ES2636260T3 - Dispositivo fotovoltaico de estimulación eléctrica - Google Patents

Abstract

Dispositivo de estimulación optoelectrónico configurado para su uso en un tratamiento médico que implica suministrar una corriente eléctrica a un tejido que puede excitarse eléctricamente (Zbio) por medio de dos electrodos (3n, 3p) acoplados eléctricamente a dicho tejido, comprendiendo dicho dispositivo de estimulación optoelectrónico: (a) una carcasa (20) que contiene una fuente (4) de impulsos eléctricos, que está conectada eléctricamente a (b) una fuente de emisión de luz (2), en comunicación óptica con (c) una célula fotovoltaica (1) conectada eléctricamente a dos electrodos (3n, 3p) para establecer dos contactos eléctricos con dicho tejido y por tanto formar un circuito de estimulación eléctrica alimentado mediante la célula fotovoltaica (1) que se energiza mediante la radiación de la fuente de emisión de luz (2), en el que dicha carcasa está separada físicamente de los electrodos; caracterizado porque dicho dispositivo comprende además: (d) una fuente de emisión de luz de control (13) que emite una luz cuando se activa eléctricamente, y (e) un sensor de emisión de luz (9) en comunicación óptica con la fuente (13) de emisión de luz de control y acoplado a un procesador programado para registrar los pulsos emitidos por la fuente de emisión de luz de control, formando parte preferiblemente dicho procesador de la fuente de impulsos eléctricos (4), y en el que la fuente de emisión de luz de control (13) está ubicada o bien, * en el circuito de estimulación eléctrica, en serie con los electrodos (3p, 3n) y la célula fotovoltaica (1), o * en un circuito de control separado del circuito de estimulación eléctrica, en serie con una célula fotovoltaica de control (1C) que está en comunicación óptica con la misma fuente (2) de emisión de luz que la célula fotovoltaica (1) del circuito de estimulación.

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DESCRIPCION

Dispositivo fotovoltaico de estimulacion electrica Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un dispositivo de estimulacion electrica para su uso en un tratamiento medico que implica suministrar pulsos de corriente electrica a un tejido que puede excitarse electricamente, tal como un nervio o un musculo, por medio de dos electrodos acoplados electricamente a dicho tejido. En particular, se refiere a que tal dispositivo usa una celula fotovoltaica activada por luz para generar la corriente suministrada a dicho tejido.

Antecedentes de la invencion

El suministro de pulsos electricos a un tejido tal como un nervio o un musculo se conoce en la tecnica para diagnosticar o tratar varios trastornos tales como enfermedad de Parkinson, epilepsia, dolor cronico, trastornos motores y muchas otras aplicaciones. En su forma mas simple, un dispositivo para suministrar tales pulsos electricos comprende un generador de pulsos electricos, electrodos de estimulacion y cables que acoplan electricamente los electrodos al generador de pulsos electricos. Dependiendo de las aplicaciones, los electrodos pueden aplicarse sobre la piel y la corriente electrica transmitirse por via transcutanea al tejido que va a tratarse. Sin embargo, para algunas aplicaciones los electrodos tienen que aplicarse directamente sobre el tejido que va a tratarse, requiriendo el uso de un dispositivo implantable. Esta claro, en el ultimo caso, que la miniaturizacion del implante es de suma importancia.

Dependiendo del tejido que va a tratarse, el tipo de electrodos usados y la distancia entre electrodos, el voltaje requerido entre los electrodos implantados es generalmente del orden de 15V + 5V. Tal voltaje requiere un generador de pulsos electricos de tales dimensiones, que los implantes de estimulacion electrica estan formados generalmente por dos componentes separados: por un lado, los electrodos que se implantan directamente en el tejido que va a tratarse y, por otro lado, el generador de pulsos electricos, de mayores dimensiones, que puede implantarse en diversas ubicaciones en el cuerpo dependiendo de la aplicacion, pero lo mas frecuentemente en la region subclavia, la zona abdominal inferior o la region glutea. Los cables que conectan el generador de pulsos a los electrodos generalmente se enrollan para proporcionar flexibilidad, para permitir que se vane la distancia desde el generador de pulsos electricos y los electrodos y para potenciar la estabilidad mecanica con una alta elasticidad con respecto a los movimientos corporales. Debido al uso de cables electricos, en particular cuando estan enrollados, tales implantes son incompatibles con los aparatos de formacion de imagenes por resonancia magnetica (MRI) y tambien con arcos de deteccion de metales simples tal como se usan en aeropuertos, bancos y similares.

Tal como se muestra en la Figura 1(b), habitualmente se usan convertidores digitales-analogicos (DAC) para suministrar la corriente y el voltaje requeridos al circuito de estimulacion, pero pocos son satisfactoriamente precisos a voltajes mayores de 5V o incluso de 10V, mientras que todavfa proporcionan una resolucion de corriente suficiente y con un consumo de energfa compatible con un dispositivo implantable.

El potencial de accion compuesto (CAP, Compound Action Potential) es la suma algebraica de todos los potenciales de accion de fibra individuales de un tejido estimulado mediante electrodos. Registrar el CAP es importante porque revela la reactividad del tejido a los estfmulos, el voltaje umbral, la latencia del inicio del CAP, la distribucion de los tipos de fibras que constituyen el tejido estimulado, etc. El registro de la respuesta de CAP cerca del punto de estimulacion es bastante desafiante, debido a la pequena amplitud del CAP de los nervios (normalmente unas pocas decenas de |iV, mientras que el estfmulo esta en el rango de 5 a 15 voltios, dando como resultado una gran contaminacion del registro introducida por el artefacto de estfmulo que oculta gravemente la senal de CAP genuina.

El generador de pulsos electricos en implantes de estimulacion electrica se alimenta generalmente mediante una batena, ya sea primaria (no recargable) o recargable. Una batena recargable tiene que recargarse a intervalos regulares, mientras que el numero de ciclos de recarga reduce la vida y la capacidad de la batena, que pueden oscilar entre un dfa y varios meses dependiendo de las aplicaciones y el tipo y el tamano de la batena. Tal como se comento anteriormente, la batena se implanta generalmente de manera remota con respecto al tejido que va a estimularse, en lugares tales como en el espacio subclavicular, la zona abdominal o la region glutea. La batena puede recargarse por via transcutanea mediante medios conocidos en la tecnica. Por ejemplo, un dispositivo medico implantable puede incluir una celula solar configurada para proporcionar energfa para recargar una fuente de alimentacion tal como una batena. La celula solar puede implantarse en el cuerpo de un huesped, de modo que una superficie de la celula solar se proporciona bajo una capa de piel traslucida, que permite a la celula solar recibir luz desde el exterior del cuerpo. Ejemplos de tales sistemas se dan a conocer en los documentos US20090326597, WO2014136022 o US20120035725.

El documento US8744568 propone un dispositivo medico que comprende un polfmero electroactivo implantable que se estimula electricamente mediante una celula fotovoltaica como fuente de energfa electrica. Este dispositivo puede usarse en particular para liberar un agente terapeutico in situ. Sin embargo, este dispositivo no se usa para estimular electricamente un tejido.

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Los documented WO2010/148324, WO02/065895, US2002/116033 y US2010/217351 dan a conocer dispositivos implantables que comprenden una celula fotovoltaica acoplada a electrodos para alimentar dichos electrodos con corriente electrica tras la exposicion a una fuente de radiacion luminosa. Sin embargo, la corriente electrica alimentada realmente a los electrodos sigue siendo un problema, ya que no hay un control directo sobre ella. El documento US2010/217351 describe un implante fotovoltaico similar que comprende ademas un sistema de control cerrado, en el que la intensidad de una emision de luz se controla basandose en una retroalimentacion sobre la intensidad de la senal electrica recibida por una celula fotovoltaica y transmitida a la fuente de emision de luz mediante un transmisor de radiofrecuencia. Este sistema es interesante, pero requiere un circuito adicional para medir la intensidad de la corriente y un transmisor y receptor de RF para la transmision de la informacion.

Sigue habiendo la necesidad en la tecnica de dispositivos de estimulacion electrica de tejidos que sean seguros, fiables y tengan una gran autonoirna. Tambien deben ser compatibles con la MRI, permitir el registro del CAP cerca del punto estimulado y, para implantes, que sean de tamano pequeno. La presente invencion propone un dispositivo de este tipo. Estas y otras ventajas de la presente invencion se presentan en las secciones siguientes.

Sumario de la invencion

La presente invencion se define en las reivindicaciones independientes adjuntas. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes. En particular, la presente invencion se refiere a un dispositivo de estimulacion optoelectronico para su uso en un tratamiento medico que implica suministrar una corriente electrica a un tejido que puede excitarse electricamente por medio de dos electrodos acoplados electricamente a dicho tejido, comprendiendo dicho dispositivo de estimulacion optoelectronico:

(a) una fuente de impulsos electricos, que esta conectada electricamente a

(b) una fuente de emision de luz, en comunicacion optica con

(c) una celula fotovoltaica conectada electricamente a dos electrodos para establecer dos contactos electricos con dicho tejido y por tanto formar un circuito de estimulacion electrica alimentado mediante la celula fotovoltaica (que se energiza mediante la radiacion de la fuente de emision de luz.

(d) un sistema de control inalambrico descrito a continuacion e indicativo de la corriente suministrada realmente a un tejido durante una secuencia de estimulacion.

En una realizacion preferida, la fuente de impulsos electricos es adecuada para hacer que la fuente de emision de luz emita pulsos calibrados de luz de una duracion comprendida entre 1 |is y 10 ms, preferiblemente entre 10 |is y 1 ms. La celula fotovoltaica puede seleccionarse de modo que cuando se energiza mediante la fuente de emision de luz, suministra cargas comprendidas entre 0,01 y 50 |iC, preferiblemente entre 0,1 y 10 |iC, preferiblemente a un voltaje mayor que el voltaje disponible de la fuente de impulsos electricos.

En la practica, se prefiere que el dispositivo de estimulacion optoelectronico comprenda ademas una carcasa que contenga la fuente de impulsos electricos y que este separada ffsicamente de los electrodos. Por tanto, el dispositivo de estimulacion puede presentar una de las siguientes configuraciones:

(a) la carcasa tambien contiene la fuente de emision de luz, la celula fotovoltaica y comprende conectores electricos adecuados para conectar electricamente la celula fotovoltaica a los dos electrodos para formar el circuito de estimulacion electrica; o

(b) la carcasa tambien contiene la fuente de emision de luz y esta conectada a una fibra optica para transmitir la luz emitida por la fuente de emision de luz a la celula fotovoltaica encerrada en una caja ubicada separada de la carcasa y adyacente a los electrodos; o

(c) la caja encierra la celula fotovoltaica y la fuente de emision de luz, que esta en contacto electrico con la fuente de impulsos electricos contenida en la carcasa,

Con el fin de impedir efectos secundarios daninos, se prefiere que el dispositivo de estimulacion optoelectronico comprenda ademas una,

• una fuente recuperadora de emision de luz en comunicacion optica con

• una celula fotovoltaica de recuperacion conectada electricamente a los dos electrodos para establecer dos contactos electricos con dicho tejido y por tanto formar un circuito recuperador de carga electrica en paralelo con el circuito de estimulacion electrica y alimentado mediante la celula fotovoltaica de recuperacion,

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de modo que cuando la celula fotovoltaica de recuperacion se energiza mediante la fuente de recuperacion de emision de luz, una corriente fluye a traves del tejido en un sentido opuesto a la corriente que fluye en el circuito de estimulacion electrica, para eliminar cualquier carga electroqmmica acumulada en la superficie de contacto electrodo-tejido.

Por motivos de seguridad y para impedir la transmision de una corriente continua (CC) al circuito de estimulacion, se prefiere que el dispositivo de estimulacion optoelectronico que comprende ademas un circuito de bloqueo de CC comprenda una capacitancia de seguridad dispuesta en serie con la fuente de emision de luz

Un dispositivo de estimulacion optoelectronico segun la presente invencion comprende ademas un sistema de control inalambrico indicativo de la corriente suministrada realmente a un tejido durante una secuencia de estimulacion. En una realizacion, dicho sistema de control puede comprender una fuente de emision de luz de control ubicada en serie con los electrodos y la celula fotovoltaica, emitiendo dicha fuente de emision de luz de control una luz cuando se activa electricamente, comprendiendo el dispositivo ademas un sensor de emision de luz en comunicacion optica con la fuente de emision de luz de control y acoplado a un procesador programado para registrar los pulsos emitidos por la fuente de emision de luz de control, formando parte preferiblemente dicho procesador de la fuente de impulsos electricos.

En una realizacion alternativa, dicho sistema de control puede comprender un circuito de control, que comprende:

(a) una celula fotovoltaica de control en comunicacion optica con la misma fuente de emision de luz que la celula fotovoltaica del circuito de estimulacion,

(b) una fuente de emision de luz de control que emite una luz cuando se activa electricamente mediante la celula fotovoltaica de control, comprendiendo el dispositivo ademas

(c) un sensor de emision de luz en comunicacion optica con la fuente (13) de emision de luz de control y acoplado a un procesador programado para registrar los pulsos emitidos por la fuente de emision de luz de control, formando parte preferiblemente dicho procesador de la fuente de impulsos electricos.

El dispositivo de estimulacion optoelectronico puede estar en forma de un implante, disenado de modo que al menos los electrodos puedan implantarse cerca del tejido que va a estimularse electricamente. Una carcasa que contiene al menos la fuente de impulsos electricos puede implantarse en una ubicacion remota con respecto al tejido que va a estimularse electricamente. En una realizacion preferida, una caja que contiene al menos la celula fotovoltaica puede implantarse adyacente a los electrodos y al tejido que va a estimularse electricamente.

El tejido que puede excitarse electricamente que va a alimentarse con corriente electrica se selecciona preferiblemente de (a) tejidos nerviosos y (b) tejidos musculares. Un dispositivo de estimulacion optoelectronico segun la presente invencion puede usarse para una aplicacion de diagnostico y terapeutica en tejidos tanto nerviosos como musculares en varias aplicaciones medicas. Ademas de los dispositivos implantables, un dispositivo de estimulacion optoelectronico segun la presente invencion puede estimular un tejido por via transcutanea aplicando los electrodos sobre la piel de un paciente, en vez de implantandolos. Pueden usarse dispositivos extracorporeos de manera similar en varias aplicaciones de diagnostico y terapeuticas.

Breve descripcion de las figuras

Para una comprension mas completa de la naturaleza de la presente invencion, se hace referencia a la siguiente descripcion detallada tomada junto con los dibujos adjuntos, en los que:

Figura 1: muestra (a) un ejemplo de dispositivo de estimulacion electrica de la tecnica anterior, (b) un ejemplo de fuente de impulsos electricos, y (c) un ejemplo de una secuencia de pulsos electricos.

Figura 2: muestra (a) un dispositivo de estimulacion electrica segun la presente invencion, y (b) un ejemplo de celula fotovoltaica.

Figura 3: muestra diversas realizaciones de la presente invencion con la fuente (4) de impulsos electricos, la fuente (2) de emision de luz y la celula fotovoltaica (1) dispuestas en diferentes configuraciones.

Figura 4: muestra (a) un impulso de estimulacion seguido de un impulso de recuperacion; y las figuras restantes (b) a (d) muestran un circuito de estimulacion segun la presente invencion (b) acoplado a un circuito de recuperacion, (c) que comprende una resistencia en paralelo, (d) que comprende una capacitancia en serie y una resistencia en paralelo, y (d) en el que el circuito de emision de luz comprende una capacitancia.

Figura 5: muestra diversas realizaciones para proporcionar una retroalimentacion sobre los pulsos transmitidos al tejido estimulado.

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Figura 6: muestra diversas configuraciones de la fuente de emision de luz y de la fuente de impulsos electricos. Descripcion detallada de la invencion

Tal como se ilustra en la Figura 1(a), un dispositivo de estimulacion de pulsos electricos tradicional comprende una fuente (4) de impulsos electricos acoplada a electrodos (3n, 3p) que se aplican sobre la piel en la region del tejido que va a estimularse en el caso de electrodos extracorporeos, o directamente sobre el tejido que va a tratarse, en el caso de dispositivos implantados. El tejido que va a estimularse se representa como Zbio en las Figuras. Habitualmente se anade una capacitancia al circuito por motivos de seguridad, para impedir que se suministre accidentalmente una corriente CC al tejido.

La fuente (4) de impulsos electricos tiene que poder suministrar pulsos calibrados de manera muy precisa de corriente electrica de intensidad comprendida entre 0,01 y 100 mA y superior, y de duracion comprendida entre 1 |is y 10 ms, preferiblemente entre 10 |is y 1 ms. Un ejemplo de fuente (4) de corriente electrica se representa en la Figura 1(b), que comprende un generador, tal como una batena, un microcontrolador (|ic) programado para suministrar pulsos calibrados de forma, intensidad (i0), duracion (ti) requeridas y a la frecuencia requerida (1 / tf), y un convertidor digital-analogico (DAC) para convertir la senal digital del |ic en corriente analogica enviada a los electrodos. Se requiere que la resolucion sea generalmente de al menos 8 bits para garantizar la selectividad y el ajuste fino requeridos.

Un dispositivo de estimulacion electrica segun la presente invencion, asf como segun la tecnica anterior, tiene que poder suministrar cargas del orden de 0,01 a 50 |iC, preferiblemente de 0,1 a 10 |iC al tejido que va a tratarse. Para electrodos implantados, la resistencia del tejido, Zbio, es del orden de 3-5 kQ. Con una corriente del orden de mA, tal como 0,1-3 mA, el voltaje requerido entre electrodos es del orden de 10 V. Para dispositivos de estimulacion de superficie que usan electrodos extracorporeos (o transcutaneos), la resistencia del tejido, Zbio, es sustancialmente mayor, con valores tfpicos del orden de 100 kQ, y para pulsos de corriente de 100 |is de duracion del orden de no mas de 100 mA, puede requerirse un voltaje del orden de hasta 300 V entre los electrodos. Dependiendo de la aplicacion, la duracion de los impulsos electricos puede oscilar entre 1 |is y 10 ms, preferiblemente entre 10 |is y 1 ms.

Tal como se comento en la introduccion, el suministro de corriente electrica a traves de cables relativamente largos, que generalmente estan enrollados, es desventajoso porque son incompatibles con la MRI y los arcos de deteccion de metales magneticos. Ademas, los requisitos de corriente de dispositivos de estimulacion electrica son tales que requieren batenas de gran capacidad y/o una carga frecuente de la batena, que es una operacion larga y tediosa para el paciente si se repite frecuentemente.

Tal como se ilustra en la Figura 2(a), un dispositivo de estimulacion electrica segun la presente invencion difiere de los dispositivos de la tecnica anterior en la manera en que los pulsos electricos suministrados por la fuente (4) de impulsos electricos llegan a los electrodos. La fuente (4) de impulsos electricos puede ser del tipo representado en la Figura 1(b). Lo fundamental de la presente invencion radica en que la corriente no se suministra directamente desde el generador de pulsos (4) a los electrodos (3n, 3p) a diferencia de los dispositivos de la tecnica anterior, sino a una fuente de emision de luz (2). La fuente de emision de luz (2) es ventajosamente un diodo emisor de luz (LED), o un LED laser. El termino “luz” se usa en el presente documento en un sentido amplio, no limitado a la luz visible. Una fuente de emision de luz (2) adecuada para la presente invencion debe poder emitir una luz que tenga una longitud de onda comprendida entre 300 y 2000 nm, preferiblemente entre 400 y 1800 nm, mas preferiblemente entre 700 y 1550 nm. La luz emitida es preferiblemente monocromatica.

La energfa de los pulsos de luz emitidos por la fuente de emision de luz (2) cuando la corriente, I4, suministrada por la fuente (4) de impulsos electricos se transforma en corriente electrica por medio de una celula fotovoltaica (PV) (1) colocada en comunicacion optica con la fuente (2) de emision de luz y que suministra una corriente, I1. Una celula fotovoltaica (2) comprende un material de absorcion (por ejemplo, un semiconductor dopado o no) que absorbe y convierte la luz en corriente electrica, I12. Una de las propiedades clave de una celula fotovoltaica es la conversion de energfa optica (OPC), que mide la capacidad de un material para convertir la luz en una corriente electrica. La conversion de energfa optica de una celula fotovoltaica dada depende naturalmente de la longitud de onda de la luz absorbida. Por tanto, el tipo de celula fotovoltaica tiene que seleccionarse siempre en combinacion con la fuente de emision de luz mas apropiada para su uso con tal celula fotovoltaica. Se consiguen conversiones de energfa optica superiores con luz monocromatica y en la bibliograffa se han notificado valores de OPC de hasta el 50%. Las celulas fotovoltaicas usadas mas comunmente comprenden celulas PV de silicio amorfo, mono- o policristalino, celulas PV de telururo de cadmio (CdTe), celulas PV de seleniuro de cobre, indio y galio (CI(G)S), celulas PV de arseniuro de galio y germanio (GaAs) y similares.

Tal como se ilustra en la Figura 2(b), el material de absorcion (12) de una celula fotovoltaica se modela generalmente como circuito PV (10) que comprende una fuente de corriente (12) en paralelo con un diodo (11), y con resistencias en serie y paralelo. La salida de voltaje para un circuito PV de este tipo depende de la carga aplicada al mismo y de las propiedades del diodo. Con el fin de ampliar el rango de salida de voltaje de una celula

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fotovoltaica (1), varios de tales circuitos PV (10) pueden disponerse en serie, tal como se indica mediante “Nx” en la Figura 3(b).

Cada celula fotovoltaica se caracteriza por una curva de corriente frente a voltaje disponible del proveedor, con una intensidad lineal, sustancialmente constante, suministrada independientemente del voltaje, que esta limitada por un umbral de ene^a maxima que define los voltajes por encima de los cuales la corriente cae repentinamente. Esta claro que las celulas fotovoltaicas (1), usadas solas o en combinacion con otras celulas fotovoltaicas (vease la Figura 6), tienen que seleccionarse en funcion del voltaje deseado requerido en los electrodos, de modo que para la corriente deseada, dicho voltaje esta ampliamente dentro de la porcion lineal de la curva de corriente frente a voltaje (es decir, ampliamente por debajo del umbral de energfa). Un experto en la tecnica conoce como garantizar que se satisfaga este requisito.

La corriente se suministra a los electrodos (3n, 3p) directamente desde la celula fotovoltaica (1) y no, como en la tecnica anterior, mediante la fuente (4) de impulsos electricos. Esto tiene muchas ventajas. Por ejemplo, cuando se requiere un voltaje del orden de 10 V entre electrodos implantados (3n, 3p), la fuente (2) de emision de luz requiere un voltaje mucho menor, del orden de 0,5 a 4,5 V, preferiblemente de 0,8 a 3 V, con ventajas obvias en cuanto al tamano reducido y la autonoirna prolongada de la fuente (4) de impulsos electricos. Por ejemplo, a diferencia de un dispositivo ilustrado en la Figura 1(a), en un dispositivo de la presente invencion no se requiere ningun convertidor CC-CC para aumentar el voltaje de batena disponible hasta el alto voltaje de salida requerido.

Ademas, durante una serie de pulsos electricos, el sistema solo requiere corriente durante la estimulacion. Por ejemplo, la Figura 1(c) muestra un ejemplo de secuencia de pulsos de estimulacion, que comprende dos series de estimulacion de duracion, ts, que comprenden cada una n pulsos (en este caso cuadrados) de intensidad, i0 y duracion, ti, repetidos a una frecuencia de 1 / tf, y separados por un periodo de reposo, tr. Por el contrario, en un dispositivo de estimulacion de la tecnica anterior tal como se representa en la Figura 1(a), parte del circuito de generacion de corriente y el extremo frontal analogico de alto voltaje necesitan alimentarse en todo momento o requieren un tiempo de alimentacion largo incompatible con la duracion entre los pulsos de estimulacion. En consecuencia, tal dispositivo de estimulacion de la tecnica anterior requerina que se suministrase energfa mediante una batena durante todo el periodo de estimulacion, ts, de una serie de n pulsos representados en la Figura 1(c) (a saber, n x tf), la corriente en un dispositivo segun la presente invencion solo requiere corriente durante el tiempo que estan emitiendose pulsos de luz mediante la fuente (2) de emision de luz, es decir, durante un tiempo = (n x ti) < (n x tf). Por ejemplo, una secuencia de estimulacion representativa del tratamiento de la epilepsia, caracterizada por n = 30 pulsos de duracion, ti = 250 |is a una frecuencia, 1 / tf = 1 Hz, durante un periodo de estimulacion, ts = 30 s, y un periodo de reposo, tr = 300 s, la razon, tinv / tPA, del tiempo, tinv, que la fuente (2) de emision de luz tiene que energizarse con respecto al tiempo, tPA, que un circuito segun la Figura 1(a) tiene que energizarse es igual al 0,03%. A una frecuencia, 1 / tf = 30 Hz, n = 900 y la razon, tinv / tPA = ti / tf = 0,75%.1 Como consecuencia, durante la duracion, ts, de una secuencia de estimulacion de n pulsos, un dispositivo de estimulacion segun la presente invencion se energiza solo una pequena fraccion del tiempo que se energiza un dispositivo de estimulacion de la tecnica anterior (en los dos ejemplos anteriores, menos del 1% del tiempo (es decir, tinv / tPA < 1%)), dando como resultado un consumo de energfa considerablemente menor.

Los dos efectos anteriores combinados (menor voltaje y tiempo de energizacion mas corto) permiten reducir considerablemente el tamano de la fuente (4) de pulsos electricos, y/o prolongar la autonomfa de la batena, requiriendo por tanto sesiones de recarga de batena sustancialmente menos frecuentes, para el beneficio y la comodidad del huesped de un implante. Otras aplicaciones distintas de la epilepsia comentadas anteriormente requieren otros tipos de secuencias de estimulacion. La secuencia de pulsos de la Figura 1(c) es particularmente simple y un experto en la tecnica conoce que son posibles muchas secuencias diferentes.

La fuente de impulsos electricos (4) de un dispositivo de estimulacion optoelectronico segun la presente invencion debe ser adecuada para hacer que la fuente de emision de luz emita pulsos calibrados de luz de una duracion comprendida entre 10 |is y 10 ms. La fuente (2) de emision de luz y la celula fotovoltaica (1) deben seleccionarse de modo que, durante cada pulso, se suministren cargas comprendidas entre 0,01 y 50 |iC, preferiblemente entre 0,1 y 10 |iC mediante la celula fotovoltaica (1) al voltaje deseado, preferiblemente del orden de 5-30 V, preferiblemente de 15 V ± 7 V para dispositivos implantados, y del orden de hasta 300 V para dispositivos extracorporeos. Resulta ventajoso que el voltaje suministrado por la celula fotovoltaica (1) sea mayor que el voltaje disponible de la fuente de impulsos electricos (4), que puede ser del orden de 0,5 a 4,5 V, preferiblemente de 0,8 a 3 V.

Tal como se ilustra en la Figura 3(a), todo el circuito de estimulacion puede encerrarse en una carcasa (20) con conectores electricos (8) para conectar cables electricos que terminan en los electrodos (3n, 3p). Esta configuracion seria similar a la usada convencionalmente en estimuladores electricos implantados de la tecnica anterior, con la ventaja de un menor consumo de energfa. Para electrodos extracorporeos, el uso de cables electricos presenta una

1 tinv / tPA = n x ti / n x tf = ti / tf:

-Si 1 / tf = 1 Hz, ^ tinv/ tPA = 250 |is / 1 s = 2,5 10-4 -Si 1 / tf = 30 Hz, ^ tinv / tPA = 250 |is x 30 s'1 = 0,75%

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ventaja obvia por cuestiones de seguridad relacionadas con cualquier sistema que comprenda un generador de corriente acoplado electricamente a un cuerpo, dado que los electrodos (3n, 3p) estan separados y aislados electricamente de la fuente (4) de impulsos electricos. Para electrodos implantados, por otro lado, el uso de cables electricamente conductores es incompatible con aparatos de MRI.

Un dispositivo de estimulacion optoelectronico segun la presente invencion es altamente ventajoso, porque todos los elementos del circuito de estimulacion, excluyendo la batena, son muy pequenos y pueden integrarse en circuito integrado (IC) encerrado en una caja (30) de tamano muy pequeno, con un consumo de energfa y un calentamiento muy limitados. Como consecuencia, cuando la batena puede estar contenida en la carcasa (20), el resto del circuito de estimulacion puede ubicarse adyacente a los electrodos. Por ejemplo, tal como se ilustra en la Figura 3(b), la fuente (4) de impulsos electricos puede almacenarse en una carcasa (20); mientras que todos los demas elementos, incluyendo la fuente (2) de emision de luz y la fuente fotovoltaica, pueden estar integrados en la misma encapsulacion (30).

Moviendo la fuente (2) de emision de luz al interior de la carcasa (20) que contiene la fuente (4) de impulsos electricos, puede obtenerse un sistema sin cables electricos tal como se ilustra en la Figura 3(c), en el que la luz emitida desde la carcasa (20) se transmite a la encapsulacion (30) que contiene la celula fotovoltaica (1) ubicada cerca o sobre los electrodos (3n, 3p) por medio de una fibra optica (7). Esto tiene la ventaja de ser completamente compatible con MRI, al contrario que los dispositivos que comprenden cables electricamente conductores.

En la realizacion ilustrada en la Figura 3(d), la fuente (2) de emision de luz y la fuente (4) de impulsos electricos estan ubicadas fuera del cuerpo del huesped, mientras que la celula fotovoltaica (1) esta implantada de manera subcutanea y expuesta a la luz emitida y transmitida a traves de la piel (7s). Esta realizacion tambien carece de cable electricamente conductor, pero de manera adecuada solo para tratamientos intermitentes, dado que la celula fotovoltaica (1) tiene que exponerse a una fuente externa (2) de emision de luz.

Las cargas suministradas a un tejido tienen que recuperarse para que no tengan lugar cambios electroqmmicos irreversibles. Por este motivo, se prefiere que el circuito electrico se haga bipolar, es decir, que pueda circular corriente en ambos sentidos. El circuito de estimulacion transporta cargas en un primer sentido para estimular el tejido, y se forma un circuito de recuperacion de cargas electricas que transporta cargas en el sentido opuesto. Este proceso se ilustra en la Figura 4(a) que muestra un pulso de estimulacion electrica (S) seguido de un pulso de recuperacion de carga equilibrada (R), que de manera ideal debe tener la misma area de corriente x tiempo que el pulso de estimulacion. Un ejemplo de circuito de recuperacion se ilustra en la Figura 4(b). La porcion de circuito ubicada a la izquierda del tejido (Zbio) que va a tratarse es el circuito de estimulacion, tal como se comento anteriormente y correspondiendo al circuito ilustrado en la Figura 2(a). El circuito a la derecha del tejido (Zbio) es el circuito de recuperacion montado en paralelo con el circuito de estimulacion, y que solo difiere del ultimo en que el sentido de la corriente, I1R, esta invertido con respecto a la corriente, I1, del circuito de estimulacion. El circuito de recuperacion de cargas electricas comprende su propia fuente (2R) de emision de luz y su propia celula fotovoltaica (1R). Se pretende que el circuito de estimulacion y el circuito de recuperacion se activen alternativamente, no simultaneamente.

Otra realizacion de un circuito de recuperacion se ilustra en la Figura 3(e), que muestra las fuentes independientes (4, 4R) de impulsos electricos, las fuentes (2, 2R) de emision de luz y las celulas fotovoltaicas (1, 1R) dispuestas en paralelo y en orientaciones opuestas. En esta realizacion, las dos fuentes (2, 2R) de emision de luz estan ubicadas en una carcasa (20) conectada opticamente por medio de una fibra optica a una caja (30) que contiene las dos celulas fotovoltaicas (1, 1R). Con el fin de impedir que las dos celulas fotovoltaicas (1, 1R) se activen simultaneamente, se colocan filtros (1F, 1RF) entre las fuentes (2, 2R) de emision de luz y las celulas fotovoltaicas (1, 1R). Las fuentes (2, 2R) de emision de luz emiten preferiblemente en diferentes espectros monocromaticos, y el filtro de estimulacion (1F) corta la longitud de onda de la fuente de recuperacion (2R) de emision de luz, mientras que el filtro de recuperacion (1RF) corta la longitud de onda emitida por la fuente de estimulacion (2) de emision de luz. Con este sistema simple puede evitarse la activacion simultanea de los circuitos de estimulacion y de recuperacion, mientras que se usa un unico nucleo de fibra para transmision de luz desde ambas fuentes (2, 2R) de emision de luz. Otra opcion, que no requiere necesariamente filtros (1F, 1RF) y que permite que se usen fuentes de emision de luz de la misma longitud de onda, es usar dos nucleos de fibra separados (7, 7R), sirviendo cada nucleo para transmitir luz desde una de las dos fuentes (2, 2R) exclusivamente a la celula fotovoltaica correspondiente (1, 1R). Los dos nucleos pueden encerrarse dentro de un unico revestimiento de fibra (vease la Figura 3(f)).

Son posibles otros sistemas de recuperacion. Por ejemplo, tal como se ilustra en la Figura 4(c), un resistor de recuperacion se dispone en paralelo con la celula fotovoltaica (1). En la Figura 4(d), una capacitancia (5d) dispuesta en serie con la celula fotovoltaica (1) permite la recuperacion de cargas. Naturalmente, es necesario descargar las cargas recuperadas por una capacitancia en una fase posterior. El circuito ilustrado en la Figura 4(e) comprende una capacitancia (5) dispuesta en serie en el circuito de la fuente (2) de emision de luz. Este sistema ofrece un alto nivel de seguridad, porque si nada de corriente alcanza la fuente (2) de emision de luz, posiblemente nada de corriente puede generarse en el circuito de estimulacion mediante la celula fotovoltaica (1). Esto es claramente una ventaja ya que una descarga de CC en el tejido es practicamente imposible.

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El registro del potencial de accion compuesto (CAP), es dedr, la corriente que fluye realmente a traves del tejido (Zbio) es una retroalimentacion importante para la persona a cargo del tratamiento. Tal registro es bastante diffcil, porque requiere medir la senal adyacente a los electrodos con cableado adicional que se extiende entre un procesador y los electrodos. Aunque para una medicion de CAP completa tambien se requiere tal cableado adicional con un dispositivo de la presente invencion, el ultimo permite que el circuito de estimulacion este aislado electricamente del circuito de medicion de CAP, facilitando la medicion al eliminar el artefacto de estimulo. La invencion tambien permite que el registro inalambrico de la corriente se transmita realmente al tejido estimulado mediante la celula fotovoltaica (1). Al garantizar que la senal emitida por la fuente (4) de impulsos electricos se suministro realmente al tejido tratado, tales sistemas de retroalimentacion pueden detectar fallos en la transmision optica. La informacion de retroalimentacion tambien puede completarse mediante mediciones de un potencial de electrodo completo, que proporciona valores de la impedancia de los electrodos y confirma la activacion del tejido objetivo requerido para una evaluacion de los parametros fisiologicos. La Figura 5 muestra diversas realizaciones que permiten mediciones de retroalimentacion de la corriente generada en la celula PV o en los electrodos.

La Figura 5(a) muestra una realizacion que comprende una celula fotovoltaica de control (1C) expuesta a la misma fuente (2) de emision de luz que la celula fotovoltaica (1) del circuito de estimulacion por medio de una unica fibra optica (7). Un diodo emisor de luz esta acoplado a la celula fotovoltaica de control (1C) y emite luz cuando la ultima se activa mediante corriente, I1C. Un sensor de emision de luz (9) ubicado en el otro extremo de la fibra optica y acoplado al microcontrolador esta previsto para registrar todas las senales luminosas indicativas de que la fuente (2) de emision de luz sf alcanzo la celula fotovoltaica (1) asf como la celula control (1C).

Cuando el sistema de control de la Figura 5(a) es indirecto, porque la corriente no se mide directamente en el circuito de estimulacion, la realizacion de la Figura 5(b) es un sistema de control directo. Un diodo emisor de luz (13) (LED) se dispone en serie en el circuito de estimulacion. Siempre que circula corriente en el circuito de estimulacion, el LED (13) emite la luz recibida por un sensor de emision de luz (9) acoplado al microcontrolador. Esta realizacion proporciona un registro directo de la corriente de estimulacion suministrada realmente al tejido en una forma extremadamente compacta, que no requiere cableado adicional.

La realizacion de la Figura 5(c) es la misma que la comentada con respecto a la Figura 5(b) con un circuito de recuperacion adicional. Los circuitos tanto de estimulacion como de recuperacion estan dotados de un LED (13) dispuesto en serie en los respectivos circuitos. Un sensor de emision de luz (9) esta previsto para ambos LED y esta acoplado al microcontrolador, que puede entonces registrar el CAP del dispositivo en los modos tanto de estimulacion como recuperador.

Un dispositivo de estimulacion optoelectronico segun la presente invencion es muy ventajoso porque es una fuente de corriente de precision de alto voltaje. Ademas, es muy versatil y, ensamblando unos pocos elementos basicos, puede adaptarse a diversos requisitos, tales como la dinamica de salida de voltaje en los electrodos. La Figura 6(a) muestra un ensamblaje basico de una fuente (4) de impulsos electricos, una fuente (2) de emision de luz y una celula fotovoltaica (1) dadas, que corresponden al dispositivo representado en la Figura 2(a). Tal como se muestra en la Figura 6(b), el voltaje disponible en los electrodos puede aumentarse disponiendo celulas fotovoltaicas (1) en serie. Esta es una caractenstica importante porque, como se comento anteriormente, el voltaje requerido en los electrodos vana desde valores del orden de aproximadamente 10 V y mas para electrodos implantados hasta aproximadamente 300 V para electrodos extracorporeos. Alternativamente, las celulas fotovoltaicas (1) pueden disponerse en paralelo para aumentar la intensidad de corriente tal como se ilustra en la Figura 6(c).

El ensamblaje en diferentes configuraciones de varias fuentes (2) de emision de luz, tales como LED (2), tambien puede ser ventajoso dependiendo del voltaje de la fuente (4) de impulsos electricos. Por ejemplo, si el voltaje de la fuente (4) de impulsos electricos es relativamente bajo, por ejemplo, de aproximadamente 1,8 V, los LED (2) pueden disponerse preferiblemente en serie tal como se muestra en las Figuras 6(b) y (c). Por otro lado, con una fuente (4) de impulsos electricos que suministra un voltaje mayor, por ejemplo, 3,7 V, puede ser ventajoso disponer los LED en paralelo tal como se muestra en la Figura 6(d); con el fin de impedir cafdas de voltaje a medida que el suministro de corriente se reduce. La flexibilidad del presente dispositivo al disponerse componentes basicos en una configuracion diferente es muy ventajosa y reduce los costes de produccion. Otras disposiciones de varias fuentes (2) de emision de luz y celulas fotovoltaicas (1) en serie, en paralelo, o combinaciones de disposiciones en serie y en paralelo son posibles.

El dispositivo de estimulacion optoelectronico de la presente invencion tambien es muy ventajoso por los siguientes motivos. En primer lugar, cumple los requisitos para dispositivos de estimulacion de tejidos. En particular, es capaz de suministrar a los electrodos (3n, 3p) la corriente requerida del orden de 0,01-100 mA, y mas particularmente del orden de 0,1 y 3 mA. Los voltajes deseados en los electrodos pueden suministrarse facilmente para ambos electrodos implantados, con voltajes del orden de 10 V y mas, y electrodos extracorporeos, con voltajes que pueden llegar hasta 300 V. El dispositivo puede proporcionar facilmente una resolucion de al menos 8 bits para una selectividad y un ajuste fino. Puede estar equipado con un circuito de recuperacion muy eficiente produciendo un sistema bipolar. Por tanto, el dispositivo de estimulacion optoelectronico de la presente invencion es adecuado para su uso en aplicaciones medicas. Sin embargo, es ventajoso con respecto a los dispositivos de estimulacion existentes por los siguientes motivos.

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El dispositivo de estimulacion optoelectronico de la presente invencion es mucho mas compacto que los dispositivos existentes del tipo ilustrado en la Figura 1(a). No solo requiere una batena mas pequena (o la misma batena tiene una autonoirna mayor) porque consume menos ene^a que los dispositivos segun la Figura 1(a), sino que la celula fotovoltaica (1) y opcionalmente la fuente (2) de emision de luz pueden compactarse tanto que pueden ubicarse adyacentes a los electrodos, incluso para electrodos implantados. Esto ofrece la posibilidad de usar fibras opticas en lugar de cualquier cableado electrico, que es incompatible con los aparatos de MRI y los arcos de deteccion de metales magneticos, en particular cuando el cableado esta enrollado. Con la versatilidad proporcionada por diversas combinaciones de elementos basicos, el dispositivo de estimulacion optoelectronico de la presente invencion puede adaptarse a la mayona de las aplicaciones medicas espedficas, independientemente del tipo de tejido que va a estimularse y los voltajes requeridos y las corrientes requeridas para cada aplicacion. No es necesario que el voltaje de la fuente (4) de impulsos electricos coincida con el voltaje requerido entre los electrodos (3n, 3p). Ademas, es muy seguro, una caractenstica muy importante para los dispositivos medicos. La fuga (corriente residual) en tales dispositivos es insignificante, del orden de menos de 100 nA. Ademas de las caractensticas de seguridad conocidas en la tecnica, una capacitancia dispuesta en el circuito de emision de luz practicamente descarta cualquier suministro de corriente CC a los electrodos.

Aplicaciones medicas

Un dispositivo de estimulacion optoelectronico segun la presente invencion puede usarse para estimular electricamente tejidos que pueden excitarse electricamente (Zbio) seleccionados de (a) tejidos nerviosos y (b) tejidos musculares. Los electrodos pueden implantarse y aplicarse directamente sobre el tejido que va a estimularse o, alternativamente, pueden aplicarse sobre la piel, en la region en la que estan ubicados los tejidos que van a estimularse. En el caso de electrodos implantados, todas las realizaciones son posibles siempre que se implanten los electrodos. En particular, la celula fotovoltaica (1), la fuente (2) de emision de luz y la fuente (4) de impulsos electricos pueden implantarse o no. Tal como se comenta con referencia a la Figura 3, incluso si se implantan todos los elementos del dispositivo, pueden implantarse en diferentes regiones del cuerpo del huesped. Una caractenstica unica de la presente invencion es que la celula fotovoltaica (1) y opcionalmente la fuente (2) de emision de luz pueden miniaturizarse tanto que pueden implantarse adyacentes a los electrodos y al tejido que va a estimularse, mientras que solo la fuente (4) de impulsos electricos y opcionalmente la fuente (2) de emision de luz se implanta por separado, y puede ser inalambrica, usando fibras opticas para transmitir luz a la celula fotovoltaica (1) tal como se ilustra en la Figura 3(c).

Los dispositivos de estimulacion optoelectronicos implantables segun la presente invencion pueden usarse ventajosamente para estimular (a) tejidos nerviosos (Zbio) en cualquiera de las siguientes aplicaciones:

(a1) estimulacion cerebral profunda para el tratamiento de enfermedad de Parkinson, epilepsia, depresion, trastorno obsesivo compulsivo, distoma, temblor esencial, dolor o ceguera;

(a2) estimulacion cerebral cortical para el tratamiento de sordera, ceguera o epilepsia;

(a3) estimulacion de la medula espinal para el tratamiento de dolor, paraplejfa, espasticidad, enfermedad de Parkinson;

(a4) estimulacion de la rafz espinal para el tratamiento de dolor, incontinencia

(a5) estimulaciones de nervios sensoriales tales como la estimulacion coclear para sordera o estimulacion del nervio optico para ceguera;

(a6) estimulacion de nervios motores para el tratamiento de paralisis de origen central tal como smdrome del pie cafdo, estimulacion del nervio frenico en enfermedades respiratorias, estimulacion del nervio hipogloso en smdromes de apnea del sueno;

(a7) estimulacion de nervios sensoriales para el tratamiento de dolor o para proporcionar retroalimentacion haptica u otra informacion de modalidad sensorial en pacientes con una protesis;

(a8) estimulacion del nervio vago para el tratamiento de epilepsia, depresion, dolor, smdromes inflamatorios, obesidad, insuficiencias cardiacas;

De manera similar, puede usarse ventajosamente para estimular (b) tejidos musculares (Zbio) en cualquiera de las siguientes aplicaciones:

(b1) estimulacion muscular para el tratamiento de escoliosis, diversas paresias de origen periferico, insuficiencias respiratorias, smdromes de apnea del sueno; o

(b2) estimulacion cardiaca para el tratamiento de arritmias cardiacas.

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Los dispositivos de estimulacion optoelectronicos extracorporeos segun la presente invencion pueden usarse para diagnosticar enfermedades nerviosas y musculares midiendo latencias de respuesta, velocidades de conduccion, amplitudes de respuesta, umbrales de estimulacion o curvas de reclutamiento para respuestas directas y reflejas. Tales metodos de diagnostico pueden incluir cualquiera de las siguientes aplicaciones:

(i) prueba de nervios motores mediante la cual el estimulador activa nervios motores o mixtos a traves de la piel mientras se esta registrando la actividad muscular electrica o mecanica correspondiente.

(ii) prueba de nervios sensoriales mediante la cual el estimulador activa nervios sensoriales a traves de la piel mientras se esta registrando el potencial de accion compuesto nervioso resultante.

(iii) estimulacion transcutanea de nervios sensoriales o mixtos mientras se estan registrando los potenciales evocados en diversos puntos a lo largo de la via central hasta el cerebro.

(iv) estimulacion muscular transcutanea directa mientras se esta registrando la actividad muscular electrica o mecanica correspondiente.

Alternativamente, un dispositivo de estimulacion optoelectronico extracorporeo de la presente invencion puede usarse para aplicaciones terapeuticas, incluyendo la estimulacion transcutanea de musculos o nervios motores:

(i) en un tratamiento protesico para paralisis o paresia de origen central, por ejemplo el tratamiento de un “smdrome del pie cafdo”.

(ii) para mantener el estado de los organos perifericos mientras se regeneran estructuras nerviosas centrales paralizadas y con el fin de evitar espasticidad, ulceras por decubito y otras complicaciones de la inmovilizacion.

(iii) para mejorar la fuerza muscular en el caso de debilidad o asimetna local tal como en escoliosis.

(iv) en aplicaciones de culturismo y entrenamiento deportivo.

Un dispositivo de estimulacion optoelectronico extracorporeo de la presente invencion tambien puede usarse para tratamientos terapeuticos mediante estimulacion transcutanea de nervios sensoriales o regiones sensitivas:

(i) para reducir el dolor.

(ii) para presentar a una persona ciega una estimulacion cutanea con patrones en un dispositivo de sustitucion sensorial.

(iii) para proporcionar una senal de aviso o aferente en dispositivos para combatir la somnolencia.

REF.

DESCRIPCION

1

circuito de estimulacion electrica de celulas fotovoltaicas

1C

celula fotovoltaica de control que alimenta la fuente de control de luz (13)

1F

elemento de filtracion espedfico para la fuente de emision de luz (2) para el circuito de estimulacion

1R

celula fotovoltaica de recuperacion que alimenta el circuito recuperador electrico

1RF

elemento de filtracion espedfico para la fuente de emision de luz (2R) para el circuito recuperador

2

fuente de emision de luz que energiza la celula fotovoltaica (1)

2R

fuente recuperadora de emision de luz que energiza la celula fotovoltaica de recuperacion (1R)

3n

electrodo positivo

3p

electrodo negativo

4

fuente de impulsos electricos

5

capacitancia electrica

6

resistencia electrica

7

medio de transmision de luz, por ejemplo, fibra optica.

7R

medio de transmision de luz, por ejemplo, fibra optica para energizar el circuito recuperador

7s

piel

8

conectores electricos

9

sensor de emision de luz

10

circuito de diodos fotovoltaicos en celula fotovoltaica

11

diodo en circuito de diodos fotovoltaicos (10)

12

fuente de corriente (componente fotovoltaico) en celula fotovoltaica

13

fuente de emision de luz de control

20

carcasa que contiene al menos la fuente de energfa (batena)

30

caja (ubicada adyacente al tejido que va a estimularse electricamente)

Claims (11)

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   REIVINDICACIONES

   1. - Dispositivo de estimulacion optoelectronico configurado para su uso en un tratamiento medico que implica suministrar una corriente electrica a un tejido que puede excitarse electricamente (Zbio) por medio de dos electrodos (3n, 3p) acoplados electricamente a dicho tejido, comprendiendo dicho dispositivo de estimulacion optoelectronico:

   (a) una carcasa (20) que contiene una fuente (4) de impulsos electricos, que esta conectada electricamente a

   (b) una fuente de emision de luz (2), en comunicacion optica con

   (c) una celula fotovoltaica (1) conectada electricamente a dos electrodos (3n, 3p) para establecer dos contactos electricos con dicho tejido y por tanto formar un circuito de estimulacion electrica alimentado mediante la celula fotovoltaica (1) que se energiza mediante la radiacion de la fuente de emision de luz (2), en el que dicha carcasa esta separada ffsicamente de los electrodos;

   caracterizado porque dicho dispositivo comprende ademas:

   (d) una fuente de emision de luz de control (13) que emite una luz cuando se activa electricamente, y

   (e) un sensor de emision de luz (9) en comunicacion optica con la fuente (13) de emision de luz de control y acoplado a un procesador programado para registrar los pulsos emitidos por la fuente de emision de luz de control, formando parte preferiblemente dicho procesador de la fuente de impulsos electricos (4),

   y en el que la fuente de emision de luz de control (13) esta ubicada o bien,

   • en el circuito de estimulacion electrica, en serie con los electrodos (3p, 3n) y la celula fotovoltaica (1), o

   • en un circuito de control separado del circuito de estimulacion electrica, en serie con una celula fotovoltaica de control (1C) que esta en comunicacion optica con la misma fuente (2) de emision de luz que la celula fotovoltaica (1) del circuito de estimulacion.
2. 2. - Dispositivo de estimulacion optoelectronico segun la reivindicacion 1, en el que la fuente de impulsos electricos (4) es adecuada para hacer que la fuente de emision de luz emita pulsos calibrados de luz de una duracion comprendida entre 1 |is y 10 ms.
3. 3. - Dispositivo de estimulacion optoelectronico segun la reivindicacion 1 o 2, en el que la celula fotovoltaica (1), cuando se energiza mediante la fuente de emision de luz (2), suministra cargas comprendidas entre 0,01 y 50 |iC, preferiblemente entre 0,1 y 10 |iC a un voltaje mayor que el voltaje disponible de la fuente de impulsos electricos (4).
4. 4. - Dispositivo de estimulacion optoelectronico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una de las siguientes configuraciones:

   (a) la carcasa (20) tambien contiene la fuente de emision de luz (2), la celula fotovoltaica (1) y comprende conectores electricos (8) adecuados para conectar electricamente la celula fotovoltaica (1) a los dos electrodos (3p, 3n) para formar el circuito de estimulacion electrica; o

   (b) la carcasa (20) tambien contiene la fuente de emision de luz (2) y esta conectada a una fibra optica (7) para transmitir la luz emitida por la fuente de emision de luz (2) a la celula fotovoltaica encerrada en una caja (30) ubicada separada de la carcasa (20) y adyacente a los electrodos (3n, 3p); o

   (c) la encapsulacion (30) encierra la celula fotovoltaica (1) y la fuente de emision de luz (2) que esta en contacto electrico con la fuente de impulsos electricos contenida en la carcasa (20),
5. 5. - Dispositivo de estimulacion optoelectronico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas,

   • una fuente recuperadora de emision de luz (2R) en comunicacion optica con

   • una celula fotovoltaica de recuperacion (1R) conectada electricamente a los dos electrodos (3n, 3p) para establecer dos contactos electricos con dicho tejido y por tanto formar un circuito recuperador de carga electrica en paralelo con el circuito de estimulacion electrica y alimentado mediante la celula fotovoltaica recuperadora (1),

   de modo que cuando la celula fotovoltaica recuperadora (1R) se energiza mediante la fuente recuperadora de emision de luz (2R), una corriente (I1R) fluye a traves del tejido en un sentido opuesto a la corriente (I1) que fluye en

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   el circuito de estimulacion electrica, para eliminar cualquier carga electroqmmica inducida en la superficie de contacto electrodo-tejido.
6. 6. - Dispositivo de estimulacion optoelectronico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas un circuito de bloqueo de CC que comprende una capacitancia de seguridad (5) dispuesta en serie con la fuente de emision de luz (2).
7. 7. - Dispositivo de estimulacion optoelectronico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la celula fotovoltaica (1) comprende un unico circuito de diodos fotovoltaicos (10) o, alternativamente, comprende N circuitos de diodos fotovoltaicos (10) dispuestos en serie para controlar el voltaje de la celula fotovoltaica (1), siendo N > 2.
8. 8. - Dispositivo de estimulacion optoelectronico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en forma de un implante, disenado de modo que al menos los electrodos (3n, 3p) pueden implantarse en el tejido que va a estimularse electricamente y una carcasa (20) que contiene al menos la fuente de impulsos electricos (4) puede implantarse en una ubicacion remota con respecto al tejido que va a estimularse electricamente, y en el que preferiblemente una caja (30) que contiene al menos la celula fotovoltaica (1) puede implantarse adyacente a los electrodos y al tejido que va a estimularse electricamente.
9. 9. - Dispositivo de estimulacion optoelectronico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tejido que puede excitarse electricamente (Zbio) que va a alimentarse con corriente electrica se selecciona de (a) tejidos nerviosos y (b) tejidos musculares.
10. 10. - Dispositivo de estimulacion optoelectronico segun la reivindicacion 1, configurado para su uso como dispositivo al menos parcialmente implantable en una o mas de las siguientes estimulaciones:

    (a9) estimulacion cerebral profunda para el tratamiento de enfermedad de Parkinson, epilepsia, depresion, trastorno obsesivo compulsivo, distoma, temblor esencial, dolor o ceguera;

    (a10) estimulacion cerebral cortical para el tratamiento de sordera, ceguera o epilepsia;

    (a11) estimulacion de la medula espinal para el tratamiento de dolor, paraplejfa, espasticidad, enfermedad de Parkinson;

    (a12) estimulacion de la rafz espinal para el tratamiento de dolor, incontinencia

    (a13) estimulaciones de nervios sensoriales tales como la estimulacion coclear para sordera o estimulacion del nervio optico para ceguera;

    (a14) estimulacion de nervios motores para el tratamiento de paralisis de origen central tal como smdrome del pie cafdo, estimulacion del nervio frenico en enfermedades respiratorias, estimulacion del nervio hipogloso en smdromes de apnea del sueno;

    (a15) estimulacion de nervios sensoriales para el tratamiento de dolor o para proporcionar retroalimentacion haptica u otra informacion de modalidad sensorial en pacientes con una protesis;

    (a16) estimulacion del nervio vago para el tratamiento de epilepsia, depresion, dolor, smdromes inflamatorios, obesidad, insuficiencias cardiacas;

    (b3) estimulacion muscular para el tratamiento de escoliosis, diversas paresias de origen periferico, insuficiencias respiratorias, smdromes de apnea del sueno; o

    (b4) estimulacion cardiaca para el tratamiento de arritmias cardiacas.
11. 11. - Dispositivo de estimulacion optoelectronico segun la reivindicacion 1, configurado para su uso como dispositivo extracorporeo en una o mas de las siguientes estimulaciones:

    (a) diagnostico de enfermedades nerviosas y musculares midiendo latencias de respuesta, velocidades de conduccion, amplitudes de respuesta, umbrales de estimulacion, curvas de reclutamiento para respuestas directas y reflejas en las siguientes estructuras:

    (i) prueba de nervios motores mediante la cual el estimulador activa nervios motores o mixtos a traves de la piel mientras se esta registrando la actividad muscular electrica o mecanica correspondiente.

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    (ii) prueba de nervios sensoriales mediante la cual el estimulador activa nervios sensoriales a traves de la piel mientras se esta registrando el potencial de accion compuesto nervioso resultante.

    (iii) estimulacion transcutanea de nervios sensoriales o mixtos mientras se registran los potenciales evocados en diversos puntos a lo largo de la via central hasta el cerebro.

    (iv) estimulacion muscular transcutanea directa mientras se esta registrando la actividad muscular electrica o mecanica correspondiente.

    tratamiento terapeutico mediante estimulacion transcutanea de musculos o nervios motores:

    (v) en un tratamiento protesico para paralisis o paresia de origen central, por ejemplo el tratamiento de un “smdrome del pie cafdo”.

    (vi) para mantener el estado de los organos perifericos mientras se regeneran estructuras nerviosas centrales paralizadas y con el fin de evitar espasticidad, ulceras por decubito y otras complicaciones de la inmovilizacion.

    (vii) para mejorar la fuerza muscular en el caso de debilidad o asimetna local tal como en escoliosis.

    (viii) en aplicaciones de culturismo y entrenamiento deportivo.

    tratamiento terapeutico mediante estimulacion transcutanea de nervios sensoriales o regiones sensitivas

    (iv) para reducir el dolor.

    (v) para presentar a una persona ciega una estimulacion cutanea con patrones en un dispositivo de sustitucion sensorial.

    (vi) para proporcionar una senal de aviso o aferente en dispositivos para combatir la somnolencia.