WO2008089726A1 - Implant for stimulating nerve cells - Google Patents

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WO2008089726A1
WO2008089726A1 PCT/DE2008/000071 DE2008000071W WO2008089726A1 WO 2008089726 A1 WO2008089726 A1 WO 2008089726A1 DE 2008000071 W DE2008000071 W DE 2008000071W WO 2008089726 A1 WO2008089726 A1 WO 2008089726A1
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implant
stimulation
unit
signals
pulse trains
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PCT/DE2008/000071
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Peter Tass
Walter DÖLL
Urban Schnell
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Forschungszentrum Jülich GmbH
Anm Adaptive Neuromodulation Gmbh
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Publication date
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    • A61N1/3606Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system adapted for a particular treatment
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    • A61N1/378Electrical supply
    • A61N1/3787Electrical supply from an external energy source

Definitions

  • the invention relates to an implant for stimulating nerve cells. Furthermore, the invention relates to an implantation comprehensive stimulation system and a method for stimulation of nerve cells.
  • electrodes are implanted in the nervous system, especially in the brain.
  • Conventional stimulation systems apply stimulation signals via the electrodes, for example permanently or on demand.
  • permanent stimulation there is usually no measurement of signals which are derived from the nervous system.
  • measurement signals are recorded via electrodes implanted in the nervous system, which enable a detection of morbid events and their detection triggers a stimulation.
  • the goal of both permanent and on-demand stimulation is to suppress morbid symptoms permanently or when they occur.
  • an implant comprises a receiving unit, a generator unit and a stimulation unit.
  • the receiving unit wirelessly receives control signals, based on which the generator unit generates stimulation signals.
  • the stimulation signals are used by the stimulation unit to stimulate nerve cells.
  • the implant may be part of a stimulation system according to another aspect of the invention.
  • the stimulation system Further comprises a control device with a further generator unit for generating the control signals and a transmitting unit for wireless transmission of the control signals, which are then received by the receiving unit of the implant.
  • the implant of the stimulation system may have the embodiments that are mentioned in the dependent claims to claim 1.
  • Another aspect of the invention relates to a method in which control signals are generated, transmitted and received wirelessly. Based on the received control signals, stimulation signals are generated with which nerve cells are stimulated.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an implant 10 as an embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a stimulation system 20 as a further embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a stimulation system 40 as a further embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a schematic representation of a stimulation system 70 as a further embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a stimulation and measuring electrode 100
  • Fig. 6 is a schematic illustration of a pulse train 110; 7 shows a schematic representation of sequences 120 and 121 of pulse trains;
  • Fig. 8 is a schematic representation of a circuit
  • Fig. 9 is a schematic representation of a circuit 150 of an implant as a further embodiment of the invention.
  • an implant 10 is shown schematically as an embodiment of the invention.
  • the implant 10 has a receiving unit 11, a generator unit 12 and a
  • the receiving unit 11 wirelessly receives control signals.
  • the control unit supplies the generator unit 12, which generates stimulation signals on the basis of the control signals.
  • the stimulation signals are used by the stimulation unit 13 for the stimulation of nerve cells, in particular of brain cells.
  • FIG. 2 schematically shows a stimulation system 20 as a further exemplary embodiment of the invention.
  • the stimulation system 20 comprises a control device 30 in addition to the implant 10 described above.
  • the control device 30 comprises a generator unit 31 for generating control signals and a transmitter unit 32 which transmits the control signals generated by the generator unit 32 wirelessly.
  • the transmitted control signals are received by the receiving unit 11 and further processed as explained above.
  • FIG. 3 schematically shows a stimulation system 40, which represents a development of the stimulation system 20 shown in FIG.
  • Both the implant 50 and the Control device 60 includes a transmitting and receiving unit 51 and 62, respectively, which allow bidirectional data exchange between the implant 50 and the control device 60.
  • a measuring unit is also integrated, which receives measurement signals from nerve cell associations, for example their neuronal activity. The measurement signals are transmitted wirelessly from the transmitting and receiving unit 51 to the transmitting and receiving unit 62 and then further processed in the generator unit 61.
  • a stimulation system 70 is shown during its intended operation.
  • an implant 80 has been implanted in the head of a patient.
  • the implant 80 consists of a coil 81 as a transmitting and receiving unit, a generator unit 82 and an electrode 83 as a stimulation and measuring unit, which has been implanted in the brain.
  • a control device 90 has not been implanted in the patient and, like a hearing aid, is removably mounted behind the patient's ear ("behind the ear" BTE) .
  • the control device 90 includes a generator unit 91 and a coil 92 configured as a transmitting and receiving unit.
  • the coil 81 is typically implanted so as to be directly under the patient's skin, and the coil 92 is brought into proximity to the coil 81 from outside or directly applied to the coil 81. In the latter case, there is between the two coils 81 and only the skin of the patient
  • the two coils 81 and 92 act as a transformer by which high frequency signals and electrical power are transmitted by induction.
  • the implant 80 typically does not include a replaceable battery to prevent frequent patient surgeries to replace the battery. Instead, the implant Did 80 an energy storage unit, for example in the form of a high-capacity charging capacitor or a rechargeable battery included.
  • the accumulator relies on it being charged at regular intervals. The energy required for this purpose is supplied to the accumulator from the outside by wirelessly transmitting energy to the coil 81 from the coil 92 by means of induction. Batteries have a better volume-to-power ratio and are currently favored by accumulators in BTEs.
  • the control device 90 can be connected to a monitoring system to which the measurement signals recorded by the electrode 83 are transmitted telemetrically.
  • a doctor can follow the success of the stimulation and the course of the disease on the basis of the measured neural activity and its reaction to stimulation.
  • the monitoring of the neuronal activity also allows the modification of the stimulation parameters as a function of the measured neural activity.
  • the stimulation system 70 shown in FIG. 4 has an electrode 83 for stimulating and measuring neuronal activity.
  • more than one electrode may be provided, the electrodes being implanted in the brain at different sites.
  • a possible construction of such a stimulation and measuring electrode 100 is shown in FIG.
  • the electrode 100 consists of an insulated electrode shaft 101 and at least one, for example, more than three or more than ten StimulationsWallet- surfaces 102, which have been introduced into the electrode shaft 101.
  • the stimulation pads 102 are made of an electrically conductive material, such as a metal, and are in direct electrical contact with the nerve tissue after implantation.
  • Each of the stimulation contact surfaces 102 can be activated via its own supply line 103, or the recorded measurement signals can be dissipated via the supply lines 103.
  • the electrode 100 has a reference electrode 104, the surface of which is typically larger than that of the stimulation contact surfaces 102.
  • the reference electrode 104 is used in the stimulation of the nerve tissue to generate a reference potential.
  • one of the stimulation pads 102 may be used for this purpose.
  • the devices presented here have been developed to treat neurological and psychiatric disorders by stimulation with electrical signals.
  • neurological or psychiatric disorders such as Parkinson's disease, essential tremor, dystonia, epilepsy, tremor as a result of multiple sclerosis and other pathological tremors, depression, obsessive-compulsive disorder, Tourette syndrome, post-stroke or tinnitus dysfunction
  • nerve cell aggregates in circumscribed areas of the brain e.g. Thalamus and basal ganglia, morbidly active, for example, excessive sync.
  • a large number of neurons sync action potentials that is, the involved neurons fire excessively synchronously.
  • the neurons in these brain areas fire qualitatively differently, e.g. in an uncorrelated way.
  • the implants and stimulation systems described here are not concerned with suppressing symptoms through permanent or on-demand stimulation of the brain cells. Rather, temporary stimulation (eg over one to six or even up to twelve hours) with suitable types of stimulation transforms the nerve cell groups so that they tend to unlearn long-term or even permanently in the course of treatment the propensity to generate pathological activity.
  • the implants and stimulation systems described here cause long-lasting therapeutic effects even after a comparatively short time, even in severely affected Parsons patients with pronounced akmosis or pronounced on-off fluctuations, in which the standard high-frequency stimulation must also be applied permanently at night Stimulation during, for example, a few hours during the day.
  • the therapeutic effects then continue for several days or even longer, with an accumulating effect of the therapeutic effect occurring during the treatment, so that the length of the required stimulation intervals can be even further reduced.
  • Another advantage of the invention is that it is possible to dispense with demand-controlled stimulation.
  • on-demand stimulation one or more types of pathological events are detected in the derived measurement signals. Once such events are detected, the stimulator applies stimuli which are either stereotyped or adapted to the particular type of event or its severity.
  • This essentially requires that the detection of pathological events works. In fact, the detection of pathological events is sometimes difficult. Even more difficult or, for example in the case of epilepsy, even currently impossible to predict the occurrence of pathological events. The latter would allow the stimulator to stimulate with a certain lead time and thus possibly more efficiently.
  • Adverse reactions may also occur in the case of demand-controlled stimulation, especially if, for example, stimulation is too frequent as a result of inadequate detection (too high a rate of false-positive events).
  • implants described here are their comparatively small size, which is due to the fact that they are semi-implants in which a
  • Part of the device, namely the control device is not implanted.
  • a smaller implant causes a smaller risk of infection and is less disturbing to the patient optically (cosmetically) and / or with regard to self-perception. Smaller implants also pose a lower risk of injury in the event of a fall or accident.
  • the stimulation electrodes can be laid along the rigid skull surface, i. they do not go through the moving one
  • a disadvantage usually associated with semi-implantable stimulation systems is overcome by the long-lasting therapeutic effects of the implants according to the invention. Since the devices according to the invention need not be worn at night due to their good stimulation effect, there can be no dislocations of the antenna during the night.
  • Nerve associations surprisingly the tendency to manifest the pathological activity. Pathologically strong synaptic connections are diminished, and physiological (healthy) patterns of the synaptic connection of the neurons are formed again.
  • this long-lasting effect also occurs when the stimulation is not directly effective. That under stimulation the symptoms do not necessarily disappear immediately; rather, they sound like e.g. Half an hour of stimulation slowly and increasingly from and then remain even after switching off the stimulator for a long time or even permanently away.
  • stimulation techniques must be used which cause the stimulated nerve cell assemblies to stop firing simultaneously (ie generate action potentials or bursts).
  • stimuli are applied to the brain tissue via the stimulation contact surfaces in the manner described below.
  • short pulse trains consist of 1 to 20, preferably 2 to 10, electrical charge balanced single pulses.
  • such a pulse train 110 which consists of three individual pulses 111, shown in Fig. 6.
  • the individual pulses 111 are repeated at a frequency f above 100 Hz.
  • the individual pulses 111 are current pulses which originate from an initial one
  • Pulse portion 112 and an adjoining, flowing in the opposite direction pulse component 113 composed.
  • the duration 114 of the pulse component 112 is in the range between 40 ⁇ s and 400 ⁇ s, in particular in the range between 60 ⁇ s and 120 ⁇ s and in particular between 60 ⁇ s and 100 ⁇ s.
  • the amplitude 115 of the pulse portion 112 is in the range between 0 mA and 10 mA, in particular between 2 inA and 5 mA.
  • the amplitude of the pulse component 113 is less than the amplitude 115 of the pulse component 112. For this, the duration of the pulse component 113 is longer than that of the pulse component 112.
  • 113 are ideally dimensioned such that the charge transferred through them is the same for both pulse components, i. the areas hatched in FIG. 6 are the same size. As a result, by a single pulse 111 as much charge is introduced into the brain tissue, as is taken from the brain tissue.
  • the rectangular shape of the individual pulses 111 shown in FIG. 6 represents an ideal shape. Depending on the quality of the electronics generating the individual pulses 111, the ideal rectangular shape is deviated from.
  • the pulse trains are applied via the individual stimulation contact surfaces in such a way that the time difference between successive irritations (at different contact points) within a sequence of irritations is as large as possible, and in particular irritations at different points of contact. be avoided. This can be realized in the following ways:
  • Pulse train be irritated; So it is at least one contact point recessed.
  • a redundant sequence is understood as a sequence of irritations with pulse trains, in which at least one contact point is stimulated at least twice (but not one behind the other) within a sequence.
  • a sequence of pulse trains may in the simplest case be administered periodically, e.g. with a frequency in the range of the pathological frequency, with which the neurons fire synchronously in certain areas of the brain, or in the range of an integer multiple of the pathological frequency.
  • the sequence can be clocked so that the sequence of irritations by means of pulse trains over time covers a mean period of the pathological activity.
  • the order of activation of the individual contact points should be varied from one sequence to the next in order to achieve as pronounced an effect as possible. In Fig. 7 this is exemplified. For ten stimulation contact areas, between times ti and tio a first
  • Sequence 120 the order of the stimulation pads 5- 1-10-8-6-2-9-4-3-7 selected and in a second sequence 121, the order 2-6-5-7-10-4-1-3- 9-8. For example, between two sequences, pauses of the length of one or up to 10 sequences can be maintained.
  • Each of the sequences of pulse trains can be applied, for example, during the mean period of the pathological frequency f PF , ie successive pulse train sequences are applied at a frequency in the range of the pathological frequency f PF . If N contact surfaces are controlled within a pulse train sequence, pulse sequences which follow each other directly in time are applied at a frequency in the range of N * f PF .
  • the pathological frequency f PF can be selected.
  • the pathological frequency in Parkinson's disease is about 5 Hz (or in the range of 4.5 Hz to 5.5 Hz).
  • the pathological frequency f PF is in the range of 10 Hz to 30 Hz.
  • complete, incomplete, and redundant sequences each with varying order of stimulation pads, can be administered.
  • pauses can be interposed during the consecutive administration of complete, incomplete and redundant sequences, each with a varying order of the stimulation contact surfaces, the durations of which amount to an integer multiple, but not more than ten times the duration of a sequence.
  • pulse trains with a frequency f greater than 50 Hz and preferably greater than 100 Hz are permanently applied via a subset of the stimulation contact surfaces.
  • FIGS. 8 and 9 show two circuits 130 and 150 as possible implementations of the implant according to the invention.
  • the circuit 130 shown in Fig. 8 is designed as a pure receiving system.
  • the input of the circuit 130 forms a coil 131, in the vicinity of which the coil of the control device located outside the body is located during the operation of the implant.
  • the two coils act as a transformer, by means of which high-frequency signals and electrical power are transmitted from the control device to the coil 131 by induction.
  • the coil 131 can optionally be followed by a step-up transformer 132.
  • the power absorbed by the coil 131 is supplied via an acting as a rectifier diode 133 of an energy storage unit 134 and stored there.
  • the energy storage unit 134 can be realized, for example, as a charging capacitor with a high capacity or as a rechargeable Akkumu ⁇ lator.
  • the voltage provided by the energy storage unit 134 is tapped by a voltage control circuit 135, which regulates this unregulated voltage to a supply voltage value required for the operation of the circuit 130.
  • an integrated circuit 136 is operated with the supply voltage, into which - as can be seen from FIG. 8 - a large part of the components of the circuit 130 is integrated.
  • the devices could be distributed to multiple integrated circuits.
  • the high frequency signals received by the coil 131 containing the transmitted information are further processed by devices on the integrated circuit 136.
  • the output of the warm-up transformer 132 is connected via a coupling capacitor 137 to an input of a demodulator 138.
  • the demodulator 138 is for retrieving the information previously modulated in the controller to a carrier frequency.
  • the information-carrying parameter (s) eg the frequency, phase, amplitude or the duty factor, of the modulated carrier are evaluated.
  • the demodulated data are fed to a clock-and-data recovery unit 139, which imposes a reference clock generated in the integrated circuit 136 on the demodulated data.
  • the data is subsequently decoded so that the output of the decoder 140 contains the control data provided by the control device for controlling the implant.
  • the control data can be temporarily stored in a RAM (Random Access Memory) 141 and read from there by a generator 142.
  • the generator 142 generates the pulse trains applied from the stimulation pads to the brain tissue.
  • the generator 142 may have access to certain basic forms of pulse trains, which are also stored in the RAM 141, for example. In this case, those of the
  • Control device transmitted control data only contain parameters on the basis of which the final configuration of the pulse trains generated by the generator 142 can be read. For example, these parameters relate to the amplitude, duration and frequency of the pulse trains as well as the order in which the pulse trains are applied via the individual stimulation contact surfaces.
  • the pulse trains are each fed into a particular channel of a plurality of channels CHi to CH n , which in turn are each in communication with one of the Stimulationstitleflachen.
  • the digital data output by the generator 142 is converted into analog voltage values in digital-to-analog converters 143 and then converted into stimulation currents by means of voltage-to-current converters 144.
  • a feedback path 145 serving to control the level in each case leads to a summation point 146, which is connected in front of the associated digital / analog converter 143.
  • a capacitor 147 is connected between the outputs of the voltage-current converter 144 and the associated stimulation contact surfaces. The capacitors 147 connected in the signal paths of the stimulation signals prevents inadvertent transfer of too much charge to the patient's brain tissue.
  • the circuit 150 shown in FIG. 9 largely corresponds to the circuit 130 shown in FIG. 8. Identical components are therefore provided with the same reference numerals.
  • measuring signals can be picked up by the circuit 150 via the stimulation contact surfaces and transmitted to the control device.
  • each of the channels CHi to CH n is connected to a filter 151 and a downstream analog-to-digital converter 152.
  • the measurement signals digitized by the analog / digital converters 152 are fed to a unit 153 for data reduction and protocol generation and subsequently to a modulator 154.
  • the modulator 154 controls a transistor 155, which is connected with its drain-source path in a resonant circuit formed by a resistor 156 and the transformer 132, via its gate electrode. By means of this driving of the transistor 155, the modulator 154 can modulate the signals generated by the resonant circuit before they are transmitted via the coil 131 to the control device.
  • transformers are used for wireless transmission of signals.
  • the invention is not limited to such transformers as transmitters. and receiving systems limited.
  • Other types of transmitters and receivers may be used for wireless communication between the controller and the implant.

Abstract

The invention relates to an implant (80) having a receiver unit (81) for the wireless reception of control signals, a generator unit (82) connected to the receiver unit (81) for generating stimulating signals based on the control signals, und a stimulation unit (83) connected to the generator unit (82) for stimulating nerve cells using the stimulating signals.

Description

Beschreibung description
Implantat zur Stimulation von NervenzellenImplant for stimulation of nerve cells
Die Erfindung bezieht sich auf ein Implantat zur Stimulation von Nervenzellen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein das Implantat umfassendes Stimulationssystem und ein Verfahren zur Stimulation von Nervenzellen.The invention relates to an implant for stimulating nerve cells. Furthermore, the invention relates to an implantation comprehensive stimulation system and a method for stimulation of nerve cells.
Zur Behandlung neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen werden Elektroden im Nervensystem, insbesondere im Gehirn, implantiert. Herkömmliche Stimulationssysteme applizieren über die Elektroden Stimulationssignale beispielsweise dauerhaft oder bedarfsgesteuert. Bei der dauerhaften Stimula- tion erfolgt meist keine Messung von Signalen, welche vom Nervensystem abgeleitet werden. Bei der bedarfsgesteuerten Stimulationsform werden über im Nervensystem implantierte Elektroden Messsignale aufgenommen, die eine Detektion krankhafter Ereignisse ermöglichen und deren Detektion eine Stimu- lation auslöst. Ziel sowohl der dauerhaften als auch der bedarfsgesteuerten Stimulation ist es, krankhafte Symptome dauerhaft bzw. bei deren Auftreten zu unterdrücken.For the treatment of neurological and psychiatric diseases, electrodes are implanted in the nervous system, especially in the brain. Conventional stimulation systems apply stimulation signals via the electrodes, for example permanently or on demand. In the case of permanent stimulation, there is usually no measurement of signals which are derived from the nervous system. In the demand-controlled stimulation form, measurement signals are recorded via electrodes implanted in the nervous system, which enable a detection of morbid events and their detection triggers a stimulation. The goal of both permanent and on-demand stimulation is to suppress morbid symptoms permanently or when they occur.
Vor diesem Hintergrund werden ein Implantat gemäß Anspruch 1, ein Stimulationssystem gemäß Anspruch 18 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 22 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Against this background, an implant according to claim 1, a stimulation system according to claim 18 and a method according to claim 22 are given. Advantageous developments and refinements are specified in the subclaims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Implantat eine Empfangseinheit, eine Generatoreinheit und eine Stimulationseinheit. Die Empfangseinheit empfängt drahtlos Steuersignale, anhand welcher die Generatoreinheit Stimulationssignale erzeugt. Die Stimulationssignale werden von der Stimulationseinheit zur Stimulation von Nervenzellen verwendet.According to one aspect of the invention, an implant comprises a receiving unit, a generator unit and a stimulation unit. The receiving unit wirelessly receives control signals, based on which the generator unit generates stimulation signals. The stimulation signals are used by the stimulation unit to stimulate nerve cells.
Das Implantat kann gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung Teil eines Stimulationssystems sein. Das Stimulationssystem umfasst des Weiteren eine Steuervorrichtung mit einer weiteren Generatoreinheit zum Erzeugen der Steuersignale und eine Sendeeinheit zum drahtlosen Versenden der Steuersignale, die anschließend von der Empfangseinheit des Implantats empfangen werden. Das Implantat des Stimulationssystems kann die Ausgestaltungen aufweisen, die in den auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen genannt sind.The implant may be part of a stimulation system according to another aspect of the invention. The stimulation system Further comprises a control device with a further generator unit for generating the control signals and a transmitting unit for wireless transmission of the control signals, which are then received by the receiving unit of the implant. The implant of the stimulation system may have the embodiments that are mentioned in the dependent claims to claim 1.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem Steuersignale erzeugt, drahtlos versendet und empfangen werden. Anhand der empfangenen Steuersignale werden Stimulationssignale erzeugt, mit denen Nervenzellen stimuliert werden .Another aspect of the invention relates to a method in which control signals are generated, transmitted and received wirelessly. Based on the received control signals, stimulation signals are generated with which nerve cells are stimulated.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen :The invention will be explained in more detail below by way of example with reference to the drawings. In these show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Implantats 10 als Ausführungsbeispiel der Erfindung;Fig. 1 is a schematic representation of an implant 10 as an embodiment of the invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Stimulationssystems 20 als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;FIG. 2 is a schematic representation of a stimulation system 20 as a further embodiment of the invention; FIG.
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Stimulationssystems 40 als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;3 is a schematic representation of a stimulation system 40 as a further embodiment of the invention;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Stimulationssystems 70 als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;4 is a schematic representation of a stimulation system 70 as a further embodiment of the invention;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Stimulations- und Messelektrode 100;5 shows a schematic representation of a stimulation and measuring electrode 100;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Pulszugs 110; Fig. 7 eine schematische Darstellung von Sequenzen 120 und 121 von Pulszügen;Fig. 6 is a schematic illustration of a pulse train 110; 7 shows a schematic representation of sequences 120 and 121 of pulse trains;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines SchaltkreisesFig. 8 is a schematic representation of a circuit
130 eines Implantats als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung; und130 of an implant as a further embodiment of the invention; and
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Schaltkreises 150 eines Implantats als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.Fig. 9 is a schematic representation of a circuit 150 of an implant as a further embodiment of the invention.
In Fig. 1 ist schematisch ein Implantat 10 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Implantat 10 weist eine Empfangseinheit 11, eine Generatoreinheit 12 und eineIn Fig. 1, an implant 10 is shown schematically as an embodiment of the invention. The implant 10 has a receiving unit 11, a generator unit 12 and a
Stimulationseinheit 13 auf. Während des Betriebs des Implantats 10 empfängt die Empfangseinheit 11 drahtlos Steuersignale. Mit den Steuersignalen wird die Generatoreinheit 12 gespeist, die anhand der Steuersignale Stimulationssignale ge- neriert. Die Stimulationssignale werden von der Stimulationseinheit 13 zur Stimulation von Nervenzellen, insbesondere von Hirnzellen, verwendet.Stimulation unit 13 on. During operation of the implant 10, the receiving unit 11 wirelessly receives control signals. The control unit supplies the generator unit 12, which generates stimulation signals on the basis of the control signals. The stimulation signals are used by the stimulation unit 13 for the stimulation of nerve cells, in particular of brain cells.
In Fig. 2 ist schematisch ein Stimulationssystem 20 als wei- teres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Stimulationssystem 20 umfasst neben dem vorstehend beschriebenen Implantat 10 eine Steuervorrichtung 30. Die Steuervorrichtung 30 besteht aus einer Generatoreinheit 31 zum Erzeugen von Steuersignalen und einer Sendeeinheit 32, welche die von der Generatoreinheit 32 erzeugten Steuersignale drahtlos aussendet. Die ausgesendeten Steuersignale werden von der Empfangseinheit 11 empfangen und wie oben erläutert weiterverarbeitet.FIG. 2 schematically shows a stimulation system 20 as a further exemplary embodiment of the invention. The stimulation system 20 comprises a control device 30 in addition to the implant 10 described above. The control device 30 comprises a generator unit 31 for generating control signals and a transmitter unit 32 which transmits the control signals generated by the generator unit 32 wirelessly. The transmitted control signals are received by the receiving unit 11 and further processed as explained above.
In Fig. 3 ist schematisch ein Stimulationssystem 40 gezeigt, das eine Weiterbildung des in Fig. 2 dargestellten Stimulationssystems 20 darstellt. Sowohl das Implantat 50 als auch die Steuervorrichtung 60 enthalten eine Sende- und Empfangsein- heit 51 bzw. 62, welche einen bidirektionalen Datenaustausch zwischen dem Implantat 50 und der Steuervorrichtung 60 ermöglichen. In die Stimulationseinheit 53 ist ferner eine Mes- seinheit integriert, die Messsignale von Nervenzellverbänden, beispielsweise deren neuronale Aktivität, aufnimmt. Die Messsignale werden von der Sende- und Empfangseinheit 51 drahtlos an die Sende- und Empfangseinheit 62 übertragen und anschließend in der Generatoreinheit 61 weiterverarbeitet.FIG. 3 schematically shows a stimulation system 40, which represents a development of the stimulation system 20 shown in FIG. Both the implant 50 and the Control device 60 includes a transmitting and receiving unit 51 and 62, respectively, which allow bidirectional data exchange between the implant 50 and the control device 60. In the stimulation unit 53, a measuring unit is also integrated, which receives measurement signals from nerve cell associations, for example their neuronal activity. The measurement signals are transmitted wirelessly from the transmitting and receiving unit 51 to the transmitting and receiving unit 62 and then further processed in the generator unit 61.
In Fig. 4 ist ein Stimulationssystem 70 während seines bestimmungsgemäßen Betriebs dargestellt. Dazu ist ein Implantat 80 in den Kopf eines Patienten implantiert worden. Das Implantat 80 besteht aus einer Spule 81 als Sende- und Emp- fangseinheit, einer Generatoreinheit 82 und einer Elektrode 83 als Stimulations- und Messeinheit, die in das Gehirn eingepflanzt worden ist. Eine Steuervorrichtung 90 ist nicht in den Patienten implantiert worden und ist wie ein Hörgerät abnehmbar hinter dem Ohr des Patienten befestigt („behind the ear"; BTE) . Die Steuervorrichtung 90 umfasst eine Generatoreinheit 91 und eine als Sende- und Empfangseinheit ausgelegte Spule 92. Die Spule 81 ist typischerweise so implantiert, dass sie sich direkt unter der Haut des Patienten befindet. Die Spule 92 wird von außerhalb in die Nähe der Spule 81 gebracht oder direkt auf die Spule 81 aufgebracht. In letzterem Fall befindet sich zwischen den beiden Spulen 81 und 92 nur die Haut des Patienten. Die beiden Spulen 81 und 92 wirken als Transformator, mittels dem durch Induktion hochfrequente Signale und elektrische Leistung übertragen werden.In Fig. 4, a stimulation system 70 is shown during its intended operation. For this purpose, an implant 80 has been implanted in the head of a patient. The implant 80 consists of a coil 81 as a transmitting and receiving unit, a generator unit 82 and an electrode 83 as a stimulation and measuring unit, which has been implanted in the brain. A control device 90 has not been implanted in the patient and, like a hearing aid, is removably mounted behind the patient's ear ("behind the ear" BTE) .The control device 90 includes a generator unit 91 and a coil 92 configured as a transmitting and receiving unit. The coil 81 is typically implanted so as to be directly under the patient's skin, and the coil 92 is brought into proximity to the coil 81 from outside or directly applied to the coil 81. In the latter case, there is between the two coils 81 and only the skin of the patient The two coils 81 and 92 act as a transformer by which high frequency signals and electrical power are transmitted by induction.
Während die Steuervorrichtung 90 einen wiederaufladbaren Akkumulator oder vorzugsweise eine auswechselbare Batterie zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung enthält, ist bei dem Implantat 80 typischerweise keine auswechselbare Batterie vorgesehen, um häufige Operationen des Patienten zum Auswechseln der Batterie zu vermeiden. Stattdessen kann das Implan- tat 80 eine Energiespeichereinheit, beispielsweise in Form eines Ladekondensators hoher Kapazität oder eines wiederauf- ladbaren Akkumulators, enthalten. Der Akkumulator ist darauf angewiesen, dass er in regelmäßigen Abständen aufgeladen wird. Die dazu benötigte Energie wird dem Akkumulator von außerhalb zugeführt, indem von der Spule 92 mittels Induktion drahtlos Energie auf die Spule 81 übertragen wird. Batterien haben ein besseres Volumen-zu-Leistungs-Verhältnis und werden momentan bei BTEs den Akkumulatoren bevorzugt.While the controller 90 includes a rechargeable battery or, preferably, a replaceable battery for providing a supply voltage, the implant 80 typically does not include a replaceable battery to prevent frequent patient surgeries to replace the battery. Instead, the implant Did 80 an energy storage unit, for example in the form of a high-capacity charging capacitor or a rechargeable battery included. The accumulator relies on it being charged at regular intervals. The energy required for this purpose is supplied to the accumulator from the outside by wirelessly transmitting energy to the coil 81 from the coil 92 by means of induction. Batteries have a better volume-to-power ratio and are currently favored by accumulators in BTEs.
Die Steuervorrichtung 90 kann an ein Monitoring-System angeschlossen werden, zu welchem die von der Elektrode 83 aufgenommenen Messsignale telemetrisch übertragen werden. Mittels des Monitoring-Systems kann ein Arzt den Erfolg der Stimula- tion und den Verlauf der Erkrankung anhand der gemessenen neuronalen Aktivität und deren Reaktion auf Stimulation verfolgen. Die Überwachung der neuronalen Aktivität ermöglicht ferner die Modifizierung der Stimulationsparameter in Abhängigkeit von der gemessenen neuronalen Aktivität.The control device 90 can be connected to a monitoring system to which the measurement signals recorded by the electrode 83 are transmitted telemetrically. By means of the monitoring system, a doctor can follow the success of the stimulation and the course of the disease on the basis of the measured neural activity and its reaction to stimulation. The monitoring of the neuronal activity also allows the modification of the stimulation parameters as a function of the measured neural activity.
Das in Fig. 4 gezeigte Stimulationssystem 70 weist eine Elektrode 83 zur Stimulation und zur Messung der neuronalen Aktivität auf. Alternativ kann auch mehr als eine Elektrode vorgesehen sein, wobei die Elektroden im Gehirn an unterschied- liehen Stellen eingepflanzt werden. Ein möglicher Aufbau einer derartigen Stimulations- und Messelektrode 100 ist in Fig. 5 dargestellt. Die Elektrode 100 besteht aus einem isolierten Elektrodenschaft 101 und mindestens einer, beispielsweise mehr als drei oder mehr als zehn Stimulationskontakt- flächen 102, die in den Elektrodenschaft 101 eingebracht worden sind. Die Stimulationskontaktflächen 102 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall, gefertigt und befinden sich nach der Implantation in direktem elektrischen Kontakt mit dem Nervengewebe. Jede der Stimula- tionskontaktflachen 102 kann über eine eigene Zuleitung 103 angesteuert werden bzw. es können über die Zuleitungen 103 die aufgenommenen Messsignale abgeführt werden. Neben den Stimulationskontaktflächen 102 weist die Elektrode 100 eine Referenzelektrode 104 auf, deren Oberfläche typischerweise größer als die der Stimulationskontaktflächen 102 ist. Die Referenzelektrode 104 wird bei der Stimulation des Nervenge- webes zur Erzeugung eines Referenzpotentials eingesetzt. Alternativ kann auch eine der Stimulationskontaktflächen 102 zu diesem Zweck verwendet werden.The stimulation system 70 shown in FIG. 4 has an electrode 83 for stimulating and measuring neuronal activity. Alternatively, more than one electrode may be provided, the electrodes being implanted in the brain at different sites. A possible construction of such a stimulation and measuring electrode 100 is shown in FIG. The electrode 100 consists of an insulated electrode shaft 101 and at least one, for example, more than three or more than ten Stimulationskontakt- surfaces 102, which have been introduced into the electrode shaft 101. The stimulation pads 102 are made of an electrically conductive material, such as a metal, and are in direct electrical contact with the nerve tissue after implantation. Each of the stimulation contact surfaces 102 can be activated via its own supply line 103, or the recorded measurement signals can be dissipated via the supply lines 103. In addition to the Stimulation contact surfaces 102, the electrode 100 has a reference electrode 104, the surface of which is typically larger than that of the stimulation contact surfaces 102. The reference electrode 104 is used in the stimulation of the nerve tissue to generate a reference potential. Alternatively, one of the stimulation pads 102 may be used for this purpose.
Im Folgenden werden die Funktionsweisen der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Implantate und Stimulationssysteme sowie die mit diesen Geräten erzielbaren Ergebnisse erläutert. Die hier vorgestellten Geräte sind dazu entwickelt worden, neurologische und psychiatrische Erkrankungen durch Reizung mit elektrischen Signalen zu behandeln. Bei Patienten mit neurologi- sehen oder psychiatrischen Erkrankungen, wie z.B. Morbus Parkinson, essentiellem Tremor, Dystonie, Epilepsie, Tremor infolge von Multipler Sklerose sowie anderen pathologischen Tremores, Depression, Zwangserkrankungen, Tourette-Syndrom, Dysfunktionen nach Schlaganfall oder Tinnitus, sind Nerven- zellenverbände in umschriebenen Bereichen des Gehirns, z.B. des Thalamus und der Basalganglien, krankhaft aktiv, beispielsweise übersteigert synchron. In diesem Fall bildet eine große Anzahl von Neuronen synchron Aktionspotentiale aus, d.h., die beteiligten Neuronen feuern übermäßig synchron. Beim gesunden Patienten feuern die Neuronen in diesen Hirngebieten qualitativ anders, z.B. auf unkorrelierte Weise.In the following, the modes of functioning of the implants and stimulation systems shown in FIGS. 1 to 4 and the results achievable with these devices are explained. The devices presented here have been developed to treat neurological and psychiatric disorders by stimulation with electrical signals. In patients with neurological or psychiatric disorders, such as Parkinson's disease, essential tremor, dystonia, epilepsy, tremor as a result of multiple sclerosis and other pathological tremors, depression, obsessive-compulsive disorder, Tourette syndrome, post-stroke or tinnitus dysfunction, are nerve cell aggregates in circumscribed areas of the brain, e.g. Thalamus and basal ganglia, morbidly active, for example, excessive sync. In this case, a large number of neurons sync action potentials, that is, the involved neurons fire excessively synchronously. In the healthy patient, the neurons in these brain areas fire qualitatively differently, e.g. in an uncorrelated way.
Bei den hier beschriebenen Implantaten und Stimulationssystemen geht es nicht darum, durch dauerhafte oder bedarfsgesteu- erte Reizung der Hirnzellen Symptome zu unterdrücken. Vielmehr werden durch zeitweise Reizung (z.B. über ein bis sechs oder auch bis zu zwölf Stunden) mit geeigneten Stimulationsarten die Nervenzellverbände so umgebaut, dass diese im Laufe der Behandlung die Neigung, krankhafte Aktivität zu generie- ren, lang anhaltend oder sogar dauerhaft verlernen. Überraschenderweise bewirken die hier beschriebenen Implantate und Stimulationssysteme selbst bei schwer betroffenen Par- kmsonpatienten mit ausgeprägter Akmese bzw. ausgeprägten on-off-Fluktuationen, bei denen die Standard-Hochfrequenz- Stimulation auch nachts dauerhaft appliziert werden muss, lang anhaltende therapeutische Effekte nach nur vergleichsweise kurzer Stimulation wahrend z.B. wenigen Stunden tagsüber. Die therapeutischen Effekte halten anschließend mehrere Tage oder sogar noch langer an, wobei im Laufe der Behandlung ein akkumulierender Effekt der therapeutischen Wirkung auftritt, sodass die Lange der benotigten Stimulationsmtervalle sogar noch weiter gesenkt werden kann.The implants and stimulation systems described here are not concerned with suppressing symptoms through permanent or on-demand stimulation of the brain cells. Rather, temporary stimulation (eg over one to six or even up to twelve hours) with suitable types of stimulation transforms the nerve cell groups so that they tend to unlearn long-term or even permanently in the course of treatment the propensity to generate pathological activity. Surprisingly, the implants and stimulation systems described here cause long-lasting therapeutic effects even after a comparatively short time, even in severely affected Parsons patients with pronounced akmosis or pronounced on-off fluctuations, in which the standard high-frequency stimulation must also be applied permanently at night Stimulation during, for example, a few hours during the day. The therapeutic effects then continue for several days or even longer, with an accumulating effect of the therapeutic effect occurring during the treatment, so that the length of the required stimulation intervals can be even further reduced.
Aufgrund der lang anhaltenden therapeutischen Effekte muss keine Dauerstimulation durchgeführt werden. Bei Dauerstimulationen kann es durch den hohen Ladungseintrag und die damit verbundene Stimulation von umgebendem Gewebe zu Nebenwirkungen kommen, die für den Patienten sehr belastend sein können. Zudem stört die dauerhafte Reizung die physiologische (normale) Informationsverarbeitung, da die stimulierten Ner- venzellverbande nicht „frei und ungestört" arbeiten können, sondern permanent in ihrer Entladungsdynamik vom Stimulator beeinflusst werden. Eine dauerhafte Stimulation ist z.B. bei Parkinsonpatienten, die mit tiefer Hirnstimulation behandelt werden und zur Akmese neigen, selbst nachts notig, da die Patienten sich sonst nicht mehr bewegen und von einer Seite auf die andere drehen können und somit bewegungsunfähig an das Bett gefesselt sind. Dies betrifft die große Gruppe der Parkinsonpatienten mit Akmese und Rigor sowie insbesondere die Parkinsonpatienten mit on-off-Fluktuationen, bei denen Phasen mit unkontrollierten Uberbewegungen und Phasen mit verminderter Beweglichkeit oder sogar einem Einfrieren (freezmg) einander abwechseln.Due to the long-lasting therapeutic effects no duration stimulation has to be performed. In the case of continuous stimulation, the high charge input and the associated stimulation of surrounding tissue can lead to side effects, which can be very stressful for the patient. In addition, persistent irritation disrupts physiological (normal) information processing, since the stimulated nerve cell groups can not work "freely and undisturbed" but are permanently influenced in their discharge dynamics by the stimulator even at night, as patients are unable to move and turn from one side to the other and are thus unable to move to the bed, this affects the large group of patients with Akmese and Rigor Parkinson's, and in particular the Parkinson's patients with on-off fluctuations, in which phases with uncontrolled movements and phases with reduced mobility or even freezing (freezmg) alternate.
Em weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf eine bedarfsgesteuerte Stimulation verzichtet werden kann. Typischerweise sollen bei der bedarfsgesteuerten Stimulation eine oder mehrere Arten krankhafter Ereignisse in den abgeleiteten Messsignalen detektiert werden. Sobald derartige Ereignisse detektiert werden, verabreicht der Stimulator Reize, welche entweder stereotyp oder angepasst an die jeweilige Art des Ereignisses oder dessen Ausprägungsgrad sind. Dies setzt essentiell voraus, dass die Detektion krankhafter Ereignisse funktioniert. Tatsächlich aber ist die Detektion der pathologischen Ereignisse zum Teil schwierig. Noch schwieriger oder - z.B. im Fall der Epilepsien - sogar momentan noch unmöglich ist es, das Auftreten der pathologischen Ereignisse vorherzusagen. Letzteres würde es dem Stimulator ermöglichen, mit einem gewissen zeitlichen Vorlauf und damit eventuell effizienter zu stimulieren. Auch bei bedarfsgesteuerter Stimulation können Nebenwirkungen auftreten, vor allem wenn infolge unge- nügender Detektion (zu hohe Rate an falsch positiven Ereignissen) z.B. zu häufig stimuliert wird.Another advantage of the invention is that it is possible to dispense with demand-controlled stimulation. Typically, in on-demand stimulation one or more types of pathological events are detected in the derived measurement signals. Once such events are detected, the stimulator applies stimuli which are either stereotyped or adapted to the particular type of event or its severity. This essentially requires that the detection of pathological events works. In fact, the detection of pathological events is sometimes difficult. Even more difficult or, for example in the case of epilepsy, even currently impossible to predict the occurrence of pathological events. The latter would allow the stimulator to stimulate with a certain lead time and thus possibly more efficiently. Adverse reactions may also occur in the case of demand-controlled stimulation, especially if, for example, stimulation is too frequent as a result of inadequate detection (too high a rate of false-positive events).
Vorteil der hier beschriebenen Implantate ist des Weiteren ihre vergleichsweise geringe Größe, die darauf zurückzuführen ist, dass es sich um Halbimplantate handelt, bei denen einAnother advantage of the implants described here is their comparatively small size, which is due to the fact that they are semi-implants in which a
Teil des Geräts, nämlich die Steuervorrichtung nicht implantiert wird. Ein kleineres Implantat verursacht ein kleineres Infektionsrisiko und ist für den Patienten optisch (kosmetisch) und/oder bzgl. der Eigenwahrnehmung weniger stö- rend. Kleinere Implantate bergen außerdem im Fall eines Sturzes oder Unfalls ein geringeres Verletzungsrisiko.Part of the device, namely the control device is not implanted. A smaller implant causes a smaller risk of infection and is less disturbing to the patient optically (cosmetically) and / or with regard to self-perception. Smaller implants also pose a lower risk of injury in the event of a fall or accident.
Durch Platzierung des Implantats z.B. im Mastoiden können die Stimulationselektroden entlang der starren Schädeloberfläche verlegt werden, d.h. sie durchlaufen nicht den beweglichenBy placing the implant e.g. in mastoid, the stimulation electrodes can be laid along the rigid skull surface, i. they do not go through the moving one
Nackenbereich wie bei Brustimplantaten. Die damit verbundenen Vorteile sind eine verbesserte Einheilung, eine mechanische Entlastung der Elektrodenzuleitungen und eine geringere Wahrscheinlichkeit eines operativen Eingriffs zur Nachjustierung der Elektroden. Ein mit halb implantierbaren Stimulationssystemen üblicherweise verbundener Nachteil wird durch die lang anhaltenden therapeutischen Effekte der erfindungsgemäßen Implantate behoben. Da die erfindungsgemäßen Geräte infolge ihrer guten Stimulationswirkung nachts nicht getragen werden müssen, kann es zu keiner Dislokationen der Antenne während der Nacht kommen .Neck area as with breast implants. The associated advantages are improved healing, a mechanical relief of the electrode leads and a lower probability of surgical intervention for readjustment of the electrodes. A disadvantage usually associated with semi-implantable stimulation systems is overcome by the long-lasting therapeutic effects of the implants according to the invention. Since the devices according to the invention need not be worn at night due to their good stimulation effect, there can be no dislocations of the antenna during the night.
Ein lang anhaltender therapeutischer Umbau von Nervenzellver- bänden - mit dem damit verbundenen Wegbleiben der Symptome - wird dadurch erreicht, dass so stimuliert wird, dass die Rate synaptischer Koinzidenzen, d.h. die Häufigkeit, mit der über Synapsen verbundene Nervenzellen gleichzeitig Aktionspotentiale oder Bursts (Gruppen von Aktionspotentialen) generie- ren, vermindert wird. Hierdurch verlernen die betroffenenLong-lasting therapeutic remodeling of nerve cell associations - with the concomitant absence of symptoms - is achieved by stimulating such that the rate of synaptic coincidences, i. the frequency with which nerve cells connected via synapses simultaneously generate action potentials or bursts (groups of action potentials) is reduced. This unlearn the affected
Nervenzellverbände überraschenderweise die Tendenz zur Ausprägung der pathologischen Aktivität. Dabei werden krankhaft starke synaptische Verbindungen vermindert, und es bilden sich physiologische (gesunde) Muster der synaptischen Ver- Schaltung der Neuronen wieder aus.Nerve associations surprisingly the tendency to manifest the pathological activity. Pathologically strong synaptic connections are diminished, and physiological (healthy) patterns of the synaptic connection of the neurons are formed again.
Diese lang anhaltende Wirkung tritt überraschenderweise auch ein, wenn die Stimulation nicht unmittelbar wirksam ist. D.h. unter Stimulation verschwinden die Symptome nicht unbedingt sofort; vielmehr klingen sie nach z.B. einer halben Stunde Stimulation langsam und zunehmend ab und bleiben dann auch nach Ausschalten des Stimulators für längere Zeit oder sogar dauerhaft weg.Surprisingly, this long-lasting effect also occurs when the stimulation is not directly effective. That under stimulation the symptoms do not necessarily disappear immediately; rather, they sound like e.g. Half an hour of stimulation slowly and increasingly from and then remain even after switching off the stimulator for a long time or even permanently away.
Um diesen Effekt zu erzielen, müssen Stimulationstechniken verwendet werden, welche bewirken, dass die stimulierten Nervenzellverbände nicht mehr gleichzeitig feuern (d.h. Aktionspotentiale oder Bursts generieren) können. Hierzu werden über die Stimulationskontaktflächen in der nachfolgend be- schriebenen Weise Reize an das Hirngewebe appliziert. Damit möglichst effizient, aber dennoch sicher, d.h. ohne Gewebeschädigung, das Feuern der Nervenzellen in der Umgebung der jeweiligen Stimulationskontaktfläche ausgelöst wird, werden kurze Pulszüge (anstatt langer Einzelreize) verwendet. Diese Pulszüge bestehen aus 1 bis 20, vorzugsweise 2 bis 10, elektrischen ladunsgbalancierten Einzelpulsen. Beispielhaft ist ein solcher Pulszug 110, der aus drei Einzelpulsen 111 besteht, in Fig. 6 gezeigt. Die Einzelpulse 111 werden mit einer Frequenz f oberhalb von 100 Hz wiederholt. Die Einzel- pulse 111 sind Strompulse, die sich aus einem anfänglichenTo achieve this effect, stimulation techniques must be used which cause the stimulated nerve cell assemblies to stop firing simultaneously (ie generate action potentials or bursts). For this purpose, stimuli are applied to the brain tissue via the stimulation contact surfaces in the manner described below. In order for the firing of the nerve cells in the environment of the respective stimulation contact surface to be triggered as efficiently as possible, but nevertheless safely, ie without tissue damage, short pulse trains (instead of long individual stimuli) are used. These pulse trains consist of 1 to 20, preferably 2 to 10, electrical charge balanced single pulses. By way of example, such a pulse train 110, which consists of three individual pulses 111, shown in Fig. 6. The individual pulses 111 are repeated at a frequency f above 100 Hz. The individual pulses 111 are current pulses which originate from an initial one
Pulsanteil 112 und einem sich daran anschließenden, in entgegengesetzter Richtung fließenden Pulsanteil 113 zusammensetzen. Die Dauer 114 des Pulsanteils 112 liegt im Bereich zwischen 40 μs und 400 μs, insbesondere im Bereich zwischen 60 μs und 120 μs und insbesondere zwischen 60 μs und 100 μs . Die Amplitude 115 des Pulsanteils 112 liegt im Bereich zwischen 0 mA und 10 mA, insbesondere zwischen 2 inA und 5 mA. Die Amplitude des Pulsanteils 113 ist geringer als die Amplitude 115 des Pulsanteils 112. Dafür ist die Dauer des Pulsanteils 113 länger als die des Pulsanteils 112. Die Pulsanteile 112 undPulse portion 112 and an adjoining, flowing in the opposite direction pulse component 113 composed. The duration 114 of the pulse component 112 is in the range between 40 μs and 400 μs, in particular in the range between 60 μs and 120 μs and in particular between 60 μs and 100 μs. The amplitude 115 of the pulse portion 112 is in the range between 0 mA and 10 mA, in particular between 2 inA and 5 mA. The amplitude of the pulse component 113 is less than the amplitude 115 of the pulse component 112. For this, the duration of the pulse component 113 is longer than that of the pulse component 112. The pulse components 112 and
113 sind idealerweise so dimensioniert, dass die Ladung, welche durch sie übertragen wird, bei beiden Pulsanteilen gleich groß ist, d.h. die in Fig. 6 schraffiert eingezeichneten Flächen sind gleich groß. Im Ergebnis wird dadurch durch einen Einzelpuls 111 genauso viel Ladung in das Hirngewebe eingebracht, wie aus dem Hirngewebe entnommen wird.113 are ideally dimensioned such that the charge transferred through them is the same for both pulse components, i. the areas hatched in FIG. 6 are the same size. As a result, by a single pulse 111 as much charge is introduced into the brain tissue, as is taken from the brain tissue.
Die in Fig. 6 dargestellte Rechteckform der Einzelpulse 111 stellt eine ideale Form dar. Je nach der Güte der die Einzel- pulse 111 erzeugenden Elektronik wird von der idealen Rechteckform abgewichen.The rectangular shape of the individual pulses 111 shown in FIG. 6 represents an ideal shape. Depending on the quality of the electronics generating the individual pulses 111, the ideal rectangular shape is deviated from.
Die Pulszüge werden über die einzelnen Stimulationskontaktflächen so appliziert, dass die zeitliche Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Reizungen (an unterschiedlichen Kontaktstellen) innerhalb einer Abfolge von Reizungen möglichst groß ist, und insbesondere Reizungen an verschiedenen Kontaktstel- len vermieden werden. Dies kann u.a. auf folgende Weisen realisiert werden:The pulse trains are applied via the individual stimulation contact surfaces in such a way that the time difference between successive irritations (at different contact points) within a sequence of irritations is as large as possible, and in particular irritations at different points of contact. be avoided. This can be realized in the following ways:
a) Die zeitliche Differenz zwischen jeweils zwei aufeinander- folgenden Reizungen durch Pulszüge (an unterschiedlichen Kontaktstellen) ist konstant. Als vollständige Sequenz wird eine Abfolge von Reizungen verstanden, bei der nacheinander alle Kontaktstellen mit einem Pulszug gereizt werden. Als unvollständige Sequenz wird eine Abfolge von Reizungen verstanden, bei der nacheinander nicht alle Kontaktstellen mit einema) The time difference between each two consecutive irritations by pulse trains (at different contact points) is constant. A complete sequence is understood as a sequence of irritations in which all contact points are successively stimulated by a pulse train. An incomplete sequence is understood to be a sequence of irritations, in which not all contact points with one another are successively selected
Pulszug gereizt werden; es wird also mindestens eine Kontaktstelle ausgespart. Als redundante Sequenz wird eine Abfolge von Reizungen mit Pulszügen verstanden, bei der innerhalb einer Abfolge mindestens eine Kontaktstelle mindestens zweimal (aber nicht hintereinander) gereizt wird.Pulse train be irritated; So it is at least one contact point recessed. A redundant sequence is understood as a sequence of irritations with pulse trains, in which at least one contact point is stimulated at least twice (but not one behind the other) within a sequence.
Eine Sequenz von Pulszügen kann im einfachsten Fall periodisch verabreicht werden, z.B. mit einer Frequenz im Bereich der pathologischen Frequenz, mit welcher die Neuronen krank- heitsbedingt in bestimmten Bereichen des Gehirns synchron feuern, oder aber im Bereich eines ganzzahligen Vielfachen der pathologischen Frequenz. Die Sequenz kann dabei so getaktet sein, dass die Abfolge der Reizungen mittels Pulszügen zeitlich eine mittlere Periode der krankhaften Aktivität überdeckt. Bei der periodischen Verabreichung einer Sequenz soll, um eine möglichst ausgeprägte Wirkung zu erzielen, von einer Sequenz zur nächsten die Reihenfolge der Aktivierung der einzelnen Kontaktstellen variiert werden. In Fig. 7 ist dies beispielhaft dargestellt. Bei zehn Stimulationskontakt- flächen wird zwischen Zeitpunkten ti und tio in einer erstenA sequence of pulse trains may in the simplest case be administered periodically, e.g. with a frequency in the range of the pathological frequency, with which the neurons fire synchronously in certain areas of the brain, or in the range of an integer multiple of the pathological frequency. The sequence can be clocked so that the sequence of irritations by means of pulse trains over time covers a mean period of the pathological activity. During the periodic administration of a sequence, the order of activation of the individual contact points should be varied from one sequence to the next in order to achieve as pronounced an effect as possible. In Fig. 7 this is exemplified. For ten stimulation contact areas, between times ti and tio a first
Sequenz 120 die Reihenfolge der Stimulationskontaktflächen 5- 1-10-8-6-2-9-4-3-7 gewählt und in einer zweiten Sequenz 121 die Reihenfolge 2-6-5-7-10-4-1-3-9-8. Zwischen zwei Sequenzen können beispielsweise auch Pausen der Länge von einer oder bis zu 10 Sequenzen eingehalten werden. Jede der Sequenzen von Pulszügen kann beispielsweise während der mittleren Periodendauer der pathologischen Frequenz fPF appliziert werden, d.h. aufeinander folgende Pulszug- Sequenzen werden mit einer Frequenz im Bereich der pathologi- sehen Frequenz fPF appliziert. Falls innerhalb einer Pulszug- Sequenz N Kontaktflächen angesteuert werden, so werden zeitlich direkt aufeinander folgende Pulszüge mit einer Frequenz im Bereich von N*fPF appliziert. Anstelle der pathologischen Frequenz fPF können auch kleine ganzzahlige Vielfache, z.B. das Doppelte, Dreifache oder Vierfache, der pathologischen Frequenz fPF gewählt werden. Die pathologische Frequenz beim Morbus Parkinson liegt bei ca. 5 Hz (bzw. im Bereich von 4,5 Hz bis 5,5 Hz) . Bei Parkinsonpatienten mit Akinese liegt die pathologische Frequenz fPF im Bereich von 10 Hz bis 30 Hz.Sequence 120, the order of the stimulation pads 5- 1-10-8-6-2-9-4-3-7 selected and in a second sequence 121, the order 2-6-5-7-10-4-1-3- 9-8. For example, between two sequences, pauses of the length of one or up to 10 sequences can be maintained. Each of the sequences of pulse trains can be applied, for example, during the mean period of the pathological frequency f PF , ie successive pulse train sequences are applied at a frequency in the range of the pathological frequency f PF . If N contact surfaces are controlled within a pulse train sequence, pulse sequences which follow each other directly in time are applied at a frequency in the range of N * f PF . Instead of the pathological frequency f PF , even small integer multiples, eg double, triple or quadruple, of the pathological frequency f PF can be selected. The pathological frequency in Parkinson's disease is about 5 Hz (or in the range of 4.5 Hz to 5.5 Hz). In Parkinson's patients with akinesia, the pathological frequency f PF is in the range of 10 Hz to 30 Hz.
Um eine noch stärkere Wirkung zu erzielen, können vollständige, unvollständige und redundante Sequenzen mit jeweils variierender Reihenfolge der Stimulationskontaktflächen verabreicht werden. Um den benötigten Reizstrom noch weiter zu senken, können beim aufeinander folgenden Verabreichen von vollständigen, unvollständigen und redundanten Sequenzen mit jeweils variierender Reihenfolge der Stimulationskontaktflächen auch Pausen zwischengeschaltet werden, deren Dauern ein ganzzahliges Vielfaches, aber maximal Zehnfaches der Dauer einer Sequenz betragen.For even greater impact, complete, incomplete, and redundant sequences, each with varying order of stimulation pads, can be administered. In order to reduce the required stimulation current even further, pauses can be interposed during the consecutive administration of complete, incomplete and redundant sequences, each with a varying order of the stimulation contact surfaces, the durations of which amount to an integer multiple, but not more than ten times the duration of a sequence.
b) Statt einer konstanten Zeitdifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Reizungen mit Pulszügen (an unterschiedlichen Kontaktstellen) werden zur Ansteuerung der Pulszug-Reizungen an den unterschiedlichen Kontaktstellen unkorrelierte Zufallsprozesse verwendet, wobei nur solche Zufallsereignisse zugelassen werden, bei denen die Zeitdifferenzen aufeinanderfolgender Pulszug-Reizungen einen als Parameter einstellbaren Mindestwert von z.B. 20 ms nicht unterschreiten. Zu- fallsereignisse, welche diesen Mindestwert unterschreiten, werden von der Generatoreinheit erkannt und nicht als Trigger für eine Reizung verwendet.b) Instead of a constant time difference between successive irritations with pulse trains (at different contact points), uncorrelated random processes are used to control the pulse train irritations at the different contact points, allowing only random events in which the time differences of successive pulse train stimuli can be set as a parameter Do not fall below minimum value of eg 20 ms. Incident events which fall below this minimum value are recognized by the generator unit and not as triggers used for irritation.
c) Die Stimulation erfolgt wie unter b) , nur werden statt Zufallsprozessen chaotische Prozesse verwendet.c) The stimulation takes place as under b), only chaotic processes are used instead of random processes.
d) In einer weniger bevorzugten Variante werden über eine Untergruppe der Stimulationskontaktflächen dauerhaft Pulszüge mit einer Frequenz f größer als 50 Hz und bevorzugt größer als 100 Hz appliziert.d) In a less preferred variant, pulse trains with a frequency f greater than 50 Hz and preferably greater than 100 Hz are permanently applied via a subset of the stimulation contact surfaces.
In den Fig. 8 und 9 sind zwei Schaltkreise 130 und 150 als mögliche Implementierungen des erfindungsgemäßen Implantats gezeigt. Der in Fig. 8 gezeigte Schaltkreis 130 ist als reines Empfangs system ausgelegt. Den Eingang des Schaltkreises 130 bildet eine Spule 131, in deren Nähe sich während des Betriebs des Implantats die Spule der außerhalb des Körpers befindlichen Steuervorrichtung befindet. Die beiden Spulen wirken als Transformator, mittels dem durch Induktion hochfrequente Signale und elektrische Leistung von der Steuervor- richtung auf die Spule 131 übertragen werden. Der Spule 131 kann optional ein Aufwärtstransformator 132 nachgeschaltet sein. Die von der Spule 131 aufgenommene Leistung wird über eine als Gleichrichter wirkende Diode 133 einer Energiespeichereinheit 134 zugeführt und dort gespeichert. Die Energie- Speichereinheit 134 kann beispielsweise als Ladekondensator mit einer hohen Kapazität oder als wiederaufladbarer Akkumu¬ lator realisiert sein. Die von der Energiespeichereinheit 134 bereitgestellte Spannung wird von einem Spannungsregelkreis 135 abgegriffen, der diese ungeregelte Spannung auf einen für den Betrieb des Schaltkreises 130 benötigten Versorgungsspan- nungswert regelt. Insbesondere wird mit der Versorgungsspannung ein integrierter Schaltkreis 136 betrieben, in den - wie aus Fig. 8 ersichtlich ist - ein großer Teil der Bauelemente des Schaltkreises 130 integriert ist. Als Alternative dazu könnten die Bauelemente auch auf mehrere integrierte Schaltkreise verteilt sein. Die von der Spule 131 empfangenen hochfrequenten Signale, welche die übertragenen Informationen enthalten, werden von Bauelementen auf dem integrierten Schaltkreis 136 weiterverarbeitet. Dazu ist der Ausgang des AufWartstransformators 132 über einen Koppelkondensator 137 mit einem Eingang eines De- modulators 138 verbunden. Der Demodulator 138 dient der Wiedergewinnung der Information, die zuvor in der Steuervorrichtung auf eine Tragerfrequenz aufmoduliert wurde. Bei der De- modulation werden der oder die informationstragenden Parame- ter, z.B. die Frequenz, Phase, Amplitude oder das Tastver- haltnis, des modulierten Tragers ausgewertet. Die demodulierten Daten werden einer Einheit 139 zur Clock-and-Data- Recovery zugeführt, die den demodulierten Daten einen in dem integrierten Schaltkreis 136 generierten Referenztakt auf- prägt. In einem Decoder 140 werden die Daten anschließend decodiert, sodass an dem Ausgang des Decoders 140 die Steuerdaten vorliegen, die von der Steuervorrichtung zur Steuerung des Implantats vorgesehen wurden. Die Steuerdaten können in einem RAM (Random Access Memory) 141 zwischengespeichert wer- den und von dort von einem Generator 142 ausgelesen werden. Der Generator 142 erzeugt die Pulszuge, die von den Stimulationskontaktflachen auf das Hirngewebe appliziert werden. Beispielsweise kann der Generator 142 Zugriff auf bestimmte Grundformen von Pulszugen haben, die z.B. ebenfalls in dem RAM 141 abgelegt sind. In diesem Fall brauchen die von derFIGS. 8 and 9 show two circuits 130 and 150 as possible implementations of the implant according to the invention. The circuit 130 shown in Fig. 8 is designed as a pure receiving system. The input of the circuit 130 forms a coil 131, in the vicinity of which the coil of the control device located outside the body is located during the operation of the implant. The two coils act as a transformer, by means of which high-frequency signals and electrical power are transmitted from the control device to the coil 131 by induction. The coil 131 can optionally be followed by a step-up transformer 132. The power absorbed by the coil 131 is supplied via an acting as a rectifier diode 133 of an energy storage unit 134 and stored there. The energy storage unit 134 can be realized, for example, as a charging capacitor with a high capacity or as a rechargeable Akkumu ¬ lator. The voltage provided by the energy storage unit 134 is tapped by a voltage control circuit 135, which regulates this unregulated voltage to a supply voltage value required for the operation of the circuit 130. In particular, an integrated circuit 136 is operated with the supply voltage, into which - as can be seen from FIG. 8 - a large part of the components of the circuit 130 is integrated. Alternatively, the devices could be distributed to multiple integrated circuits. The high frequency signals received by the coil 131 containing the transmitted information are further processed by devices on the integrated circuit 136. For this purpose, the output of the warm-up transformer 132 is connected via a coupling capacitor 137 to an input of a demodulator 138. The demodulator 138 is for retrieving the information previously modulated in the controller to a carrier frequency. In demodulation, the information-carrying parameter (s), eg the frequency, phase, amplitude or the duty factor, of the modulated carrier are evaluated. The demodulated data are fed to a clock-and-data recovery unit 139, which imposes a reference clock generated in the integrated circuit 136 on the demodulated data. In a decoder 140, the data is subsequently decoded so that the output of the decoder 140 contains the control data provided by the control device for controlling the implant. The control data can be temporarily stored in a RAM (Random Access Memory) 141 and read from there by a generator 142. The generator 142 generates the pulse trains applied from the stimulation pads to the brain tissue. For example, the generator 142 may have access to certain basic forms of pulse trains, which are also stored in the RAM 141, for example. In this case, those of the
Steuervorrichtung übertragenen Steuerdaten lediglich Parameter enthalten, anhand derer sich die endgültige Ausgestaltung der von dem Generator 142 erzeugten Pulszuge ablesen lasst. Beispielsweise betreffen diese Parameter die Amplitude, Dauer und Frequenz der Pulszuge sowie die Reihenfolge, in welcher die Pulszuge über die einzelnen Stimulationskontaktflachen appliziert werden.Control device transmitted control data only contain parameters on the basis of which the final configuration of the pulse trains generated by the generator 142 can be read. For example, these parameters relate to the amplitude, duration and frequency of the pulse trains as well as the order in which the pulse trains are applied via the individual stimulation contact surfaces.
Von dem Generator 142 werden die Pulszuge jeweils in einen bestimmten Kanal einer Mehrzahl von Kanälen CHi bis CHn eingespeist, welche wiederum jeweils mit einer der Stimulationskontaktflachen in Verbindung stehen. Vor der eigentlichen Stimulation werden die von dem Generator 142 ausgegebenen digitalen Daten in Digital/Analog-Wandlern 143 in analoge Spannungswerte und anschließend mit Hilfe von Spannungs-Strom- Wandlern 144 in Stimulationsströme umgewandelt. Von den Aus- gangen der Spannungs-Strom-Wandler 144 führt jeweils ein der Pegelkontrolle dienender Rückkoppelpfad 145 zu einem Summati- onspunkt 146, der vor den zugehörigen Digital/Analog-Wandler 143 geschaltet ist. Ferner ist zwischen die Ausgänge der Spannungs-Strom-Wandler 144 und die zugehörigen Stimulations- kontaktflächen jeweils ein Kondensator 147 geschaltet. Durch die in die Signalpfade der Stimulationssignale geschalteten Kondensatoren 147 wird verhindert, dass unbeabsichtigt zu viel Ladung auf das Hirngewebe des Patienten übertragen wird.From the generator 142, the pulse trains are each fed into a particular channel of a plurality of channels CHi to CH n , which in turn are each in communication with one of the Stimulationskontaktflachen. Before the actual For stimulation, the digital data output by the generator 142 is converted into analog voltage values in digital-to-analog converters 143 and then converted into stimulation currents by means of voltage-to-current converters 144. From the outputs of the voltage-current converter 144, a feedback path 145 serving to control the level in each case leads to a summation point 146, which is connected in front of the associated digital / analog converter 143. Furthermore, in each case a capacitor 147 is connected between the outputs of the voltage-current converter 144 and the associated stimulation contact surfaces. The capacitors 147 connected in the signal paths of the stimulation signals prevents inadvertent transfer of too much charge to the patient's brain tissue.
Der in Fig. 9 dargestellte Schaltkreis 150 entspricht in weiten Teilen dem in Fig. 8 gezeigten Schaltkreis 130. Identische Bauelemente sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu dem Schaltkreis 130 können mit dem Schaltkreis 150 Messsignale über die Stimulationskontaktflä- chen aufgenommen werden und an die Steuervorrichtung übertragen werden. Zu diesem Zweck ist jeder der Kanäle CHi bis CHn mit einem Filter 151 und einem nachgeschalteten Ana- log/Digital-Wandler 152 verbunden. Die von den Ana- log/Digital-Wandlern 152 digitalisierten Messsignale werden einer Einheit 153 zur Datenreduktion und Protokollgenerierung und anschließend einem Modulator 154 zugeführt. Der Modulator 154 steuert einen Transistor 155, der mit seiner Drain- Source-Strecke in einen aus einem Widerstand 156 und dem Transformator 132 gebildeten Schwingkreis geschaltet ist, über seine Gate-Elektrode an. Mittels dieser Ansteuerung des Transistors 155 kann der Modulator 154 die von dem Schwingkreis erzeugten Signale modulieren, bevor sie über die Spule 131 zu der Steuervorrichtung übertragen werden.The circuit 150 shown in FIG. 9 largely corresponds to the circuit 130 shown in FIG. 8. Identical components are therefore provided with the same reference numerals. In contrast to the circuit 130, measuring signals can be picked up by the circuit 150 via the stimulation contact surfaces and transmitted to the control device. For this purpose, each of the channels CHi to CH n is connected to a filter 151 and a downstream analog-to-digital converter 152. The measurement signals digitized by the analog / digital converters 152 are fed to a unit 153 for data reduction and protocol generation and subsequently to a modulator 154. The modulator 154 controls a transistor 155, which is connected with its drain-source path in a resonant circuit formed by a resistor 156 and the transformer 132, via its gate electrode. By means of this driving of the transistor 155, the modulator 154 can modulate the signals generated by the resonant circuit before they are transmitted via the coil 131 to the control device.
In den Schaltkreisen 130 und 150 werden zur drahtlosen Übertragung von Signalen Transformatoren verwendet. Die Erfindung ist allerdings nicht auf derartige Transformatoren als Sende- und Empfangssysteme beschränkt. Es können auch andere Arten von Sendern und Empfängern zum drahtlosen Datenaustausch zwischen der Steuervorrichtung und dem Implantat eingesetzt werden . In circuits 130 and 150, transformers are used for wireless transmission of signals. However, the invention is not limited to such transformers as transmitters. and receiving systems limited. Other types of transmitters and receivers may be used for wireless communication between the controller and the implant.

Claims

Patentansprüche claims
1. Implantat (10; 50; 80) umfassend:An implant (10; 50; 80) comprising:
- eine Empfangseinheit (11; 51; 81) zum drahtlosen Empfangen von Steuersignalen,a receiving unit (11; 51; 81) for wirelessly receiving control signals,
- eine mit der Empfangseinheit (11; 51; 81) verbundene Generatoreinheit (12; 52; 82) zum Erzeugen von Stimulations- signalen anhand der Steuersignale, unda generator unit (12; 52; 82) connected to the receiving unit (11; 51; 81) for generating stimulation signals on the basis of the control signals, and
- eine mit der Generatoreinheit (12; 52; 82) verbundene Sti- mulationseinheit (13; 53; 83) zur Stimulation von Nervenzellen mit den Stimulationssignalen.a stimulation unit (13; 53; 83) connected to the generator unit (12; 52; 82) for stimulating nerve cells with the stimulation signals.
2. Implantat (50; 80) nach Anspruch 1, wobei das Implantat (50; 80) ferner eine Messeinheit (53; 83) zum Aufnehmen von Messsignalen von Nervenzellen und eine mit der MesseinheitThe implant (50; 80) of claim 1, wherein the implant (50; 80) further comprises a measuring unit (53; 83) for receiving measuring signals from nerve cells and one with the measuring unit
(53; 83) verbundene Sendeeinheit (51; 81) zum drahtlosen Versenden der Messsignale umfasst.(53; 83) connected to transmitting unit (51; 81) for wireless transmission of the measurement signals.
3. Implantat (10; 50; 80) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Implantat (10; 50; 80) ferner eine mit der EmpfangseinheitThe implant (10; 50; 80) according to claim 1 or 2, wherein the implant (10; 50; 80) further comprises one with the receiving unit
(11; 51; 81) verbundene Energiespeichereinheit (134) umfasst, wobei die Empfangseinheit (11; 51; 81) dazu ausgelegt ist, drahtlos Energie aufzunehmen, welche in der Energiespeichereinheit (134) gespeichert wird.(11; 51; 81), wherein the receiving unit (11; 51; 81) is adapted to wirelessly receive energy stored in the energy storage unit (134).
4. Implantat (10; 50; 80) nach Anspruch 3, wobei die Energiespeichereinheit (134) dazu ausgelegt ist, eine Versorgungsspannung zur Versorgung von Bauelementen des Implantats (10; 50; 80) bereitzustellen.The implant (10; 50; 80) of claim 3, wherein the energy storage unit (134) is configured to provide a supply voltage for powering devices of the implant (10; 50; 80).
5. Implantat (10; 50; 80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nervenzellen Hirnzellen sind.The implant (10; 50; 80) of any one of the preceding claims, wherein the nerve cells are brain cells.
6. Implantat (10; 50; 80) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, wobei die Stimulationseinheit (13; 53; 83) eine6. Implant (10; 50; 80) according to one of the preceding claims, wherein the stimulation unit (13; 53; 83) has a
Mehrzahl von Stimulationskontaktflächen (102) umfasst, welche dazu ausgelegt sind, mit den Nervenzellen in Kontakt zu ste- hen und die Stimulationssignale auf die Nervenzellen zu übertragen .Plurality of stimulation pads (102) adapted to be in contact with the nerve cells. and to transmit the stimulation signals to the nerve cells.
7. Implantat (10; 50; 80) nach Anspruch 6, wobei die Stimula- tionskontaktflachen (102) auf mindestens einem Elektrodenschaft (101) angeordnet sind.7. The implant (10; 50; 80) according to claim 6, wherein the stimulation contact surfaces (102) are arranged on at least one electrode shaft (101).
8. Implantat (10; 50; 80) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Generatoreinheit (12; 52; 82) eine Mehrzahl von Ausgängen aufweist, die jeweils mit einer der Stimulationskontaktflächen (102) verbunden sind und an denen die Stimulationssignale in Form von Pulszügen (110) ausgegeben werden.The implant (10; 50; 80) of claim 6 or 7, wherein the generator unit (12; 52; 82) has a plurality of outputs respectively connected to one of the stimulation pads (102) and to which the stimulation signals are applied Pulse trains (110) are output.
9. Implantat (10; 50; 80) nach Anspruch 8, wobei die Pulszüge (110) jeweils aus Einzelpulsen (111) zusammengesetzt sind und die Einzelpulse (111) mit einer Frequenz (f) größer als 100 Hz wiederholt werden.The implant (10; 50; 80) according to claim 8, wherein the pulse trains (110) are each composed of individual pulses (111) and the individual pulses (111) are repeated at a frequency (f) greater than 100 Hz.
10. Implantat (10; 50; 80) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Pulszüge (110) zeitversetzt an den Ausgängen ausgegeben werden .The implant (10; 50; 80) of claim 8 or 9, wherein the pulse trains (110) are output at the outputs at a time lag.
11. Implantat (10; 50; 80) nach Anspruch 10, wobei der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulszügen (110) vorgegeben ist oder statistisch variiert wird.The implant (10; 50; 80) of claim 10, wherein the time interval between two consecutive pulse trains (110) is predetermined or varies statistically.
12. Implantat (10; 50; 80) nach Anspruch 11, wobei eine erste Reihenfolge (120) der Ausgänge, an welchen die Pulszüge (110) nacheinander ausgegeben werden, vorgegeben ist.The implant (10; 50; 80) of claim 11, wherein a first order (120) of the outputs at which the pulse trains (110) are successively output is predetermined.
13. Implantat (10; 50; 80) nach Anspruch 12, wobei eine zweite Reihenfolge (121) der Ausgänge, an welchen die Pulszüge (110) nacheinander ausgegeben werden, vorgegeben ist und die zweite Reihenfolge (121) nach der ersten Reihefolge (120) durchlaufen wird. The implant (10; 50; 80) according to claim 12, wherein a second order (121) of the outputs at which the pulse trains (110) are successively output is given and the second order (121) after the first sequence (120 ).
14. Implantat (10; 50; 80) nach Anspruch 13, wobei zwischen dem Durchlaufen der ersten Reihenfolge (120) und dem Durchlaufen der zweiten Reihenfolge (121) eine Stimulationspause eingehalten wird.The implant (10; 50; 80) of claim 13, wherein a pacing pause is maintained between passing through the first order (120) and passing through the second order (121).
15. Implantat (10; 50; 80) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Pulszüge (110) jeweils aus Strompulsen zusammengesetzt sind.The implant (10; 50; 80) of any one of claims 8 to 14, wherein the pulse trains (110) are each composed of current pulses.
16. Implantat (10; 50; 80) nach Anspruch 15, wobei zwischen die Ausgänge und die zugehörigen Stimulationskontaktflächen (102) jeweils ein Kondensator (147) geschaltet ist.The implant (10; 50; 80) of claim 15, wherein a respective capacitor (147) is connected between the outputs and the associated stimulation pads (102).
17. Implantat (10; 50; 80) nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei die Steuersignale Parameter umfassen und die Generatoreinheit (12; 52; 82) dazu ausgelegt ist, anhand der Parameter und anhand von vorgegebenen Pulsgrundformen die Pulszüge (110) zu generieren.17. The implant (10; 50; 80) according to claim 8, wherein the control signals comprise parameters and the generator unit (12; 52; 82) is configured to use the parameters and based on predetermined basic pulse shapes to form the pulse trains (110). to generate.
18. Stimulationssystem (20; 40; 70) umfassend:18. stimulation system (20; 40; 70) comprising:
- eine Steuervorrichtung (30; 60; 90), welchea control device (30; 60; 90) which
- eine erste Generatoreinheit (31; 61; 91) zum Erzeugen von Steuersignalen, unda first generator unit (31; 61; 91) for generating control signals, and
- eine mit der ersten Generatoreinheit (31; 61; 91) ver- bundene erste Sendeeinheit (32; 62; 92) zum drahtlosena first transmission unit (32; 62; 92) connected to the first generator unit (31; 61; 91) for wireless operation
Versenden der Steuersignale umfasst, undIncludes sending the control signals, and
- ein Implantat (10; 50; 80), welchesan implant (10; 50; 80) which
- eine erste Empfangseinheit (11; 51; 81) zum drahtlosen Empfangen der Steuersignale,a first receiving unit (11; 51; 81) for receiving the control signals wirelessly,
- eine mit der ersten Empfangseinheit (11; 51; 81) verbundene zweite Generatoreinheit (12; 52; 82) zum Erzeugen von Stimulationssignalen anhand der Steuersignale, und - eine mit der zweiten Generatoreinheit (12; 52; 82) verbundene Stimulationseinheit (13; 53; 83) zur Stimulation von Nervenzellen mit den Stimulationssignalen umf asst .a second generator unit (12; 52; 82) connected to the first receiving unit (11; 51; 81) for generating stimulation signals based on the control signals, and a stimulation unit (13; 53, 83) for stimulating nerve cells with the stimulation signals covers asst.
19. Stimulationssystem (40; 70) nach Anspruch 18, wobei das Implantat (50; 80) eine Messeinheit (53; 83) zum Aufnehmen von Messsignalen von Nervenzellen und eine mit der Messeinheit (53; 83) verbundene zweite Sendeeinheit (51; 81) zum drahtlosen Versenden der Messsignale umfasst und wobei die Steuervorrichtung (60; 90) eine zweite Empfangseinheit (62; 92) zum drahtlosen Empfangen der Messsignale umfasst.19. A stimulation system (40; 70) according to claim 18, wherein the implant (50; 80) comprises a measuring unit (53; 83) for recording measurement signals from nerve cells and a second transmission unit (51; 81) connected to the measuring unit (53; ) for wirelessly transmitting the measurement signals, and wherein the control device (60; 90) comprises a second receiving unit (62; 92) for wirelessly receiving the measurement signals.
20. Stimulationssystem (20; 40; 70) nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Implantat (10; 50; 80) eine mit der ersten Empfangseinheit (11; 51; 81) verbundene Energiespeichereinheit (134) umfasst und wobei die erste Sendeeinheit (32; 62; 92) und die erste Empfangseinheit (11; 51; 81) dazu ausgelegt sind, drahtlos Energie zu übertragen, die in der Energiespeichereinheit (134) gespeichert wird.The stimulation system (20; 40; 70) of claim 18 or 19, wherein the implant (10; 50; 80) comprises an energy storage unit (134) connected to the first receiving unit (11; 51; 81), and wherein the first transmitting unit (10; 32; 62; 92) and the first receiving unit (11; 51; 81) are adapted to wirelessly transmit energy stored in the energy storage unit (134).
21. Stimulationssystem (20; 40; 70) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die Steuervorrichtung (30; 60; 90) dazu ausgelegt ist, sich außerhalb des Körpers zu befinden.The pacing system (20; 40; 70) of any one of claims 18 to 20, wherein the controller (30; 60; 90) is adapted to be located outside of the body.
22. Verfahren mit folgenden Schritten:22. Method with the following steps:
- Erzeugen von Steuersignalen; - drahtloses Versenden der Steuersignale;- generating control signals; - wireless transmission of the control signals;
- drahtloses Empfangen der Steuersignale;- wireless receiving the control signals;
- Erzeugen von Stimulationssignalen anhand der empfangenen Steuersignale; undGenerating stimulation signals based on the received control signals; and
- Stimulieren von Nervenzellen mit den Stimulationssignalen.- Stimulate nerve cells with the stimulation signals.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei Messsignale von den Nervenzellen aufgenommen werden und die Messsignale drahtlos versendet werden.23. The method of claim 22, wherein measurement signals are received by the nerve cells and the measurement signals are sent wirelessly.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Nervenzellen Hirnzellen sind. 24. The method of claim 22 or 23, wherein the nerve cells are brain cells.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Stimulationssignale Pulszüge (110) sind.The method of any one of claims 22 to 24, wherein the stimulation signals are pulse trains (110).
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Pulszüge (110) je- weils aus Einzelpulsen (111) zusammengesetzt sind und die26. The method of claim 25, wherein the pulse trains (110) are each composed of individual pulses (111) and the
Einzelpulse (111) mit einer Frequenz (f) größer als 100 Hz wiederholt werden.Single pulses (111) are repeated with a frequency (f) greater than 100 Hz.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei die Pulszüge (110) zeitversetzt an verschiedenen Stellen auf die Nervenzellen appliziert werden.27. The method according to claim 25 or 26, wherein the pulse trains (110) are applied with a time delay at different locations on the nerve cells.
28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulszügen (110) vorgegeben ist oder statistisch variiert wird.28. The method of claim 27, wherein the time interval between two consecutive pulse trains (110) is predetermined or is varied statistically.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei die Pulszüge (110) jeweils aus Strompulsen zusammengesetzt sind. 29. The method of claim 25, wherein the pulse trains are each composed of current pulses.
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