ES2617708T3 - Sistema de neuroestimulación que tiene una mayor flexibilidad para crear trenes de impulsos complejos - Google Patents

Sistema de neuroestimulación que tiene una mayor flexibilidad para crear trenes de impulsos complejos Download PDF

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Abstract

Un sistema de neuromodulación, que comprende: una pluralidad de terminales eléctricos configurados para ser acoplados, respectivamente, a una pluralidad de electrodos; circuitería de salida de modulación configurada para emitir, respectivamente, una pluralidad de trenes individuales de impulsos eléctricos en una pluralidad de canales de sincronización a la pluralidad de terminales eléctricos, teniendo cada uno de los trenes de impulsos un impulso de modulación, y al menos uno de los trenes de impulsos tiene un impulso de recuperación de carga asociado con el impulso de modulación del al menos un tren de impulsos respectivo; y circuitería de control configurada para controlar la circuitería de salida de modulación de una forma que emite secuencialmente los impulsos de modulación de los trenes respectivos de impulsos a un conjunto común de los terminales eléctricos sin que intervenga un impulso de recuperación de carga, y emitir el impulso de recuperación de carga del al menos un tren de impulsos al conjunto común de los terminales eléctricos subsiguientemente a los impulsos secuenciales de modulación, creando, de ese modo, un tren combinado de impulsos eléctricos en el conjunto común de terminales eléctricos.

Description

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interfase 58 de cada uno de los impulsos bifásicos 52 es relativamente larga, de forma que haya un efecto temporal mínimo o no lo haya entre las dos fases de cada impulso bifásico 52.
De forma significativa para la presente invención, el sistema 10 de SCM tiene capacidad para administrar al mismo tiempo una pluralidad de trenes individuales de impulsos eléctricos por medio de una pluralidad respectiva de canales de sincronización a un conjunto común de electrodos, creando, de ese modo, un tren combinado de impulsos eléctricos en el conjunto común de electrodos. Para el fin de la presente memoria, se transmiten al mismo tiempo los trenes de impulsos eléctricos si se solapa cualquiera de sus impulsos o se intercalan entre sí. En un procedimiento preferente, se transmiten respectivamente los trenes individuales de impulsos desde la pluralidad de electrodos al electrodo (o electrodos) común por medio del tejido del paciente. Preferentemente, el tejido adyacente al electrodo (o electrodos) común se modula terapéuticamente (por ejemplo, estimulado) mediante el tren combinado de impulsos eléctricos para proporcionar la terapia. De forma ventajosa, el uso de múltiples canales de sincronización para combinar trenes de impulsos eléctricos en un único tren de impulsos eléctricos en un conjunto común de electrodos permite que el sistema 10 de SCM cree un tren de impulsos eléctricos que no pueden ser creados de otra manera utilizando un único canal de sincronización debido a limitaciones del soporte físico en el sistema 10 de SCM.
Para facilitar la combinación de los trenes individuales de impulsos eléctricos en un único tren de impulsos eléctricos en un conjunto común de electrodos, el sistema 10 de SCM tiene capacidad para regular la interfase de los impulsos multifásicos en al menos uno de los trenes individuales de impulsos eléctricos. En una técnica ventajosa, se combinan trenes individuales de impulsos eléctricos para crear un tren de impulsos eléctricos que consiste en impulsos compuestos de modulación y/o impulsos compuestos de recuperación de carga.
Por ejemplo, según se muestra en la Fig. 7, se administran cuatro trenes individuales 60a-60d de impulsos eléctricos, respectivamente, en cuatro canales T1-T4 de sincronización a un conjunto común de electrodos (por ejemplo, el electrodo E1) para crear un único tren combinado 60 de impulsos eléctricos en el conjunto común de electrodos. En la realización ilustrada, el único tren combinado 60 de impulsos eléctricos incluye una serie de impulsos compuestos 62 de modulación, cada uno de los cuales se crea administrando secuencialmente impulsos 62a-62d de modulación de los trenes individuales respectivos 60a-60d de impulsos eléctricos al conjunto común de electrodos sin que intervenga ningún impulso de recuperación de carga. En la realización ilustrada en la Fig. 7, los impulsos 62a-62d de modulación están separados temporalmente entre sí, de forma que haya una integración temporal de los efectos de modulación inducidos por los impulsos 62a-62d de modulación en el marco temporal de respuesta del tejido neural. Con este fin, cada separación entre adyacentes de los impulsos 62a-62d de modulación es, preferentemente, inferior a 1 ms. En la realización ilustrada, la amplitud y/o la anchura de los impulsos 62a-62d de modulación difieren entre sí. En particular, las amplitudes de los impulsos 62a-62d de modulación aumentan progresivamente, siendo la anchura del impulso 62a de modulación mayor que las anchuras de los impulsos restantes 62b-62d de modulación. Por lo tanto, se reflejan estas características en los impulsos 62a-62d del impulso compuesto resultante 62. La amplitud y la anchura del impulso pueden ser variables para cualquier canal de sincronización para crear cualquier forma deseada de impulso.
Se utiliza uno de los trenes 60a-60d de impulsos eléctricos, y en la realización ilustrada, el tren 60a de impulsos eléctricos asociado en el canal T1 de sincronización para administrar un impulso 64 de recuperación de carga después de la administración de impulsos secuenciales 62a-62d de modulación. De forma alternativa, se puede seleccionar uno cualquiera de los otros trenes 60b-60d de impulsos eléctricos asociados respectivamente con los canales T2-T4 de sincronización para incluir el impulso 64 de recuperación de carga. En cualquier caso, el tren resultante 60 de impulsos eléctricos incluye este impulso 64 de recuperación de carga, que está dispuesto entre impulsos compuestos adyacentes 62 de modulación. Preferentemente, el impulso 64 de recuperación de carga incluye una carga que tiene una magnitud aproximadamente igual a la magnitud de la carga combinada de los cuatro impulsos precedentes 62a-62d de modulación. De hecho, el impulso compuesto 62 y el impulso asociado 64 de recuperación de carga del tren combinado 60 de impulsos eléctricos forman un impulso bifásico.
Aunque el impulso 64 de recuperación de carga ilustrado en la Fig. 7 es pasivo, se puede utilizar, de forma alternativa, un impulso activo de recuperación de carga. Por ejemplo, según se ilustra en la Fig. 8, los trenes individuales 60a-60d de impulsos eléctricos asociados con los canales T1-T4 de sincronización incluyen, respectivamente, impulsos activos 64a-64d de recuperación de carga que son administrados al mismo tiempo al conjunto común de electrodos subsiguientemente a los impulsos 62a-62d de modulación. Como resultado, el tren combinado 60 de impulsos eléctricos en el conjunto común de electrodos incluye un impulso compuesto 64 de recuperación de carga. Por lo tanto, la magnitud de la carga del impulso 64 de recuperación de carga será igual a la carga combinada de los cuatro impulsos precedentes 62a-62d de modulación. De hecho, los impulsos 62a-62d de modulación y el impulso asociado 64a-64d de recuperación de carga para los trenes individuales 60a-60d de impulsos eléctricos constituyen impulsos bifásicos simétricos, mientras que el impulso compuesto 62 de modulación y el impulso compuesto 64 de recuperación de carga del tren compuesto 60 de impulsos eléctricos constituyen un impulso bifásico asimétrico.
Como los impulsos 62a-62d de modulación, las amplitudes de los impulsos 64a-64d de recuperación de carga aumentan progresivamente, siendo mayor la anchura del impulso 62a de recuperación de carga que las anchuras de
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los impulsos restantes 64b-64d de recuperación de carga. Debido a que se administran secuencialmente los impulsos 62a-62d de modulación al conjunto común de electrodos, mientras que se administran al mismo tiempo los impulsos 64a-64d de recuperación de carga al conjunto común de electrodos, se reducen progresivamente las interfases 66a-66d, respectivamente entre los impulsos 62a-62d de modulación y los impulsos 64a-64d de recuperación de carga.
Aunque se administran al mismo tiempo los impulsos 64a-64d de recuperación de carga ilustrados en la Fig. 8 al conjunto común de electrodos, se pueden administrar secuencialmente los impulsos 64a-64d de recuperación de carga al conjunto común de electrodos de forma muy semejante a los impulsos 62a-62d de modulación son administrados secuencialmente al conjunto común de electrodos, según se ilustra en la Fig. 9. Como resultado, el impulso compuesto 64 de recuperación de carga del tren combinado 60 de impulsos eléctricos en el conjunto común de electrodos tiene impulsos separados 64a-64d. De hecho, el impulso compuesto 62 de modulación y el impulso compuesto 64 de recuperación de carga del tren combinado 60 de impulsos eléctricos constituyen un impulso bifásico simétrico o especular. Se debería hacer notar que se pueden reorganizar los impulsos individuales de recuperación de carga de los cuatro canales, de forma que tanto los impulsos compuestos de modulación como los impulsos compuestos de recuperación de carga tengan una amplitud creciente o una amplitud decreciente. Aunque el canal individual de sincronización puede no tener equilibrio de carga en estos casos, los impulsos compuestos tendrán equilibrio de carga, dado que son administrados al conjunto común de electrodos.
Aunque se administran los impulsos 62a-62d de modulación y los impulsos 64a-64d de recuperación de carga en la realización de la Fig. 9 de forma que los impulsos del impulso compuesto 62 de modulación y del impulso 64 de recuperación de carga estén separados entre sí, se pueden administrar los impulsos 62a-64d de modulación y los impulsos 64a-64d de recuperación de carga, de forma que los impulsos del impulso compuesto 62 de modulación y el impulso 64 de recuperación de carga sean contiguos entre sí, según se muestra en la Fig. 10.
En otra técnica ventajosa, se combinan trenes individuales de impulsos eléctricos que tienen frecuencias fijas de impulsos para crear un tren de impulsos eléctricos que tiene una frecuencia media de impulsos mayor que cualquiera de las frecuencias fijas de impulsos de los trenes individuales de impulsos eléctricos. Por ejemplo, según se muestra en la Fig. 11, se administran los cuatro trenes individuales 60a-60d de impulsos eléctricos, respectivamente, en cuatro canales T1-T4 de sincronización a un conjunto común de electrodos (por ejemplo, el electrodo E1) para crear un único tren combinado 60 de impulsos eléctricos en el conjunto común de electrodos. Como las realizaciones en las Figuras 7-10, el único tren combinado 60 de impulsos eléctricos incluye una serie de impulsos compuestos 62 de modulación, cada uno de los cuales es creado administrando secuencialmente impulsos 62a-62d de modulación de los trenes individuales respectivos 60a-60d de impulsos eléctricos al conjunto común de electrodos sin que intervenga ningún impulso de recuperación de carga. Sin embargo, se administran los impulsos 62a-62d de modulación de tal forma que las separaciones de los impulsos 62 de modulación por todo el tren combinado 60 de impulsos eléctricos sean uniformes. En la realización ilustrada, las frecuencias de impulsos de los trenes individuales 60a-60d de impulsos eléctricos son uniformes e iguales entre sí, y la frecuencia de impulsos del único tren combinado 60 de impulsos eléctricos tiene una frecuencia de impulsos que es cuatro veces mayor que la frecuencia de impulsos de cualquiera de los trenes individuales 60a-60d de impulsos.
De hecho, un tren de impulsos eléctricos puede estar diseñado para tener una frecuencia de impulsos equivalente a N  la frecuencia de impulsos de cada tren individual de impulsos, siendo N el número de canales de sincronización. Preferentemente, las frecuencias de impulsos de los trenes individuales 60a-60d de impulsos son inferiores a 1,2 kHz (por ejemplo, 500 kHz), mientras que la frecuencia de impulsos del tren combinado 60 de impulsos es superior a 1,2 kHz (por ejemplo, 2 kHz). En la realización ilustrada, las separaciones entre los impulsos 62 de modulación son suficientemente pequeñas, de forma que haya una integración temporal de los efectos de estimulación inducidos a partir de los impulsos 62 de modulación en el marco temporal de respuesta del tejido neural, en efecto, bloqueando
o alterando de otra manera que se lleven a cabo los potenciales de acción en el tejido neural. En la realización ilustrada, el tamaño (amplitud y anchura) de los impulsos 62a-62d de modulación son uniformes, aunque tal tamaño puede diferir.
Como la realización ilustrada en la Fig. 8, los trenes individuales 60a-60d de impulsos eléctricos asociados con los canales T1-T4 de sincronización incluyen, respectivamente, impulsos activos 64a-64d de recuperación de carga que se administran al mismo tiempo al conjunto común de electrodos subsiguientemente a los impulsos 62a-62d de modulación. Como resultado, el tren combinado 60 de impulsos eléctricos en el conjunto común de electrodos incluye un impulso compuesto 64 de recuperación de carga. La magnitud de la carga del impulso 64 de recuperación de carga será, por lo tanto, igual a la carga combinada de los cuatro impulsos precedentes 62a-62d de modulación.
Con referencia de nuevo a la Fig. 12, se describirán ahora los componentes internos principales del IPG 14. El IPG 14 incluye circuitería 100 de salida de modulación configurada para generar energía eléctrica de modulación según una forma de onda pulsátil definida que tiene una amplitud de impulsos, una frecuencia de impulsos, una anchura de impulsos, una forma de impulsos y una frecuencia de ráfaga especificados bajo el control de lógica 102 de control por el bus 104 de datos. Se facilita el control de la frecuencia de impulsos y de la anchura de impulsos de la forma de onda eléctrica mediante la circuitería lógica 106 de temporizador, que puede tener una resolución adecuada, por ejemplo, 10 s. Se emite la energía de modulación generada por la circuitería 100 de salida de modulación por
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que administre múltiples trenes de impulsos eléctricos a un conjunto común de los terminales eléctricos 108 (y, por lo tanto, un conjunto común de electrodos 26) para crear un único tren de impulsos eléctricos en el conjunto común de terminales eléctricos 108; por ejemplo, de la forma descrita en las técnicas ilustradas en las Figuras 6-11. Debido a que las funciones del microcontrolador 114 pueden implementarse en un soporte lógico, estas técnicas pueden implementarse más fácilmente en el IPG 14 sin modificar los diseños preexistentes de soporte físico.
El IPG 14 comprende, además, una bobina 124 de recepción de corriente alterna (CA) para recibir datos de programación (por ejemplo, el programa operativo y/o parámetros de modulación) procedentes del RC 16 (mostrado en la Fig. 2) en una señal portadora modulada apropiada, y circuitería 126 de telemetría directa para desmodular la señal portadora que recibe a través de la bobina 124 de recepción de CA para recuperar los datos de programación, datos de programación que son almacenados entonces en la memoria 120, o en otros elementos (no mostrados) de memoria distribuidos por el IPG 14.
El IPG 14 comprende, además, circuitería 128 de telemetría indirecta y una bobina 130 de transmisión de corriente alterna (CA) para enviar datos de información detectados por medio de la circuitería 110 de monitorización al RC 16. Las características de telemetría indirecta del IPG 14 también permiten que se compruebe su estado. Por ejemplo, cuando el RC 16 inicia una sesión de programación con el IPG 14, se mide telemétricamente la capacidad de la batería, de forma que el programador externo pueda calcular el tiempo estimado de recarga. Se confirma cualquier cambio realizado a los parámetros de estímulo actuales mediante telemetría indirecta, garantizando, de ese modo, que se reciben e implementan correctamente tales cambios en el sistema de implante. Además, tras la interrogación por parte del RC 16, se pueden cargar todas las configuraciones programables almacenadas en el IPG 14 al RC 16. De forma significativa, las características de telemetría indirecta permiten que se descarguen datos sin procesar o procesados de parámetros eléctricos (u otros datos de parámetros) almacenados anteriormente en la memoria 120 del IPG 14 al RC 16, información que puede ser utilizada para hacer un seguimiento de la actividad física del paciente.
El IPG 14 comprende, además, una fuente recargable 132 de alimentación y circuitos 134 de alimentación para proporcionar la energía operativa al IPG 14. La fuente recargable 132 de alimentación puede comprender, por ejemplo, una batería de iones de litio o de polímero de iones de litio. La batería recargable 132 proporciona una tensión no regulada a los circuitos 134 de alimentación. Los circuitos 134 de alimentación, a su vez, generan las diversas tensiones 136, algunas de las cuales son reguladas y algunas de las cuales no lo son, según necesiten los diversos circuitos ubicados en el IPG 14. La fuente recargable 132 de alimentación es recargada utilizando energía rectificada de CA (o energía de CC convertida partiendo de energía de CA mediante otros medios, por ejemplo, circuitos convertidores eficaces de CA a CC, también conocidos como “circuitos inversores”) recibida por la bobina 134 de recepción de CA. Para recargar la fuente 132 de alimentación, se coloca un cargador externo (no mostrado), que genera el campo magnético de CA, contra la piel del paciente, o adyacente de otra manera a la misma, sobre el IPG implantado 14. El campo magnético de CA emitido por el cargador externo induce corrientes CA en la bobina 134 de recepción de CA. La circuitería 136 de carga y de telemetría directa rectifica la corriente CA para producir corriente CC, que se utiliza para cargar la fuente 132 de alimentación. Aunque se describe que la bobina 134 de recepción de CA es utilizada tanto para comunicaciones de recepción inalámbrica (por ejemplo, datos de programación y de control) como para energía de carga procedente del dispositivo externo, se debería apreciar que la bobina 134 de recepción de CA puede estar dispuesta como una bobina dedicada de carga, mientras que se puede utilizar otra bobina, tal como la bobina 130, para una telemetría bidireccional.
Se debería hacer notar que el diagrama de la Fig. 12 es únicamente funcional, y no se pretende que sea limitante. Los expertos en la técnica, dadas las descripciones presentadas en la presente memoria, deberían poder diseñar fácilmente numerosos tipos de circuitos de IPG, o circuitos equivalentes, que lleven a cabo las funciones indicadas y descritas, funciones que incluyen no solo producir una corriente o una tensión de estímulo en grupos seleccionados de electrodos, sino también la capacidad para medir datos eléctricos de parámetros en un electrodo activado o no activado.
En la patente U.S. nº 6.516.227 y en las publicaciones de patentes U.S. nos 2003/0139781 y 2005/0267546 se pueden encontrar detalles adicionales relativos al IPG descrito anteriormente y otros. Se debería hacer notar que en vez de un IPG, el sistema 10 de SCM puede utilizar, de forma alternativa, un receptor-estimulador implantable (no mostrado) conectado con los cables 12 de modulación. En este caso, la fuente de alimentación, por ejemplo, una batería, para alimentar el receptor implantado, al igual que circuitería de control para dar instrucciones al receptorestimulador, estará contenida en un controlador externo acoplado de forma inductiva con el receptor-estimulador por medio de un enlace electromagnético. Las señales de datos/alimentación se acoplan transcutáneamente desde una bobina de transmisión conectada por cable colocada sobre el receptor-estimulador implantado. El receptorestimulador implantado recibe la señal y genera la modulación según las señales de control.
Según se ha expuesto anteriormente, el RC 16 y/o el CP 18 incluyen una interfaz de usuario configurada para recibir una entrada desde un usuario para especificar los parámetros de modulación, incluyendo los electrodos particulares 26 entre los que se deben administrar los trenes de impulsos eléctricos. En una realización, los impulsos compuestos, tales como los descritos con respecto a las Figuras 7-10, pueden ser especificados por el usuario. Por ejemplo, la interfaz de usuario puede presentar distintos impulsos compuestos al usuario entre los que seleccionar
uno, después de lo cual el microcontrolador 114 variará automáticamente las interfases (si es necesario) de los trenes individuales de impulsos, y administrarlos a través de los canales de sincronización de una forma que cree un tren combinado de impulsos que incluya el impulso complejo seleccionado. De forma alternativa u opcional, la interfaz de usuario permite que el usuario defina específicamente las interfases de los trenes individuales de impulsos, y los combine para crear un tren de impulsos con un impulso complejo definido por el usuario.
La presente invención se establece en las siguientes reivindicaciones.

Claims (1)

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