WO2020245477A1 - Sistema para la neuroestimulación - Google Patents

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WO2020245477A1
WO2020245477A1 PCT/ES2020/070261 ES2020070261W WO2020245477A1 WO 2020245477 A1 WO2020245477 A1 WO 2020245477A1 ES 2020070261 W ES2020070261 W ES 2020070261W WO 2020245477 A1 WO2020245477 A1 WO 2020245477A1
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neurostimulators
neurostimulator
electrodes
tissue
electrical
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PCT/ES2020/070261
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English (en)
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Alejandro Barriga-Rivera
Hipólito GUZMÁN-MIRANDA
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Universidad de Sevilla
Universidad Pablo de Olavide
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Universidad de Sevilla
Universidad Pablo de Olavide
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    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
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    • A61N1/3603—Control systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61N1/37252—Details of algorithms or data aspects of communication system, e.g. handshaking, transmitting specific data or segmenting data

Definitions

  • the present invention is applied in the industry dedicated to medical devices, and, in particular, medical devices to deliver electrical stimulation treatments (electrostimulation) to cells of organs or tissues.
  • the present invention relates to a system of neurostimulators implantable in a body for stimulating excitable cells of the body.
  • Implantable neurostimulators have been used to treat a number of conditions such as deafness, blindness, and Parkinson's disease.
  • a notable example of the success of these therapies is the cochlear implant, a medical device that can restore hearing by supplying electrical current to the inner ear.
  • Other examples include deep brain stimulation for the treatment of Parkinson's disease, or the bionic eye for the restoration of vision.
  • these devices are based on an implantable unit in the body that delivers electrical stimuli and a unit external to the body that controls the implant.
  • a complex system of the body is the gastrointestinal tract, composed of a collection of anatomical structures and organs whose main function is the absorption and processing of nutrients. It contains a few hundred million enteric neurons distributed from the mouth to the anus, and it is also innervated by the central nervous system.
  • NBD neurogenic bowel dysfunction
  • Neurogenic intestinal dysfunction is a pathology that appears as a consequence of a problem in neurons, for example, caused by a compromise of the central nervous system (spinal cord injuries, amyotrophic lateral sclerosis, Parkinson's, diabetes, stroke, ). This dysfunction is one of the factors that can cause loss of bowel function.
  • Motility problems with varying degrees of severity (fecal incontinence or constipation), are also common in patients suffering from NBD. Sacral neuromodulation has shown favorable results in restoring fecal continence in patients with spinal cord injuries. However, in those patients who suffer from neuropathy that affects intrinsic neurons and who do not have effective treatment, colonic neurostimulation is a promising alternative to colectomy or colon resection. The treatment of these and other pathologies would benefit from a coordinated neurostimulation action in different locations of the body in an appropriate and coordinated way. But to date this would require bulky implants and complex surgery. While current technology allows implantation of miniaturized neurostimulators that can collect ultrasound or microwave energy, today these devices cannot establish interactions to deliver coordinated action. For example, distributed neurostimulation could be used to treat different types of pain, blocking nerve conduction, or also to restore mobility of the extremities through the coordinated stimulation of agonist and antagonist muscles. However, these devices do not have the ability to transfer information as a collaborative network.
  • the objective technical problem that arises is therefore to provide a system that allows the interconnection and communication between a group of implant neurostimulators to achieve a coordinated action in the stimulation of cells (organs and tissues) in different locations of the body, being able in addition to estimating the relative positions of neurostimulators (which is particularly relevant, for example, in the case of treating patients with NBD).
  • the present invention serves to solve the aforementioned problem, through the use of multichannel neurostimulators capable of delivering coordinated electrical current, wirelessly, at different locations on the body and monitoring their relative positions.
  • the present invention provides a system to provide distributed neural stimulation, wherein each element (neurostimulator) uses the body (human or animal) as a channel to communicate, within a range of possible transmission frequencies in a body tissue, with the other neurostimulatory elements, forming a network.
  • the system makes it possible to obtain estimates of the relative positions of the elements in the network and thus provide coordinated actions between all the neurostimulators.
  • the present invention is of particular relevance for the stimulation of the gastrointestinal tract, where a coordinated activation of different sections of the intestine benefits patients suffering from a wide spectrum of pathologies.
  • this invention has applicability in nerve conduction block for pain management, as well as in the field of functional neurostimulation to restore limb mobility, among other therapeutic uses.
  • the invention proposes a network arrangement of neurostimulatory elements, establishing communication channels between them that use the electrical stimuli themselves that each neurostimulator transfers, through electrodes, to the tissue (or tissue of an organ) in which it is implanted.
  • Each neurostimulator element is intelligent (it has an electronic data processing unit, implemented for example in a microcontroller or an ASIC) and independent (with its own group of electrodes and electrical sources), but acts in a coordinated way with other neurostimulatory elements network, to provide effective therapy for a large number of pathologies.
  • the implant neurostimulator network can use multiple frequency carriers to characterize communication channels.
  • the characterization of the communication channels is preferably carried out by the electronic processing unit provided in each neurostimulator element, since when independently by the "intelligence" of the neurostimulator itself, the execution of coordinated actions within the network of neurostimulatory elements is allowed.
  • the communication channels between any pair of neurostimulatory elements can be characterized by estimating the ability of the physiological medium to propagate different frequencies, delivered as current waveforms through the electrodes. These measurements, when combined with triangulation techniques, can be used to estimate the relative positions of the stimulating elements within the network, that is, the body.
  • the changes in the relative position of a given neurostimulator can be estimated taking into account the variations in the characteristics of the communication channels between the different elements of the network, for example, using orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) techniques, due to their acronym in English).
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • One aspect of the invention relates to a system for neurostimulation comprising the following components:
  • each neurostimulator comprises a group of electrodes and at least one wireless source of current that transmits, in a range of transmission frequencies, electrical impulses to the tissue through the group of electrodes.
  • Each neurostimulator also includes an electronic data processing unit configured to:
  • At least one external control unit comprising:
  • a communication interface device connected to the microprocessor and to a communication interface provided in each neurostimulator, through which an electronic data processing unit of each neurostimulator exchanges data with (the microprocessor of) the external control unit;
  • an energy transfer device that emits an external electromagnetic field to be captured by an array of antennas provided in each neurostimulator, the communication interface device being connected to the energy transfer device to transfer the exchangeable data in the external electromagnetic field with the microprocessor.
  • the electrodes' own electrical stimulation is used to transport information between neighboring implants, reducing energy consumption and heating the surrounding tissue.
  • the information can be encoded using phase modulation, frequency modulation, or amplitude modulation techniques, among others, since the stimulation waveforms can also be arbitrary and, therefore, are not limited to constant current pulses.
  • the system can adapt and continue to offer effective therapy, thus becoming a robust, reliable and fault-tolerant system.
  • - Communication between the network elements can be coordinated not only by the external unit but also the neurostimulatory elements themselves can self-coordinate with each other.
  • neurostimulatory implants using their own stimuli to exchange information, can adapt their stimulation strategy, without the need for intervention from the external unit other than to provide them with sufficient energy. This self-coordination reduces energy expenditure and accelerates the response of the global system.
  • FIGURE 1.- Shows a block diagram of a system for neurostimulation, according to a preferred embodiment of the invention.
  • FIGURE 2.- Shows three examples of electrical stimulation pulses used by the neurostimulators of the system for neurostimulation and communication.
  • FIGURE 3. Shows a communication scenario between two neurostimulatory elements of the system, according to a possible embodiment of the invention.
  • FIGURE 4 Shows an example of neurostimulators of the system implanted in the stomach and the change of their relative positions in time due to a peristaltic contraction, according to a possible scenario of use of the invention.
  • FIGURE 5. Shows a network of neurostimulators of the system delivering different waveforms according to the location within the colon, according to another possible scenario of use of the invention.
  • FIGURE 6.- Shows an example of application of a group of neurostimulators capable of establishing a wireless network communication within the body as well as with an external unit located next to the body, according to another possible scenario of use of the invention.
  • FIGURE 7.- Shows an example of application of a group of neurostimulators capable of establishing a wireless network communication within the body as well as with a portable external unit, according to another possible scenario of use of the invention.
  • FIGURE 8.- Shows a miniaturized implantable neurostimulator element, according to a possible embodiment of the invention.
  • FIGURE 9. Shows a miniaturized implantable neurostimulator element, according to another possible embodiment of the invention.
  • FIGURE 10. Shows a miniaturized implantable neurostimulator element, according to another possible embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows the architecture of blocks of a neurostimulation system that comprises at least one external control unit (1 10) capable of transferring energy and instructions to a group of implants, which are elements of electrical stimulation of nerve cells or neurostimulators ( 120, ..., 120 '), implants in a tissue (100) excitable by electrical energy and constituting elements of a network together with the external control unit (110).
  • an external control unit (1 10) capable of transferring energy and instructions to a group of implants, which are elements of electrical stimulation of nerve cells or neurostimulators ( 120, ..., 120 '), implants in a tissue (100) excitable by electrical energy and constituting elements of a network together with the external control unit (110).
  • the external unit (110) comprises:
  • At least one user interface device for example, a screen
  • microprocessor (1 12) to which the aforementioned devices are connected: user interface (11), communication interface (1 13) and energy transfer (1 14).
  • the microprocessor (1 12) displays information to the user through the user interface device (11), typically a screen, and also provides energy to the neurostimulators (120, ..., 120 ') through the device energy transfer system (1 14), generally using a high frequency electromagnetic field, an electromagnetic field that in turn uses the microprocessor (112) to exchange information with the neurostimulators (120, ..., 120 ').
  • Each neurostimulator device (120, ..., 120 ') comprises a set or array / array of antennas (121, ..., 121'), an electronic data processing unit (122, ..., 122 ' ), a communication interface (123, ..., 123 '), a detection or sensing system with at least one sensor (124, ..., 124'), a group of electrodes (125, ..., 125 ') and at least one current source (126, ..., 126').
  • each current source (126, ..., 126 ') coming from neurostimulatory implants (120, ..., 120') is delivered to excitable tissue (100), to cause activation (or inhibition, depending frequency of neuronal (or muscular) stimulation) and also transfer information between the elements of the network, ie, between the electronic data processing units (122, ..., 122 ') of the implants.
  • the antenna array (121, ..., 121 ') is used to collect energy from an external electromagnetic field and transfer data to the microprocessor (12) of the external unit (110) using reverse telemetry.
  • the group of current sources (126, ..., 126 '), connected to the group of electrodes (125, ..., 125'), is used to inject a controlled amount of charge to the tissue (100) through of said group of electrodes (125, ..., 125 ').
  • the electronic data processing unit (122, ..., 122 '), in charge of making decisions, is the' smart 'part of each neurostimulator element (120, ..., 120'), and can be implemented in a microcontroller, a microprocessor, a FPGA (Field-Programmable Gate Array) array, a Complex Programmable Logic Device (CPLD), a PSoC programmable system , Programmable System-on-Chip), or an Application-Specific Integrated Circuit or ASIC (Application-Specific Integrated Circuit). That is, the electronic data processing unit of the implant can be any digital, analog or mixed signal circuit that implements the 'intelligence' (in the sense of "decision making") of the device.
  • CPLD Complex Programmable Logic Device
  • ASIC Application-Specific Integrated Circuit
  • each neurostimulatory implant 120, ..., 120 '
  • the detection system can measure other variables, such as glucose levels, hormone levels, electrical signals, impedance, etc.
  • Communications between neurostimulatory implants 120, ..., 120 ' can be performed using the stimulation pulses generated during electrical stimulation.
  • Information can be encoded by modifying the amplitude of the pulses stimulation, as in the example in Figure 2, which shows an example of a non-modulated biphasic stimulation pulse (201), a biphasic stimulation pulse with amplitude modulation (202) and frequency modulation (203).
  • Digital data can also be encoded, for example using the OFDM technique.
  • a number of tones to encode the information, it is also possible to characterize the communication channel, not only through signals embedded within the stimulus itself, but also by sending a repertoire of tones outside the range of stimulation frequencies. In turn, these tones can carry additional information useful to deliver distributed coordinated actions.
  • the frequencies of the data carriers can range from several Hertz, 10Hz - 100Hz, up to 100MHz. However, in the ranges of up to 1 kHz, activation of neurons or muscle cells can occur, and around 10 kHz, blockage of nerve transmission may appear.
  • stimulators can be coordinated both to excite tissue and to block transmission using frequencies close to 10kHz.
  • One application of neurostimulation may be precisely to block the propagation of action potentials. For example, if you want to generate a stimulus in one area, but you do not want it to spread to another neighboring area, the neurostimulators closest to this last area can generate signals that block nerve transmission. This can be very useful in the digestive tract, where a stimulus can cause the propagation of a peristaltic wave in oral and aboral direction at the same time. In this case, the neighboring electrode can stimulate at frequencies that allow the block in the oral direction and thus facilitate the correct propulsion of the fecal bolus.
  • Another possible application is to use stimulators for cases in which the therapy consists of making a coordinated block or unblock of nerve transmission, for example, to treat diseases in which the problem is that neurons are activated when it is not necessary.
  • a first current source (301) is capable of encoding a binary message (300) within the waveform of the electrical stimulus used
  • a second current source (302) generates the waveform of the main stimulus
  • at least a first pair of electrodes (303) of a neurostimulatory implant, used to supply electrical current to excitable tissue (100) also transmits the information in the form of binary messages in said waveform.
  • the information travels (310) in this way through the tissue (100) in an electromagnetic signal that reaches a second pair of distant electrodes (304) belonging to a neighboring implantable neurostimulator, which pass the received electrical signal to a conditioning subsystem signal (305) used to detect the electric field in said second pair of electrodes (304).
  • a demodulator (306) the neighboring neurostimulatory implant extracts the binary message (300) from the information transferred from the first neurostimulator implant.
  • a voltage dependent current source can be used to do the modulation.
  • the electrodes (125, ..., 125 ') can act both as an electrical stimulation interface with the excitable tissue (100), as well as an interface for transmitting and receiving information from neighboring electrodes.
  • the relative positions of any of these electrode elements (125, ..., 125 ') implanted in a body can be estimated at different levels of precision by characterizing the communication channel between electrodes at different frequencies. This makes it possible to track the movements of the neurostimulatory implants (120, ..., 120 ') caused, for example, by the displacement of the body's organs during the development of their function. Determining the changes in the relative positions of the implants is of particular interest, for example, in the case of the intestine, where peristaltic contractions are required for proper management of luminal content.
  • Figure 4 shows an example of how the relative position changes between neurostimulators (401, 402, 403, 404, 405) implanted in a stomach (400), illustrating two observations of the stomach, in a first instant of time (t1) and in a second instant of time (t2), during which a contraction of the stomach wall produced by peristaltic movement (410).
  • the characteristics for each communication channel (411 ti , 412n, 413n, 414 ti, 41 1 t2, 412 t2, 413 t 2, 414 t2 ) between each pair of stimulators, measured respectively at each instant of time (t1, t2) indicate their changes in relative positions.
  • this system can provide closed loop stimulation by re-feeding the system with recorded movement, where position, speed and orientation can be used to alter the type of stimulus that is delivered without the need for external intervention.
  • the nature (force, frequency, phase, etc.) of the stimulus used can be modulated locally according to the spatial position of the stimulating element itself and that of other stimulating elements of the network, as shown in the diagram of Figure 5.
  • the network of neurostimulatory elements (501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508) can deliver, for each pair of elements, different waveforms according to the location (or relative location) within the body, in the case of Figure 5, a section of the colon (500).
  • Self-coordination of the elements in this case is essential to provide functional therapy through coordinated electrical stimulation in a closed circuit.
  • Figure 5 shows two different peristaltic movements and waveforms: during intestinal wall relaxation (511), a first type of stimulus is delivered (521); and during the contraction of the intestinal wall (512), a second different type of stimulus (522) is used to articulate a correct mechanical pattern capable of propelling the bolus in the aboral direction.
  • the contraction / relaxation states of different sections of the organ can be determined by estimating the relative positions of the stimulating elements in the network.
  • Figure 6 illustrates a use scenario where a group of neurostimulatory elements (601, 602, 603, 604, 605, 606), implanted inside the body (600), is powered and controlled by an external unit (607), which supplies energy and instructions to the network and in this example fixed to the body (600), where communications (610) are established between the elements of the network to offer a coordinated stimulation action.
  • an external unit (607) which supplies energy and instructions to the network and in this example fixed to the body (600)
  • communications (610) are established between the elements of the network to offer a coordinated stimulation action.
  • the system may use a portable external drive (708), for example attached to a strap around the waist.
  • the electromagnetic radiation beams (710), ie, the radio frequency waves, generated by the portable external unit (708) surround the area of the body (700) where the neurostimulatory elements (701, 702, 703, 704, 705, 706).
  • the antenna (709) used to transmit electromagnetic energy and data provided by the microprocessor of the portable external unit (708) to the neurostimulatory elements (701, 702, 703, 704, 705, 706) is incorporated. ).
  • Implantable neurostimulators as illustrated in Figure 1, comprise an electronic data processing unit (122, ..., 122 '), preferably implemented in an ASIC that implements the capabilities of microprocessing and memory, and that controls the other subsystems, among them: the group of antennas (121, ..., 121 ') that is used to collect energy, receive information from the external unit, and to report information to the external unit, and the group of electrodes (125 , ..., 125 ') used to stimulate excitable tissue (100) and to communicate with other implants.
  • the group of antennas 121, ..., 121 '
  • the group of electrodes 125 , ..., 125 '
  • the ASIC contains, not only the intelligent electronics, but also the communications electronics through the antennas (121, ..., 121 '), the electronics of the current sources (126, ..., 126'), and any other electronics necessary to perform the neurostimulation function through the electrodes (125, ..., 125 ').
  • implantable neurostimulators comprise a substrate, typically made of some polymer such as polydimethylsiloxane or PDMS, and which contains all the neurostimulator subsystems.
  • FIG 8 illustrates a possible embodiment of a neurostimulatory implant (800) implemented in a support substrate (810) with a circular geometry, for example of the clothing button type that allows a simplified and stable surgical implantation and fixation.
  • the neurostimulator (800) comprises an application-specific integrated circuit (801), four electrodes (802), and four antennas (803) interconnected by connecting tracks (804) on the support substrate (810).
  • FIG. 9 shows a different embodiment with a similar arrangement but with a different antenna geometry.
  • the shape of the substrate button 910 that supports all elements and provides airtight encapsulation is chosen to ensure surgical stability.
  • This implantable neurostimulator (900) comprises four electrodes (902) and four antennas (903) interconnected to the application-specific integrated circuit (901), on the substrate (910) which has four holes (920) for fixing the implantable neurostimulator (900) to the Body.
  • the implantable neurostimulator (1000) consists of three electrodes (1002) and a set of four elongated flat antennas (1003) connected to the application-specific integrated circuit (1001) by means of connection (1004), all arranged on an elongated substrate (1010) that is fixed to the body through suture holes (1020).
  • Different implant geometries can allow for different antenna sizes, which in turn allows energy transfer to be optimized in different frequency bands. It also allows a greater number of electrodes within the same implant or incorporates larger electrodes, thus providing optimized solutions for different implantation sites and specific therapies.
  • the system can use reverse telemetry techniques to exchange information collected by the implants with the external control unit using the radiating elements (antennas).
  • the system described here optionally and additionally can also communicate with a repertoire of sensors implanted within the body to offer a coordinated action.
  • a glucose sensor can report low glucose levels, so that the stimulator acts on the pancreatic innervation to promote insulin secretion.

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Abstract

Sistema de neuroestimulación comprendiendo una unidad externa de control (110) capaz de transferir energía e instrucciones a un grupo de neuroestimuladores (120,..., 120') implantables en un tejido (100) que constituyen una red coordinada de comunicación. La unidad externa (110) comprende un microprocesador (112) al que se conectan dispositivos de interfaz de usuario (111), interfaz de comunicación (113) y transferencia de energía (114). Cada neuroestimulador (120,..., 120') comprende antenas (121,..., 121'), una unidad electrónica de procesamiento de datos (122,..., 122'), una interfaz de comunicación (123,..., 123'), al menos un sensor (124,..., 124'), un grupo de electrodos (125,..., 125') y al menos una fuente de corriente (126,..., 126'). La corriente de cada fuente de corriente (126,..., 126') procedente de los neuroestimuladores (120,..., 120') se entrega al tejido (100), para provocar la activación (o la inhibición, dependiendo de la frecuencia de estimulación) neuronal (o muscular) y además transferir información entre los elementos de la red.

Description

SISTEMA PARA LA NEUROESTIMULACIÓN
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se aplica en la industria dedicada a los dispositivos médicos, y, en concreto, dispositivos médicos para suministrar tratamientos de estimulación eléctrica (electroestimulación) a células de órganos o tejidos.
Más particularmente, la presente invención se refiere a un sistema de neuroestimuladores implantables en un cuerpo para estimular células excitables del cuerpo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La estimulación eléctrica del sistema nervioso se ha utilizado para tratar un amplio repertorio de problemas de la salud. Hasta la fecha se han utilizado neuroestimuladores implantables para tratar una serie de afecciones como son la sordera, la ceguera o la enfermedad de Parkinson. Un ejemplo notable del éxito de estas terapias es el implante coclear, un dispositivo médico que puede restaurar la audición mediante el suministro de corriente eléctrica al oído interno. Otros ejemplos incluyen la estimulación cerebral profunda para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson, o el ojo biónico para la restauración de la visión. Típicamente, estos dispositivos se basan en una unidad implantable en el cuerpo que administra los estímulos eléctricos y una unidad externa al cuerpo que controla el implante.
Un sistema complejo del cuerpo es el tracto gastrointestinal, compuesto por una colección de estructuras anatómicas y órganos cuya función principal es la absorción y el procesamiento de nutrientes. Contiene pocos cientos de millones de neuronas entéricas distribuidas desde la boca hasta el ano, y también está inervado por el sistema nervioso central. En la actualidad, hay un gran número de pacientes que sufren de disfunción intestinal neurogénica (NBD, por sus siglas en inglés). La disfunción intestinal neurogénica es una patología que aparece como consecuencia de un problema en las neuronas, por ejemplo, causado por un compromiso del sistema nervioso central (lesiones de médula, esclerosis lateral amiotrófica, Parkinson, diabetes, ictus, ... ). Esta disfunción es uno de los factores que pueden causar pérdida de función intestinal. Los problemas de motilidad, con distintos grados de severidad (incontinencia fecal o estreñimiento), son comunes también en pacientes que sufren de NBD. La neuromodulación sacral ha mostrado resultados favorables en la restauración de la continencia fecal en pacientes con lesiones de la médula espinal. Sin embargo, en aquellos pacientes que sufren de una neuropatía que afecta a las neuronas intrínsecas y que no disponen de un tratamiento efectivo, la neuroestimulación colónica es una alternativa prometedora a la colectomía o resección del colon. El tratamiento de éstas y otras patologías se beneficiaría de una acción coordinada de neuroestimulación en diferentes ubicaciones del cuerpo de manera adecuada y coordinada. Pero hasta la fecha esto requeriría implantes voluminosos y una cirugía compleja. Si bien la tecnología actual permite implantar neuroestimuladores miniaturizados que pueden recolectar energía de ultrasonido o microondas, hoy en día, estos dispositivos no pueden establecer interacciones para ofrecer una acción coordinada. Por ejemplo, la neuroestimulación distribuida podría usarse para tratar diferentes tipos de dolor, bloqueando la conducción nerviosa, o también para restaurar la movilidad de las extremidades mediante la estimulación coordinada de los músculos agonistas y antagonistas. Sin embargo, estos dispositivos no tienen la capacidad de transferir información como una red de colaboración.
El problema técnico objetivo que se presenta es pues proveer un sistema que permita la interconexión y comunicación entre un grupo de neuroestimuladores implantares para conseguir una acción coordinada en la estimulación de células (órganos y tejidos) en diferentes ubicaciones del cuerpo, siendo capaz además de estimar las posiciones relativas de los neuroestimuladores (lo que es particularmente relevante, por ejemplo, en el caso del tratamiento de pacientes con NBD).
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención sirve para solucionar el problema mencionado anteriormente, mediante el uso de neuroestimuladores multicanal capaces de realizar el suministro coordinado de corriente eléctrica, de forma inalámbrica, en diferentes ubicaciones del cuerpo y monitorizando sus posiciones relativas. La presente invención provee un sistema para proporcionar estimulación neural distribuida, en donde cada elemento (neuro-) estimulador utiliza el cuerpo (humano o animal) como un canal para comunicarse, dentro de un rango de frecuencias de transmisión posibles en un tejido del cuerpo, con los otros elementos neuroestimuladores, formando una red. A través de medidas de los canales de comunicación existentes entre los elementos neuroestimuladores, el sistema permite obtener estimaciones de las posiciones relativas de los elementos en la red y proporcionar así acciones coordinadas entre todos los neuroestimuladores.
La presente invención es de particular relevancia para la estimulación del tracto gastrointestinal, donde una activación coordinada de diferentes secciones del intestino beneficia a los pacientes que sufren un amplio espectro de patologías. Sin embargo, hay un repertorio de aplicaciones para esta invención más allá del digestivo. Por ejemplo, esta invención tiene aplicabilidad en el bloqueo de la conducción nerviosa para el tratamiento del dolor, así como en el campo de la neuroestimulación funcional para restaurar la movilidad de las extremidades, entre otros usos terapéuticos.
La invención propone una disposición en red de elementos neuroestimuladores, estableciéndose canales de comunicación entre ellos que usan los propios estímulos eléctricos que transfiere cada neuroestimulador, a través de electrodos, al tejido (o tejido de un órgano) en el que está implantado. Cada elemento neuroestimulador es inteligente (dispone de una unidad electrónica de procesamiento de datos, implementada por ejemplo en un microcontrolador o en un ASIC) e independiente (con su propio grupo de electrodos y fuentes eléctricas), pero actúa de forma coordinada con otros elementos neuroestimuladores de la red, para brindar una terapia eficaz a un gran número de patologías.
La red de neuroestimuladores implantares puede usar múltiples portadoras de frecuencia para caracterizar los canales de comunicación. La caracterización de los canales de comunicación preferiblemente la realiza la unidad electrónica de procesado provista en cada elemento neuroestimulador, pues al hacerse independientemente por la“inteligencia” del propio neuroestimulador, se permite la ejecución de acciones coordinadas dentro de la propia red de elementos neuroestimuladores. Los canales de comunicación entre cualquier par de elementos neuroestimuladores pueden caracterizarse estimando la capacidad del medio fisiológico para propagar diferentes frecuencias, entregadas como formas de onda de corriente a través de los electrodos. Estas medidas, cuando se combinan con técnicas de triangulación, pueden usarse para estimar las posiciones relativas de los elementos estimuladores dentro de la red, es decir, el cuerpo. Los cambios en la posición relativa de un determinado neuroestimulador pueden estimarse tomando en cuenta las variaciones en las características de los canales de comunicación entre los diferentes elementos de la red, por ejemplo, utilizando técnicas de multiplexión ortogonal por división de frecuencia (OFDM, por sus siglas en inglés).
Un aspecto de la invención se refiere a un sistema para la neuroestimulación que comprende los siguientes componentes:
- Una pluralidad (i.e., un par o más) de neuroestimuladores implantares en un tejido excitable, en un rango de frecuencias de estimulación, mediante energía eléctrica, cada neuroestimulador comprendiendo un grupo de electrodos y al menos una fuente inalámbrica de corriente que transmite, en un rango de frecuencias de transmisión, impulsos eléctricos al tejido a través del grupo de electrodos. Cada neuroestimulador además comprende una unidad electrónica de procesamiento de datos configurada para:
- caracterizar un canal de comunicación establecido entre cada neuroestimulador y al menos un neuroestimulador vecino para transmitir y recibir los impulsos eléctricos, impulsos eléctricos con los que la pluralidad de neuroestimuladores se comunica en red y de forma autocoordinada (i.e., entre los propios elementos de la red) o coordinada por una unidad externa de control del sistema (que se describe a continuación); y
- estimar unas posiciones relativas entre cada par de neuroestimuladores implantados en el tejido usando la caracterización del canal de comunicación entre cada par de neuroestimuladores a diferentes frecuencias dentro del rango de frecuencias de transmisión.
- Al menos una unidad externa de control que comprende:
- un microprocesador,
- un dispositivo de interfaz de comunicación conectado al microprocesador y a una interfaz de comunicación provista en cada neuroestimulador, a través de la que una unidad electrónica de procesamiento de datos de cada neuroestimulador intercambia datos con (el microprocesador de) la unidad externa de control;
- un dispositivo de transferencia de energía que emite un campo electromagnético externo para ser captado por una agrupación de antenas provista en cada neuroestimulador, estando el dispositivo de interfaz de comunicación conectado al dispositivo de transferencia de energía para transferir en el campo electromagnético externo los datos intercambiables con el microprocesador.
Las ventajas de la presente invención frente al estado de la técnica anterior son fundamentalmente:
- El propio estímulo eléctrico de los electrodos se usa para transportar información entre implantes vecinos, lo que reduce el consumo de energía y el calentamiento del tejido circundante. La información se puede codificar utilizando técnicas de modulación de fase, modulación de frecuencia o modulación de amplitud, entre otras, pues las formas de onda de estimulación también pueden ser arbitrarias y, por lo tanto, no están limitadas a pulsos de corriente constante.
- En caso de fallo de uno de los elementos neuroestimuladores, el sistema puede adaptarse y continuar ofreciendo una terapia efectiva, convirtiéndose así en un sistema robusto, fiable y tolerante a fallos.
- El sistema permite la neuroestimulación en bucle cerrado.
- La comunicación entre los elementos de red puede ser coordinada no sólo por la unidad externa sino que también los propios elementos neuroestimuladores pueden auto-coordinarse entre sí. Es decir, los implantes neuroestimuladores utilizando los propios estímulos para intercambiar información pueden adaptar su estrategia de estimulación, sin necesidad de intervención de la unidad externa más que para proporcionarles la energía suficiente. Esta auto-coordinación reduce el gasto de energía y acelera la respuesta del sistema global.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
FIGURA 1.- Muestra un diagrama de bloques de un sistema para la neuroestimulación, según una realización preferente de la invención.
FIGURA 2.- Muestra tres ejemplos de pulsos de estimulación eléctrica usados por los neuroestimuladores del sistema para la neuroestimulación y para la comunicación.
FIGURA 3.- Muestra un escenario de comunicación entre dos elementos neuroestimuladores del sistema, según una posible realización de la invención.
FIGURA 4 Muestra un ejemplo de neuroestimuladores del sistema implantados en el estómago y el cambio de sus posiciones relativas en el tiempo por una contracción peristáltica, según un posible escenario de uso de la invención.
FIGURA 5.- Muestra una red de neuroestimuladores del sistema entregando diferentes formas de onda según la ubicación dentro del colon, según otro posible escenario de uso de la invención.
FIGURA 6.- Muestra un ejemplo de aplicación de un grupo de neuroestimuladores capaces de establecer una comunicación de red inalámbrica dentro del cuerpo así como con una unidad externa ubicada junto al cuerpo, según otro posible escenario de uso de la invención.
FIGURA 7.- Muestra un ejemplo de aplicación de un grupo de neuroestimuladores capaces de establecer una comunicación de red inalámbrica dentro del cuerpo así como con una unidad externa portátil, según otro posible escenario de uso de la invención.
FIGURA 8.- Muestra un elemento neuroestimulador implantable miniaturizado, según una posible realización de la invención.
FIGURA 9.- Muestra un elemento neuroestimulador implantable miniaturizado, según otra posible realización de la invención.
FIGURA 10.- Muestra un elemento neuroestimulador implantable miniaturizado, según otra posible realización de la invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La Figura 1 muestra la arquitectura de bloques de un sistema de neuroestimulación que comprende al menos una unidad externa de control (1 10) capaz de transferir energía e instrucciones a un grupo de implantes, que son elementos de estimulación eléctrica de células nerviosas o neuroestimuladores (120,..., 120’), implantares en un tejido (100) excitable mediante energía eléctrica y que constituyen elementos de una red junto con la unidad externa de control (110).
La unidad externa (110) comprende:
- al menos un dispositivo de interfaz de usuario (11 1), por ejemplo, una pantalla;
- un dispositivo de interfaz de comunicación (1 13);
- un dispositivo de transferencia inalámbrica de energía (114); y
- un microprocesador (1 12) al que se conectan los anteriormente mencionados dispositivos: de interfaz de usuario (1 11), interfaz de comunicación (1 13) y transferencia de energía (1 14).
Así, el microprocesador (1 12) muestra información al usuario a través del dispositivo de interfaz de usuario (1 11), típicamente una pantalla, y además proporciona energía a los neuroestimuladores (120,..., 120’) a través del dispositivo de transferencia de energía (1 14), generalmente utilizando un campo electromagnético de alta frecuencia, campo electromagnético que a su vez usa el microprocesador (112) para intercambiar información con los neuroestimuladores (120,..., 120’).
Cada dispositivo neuroestimulador (120,..., 120’) comprende un conjunto o una matriz/agrupación de antenas (121 ,..., 121’), una unidad electrónica de procesamiento de datos (122,..., 122’), una interfaz de comunicación (123,..., 123’), un sistema de detección o sensado con al menos un sensor (124,..., 124’), un grupo de electrodos (125,..., 125’) y al menos una fuente de corriente (126,..., 126’). La corriente de cada fuente de corriente (126,..., 126’) procedente de los implantes neuroestimuladores (120,..., 120’) se entrega al tejido (100) excitable, para provocar la activación (o la inhibición, dependiendo de la frecuencia de estimulación) neuronal (o muscular) y además transferir información entre los elementos de la red, i.e., entre las unidades electrónicas de procesamiento de datos (122,..., 122’) de los implantes. La matriz de antenas (121 ,..., 121’) se utiliza para recolectar energía de un campo electromagnético externo y trasferir datos al microprocesador (1 12) de la unidad externa (110) usando telemetría inversa. Y el grupo de fuentes de corriente (126,..., 126’), conectadas al grupo de electrodos (125,..., 125’), se utiliza para inyectar una cantidad controlada de carga al tejido (100) a través de dicho grupo de electrodos (125,..., 125’).
La unidad electrónica de procesamiento de datos (122,..., 122’), encargada de realizar la toma de decisiones, es la parte ‘inteligente’ de cada elemento neuroestimulador (120,..., 120’), y puede implementarse en un microcontrolador, un microprocesador, una matriz de puertas programables o FPGA (del inglés, Field- Programmable Gate Array), en un dispositivo lógico programable complejo o CPLD (del inglés, Complex Programmable Logic Device), un sistema programable PSoC (del inglés, Programmable System-on-Chip), o bien, un circuito Integrado para aplicaciones específicas o ASIC (del inglés, Application-Specific Integrated Circuit). Es decir, la unidad electrónica de procesamiento de datos del implante puede ser cualquier circuito digital, analógico o de señal mixta que implementa la‘inteligencia’ (en el sentido de“toma de decisiones”) del dispositivo.
En una posible realización, cada implante neuroestimulador (120,..., 120’) incluye al menos un sensor (124,..., 124’), por ejemplo, para medir la presión utilizando tecnología MEMS o Sistemas Micro-Electro-Mecánicos y para detectar el campo eléctrico a través del grupo de electrodos (125,..., 125’). En otras posibles realizaciones, el sistema de detección puede medir otras variables, tales como niveles de glucosa, niveles hormonales, señales eléctricas, impedancia, etc.
Las comunicaciones entre los implantes neuroestimuladores (120,..., 120’) se pueden realizar utilizando los impulsos de estimulación generados durante la estimulación eléctrica. La información puede codificarse modificando la amplitud de los impulsos de estimulación, como en el ejemplo de la Figura 2, que muestra un ejemplo de pulso de estimulación bifásica no modulada (201), un pulso de estimulación bifásica con modulación de amplitud (202) y modulación de frecuencia (203).
Los datos digitales también se pueden codificar, por ejemplo, utilizando la técnica OFDM. Al usar una cantidad de tonos para codificar la información, también es posible caracterizar el canal de comunicación, no solo a través de las señales integradas dentro del propio estímulo, sino también enviando un repertorio de tonos fuera del rango de las frecuencias de estimulación. A su vez, estos tonos pueden llevar información adicional útil para entregar acciones coordinadas distribuidas.
Para la caracterización del canal de comunicación, es preferible utilizar rangos de entre pocos kHz hasta 100kHz. Sin embargo, también es posible realizar comunicaciones, con otras prestaciones, en el rango 100kHz - 100MHz. Por consiguiente, las frecuencias de las portadoras de datos pueden ir desde varios Hercios, 10Hz - 100Hz, hasta los 100MHz. Si bien, en los rangos de hasta 1 kHz puede producirse activación de neuronas o de células musculares, y en torno a 10kHz puede aparecer bloqueo de la transmisión nerviosa.
Por tanto, los estimuladores pueden coordinarse tanto para excitar tejido, como para bloquear la transmisión usando frecuencias próximas a los 10kHz. Una aplicación de la neurostimulación puede ser precisamente bloquear la propagación de los potenciales de acción. Por ejemplo, si se desea generar un estímulo en una zona, pero no interesa que se propague a otra zona vecina, los neuroestimuladores más cercanos a esta última zona pueden generar señales que bloqueen la transmisión nerviosa. Esto puede ser de gran utilidad en el tracto digestivo, donde un estímulo puede provocar la propagación de una onda peristáltica en dirección oral y aboral al mismo tiempo. En este caso, el electrodo vecino puede estimular en frecuencias que permitan el bloqueo en la dirección oral y así se facilitar la correcta propulsión del bolo fecal. Otra posible aplicación es usar los estimuladores para casos en los que la terapia consista en hacer un bloqueo o desbloqueo coordinado de la transmisión nerviosa, por ejemplo, para tratar enfermedades en las que el problema radique en que las neuronas se activen cuando no sea necesario.
La información es transmitida por medio de un grupo de electrodos (125,..., 125’) como se representa en el esquema de la Figura 3. Una primera fuente de corriente (301) es capaz de codificar un mensaje binario (300) dentro de la forma de onda del estímulo eléctrico usado, una segunda fuente de corriente (302) genera la forma de onda del estímulo principal, y al menos un primer par de electrodos (303) de un implante neuroestimulador, utilizados para suministrar corriente eléctrica al tejido (100) excitable, transmite además en dicha forma de onda la información en forma de mensajes binarios. La información viaja (310) de esta forma por el tejido (100) en una señal electromagnética que llega a un segundo par de electrodos distantes (304) pertenecientes a un neuroestimulador implantable vecino, los cuales pasan la señal eléctrica recibida a un subsistema de acondicionamiento de señal (305) utilizado para detectar el campo eléctrico en dicho segundo par de electrodos (304). A través de un demodulador (306) el implante neuroestimulador vecino extrae el mensaje binario (300) de la información transferida desde el primer implante neuroestimulador. En otra posible realización, puede usarse una fuente de corriente dependiente de tensión para hacer la modulación.
Por lo tanto, los electrodos (125,..., 125’) pueden actuar tanto como interfaz de estimulación eléctrica con el tejido (100) excitable, así como interfaz para transmitir y recibir información procedente de electrodos vecinos.
Las posiciones relativas de cualquiera de estos elementos electrodos (125,..., 125’) implantados en un cuerpo pueden estimarse a diferentes niveles de precisión al caracterizar el canal de comunicación entre electrodos a diferentes frecuencias. Esto permite rastrear los movimientos de los implantes neuroestimuladores (120,..., 120’) causados, por ejemplo, por el desplazamiento de los órganos del cuerpo durante el desarrollo de su función. Determinar los cambios en las posiciones relativas de los implantes es de particular interés, por ejemplo, en el caso del intestino, donde se requieren contracciones peristálticas para un manejo apropiado del contenido luminal.
La Figura 4 muestra un ejemplo de cómo cambia la posición relativa entre los neuroestimuladores (401 , 402, 403, 404, 405) implantados en un estómago (400), ilustrando dos observaciones del estómago, en un primer instante de tiempo (t1) y en un segundo instante de tiempo (t2), durante los que ocurre una contracción de la pared del estómago producida por un movimiento peristáltico (410). Las características para cada canal de comunicación (411ti , 412n , 413n , 414ti , 41 1t2,412t2, 413t2, 414t2) entre cada pareja de estimuladores, medidas respectivamente en cada instante de tiempo (t1 , t2), indican sus cambios en las posiciones relativas. Debe observarse que este sistema puede proporcionar estimulación en bucle cerrado realimentando el sistema con el movimiento registrado, donde la posición, la velocidad y la orientación pueden utilizarse para alterar el tipo de estímulo que se administra sin la necesidad de una intervención externa.
En otras palabras, la naturaleza (fuerza, frecuencia, fase, etc.) del estímulo usado se puede modular localmente de acuerdo con la posición espacial del propio elemento estimulador y de la de otros elementos estimuladores de la red, como se muestra en el esquema de la Figura 5. La red de elementos neuroestimuladores (501 , 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508) puede entregar, por cada par de elementos, diferentes formas de onda según la ubicación (o ubicación relativa) dentro del cuerpo, en el caso de la Figura 5, una sección del colon (500). La auto-coordinación de los elementos en este caso es esencial para proporcionar una terapia funcional a través de la estimulación eléctrica coordinada en circuito cerrado. La Figura 5 muestra dos movimientos peristálticos diferentes y formas de onda: durante la relajación de la pared intestinal (511), se administra un primer tipo de estímulo (521); y durante la contracción de la pared intestinal (512), se utiliza un segundo tipo de estímulo (522) diferente, para articular un patrón mecánico correcto capaz de impulsar el bolo en dirección aboral. Los estados de contracción/relajación de diferentes secciones del órgano pueden determinarse estimando las posiciones relativas de los elementos estimuladores en la red.
La Figura 6 ilustra un escenario de uso donde un grupo de elementos neuroestimuladores (601 , 602, 603, 604, 605, 606), implantados dentro del cuerpo (600), es alimentado y controlado por una unidad externa (607), que suministra energía e instrucciones a la red y en este ejemplo fijada al cuerpo (600), donde se establecen comunicaciones (610) entre los elementos de la red para ofrecer una acción de estimulación coordinada.
En una realización diferente, como se ilustra en la Figura 7, el sistema puede usar una unidad externa portátil (708), por ejemplo incorporada a una correa alrededor de la cintura. Los haces de radiación electromagnética (710), i.e., las ondas de radiofrecuencia, generados por la unidad externa portátil (708) rodean la zona del cuerpo (700) donde están implantados los elementos neuroestimuladores (701 , 702, 703, 704, 705, 706). En un dispositivo externo al cuerpo tipo cinturón se incorpora la antena (709) utilizada para transmitir á los elementos neuroestimuladores (701 , 702, 703, 704, 705, 706) energía electromagnética y datos proporcionados por el microprocesador de la unidad externa portátil (708).
Los neuroestimuladores implantables, como se ilustraba en la Figura 1 , comprenden una unidad electrónica de procesamiento de datos (122,..., 122’), preferentemente implementada en un ASIC que implementa las capacidades de microprocesamiento y memoria, y que controla a los otros subsistemas, entre ellos: el grupo de antenas (121 ,..., 121’) que se utiliza para recolectar energía, recibir información de la unidad externa, y para reportar información a la unidad externa, y el grupo de electrodos (125,..., 125’) utilizados para estimular el tejido (100) excitable y para comunicarse con otros implantes. El ASIC contiene, no sólo la electrónica inteligente, sino también la electrónica de comunicaciones a través de las antenas (121 ,..., 121’), la electrónica de las fuentes de corriente (126,..., 126’), y cualquier otra electrónica necesaria para realizar la función propia de neuroestimulación a través de los electrodos (125,..., 125’). Además, los neuroestimuladores implantables comprenden un sustrato, típicamente hecho de algún polímero como el polidimetilsiloxano o PDMS, y que contiene a todos los subsistemas del neuroestimulador.
La Figura 8 ilustra una posible realización de un implante neuroestimulador (800) implementado en un sustrato de soporte (810) con una geometría circular, por ejemplo del tipo de botón de ropa que permite una implantación y fijación quirúrgica simplificada y estable. El neuroestimulador (800) comprende un circuito integrado de aplicación específica (801), cuatro electrodos (802) y cuatro antenas (803) interconectadas por pistas de conexión (804) en el sustrato de soporte (810).
La Figura 9 muestra una realización diferente con una disposición similar pero con una geometría de antena diferente. Nuevamente, la forma del botón del sustrato (910) que soporta todos los elementos y proporciona una encapsulación hermética es elegida para garantizar estabilidad quirúrgica. Este neuroestimulador implantable (900) comprende cuatro electrodos (902) y cuatro antenas (903) interconectadas al circuito integrado de aplicación específica (901), en el sustrato (910) que dispone de cuatro orificios (920) para la fijación del neuroestimulador implantable (900) al cuerpo.
En otra posible realización, ilustrada en la Figura 10, el neuroestimulador implantable (1000) consta de tres electrodos (1002) y un conjunto de cuatro antenas (1003) planas con forma alargada conectadas al circuito integrado de aplicación específica (1001) mediante pistas de conexión (1004), todo dispuesto en un sustrato (1010) de forma alargada que se fija al cuerpo a través de orificios de sutura (1020).
Las diferentes geometrías del implante pueden permitir diferentes tamaños de antena, lo que a su vez permite optimizar la transferencia de energía en diferentes bandas de frecuencia. También permite un mayor número de electrodos dentro del mismo implante o incorporar electrodos de mayor tamaño, proporcionando así soluciones optimizadas para diferentes lugares de implantación y terapias específicas.
El sistema puede utilizar técnicas de telemetría inversa para intercambiar información recogida por los implantes con la unidad de control externa utilizando los elementos radiantes (antenas).
El sistema aquí descrito opcional y adicionalmente también puede comunicarse con un repertorio de sensores implantados dentro del cuerpo para ofrecer una acción coordinada. Por ejemplo, un sensor de glucosa puede reportar niveles bajos de glucosa, de modo que el estimulador actúe sobre la inervación pancreática para promover la secreción de insulina.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de neuroestimulación que comprende:
- una pluralidad de neuroestimuladores (120,..., 120’), implantares en un tejido (100) excitable en un rango de frecuencias de estimulación mediante energía eléctrica, cada neuroestimulador (120,..., 120’) comprendiendo un grupo de electrodos (125,..., 125’) y al menos una fuente inalámbrica de corriente (126,..., 126’) que transmite impulsos eléctricos al tejido (100) a través del grupo de electrodos (125,..., 125’) en un rango de frecuencias de transmisión;
caracterizado por que
cada neuroestimulador (120,..., 120’) además comprende una unidad electrónica de procesamiento de datos (122,..., 122’) configurada para:
- caracterizar un canal de comunicación establecido entre cada neuroestimulador (120,..., 120’) y al menos un neuroestimulador vecino para transmitir y recibir los impulsos eléctricos, impulsos eléctricos con los que la pluralidad de neuroestimuladores (120,..., 120’) se comunica en red, la red coordinada por las unidades electrónicas de procesamiento de datos (122,..., 122’) de la pluralidad de neuroestimuladores (120,..., 120’) o por uña unidad externa de control (110); y
- estimar unas posiciones relativas entre cada par de neuroestimuladores (120,..., 120’) implantados en el tejido (100) usando la caracterización del canal de comunicación entre cada par de neuroestimuladores (120,..., 120’) a diferentes frecuencias dentro del rango de frecuencias de transmisión el sistema además comprende la unidad externa de control (110) que, a su vez, comprende:
- un microprocesador (112),
- un dispositivo de interfaz de comunicación (113) conectado al microprocesador (112) y a una interfaz de comunicación (123,..., 123’) provista en cada neuroestimulador (120,..., 120’) a través de la que una unidad electrónica de procesamiento de datos (122,..., 122’) de cada neuroestimulador (120,..., 120’) intercambia datos con el microprocesador (112) de la unidad externa de control (110);
- un dispositivo de transferencia de energía (114) que emite un campo electromagnético externo para ser captado por una agrupación de antenas (121 ,..., 121’) provista en cada neuroestimulador (120,..., 120’), estando el dispositivo de interfaz de comunicación (113) conectado al dispositivo de transferencia de energía (114) para transferir en el campo electromagnético externo los datos intercambiables con el microprocesador (112).
2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado por que la, al menos una, fuente de corriente (126,..., 126’) del grupo de electrodos (125,..., 125’) está configurada para generar los impulsos eléctricos conteniendo los datos intercambiables con el microprocesador (112) a transmitir al tejido (100) a través del del grupo de electrodos (125,..., 125’).
3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que los neuroestimuladores (120,..., 120’) además comprenden un subsistema de acondicionamiento de señal (305) para recibir los impulsos eléctricos transmitidos al tejido (100) por el grupo de electrodos (125,..., 125’) de neuroestimuladores vecinos.
4. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-3, caracterizado por que el impulso eléctrico que contiene los datos se transmite dentro del rango de frecuencias de estimulación.
5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el impulso eléctrico es un pulso de estimulación bifásica no modulada (201), un pulso de estimulación bifásica con modulación de amplitud (202) o un pulso de estimulación con modulación de frecuencia (203).
6. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-3, caracterizado por que el impulso eléctrico que contiene los datos se transmite fuera del rango de frecuencias de estimulación.
7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que el impulso eléctrico se transmite usando multiplexión ortogonal por división de frecuencia, OFDM.
8. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos uno de la pluralidad de neuroestimuladores (120,..., 120’) comprende al menos un sensor (124,..., 124’).
9. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la, al menos una, unidad externa de control (110) comprende al menos un dispositivo de interfaz de usuario (111) para entregar los datos a un usuario del sistema.
10. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la, al menos una, unidad externa de control (110) es una unidad externa portátil (708), portable por un usuario del sistema que tiene los neuroestimuladores (120,..., 120’) implantados como elementos neuroestimuladores (701 , 702, 703, 704, 705, 706) en comunicación con la unidad externa portátil (708).
11. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un neuroestimulador (800) de la pluralidad de neuroestimuladores (120,..., 120’) comprende un sustrato de soporte (810) con una geometría circular, un circuito integrado de aplicación específica (801), dos o más electrodos (802) y una o más antenas (803) interconectadas por pistas de conexión (804) en el sustrato de soporte (810).
12. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un neuroestimulador (900) de la pluralidad de neuroestimuladores (120,..., 120’) comprende un sustrato con forma de botón (910) con uno o más orificios (920) para la fijación al tejido (100), dos o más electrodos (902) y una o más antenas (903) interconectadas a un circuito integrado de aplicación específica (901).
13. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un neuroestimulador (1000) de la pluralidad de neuroestimuladores (120,..., 120’) comprende un sustrato (1010) de forma alargada que se fija al cuerpo a través de orificios de sutura (1020), dos o más electrodos (1002) y un conjunto de una o más antenas (1003) planas conectadas a un circuito integrado de aplicación específica (1001) mediantes pistas de conexión (1004).
14. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la unidad electrónica de procesamiento de datos (122,..., 122’) está implementada un circuito integrado de aplicación específica, ASIC; o en un microcontrolador; o en un microprocesador; o en una matriz de puertas programables, FPGA; o en un dispositivo lógico programable complejo, CPLD; o en un sistema programable PSoC.
15. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los impulsos eléctricos se transmiten en una frecuencia seleccionada para activar o para inhibir células nerviosas o musculares del tejido (100).
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