ES2925367T3 - Dispositivo de estimulación implantable activo para la estimulación de un nervio vago a demanda - Google Patents

Dispositivo de estimulación implantable activo para la estimulación de un nervio vago a demanda Download PDF

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Yohan Botquin
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Abstract

La presente invención se refiere a un kit de piezas para visualizar mediante una técnica de formación de imágenes por resonancia magnética (MRI) que incluye una técnica de formación de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI), regiones de un sistema nervioso central de un paciente que tiene implantado un dispositivo médico implantable activo (AIMD).), El kit de piezas comprende: - el AIMD, que se puede utilizar expuesto a las condiciones electromagnéticas para la adquisición de imágenes de RM, - una unidad de procesamiento externa para controlar el AIMD, - un cable de comunicación óptica para establecer una conexión bidireccional comunicación óptica entre el AIMD y - una unidad de comunicación externa que es controlada por la unidad de procesamiento externa. Un paciente que tiene implantado un AIMD de la presente invención puede ser tratado en un dispositivo de RM convencional para obtener imágenes, por ejemplo, de una región del cerebro. Los otros elementos del kit de piezas permiten controlar las funciones del AIMD y seguir cualquier efecto de una estimulación en la región del cerebro así representada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de estimulación implantable activo para la estimulación de un nervio vago a demanda
CAMPO TÉCNICO
La presente invención pertenece al campo de los dispositivos médicos implantables activos electrónicos (AIMD) con el fin de implantarlo en un cuerpo para el tratamiento médico de un paciente. El AIMD de la presente invención es adecuado para la utilización en la obtención de imágenes y la caracterización del paciente en un dispositivo de resonancia magnética (MR), tal como mediante obtención de imágenes por resonancia magnética (MRI) o la obtención de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI). En particular, la presente invención hace referencia a un kit de piezas que comprende dicho AIMD, una unidad de procesamiento externa y las fibras ópticas para establecer una comunicación entre el AIMD y la unidad de procesamiento externa. El AIMD del kit de piezas de la presente invención es totalmente operativo como un implante y se puede controlar cuando se implanta en un paciente y cuando dicho paciente está expuesto a un campo magnético y/o campo eléctrico oscilatorio utilizado en los dispositivos de MR.
La presente invención no solo tiene la ventaja de permitir la obtención de imágenes por MR de un paciente al que se le implanta con dicho AIMD, sino que también y sobre todo permite la visualización de los efectos sobre la actividad cerebral de diversos parámetros controlados de tratamiento del AIMD por MRI o fMRI.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los dispositivos médicos implantables activos (AIMD) se han utilizado durante décadas para tratar diversos desórdenes, en particular, desórdenes neurológicos. En su forma más simple, un AIMD está compuesto por una unidad de encapsulación que encierra los componentes electrónicos y puede soportar sensores para monitorizar los biomarcadores de un paciente. Los sensores pueden estar alojados en un interior de la unidad de encapsulación, fijados a una superficie exterior de la unidad de encapsulación o pueden estar separados de la unidad de encapsulación, acoplados a esta mediante un cable para transferir los datos recogidos por los sensores a los componentes electrónicos alojados dentro de la unidad de encapsulación.
No obstante, un tipo importante de AIMD está compuesto por neuroestimuladores que, en lugar de, o de manera adicional a monitorizar los biomarcadores, están configurados para suministrar pulsos eléctricos a un tejido tal como un nervio o un músculo para diagnosticar o tratar diversos desórdenes, tal como el mal de Parkinson, la epilepsia, el dolor crónico, los trastornos motores y muchas otras aplicaciones. Dependiendo del tejido a tratar, el tipo de electrodos utilizados y la distancia entre los electrodos, la tensión necesaria entre los electrodos implantados puede ser del orden de 15 V ± 5V. Dicha tensión hace necesario un generador de pulsos implantado (IPG) y una fuente de corriente eléctrica (tal como una batería) de dimensiones tales que los implantes de estimulación eléctrica estén formados en general por tres componentes independientes: por una parte, los electrodos que se implantan directamente sobre el tejido a tratar y, por otra parte, el generador de pulsos implantado (IPG), la electrónica para controlar el IPG y la batería, de mayores dimensiones, están encerrados en la unidad de encapsulación, que se puede implantar en diversas ubicaciones en el cuerpo dependiendo de la aplicación, aunque la mayoría de la veces en la región subclavia, el área abdominal inferior o la región de los glúteos. Los pulsos de energía se transfieren desde el IPG hasta la unidad de interacción con el tejido por medio de un cable de transferencia de energía, que forma el tercer componente, y que se puede formar con hilos conductores o fibras ópticas acoplados a una célula fotovoltaica para transformar la energía óptica en energía eléctrica, tal como se describe, p. ej., en el documento EP3113838B1. En el caso de los hilos conductores, el IPG emite unos pulsos eléctricos y en el caso de fibras ópticas el IPG emite unos pulsos ópticos.
En estos últimos años, el tratamiento de tejidos con energía óptica ha manifestado un potencial prometedor en el tratamiento de desórdenes, tanto para soportar el campo de la optogenética como para utilizar el efecto directo de infrarrojos u otras longitudes de onda de la luz. Para dichos tratamientos con luz de un tejido se puede utilizar el denominado optodo. Un optodo puede ser un emisor de luz que enfoca un haz luminoso sobre un área precisa de un tejido, o puede ser un sensor de luz que detecta un haz luminoso reflejado, transmitido o dispersado emitido por un emisor de luz.
El documento US20150080982 describe un sistema de dispositivos AIMD que comprende una carcasa provista de un conjunto de ventana hermética, a través de la cual pueden transmitir y recibir señales ópticas un fotoemisor y un fotodetector. El sistema también comprende un cargador externo para proporcionar un campo magnético de carga para cargar una batería en el AIMD, que se puede controlar mediante un controlador externo. La comunicación entre el controlador externo y el cargador externo se produce con un cable o de manera inalámbrica.
El documento WO2010148324 describe un implante coclear configurado para transmitir un sonido a una cóclea de un usuario, mediante la transmisión de una señal óptica multiplexada a través de la membrana del tímpano del oído del usuario, de modo que el usuario oiga el sonido en respuesta a la señal óptica multiplexada transmitida a través de la membrana del tímpano del oído.
Los pacientes que llevan un AIMD implantado en su cuerpo deben ser cuidadosos antes de someterse a una sesión de obtención de imágenes por resonancia magnética en un dispositivo de MR, ya que los diversos campos magnéticos requeridos para adquirir una imagen pueden interactuar de diversas formas con el AIMD. Por ejemplo, cualquier componente del AIMD fabricado con un material ferromagnético se puede mover ya que se ve atraído por el intenso campo magnético estático (B0) aplicado en un dispositivo de MR. El campo de RF (B1) puede generar quemaduras en los tejidos que rodean el AIMD provocadas por las fuertes corrientes eléctricas inducidas que fluyen a lo largo de los componentes conductores. Los fuertes campos también pueden interactuar con la electrónica del AIMD y tanto destruyen algunos componentes como envían pulsos de energía no deseados a los tejidos. Se han propuesto en la técnica unos AIMD que se puedan desactivar en un dispositivo de MR sin provocar lesiones al paciente en el que está implantado.
El documento US20120059442 propone proporcionar un cable que acopla una unidad de electrodos a una unidad de encapsulación, con una pluralidad de electrodos acoplados eléctricamente a una pluralidad de terminales a través de una pluralidad de conductores dentro de un cuerpo de cable del cable. La pluralidad de electrodos se disponen de modo que pares de electrodos adyacentes estén acoplados capacitivamente a través de una primera superficie de un primer electrodo del par respectivo y una segunda superficie respectiva de un segundo electrodo del par respectivo, para bloquear esencialmente el flujo de corriente entre electrodos adyacentes a las frecuencias de estimulación y dejar pasar esencialmente la corriente entre electrodos adyacentes a frecuencias de MRI.
El documento US20050070972 describe un AIMD que comprende una unidad de encapsulación, un cable de estimulación conductor que tiene un primer extremo proximal y un electrodo distal acoplado eléctricamente con un primer extremo distal del cable de estimulación conductor. El AIMD comprende además una extensión de cable que tiene un segundo extremo proximal acoplado eléctricamente a la unidad de encapsulacióny que tiene un segundo extremo distal acoplado eléctricamente al primer extremo proximal. Un derivador de corriente está acoplado eléctricamente al primer extremo proximal para desviar la energía de RF del cable.
El documento US8233985 describe un AIMD provisto de un módulo de antena que es compatible con un escáner de obtención de imágenes por resonancia magnética, con el fin de obtener imágenes de calidad diagnóstica. El módulo de antena comprende una envoltura eléctricamente no conductora, biocompatible y electromagnéticamente transparente con hilos de antena inductivos que forman bucles de hilos alrededor de una superficie interior. Se encierra un módulo electrónico en una protección electromagnética en el interior de la envoltura para minimizar la interferencia electromagnética.
Cuando se pueden encontrar en el mercado AIMD que no provocarán lesiones a un paciente que se somete a una MRI en un dispositivo de MR, la mayoría de estos se debe desactivar durante una sesión de obtención de imágenes para evitar estropear los componentes electrónicos o enviar pulsos erróneos y potencialmente peligrosos a los tejidos.
La neuroestimulación ha manifestado unos efectos clínicos beneficiosos en el tratamiento de trastornos tales como la epilepsia, aunque se sabe poco sobre los mecanismos exactos implicados. Los IPG en los neuroestimuladores se configuran en general para emitir de manera continua trenes de pulsos de parámetros dados, que incluyen frecuencia, duración, anchura de pulso e intensidad, separados entre sí por intervalos de tiempo de desconexión predefinidos, durante la totalidad del período del tratamiento. La determinación de los valores de los parámetros anteriores de los pulsos que el AIMD está programado para suministrar a un tejido es empírica, mediante prueba y error, basándose principalmente en la información de los pacientes y no en una herramienta de diagnóstico fiable. La obtención de imágenes por resonancia magnética (MRI) y, de manera más específica, la obtención de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI), serían unas candidatas excelentes para optimizar los valores de los parámetros de los pulsos a cada paciente dado, mediante la monitorización de los efectos observados en el paciente a un patrón de estimulación dado en función de los parámetros anteriores.
El documento US7974697 describe un proceso de estimulación adaptativo que utiliza los datos de información de la obtención de imágenes médicas para afectar un funcionamiento de un dispositivo médico implantable. Se aplica una señal de estimulación y se adquieren los datos de la obtención de imágenes por MR que son indicativos de si se modula la parte diana del cerebro como resultado de la primera señal de estimulación. Si no se observa estimulación alguna, se aplica una segunda señal de estimulación y así sucesivamente hasta que se observa una modulación. En este proceso, las estimulaciones y las adquisiciones de imágenes por MR se activan de manera secuencial.
De manera similar, el documento US20050177200 describe una neuroestimulación secuencial de pacientes con graves depresiones, seguida por la obtención de imágenes por fMRI dependiente del nivel de oxígeno en la sangre (BOLD) tras la estimulación. El tipo de AIMD utilizado en el método no se define.
Lomarev et al., Journal of Psychiatric Research, 36 (2002) 219-227, evaluaron la obtención de imágenes por fMRI dependiente del nivel de oxígeno en la sangre (BOLD) durante una estimulación mediante un neuroestimulador implantado de pacientes que sufren de depresión resistente al tratamiento. Este estudio permitió correlacionar regiones del cerebro que reaccionan con algunos parámetros de estimulación. No obstante, el campo magnético estático (B0) aplicado durante las sesiones de fMRI se limitó únicamente a 1.5 T. No se ofrece una explicación de por qué no se aplican campos magnéticos estáticos más intensos, que producen una resolución más elevada. Los autores no definen los modelos de AIMD utilizados y tuvieron que descartar un tercio del panel de pacientes debido a que los AIMD eran incompatibles con la sesión de obtención de imágenes por MR. El artículo no menciona medio alguno para comprobar si los AIMD se mantienen funcionando tal como estaban programados durante las sesiones de fMRI.
El documento US9901284 describe un sistema que comprende un dispositivo de MR, un AIMD y un procesador configurado para generar una indicación de que el AIMD ha realizado o realizará un ciclo de una terapia de estimulación eléctrica mientras el paciente está en el dispositivo de MR o se están obteniendo imágenes mediante la unidad de MRI. En función de la indicación se inicia una exploración MRI del paciente. El AIMD es un implante de estimulación eléctrica que comprende una unidad de encapsulación acoplada a un par de electrodos por medio de cables eléctricos. No obstante, en este documento se dispone de poca información sobre la estructura de los componentes del AIMD. La comunicación entre el procesador y el AIMD se lleva a cabo medianet telemetría inalámbrica, p. ej., mediante comunicación por radiofrecuencia (RF) o interacción inductiva proximal con el AIMD.
Por lo tanto, existe aún una necesidad de unos AIMD que se puedan utilizar y activar durante las sesiones de MRI y fMRI, con campo magnéticos estáticos (B0) de cualquier magnitud, tal como de 1.5, 3 o incluso 7 T, con un sistema de información de retorno que garantice que los pulsos de estimulación generados durante la adquisición de imágenes por MR son los programados a pesar de los intensos campos electromagnéticos. Esto abriría la puerta a un estudio riguroso de los mecanismos de neuroestimulación responsables de los efectos clínicos beneficiosos observados.
La presente invención propone un AIMD que se pueda utilizar con seguridad y se pueda hacer funcionar durante unas condiciones de obtención de imágenes por MR. Esta también propone un kit de piezas que incluye unidades de procesamiento y medios de comunicación que permiten un control seguro, fiable y reproducible de las funciones del AIMD expuesto a condiciones de adquisición de imágenes por MR. Se propone un sistema que hace posible análisis de la influencia de diversos parámetros de estimulación sobre los efectos clínicos de la neuroestimulación en distintos trastornos, que incluyen la epilepsia. A continuación se describen estas y más ventajas de la presente invención.
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se define en las reivindicaciones independientes adjuntas. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes. En particular, la presente invención hace referencia a un kit de piezas para visualizar, mediante la técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética (MRI), que incluye la técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI), regiones del sistema nervioso central de un paciente que tiene un dispositivo médico implantable activo (AIMD) implantado, donde el kit de piezas comprende:
• el AIMD,
• una unidad de procesamiento externa,
• una unidad de comunicación externa, y
• un cable de comunicación óptica.
El AIMD comprende una unidad de encapsulación que define un espacio interior (Vi) separado de manera estanca de un entorno exterior por unas paredes definidas por una superficie interior que define los límites del espacio interior. Las paredes de la unidad de encapsulación están fabricadas con un material no metálico, seleccionado preferentemente entre cerámicos y poliméricos, tales como sílice fundida o una espinela, donde el espacio interior contiene:
• una fuente de luz de comunicación implantada y un fotodetector de comunicación implantado orientado hacia una parte de pared que tiene una transmitancia dada para la longitud de onda seleccionada dentro del intervalo comprendido entre 380 nm y 5 pm, preferentemente entre 600 nm y 2200 nm, para la comunicación óptica con un exterior del cuerpo; la parte de pared tiene preferentemente una transmitancia correspondiente a una longitud de onda de 850 nm a temperatura ambiente de al menos un 75 %, más preferentemente de al menos un 85 %,
• un circuito electrónico para controlar la fuente de luz de comunicación implantada y el fotodetector de comunicación implantado, lo que garantiza, por tanto, la comunicación con el exterior.
La unidad de procesamiento externa comprende una interfaz de usuario configurada para introducir parámetros y órdenes, y para visualizar la información. La unidad de procesamiento externa controla las funciones del AIMD y se comunica con este por medio de la unidad de comunicación externa.
La unidad de comunicación externa está en comunicación con la unidad de procesamiento externa y comprende una fuente de luz de comunicación externa, un fotodetector externo y un circuito electrónico configurado para,
• controlar la fuente de luz de comunicación externa para emitir señales representativas de los parámetros y las órdenes introducidas en la unidad de procesamiento externa y recibidas por el fotodetector de comunicación implantado, y
• transferir a la unidad de procesamiento externa la información representativa de las señales de comunicación óptica emitidas por la fuente de luz de comunicación (20Li) implantada y recibidas por el fotodetector externo.
El cable de comunicación óptica comprende una fibra óptica para establecer una comunicación óptica entre,
• por una parte, la fuente de luz de comunicación implantada del AIMD y el fotodetector de comunicación externo de la unidad de comunicación externa (102), y
• por otra parte, la fuente de luz de comunicación externa de la unidad de comunicación externa y el fotodetector implantado del AIMD.
El cable de comunicación óptica establece una comunicación óptica remota bidireccional entre la unidad de procesamiento externa y el AIMD, de la unidad de procesamiento externa al AIMD para controlar este último y del AIMD a la unidad de procesamiento externa para proporcionar una información de retorno a la unidad de procesamiento externa, tales como señales de control que confirmen el buen funcionamiento del AIMD, o las mediciones de los biomarcadores.
En una realización preferida, el cable de comunicación óptica (104) comprende al menos dos fibras ópticas. En esta realización cada fibra óptica comprende,
• un extremo proximal insertado en un dispositivo de interfaz proximal que está acoplado a la unidad de comunicación externa, de modo que las fibras ópticas estén alineadas de manera óptima con el fotodetector de comunicación externo y la fuente de luz de comunicación externa de la unidad de comunicación externa, y
• un extremo distal insertado en un dispositivo de interfaz distal, donde para alinear los extremos distales de las fibras ópticas con la fuente de luz de comunicación implantada y el fotodetector de comunicación implantado, el dispositivo de interfaz distal comprende preferentemente una cantidad, N > 2, de fotodetectores de centrado que forman un polígono de N lados, configurados para recibir y detectar una intensidad de un haz luminoso emitido por la fuente de luz de comunicación implantada, cuando el dispositivo de interfaz distal se coloca en la piel del paciente sobre una posición aproximada de la unidad de encapsulación, con los N fotodetectores de centrado orientados hacia la piel,
donde se proporcionan preferentemente elementos microópticos, que incluyen uno o más de uno cualesquiera de lentes, colimadores, difusores, polarizadores o filtros, que se configuran para remodelar un haz luminoso que se propaga en ambas direcciones de o hacia el extremo proximal y/o extremo distal de cada una de las fibras ópticas.
En una realización preferida, el AIMD comprende tres componentes principales, la unidad de encapsulación, una unidad de interacción con el tejido y un cable de transferencia de energía. la unidad de encapsulación encierra en el espacio interior (Vi) una fuente de emisión de luz principal de un intervalo de longitudes de onda dado comprendido entre 380 nm y 5 pm, preferentemente entre 600 nm y 2200 nm, y/o un fotodetector de detección implantado, cualquiera o ambos orientados hacia una parte de pared que forma una ventana que tiene una transmitancia para el intervalo de longitudes de onda. La fuente de emisión de luz principal se configura para enviar pulsos de energía luminosa de acuerdo con los parámetros definidos, y donde el fotodetector de detección implantado se configura para recibir las señales ópticas.
La unidad de interacción con el tejido está separada de la unidad de encapsulación y se configura para interactuar con un tejido. El cable de transferencia de energía comprende un hilo eléctricamente conductor del cable y comprende una fibra óptica que tiene,
• un extremo proximal acoplado a la unidad de encapsulación y orientado hacia la ventana de la unidad de encapsulación alineado con la fuente de emisión de luz principal y/o con el fotodetector de detección implantado, y
• un extremo distal acoplado a la unidad de interacción con el tejido.
En esta realización, el circuito electrónico se configura para que controle la fuente de luz de comunicación implantada, el fotodetector de comunicación implantado, la fuente de emisión de luz principal y el fotodetector de detección implantado. Esta realización es particularmente adecuada para neuroestimuladores, donde un generador de pulsos implantado (IPG) está encerrado en el espacio interior (Vi) y comprende la fuente de emisión de luz principal, para enviar pulsos de energía luminosa de acuerdo con los parámetros definidos. El circuito electrónico se configura para controlar el IPG. La unidad de interacción con el tejido es,
• una unidad de electrodos que comprende una célula fotovoltaica acoplada a una o más unidades de contactos, incluyendo cada una dos, preferentemente tres, contactos, separados entre sí y soportados sobre un soporte no conductor, donde el extremo distal de la fibra óptica está acoplado a la unidad de electrodos y está orientado hacia la célula fotovoltaica, o
• una unidad de optodo.
Por ejemplo, el AIMD se puede configurar para estimular un nervio vago. La unidad de electrodos que forma la unidad de interacción con el tejido es adecuada para que se acople a un nervio vago del paciente. La interfaz de usuario de la unidad de procesamiento externa se configura para introducir los parámetros de pulsos de control de un pulso de energía de control, y la unidad de comunicación externa está en comunicación con la unidad de procesamiento externa y se configura para enviar una señal al circuito electrónico que da instrucciones al generador de pulsos implantado (IPG) para que emita señales representativas de los parámetros de pulsos de control introducidos en la unidad de procesamiento externa y recibidas por el fotodetector de comunicación implantado.
En esta realización, el kit de piezas comprende además un controlador laríngeo externo que comprende,
• una unidad de electrodos laríngeos que comprende unos electrodos laríngeos adecuados para que se acoplen a la piel del cuello del paciente al nivel de la región laríngea y adecuada para medir una actividad eléctrica laríngea en la región laríngea, y
• un cable de transferencia de energía externo que comprende una o más fibras ópticas para transferir una señal óptica de la unidad de electrodos laríngeos a la unidad de procesamiento externa, siendo la señal externa representativa de una actividad eléctrica laríngea medida mediante los electrodos laríngeos en la región laríngea.
La unidad de procesamiento externa se configura para convertir las señales ópticas transferidas por el cable de transferencia de energía externo a una forma visual, numérica o acústica indicativa de la intensidad de la señal óptica. Esto ofrece una información valiosa de que los pulsos se han suministrado según se ha ordenado, y la intensidad de la señal ofrece una información relativa sobre la intensidad de la estimulación así obtenida.
En la misma o en una realización alternativa, el AIMD (también) es un dispositivo de monitorización configurado para monitorizar los biomarcadores del paciente. El AIMD comprende uno o más sensores situados en el espacio interior (Vi) o en la unidad de interacción con el tejido, si el kit de piezas comprende una de dichas unidades de interacción con el tejido. El o los sensores comprenden uno o más sensores ópticos y/o uno o más de electroencefalograma, un sensor de la actividad eléctrica muscular y neural, un acelerómetro y un sensor de la actividad hemodinámica. Preferentemente, la unidad de encapsulación no comprende ningún pasacables para garantizar la comunicación por conducción eléctrica a través de las paredes de la unidad de encapsulación.
La presente invención también hace referencia a un sistema para visualizar, mediante la técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética (MRI) que incluye la técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI), regiones del sistema nervioso central de un paciente que tiene un dispositivo médico implantable activo (AIMD). El sistema comprende,
• un kit de piezas tal como el analizado anteriormente,
• un dispositivo de resonancia magnética (MR) situado en una jaula de Faraday,
• una sala de control (210) situada fuera de la jaula de Faraday,
• un controlador de MR para controlar las funciones del dispositivo de MR,
• un pasacables de la jaula.
El AIMD del kit de piezas está implantado en el paciente con la fuente de luz de comunicación implantada y el fotodetector de comunicación implantado orientados hacia un área de la piel del paciente. El dispositivo de MR se configura para generar imágenes por resonancia magnética (MRI) o espectros por resonancia magnética (MRS), que incluyen imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI) o espectros por resonancia magnética funcional (fMRS) del sistema nervioso central del paciente. La unidad de procesamiento externa, la unidad de comunicación externa, que está en comunicación inalámbrica o en comunicación cableada u óptica con la unidad de procesamiento externa y el controlador de MR están todos situados en la sala de control.
El pasacables de la jaula se configura para proporcionar una comunicación óptica continua a través de la o las fibras ópticas del cable de comunicación óptica entre,
• un extremo proximal acoplado a la unidad de comunicación externa y situado en la sala de control, y
• un extremo distal situado en la jaula de Faraday y acoplado al área de la piel del paciente, con una buena alineación con la fuente de luz de comunicación implantada y/o el fotodetector de comunicación implantado de la unidad de encapsulación.
Por tanto, la unidad de procesamiento externa tiene una comunicación bidireccional con el circuito electrónico de la unidad de encapsulación para transferir los parámetros y las órdenes al circuito electrónico, y para visualizar la información enviada desde la fuente de luz de comunicación implantada.
En una realización preferida, el kit de piezas comprende los tres componentes principales analizados anteriormente. La unidad de procesamiento externa está en comunicación con el controlador de MR para sincronizar las secuencias temporales de la generación de imágenes por MR y de las activaciones de una o más de la fuente de luz de comunicación implantada, el fotodetector de comunicación implantado, la fuente de emisión de luz principal y el fotodetector de detección implantado. Si el AIMD es un estimulador del nervio vago y el kit de piezas comprende un controlador laríngeo externo tal como se analiza anteriormente, la sincronización de las secuencias temporales de la generación de imágenes por MR y de las activaciones de una o más de de la fuente de luz de comunicación implantada incluye tomar como punto temporal de comienzo para la sincronización, el instante cuando la unidad de comunicación externa envía una señal al circuito electrónico de la unidad de encapsulación con el fin de dar instrucciones al generador de pulsos implantado (IPG) para que emita señales representativas de los parámetros de pulsos de control.
La presente invención también hace referencia a un dispositivo médico implantable activo (AIMD) para su implantación en el cuerpo de un paciente y, en particular, adecuado para utilizar en el kit de piezas y el sistema analizados anteriormente. El AIMD de la presente invención comprende tres componentes principales analizados anteriormente, a saber,
• una unidad de encapsulación,
• una unidad de interacción con el tejido separada de la unidad de encapsulación y conifgurada para interactuar con un tejido, y
• un cable de transferencia de energía.
Tal como se analiza anteriormente, la unidad de encapsulación define el espacio interior (Vi) separado de manera estanca del entorno exterior por unas paredes definidas por la superficie interior que define los límites del espacio interior. Las paredes de la encapsulación están fabricadas con un material cerámico, preferentemente sílice fundida o una espinela. El espacio interior contiene:
• la fuente de luz de comunicación implantada y el fotodetector de comunicación implantado, orientado cada uno hacia una parte de pared que tiene una transmitancia correspondiente a la longitud de onda de 500 a 1200 nm para la comunicación óptica con un exterior del cuerpo,
• la fuente de emisión de luz principal de un intervalo de longitudes de onda dado comprendido entre 380 y 2200 nm y/o el fotodetector de detección implantado, orientado cada uno hacia una ventana que tiene una transmitancia correspondiente al intervalo de longitudes de onda; la fuente de emisión de luz principal se configura para enviar pulsos de energía luminosa de acuerdo con los parámetros definidos y el fotodetector de detección implantado se configura para recibir señales ópticas,
• el circuito electrónico para controlar la fuente de luz de comunicación implantada, el fotodetector de comunicación implantado, la fuente de emisión de luz principal y el fotodetector de detección implantado.
El cable de transferencia de energía no comprende ningún hilo eléctricamente conductor y comprende una fibra óptica que tiene un extremo proximal acoplado a la unidad de encapsulación y orientado hacia la ventana de la unidad de encapsulación alineado con la fuente de emisión de luz principal y/o el fotodetector de detección implantado, y un extremo distal acoplado a la unidad de interacción con el tejido.
El AIMD de la presente invención produce una tasa de absorción específica (SAR) normalizada a un nivel de base de un modelo acuoso de no más de 4.0 dB, preferentemente no más de 3.5 dB, más preferentemente no más de 3.2 dB, tras la exposición a las siguientes condiciones. El AIMD se sumerge en una composición salina de un modelo acuoso, que está compuesto por un tejido que simula un medio que tiene una conductividad eléctrica de 0.47 S/m y una permitividad relativa de 78. La composición salina se mantiene a una temperatura constante. El modelo acuoso se coloca en el interior de un resonador de jaula compatible con la ISO/TS 10974:2018 configurado para exponer el implante totalmente sumergido en el modelo acuoso a una profundidad de 65 mm a un campo magnético (B) que oscila a una frecuencia de f = 65 MHz e inducir un campo tangencial constante (E) de 36.31 Vrms/m. La SAR se mide con sensores (4s-6s) situados a 2 mm del AIMD para medir la SAR de la unidad de encapsulación, del cable de transferencia de energía y de la unidad de interacción con el tejido. La tasa de absorción específica (SAR) es el máximo de los valores medidos en los tres componentes principales.
El AIMD de la presente invención es preferentemente un neuroestimulador, donde,
(a) el espacio interior contiene un generador de pulsos implantado (IPG) que comprende la fuente de emisión de luz principal para enviar pulsos de energía luminosa, de acuerdo con los parámetros definidos, a través del cable de transferencia de energía a la unidad de interacción con el tejido y
(b) la unidad de interacción con el tejido forma,
• una unidad de electrodo que comprende una célula fotovoltaica acoplada a dos, preferentemente, tres contactos, separados entre sí y soportados sobre un soporte no conductor, o
• una unidad de optodo.
Preferentemente, el neuroestimulador es totalmente funcional en un dispositivo de MR en funcionamiento. La total funcionalidad de un AIMD implantado en un paciente se puede determinar como sigue.
• proporcionar un controlador laríngeo externo que comprende,
o una unidad de electrodos laríngeos que comprende unos electrodos laríngeos acoplados a la piel del cuello del paciente al nivel de la región laríngea y es adecuada para medir una actividad eléctrica laríngea en la región laríngea, y
o un cable de transferencia de energía externo que comprende una o más fibras ópticas para transferir una señal óptica de la unidad de electrodos laríngeos a la unidad de procesamiento externa, siendo la señal óptica representativa de una actividad eléctrica laríngea medida por los electrodos laríngeos en la región laríngea,
• situar el paciente en el dispositivo de MR, donde el AIMD se implanta con la unidad de electrodos acoplada a un nervio vago,
• introducir los parámetros de pulsos de control de un pulso de energía de control en la unidad de procesamiento externa y dar instrucciones al generador de pulsos implantado (IPG) para que emita señales representativas de los parámetros de pulsos de control,
• medir la actividad eléctrica laríngea en la región laríngea con la unidad de electrodos laríngeos, con el dispositivo de MR inactivo y con el dispositivo de MR activo, en condiciones adecuadas para generar imágenes por MR (MRI) o imágenes por MR funcional (fMRI),
• comparar los picos de la actividad eléctrica laríngea representativa de una propagación de los pulsos de control a lo largo del nervio vago medidos así con el dispositivo de MR activado con los medidos con el dispositivo de MR inactivo.
El AIMD es totalmente funcional en un dispositivo de MR en funcionamiento si una altura y un ancho total a mitad del máximo (FWHM) de los picos medidos con el dispositivo de MR activado no se desvían en más de un ± 10 %, preferentemente no más de un ± 5 % con respecto a los de los picos medidos con el dispositivo de MR inactivo.
La total funcionalidad de un AIMD que no está implantado en un paciente se puede determinar como sigue mediante la aplicación de pruebas de MR utilizando los criterios de prueba proporcionados en la §17 de la norma ISO TS 10974:2018,
• los estados funcionales del AIMD se comprueban antes, (si es posible) durante y después de la prueba, estando configurado el circuito electrónico del AIMD para realizar una prueba cíclica definida por los siguientes parámetros:
•
o estimulación estándar a 1000 pA, 30 Hz, tiempo ACTIVA 7 s,
o transferencia de datos a memoria de 128 bytes de una zona de RAM definida a otra, o escritura en memoria de 128 bytes incremental a la RAM,
o detener la estimulación durante 12 s,
• la monitorización en tiempo real de la salida del AIMD se registra y visualiza en un osciloscopio, situado preferentemente fuera de la jaula de Faraday, estando el osciloscopio en comunicación óptica a través de una fibra óptica,
o con una fuente de luz conectada a los contactos de la unidad de electrodos, o
o con la unidad de optodo,
• emisión de señales ópticas representativas de los pulsos de energía luminosa enviados por la fuente de emisión de luz principal del IPG.
El AIMD se considera totalmente funcional si se cumplen las siguientes condiciones:
• la variación de las salidas antes, durante y después de la prueba de MR están dentro de los siguientes intervalos,
o la variación de una frecuencia de los pulsos de energía luminosa no es mayor de un ± 5 %, preferentemente no es mayor de un ± 1 %, y
o la variación de una duración de pulso no es mayor de un ± 5 %, preferentemente no es mayor de un ± 1 %, y
o la variación de una amplitud no es mayor de un ± 10 %, preferentemente no es mayor de un ± 5 %, más preferentemente no es mayor de un ± 1 %, y
• un ciclo de trabajo (= tiempo ACTIVO / (tiempo ACTIVO tiempo INACTIVO)) está comprendido entre un 36 y un 38 % antes, durante y después de la prueba de MR, y
• no se identifica una corrupción de la RAM, ni preferentemente corrupción de la ROM, y/o no se identifica un reinicio imprevisto del sistema antes y después de la prueba de MR.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para una comprensión más completa de la naturaleza de la presente invención se hace referencia a la siguiente descripción detallada que se considera junto con los dibujos anexos, en los cuales:
Figura 1: muestra un AIMD de acuerdo con la presente invención.
Figura 2: muestra una unidad de encapsulación de un AIMD de acuerdo con la figura 1, con los contenidos de su espacio interior.
Figura 3: muestra unas unidades de electrodos, (a) y (b) unas unidades de electrodos de manguito adecuadas para que se acoplen a un nervio, p. ej., el nervio vago, y (c) unos electrodos profundos para el cerebro.
Figura 4: muestra ejemplos de unidades de interacción con el tejido, (a) y (b) unidades de electrodos con una luz de control de pulsos acoplada a un osciloscopio y al fotodetector implantado, respectivamente, y (c) optodo con luz de control de pulsos acoplado a un osciloscopio.
Figura 5: muestra un dispositivo de MR, (a) y (d) vista lateral y vista frontal, (b) y (c) gradientes del campo magnético y frecuencia de resonancia de Larmor en función de la posición a lo largo de un eje x1.
Figura 6: muestra un sistema de acuerdo con la presente invención, (a) vista general, (b) detalle del dispositivo de interfaz proximal entre el extremo proximal de la fibra óptica y la unidad de comunicación externa y (c) detalle del dispositivo de interfaz distal, entre el extremo distal de la fibra óptica y la piel del paciente.
Figura 7: muestra un ejemplo de (a) un controlador laríngeo externo y (b) de la actividad eléctrica laríngea medida con el dispositivo de (a), que identifica que se suministró un pulso de energía al nervio vago y se generó un pico eléctrico en la zona laríngea.
Figura 8: muestra una realización del sistema de acuerdo con la presente invención configurada para controlar que el AIMD implantado en el cuerpo del paciente es totalmente funcional en condiciones de adquisión de imágenes por MR, utilizando el controlador laríngeo externo de la figura 7(a9.
Figura 9: muestra una configuración experimental para medir el valor de la tasa de absorción específica (SAR) de un AIMD.
Figura 10: muestra una realización del sistema de acuerdo con la presente invención configurada para controlar que el AIMD sumergido en un modelo acuoso es totalmente funcional en condiciones de adquisición de imágenes por MR.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Un kit de piezas de acuerdo con la presente invención es adecuado para visualizar, mediante una técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética (MRI), que incluye una técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI), regiones del sistema nervioso central de un paciente (51) que tiene un dispositivo médico implantable activo (AIMD) implantado (1). El sistema nervioso central incluye el cerebro y la médula espinal. Tal como se ilustra en la figura 6(a), el kit de piezas comprende,
• el AIMD (1),
• una unidad de procesamiento externa (100),
• una unidad de comunicación externa (102) en comunicación con la unidad de procesamiento externa (100), • un cable de comunicación óptica (104) que comprende una fibra óptica (104f) para establecer una comunicación óptica entre el AIMD y la unidad de comunicación externa (102).
La unidad de procesamiento externa (100) forma una interfaz entre el kit de piezas y un operador, y permite controlar los diversos componentes del kit de piezas. Las instrucciones introducidas por el operador a través de la interfaz de usuario en la unidad de procesamiento externa (100) se pueden transmitir mediante comunicación inalámbrica, óptica o cableada a la unidad de comunicación externa (102). La unidad de comunicación externa (102) transfiere las instrucciones mediante la emisión de señales ópticas a través de la fibra óptica (104f) del cable de comunicación óptica (104) al AIMD (1) implantado. Las señales ópticas se transmiten de la fibra óptica (104f) al AIMD implantado a través de la piel (50) del paciente (51) implantada con el AIMD. No se utiliza ningún hilo eléctricamente conductor entre la unidad de comunicación externa (102) y el AIMD implantado en el cuerpo del paciente. Esto es importante por razones de seguridad y fiabilidad cuando el paciente está expuesto a unas condiciones de adquisición de imágenes magnéticas en un dispositivo de MR (200).
La obtención de imágenes por resonancia magnética (MRI), que incluye la obtención de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI), es una herramienta poderosa para visualizar los órganos internos de un paciente y monitorizar su actividad. No obstante, tal como se analiza en la sección “Antecedentes de la invención”, los pacientes que poseen un AIMD implantado deben ser prudentes ya que los diversos campos electromagnéticos implicados en una secuencia de adquisición de imágenes pueden interactuar con los componentes del AIMD, lo que conduce posiblemente a la degradación del AIMD o a graves lesiones en los tejidos, de manera habitual quemaduras. Los principios básicos de la MRI se describen a continuación, seguida por la descripción del AIMD y de otros componentes de la invención con el fin de beneficiarse del potencial de la MRI para una evolución adicional de la neuroestimulación.
DISPOSITIVO DE OBTENCIÓN DE IMÁGENES POR RESONANCIA MAGNÉTICA (200)
Un dispositivo de obtención de imágenes por resonancia magnética (200) (dispositivo de MR) implementa una técnica médica de obtención de imágenes basada en las interacciones de átomos excitables presentes en un tejido orgánico del paciente (51) con campos electromagnéticos. Cuando se coloca en un campo magnético principal (B0) intenso los espines de los núcleos de dichos átomos excitables realizan una precesión alrededor de un eje alineado con el campo magnético principal (B0), lo que da como resultado una polarización neta en reposo que es paralela al campo magnético principal (B0). La aplicación de un pulso de radiofrecuencia (RF) que excita el campo magnético (B1), a la frecuencia de resonancia (fL), denominada la frecuencia de Larmor, de los átomos excitables en dicho campo magnético principal (B0) excita dichos átomos inclinando el vector de polarización neta en dirección lateral (p. ej., con un pulso denominado a 90°, B1 90) o hasta ángulos mayores de 90° e incluso invertirlo 180° (con un pulso denominado a 180°, B1 180). Cuando se desactiva el pulso electromagnético de RF, los espines de los núcleos de los átomos excitables vuelven de manera progresiva a un estado de equilibrio que produce la polarización neta en reposo. Durante la relajación, la componente transversal del vector de los espines produce un campo magnético oscilante que induce una señal que puede ser captada por unas antenas (200a) situadas cerca de la anatomía sometida a examen.
Tal como se muestra en las figuras 5(a) a 5(d), un dispositivo de MR (200) comprende de manera habitual,
• una unidad de imán principal (200m) para crear un campo magnético principal (B0) uniforme;
• unas bobinas (200e) de excitación por radiofrecuencia (RF) para crear el campo magnético (B1) de excitación por RF,
• unas bobinas de gradiente en X1, X1 y X3 (200s, 200p, 200f) para crear gradientes magnéticos a lo largo de la primera, segunda y tercera dirección X1, X2 y X3, respectivamente, tal como se muestra en la figura 5(c) para un gradiente a lo largo de X1, y la figura 5(d) para gradientes a lo largo de X2 y X3, y
• las antenas (200a), para recibir las señales de RF emitidas por los átomos excitados a medida que se relajan desde su estado excitado de vuelta a su estado en reposo.
La unidad de imán principal (200m) produce el campo magnético principal (B0) y puede ser un imán permanente o un electroimán ( un imán superconductor o no). Un ejemplo de un dispositivo de MR adecuado incluye, aunque sin carácter limitante, un dispositivo descrito en el documento US4694836.
En una realización, las imágenes de resonancia magnética de un volumen, Vp, en el interior del cuerpo del paciente se pueden crear mediante la captura de imágenes rebanada a rebanada, teniendo una rebanada un volumen, Vpi, de grosor, Axi, normal a la primera dirección, X1. Tal como se muestra en la figura 5(c), debido a que la frecuencia de Larmor (fL) de un átomo excitable depende de la magnitud del campo magnético al que esté expuesto, enviar pulsos de un campo magnético (B1) de excitación por RF en un intervalo de frecuencias, [fL]i, excita exclusivamente los átomos excitables que están expuestos a un intervalo de campo magnético, [B0]i. Al crear un gradiente de campo magnético a lo largo de la primera dirección, X1, únicamente los átomos situados en una rebanada o capa, Vpi, de grosor, Axi, expuestos a un intervalo de campo magnético, [B0]i están excitados por el rango de frecuencias, [fL]i, tal como se muestra en la figura 5(b).
Para situar el origen espacial de las señales recibidas por las antenas (200a) en un plano normal con respecto a la primera dirección, X1, se crean gradientes magnéticos de manera sucesiva a lo largo de la segunda y tercera dirección, X2, X3, donde X1 -L X2 -L X3, al activar las bobinas de gradiente en X2 y X3 (200p, 200f), tal como se ilustra en la figura 5(d). Dichos gradientes provocan un gradiente de fases, A$, y un gradiente de frecuencias, Af, en los espines de los núcleos excitados a medida que se relajan, lo que permite una codificación espacial de las señales recibidas en la segunda y tercera dirección, X2, X3. Por tanto, se adquiere una matriz bidimensional, que produce los datos del espacio k, y se crea una imagen de MR al realizar una transformada inversa de Fourier bidimensional. En la técnica se conocen otros modos para adquirir y crear una imagen de MR y la presente invención no está restringida a la selección de un modo cualquiera en particular. Basta con entender que son necesarios campos electromagnéticos de magnitud elevada y/o frecuencias elevdas para adquirir una imagen de MR.
El campo magnético principal, B0, está comprendido en general entre 0.2 y 7 T, preferentemente entre 1 y 4 T. Las bobinas de excitación por radiofrecuencia (RF) (200e) generan un campo magnético en un intervalo de frecuencias [fL]i alrededor de las frecuencias de Larmor (fL) de los átomos comprendidos dentro de una rebanada de grosor, Axi, y están expuestas a un intervalo de campo magnético principal [B0]i. Para átomos de hidrógeno, la frecuencia de Larmor por unidad de inducción magnética, fL/B = 42.6 MHz T-1. Por ejemplo, para átomos de hidrógeno expuestos a un campo magnético principal, B0 = 1.5 T, la frecuencia de Larmor, fL - 64 MHz, y para un campo magnético principal, B0 = 3 T, la frecuencia de Larmor, fL - 128 MHz. Para un campo magnético principal, B0 = 7 T, la frecuencia de Larmor, fL -298 MHz.
El dispositivo de MR (200) puede ser cualquiera de un tipo de dispositivo de MR de orificio cerrado, orificio abierto u orificio ancho. Un dispositivo de MR de orificio cerrado típico tiene una inducción magnética de 1.0 T a 3.0 T con un diámetro de orificio del orden de 60 cm. Un dispositivo de MR de orificio abierto tiene de manera habitual dos polos de imán principal (200m) separados por un hueco entre ellos para acomodar un paciente en una posición tendida, posición sentada o en cualquier otra posición adecuada para obtener imágenes de un volumen de obtención de imágenes, Vp. El campo magnético de un dispositivo de MR de orificio abierto está comprendido en general entre 0.2 y 1.0 T. Un dispositivo de MR de orificio ancho es una clase de dispositivo de MR de orificio cerrado que tiene un diámetro mayor.
La obtención de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI) mide la actividad cerebral mediante la monitorización del flujo sanguíneo. Suponer que el flujo sanguíneo cerebral y la activación neuronal están acoplados implica que cuándo se utiliza un área del cerebro se produce un flujo adicional de sangre a esa región. El contraste dependiente del nivel de oxígeno en la sangre (BOLD) permite correlacionar la actividad neural en el cerebro o la médula espinal de un paciente mediante obtención de imágenes de los cambios en el flujo sanguíneo (respuesta hemodinámica) relacionados con la utilización de energía por las células cerebrales. La activación cerebral resultante se puede caracterizar por un espectro o representar gráficamente mediante un código de colores de la intensidad de la activación en todo el cerebro o la región específica estudiada. La precisión de detección de la ubicación puede ser del orden del milímetro. Otros métodos de fMRI incluyen MRI arterial de marcado de espines y difusión, que es similar a una fMRI BOLD aunque proporciona un contraste basado en la magnitud de la difusión de moléculas de agua en el cerebro.
Combinar la monitorización por fMRI con estimulación de un tejido, tal como el nervio vago, u otros, con parámetros de estímulo variables, puede mejorar considerablemente la comprensión de los mecanismos que subyacen tras los resultados prometedores observados con la neuroestimulación en el tratamiento de trastornos como la epilepsia, el Parkinson y similares. Por otra parte, en lugar de que cada médico utilice un (o únicamente un número limitado de) conjunto(s) de parámetros que se adaptan a todos los pacientes, tal como es el caso en la actualidad, con cierto ajuste basado en la información de retorno de los pacientes, el sistema de la presente invención permite optimizar “a la carta” un conjunto de parámetros de pulsos optimizado para cada paciente individual, basado en datos científicos fiables obtenidos mediante fMRI.
El kit de piezas de la presente invención se encuentra entre los mejor adaptados para utilizar con un dispositivo de MR (200) moderno, en un sistema de acuerdo con la presente invención.
AIMD (1) - FORMA MÁS SIMPLE
Un AIMD (1) implantado en un paciente (51) debe ser inofensivo cuando el paciente está situado en un dispositivo de MR (200) durante una sesión de adquisión de imágenes por MR. En su forma más simple, el AIMD comprende una unidad de encapsulación (5) que comprende una carcasa que define un espacio interior (Vi) separado de manera estanca de un entorno exterior por paredes. Las paredes se definen mediante una superficie interior que define los límites del espacio interior. Debido a que la magnitud de la corriente inducida por exposición a un campo magnético variable es proporcional a la conductividad, se pueden generar densidades de corriente significativas en metales utilizados en implantes. Por esta razón, la carcasa de la unidad de encapsulación (5) se fabrica con un material no metálico y no conductor. Un material no conductor se define como un material que tiene una conductividad menor de 103 S/m. También se prefiere que el AIMD se fabrique esencialmente solo con materiales que tengan una susceptibilidad magnética, |x| < 210-2, preferentemente |x| < 10-2, donde la susceptibilidad magnética se expresa con relación al volumen y no tiene dimensiones [m3/m3], ya que los materiales que tienen una susceptibilidad magnética, |x| > 2 10-2, experimentan unas fuerzas y pares magnéticos intensos y crean distorsión y degradación de las imágenes incluso en ubicaciones alejadas de la región de obtención de imágenes.
Por ejemplo, se prefiere que el material no metálico de la carcasa se seleccione entre cerámico y polimérico, preferentemente cerámico, más preferentemente sílice fundida o una espinela.
Tal como se muestra en la figura 2, el espacio interior de la unidad de encapsulación contiene:
• una fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y un fotodetector de comunicación implantado (20Pi) para la comunicación óptica con el entorno exterior del cuerpo y
• un circuito electrónico (5e) para controlar la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y el fotodetector de comunicación implantado (20Pi), para la comunicación con un exterior y, de manera opcional, para monitorizar los biomarcadores.
Cada uno de la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) está orientado hacia una parte de pared que tiene una transmitancia dada para un intervalo de longitudes de onda. Preferentemente, la transmitancia dada es de al menos un 70 %, más preferentemente de al menos un 80 %, de la manera más preferente de al menos un 90 %, promediada sobre un intervalo de ± 20 nm alrededor de la longitud de onda utilizada en realidad, o sobre el valor medio de un intervalo de longitudes de onda utilizado en realidad.
La fuente de luz de comunicación se puede utilizar para enviar información del AIMD a una unidad externa (100, 102) situada fuera del cuerpo del paciente. De manera similar, el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) se puede utilizar para recibir información o instrucciones desde la unidad externa (100, 102). La longitud de onda utilizada para dicha comunicación se selecciona en general dentro del rango comprendido entre 500 y 1200 nm. La(s) parte(s) de pared hacia la(s) que se orienta tanto la fuente de luz de comunicación (20Li) como el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) deben tener la transmitancia dada para valores seleccionados comprendidos al menos dentro de dicho intervalo de longitudes de onda comprendidas entre 500 y 1200 nm.
La fuente de luz de comunicación (20Li) y el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) también se pueden utilizar para monitorizar los biomarcadores, p. ej., los cambios voluméticos de la sangre inducidos por los latidos cardiacos o los valores de saturación de oxígeno arterial (SpO2) mediante fotopletismografia (PPG). La fuente de luz de comunicación (20Li) emite una radiación de una longitud de onda dada y el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) registra la luz difractada o reflejada por los tejidos así irradiada. Las radiaciones utilizadas para realizar dicha monitorización pueden tener longitudes de onda seleccionadas dentro del intervalo comprendido entre 380 nm y 5 pm, preferentemente entre 600 nm y 2200 nm. Con el fin de monitorizar los biomarcadores, la(s) parte(s) de pared hacia la(s) que se orienta tanto la fuente de luz de comunicación (20Li) como el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) deben tener la transmitancia dada para valores seleccionados comprendidos dentro de dicho rango de longitudes de onda comprendidas entre 380 nm y 5 pm, preferentemente entre 600 nm y 2200 nm. Es evidente que se puede utilizar un conjunto diferente de fuente de luz y de fotodetector implantado que el conjunto de fuente de luz de comunicación (20Li) y fotodetector de comunicación implantado (20Pi) para monitorizar los biomarcadores, ya que la orientación de este último conjunto puede no ser óptima para llevar a cabo dicha monitorización en tejidos específicos.
En una realización preferida, donde la carcasa se fabrica con un material cerámico, tal como sílice fundida o una espinela, la parte de pared tiene preferentemente una transmitancia para una longitud de onda de 850 nm a temperatura ambiente de al menos un 75 %.
El circuito electrónico (5e) controla al menos la comunicación con el exterior de la unidad de encapsulación a través de la fuente de luz de comunicación (20Li) y el fotodetector de comunicación implantado (20Pi). Es decir, el circuito electrónico garantiza que la fuente de luz de comunicación (20Li) se activa para transmitir datos u otra información mediante radiación a través de la parte de pared. De manera adicional, el circuito electrónico (5e) debe ser capaz de implementar las instrucciones recibidas ópticamente desde el exterior a través de la parte de pared por el fotodetector de comunicación implantado (20Pi).
En caso de que el conjunto de fuente de luz de comunicación (20Li) y el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) (u otro conjunto) se utilice para monitorizar los biomarcadores, el circuito electrónico (5e) también debería ser capaz de en primer lugar, controlar la activación de la fuente de luz de comunicación (20Li) para emitir una radiación de longitud de onda seleccionada y, en segundo lugar, dar instrucciones a la fuente de luz de comunicación (20Li) para que transmita los datos representativos de los resultados medidos por el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) al exterior.
AIMD (1) DE TRES PIEZAS
En una realización preferida ilustrada en la figura 1, el AIMD está formado por tres piezas:
• la unidad de encapsulación (5) analizada anteriormente y configurada para ser implantada de manera subcutánea en el cuerpo del paciente en una ubicación alejada del tejido con el que debe interactuar, • un cable de transferencia de energía (4) que comprende una fibra óptica (4f) y garantiza la comunicación óptica de/a la unidad de encapsulación (5) a/de
• una unidad de interacción con el tejido (6) configurada para interactuar con un tejido alejado de la ubicación de implantación de la unidad de encapsulación (5).
La unidad de encapsulación (5) es tal como se ha analizado anteriormente y encierra además en el espacio interior (Vi),
• una fuente principal de emisión de luz (10L) de un intervalo de longitudes de onda dado comprendido entre 380 nm y 5 pm, preferentemente entre 600 nm y 2200 nm, y/o
• un fotodetector de detección implantado (10P).
La fuente de emisión de luz principal (10L) y/o el fotodetector de detección implantado (10P) están orientados hacia una parte de pared que forma una ventana que tiene una transmitancia para el intervalo de longitudes de onda, donde la fuente de emisión de luz principal (10L) se configura para enviar pulsos de energía luminosa de acuerdo con los parámetros definidos, y donde el fotodetector de detección implantado (10P) se configura para recibir señales ópticas.
El circuito electrónico (5e) se configura para controlar la fuente de luz de comunicación implantada (20Li), el fotodetector de comunicación implantado (20Pi), la fuente de emisión de luz principal (10L) y/o el fotodetector de detección implantado (10P). Por ejemplo, el circuito electrónico (5e) se puede configurar de modo que dé instrucciones a la fuente de emisión de luz principal (10L) para que emita pulsos de luz de acuerdo con los parámetros recibidos desde el exterior por el fotodetector de comunicación implantado (20Pi). Como alternativa, o de manera simultánea, el circuito electrónico (5e) se puede configurar de modo que dé instrucciones a la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) para que emita señales de luz al exterior, representativas de los datos recibidos por el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) o por el fotodetector de detección implantado (10P).
El cable de transferencia de energía (4) comprende al menos una fibra óptica (4f) y no comprende ningún hilo eléctricamente conductor. La fibra óptica (4f) tiene un extremo proximal acoplado a la unidad de encapsulación (5) y orientado hacia la ventana de la unidad de encapsulación alineado con la fuente de emisión de luz principal (10L) y/o con el fotodetector de detección implantado (10P). La fibra óptica tiene un extremo distal acoplado a la unidad de interacción con el tejido analizada a continuación. Esto garantiza la comunicación óptica de/a la fuente de emisión de luz principal (10L) y/o con el fotodetector de detección implantado (10P) a/de la unidad de interacción con el tejido (6).
La unidad de interacción con el tejido (6) está separada de la unidad de encapsulación y acoplada ópticamente con esta última mediante el cable de transferencia de energía (4). La unidad de interacción con el tejido (6) se configura para interactuar con un tejido alejado de la ubicación de implantación de la unidad de encapsulación (5). La unidad de interacción con el tejido (6) puede ser una unidad de electrodos (6e) tal como se ilustra en las figuras 3(a) a 3(c), 4(a) y 4(b) y 6, o una unidad de optodo (60), tal como se muestra en la figura 4(c). Una unidad de electrodos (6e) suministra o mide las señales eléctricas al o del tejido tratado, mientras que una unidad de optodo (60) emite o recibe las señales ópticas hacia o desde el tejido tratado.
La unidad de interacción con el tejido (6) comprende un soporte aislante para soportar los contactos (7+, 7-) de una unidad de electrodos (6e) o para soportar los componentes ópticos de una unidad de optodo (6o), que incluye el extremo distal de la fibra óptica (4f), y cualesquiera microcomponentes ópticos (4L) tales como lentes, p. ej., lentes de Fresnel, colimadores, difusores y similares. La geometría del soporte depende del tejido a tratar. Por ejemplo, si el tejido tiene una geometría cilíndrica, tal como un nervio (p. ej., un nervio vago), el soporte puede formar un manguito configurado para enrrollarse alrededor del nervio, tal como se ilustra en las figuras 3(a) y 3(b), 4(a) a 4(c), 6(a), 8 y 9 (c f, p. ej., los documentos EP3471820B1 y EP3512597B1). Para la inserción en un cerebro, el soporte forma un cilindro alargado tal como se muestra en el electrodo profundo para el cerebro ilustrado en la figura 3(c). Son ampliamente conocidas en la técnica otras geometrías de unidades de electrodos y de optodo para interactuar con otros tejidos, y la elección de una geometría específica no afecta a la presente invención.
El soporte aislante de una unidad de electrodos de manguito (6e) comprende una superficie de acoplamiento con el nervio, que puede estar en contacto con el nervio a tratar sin provocar ningún efecto de estimulación neural. El soporte aislante se utiliza con el fin de fijar los contactos (o los electrodos) en sus posiciones de tratamiento para una implantación a largo plazo y reducir las corrientes de fuga. Preferentemente, el soporte aislante se fabrica con un material polimérico. Si el material aislante se debe deformar para la inserción y para acomodarse a cualquier movimiento del cuerpo, tal como con un electrodo de manguito con autodimensionado ilustrado en la figura 3(a), se fabrica preferentemente con un polímero elastomérico, tal como la silicona o un elastómero de poliuretano, o se puede fabricar con una lámina de poliimida. Para otras geometrías de electrodo, tal como electrodos de manguito con hendiduras, el soporte aislante puede ser rígido y estar fabricado, por ejemplo, con poliuretano o una resina epoxi. La resistencia del tejido es del orden de 3-5 kü. Con una corriente del orden de 0.1 a 3 mA, la tensión necesaria entre los contactos (7+, 7-) puede ser del orden de 10 V.
Tal como se ilustra en la figura 4(c), en lugar de, o de manera adicional a, los contactos de electrodo (7+, 7-), la lámina de soporte aislante puede estar provista de uno o más contactos ópticos para formar una unidad de optodo (6o). Un contacto óptico tal como se define en la presente puede ser un emisor de luz o un sensor de luz, o ambos. En algunas aplicaciones, la estimulación de un tejido mediante emisión de luz se debe principalmente a un calentamiento localizado del tejido. Para dichas aplicaciones, se prefiere que la luz dirigida por el contacto óptico esté en el espectro infrarrojo, preferentemente en el intervalo de 750 a 3000 nm, más preferentemente de 1200 a 1800 nm. No obstante, el optodo de manguito adecuado para la presente invención se puede utilizar con haces luminosos de cualquier longitud de onda compatible con la fuente de emisión de luz principal (10L).
Un contacto óptico o un optodo pueden ser el extremo de una fibra óptica, que está biselado o acoplado a una lente, espejo u otro microdispositivo óptico para dirigir y enfocar un haz luminoso hacia un área precisa del tejido a tratar. El optodo puede estar acoplado ópticamente a una fibra óptica (4f) de un cable de transferencia de energía óptica (4) y a un IPG óptico alojado en la unidad de encapsulación (5).
La unidad de interacción con el tejido (6) se puede utilizar para estimular un tejido (p. ej., estimulación del nervio vago (VNS)), o para monitorizar un biomarcador en una ubicación alejada de la ubicación de implantación de la unidad de encapsulación (5).
AIMD (1) DE TRES PIEZAS - ESTIMULADOR DE TEJIDOS
En una realización preferida de la presente invención, el AIMD es un neuroestimulador configurado para estimular un tejido acoplado a la unidad de interacción con el tejido. Tal como se ilustra en las figuras 2 y 4(a) a 4(c) en esta realización, la unidad de encapsulación (5) encierra en el volumen interior (Vi) un generador de pulsos implantado (IPG) que comprende, o acoplado a, la fuente de emisión de luz principal (10L), para enviar pulsos de energía luminosa de acuerdo con los parámetros definidos. Los pulsos de energía luminosa se propagan a través de la ventana, a lo largo de la fibra óptica (4f) hasta la unidad de interacción con el tejido (6). El circuito electrónico (5e) recibe los parámetros definidos desde una unidad externa a través del fotodetector de comunicación implantado (20Pi). El circuito electrónico (5e) se configura para controlar el IPG de acuerdo con los parámetros definidos.
La figura 4(a) ilustra una realización de una unidad de electrodos de manguito (6e). La unidad de electrodos (6e) comprende una célula fotovoltaica (6v) acoplada a una o más unidades de contactos, incluyendo cada una dos, preferentemente tres, contactos (7+, 7-), separados entre sí y soportados en el soporte aislante. La célula fotovoltaica está en comunicación óptica con el extremo distal de la fibra óptica (4f) del cable de transferencia de energía (4) acoplado a la unidad de electrodos (6e). La célula fotovoltaica (6v) está acoplada a los contactos (7+, 7-) mediante hilos de conexión con los nervios (cf. figura 3(b)) para transformar la energía óptica en energía eléctrica, que es conducida a los contactos (7+, 7-) por los hilos de conexión con los nervios. Para reducir el calentamiento cuando se exponen a campos electromagnéticos variables, se prefiere que los hilos de conexión con los nervios sean tan cortos como sea posible y preferentemente con una longitud de no más de 50 mm, preferentemente con una longitud de no más de 30 mm, más preferentemente con una longitud de no más de 20 mm, de la manera más preferente con una longitud de no más de 15 mm. Se acepta en general que los hilos conductores de no más de 20 mm no producen un efecto de calentamiento sustancial cuando se exponen a unas condiciones de adquisición de imágenes por MR, tal como se presenta en la norma ASTM F21 82-19e2, página 1, sección 1.7, que indica que “no es necesario someter a pruebas a un dispositivo con dimensiones desplegadas de menos de 2 cm en todas las direcciones con respecto al calentamiento inducido por RF, ya que se espera que este genere una Delta T de menos de 2 °C durante 1 hora de exposición a frecuencias de 1.5Ty 3T’.
Los pulsos de energía de energía óptica que se propaga a lo largo de la fibra óptica (4f) alcanzan la célula fotovoltaica (6v) que transforma la energía óptica en energía eléctrica, que es conducida a los dos o más contactos (7+, 7-) de cada una de la o las unidades de contacto.
La figura 4(c) ilustra un ejemplo de optodo (6o) que comprende un soporte aislante que sostiene el extremo distal de una fibra óptica (4f) del cable de transferencia de energía (4), tal como para dirigir los pulsos de radiaciones ópticas hacia un área deseada del tejido a tratar. El extremo distal de la fibra óptica (4f) se puede cortar de una forma deseada, p. ej., con un borde biselado y/o estar provisto de unos microelementos ópticos (4L) situados entre el extremo distal de la fibra óptica (4f) y la superficie del tejido que se debe estimular.
Los microelementos ópticos (4L) tales como lentes (p. ej., lentes de Fresnel), colimadores, espejos y similares, se pueden disponer entre el extremo proximal de la o las fibras ópticas (4f) y la fuente de emisión de luz principal (10L) y/o el fotodetector de detección implantado (10P), para optimizar la forma de los haces luminosos. Por ejemplo, estos se pueden situar en una superficie de la ventana o en el extremo proximal de las fibras ópticas (4f).
En el documento EP3400057B1 se describe un ejemplo de unidad de encapsulación adecuada para la presente invención y que comprende un IPG óptico.
NEUROESTIMULADOR DEL NERVIO VAGO Y CONTROL LARÍNGEO
Un nervio está compuesto de manera habitual por un haz de fibras nerviosas. Un nervio se activa mediante un pulso de estimulación si al menos una de sus fibras nerviosas dispara un potencial de acción, que se propaga a lo largo de su longitud. Un potencial de acción se dispara por una despolarización local de la membrana de la fibra nerviosa. El potencial de membrana se eleva y cae rápidamente, lo que provoca que las ubicaciones adyacentes se despolaricen de manera similar.A continuación, esta despolarización se propaga a lo largo de la fibra nerviosa. Cuando se activan varias fibras nerviosas, la suma de todos estos potenciales de acción que se propagan dentro del nervio se denomina un potencial de acción compuesto (CAP).
En una realización preferida ilustrada en la figura 7(a), la unidad de electrodos (6e) es adecuada para acoplarse a un nervio vago (Vn) del paciente (51) y comprende un controlador laríngeo externo (300), configurado para controlar que se haya suministrado un pulso de energía al nervio vago, y que se haya propagado un potencial de acción compuesto (CAP) a lo largo del nervio vago y a lo largo del nervio laríngeo que se ramifica. Obviamente, esta es una comprobación muy importante, ya que en caso contrario no hay garantía de que,
• los pulsos eléctricos de acuerdo con los parámetros definidos se hayan suministrado al nervio vago, dependiendo de un defecto del AIMD, por ejemplo,
o en la comunicación de los parámetros al circuito electrónico (5e) o al IPG, o
o en una conexión entre el circuito electrónico (5e), el IPG y la fuente de emisión de luz principal, o o en la fibra óptica (4f) o su acoplamiento, o
o en la célula fotovoltaica y/o los contactos (7+, 7-) y sus conexiones,
o que,
• se haya creado un CAP en el nervio vago y que se haya propagado a lo largo de las fibras del nervio vago, dependiendo de un defecto,
o en el contacto entre los contactos (7+, 7-) y el nervio vago (Vn), o
o en el propio nervio vago, que puede estar dañado o lesionado.
Tal como se muestra en la figura 7(a), el controlador laríngeo externo (300) comprende una unidad de electrodos laríngeos (360) que comprende unos electrodos laríngeos (361) adecuados para que se acoplen a la piel (50) del cuello del paciente (51) al nivel de una región laríngea (Lx) y adecuados para medir una actividad eléctrica laríngea en la región laríngea. Se dispone un cable de transferencia de energía externo (304) que comprende una o más fibras ópticas (304f) para transferir una señal óptica de la unidad de electrodos laríngeos a la uniad de procesamiento externa (100) analizada a continuación, tanto de manera directa, como a través de un controlador externo intermedio en comunicación con la unidad de procesamiento externa (100). La señal óptica es representativa de una actividad eléctrica laríngea medida por los electrodos laríngeos (361) en la región laríngea. La unidad de procesamiento externa (100) se configura para convertir las señales ópticas transferidas por el cable de transferencia de energía externo a una forma visual (355), numérica o acústica (357) indicativa de la intensidad de la señal óptica.
Los electrodos laríngeos se pueden acoplar a una fuente de luz (p. ej., un LED) en contacto óptico con la fibra óptica (304f) para transferir una señal óptica a la unidad de procesamiento externa (100). Con el fin de reforzar la señal, los electrodos laríngeos se pueden acoplar eléctricamente a un circuito de tratamiento de señales que incluye un amplificador, y se pueden utilizar filtros para eliminar parte del ruido de fondo. Por ejemplo, la señal se puede amplificar previamente con un primer amplificador que proporciona una impedancia de entrada elevada, que produce la amplificación de la señal eléctrica laríngea mientras elimina la componente del modo común, lo que produce por tanto una señal amplificada con una mejor relación de señal frente a ruido. Un filtro puede filtrar la señal amplificada, tal como un filtro paso alto configurado para eliminar cualquier componente de CC remanente de este modo común, principalmente debido a los potenciales desiguales de los contactos de electrodo. Este puede estar seguido por un segundo amplificador configurado para proporcionar una amplificación adicional. Este puede estar seguido por un filtro paso bajo. En algunas realizaciones, se prefiere transferir una señal eléctrica laríngea análoga, y la señal eléctrica laríngea amplificada y filtrada se puede utilizar para modular la corriente suministrada al LED en contacto óptico directo con la fibra óptica (304f). En otra realización, la señal amplificada y filtrada se puede modular en frecuencia (AL, FM, etc.) mediante, p. ej., la conversión de la tensión de la señal laríngea amplificada y filtrada a una modulación de frecuencia (siendo transformada la señal de -v a v a una curva senoidal con una frecuencia que varía entre f1 y f2). En otras realizaciones, la señal laríngea amplificada y filtrada se puede digitalizar en un convertidor analógico a digital (A/D) para producir una señal laríngea digitalizada que se debe transferir a través del cable de transferencia de señales (4) en forma de energía óptica. La señal laríngea digitalizada se puede modular en frecuencia, banda base y similares, tal como es ampliamente conocido por un experto. También se puede incluir un circuito excitador para modular, tal como se describe anteriormente, y/o excitar la señal laríngea así tratada a través del cable de transferencia de señales (4). El circuito excitador se puede configurar para suministrar suficiente corriente para activar el LED. El circuito excitador también puede convertir una señal laríngea digitalizada a 0/1 en una señal de tensión correspondiente, p. ej., 0 V/5 V o una señal de corriente, p. ej., 0 mA/4 mA.
Para estabilizar los electrodos laríngeos (361) en la región laríngea (Lx) y garantizar un contacto óptimo con la región laríngea, los electrodos laríngeos se soportan en la superficie interior de una lámina de soporte. La superficie interior puede estar provista de una capa adhesiva que se extiende a lo largo de al menos una parte del perímetro de la lámina de soporte, o que se extiende sobre parte o toda el área de la superficie interior. El adhesivo puede ser un adhesivo sensible a la presión (PSA) o cualquier adhesivo utilizado en bandas adhesivas médicas o esparadrapos. Como alternativa o de manera adicional, se pueden proporcionar unas correas para fijar los electrodos laríngeos (361) a la región laríngea (Lx).
En lugar de buscar en una posición desconocida en el tiempo un pico en la actividad eléctrica laríngea representativa de un CAP que se ha propagado a lo largo del nervio vago (Vn) y a lo largo del nervio laríngeo, que se ramifica del nervio vago, y que ha alcanzado la región laríngea (Lx) entre un fondo de una actividad eléctrica laríngea potencialmente con ruido, la unidad de procesamiento externa (100), que está en comunicación tanto con el controlador laríngeo externo (300) como con el AIMD (1) (a través de la unidad de comunicación externa (102) analizada a continuación), se configura de modo que dé instrucciones al circuito electrónico (5e) y al IPG de la unidad de encapsulación para que disparen un pulso de control (355c) en un instante conocido (tv). Como se conoce el tiempo de propagación esperado del CAP a la región laríngea (Lx), un operador conoce en qué instante (tlx) esperar un pico (355L) representativo del pulso de energía de control. Al repetir el disparo del pulso de control varias veces se puede reducir y filtrar notablemente el ruido de fondo de la actividad eléctrica laríngea, y de manera correspondiente mejora la resolución del pico (355L). Con este fin, se configura la unidad de procesamiento externa (100) para introducir los parámetros de pulsos de control de un pulso de energía de control (355c) a través de la interfaz de usuario. Dichos parámetros de pulsos de control se transfieren al circuito electrónico (5e) que da instrucciones al generador de pulsos implantado (IPG) para que emita señales representativas de los parámetros de pulsos de control introducidos en la unidad de procesamiento externa (100) y recibidos por el fotodetector de comunicación implantado (20Pi).
La figura 7(b) ilustra un ejemplo de representación gráfica (355) en la pantalla de la unidad de procesamiento externa (100) de la actividad eléctrica del nervio vago medida por tanto como una función del tiempo. Por medio de la unidad de procesamiento externa (100), el instante (tv) en el que se emite un pulso de control se conoce con gran precisión. Cabe destacar que si la unidad de electrodos está bien diseñada y se minimizan las corrientes de fuga que se propagan al exterior de la unidad de electrodos. el pulso de control (355c) representado en la figura 7(b) no es visible, aunque es suficiente que su posición en el tiempo (tv) sea conocida. Las corrientes de fuga que se propagan al exterior de la unidad de electrodos se pueden minimizar, por ejemplo, mediante, inter alia, el acoplamiento de tres contactos (7+, 7­ ) a la célula fotovoltaica, tal como se ilustra en la figura 3(b), de manera que se contenga la corriente confinada dentro del soporte aislante. Tras un período (At-5t0) que sigue al disparo del pulso de control en el instante (tv), que se puede estimar con una precisión considerable, se espera un pico (355L) representativo de la proparación de un CAP. Si no aparece ningún pico tras aproximadamente dicho período (At-5t0), ha surgido un problema y el CAP no se ha propagado a lo largo del nervio vago y se ramifica hacia el nervio laríngeo de la región laríngea (Lx). Se debe investigar el origen del problema. Si, tal como se espera, aparece un pico (355L), tal como se ilustra en la figura 7(b), el CAP que resulta del pulso de control (355c) ha alcanzado la región laríngea (Lx). El pico (355L) se puede caracterizar por una altura (Vm) y una anchura total a la mitad del máximo (FWHM) del pico (355L). La comparación de estas dimensiones entre mediciones en distintas condiciones produce una caracterización razonable de la estimulación que se aplica en realidad al nervio vago.
En la solicitud de patente europea EP18829318 se describe un controlador laríngeo externo (300) adecuado para la presente invención.
AIMD (1) DE MONITORIZACIÓN
Como alternativa o de manera adicional a una función de estimulación tal como se analiza anteriormente, el AIMD puede satisfacer una función de monitorización. Con el fin de monitorizar los biomarcadores del paciente (51), el AIMD comprende uno o más sensores situados en el espacio interior (Vi) o en la unidad de interacción con el tejido (6). Los sensores pueden ser sensores ópticos o sensores no ópticos. La siguiente lista no minuciosa son sensores no ópticos adecuados incluye un acelerómetro, un sensor de monitorización de la glucosa, de electroencefalograma (EEG), de electrocardiograma (ECG), un sensor de la actividad eléctrica muscular y neural, un sensor de la actividad hemodinámica, un sensor de presión, un sensor de temperatura o un quimiosensor. Algunos de los sensores no ópticos anteriores son sensores eléctricos que miden la actividad eléctrica de un tejido por medio de electrodos aplicados al tejido en el exterior de la carcasa. Con el fin de evitar la utilización de hilos conductores acoplados a los pasacables para transferir una señal eléctrica de los hilos conductores al espacio interior (Vi) de la unidad de encapsulación (5), los sensores eléctricos están situados en la unidad de interacción con el tejido (6) en comunicación óptica con la unidad de encapsulación por medio del cable de transferencia de energía (4) que comprende una fibra óptica tal como se define anteriormente. Por ejemplo, la figura 4(b) ilustra una unidad de electrodos (6e) que comprende los contactos (7+, 7-) aplicados a un tejido (52), tal como un nervio. Los contactos están acoplados eléctricamente a una fuente de luz (30L) en comunicación óptica con la fibra óptica (4f) del cable de transferencia de energía (4) cuyo extremo proximal está orientado hacia un fotodetector de detección implantado (10P). Un circuito de tratamiento de señales, tal como el que se analiza con respecto a la figura 7(a) anteriormente, que incluye un amplificador, unos filtros, etc., se puede interponer entre los contactos (7+, 7-) y la fuente de luz (30L) para aumentar la definición de la señal óptica enviada a la unidad de encapsulación (5) a través de la fibra óptica (4f). La figura 4(b) ilustra una unidad de electrodos de manguito (6e), aunque se puede aplicar el mismo principio a las demás geometría y aplicaciones de electrodos, que incluyen un sensor electroencefalográfico (EEG) tal como se describe en la solicitud internacional de patente n.° PCT/EP2020/050379.
Los sensores ópticos son cualquier sensor configurado para obtener información mediante la recepción de una luz que se origina desde un tejido. En general, dichos sensores comprenden una fuente de emisión de luz para emitir una radiación óptica al tejido (52) y un fotodetector para capturar la luz reflejada, transmitida o difractada por el tejido. En la figura 4(c) se muestra un ejemplo, donde un tejido (52) es irradiado por la fuente de emisión de luz principal mediante una fibra óptica (4f), y la luz transmitida y difractada a través del tejido es captada por una fibra óptica (4f, 404f) en comunicación óptica con un fotodetector. Tal como se analiza anteriormente, se pueden proporcionar microelementos ópticos (4L) para optimizar la captación mediante la fibra óptica (4f, 404f) de los rayos transmitidos y difractados. Es evidente que también se pueden captar las radiaciones reflejadas. En este caso, la fibra óptica que capta la luz reflejada y difractada estaría en el mismo lado del tejido que la fibra óptica (4f) acoplada a la fuente de emisión de luz principal (10L).
Como al menos algunas partes de pared de la carcasa tienen una transmitancia suficiente a las radiaciones ópticas, los sensores ópticos se pueden situar dentro del espacio interior (Vi) de la unidad de encapsulación (5). Por ejemplo, la fuente implantada de luz de comunicación (20Li) y el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) se pueden utilizar como sensores ópticos. La unidad de encapsulación puede albergar otros sensores ópticos en el espacio interior (Vi).
UNIDAD DE PROCESAMIENTO EXTERNA (100)
La unidad de procesamiento externa (100) controla las funciones de los distintos componentes del kit de piezas. Comprende una interfaz de usuario, que permite al operador introducir información, tal como los parámetros y órdenes de los pulsos, y también acceder a la información proporcionada por el AIMD (1) o por la unidad de controlador externa (300). La unidad de procesamiento externa (100) está en comunicación con una unidad de comunicación externa (102) para comunicarse con el circuito electrónico (5e) de la unidad de encapsulación por medio de la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y el fotodetector de comunicación implantado (20Pi), de una manera descrita a continuación. La comunicación entre la unidad de procesamiento externa (100) y la unidad de comunicación externa (102) puede ser inalámbrica, por medio de fibras ópticas o por medio de hilos conductores. La comunicación inalámbrica requiere que cada una de la unidad de procesamiento externa (100) y la unidad de comunicación externa (102) esté provista de un dispositivo de comunicación inalámbrica (15c, 115c).
En la realización que comprende un controlador laríngeo externo (300), tal como se ilustra en las figuras 7(a) y 8, la fibra óptica (304f) acoplada ópticamente a los electrodos laríngeos comprendeun extremo distal acoplado a la unidad de procesamiento externa (100), tanto de manera directa como indirecta a través de un controlador intermedio (no se muestra). El extremo distal de la fibra óptica (304) está acoplado a un fotoreceptor (no se muestra), que puede ser una célula fotovoltaica configurada para transformar las señales ópticas en señales eléctricas. La unidad de procesamiento externa (100) también se configura para guardar y visualizar los datos registrados por los electrodos laríngeos (361), p. ej., en forma de gráficos (355) o señales acústicas (357), tal como se ilustra en las figuras 7(a) y 7(b) o de datos numéricos.
UNIDAD DE COMUNICACIÓN EXTERNA (102) Y CABLE DE COMUNICACIÓN ÓPTICA (104)
La unidad de comunicación externa (102) está en comunicación con la unidad de procesamiento externa (100) y controlada por esta. La unidad de comunicación externa (102) se configura para comunicarse con el AIMD (1) a través de señales ópticas transferidas entre las dos fibras ópticas (104f) comprendidas en un cable de comunicación óptica (104). La unidad de comunicación externa (102) comprende una fuente de luz de comunicación externa (20Le), un fotodetector externo (20Pe) y un circuito electrónico (102e). El circuito electrónico (102e) se configura para,
• controlar la fuente de luz de comunicación externa (20Le) para emitir señales representativas de los parámetros y las órdenes introducidas en la unidad de procesamiento externa (100) y transferidas al fotodetector de comunicación implantado (20Pi) a través de una fibra óptica (104f), y
• tranferir a la unidad de procesamiento externa (100) una información representativa de las señales de comunicación óptica emitidas por la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y transferidas al fotodetector externo (20Pe) a través de una fibra óptica (104f).
Por ejemplo, en comunicación con, y bajo el control de la unidad de procesamiento externa (100), la unidad de comunicación externa (102) puede transmitir los parámetros de los pulsos al AIMD. Esto también se aplica a la realización que utiliza un controlador laríngeo externo (300) para comunicarse con el AIMD, que en el instante (tv) exactamente emite un pulso de control (355c) específico (cf. figuras 7(a) y 7(b)).
El cable de comunicación óptica (104) comprende una o más fibras ópticas (104f) para establecer una comunicación óptica entre,
• la fuente de luz de comunicación externa (20Le) de la unidad de comunicación externa (102) y el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) del AIMD (1) y entre
• la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) del AIMD (1) y el fotodetector de comunicación externa (20Pe) de la unidad de comunicación externa (102), y
El cable de comunicación óptica (104) establece una comunicación óptica remota entre el AIMD (1) y la unidad de procesamiento externa (100) a través de la unidad de comunicación externa (102), tal como se muestra en las figuras 6(a), 8 y 9. Cada una de la o las fibras ópticas (104f) tiene un extremo proximal acoplado a la unidad de comunicación externa (102) alineado con una fuente de luz de comunicación externa (20Le) y/o un fotodetector de comunicación externo (20Pe) correspondiente. La perfecta alineación de las fibras ópticas con las fuentes de luz o fotodetectores correspondientes es necesaria para minimizar las pérdidas energéticas en cada interfaz. Por esta razón, se prefiere que el extremo proximal de cada una de la o las fibras ópticas se inserte en un dispositivo de interfaz proximal (105p), tal como se muestra en las figuras 6(a) y 6(b). El dispositivo de interfaz proximal (105p) se puede acoplar a la unidad de comunicación externa (102) de modo que todos los componentes ópticos anteriores estén alineados de manera óptima. Los microelementos ópticos que incluyen una o más lentes, colimadores, difusores, polarizadores, filtros, etc., se pueden proporcionar para remodelar un haz luminoso que se propaga en ambas direcciones entre el extremo proximal de la o las fibras ópticas y la fuente de luz de comunicación externa (20Le) correspondiente y/o un fotodetector de comunicación externo (20Pe) correspondiente.
Cada una de la o las fibras ópticas (104f) tiene un extremo distal configurado para estar acoplado ópticamente al AIMD (1) alineado con una fuente de luz de comunicación implantada (20Li) correspondiente y/o un fotodetector de comunicación implantado (20Pi) correspondiente, a través de la piel (50) de un paciente (51). De nuevo en la presente, es necesaria una perfecta alineación de las fibras ópticas con las fuentes de luz o fotodetectores correspondientes para minimizar las pérdidas de energía en cada interfaz. Por esta razón, se prefiere que el extremo distal de cada una de la o las fibras ópticas esté insertado en un dispositivo de interfaz distal (105d), tal como se muestra en las figuras 6(a) y 6(c). Los microelementos ópticos que incluyen lentes, colimadores, etc., se pueden proporcionar para remodelar un haz luminoso que se propaga en ambas direcciones entre el extremo distal de la o las fibras ópticas y la piel (50) del paciente (51) (y la fuente de luz de comunicación (20Li) correspondiente y/o el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) correspondiente). Esto es particularmente importante debido a que los haces luminosos deben atravesar la piel (50) y el tejido que dispersan y difractan el haz, lo que debilita la intensidad de la señal correspondientemente (comparar en la figura 6(c) los haces luminosos dispersos enfocados a través de las lentes (líneas sólidas) y no enfocados por las lentes (líneas a trazos)).
Cuando la alineación del dispositivo de interfaz proximal (105p) con la unidad de comunicación externa (102) se puede lograr con facilidad de manera repetida mediante el simple suministro de un elemento de sujeción mecánica que fuerza la alineación de los dos componentes, esto no es posible para alinear el dispositivo de interfaz distal (105d), que descansa sobre una superficie exterior de la piel (50) del paciente (51) con los componentes ópticos implantados (20Li, 20Pi) alojados en la unidad de encapsulación (5) del AIMD implantado de manera subcutánea. Para garantizar la repetibilidad del posicionamiento del dispositivo de interfaz distal (105d) alineado con los componentes ópticos implantados (20Li, 20Pi), una solución podría ser añadir unas marcas de referencia tatuadas en la piel. Obviamente, esta solución deja unas marcas permanentes sobre la piel del paciente, aunque las marcas pueden ser discretas, pero es eficaz únicamente en el caso de que se pueda garantizar que la unidad de encapsulación (5) no se mueve dentro del cuerpo. Se debe tener cuidado en la elección de las tintas utilizadas para los tatuajes, ya que pueden contener pigmentos que sean magnéticos e interactúen con los fuertes campos magnéticos de la MRI. Los tatuajes también pueden absorber energía que en un caso normal se extendería sobre un mayor volumen de tejido, lo que incrementa por tanto el riesgo de quemaduras.
Para alinear un eje principal (Z1) del dispositivo de interfaz distal con un eje secundario (Z2) de la unidad de encapsulación (5) con la piel (50) del paciente interpuesta entre ambos, se utiliza un sistema de centrado tal como el descrito en una realización preferida del documento EP3265173B1. Tal como se muestra en las figuras 6(a) y 6(c), el dispositivo de interfaz distal (105d) comprende una cantidad, N > 2, de fotodetectores de centrado (105pd) que forman un polígono de N lados, normal al eje principal (Z1) y cuyo centroide pertenece al eje principal (Z1). Por ejemplo, N = 3 o 4. Se proporciona un indicador que indica cuánto se debe desplazar el dispositivo de interfaz distal sobre la superficie de la piel (50) del paciente (51) con el fin de situar el dispositivo de interfaz distal (105d) estando el eje principal (Z1) coaxial con respecto al eje secundario (Z2) de la unidad de encapsulación (5), en función de la energía recibida por cada uno de los N fotodetectores de centrado (105pd) proveniente de un haz luminoso emitido por la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) o una fuente de luz diferente.
El indicador está acoplado a una inteligencia electrónica configurada para comparar las energías recibidas por cada uno de los N fotodetectores de centrado (105pd) y para determinar cómo mover el dispositivo de interfaz distal (105d) sobre la superficie de la piel (50) del paciente (51) de modo que cada uno de los N fotodetectores de centrado reciba una energía similar del haz luminoso. La inteligencia electrónica puede estar situada en el dispositivo de interfaz distal (105d), de modo que un operador pueda alinear el dispositivo de interfaz distal con respecto a la unidad de encapsulación antes de situar al paciente en el dispositivo de MR. En este caso, el cable de comunicación óptica (104) puede comprender una fibra óptica dedicada a suministrar energía al sistema de centrado del dispositivo de interfaz distal (105d) por medio de una célula fotovoltaica. El dispositivo de interfaz distal (105d) puede estar provisto de una mesa motorizada (X-Y) adecuada para mover el dispositivo de interfaz distal (105d) controlada por la inteligencia electrónica. En el documento EP3265173B1 se describe una mesa motorizada (X-Y) adecuada para la presente realización.
Como alternativa, el indicador puede estar situado en la unidad de comunicación externa (102). En esta realización se prefiere que el dispositivo de interfaz distal (105d) esté provisto de una mesa motorizada (X-Y) tal como se analiza anteriormente. En esta realización, los N fotodetectores de centrado (105pd) están situados preferentemente en la unidad de comunicación externa (102), estando cada uno en comunicación óptica con el extremo proximal de una fibra óptica (4f) correspondiente. Los extremos distales de las fibras ópticas (4f) correspondientes están dispuestos alrededor del centroide que forma el polígono descrito anteriormente. En esta realización, el dispositivo de interfaz distal puede estar centrado con respecto a la unidad de encapsulación una vez que el paciente está en el dispositivo de MR e incluso durante el tratamiento en caso de un movimiento del paciente pueda haber provocado una desalineación de los dos componentes. Si se utiliza una mesa motorizada (X, Y) en el dispositivo de MR se debería minimizar su número de componentes metálicos para reducir el artefacto provocado por la mesa (X, Y).
Una vez que el dispositivo de interfaz distal (105d) está situado sobre la superficie de la piel (50) del paciente con el eje principal (Z1) alineado con el eje secundario (Z2), este se puede fijar en su sitio con unas correas y/o bandas adhesivas. En caso de que el dispositivo de interfaz distal (105d) comprenda una mesa motorizada (X-Y), el dispositivo de interfaz distal (105d) se puede situar en primer lugar con los ejes Z1, Z2 alineados de manera aproximada, a continuación se fija en su sitio y sigue un ajuste fino de la alineación de Z1, Z2 con la mesa motorizada (X-Y).
AIMD COMPATIBLE CON MRI
Tal como se analiza en la sección anterior titulada “Antecedentes de la invención”, proporcionar un AIMD compatible con MRI para su implantación en el cuerpo de un paciente (51) no es una tarea fácil. Se deben solucionar tres problemas principales:
(1) desplazamientos de un componente del AIMD impulsados por el campo magnético estático (B0) que puede alcanzar valores de hasta 7 T, en general de aproximadamente 1.5 T a 3 T,
(2) inteferencia con los componentes electrónicos del AIMD o incluso llegar a dañarlos, y
(3) quemadura de tejidos por el calentamiento de un componente conductor debido a las corrientes inducidas.
(1) Desplazamiento magnético
Para evitar que cualquiera de los componentes se vea atraído por los campos magnéticos, se reduce, y preferentemente se elimina, la cantidad y tamaño de componentes fabricados con materiales que tienen una susceptibilidad magnética elevada. La susceptibilidad magnética (x) es una medida de cuánto se magnetizará un material en un campo magnético aplicado. Por esta razón, se prefiere utilizar materiales que tengan una susceptibilidad magnética baja. En particular, se prefiere que el AIMD esté fabricado esencialmente solo con materiales que tenga una susceptibilidad magnética, |x|< 2 10-2, preferentemente |x| < 10-2, donde la susceptibilidad magnética se expresa con relación al volumen y es adimensional [m3/m3], ya que los materiales que tienen una susceptibilidad magnética, |x|< 2 10-2, experimentan unas fuerzas y pares magnéticos intensos y crean distorsión y degradación de las imágenes incluso en ubicaciones alejadas de la región de obtención de imágenes. Los materiales que tienen una susceptibilidad magnética con relación al agua, 10-5 < Ix - Xagua| < 10-2 - Xagua, wherein Xagua = -9.035 10-6 no experimentan fuerzas o pares que se detecten con facilidad. No obstante, se debe tener cuidado donde están situados, ya que estos pueden producir una distorsión y degradación marcada de las imágenes si están situados cerca de la región de obtención de imágenes. Esto provocaría poca o ninguna distorsión en la obtención de imágenes por MR de una región del cerebro de un paciente al que se le ha implantado, p. ej., un estimulador del nervio vago, aunque se debería estudiar con cuidado en el caso de un electrodo profundo para el cerebro o de un implante coclear. Los materiales que tienen una susceptibilidad magnética con relación al agua, Ix - xagua| < 10-5, no producen fuerzas o pares detectables con facilidad y una distorsión o degradación de las imágenes insignificante, incluso cuando estos están situados cerca de la región de obtención de imágenes. Siempre que sea posible, se debería favorecer la utilización de dichos materiales.
La utilización de materiales ferromagnéticos se debería reducir y preferentemente eliminar. Preferentemente, el AIMD de la presente invención no comprende ningún componente fabricado con un material ferromagnético o con un material que tenga una susceptibilidad magnética con relación al agua, Ix - xagua| > 10-2 de tamaño mayor de 4 mm3, preferentemente de tamaño mayor de 3 mm3. De esta forma, los movimientos del AIMD debidos a la aplicación de un campo magnético así como también los artefactos de las imágenes de MR se reducen de manera sustancial.
(2) Integridad de los componentes electrónicos
Los campos electromagnéticos intensos y/u oscilantes pueden interferir con los componentes electrónicos del AIMD. Toda la comunicación a través de los hilos conductores puede verse perturbada o alterada. Las importantes corrientes inducidas sobre los hilos conductores por los campos magnéticos oscilantes pueden dañar o destruir los componentes electrónicos acoplados a dichos hilos conductores. El AIMD de la presente invención no comprende ningún hilo conductor de longitud sustancial. En la presente, una “longitud sustancial” se define preferentemente como una longitud de al menos 15 mm, preferentemente de al menos 20 mm, más preferentemente de al menos 30 mm, de la manera más preferente de al menos 50 mm. Toda la comunicación y el transporte de energía de un componente a otro, separados por una distancia mayor que la longitud sustancial, se llevan a cabo de manera óptica a través de fibras ópticas (4f). Las señales ópticas que viajan a través de las fibras ópticas no se ven afectadas por las variaciones de los campos electromagnéticos y no se pueden inducir corrientes en estas. Por lo tanto, los componentes electrónicos del AIMD son seguros frente a cualquier estallido de corriente eléctrica inducida que viaje a través de un cable.
Los componentes electrónicos más vulnerables se deben proteger frente a campos electromagnéticos intensos y/u oscilantes. Por ejemplo, minimizar el impacto de los campos electromagnéticos generados en el dispositivo de MR, el enrutamiento en la placa de circuito impreso (PCB) que forma el circuito electrónico (5e) se puede diseñar de manera adecuada para evitar bucles conductores y/o puede formar un diseño integrado de PCB compacta. La cantidad de metal utilizado en el circuito electrónico se puede reducir, por ejemplo, no incluyendo ninguna placa a tierra o de alimentación. Se pueden utilizar pequeños inductores apantallados.
El AIMD de la presente invención puede ser totalmente funcional tras la exposición a las condiciones de adquisición de imágenes por MR. La total funcionalidad del AIMD se puede determinar como sigue mediante la aplicación de pruebas de MR que utilizan unos criterios de prueba proporcionados en la §17 de la norma ISO TS 10974:2018, con una configuración tal como la que se ilustra en la figura 10.
El AIMD de la presente realización es un estimulador que comprende,
• una unidad de encapsulación (5) que encierra una fuente de emisión de luz principal (10L), • una unidad de electrodos (6e) que comprende una célula fotovoltaica (6v) y unos contactos (7+, 7-), y • un cable de transferencia de energía (4) que pone en comunicación óptica la fuente de emisión de luz principal (10L) con la célula fotovoltaica (6v).
Los contactos (7+, 7-) de la unidad de electrodos (6e) están acoplados eléctricamente a una fuente de luz (30L), de modo que cuando los pulsos eléctricos alcancen los contactos (7+, 7-), la fuente de luz (30L) emita luz de una intensidad proporcional a la intensidad de los pulsos eléctricos. Tal como se ilustra en las figuras 3(a) y 10, la fuente de luz (30L) está en comunicación óptica a través de una fibra óptica (404f) con un osciloscopio (400) situado fuera del dispositivo de MR (200) en una sala de control (210). El osciloscopio comprende una célula fotovoltaica (no se muestra) en contacto óptico con la fibra óptica (404f) para transformar las señales ópticas en señales eléctricas para su tratamiento mediante el osciloscopio (400). Un circuito de tratamiento tal como el analizado anteriormente con respecto a la figura 7(a), que incluye uno cualquiera de un amplificador, un filtro y se pueden proporcionar de manera opcional otros componentes entre los contactos (7+, 7-) y la fuente de luz (30L), o después de la fuente de luz, tal como al nivel del osciloscopio, para mejorar la resolución de la señal representativa del pulso eléctrico transmitido a los contactos (7+, 7-). El osciloscopio está en comunicación con la unidad de procesamiento externa (100) para transferir a esta los datos recibidos desde la fuente de luz (30L).
El AIMD está totalmente sumergido a una profundidad central en un modelo acuoso (452) de acuerdo con la norma ASTM F 2182 - 11. Un modelo acuoso (torso cabeza), lleno con una solución salina que imita las propiedades eléctricas del cuerpo humano. La solución salina está compuesta por un 0.25 % en peso de NaCl disuelto en agua destilada (99.75 %) y tiene una conductividad eléctrica de 0.47 S/m ± 10 % y una permitividad relativa de 78. El modelo acuoso y el AIMD están situados en un dispositivo de MR (200) (GE Healthcare, Signa HDx EchoSpeed 1.5 T). Los diversos componentes del AIMD están orientados con respecto a la orientación del campo electromagnético como si estos estuvieran implantados en un paciente y el paciente colocado en el dispositivo de MR. Si la unidad de electrodos (6e) tiene la forma de un manguito, el manguito se envuelve como si rodeara un nervio.
El AIMD sumergido en el modelo acuoso está situado en el dispositivo de MR con los ejes X e Y centrados en el centro del modelo acuoso y el eje Z centrado en la cabeza del modelo acuoso, donde los ejes X, Y, Z definen una referencia para el campo de visión de cada protocolo de adquisición de imágenes. Durante el examen, el escaner se fija en Modo Normal (es decir, el nivel de SAR está limitado a 2 W/kg) y el AIMD se expone a los siguientes campos electromagnéticos con las condiciones de la secuencia de MR definidas en la Tabla 1,
• campo magnético estático, B0 = 1.5 T,
• frecuencia de resonancia del campo magnético (B1), f = 63.85 MHz,
• gradiente máximo de la tasa de cambio del voltaje de la señal: 120 T/m/s por eje,
• gradiente máximo de la amplitud en cada plano ortogonal: 33 mT/m,
• bobina de transmisión RF: bobina del cuerpo.
Tabla 1: Secuencia de MR para pruebas de total funcionalidad
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Los estados funcionales del AIMD se comprueban antes, cuando sea posible durante y después de la secuencia de MR, estando configurado el circuito electrónico (5e) del AIMD para realizar una prueba cíclica definida por los siguientes parámetros,
• estimulación estándar a 1000 pA, 30 Hz, tiempo ACTIVA 7 s,
• transferencia de datos a memoria de 128 bytes de una zona de RAM definida a otra,
• escritura en memoria de 128 bytes incremental a la RAM,
• detener la estimulación durante 12 s
La salida del AIMD está monitorizada con el osciloscopio (400) para comprobar la reproducibilidad de las secuencias y los parámetros de estimulación. La memoria RAM se comprueba antes y después de la secuencia de MR.
El AIMD se considera que es totalmente funcional si se satisfacen las siguientes condiciones.
• la variación de las salidas antes (425Ab), durante (425Ad) y después (425Aa) de la prueba de MR están dentro de los siguientes intervalos,
o la variación de una frecuencia de los pulsos de energía luminosa no es mayor de un ± 5 %, preferentemente no es mayor de un ± 1 %, y
o la variación de una duración de los pulsos no es mayor de un ± 5 %, preferentemente no es mayor de un ± 1 %, y
o la variación de una amplitud no es mayor de un ± 10 %, preferentemente no es mayor de un ± 5 %, más preferentemente no es mayor de un ± 1 %, y
• un ciclo de trabajo (= tiempo ACTIVO / (tiempo ACTIVO tiempo INACTIVO)) está comprendido entre un 36 y un 38 % antes, durante y después de la prueba de MR, y
• no se identifica una corrupción de la RAM, ni preferentemente corrupción de la ROM, y/o no se identifica un reinicio imprevisto del sistema antes y después de la prueba de MR.
El AIMD de la presente invención satisface estos requisitos, fundamentalmente debido a que no comprende ningún hilo conductor de una longitud mayor de 50 mm, preferentemente mayor de 30 mm, más preferentemente mayor de 20 mm, de la manera más preferentemente mayor de 15 mm, ni ningún componente principal está fabricado con un metal conductor.
La prueba anterior ilustrada en la figura 9 no se puede llevar a cabo en un AIMD implantado en un paciente (51). La total funcionalidad también se puede monitorizar con un AIMD implantado en el cuerpo de un paciente (51) utilizando el controlador laríngeo externo (300), con una configuración tal como la que se ilustra en las figuras 7(a) y 8 y analizada anteriormente. El paciente está situado en el dispositivo de MR (200) con una unidad de electrodos laríngeos (360) acoplada a su región laríngea (Lx). La unidad de electrodos laríngeos (360) está conectada a la unidad de procesamiento externa (100) mediante una fibra óptica (304f) con unos circuitos de amplificación y filtrado correspondientes, y unos microelementos ópticos tales como lentes (p. ej., lentes de Fresnel) para mejorar la definición de las señales transmitidas desde los electrodos laríngeos (361) hasta la unidad de procesamiento externa (100). La figura 8 muestra la unidad de electrodos laríngeos (360) conectada directamente a la unidad de procesamiento externa (100) aunque es evidente que esta puede estar conectada a ella de manera indirecta, a través de un procesador intermedio (no se muestra) o a través de la unidad de comunicación externa (102).
El paciente está expuesto a la misma secuencia de MR que la analizada anteriormente con respecto a la figura 9. Los parámetros de pulsos de control de un pulso de energía de control (355c) se introducen o se almacenan en la unidad de procesamiento externa (100), que da instrucciones al generador de pulsos implantado (IPG) para que emita señales representativas de los parámetros de pulsos de control en un instante (tv) dado. La señal eléctrica laríngea se monitoriza en tiempo real antes, durante y después de la secuencia de MR y se comparan los resultados. El AIMD se considera que es totalmente funcional si una altura (Vm) y un ancho total a mitad del máximo (FWHM) de los picos (355L) medidos con el dispositivo de MR activado no se desvían en más de un ± 10 %, preferentemente en no más de un ± 5 % con respecto a los de los picos (355L) medidos con el dispositivo de MR inactivo. La altura (Vm) y FWHM del pico (355L) se ilustran en la figura 7(b). De nuevo, el AIMD de la presente invención satisface estos criterios.
(3) Calentamiento de un componente del AIMD y condiciones seguras de MRI
El calentamiento de los componentes del AIMD expuestos a las condiciones de adquisición de imágenes por MR debe ser limitado, para impedir cualquier lesión por quemaduras de los tejidos que rodean dichos componentes. Por ejemplo, se prefiere que todas las superficies de los componentes en contacto con un tejido deberían aumentar sus temperaturas en no más de 2 °C cuando están expuestas a un campo electromagnético necesario para la adquisición de imágenes por MR. La tasa a la cual se absorbe la energía por parte del cuerpo humano cuando se expone a un campo electromagnético de radiofrecuencia (RF) se puede caracterizar por la tasa de absorción específica (SAR). La SAR de un AIMD se puede caracterizar como sigue en un modelo acuoso (452) en una configuración que se ilustra en la figura 9.
Tal como se ilustra en la figura 9, el AIMD está totalmente sumergido en el modelo acuoso (452) lleno con la solución salina descrita anteriormente. El modelo acuoso se mantiene a una temperatura constante y se coloca dentro de un resonador de jaula compatible con la norma ISO/TS 10974:2018 configurado para exponer el implante totalmente sumergido en el modelo acuoso a una profundidad de 65 mm a un campo magnético (B) que oscila a una frecuencia de f = 64 MHz e inducir un campo tangencial constante € de 36.31 Vrms/m. Los valores de la SAR de los tres componentes principales del AIMD, a saber, la unidad de de encapsulación (5), el cable de transferencia de energía (4) y la unidad de interacción con el tejido (6), se miden con uno o más sensores (4s-6s). El o los sensores se mantienen a 2 mm sobre las superficies expuestas de los tres componentes principales del AIMD. El o los sensores pueden comprender un sensor (5s) situado a 2 mm sobre la unidad de encapsulación (5), un sensor (4s) situado a 2 mm sobre el cable de transferencia de energía (4) y un sensor (6s) situado a 2 mm sobre la unidad de interacción con el tejido (6). Preferentemente, los sensores (4s-6s) se configuran de modo que se muevan (p. ej., motorizados) para explorar la totalidad de la superficie expuesta de cada uno de los tres componentes principales. Si un único sensor puede explorar la totalidad de la superficie expuesta de más de un componente principal, este se puede utilizar por sí solo para esos componentes. Por ejemplo, si la configuración experimental permite que un único sensor pueda explorar la totalidad de las superficies expuestas de cada uno de la unidad de encapsulación (5), el cable de transferencia de energía (4) y la unidad de interacción con el tejido (6). Independientemente de si se utilizan un único sensor o varios, es importante que la SAR se mida sobre la totalidad de las superficies expuestas de cada uno de los tres componentes principales y con orientaciones diferentes de los componentes con relación al campo eléctrico, de manera que no se pase por alto ningún punto conflictivo del AIMD. La tasa de absorción específica (SAR) es el más elevado de los valores medidos en cualquier punto de uno cualquiera de los tres componentes principales y con cualquier orientación del AIMD. La prueba se repite con distintas orientaciones de los distintos componentes del AIMD, de modo que se maximice la interacción del campo de RF y gradientes. Si la unidad de interacción con el tejido (6) es una unidad de electrodos (6e) con forma de un manguito, el manguito se abre para exponer los contactos (7+, 7-). Cada medición sobre la totalidad de las superficies expuestas de cada uno de los tres componentes principales y para cada orientación se repite tres veces y se promedia. El valor más elevado de las mediciones promediadas de cada uno de los tres componentes principales que definen su punto más conflictivo se retiene como los valores (SAR(4s), SAR(5s), SAR(6s)) que caracterizan la SAR de cada uno del cable de transferencia de energía (4), la carcasa (5) y la unidad de interacción con el tejido (6). El valor de SAR que caracteriza el AIMD es el valor más elevado de los valores más elevados promediados medidos para cada uno de los tres componentes del AIMD (SAR = max (SAR(4s), SAR(5s), SAR(6s)). Dicho de otro modo, el valor de SAR caracteriza el punto más conflictivo medido en la totalidad del AIMD.
El AIMD de la presente invención produce una tasa de absorción específica (SAR) medida de este modo (es decir, el valor más elevado) y normalizada con respecto a un nivel de base del modelo acuoso de no más de 4.0 dB, preferentemente no más de 3.5 dB, más preferentemente no más de 3.2 dB.
Los cálculos de simulación determinaron que un AIMD de acuerdo con la presente inveción y caracterizado por los valores de SAR anteriores, que comprende una unidad de encapsulación (5) implantada en la región subclavia de un paciente y un manguito de electrodos (6e) envuelto alrededor de un nervio vago a un nivel comprendido entre C4 y C7 elevaría la temperatura de los tejidos en contacto con este en menos de 2 °C, tras la exposición a unas condiciones de adquisición de imágenes en un MRI de B0 = 1.5 T en modo normal y B1 oscilando a una frecuencia de 64 MHz.
En una realización preferida, el AIMD es seguro de acuerdo con la definición de etiqueta condicional de la §3.1.11 de la norma ASTM F2503-13 que utiliza las pruebas definidas en la norma ISO TS 10974:2018 y que aplica los criterios definidos en la §22.2 de la norma ISO 14708-3:2017, con las siguientes condiciones:
• campo magnético estático: 1.5 T y 3 T,
• gradiente espacial máximo del campo estático: 30 T/m, preferentemente 40 T/m,
• tasa de cambio del voltaje de la señal: 200 T/m/s por eje,
• excitación RF: polarizado circularmente,
• frecuencia RF: 64 MHz y 128 MHz,
• tipo de bobina de transmisión RF: ambas la bobina de cabeza y la bobina de cuerpo pueden transmitir con el siguiente modo operativo: (1) bobina de cabeza: el límite del modo es el modo normal a 3.2 W/kg, (2) bobina de cuerpo: el límite del modo es el modo normal a 2 W/kg y preferentemente el modo de primer nivel a 4 W/kg,
• duración de exploración: sin límite de duración, y
• zona de exclusión: sin zona de exclusión.
Esta etiqueta condicional es muy poco restrictiva y permite la utilización de un AIMD de acuerdo con la presente invención con la mayoría de los dispositivos de MR instalados en hospitales y centros sanitarios. Cabe destacar que no hay ninguna norma ASTM ya disponible que defina la seguridad de los MRI para campos magnéticos de 7 T, ni para polarización lineal, de todos modos esta última casi nunca se utiliza. La mayoría de los dispositivos de MR no aplican un gradiente espacial del campo estático mayor de 20 T/m. No bostante, la condición del gradiente espacial máximo del campo estático de 30 T/m se debe tener en consideración cuando se retira en una emergencia un paciente de un dispositivo de MR que se está utilizando. Cabe destacar que no se han sometido a prueba valores más elevados del gradiente espacial del campo estático.
SISTEMA = KIT DE PIEZAS Y DISPOSITIVO DE MR
La presente invención también hace referencia a un sistema para visualizar, mediante una técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética (MRI), que incluye una técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI), regiones del sistema nervioso central de un paciente (51) que tiene un dispositivo médico implantable activo (AIMD) (1) implantado. El sistema comprende,
• un kit de piezas tal como se describe anteriormente,
• un dispositivo de resonancia magnética (MR) (200) controlador por un controlador de MR (201) tal como se analiza anteriormente.
Tal como se muestra en la figura 6(a), el AIMD se implanta en el paciente (51) con la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) orientados hacia un área de la piel (50) del paciente. La unidad de procesamiento externa (100) y la unidad de comunicación externa (102) están ambas situadas en una sala de control (210).
El dispositivo de MR (200) está situado en una jaula de Faraday (220) separado de la sala de control (210). El dispositivo de MR se configura para generar imágenes por resonancia magnética (MRI) o espectros por resonancia magnética (MRS), que incluyen imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI) o espectros por resonancia magnética funcional (fMRS), del sistema nervioso central del paciente. El sistema nervioso central incluye el cerebro y la médula espinal. El controlador de MR (201) se configura para controlar las funciones del dispositivo de MR y, tal como se muestra en la figura 6(a), está situado en la sala de control (210).
Los extremos proximales de la o las fibras ópticas (104f) del cable de comunicación óptica (104) están acopladas a la unidad de comunicación externa (102) situada en la sala de control (210). Los extremos distales están acoplados al dispositivo de interfaz distal (105d) y están situados en la jaula de Faraday. El dispositivo de interfaz distal (105d) garantiza el acoplamiento óptico del extremo distal de la o las fibras ópticas (104f) con el área de la piel del paciente, con una buena alineación con la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y/o el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) de la unidad de encapsulación (5).
Se proporcionan uno o más pasacables (103) de la jaula para permitir la comunicación mediante fibras ópticas e hilos conductores entre la sala de control (210) y la jaula de Faraday (210). El kit de piezas de la presente invención se puede adaptar a cualquier dispositivo de Mr (200) existente para formar el sistema de la presente invención. Los dispositivos de MR existentes comprenden en general una comunicación eléctrica entre el dispositivo de MR (200) y el controlador de MR (201). El pasacables de la jaula es en la mayoría de los casos simplemente un orificio en una pared entre la sala de control (210) y la jaula de Faraday (220) a través del cual se puede hacer pasar un hilo conductor entre los dos componentes. Las fibras ópticas (104f, 304f y 404f) que tienen un extremo proximal situado en la sala de control (210) y un extremo distal situado en la jaula de Faraday (220) pueden beneficiarse de la existencia de dichos orificios a modo de pasacables de la jaula. Como alternativa, una ventana puede rellenar la abertura de un orificio y dos partes de las fibras ópticas se pueden encontrar a cada lado de la ventana, para garantizar una comunicación óptica continua entre la sala de control y la jaula de Faraday.
Estos uno o más pasacables (103) y la o las fibras ópticas (104f) del cable de comunicación óptico (104) establecen una comunicación bidireccional entre la unidad de procesamiento externa (100) y el circuito electrónico (5e) de la unidad de encapsulación (5) para transferir los parámetros y las órdenes al circuito electrónico, y para visualizar la información enviada desde la fuente de luz de comunicación implantada (20Li). Esto se explica con detalle anteriormente en la sección titulada “unidad de comunicación externa (102) y cable de comunicación óptica (104)”.
En una realización preferida, el AIMD comprende una fuente de emisión de luz principal (10L) y un fotodetector de detección implantado (10P), en comunicación óptica a través de las fibras ópticas (4f) correspondientes con una unidad de interacción con el tejido (6). En esta realización, se prefiere que la unidad de procesamiento externa (100) esté en comunicación con el controlador de MR (201), para sincronizar las secuencias temporales de la generación de imágenes por MR y de las activaciones de uno o más de la fuente de luz de comunicación implantada (20Li), el fotodetector de comunicación implantado (20Pi), la fuente de emisión de luz principal (10L) y el fotodetector de detección implantado (10P).
En un primer ejemplo, las secuencias del dispositivo de MR (200) que conllevan campos magnéticos de RF intensos o gradientes magnéticos intensos se pueden sincronizar con las secuencias de baja actividad de uno cualquiera de las fuentes de luz y los fotodetectores de manera que se minimicen las interacciones entre los campos magnéticos y las funciones del AIMD y la comunicación con este. En cambio, la comunicación mediante, y la actividad de, las fuentes de luz y los fotodetectores se pueden concentrar en períodos de la secuencia de adquisición de imágenes por MR de baja actividad de las bobinas de excitación de RF (200e) y las bobinas de gradientes (200f, 200p, 200s). Esto es particularmente adecuado para los estimuladores y más en particular para los estimuladores que comprenden una unidad de electrodos (6e) tal como la que se ilustra en la figura 6(a), ya que la unidad de electrodos (6e) comprende secciones de hilos conductores, aunque muy cortos, y unos contactos (7+, 7-) que se pueden ver afectados por los campos magnéticos variables generados por dichas bobinas.
En un segundo ejemplo que utiliza la realización del kit de piezas que incluye un controlador laríngeo externo (300) ilustrado en las figuras 7(a) y 8, para controlar la estimulación del nervio vago (Vn), sincronizar las secuencias temporales de generación de imágenes por MR y de las activaciones de una o más de las fuentes de luz (10L, 20Le, 20Li) puede incluir tomar como punto temporal de comienzo para la sincronización el instante (tv), cuando la unidad de comunicación externa (102) envía una señal al circuito electrónico (5e) de la unidad de encapsulación (5) con el fin de dar instrucciones al generador de pulsos implantado (IPG) para que emita señales representativas de los parámetros de pulsos de control. De esta forma, las imágenes de MR generadas por el dispositivo de MR se corresponden con gran precisión con la estimulación del nervio vago, y no solo se puede detectar la posición de las áreas estimuladas, sino también el tiempo de respuesta transcurrido entre la emisión de un pulso de estimulación eléctrica del nervio vago y el aumento de actividad de las áreas del cerebro correspondientes que han sido activadas por este.
Tal como se ilustra en la figura 8, la unidad de procesamiento externa (100) está en comunicación con la unidad de comunicación externa (102) a través de los hilos conductores, las fibras ópticas o de los dispositivos de comunicación inalámbrica (115c, 15c). La unidad de comunicación externa (102) está en comunicación óptica con el AIMD (1) implantado en el cuerpo del paciente situado en el dispositivo de MR (200). En un instante dado (tv), la unidad de procesamiento externa (100) da instrucciones al AIMD para que emita uno o más pulsos de control (355c) de acuerdo con los parámetros de pulsos de control introducidos previamente en la unidad de procesamiento externa (100).
La unidad de procesamiento externa (100) también está en comunicación con el controlador de MR (201) a través de los hilos conductores, las fibras ópticas o de los dispositivos de comunicación inalámbrica (115c, 215c). El controlador de MR inicia la secuencia de adquisición de imágenes en el instante (tv), o con anterioridad en un instante t0, que precede al instante (tv) en un período definido (5t0), que depende del momento deseado de adquisición de la imagen (cf. figura 7(b)).
La unidad de electrodos laríngeos (360) está acoplada a la región laríngea (Lx) del paciente (51) y está en comunicación óptica con la unidad de procesamiento externa (100) a través de una fibra óptica (304f) del cable de transferencia de energía externo (304). Tras un período de tiempo (At - 5t0) conocido que sigue al instante (tv), se espera un pico de actividad laríngea (355L), representativo del CAP creado en el nervio vago (Vn) por el pulso de control y que se propaga a lo largo de los nervios vago y laríngeo. La aparición del pico de actividad laríngea (355L) garantiza que el nervio se ha estimulado eficazmente y se puede esperar una activación posterior de regiones específicas del cerebro.
La sincronización de la emisión de un pulso de control mediante el AIMD con la secuencia de adquisición de imágenes mediante el dispositivo de MR (201), junto con la utilización de la unidad de control laríngea (300) es conveniente ya que,
• la aparición del pico de actividad laríngea (355L) seguido por la activación de regiones específicas del cerebro establece de manera inequívoca una relación causal clara entre la estimulación y la activación cerebral, • una relación entre la forma y dimensiones del pico de actividad laríngea (355L), tal como la amplitud (o altura) máxima (Vm), y el ancho total a mitad del máximo (FWHM) con las intensidades y posición de las regiones activadas del cerebro, puede ser muy útil a la hora de determinar los parámetros de pulsos óptimos para el tratamiento del trastorno del paciente,
• como los parámetros de pulsos de control se pueden cambiar con facilidad, y un pulso de control (355c) correspondiente se puede emitir en un instante (tv) conocido, el efecto de cada parámetro sobre la actividad cerebral se puede registrar con facilidad para determinar su efecto respectivo sobre el mecanismo implicado; por ejemplo, se puede implementar con facilidad un diseño factorial con el sistema de este ejemplo.
El diseño específico del AIMD (1) y la unidad de de procesamiento externa (100) de la presente invención, incluye,
• la carcasa de la unidad de encapsulación (5) fabricada con un material no metálico y no conductor, preferentemente con un material cerámico transparente, tal como sílice fundida o una espinela,
• la ausencia de cualquier pasacables metálico a través de las paredes de la unidad de encapsulación, • la utilización de fibras ópticas, y la ausencia de hilos conductores más largos de 50 mm, preferentemente más largos de 30 mm, más preferentemente más largos de 20 mm, de la manera más preferente más largos de 15 mm,
• un apantallamiento de los componentes electrónicos más vulnerables frente a los campos electromagnéticos, • una comunicación entre el AIMD y la unidad de procesamiento externa (100) exclusivamente mediante fibras ópticas.
Con las características anteriores, el AIMD de la presente invención está entre los más convenientes para utilizar con un dispositivo de MR, no solo de manera pasiva, es decir, desactivado durante la secuencia de adquisición de imágenes por MR, sino también de manera activa, es decir, activado y totalmente operativo, para monitorizar los efectos de un pulso de estimulación dado sobre la activación de regiones específicas del cerebro. Se puede implementar con facilidad un estudio del efecto de cada parámetro (p. ej., con un diseño factorial) donde someter a prueba los efectos de valores altos y bajos de cada uno de los parámetros de pulsos. La presente invención también abre la puerta a un patrón de estimulación de tratamiento “a la carta” personalizado para cada paciente (51).
MÉTODO DE UTILIZACIÓN DEL SISTEMA DE LA PRESENTE INVENCIÓN
El sistema de la presente invención es particularmente adecuado para utilizar en un método de visualización e identificación de los efectos de los parámetros de estimulación eléctrica u óptica de tejidos sobre la activación de zonas del cerebro correspondientes. También es muy adecuado para utilizar en un método que establece un sistema de planificación de tratamientos específico para cada paciente, optimiza los parámetros de estimulación eléctrica u óptica de un tejido, tal como un nervio, para producir los mejores efectos en los pacientes. Cualquiera de los métodos comprende los siguientes pasos,
(a) proporcionar un sistema tal como el que se analiza anteriormente,
(b) proporcionar un paciente que tiene implantado el AIMD del kit de piezas del sistema; donde el AIMD tiene preferentemente una tasa de absorción específica (SAR) medida tal como se describe anteriormente y normalizada con respecto a un nivel de base de un modelo acuoso de no más de 4.0 dB, preferentemente no más de 3.5 db, más preferentemente no más de 3.2 dB,
(c) acoplar un extremo distal de la o las fibras ópticas (104f) del cable de comunicación óptica (104) a la piel (50) del paciente (51) alineado con la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y el fotodetector de comunicación implantado (20Li) de la unidad de encapsulación (5) implantada en el paciente, para establecer una comunicación óptica entre la unidad de comunicación externa (102) y el AIMD (1),
(d) situar el paciente en el dispositivo de MR (200),
(e) introducir a través de la interfaz un primer conjunto de parámetros de estimulación en la unidad de procesamiento externa (100), y transmitir el primer conjunto de parámetros de estimulación al circuito electrónico (5e) de la unidad de encapsulación (5) a través de la unidad de comunicación externa (102), la o las fibras ópticas (104f) y el fotodetector de comunicación implantado (20Li),
(f) ordenar desde la unidad de procesamiento externa (100) al IPG que suministre una estimulación al paciente de acuerdo con el primer conjunto de parámetros de estimulación,
(g) se manera simultánea, o tras un retardo controlado, adquirir una imagen o espectro de MR, preferentemente una imagen o espectro de fMR de un cerebro o de regiones cerebrales del paciente, (h) repetir los pasos (e) a (g) con un segundo y más conjuntos de parámetros de estimulación.
En el paso (f), el controlador de MR (201) puede informar a la unidad de procesamiento externa (100) de que el dispositivo de MR está listo para adquirir imágenes o espectros y/o puede dar instrucciones a la unidad de procesamiento externa para ordenar al IPG que suministre una estimulación al paciente de acuerdo con el primer conjunto de parámetros de estimulación, tanto de manera instantánea como tras un período de tiempo predefinido.
Este método es conveniente frente a los métodos de la técnica anterior que implican adquirir las imágenes de MR del cerebro de un paciente tras la estimulación de un tejido, debido a que en el método de la presente, el operador controla el disparo de un pulso de estimulación dado. Por tanto, la adquisición de imágenes de MR se puede sincronizar con el suministro del pulso con considerablemente más precisión y control que en los métodos de la técnica anterior, que dependen de una indicación de que se ha suministrado una estimulación. Obviamente, esta indicación solo está disponible de manera sistemática una vez que se ha estimulado el tejido, lo que puede ser demasiado tarde para capturar una imagen de MR. Por otra parte, con la ruta de comunicación fácil e inmejorable que se proporciona entre el procesador externo (100) y el AIMD (1) a través de la unidad de comunicación externa (102) y el cable de comunicación óptica (104), que es insensible a los campos electromagnéticos generados durante la adquisición de una imagen de MR, el operador puede probar con facilidad y rapidez los distintos conjunto de parámetros de estimulación para evaluar el efecto que cada parámetro de estimulación tiene sobre el paciente.
Estas pruebas aplicadas a un paciente se pueden utilizar para establecer un sistema de planificación de tratamientos “a la carta” con un conjunto de parámetros de estimulación optimizado. Repetir dichas pruebas en una cantidad estadísticamente representativa de pacientes puede proporcionar un conocimiento valioso de los mecanismos que subyacen la curación o la relajación proporcionada por la neuroestimulación.
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Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un kit de piezas configurado para visualizar, mediante una técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética (MRI), que incluye una técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI), regiones del sistema nervioso central de un paciente (51) que tiene un dispositivo médico implantable activo (AIMD) (1), comprendiendo el kit de piezas:
• el AIMD (1) que comprende una unidad de encapsulación (5) que define un espacio interior (Vi) separado de manera estanca de un entorno exterior por unas paredes definidas por una superficie interior que define los límites del espacio interior, donde las paredes de la encapsulación están fabricadas con un material no metálico, donde el espacio interior contiene:
o una fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y un fotodetector de comunicación implantado (20Pi) orientados hacia una parte de pared que tiene una transmitancia dada para una longitud de onda seleccionada dentro del intervalo comprendido entre 380 nm y 5 pm, preferentemente entre 600 nm y 2200 nm para la comunicación óptica con un exterior del cuerpo,
o un circuito electrónico (5e) para controlar la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y el fotodetector de comunicación implantado (20Pi), lo que garantiza de ese modo la comunicación con el exterior,
• una unidad de procesamiento externa (100) que comprende una interfaz de usuario configurada para introducir parámetros y órdenes, y para visualizar información,
• una unidad de comunicación externa (102) en comunicación con la unidad de procesamiento externa (100) y que comprende una fuente de luz de comunicación externa (20Le), un fotodetector externo (20Pe) y un circuito electrónico (102e) configurada para,
o controlar la fuente de luz de comunicación externa para emitir señales representativas de los parámetros y las órdenes introducidas en la unidad de procesamiento externa (100) y recibidas por el fotodetector de comunicación implantado (20Pi), y
o transferir a la unidad de procesamiento externa (100) la información representativa de las señales de comunicación óptica emitidas por la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y recibidas por el fotodetector externo (20Pe),
caracterizado por que , el kit de piezas comprende,
• un cable de comunicación óptica (104) que comprende una fibra óptica (104f) para establecer una comunicación óptica entre,
o la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) del AIMD (1) y el fotodetector de comunicación externo (20Pe) de la unidad de comunicación externa (102), y
o la fuente de luz de comunicación externa (20Le) de la unidad de comunicación externa (102) y el fotodetector implantado (20Pi) del AIMD (1),
lo que permite de ese modo una comunicación óptica remota entre la unidad de procesamiento externa (100) y el AIMD.
2. El kit de piezas de acuerdo con la reivindicación 1, donde el AIMD comprende,
• una fuente de emisión de luz principal (10L) de un intervalo de longitudes de onda dado comprendido entre 380 nm y 5 pm, preferentemente entre 600 nm y 2200 nm, y/o un fotodetector de detección implantado (10P), estando cualquiera o ambos contenidos en el espacio interior (Vi) y orientados hacia una parte de pared que forma una ventana que tiene una transmitancia para el intervalo de longitudes de onda, donde la fuente de emisión de luz principal (10L) se configura para enviar pulsos de energía luminosa de acuerdo con los parámetros definidos, y donde el fotodetector de detección implantado (10P) se configura para recibir señales ópticas,
• una unidad de interacción con el tejido (6) separada de la unidad de encapsulación y configurada para interactuar con un tejido,
• un cable de transferencia de energía (4) que comprende una fibra óptica que tiene un extremo proximal acoplado a la unidad de encapsulación (5) y orientado hacia la ventana de la unidad de encapsulación alineado con la fuente de emisión de luz principal (10L) y/o con el fotodetector de detección implantado (10P), y un extremo distal acoplado a la unidad de interacción con el tejido, donde el cable de transferencia de energía no comprende ningún hilo eléctricamente conductor,
donde el circuito electrónico (5e) se configura para controlar la fuente de luz de comunicación implantada (20Li), el fotodetector de comunicación implantado (20Pi), la fuente de emisión de luz principal (10L) y el fotodetector de detección implantado (10P).
3. El kit de piezas de acuerdo con la reivindicación 2, donde el AIMD es un AIMD de estimulación que comprende
• un generador de pulsos implantado (IPG) encerrado en el espacio interior y que comprende la fuente de emisión de luz principal (10L), para enviar pulsos de energía luminosa de acuerdo con los parámetros definidos, donde el circuito electrónico (5e) se configura para controlar el IPG, donde
• la unidad de interacción con el tejido (6) es cualquiera de,
o una unidad de electrodos (6e) que comprende una célula fotovoltaica (6v) acoplada a una o más unidades de contacto, incluyendo cada una dos, preferentemente tres contactos (7+, 7-), separados entre sí y soportados sobre un soporte no conductor, y donde el extremo distal de la fibra óptica está acoplado a la unidad de electrodos (6e) y orientado hacia la célula fotovoltaica, o o una unidad de optodo (6o),
4. El kit de piezas de acuerdo con la reivindicación 3, donde,
• la unidad de electrodos (6e) que forma la unidad de interacción con el tejido (6) es adecuada para acoplarse a un nervio vago del paciente (51),
• la interfaz de usuario de la unidad de procesamiento externa (100) se configura para introducir los parámetros de pulsos de control de un pulso de energía de control (355c),
• la unidad de comunicación externa (102) está en comunicación con la unidad de procesamiento externa (100) y se configura para enviar una señal al circuito electrónico (5e) con el fin de dar instrucciones al generador de pulsos implantado (IPG) para que emita señales representativas de los parámetros de pulsos de control introducidos en la unidad de procesamiento externa (100), y recibidos por el fotodetector de comunicación implantado (20Pi),
comprendiendo además el kit de piezas un controlador laríngeo externo (300) que comprende,
• una unidad de electrodos laríngeos (360) que comprende unos electrodos laríngeos (361) adecuados para estar acoplados a la piel (50) del cuello del paciente al nivel de la región laríngea (Lx) y adecuada para medir una actividad eléctrica laríngea en la región laríngea, y
• un cable de transferencia de energía externo (304) que comprende una o más fibras ópticas (304f) para transferir una señal óptica desde la unidad de electrodos laríngeos hasta la unidad de procesamiento externa (100), siendo representativa la señal óptica de una actividad eléctrica laríngea medida por los electrodos laríngeos (361) en la región laríngea, y donde
la unidad de procesamiento externa (100) se configura para convertir las señales ópticas transferidas por el cable de transferencia de energía externo a una forma visual (355), numérica o acústica (357) indicativa de la intensidad de la señal óptica.
5. El kit de piezas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el AIMD es un dispositivo de monitorización configurado para monitorizar unos biomarcadores del paciente (51), que comprende uno o más sensores situados en el espacio interior o en la unidad de interacción con el tejido (6) cuando el kit de piezas está de acuerdo con la reivindicación 2, donde el o los sensores comprenden uno o más sensores ópticos, y/o uno o más de electroencefalograma (EEG), un sensor de la actividad eléctrica muscular y neural, un acelerómetro, un sensor de la actividad hemodinámica, donde la unidad de encapsulación no comprende preferentemente ningún pasacables.
6. El kit de piezas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el material no metálico se selecciona entre cerámicos y poliméricos, preferentemente uno cerámico, más preferentemente sílice fundida o una espinela, y donde la parte de pared tiene una transmitancia para una longitud de onda de 850 nm a temperatura ambiente de al menos un 75 %.
7. El kit de piezas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el cable de comunicación óptica (104) comprende al menos dos fibras ópticas (104f); comprendiendo cada fibra óptica,
• un extremo proximal insertado en un dispositivo de interfaz proximal (105p) que está acoplado a la unidad de comunicación externa (102) de modo que las fibras ópticas estén alineadas de manera óptima con el fotodetector de comunicación externo (20Pe) y la fuente de luz de comunicación externa (20Le) de la unidad de comunicación externa (102), y
• un extremo distal insertado en un dispositivo de interfaz distal (105d), donde para alinear los extremos distales de las fibras ópticas (104f) con la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y el fotodetector de comunicación implantado (20Li), el dispositivo de interfaz distal (105d) comprende preferentemente una cantidad, N > 2, de fotodetectores de centrado (105pd) que forman un polígono de N lados, configurados para recibir y detectar una intensidad de un haz luminoso emitido por la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) cuando el dispositivo de interfaz distal (105d) se coloca en la piel (50) del paciente (51) sobre una posición aproximada de la unidad de encapsulación (5) con los N fotodetectores de centrado (105pd) orientados hacia la piel,
donde se proporcionan preferentemente microelementos ópticos que incluyen uno o más de cualesquiera de lentes, colimadores, difusores, polarizadores o filtros, que se configuran para remodelar un haz luminoso que se propaga en ambas direcciones desde o hacia el extremo proximal y/o el extremo distal de cada una de las fibras ópticas.
8. Un sistema para visualizar, mediante una técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética (MRI), que incluye una técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI), regiones del sistema nervioso central de un paciente (51) que tiene un dispositivo médico implantable activo (AIMD) (1) implantado, comprendiendo el sistema:
• un kit de piezas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el AIMD se implanta en el paciente con la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) orientados hacia un área de la piel del paciente,
• un dispositivo de resonancia magnética (MR) (200) situado en una jaula de Faraday (220), para generar imágenes por resonancia magnética (MRI) o espectros por resonancia magnética (MRS), que incluyen imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI) o espectros por resonancia magnética funcional (fMRS) del sistema nervioso central del paciente,
• una sala de control (210) situada fuera de la jaula de Faraday, y que contiene,
o la unidad de procesamiento externa (100),
o la unidad de comunicación externa (102), en comunicación inalámbrica o en comunicación cableada u óptica con la unidad de procesamiento externa (100),
o un controlador de MR (201) para controlar las funciones del dispositivo de MR,
• un pasacables de la jaula (201) configurado para proporcionar una comunicación óptica continua a través de cada una de la o las fibras ópticas (104f) del cable de comunicación óptica (104) entre,
o un extremo proximal acoplado a la unidad de comunicación externa (102) y situado en la sala de control, y
o un extremo distal situado en la jaula de Faraday y acoplado al área de la piel del paciente, con una buena alineación con la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y/o el fotodetector de comunicación implantado (20Pi) de la unidad de encapsulación (5),
conforme a lo cual la unidad de procesamiento externa (100) tiene una comunicación bidireccional con el circuito electrónico (5e) de la unidad de encapsulación (5) para transferir los parámetros y las órdenes al circuito electrónico, y para visualizar la información enviada desde la fuente de luz de comunicación implantada (20Li).
9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, donde el kit de piezas está de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, y donde la unidad de procesamiento externa (100) está en comunicación con el controlador de MR (201), para sincronizar las secuencias temporales de la generación de imágenes por MR y de las activaciones de uno o más de la fuente de luz de comunicación implantada (20Li), el fotodetector de comunicación implantado (20Pi), la fuente de emisión de luz principal (10L) y el fotodetector de detección implantado (10P).
10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, donde el kit de piezas está de acuerdo con la reivindicación 4, y donde sincronizar las secuencias temporales de la generación de imágenes por MR y de las activaciones de una o más de la fuente de luz de comunicación implantada (20Li) incluye tomar como punto temporal de comienzo para la sincronización el instante cuando la unidad de comunicación externa (102) envía una señal al circuito electrónico (5e) de la unidad de encapsulación (5) con el fin de dar instrucciones al generador de pulsos implantado (IPG) para que emita señales representativas de los parámetros de pulsos de control.
11. El dispositivo médico implantable activo (AIMD) (1) para la implantación en el cuerpo de un paciente (51), que comprende las siguientes unidades:
• una unidad de encapsulación (5) que define un espacio interior (Vi) separado de manera estanca de un entorno exterior por las paredes definidas por una superficie interior que define los límites del espacio interior, donde las paredes de la encapsulación están fabricadas con un material cerámico, donde el espacio interior contiene:
o una fuente de luz de comunicación implantada (20Li) y un fotodetector de comunicación implantado (20Pi) orientados hacia una parte de pared que tiene una transmitancia para las longitudes de onda de 500 a 1200 nm para una comunicación óptica con un exterior del cuerpo,
o una fuente de emisión de luz principal (10L) de un intervalo de longitudes de onda dado comprendido entre 380 y 2200 nm y/o un fotodetector de detección implantado (10P) orientado hacia una ventana que tiene una transmitancia para el intervalo de longitudes de onda, donde la fuente de emisión de luz principal (10L) se configura para enviar pulsos de energía luminosa de acuerdo con parámetros definidos, y donde el fotodetector de detección implantado (10P) se configura para recibir señales ópticas,
o un circuito electrónico (5e) para controlar la fuente de luz de comunicación implantada (20Li), el fotodetector de comunicación implantado (20Pi), la fuente de emisión de luz principal (10L) y el fotodetector de detección implantado (10P),
• una unidad de interacción con el tejido (6) separada de la unidad de encapsulación y configurada para interactuar con un tejido,
• un cable de transferencia de energía (4) que comprende una fibra óptica que tiene un extremo proximal acoplado a la unidad de encapsulación (5) y orientado hacia la ventana de la unidad de encapsulación alineado con la fuente de emisión de luz principal (10L) y/o con el fotodetector de detección implantado (10P), y un extremo distal acoplado a la unidad de interacción con el tejido, donde el cable de transferencia de energía no comprende ningún hilo eléctricamente conductor,
caracterizado por que , el AIMD, cuando está totalmente sumergido en un modelo acuoso (452), produce una tasa de absorción específica (SAR) normalizada con respecto a un nivel de base del modelo acuoso de no más de 4.0 dB, preferentemente no más de 3.5 dB, más preferentemente no más de 3.2 dB, tras la exposición a las siguientes condiciones,
• el modelo acuoso se mantiene a una temperatura constante y está compuesto por un medio que simula un tejido que tiene una conductividad eléctrica de 0.47 S/m y una permitividad relativa de 78,
• el modelo acuoso se coloca dentro de un resonador de jaula compatible con la norma ISO/TS 10974:2018 configurado para exponer el implante totalmente sumergido en el modelo acuoso a una profundidad de 65 mm a un campo magnético (B) que oscila a una frecuencia de f = 64 MHz y que induce un campo tangencial constante € de 36.31 Vrms/m, y donde
• el SAR se mide con sensores (4s-6s) situados a 2 mm del AIMD para medir el SAR de la unidad de encapsulación, del cable de transferencia de energía y de la unidad de interacción con el tejido, y donde la tasa de absorción específica (SAR) es el más elevado de los valores medidos en los tres componentes principales.
12. El AIMD de acuerdo con la reivindicación 11, donde,
(a) el espacio interior contiene un generador de pulsos implantado (IPG) que comprende la fuente de emisión de luz principal (10L) para enviar pulsos de energía luminosa de acuerdo con los parámetros definidos a través del cable de transferencia de energía (4) a la unidad de interacción con el tejido (6), y
(b) la unidad de interacción con el tejido (6) forma,
• una unidad de electrodos (6e) que comprende una célula fotovoltaica (6v) acoplada a dos, preferentemente tres contactos (7+, 7-) separados entre sí y soportados sobre un soporte no conductor, o
• una unidad de optodo (60).
13. El AIMD de acuerdo con la reivindicación 12, donde el AIMD es totalmente funcional en un dispositivo de MR (200) durante la utilización, donde la total funcionalidad del AIMD se determina como sigue,
• proporcionar un controlador laríngeo externo (300) que comprende,
o una unidad de electrodos laríngeos (360) que comprende los electrodos laríngeos (361) acoplados a la piel (50) del cuello del paciente (51) al nivel de una región laríngea (Lx) y adecuada para medir una actividad eléctrica laríngea en la región laríngea, y
o un cable de transferencia de energía externo (304) que comprende una o más fibras ópticas (304f) para transferir una señal óptica desde la unidad de electrodos laríngeos hasta la unidad de procesamiento externa (100), siendo representativa la señal óptica de una actividad eléctrica laríngea medida por los electrodos laríngeos (361) en la región laríngea,
• situar al paciente en el dispositivo de MR (200), donde el AIMD está implantado con la unidad de electrodos (6e) acoplada a un nervio vago,
• introducir los parámetros de pulsos de control de un pulso de energía de control (355c) en la unidad de procesamiento externa y dar instrucciones al generador de pulsos implantado (IPG) para que emita señales representativas de los parámetros de pulsos de control,
• medir la actividad eléctrica laríngea en la región laríngea (Lx) con la unidad de electrodos laríngeos (360) con el dispositivo de MR inactivo y con el dispositivo de MR activado en condiciones adecuadas para generar imágenes por MR (MRI) o imágenes por MR funcional (fMRI),
• comparar los picos (355L) de la actividad eléctrica laríngea representativa de una propagación de los pulsos de control a lo largo del nervio vago medidos de este modo con el dispositivo de MR activado con los medidos con el dispositivo de MR inactivo,
el AIMD es totalmente funcional en un dispositivo de MR (200) durante la utilización si una altura (Vm) y un ancho total a mitad del máximo (FWHM) de los picos (355L) medidos con el dispositivo de MR activado no se desvían en más de un ± 10 %, preferentemente no más de un ± 5 % con respecto a los de los picos (355L) medidos con el dispositivo de MR inactivo.
14. El AIMD de acuerdo con la reivindicación 12 o 13, donde el AIMD es totalmente funcional en el dispositivo de MR (200) durante la utilización, donde la total funcionalidad del AIMD se determina como sigue mediante la aplicación de pruebas de MR utilizando los criterios de prueba proporcionados en §17 de la norma ISO TS 10974:2018,
• los estados funcionales del AIMD se comprueban antes, durante y después de la prueba, estando configurado el circuito electrónico (5e) del AIMD para realizar una prueba cíclica definida por los siguientes parámetros:
o estimulación estándar a 1000 pA, 30 Hz, tiempo ACTIVA 7 s,
o transferencia de datos a memoria de 128 bytes de una zona de RAM definida a otra, o escritura en memoria de 128 bytes incremental a la RAM,
o detener la estimulación durante 12 s,
• la monitorización en tiempo real de la salida del AIMD (425A) se registra y visualiza en un osciloscopio (400) en comunicación óptica a través de una fibra óptica (404f),
o con una fuente de luz (30L) conectada a los contactos de la unidad de electrodos (6e), o o con la unidad de optodo (6o),
• emisión de señales ópticas representativas de los pulsos de energía luminosa enviados por la fuente de emisión de luz principal (10L) del IPG.
donde el AIMD se considera que es totalmente funcional si se satisfacen las siguientes condiciones:
• la variación de las salidas antes (425Ab), durante (425Ad) y después (425Aa) de la prueba de MR están dentro de los siguientes intervalos,
o la variación de una frecuencia de los pulsos de energía luminosa no es mayor de un ± 5 %, preferentemente no es mayor de un ± 1 %, y
o la variación de una duración de los pulsos no es mayor de un ± 5 %, preferentemente no es mayor de un ± 1 %, y
o la variación de una amplitud no es mayor de un ± 10 %, preferentemente no es mayor de un ± 5 %, más preferentemente no es mayor de un ± 1 %, y
• un ciclo de trabajo (= tiempo ACTIVO / (tiempo ACTIVO tiempo INACTIVO)) está comprendido entre un 36 y un 38 % antes, durante y después de la prueba de MR, y
• no se identifica una corrupción de la RAM, ni preferentemente corrupción de la ROM, y/o no se identifica un reinicio imprevisto del sistema antes y después de la prueba de MR.
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