con pendiente positiva como un grupo, como se muestra en la Fig. 9. Dado que la suma neta de la corriente electrica que fluye a traves de electrodos E1-E3 debe ser igual a cero (a base de la conservacion de la corriente), en el electrodo E3 se genera un impulso catodico de rampa con mayor pendiente negativa (igual a la suma de la corriente generada en los electrodos E1 y E2). Tambien se debe apreciar que pueden generarse de forma independiente distintos tipos de formas de impulso para los electrodos en un unico grupo. Por ejemplo, en el electrodo E1 se puede generar un impulso anodico de rampa con pendiente positiva y en el electrodo E2 puede generarse al mismo tiempo un impulso anodico de rampa con pendiente negativa, como se muestra en la Fig. 10. Una vez mas, dado que la suma neta de la corriente electrica que fluye a traves de los electrodos E1-E3 debe ser cero, en el electrodo E3 se genera un impulso cuadrado catodico.

Mientras que la forma de impulso se puede modificar cuando se utiliza como un impulso de estimulacion (es decir, un impulso que realiza la verdadera estimulacion), la forma de impulso tambien se puede modificar cuando se utiliza como un impulso de recarga (es decir, una carga que se genera despues de un impulso de estimulacion para evitar la transferencia directa de carga de corriente a traves del tejido, evitando de este modo la degradacion de electrodos y el trauma celular). Es decir, la carga se transporta a traves de la interfaz de electrodo-tejido a traves de corriente en un electrodo durante un periodo de estimulacion y despues se retira de la interfaz de electrodo-tejido a traves de una corriente polarizada de forma opuesta en el mismo electrodo durante un periodo de recarga. Por ejemplo, suponiendo que la corriente se entrega a los electrodos E1-E3 durante un periodo de estimulacion, como se muestra en la Fig. 9, en los electrodos E1-E3 se puede generar un impulso de recarga como se muestra en la Fig. 11. La

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forma de los impulsos de recarga se puede modificar de la misma manera que los impulsos de estimulacion. En el contexto de la EME, se cree que modificar la forma de un impulso de recarga producira diferencias de parestesias de la misma manera que lo hara la modificacion de la forma de un impulso estimulacion.

Con respecto a la Fig. 12, ahora se describira una realizacion ejemplar del GII 14. El GII 14 incluye el conjunto de circuitos de estimulacion de salida 50 configurado para generar energfa electrica de estimulacion en conformidad con una forma de onda definida de impulsos que tiene una amplitud de impulso, frecuencia de impulso, ancho de impulso y forma de impulso concretas, bajo el control de una logica de control 52 en un bus de datos 54. El control de la frecuencia de impulsos y el ancho de impulso de la forma de onda electrica se facilita por el conjunto de circuitos de logica de temporizador 56, que puede tener una resolucion adecuada, por ejemplo, 10 ps. La energfa de estimulacion generada por el conjunto de circuitos de estimulacion de salida 50 se envfa a traves de unos condensadores C1-C16 a unos terminales electricos 58 correspondientes a los electrodos E1-E16.

En la realizacion ilustrada, el conjunto de circuitos de estimulacion de salida 50 comprende una pluralidad m de pares independientes de fuentes de corriente 60 que tiene la capacidad de suministrar energfa de estimulacion a los terminales electricos 58 con un amperaje especificado y conocido. Una fuente de corriente 62 de cada par 60 funciona como fuente de corriente anodica o positiva (+), mientras que la otra fuente de corriente 64 de cada par 60 funciona como una fuente de corriente catodica o negativa (-). Las salidas de la fuente de corriente anodica 62 y de la fuente de corriente catodica 64 de cada par 60 estan conectadas a un nodo comun 66. El conjunto de circuitos de estimulacion de salida 50 comprende adicionalmente una matriz de conmutacion de baja impedancia 68 a traves de la cual el nodo comun 66 de cada par de fuentes de corriente 60 se conecta a cualquiera de los terminales electricos 58 a traves de los condensadores C1-C16.

De este modo, por ejemplo, es posible programar la primera fuente de corriente anodica 62 (+ I1) para producir un impulso que tenga una amplitud pico de + 4 mA (a una frecuencia especificada y durante una duracion especificada), y programar de forma sincronica la segunda fuente de corriente catodica 64 (-12) para producir de forma similar un impulso que tenga una amplitud pico de - 4mA (con la misma frecuencia y ancho de impulso) y, a despues conectar el nodo 86 de la fuente de corriente anodica 62 (+ I1) al terminal electrico 58 correspondiente al electrodo E3, y conectar el nodo 66 de la fuente de corriente catodica 64 (-12) al terminal electrico 58 correspondiente al electrodo E1.

Por lo tanto, se ve que cada uno de los terminales electricos programables 58 puede programarse para tener una polaridad positiva (fuente de corriente), una negativa (sumidero de corriente) o desconectada (sin corriente). Adicionalmente, la amplitud del impulso de corriente que es la fuente o que se dirige al sumidero en un terminal electrico dado 58 puede programarse a uno o varios niveles discretos. En una realizacion, la corriente a traves de cada terminal electrico 58 se puede establecer de forma individual de 0 a ± 10 mA en pasos de 100 pA, dentro de los requisitos de salida de voltaje/corriente del GII 14. De forma adicional, en una realizacion, la salida total de corriente de un grupo de terminales electricos 58 puede ser de hasta ± 20 mA (distribuidos entre los electrodos incluidos en el grupo). Ademas, se observa que cada uno de los terminales electricos 58 puede funcionar en modo multipolar, por ejemplo, cuando dos o mas terminales electricos se agrupan en fuente/sumidero de corriente al mismo tiempo. Como alternativa, cada uno de los terminales electricos 58 puede funcionar en modo monopolar cuando, por ejemplo, los terminales electricos 58 se configuran como catodos (negativo) y la carcasa del GII 14 se configura como un anodo (positivo).

Se puede apreciar que a un terminal electrico 58 se le puede asignar una amplitud e incluirse en cualquiera de hasta k grupos posibles, donde k es un numero entero que corresponde al numero de canales, y en una realizacion es igual a 4, y teniendo cada canal k una amplitud de impulso, ancho de impulso, frecuencia de impulsos y forma de impulso. De una manera similar pueden realizarse otros canales. De este modo, cada canal identifica que terminales electricos 58 (y de este modo los electrodos) se seleccionan para suministrar o sumir de forma sincronica, la amplitud de impulso en cada uno de estos terminales electricos y la ancho de impulso, frecuencia de impulso y forma de impulso.

En una realizacion alternativa, en lugar de utilizar fuentes de corriente controladas independientes, se pueden proporcionar fuentes de voltaje controladas independientemente para proporcionar impulsos de estimulacion de un voltaje especificado y conocido en los terminales electricos 58. En las patentes de EE.UU n°. 6.516.227 y 6.993.384 se describe con mas detalle el funcionamiento de este conjunto de circuitos de estimulacion de salida, incluidas realizaciones alternativas de un conjunto de circuitos de salida adecuado para realizar la misma funcion de generacion de impulsos de estimulacion de una determinada amplitud y ancho.

A partir de lo anterior se puede apreciar que la forma de cada impulso de estimulacion enviado por el conjunto de circuitos de estimulacion de salida 50, puede formarse mediante una funcion escalonada de niveles de amplitud. Por ejemplo, como se muestra en la Fig. 13A, un impulso exponencial con pendiente negativa puede formarse mediante una serie de niveles de amplitud decreciente de forma gradual y, como se muestra en la Fig. 13B, un impulso exponencial con pendiente positiva puede formarse mediante una serie de niveles de amplitud creciente de forma gradual. Dada una resolucion de 10 ps y un ancho de impulso de 100 ps, cada una de las formas de onda por impulsos ilustrada en las Fig. 13A y 13B se puede formar con diez etapas de amplitud discreta. De forma adicional, el impulso global puede componerse de sub-impulsos de amplitud variable y duracion de sub-impulsos como se

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muestra en la Fig. 13C. Esto puede permitir una buena aproximacion de algunas formas de onda mediante el uso de menos sub-impulsos.

Como alternativa, en vez de formar la forma de onda de impulso utilizando una funcion escalonada de niveles de amplitud, el conjunto de circuitos de estimulacion de salida 50 puede incluir uno o mas circuitos analogicos que se configuran para dar forma a la salida de impulsos de estimulacion mediante cada fuente de corriente 62. Por ejemplo, como se muestra en la Fig. 14, el conjunto de circuitos de estimulacion de salida 50 puede comprender una pluralidad de distintos circuitos analogicos de conformacion 69(1)-69(3) acoplados a la salida de cada fuente de corriente 62 a traves de un conmutador 71 para dar forma a una salida de impulsos cuadrados desde la fuente de corriente 62 respectiva en un tipo seleccionado de distintos tipos de formas de impulso. Por ejemplo, el circuito de conformacion 69(1) puede pasar el impulso cuadrado sin modificacion, el circuito de conformacion 69(2) puede transformar el impulso cuadrado en un impulso exponencial con pendiente negativa y el circuito de conformacion 69(3) puede transformar el impulso cuadrado en un impulso exponencial con pendiente positiva. Cada uno de los circuitos de conformacion 69(2) y 69(3) puede comprender por lo menos un componente electrico analogico 73 que tenga una caractenstica electrica (por ejemplo, capacitancia o inductancia), que se puede ajustar para modificar el tipo de forma de impulso; por ejemplo, modificando la constante de tiempo de la forma de impulso.

El GII 14 comprende adicionalmente un conjunto de circuitos de vigilancia 70 para controlar el estado de los diversos nodos u otros puntos 72 en todo el GII 14, por ejemplo, voltajes de la alimentacion electrica, temperatura, voltaje de batena y similares. El conjunto de circuitos de vigilancia 70 tambien se configura para medir datos de parametros electricos (por ejemplo, impedancia de electrodos y/o potencial de campo de electrodos). La medicion de la impedancia de los electrodos es importante, porque los sistemas implantados de estimulacion electrica dependen de la estabilidad de los dispositivos para tener la capacidad de transmitir impulsos de estimulacion electrica de energfa conocida al tejido que se tiene como objetivo a excitar. El tejido que se tiene como objetivo representa una carga electrica conocida a la que se va a entregar la energfa electrica asociada con el impulso de estimulacion. Si la impedancia es demasiado elevada, eso sugiere que el conector 42 y/o el cable 12 (mostrados en la Fig. 2), que se conectan con un electrodo 26, pueden estar abiertos o rotos. Si la impedancia es demasiado baja, eso sugiere que puede haber un cortocircuito en algun punto del conector 42 y/o el cable 12. En cualquier caso (una impedancia demasiado elevada o demasiado baja), el GII 14 puede no ser capaz de realizar su funcion pretendida.

La medicion de los datos de parametros electricos tambien facilita de forma opcional el control de la salida de la forma de impulso del conjunto de circuitos de salida 50, como se describira con mas detalle mas adelante. Los datos de parametros electricos pueden medirse utilizando uno cualquiera de una diversidad de medios. Por ejemplo, las mediciones de datos de parametros electricos pueden realizarse a base de muestras durante una parte del tiempo mientras se esta aplicando el impulso de estimulo electrico al tejido, o inmediatamente despues de la estimulacion, como se describe en la patente de los Estados Unidos n° 7.317.948. Como alternativa, las mediciones de datos de parametros electricos pueden realizarse de forma independiente de los impulsos de estimulacion electrica, tal como se describe en las patentes de EE.UU n°. 6.516.227 y 6.993.384.

El GII 14 comprende adicionalmente un conjunto de circuitos de procesamiento en forma de un microcontrolador (|jC) 74 que controla la logica de control 52 en un bus de datos 76, y obtiene datos del estado del conjunto de circuitos de vigilancia 70 a traves del bus de datos 78. El GII 14 controla adicionalmente la logica de temporizador 56. El GII 14 comprende adicionalmente una memoria 80 y un circuito de oscilador y de reloj 82 acoplado al microcontrolador 74. De este modo, el microcontrolador 74, en combinacion con la memoria 80 y el circuito de oscilador y de reloj 82, comprenden un sistema de microprocesador que lleva a cabo una funcion de programa en conformidad con un programa adecuado almacenado en la memoria 80. Como alternativa, para algunas aplicaciones, la funcion que proporciona el sistema de microprocesador puede llevarse a cabo por una maquina de estado adecuada.

El microcontrolador 74 genera las senales necesarias de control y de estado, que permiten que el microcontrolador 74 controle el funcionamiento del GII 14 en conformidad con el programa de funcionamiento y los parametros de estimulacion almacenados en la memoria 80. En el control del funcionamiento del GII 14, el microcontrolador 74 tiene la capacidad de generar individualmente impulsos de estimulo en los electrodos 26 utilizando el conjunto de circuitos de salida de estimulacion 50, en combinacion con la logica de control 52 y la logica de temporizador 56, permitiendo de este modo que cada electrodo 26 se empareje o agrupe con otros electrodos 26, incluyendo el electrodo de carcasa monopolar, y de controlar y modificar la polaridad, amplitud de impulso, frecuencia de impulsos, ancho de impulso, forma de impulso y el canal a traves del que se proporcionan los impulsos de estimulo.

En el caso en donde la forma del impulso de estimulacion se define utilizando una funcion escalonada de niveles de amplitud, el microcontrolador 74 genera por consiguiente los pasos de amplitud (por ejemplo, en pasos fijos de 10 js o pasos con duraciones variables de sub-impulsos) en los electrodos 26 que utilizan el circuito de salida de estimulacion 50, en combinacion con la logica de control 52 y la logica de temporizador 56, para dar forma a los impulsos de estimulacion. En el caso en donde la forma de los impulsos de estimulacion se define utilizando los circuitos analogicos de conformacion 69, el microcontrolador 74 utiliza la logica de control 52 para seleccionar por consiguiente el circuito de conformacion 69 correspondiente al tipo de forma de impulso deseado, a traves del conmutador 71 y si el circuito de conformacion 69 comprende un circuito electrico analogico 73, ajusta sus caractensticas electricas.

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En la realizacion ilustrada, el microcontrolador 74 modifica la forma de impulso y los otros parametros de impulso (es dedr, amplitud de impulso, ancho de impulso y frecuencia de impulsos) independientes entre sf En una realizacion particularmente ventajosa, el microcontrolador 74 modifica la forma de impulso y los otros parametros de impulso dependientes entre sf; es decir, el microcontrolador 74 puede modificar el otro parametro(s) de impulso en respuesta a la modificacion de la forma de impulso, o puede modificar la forma de impulso en respuesta a la modificacion de otros parametros de impulso(s). Por ejemplo, el microcontrolador 74 puede modificar el otro parametro(s) de impulso en respuesta a la modificacion de la forma de impulso para mantener una carga substancialmente uniforme de la energfa electrica de estimulacion. Esto se puede lograr asegurando que el area bajo el impulso (por ejemplo, por integracion de la ecuacion que define el impulso) permanece constante (por ejemplo, cambiando la amplitud de impulso o el ancho de impulso) a medida que cambia la forma de impulso.

Por ejemplo, si la forma de impulso cambia desde una forma de impulso cuadrado a una forma de impulso exponencial con pendiente positiva, como se ilustra en la Fig. 15, el area bajo el impulso, y de este modo la carga de la energfa de estimulacion, se puede disminuir sin modificar ninguno de los parametros de impulso. Sin embargo, si se aumenta la amplitud y/o la duracion del impulso, el area bajo el impulso, y de este modo la carga de la energfa de estimulacion, se puede mantener. En la realizacion ilustrada, es el CR 16 el que calcula la amplitud y/o la duracion del impulso en respuesta a la cambiante forma de impulso, como se describe con mas detalle mas adelante, aunque tal calculo puede realizarse como alternativa por el microcontrolador 74.

En una realizacion opcional, el microcontrolador 74 se configura para modificar la forma de impulso a base de caractensticas electricas del tejido medidas por el conjunto de circuitos de vigilancia 70. Es decir, debido a que las caractensticas electricas de los tejidos a traves de los que se transporta la energfa electrica de estimulacion entre los electrodos 26 pueda alterar las caractensticas de los impulsos de estimulacion, y en particular la forma de los impulsos que genera el conjunto de circuitos de estimulacion 50 de salida desde su forma de impulso disenada (especialmente con un conjunto de circuitos de estimulacion de salida que utiliza fuentes de voltaje), puede ser conveniente hacer coincidir la forma de impulso real con la forma pretendida o cambiar de otro modo la forma de impulso para conseguir el efecto clmico deseado teniendo en cuenta las caractensticas electricas del tejido.

Por ejemplo, el microcontrolador 74 puede crear un circuito de resistencia y capacitancia equivalentes en la interfaz entre los electrodos Ea, Eb y el tejido (es decir, la interfaz de electrodo-tejido), como se ilustra en la Fig. 16, a base de una impedancia de tejido que mide el conjunto de circuitos de vigilancia 70. Conociendo el valor de la resistencia R y los valores de capacidad C1, C2 en este circuito equivalente, el microcontrolador 74 puede calcular despues la forma de impulso que debe introducirse en el circuito equivalente para enviar la forma de impulso deseada para conseguir de otro modo el efecto clmico deseado. En una realizacion, el microcontrolador 74 realiza de forma automatica este ajuste de forma de impulso en respuesta a los cambios en las caractensticas electricas del tejido, y en particular la impedancia del tejido, que mide el conjunto de circuitos de vigilancia 70 (por ejemplo debido a una creciente fibrosis, el movimiento del paciente, migracion de los cables, etc.). En otra realizacion, el microcontrolador 74 solo realiza este ajuste de forma de impulso en un momento determinado; por ejemplo durante la programacion del GII 14 con los parametros de estimulacion. En este caso, el CR 16 puede crear como alternativa el circuito de resistencia y capacitancia equivalentes a base de la impedancia medida del tejido y despues calcular la forma de impulso a base de este circuito equivalente.

El GII 14 comprende adicionalmente una bobina receptora 84 de corriente alterna (CA) para recibir los datos de programacion (por ejemplo, el programa de funcionamiento y/o los parametros de estimulacion) desde el CR 16 en una senal portadora modulada apropiada, y el conjunto de circuitos de telemetna de carga y reenvfo 86 para demodular la senal portadora que recibe a traves de la bobina receptora 84 de CA para recuperar los datos de programacion, en que dichos datos de programacion se almacenan despues en la memoria 80 o dentro de otros elementos de memoria (no se muestran) distribuidos en el GII 14.

El GII 14 comprende adicionalmente el conjunto de circuitos de telemetna de retorno 88 y una bobina de transmision 90 de corriente alterna (CA) para enviar al CR 16 datos informativos detectados a traves del conjunto de circuitos de vigilancia 70. Las caractensticas de la telemetna de retorno del GII 14 tambien permiten comprobar su estado. Por ejemplo, cualquier cambio realizado en los parametros de estimulacion se confirma a traves de la telemetna de retorno, asegurando de este modo que tales cambios se han recibido e implementado de forma correcta dentro del GII 14. Ademas, con una interrogacion por parte del CR 16, todos los ajustes programables almacenados dentro del GII 14 pueden cargarse en el CR 16.

El GII 14 comprende ademas una fuente de alimentacion recargable 92 y un conjunto de circuitos de alimentacion 94 para proporcionar la energfa de funcionamiento al GII 14. La fuente de alimentacion recargable 92 puede, por ejemplo, comprender una batena de ion-litio o de polfmero de ion-litio. La batena recargable 92 proporciona al conjunto de circuitos de alimentacion 94 un voltaje no regulado. Los circuitos de alimentacion 94, a su vez, generan los diversos voltajes 96, algunos de los cuales se regulan y algunos no, segun necesiten los diversos circuitos situados dentro del GII 14. La fuente de alimentacion recargable 92 se recarga utilizando energfa de CA rectificada (o energfa de CC convertida desde la energfa de CA a traves de otros medios, por ejemplo, circuitos convertidores de CA a CC eficientes, tambien conocidos como “circuitos inversores”) recibida por la bobina receptora 84 de CA. Para recargar la fuente de alimentacion 92, un cargador externo (no se muestra), que genera el campo magnetico de CA, se coloca contra o de otro modo adyacente a la piel del paciente, sobre el GII implantado 14. El campo

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magnetico de CA que emite el cargador externo induce corrientes de CA en la bobina receptora 84 de CA. El conjunto de circuitos de telemetna de carga y reenvfo 86 rectifica la corriente CA para producir corriente CC, que se utiliza para cargar la fuente de alimentacion 92. Mientras que la bobina receptora 84 de CA se describe como que se utiliza para recibir tanto comunicaciones inalambricas (por ejemplo, datos de programacion y de control) como energfa de carga del dispositivo externo, debe apreciarse que la bobina receptora 84 de CA puede disponerse como una bobina de carga exclusiva, mientras que se puede utilizar otra bobina, tal como la bobina 90, para la telemetna bidireccional.

Como se muestra en la Fig. 12, gran parte del conjunto de circuitos incluido en el GII 14 puede realizarse en un unico circuito integrado espedfico de aplicaciones (CIEA, o en ingles ASIC: application specific integrated circuit) 98. Esto permite que el tamano total del GII 14 sea bastante pequeno y se aloje facilmente dentro de una carcasa adecuada hermeticamente sellada. Como alternativa, la mayona del conjunto de circuitos incluido en el GII 14 puede ubicarse en multiples matrices digitales y analogicas, tal como se describe en la solicitud de patente de los Estados Unidos n° de publicacion 2007-0038250. Por ejemplo, puede proporcionares un chip de procesador, tal como un circuito integrado espedfico de aplicaciones (CIEA), para realizar las funciones de procesamiento con el software integrado. Puede proporcionarse un CI analogico (CIEA) para realizar varias tareas necesarias para la funcionalidad del GII 14, y que incluyen proporcionar la regulacion de potencia, la salida de estfmulo, la medicion de impedancia y control. Se puede proporcionar CI digital (CIDig) para que funcione como la interfaz principal entre el CI de procesador y el CI analogico mediante el control y cambio de los niveles de estfmulo y las secuencias de la salida de corriente mediante el conjunto de circuitos de estimulacion en el CI analogico, cuando lo indica el CI de procesador.

Cabe senalar que el esquema de la Fig. 12 solo es funcional y no pretende ser limitativo. Los expertos en la tecnica, dadas las descripciones presentadas en el presente documento, deben ser capaces de crear facilmente numerosos tipos de circuitos de GII, o circuitos equivalentes, que lleven a cabo las funciones indicadas y descritas. Detalles adicionales en referencia a los GII anteriormente descritos y otros, pueden encontrarse en la patente de los Estados Unidos n° 6.516.227, las patentes de los Estados Unidos n° de publicacion 2003/0139781 y la 2005-0267546. Cabe senalar que en lugar un GII, el sistema de EME 10 puede utilizar como alternativa un receptor-estimulador implantable (no se muestra) conectado a los cables de estimulacion 12. En este caso, la fuente de alimentacion, por ejemplo una batena, para alimentar el receptor implantado, asf como el conjunto de circuitos de control para dar ordenes al receptor-estimulador, estaran contenidos en un controlador externo acoplado de forma inductiva al receptor-estimulador a traves de un enlace electromagnetico. Las senales de datos/alimentacion se acoplan por via transcutanea desde una bobina de transmision, conectada por cable, colocada sobre el receptor-estimulador implantado. El estimulador-receptor implantado recibe la senal y genera la estimulacion en conformidad con las senales de control.

Como se ha tratado brevemente anteriormente, los parametros de estimulacion pueden programarse, o modificarse de otra manera, dentro del GII 14 mediante el CR 16 y/o el PM 18, estableciendo de este modo o cambiando de otro modo las caractensticas de la energfa electrica de estimulacion generada y enviada por el GII 14 a los electrodos 26. En la realizacion ilustrada, esto se logra mediante la transmision telemetrica de instrucciones que contienen los parametros de estimulacion desde el GII 14 y/o el PM 18 al GII 14. Como alternativa, las instrucciones sin los parametros de estimulacion se pueden transmitir desde el CR 16 y/o el PM 18 al GII 14 para cambiar de otro modo los parametros de estimulacion almacenados en el GII 14.

Haciendo referencia ahora a la Fig. 17, ahora se describira una realizacion ejemplar de un CR 16. Como se trato anteriormente, el CR 16 tiene la capacidad de comunicarse con el GII 14, el PM 18 o el EEP 20. El CR 16 comprende una carcasa 100, que aloja componentes internos (incluida una placa de circuito impreso (PCI), y una pantalla de visualizacion 102 iluminado y un pulsador de botones 104 por la parte exterior de la carcasa 100. En la realizacion ilustrada, la pantalla de visualizacion 102 es una pantalla de visualizacion de panel plano iluminado, y el pulsador de botones 104 comprende un conmutador de membrana con cupulas metalicas emplazadas sobre un circuito flexible y un conector de teclado conectado directamente a un PCI. En una realizacion opcional, la pantalla de visualizacion 102 tiene prestaciones de pantalla tactil. El pulsador de botones 104 incluye una gran cantidad de botones 106, 108, 110, y 112, que permiten encender y apagar el GII 14, permiten el ajuste o establecimiento de parametros de estimulacion en el GII 14 y permiten la seleccion entre las pantallas.

En la realizacion ilustrada, el boton 106 sirve como un boton de encendido/apagado (ON/OFF) que se puede accionar para encender y apagar el GII 14. El boton 108 sirve como un boton de seleccion que permite al Cr 16 cambiar entre pantallas y/o parametros. Los botones 110 y 112 sirven como botones de arriba/abajo que se pueden accionar para aumentar o disminuir cualquier parametro de estimulacion del impulso generado por el GII 14, incluida la amplitud de impulso, el ancho de impulso, la frecuencia de impulsos y la forma de impulso. Por ejemplo, el boton de seleccion 108 puede accionarse para poner el CR 16 en un “Modo de ajuste de amplitud de impulso”, en el que se puede ajustar la amplitud de impulso a traves de los botones de arriba/abajo 110, 112, un “Modo de ajuste de ancho de impulso”, en el que se puede ajustar el ancho de impulso a traves de los botones de arriba/abajo 110, 112, un “Modo de ajuste de frecuencia de impulsos”, en el que se puede ajustar la frecuencia de impulsos a traves de los botones de arriba/abajo 110, 112, y un “Modo de ajuste de forma de impulso”, en el que se puede ajustar la forma de impulso a traves de los botones de arriba/abajo 110, 112. Como alternativa, se pueden proporcionar unos botones de arriba/abajo dedicados para cada parametro de estimulacion. En lugar de utilizar botones de arriba/abajo, para aumentar o disminuir los parametros de estimulacion se puede utilizar cualquier otro tipo de elemento activador, tal

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como un dial, una barra deslizante o un teclado.

Es importante para las presentes invenciones que la colocacion del CR 16 en el modo de ajuste de forma de impulso permita al usuario seleccionar el tipo de forma de impulso y la caractenstica de pendiente, y en particular la constante de tiempo, del tipo seleccionado de forma de impulso. Por ejemplo, la Fig. 18 ilustra una pantalla de visualizacion ejemplar que tiene identificadores en forma de iconos, aunque como alternativa u opcionalmente se puede utilizar texto. En particular, la pantalla de visualizacion incluye un icono de impulso cuadrado 113(1), un icono de impulso exponencial con pendiente negativa 113(2), un icono de impulso exponencial con pendiente positiva 113(3), un icono de impulso logantmico con pendiente negativa 113(4), un icono de impulso logantmico con pendiente positiva 113(5), un icono de impulso con rampa con pendiente negativa 113(6), un icono de impulso con rampa con pendiente positiva 113(7), un icono de forma de onda trapezoidal 113(8) y un icono de forma de onda sinusoidal 113(9) que el usuario puede desplazar y destacar (se muestra identificado el icono de impulso exponencial con pendiente negativa 113(2)) mediante el accionamiento de los botones de arriba/abajo 110, 112. El boton 108 se puede accionar para seleccionar despues el tipo de forma de impulso destacado. Como alternativa, en lugar de destacar un icono de impulso 113 desplazando arriba/abajo utilizando los botones de arriba/abajo 110, 112, se puede marcar una casilla de verificacion (no se muestra) asociada a cada tipo de forma de impulso, por ejemplo, tocandola con un puntero o un dedo, en el caso en donde la pantalla de visualizacion 102 tiene prestaciones de pantalla tactil. Como alternativa, se puede utilizar una palanca acodada de boton unico para cambiar entre los distintos tipos de forma de impulso. Dentro de cada tipo seleccionado de forma de impulso, se pueden cambiar las caractensticas cambiantes de pendiente (por ejemplo, aumentando o disminuyendo una constante de tiempo) accionando los botones de arriba/abajo 110, 112. Por ejemplo, la Fig. 19 ilustra una pantalla de visualizacion ejemplar que presenta la actual forma de impulso (en este caso, el impulso exponencial con pendiente negativa) cuando se accionan los botones de arriba/abajo 110, 112 para cambiar la pendiente con el tiempo del impulso (las formas de impulso anteriores se muestran con lmea discontinua). En una realizacion opcional, un modo de ciclo de forma puede presentar automaticamente distintas formas de impulso de una manera dclica (cambiando cada 3-5 segundos, por ejemplo), permitiendo de este modo al usuario experimentar rapidamente muchas distintas formas de impulso. Cuando el usuario experimenta una estimulacion optima, el usuario puede accionar un boton que selecciona la forma de impulso que se presenta en ese momento. La forma de impulso se puede presentar al usuario tal como se expone o, como alternativa, puede ser diafana para el usuario.

Haciendo referencia a la Fig. 20, ahora se describiran los componentes internos de un CR 16 ejemplar. El CR 16 incluye en general un procesador 114 (por ejemplo, un microcontrolador), una memoria 116 que almacena un programa de funcionamiento para la ejecucion por parte del procesador 114, asf como parametros de estimulacion, un conjunto de circuitos de entrada/salida y, en particular, un conjunto de circuitos de telemetna 118 para enviar parametros de estimulacion al GII 14 y recibir informacion de estado del GII 14, y un conjunto de circuitos de entrada/salida 120 para recibir senales de control de estimulacion del teclado de botones 104 y transmitir informacion de estado a la pantalla de visualizacion 102 (mostrado en la Fig. 18). Ademas de controlar otras funciones del CR 16, que no se describiran en el presente documento por motivos de brevedad, el procesador 114 genera una pluralidad de conjuntos de parametros de estimulacion que definen la amplitud de impulso, el ancho de impulso, la frecuencia de impulsos y la forma de impulso en respuesta al manejo del pulsador de botones 104 por parte del usuario. Estos nuevos conjuntos de parametros de estimulacion se transmitinan despues al GII 14 a traves del conjunto de circuitos de telemetna 118, ajustando de este modo los parametros de estimulacion almacenados en el GII 14 y/o programando el GII 14. El conjunto de circuitos de telemetna 118 tambien se puede utilizar para recibir parametros de estimulacion del PM 18. En la patente de los Estados Unidos n° 6.895.280 se desvelan detalles adicionales de la funcionalidad y de los componentes internos del CR 16.

Tal como se ha descrito anteriormente en relacion al GII 14, en la realizacion ilustrada la forma de impulso y los otros parametros de impulso se modifican independientemente entre sf. En este caso, el procesador 114 esta configurado para definir la forma de impulso y de los otros parametros de impulso en cada parametro de estimulacion establecido de forma independiente de los demas. Sin embargo, si la forma de impulso y los otros parametros de impulso se modifican con ventaja dependiendo unos de otros, el procesador 114 puede configurarse para definir la forma de impulso y los otros parametros de impulso en cada conjunto de parametros de estimulacion dependientes entre sf; por ejemplo definiendo los otros parametros de impulso en respuesta a la definicion de una forma de impulso para mantener uniforme la carga electrica entre los conjuntos de parametros de estimulacion.

Como se ha tratado brevemente anteriormente, la modificacion y la programacion de los parametros de estimulacion en la memoria programable del GII 14 tras implante tambien pueden realizarse por parte de un medico o especialista clmico utilizando el PM 18, que puede comunicarse directamente con el GII 14 o comunicarse indirectamente con el GII 14 a traves del CR 16. Es decir, el PM 18 puede utilizarse por parte del medico o especialista clmico para modificar los parametros de funcionamiento de la agrupacion de electrodos 26 cerca de la medula espinal. Como se muestra en la Fig. 1, la aspecto general del PM 18 es el de un ordenador personal portatil (PC) y, de hecho, se puede implementar utilizando un PC que se haya configurado apropiadamente para incluir un dispositivo de programacion direccional y programarse para realizar las funciones descritas en el presente documento. De este modo, se pueden realizar metodologfas de programacion ejecutando instrucciones de software contenidas en el PM 18. Como alternativa, se pueden realizar metodologfas de programacion utilizando firmware o hardware. En cualquier caso, el PM 18 puede controlar activamente las caractensticas de la estimulacion electrica que genera el GII 14 (o el EEP 20), para permitir que se determinen los parametros de estimulacion optimos a base de la reaccion

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del paciente y para programar posteriormente el GII 14 (o el EEP 20) con los parametros de estimulacion optimos. De este modo, la funcionalidad del PM 18 es similar a la del CR 18, con la excepcion de que simplifica en gran medida la programacion de los parametros de estimulacion optimos. En las patentes de los Estados Unidos n°. 6.393.325 y 6.909.917 se desvelan detalles adicionales que tratan sobre los PM y otros dispositivos de programacion.

Tras describir la estructura y la funcion del sistema de EME 10, ahora se describira un procedimiento de implantacion y funcionamiento del sistema 10. Haciendo referencia a la Fig. 21, los cables de estimulacion 12 se implantan dentro de la columna vertebral 142 de un paciente 140. La colocacion preferente de los cables de estimulacion 12 es adyacente, es decir, en el espacio epidural por encima de la zona de la medula espinal que se va a estimular. El EEP 20 se puede acoplar despues a los cables de estimulacion 12 a traves de la prolongacion percutanea 28 y el cable externo 30 (no mostrado en la Fig. 21) y despues se hace funcionar para entregar energfa electrica de estimulacion a los electrodos 26 en conformidad con una forma de onda definida. Los parametros de impulso de la forma de onda (incluida la amplitud de impulso, duracion de impulso, frecuencia de impulsos y forma de impulso) pueden modificarse bajo el control del PM 18, cambiando de este modo las caractensticas de la energfa electrica de estimulacion entregada desde los electrodos 26 al tejido, y permitiendo probar la eficacia de la estimulacion que se proporciona al paciente 140. Despues, el PM 18 se puede usar para programar los parametros de estimulacion optimos en el EEP 20.

Despues del penodo de prueba (normalmente 1-2 semanas), el GII 14 se implanta en el paciente 140 y se acopla a los cables de estimulacion 12. Debido a la falta de espacio cerca del emplazamiento en donde salen los cables de estimulacion 12 de la columna vertebral 140, en general el GII 14 se implanta en un bolsillo hecho de forma quirurgica en el abdomen o por encima de los gluteos. El GII 14 puede, por supuesto, implantarse en otros emplazamientos del cuerpo del paciente. Las prolongaciones de cables 24 facilitan la colocacion del GII 14 lejos del punto de salida de los cables de estimulacion 12. De la misma manera a como se ha descrito brevemente antes con respecto al EEP 20, despues el GII 14 se puede manejar y programar con los parametros de estimulacion optimos bajo el control del PM 18. El CR 16 puede utilizarse posteriormente bajo el control del paciente para seleccionar programas de estimulacion o modificar de otra manera los parametros de estimulacion programados previamente en el GII 14 para cambiar la terapia.

Claims (15)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   REIVINDICACIONES

   1. Un sistema de neuroestimulacion implantable (10), que comprende:

   un generador de impulsos implantable (14) que comprende una pluralidad de terminales electricos (58); y dos o mas cables de estimulacion (12) percutanea, portando cada uno una pluralidad de electrodos (26) dispuestos en una agrupacion, en el que los terminales electricos (58) estan configurados para acoplarse electricamente a los electrodos (26) de los cables de estimulacion (12);

   en el que el generador de impulsos implantable (14) comprende adicionalmente:

   un conjunto de circuitos de estimulacion (50) configurado para enviar energfa de estimulacion electrica a traves de cualquiera de la pluralidad de terminales electricos (58) en conformidad con una forma de onda definida a cualquiera de los electrodos en los cables de estimulacion, de modo que pueda producirse la estimulacion electrica entre dos o mas electrodos activados;

   un conjunto de circuitos de vigilancia (70) configurado para medir una o mas caractensticas electricas del tejido; y

   un conjunto de circuitos de control (74);

   caracterizado porque el conjunto de circuitos de control se configura para modificar una forma de impulso de la forma de onda

   definida a base de las una o mas caractensticas electricas medidas, cambiando de este modo las caractensticas de la energfa de estimulacion electrica enviada entre los dos o mas electrodos activados.
2. 2. El sistema de neuroestimulacion (10) de la reivindicacion 1, en el que el conjunto de circuitos de control (74) se configura para modificar la forma de impulso seleccionando uno de una pluralidad de distintos tipos de forma de impulso.
3. 3. El sistema de

   neuroestimulacion (10) de la reivindicacion 2, en el que los distintos tipos de forma de impulso comprenden al menos dos de entre un impulso cuadrado, un impulso exponencial, un impulso logantmico, un impulso en rampa, un impulso trapezoidal y una combinacion de los mismos.
4. 4. El sistema de neuroestimulacion (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el conjunto de circuitos de control (74) se configura para modificar la forma de impulso ajustando una constante de tiempo de la forma de impulso.
5. 5. El sistema de neuroestimulacion (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el conjunto de circuitos de control (74) se configura para modificar la forma de impulso y otros parametros de impulso de la forma de onda definida, independiente el uno del otro.
6. 6. El sistema de neuroestimulacion (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el conjunto de circuitos de control (74) se configura para modificar la forma de impulso y al menos otro parametro de impulso, dependiente el uno de otro.
7. 7. El sistema de neuroestimulacion (10) de la reivindicacion 6, en el que el conjunto de circuitos de control (74) se configura para modificar el al menos un otro parametro de impulso en respuesta a la modificacion de la forma de impulso, para mantener una carga sustancialmente uniforme de la energfa de estimulacion electrica.
8. 8. El sistema de neuroestimulacion (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el conjunto de circuitos de control (74) se configura para modificar la forma de impulso en respuesta a un cambio en las una o mas caractensticas electricas medidas.
9. 9. El sistema de neuroestimulacion (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que el conjunto de circuitos de estimulacion de salida (50) comprende una pluralidad de distintos circuitos de conformacion analogicos (69), y el conjunto de circuitos de control (74) se configura para modificar la forma de impulso seleccionando uno de los distintos circuitos de conformacion analogicos (69).
10. 10. El sistema de neuroestimulacion (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que el conjunto de circuitos de control (74) se configura para modificar la forma de impulso ajustando una caractenstica de al menos un componente electrico analogico en el conjunto de circuitos de estimulacion de salida (50).
11. 11. El sistema de neuroestimulacion (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que la forma de onda definida esta formada de una funcion escalonada de niveles de amplitud o duraciones de subimpulso, y en el que el conjunto de circuitos de control (74) se configura para modificar la forma de impulso ajustando los niveles de amplitud o duraciones de subimpulso.
12. 12. El sistema de neuroestimulacion (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que la pluralidad de electrodos (26) se dispone en lmea a lo largo del cable de estimulacion, o en el que la pluralidad de electrodos (26)

    se dispone en un patron bidimensional en un unico cable de paleta.
13. 13. El sistema de neuroestimulacion (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-12, que comprende adicionalmente una memoria (80) que tiene la capacidad de almacenar un parametro que define la forma de impulso.
14. 14. El sistema de neuroestimulacion (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-13, que comprende adicionalmente 5 un conjunto de circuitos de telemetna (86) que tiene la capacidad de recibir instrucciones de forma inalambrica

    desde un programador externo (16, 18) para modificar la forma de impulso.
15. 15. El sistema de neuroestimulacion (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-14, que comprende adicionalmente una carcasa (40) que contiene la pluralidad de terminales electricos (58), el conjunto de circuitos de estimulacion de salida (50) y el conjunto de circuitos de control (74).

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