DE60202063T2

DE60202063T2 - Reizungsgerät

Info

Publication number: DE60202063T2
Application number: DE60202063T
Authority: DE
Inventors: W. Gary KING
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2002-05-01
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2022-05-02
Also published as: US6928320B2; US7433734B2; WO2002092165A1; US20080058878A1; US20040162594A1; ATE283093T1; EP1392393B1; US8165672B2; ES2233822T3; US8165681B2; DE60202063D1; US20050149148A1; EP1392393A1; US20080058888A1

Description

Beschreibung des Standes der Technik
Es ist oft erwünscht, anregbares bzw. reizbares Gewebe, wie z. B. Nerven, Muskeln oder glandulare Zellen eines Patienten durch elektrische Stimulation oder durch Medikationen therapeutisch anzuregen. Ein unerwünschter Nebeneffekt einer solchen therapeutischen Anregung von reizbarem Gewebe ist, dass anderes Gewebe, entweder benachbart oder entfernt, unerwünscht angeregt werden kann, entweder direkt durch die selbe Art der Anregung, oder indirekt durch sensorischen Feedback bzw. sensorische Rückkopplung oder andere Reflexe.
Im Allgemeinen können unerwünschte Aktions- bzw. Anregungspotentiale in sensorischen Nerven oder dorsalen Wurzeln entweder unangenehm für den Patienten sein oder gegenteilige Effekte verursachen. Wenn stimuliert wird, um die Peristaltik in der Speiseröhre, im Ureter, im Magen oder im Darm zu unterstützen, können eine Co-Kontraktion des Schließmuskels oder unangenehme Empfindungen oder umgekehrte Peristaltik unerwünscht sein. Wenn z. B. ein Patient nicht in der Lage ist, das Urinieren oder den Stuhlgang zu steuern, kann die Stimulation der peripheren Nerven oder ventralen Wurzeln erwünscht sein, um die Blase eines Patienten für eine Blasenentleerung zu kontrahieren oder den Darminhalt zu bewegen. Eine solche Anregung oder sogar eine Stimulation mit niedrigerer Amplitude werden jedoch typischerweise Aktionspotentiale im Schließmuskel erzeugen, wie zum Beispiel in jenen in der äußeren Urethra oder im Anus. Solche Aktionspotentiale neigen dazu, eine Kontraktion der Schließmuskeln zu verursachen, was in einer Unfähigkeit resultieren kann, Urin- oder Fäkalmaterial durch die Schließmuskeln passieren zu lassen. Zusätzlich kann ein erhöhter Druck in der Blase, der durch die simultane Kompression der Blase des Patienten und der Kontraktion der externen urethralen Schließmuskeln des Patienten verursachen wird, zu einer Verletzung des Patienten führen, einschließlich eines erhöhten Drucks und Schadens für einen oder beide, die Blase und die Nieren. Ein herkömmlicher Ansatz, der für Patienten vorgeschlagen wurde, die im wesentlichen gelähmt sind, ist, die Nerven des Patienten, die zurück in das Rückenmark (dorsale Wurzeln) führen, abzuschneiden, so dass die Stimulation der Blase keine große neurale Aktivität im Rückenmark verursacht. Wenn die Blase eines Patienten signifikant überfüllt ist, kann eine autonome Dysreflexie auftreten, die einen sehr großen und gefährlichen Anstieg im Blutdruck des Patienten verursacht, welcher eine Apoplexie verursachen kann.
Wenn stimuliert wird, um das Herz eines Patienten zu defibrillieren, wird typischerweise dem Patienten wegen der gleichzeitigen Anregung von vielen afferenten Fasern, von denen manche sogar die Axone von Nociceptoren sind, äußerst intensiver Schmerz zugefügt.
Wenn gewisse Motorneuronen stimuliert werden, können direkte oder durch spinalen Reflex von antagonistischen Motorneuronen und Muskeln verursachte Anregungen mit der erwünschten Bewegung interferieren, was eine Erhöhung in der Stärke der Stimulation nötig macht, was eine erhöhte Steifheit der Gelenke eines Patienten verursacht.
Elektrische Anregung von Gewebe mit niedrigen Frequenzen (z. B. weniger als 100 Hertz) verursacht bekanntermaßen Aktionspotentiale in Nerven und Muskeln. Zusätzlich wurden einige Techniken beschrieben, um Aktionspotentiale in gewissen Nervenfasern zu blocken bzw. zu blockieren, wobei die besten Beobachtungen bei Tierversuchen gemacht wurden.
U.S.-A-6,064,911 offenbart eine Vorrichtung, die zwei Arten der Stimulation kombiniert, eine Niederfrequenzstimulation und eine Hochfrequenzstimulation, wobei die Hochfrequenzstimulation den Schmerzen entgegenwirkt, die von der Niederfrequenzstimulation erzeugt werden.
Tanner (Nature, vol. 195, 1962: 712–713) und Woo & Campbell (Bull. L. A. Neurol. Soc., vol. 29, 1964: 87–94) zeigten, dass die Stimulation eines Nervs mit 20.000 Hz in der Lage ist, das Passieren von Aktionspotentialen zu blockieren, wobei größere Spannungen (Amplituden) benötigt werden, um kleinere Fasern fortschreitend zu blockieren. In jüngster Zeit wurde durch die therapeutische Stimulation des Gehirns in Patienten mit Tremor und anderen Symptomen der Parkinson Krankheit der Beweis erbracht, dass Hochfrequenzstimulation (100–185 Hertz) die Neuronen depolarisiert hält und deshalb unfähig ist, Aktionspotentiale zu erzeugen (Benabid et al., Lancet, vol. 337, 1991: 403–406; Benazzouz et al., Neurosci. Lett., vol. 189, 1995: 77–80). Es wurde vereinzelt berichtet, dass Hochfrequenzstimulation des Rückenmarks oder von Nerven (250 Hertz und mehr) chronischen Schmerz lindert, aber es ist unbekannt, ob dies durch Blockierung von Aktionspotentialen funktioniert (Picaza et al., Surg. Neurol., vol. 4, 1975: 105–114 und 115–126; Sheldon et al., Surg. Neurol., vol. 4, 1975: 127–132; Benett et al., Neuromodulation, vol. 2, 1999: 202–210).
Mendel & Wall (J. Physiol., vol. 172, 1964: 274–294) und Campbell & Woo (Bull. Los Angeles Neurol. Soc., vol. 31, 1966: 63–71) zeigten eine ähnliche amplitudenabhängige Blockierung von Aktionspotentialen in fortschreitend kleineren Axonen, wobei sie Gleichstrom (D. C.) Signale verwenden. In jüngster Zeit wurde der Beweis erbracht, dass bei Ratten die wiederholte Stimulation der Gehirngegend, die Corpus amygdaloideum genannt wird, welche Krämpfe aufgrund von Kindling verursacht, die Kindlingeffekte durch Verwendung von 5 bis 15 Mikroampere DC-Strömen, die einmal täglich für 15 Minuten angelegt werden, dämpfen kann (Weiss et al., Exper. Neurol., vol. 154, 1998: 185–192).
Der Nachteil von Gleichstrompulsen ist, dass sie zu Gewebe- oder Elektrodenschäden (Pudenz, et al., Surg. Neurol, vol. 4, 1975: 265–270) oder zu asynchronen wiederholten Aktionspotentialentladungen führen können (Manfredi, Arch. Ital. Biol., vol 108, 1970: 52–71; Sassen & Zimmermann, Pflugers Arch. Gesamte Physiol. Menschen Tiere, vol. 341, 1973: 179–195).
Van den Honert & Mortimer (IEEE trans. BME., vol. 28, 1981: 373–378 und 379–382) entwickelten eine Technik, um Aktionspotentiale zu erzeugen, die sich nur in eine Richtung entlang des Axons fortbewegen, indem sie eine tripolare Manschette mit drei Elektroden und zwei regulierten Stromstimulatoren verwenden. Dieses Verfahren wurde von Brindley & Craggs (J. Neurol. Neurosurg. Psychiat., vol. 43, 1980: 1083–1090) verwendet, um nur die kleineren (parasympathischen) Fasern in den spinalen Nervenwurzeln und den peripheren Nerven zur Blasenentleerung anzuregen. Ungar, Mortimer & Sweeney (Ann. Biomed. Engng, vol. 14, 1986: 437–450) waren auch in der Lage, unidirektional fortbewegende Aktionspotentiale in Nerven zu erzeugen, indem sie eine asymmetrische monopolare Elektrodenmanschette verwenden. Jedoch benötigen beide dieser teilweise blockierenden Techniken eine vollständige Umkreisung der interessanten Axone mit nicht leitenden Materialien, etwas, was die Hochfrequenz- und D. C. Technik nicht erfordert.
Um die unerwünschten Nebeneffekte, die mit der therapeutischen Anregung des Gewebes zusammenhängen, zu vermindern, einschließlich, aber nicht begrenzt auf, der Nebeneffekte, die oben erwähnt wurden, kann es erwünscht sein, gewisses anregbares Gewebe während der Zeit, während der der erwünschte Effekt im therapeutisch angeregten Gewebe erzeugt wird, zu deaktivieren oder zu verhindern bzw. unterdrücken.
Es würde deshalb wünschenswert sein, Aktionspotentiale, die aus einer Niederfrequenzstimulation absichtlich erzeugt wurden, im Gewebe zu blockieren. Die Blockierung muss nicht vollständig sein und es kann eine asynchrone, sogar wiederholte Erzeugung von einigen Aktionspotentialen während des Prozesses erfolgen, aber unter bestimmten Umständen kann es möglich sein, die meisten der Aktionspotentiale in gewissen Nerven zu unterdrücken, die andernfalls durch andere Elektroden in nahegelegenem Gewebe erzeugt werden können, die beabsichtigte Niederfrequenzpulse verwenden, um Aktionspotentiale zu verursachen. Das Volumen des Gewebes, das sich nahe der Elektroden für die beabsichtigte „Anregung" rekrutiert, und das Volumen des Gewebes, das nahe der „Blockierungs" elektroden blockiert bzw. gehemmt wird, würden beide von den Parametern der Stimulation, insbesondere der Amplitude und der Pulsbreite, abhängen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung bzw. ein Gerät gemäß Anspruch 1 bereit.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist ein Stimulationsgerät, welches im Allgemeinen erste Generatormittel, um Niederfrequenzstimulation zu erzeugen (z. B. weniger als 100 Hertz) und zweite Generatormittel, um Hochfrequenz- und/oder Gleichstrompulsstimulation zu erzeugen, aufweist. Eine erste Elektrode ist operativ mit den ersten Generatormitteln gekoppelt, wobei die erste Elektrode ausgebildet ist, um Gewebe an einer ersten vorbestimmten Stelle durch das Bereitstellen von Niederfrequenzstimulation anzuregen. Eine zweite Elektrode ist mit den zweiten Generatormitteln gekoppelt, wobei die zweite Elektrode ausgebildet ist, um die Anregung von elektrisch anregbarem Gewebe an der zweiten Stelle durch Bereitstellen von Hochfrequenzstimulation oder einem oder mehreren Gleichstrompuls(en) bzw. -impuls(en) oder von sowohl Hochfrequenzstimulation als auch einem oder mehreren Gleichstrompuls(en) bei oder nahe bei der zweiten Stelle zu blockieren.
Zum Beispiel können die ersten Generatormittel und die zweiten Generatormittel wenigstens einen Signalgenerator aufweisen, der zur gleichzeitigen Erzeugung von sowohl Niederfrequenzstimulation als auch Hochfrequenzstimulation oder Gleichstrompulsen in der Lage ist. Alternativ können die ersten Generatormittel einen ersten Signalgenerator zur Erzeugung von Niederfrequenzstimulation und die zweiten Generatormittel einen zweiten Signalgenerator zur Erzeugung von Hochfrequenz und/oder Gleichstrompulsstimulation aufweisen.
Auch kann z. B. eine implantierbare Leitung bzw. Zuleitung verwendet werden, um die erste und zweite Elektrode mit den ersten und zweiten Signalgeneratoren operativ zu koppeln. Alternativ kann eine erste implantierbare Leitung die erste Elektrode mit dem ersten Signalgenerator und eine zweite implantierbare Leitung kann die zweite Elektrode mit dem zweiten Signalgenerator operativ koppeln.
Vorzugsweise weisen die zweiten Generatormittel ferner eines oder mehrere der folgenden Mittel auf: (a) Mittel zum Beginnen der Hochfrequenzstimulation oder der Gleichstrompulse oder sowohl der Hochfrequenzstimulation als auch der Gleichstrompulse mit einer relativ niedrigen Amplitude und einem allmählichen Erhöhen der Amplitude; und/oder (b) Mittel zum Beenden der Hochfrequenzstimulation oder der Gleichstrompulse oder sowohl der Hochfrequenzstimulation als auch der Gleichstrompulse durch allmähliche Verminderung der Amplitude der Hochfrequenzstimulation oder der Gleichstrompulse oder sowohl der Hochfrequenzstimulation als auch der Gleichstrompulse.
Optional kann ein Sensor zur Erfassung bzw. Messung an der zweiten Stelle oder an einer Stelle, die sowohl von der ersten als auch von der zweiten Stelle entfernt ist, bereitgestellt werden, und Mittel, die auf den Sensor reagieren, können bereitgestellt werden, um mindestens einen Parameter der Hochfrequenzstimulation oder der Gleichstrompulse oder sowohl der Hochfrequenzstimulation als auch der Gleichstrompulse anzupassen, wobei der Parameter aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Pulsamplitude, Pulsbreite, Pulsfrequenz, Pulsarbeitszyklus, Pulspolarität und Pulskurvenform.
Auch kann optional ein Sensor zur Erfassung an der zweiten Stelle oder an einer Stelle, die von sowohl der ersten als auch von der zweiten Stelle entfernt ist, bereitgestellt werden, und Mittel, die auf ein Sensoranzeichen der Anregung an der zweiten Stelle oder an der entfernten Stelle reagieren, können zur Bereitstellung der Hochfrequenzstimulation oder der Gleichstrompulse oder sowohl der Hochfrequenzstimulation als auch der Gleichstrompulse an der zweiten Stelle bereitgestellt werden.
In Übereinstimmung mit gewissen erfinderischen Grundsätzen wird ein erwünschter Effekt durch therapeutische Anregung von Gewebe an einer ersten Stelle im Körper eines Patienten erzeugt und ein korrespondierender unerwünschter Nebeneffekt wird durch Blockieren der Anregung von Gewebe an einer zweiten Stelle im Körper des Patienten durch Anlegen von Hochfrequenzstimulation und/oder eines oder mehrerer Gleichstrompulse(s) bei oder nahe bei der zweiten Stelle vermindert.
In Übereinstimmung mit verschiedenen erfinderischen Grundsätzen kann der erwünschte Effekt die Unterstützung der Blasenentleerung sein; der unerwünschte Nebeneffekt kann die Kontraktion des Schließmuskels sein; die erste Stelle kann der Blasenscheitel, die sakralen Wurzeln oder der Plexus pelvis des Patienten sein; und die zweite Stelle kann des Patienten: sakrale dorsale Wurzeln, Columnae spinalis (vertebralis) dorsalis, Conus medullaris, Nervus pudendus, Plexus hypogastrici oder Nervus perineales sein.
Der erwünschte Effekt kann die Unterstützung des Stuhlgangs sein; der unerwünschte Nebeneffekt kann die Kontraktion des Schließmuskels, ein angehobener Beckenboden oder ein spitzer anorektaler Winkel sein; die erste Stelle kann des Patienten: Plexus hypogastricus, Plexus pelvis, Nerven zum Rektum, zu den sakralen Wurzeln, zum Plexus pelvis oder zu einem rektalen Muskel sein; und die zweite Stelle kann des Patienten: sakrale dorsale Wurzeln, Columnae spinalis dorsalis, Conus medullaris, Nervus pudendus oder Nerven zu den Beckenbodenmuskeln des Patienten sein.
Der erwünschte Effekt kann die Peristaltik der Speiseröhre des Patienten sein; der unerwünschte Nebeneffekt kann eine Kontraktion beim gastroösophagealen Schließmuskel des Patienten sein; die erste Stelle kann des Patienten: Speiseröhre, Nerven zur Speiseröhre des Patienten, Pharynx oder Nerven zum Pharynx des Patienten sein; und die zweite Stelle kann des Patienten: Gegend des Hiatus ösophagus in der Nähe des Zwerchfells des Patienten oder Nerven zur Speiseröhre des Patienten sein.
Der erwünschte Effekt kann die Peristaltik des Ureter des Patienten sein; der unerwünschte Nebeneffekt kann der Verschluss der Antirefluxklappen des Patienten in der Nähe des Blasendreiecks des Patienten sein; die erste Stelle kann des Patienten: Pelvis renalis oder ein Bereich des Ureter des Patienten sein; und die zweite Stelle kann des Patienten: Blasenboden nahe des Eingangs des Ureter, Plexus hypogastricus oder Plexus pelvis sein.
Der erwünschte Effekt kann die Peristaltik des Magens des Patienten sein; der unerwünschte Effekt kann der Verschluss des pylorischen Schließmuskels des Patienten sein; die erste Stelle kann des Patienten: Magenwandmuskeln oder Nerven, die zu den Magenwandmuskeln des Patienten führen, sein; und die zweite Stelle kann des Patienten: Muskelfasern des pylorischen Schließmuskels oder Nerven zum pylorischen Schließmuskel sein.
Der erwünschte Effekt kann die Peristaltik des Darms des Patienten sein; der unerwünschte Effekt kann der Verschluss der ileozäkalen Klappe des Patienten zum Kolon des Patienten sein; die erste Stelle kann des Patienten: glatter Darmwandmuskel, Plexus hypogastricus oder Nerven zum Plexus hypogastricus des Patienten sein; und die zweite Stelle kann des Patienten: ileozäkale Klappe, Ganglia mesenterica, dorsale Wurzel, Columnae spinalis dorsalis oder Nervus splanchnicus sein.
Der erwünschte Effekt kann ausgewählt sein aus der Gruppe, die besteht aus: Defibrillation der Atria des Patienten oder Defibrillation der Ventrikel des Patienten; der unerwünschte Nebeneffekt kann Schmerz sein; die erste Stelle kann nahe einer Herzschrittmacher/Defibrillationsleitung sein: innerhalb der Herzkammern des Patienten oder außerhalb der Herzkammern des Patienten; die zweite Stelle kann des Patienten: Nervus vagus, Abzweigungen des Nervus vagus des Patienten vom Herz des Patienten, Nervus sympathicus thoracalis, Ansa subclavia, Ganglia des Truncus sympathicus (T1–T4), Ganglia stellata, Ganglia cervicalia (C1–C8), Plexus coeliacus, Plexus brachialis, dorsale Wurzeln (C1–T4), Columnae spinalis dorsalis oder dorsale Wurzeln sein.
Der erwünschte Effekt kann die Streckung des Beins des Patienten sein; der unerwünschte Nebeneffekt kann die Co-Kontraktion der antagonistischen Muskeln sein; die erste Stelle kann der Nervus femoralis des Patienten zum Quadriceps femoris des Patienten sein; und die zweite Stelle kann der Nervus tibialis des Patienten zum Musculus gastrocnemius des Patienten sein.
Der erwünschte Effekt kann die Bewegung von einem der Gelenke des Patienten in eine vorbestimmte Richtung sein; der unerwünschte Nebeneffekt kann die Co-Kontraktion der antagonistischen Muskeln sein; die erste Stelle kann ein peripherer Nerv des Patienten sein; und die zweite Stelle kann die Abzweigung des Nervs des Patienten zu einem antagonistischen Muskel sein.
Die Hochfrequenzblockierungsstimulation kann vor der therapeutischen Anregung beginnen und während der therapeutischen Anregung fortfahren bzw. fortdauern. Die Hochfrequenzblockierungsstimulation kann mit einer relativ kleinen Amplitude beginnen und die Amplitude kann allmählich erhöht werden. Die Hochfrequenzblockierungsstimulation kann durch allmähliche Reduzierung der Amplitude der Hochfrequenzstimulation beendet werden.
Ein Sensor kann zur Erfassung des Zustands des Gewebes an der zweiten Stelle oder an einer weiter entfernten Stelle eingesetzt werden. Mittel zur Anpassung der Pulsamplitude der Pulsbreite, der Pulsfrequenz, des Pulsarbeitszyklus, der Pulspolarität und der Pulskurvenform der Hochfrequenzblockierungsstimulation an der zweiten Stelle, die auf den Sensor reagieren, können auch eingesetzt werden.
Gleichstrompulse können verwendet werden, um die Anregung von Gewebe an der zweiten Stelle zu blockieren. Wenn sie allmählich nach oben oder unten gefahren werden, kann dies eine neuronale Akkomodation bzw. Anpassung ermöglichen und Aktionspotentiale verhindern. Gleichstrompulse können auch vor oder nach einer Reihe von Hochfrequenzblockierungssignalen verwendet werden, so dass ein Großteil der Stimulation zum Blockieren eine Ladungsausgewogenheit aufweist, um die Elektroden oder das Gewebe zu schützen.
Bevorzugte Ausführungsformen werden nun rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine diagrammartige Abbildung eines Systems zum Blockieren von Anregung im Gewebe in einem Patienten in Übereinstimmung mit verschiedenen erfinderischen Grundsätzen.
2 zeigt eine Blockierungsstimulation, die vor der Stimulation für den beabsichtigten Effekt beginnt und nach ihr endet.
Die 3a bis 3d zeigen verschiedene Kombinationen und Permutationen von Hochfrequenz- und/oder Gleichstromblockierungspulsen mit und/oder ohne Rampe beim Beginn und/oder beim Ende der Pulse.
4 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte abbildet, die ausgeführt werden, um die Anregung von Gewebe in Übereinstimmung mit gewissen erfinderischen Grundsätzen zu blockieren.
5 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung einer Elektrode zur Unterstützung der Blasenentleerung in Übereinstimmung mit verschiedenen erfinderischen Grundsätzen zeigt.
6 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung einer Elektrode in einem intrathekalen Raum des Patienten nahe einer dorsalen Wurzel des Patienten zum Blockieren von Empfindungen, die mit der Stimulation eines anderen Teils des Körpers des Patienten zusammenhängen, zeigt.
7 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung einer Elektrode zur Unterstützung der Peristaltik der Speiseröhre eines Patienten und/oder der Entleerung des Magens des Patienten zeigt.
8 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung der Elektrode zur Streckung eines Unterschenkels eines Patienten zeigt.
9 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung einer Elektrode zur Unterstützung des Stuhlgangs in Übereinstimmung mit verschiedenen erfinderischen Grundsätzen zeigt.
10 ist ein schematisches Diagramm, das die geeignete Anordnung einer Elektrode zur Verminderung von Schmerz, den ein Patient in Verbindung mit Defibriallationspulsen erleidet, zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Belege bzw. Anzeichen, aus der Stimulation des Gehirns für Tremor und andere Symptome der Parkinson Krankheit, deuten darauf hin, dass Hochfrequenzstimulation die Neuronen depolarisiert hält, und deshalb unfähig zur Erzeugung eines Aktionspotentials ist. Siehe A. L. Benabid et al., Long-Term Suppression of Tremor by Chronic Stimulation of the Vetral Intermediate Thalamic Nucleus, the Lancet, vol. 337, 1991, pp. 403–406. Dementsprechend verwenden Therapien der Deep-Brain-Stimulation zum Blockieren von Tremor und zum Blockieren von neuronalen Leitungsbahnen, die erwünschte gewollte Bewegungen (Frieren, Akinesia, Bradykinesia) verhindern, oft Hochfrequenzstimulation. Z. B. offenbaren die gemeinsam übertragenen U.S. Patente 5,716,377 und 5,833,709 solche Systeme und Verfahren. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Hochfrequenzstimulation" auf elektrische Stimulation mit wenigstens ungefähr 100–120 Hz, während sich "Niederfrequenzstimulation" auf elektrische Stimulation mit weniger als ungefähr 100 Hz bezieht.
1 ist eine schematische Ansicht eines Patienten 110, der ein Implantat eines neurologischen Stimulationssystems aufweist, das eine bevorzugte Form der vorliegenden Erfindung verwendet. Ein System in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Erfindung kann in einem implantierbaren Pulsgenerator 114 verwendet werden, um Stimulationspulse an verschiedenen vorbestimmten Stellen innerhalb des Körpers eines Patienten zu erzeugen. Als Beispiel, wie in 1 abgebildet, ist das Konzept der Bereitstellung von Hochfrequenzblockierungsstimulation mit der Elektrode 140 schematisch abgebildet. Hochfrequenzstimulation wird bereitgestellt, um einen unerwünschten Nebeneffekt der Rückenmarkstimulation, die über die Elektrode 118 bereitgestellt wird, zu verhindern. In Übereinstimmung mit den Grundsätzen dieser Erfindung wird sich die Stelle, an der ein unerwünschter Nebeneffekt blockiert wird, indem Hochfrequenzstimulation verwendet wird, oftmals in der nahen Umgebung der Stelle im Körper des Patienten, an der Niederfrequenzstimulation für den beabsichtigten Effekt bereitgestellt wird, befinden. Dennoch können die zwei Arten der Stimulation in Gegenden des Körpers eines Patienten bereitgestellt werden, die relativ weit entfernt sind, wie es z. B. in 1 gezeigt ist. Ein anderes Beispiel ist, Hochfrequenzblockierungsstimulation bereitzustellen bzw. anzuwenden, um den Schmerz zu blockieren, der von einem Patienten wahrgenommen wird, während ein Defibrillationspuls an das Herz des Patienten verabreicht wird, wobei die Blockierungsstimulation an vom Herzen entfernte Stellen bereitgestellt werden kann, wie es detaillierter weiter unten beschrieben ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der implantierbare Signalgenerator 114 ein modifizierter Signalgenerator, wie z. B. das Modell 7424, das von Medtronic, Inc. unter der Marke Itrel^® hergestellt wird, sein, oder der Pulsgenerator 114 kann keine Batterie aufweisen und kann statt dessen Programmierungssignale und Energie von einem modifizierten externen Transmitter 120 und einer Antenne 124 wie ein Radiofrequenz- bzw. Hochfrequenzsystem, das von Medtronic, Inc. hergestellt wird, und als X-trel^® oder Mattrix^® bekannt ist, erhalten. Der Signalgenerator 114 könnte gleichzeitig sowohl Hoch- als auch Niederfrequenzstimulation, z. B. bei Frequenzen mit jeweils über bzw. unter 100 Hz erzeugen. Alternativ könnte der Signalgenerator 114 entweder Hoch- oder Niederfrequenzstimulation ausgeben und ein zweiter Signalgenerator, der nicht gezeigt ist, könnte verwendet werden, um die andere Art der Stimulation auszugeben.
Zur Rückmarksstimulation (SCS) wird der Signalgenerator 114 üblicherweise subkutan in einen menschlichen Körper im Abdomen oder Rücken implantiert. In Übereinstimmung mit den Grundsätzen dieser Erfindung kann ein oder können mehrere Signalgenerator(en) nahe einer Stelle, die therapeutisch angeregt wird, oder nahe einer Gegend, in der die Anregung blockiert wird, oder nahe beider solcher Arten von Gegenden, angeordnet werden. Die Elektroden 140 und 118 können jeweils operativ mit den Signalgenerator 114 über die Leitungen 115 bzw. 116 gekoppelt sein. Alternativ können die Elektroden 140 und 118 operativ mit dem Signalgenerator 114 über eine einzelne Leitung gekoppelt sein.
2 zeigt eine Hochfrequenzblockierungsstimulation, die früher in der Zeit als die Stimulation für den beabsichtigten Effekt beginnt und bis nach dem Ende der Stimulation für den beabsichtigten Effekt andauert. Indem Hochfrequenzblockierungsstimulation begonnen wird, bevor die Stimulation für den beabsichtigten Effekt bereitgestellt wird, und fortgesetzt wird, nachdem die Stimulation für den beabsichtigten Effekt bereitgestellt ist, können unerwünschte Nebeneffekte, die mit der Stimulation für den beabsichtigten Effekt zusammenhängen, effektiver blockiert werden, als es möglich sein würde, wenn die Hochfrequenzblockierungsstimulation nicht bis zu derselben Zeit wie oder später als die Stimulation für den beabsichtigten Effekt begann und/oder nicht zu der selben Zeit wie oder früher als die Stimulation für den beabsichtigten Effekt endete. Stimulation für den beabsichtigten Effekt kann ein einzelner Puls oder mehrere Pulse sein.
Die Kurvenform im oberen Bereich von 3a zeigt Hochfrequenzblockierungsstimulationspulse, die ohne Rampe oder ein allmähliches Erhöhen oder Erniedrigen der Amplitude der Pulse beginnen und enden. Die mittlere und untere Kurvenform zeigen Blockierungspulskurvenformen, in denen die Amplitude der Kurvenformen beim Beginn der Kurvenform hochgefahren oder allmählich erhöht wird, bzw. am Ende der Kurvenform heruntergefahren oder allmählich erniedrigt wird. Ein solches Durchfahren kann verwendet werden, um die Erzeugung von Aktionspotentialen zu vermindern, die durch abrupteres Beginnen und/oder abrupteres Beenden der Hochfrequenzblockierungsstimulation verursacht werden.
Die Erzeugung eines Blockierungssignals ohne Aktionspotentiale, die durch die Hochfrequenzblockierungspulse erzeugt werden, ist erwünscht. Wie in 3b gezeigt, kann ein reiner Gleichstrompuls über die bzw. während der Zeit des Blockierens verwendet werden. Er kann depolarisierend sein, insbesondere wenn er eine allmähliche Rampe aufweist, die eine Akkomodation des neuralen Gewebes erlaubt, um Aktionspotentiale an der Ausbildung zu hindern. Aktionspotentiale, die sich der Gegend nähern, laufen in Bereiche, wo neuronale Natriumtore bereits beeinflusst sind und deshalb nicht öffnen können. Er kann auch ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen, also hyperpolarisierend sein. Dies hindert Aktionspotentiale am Beginnen, wenn das transmembrane Potential nicht genügend vermindert werden kann, um die Natriumkanäle zu öffnen, aber Aktionspotentiale, die die Gegend erreichen, können immer noch hindurch passieren.
Eine Gefahr, die mit Gleichstrompulsen zusammenhängt, ist, dass eine Elektrodenauflösung und neuronaler Schaden wegen eines beständigen und weit reichenden Ionenflusses auftreten können. Jedoch kann eine solche Stimulation relativ selten bereitgestellt werden, z. B. nur ein paar Mal pro Stunde oder pro Monat, abhängig von der Behandlung. Die Möglichkeit, Nebeneffekte abzuschirmen, kann deshalb die Gefahren der zeitweiligen Gleichstromstimulation aufheben.
3c zeigt eine Kombination der Arten des Blockierens. Es existiert eine allmähliche DC Rampe und danach eine Reihe von Hochfrequenzpulsen. Die Rampe kann eine Akkomodation der Neuronen erzeugen und Aktionspotentiale verhindern. Die Fortsetzung der Hochfrequenzstimulation kann die Neuronen deaktiviert halten, während immer noch Pulse mit ausgeglichener Ladung erzeugt werden. Diese Technik kann vorteilhaft verwendet werden, um anfängliche Aktionspotentiale zu verhindern und Elektroden- oder Gewebeprobleme zu reduzieren.
3d zeigt mehrere Kombinationen mit einer Veränderung der DC Pulse. Der anfängliche Puls kann einen exponentiellen Anstieg anstelle eines linearen Anstiegs aufweisen. Das Ende des Blockierungssignals kann auch einen Gleichstrompuls verwenden, um dem neuronalen Gewebe zu ermöglichen, in seinen anregbaren Zustand zurückzukehren, ohne Anregungen zu verursachen, wie z. B. Anodenbrüche.
4 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte zeigt, die durchgeführt werden können, um eine Anregung von Gewebe in Übereinstimmung mit gewissen erfinderischen Grundsätzen zu blockieren. Bei Schritt 402 wird eine Hochfrequenzblockierungsstimulation begonnen und kann optional hochgefahren werden, wie es oben mit Bezugnahme auf 3 beschrieben ist. Bei Schritt 404 wird die Niederfrequenzstimulation für den beabsichtigten Effekt begonnen. Bei Schritt 406 wird bestimmt, inwieweit die Hochfrequenzstimulation einen oder mehrere unerwünschte Nebeneffekte effektiv blockiert, die mit der Stimulation für den beabsichtigten Effekt zusammenhängen. Diese Bestimmung kann durch einen geeigneten Sensor zur Messung verschiedener Parameter, wie z. B. Bewegung einer Extremität, Kontraktion eines Schließmuskels oder eine andere geeignete Messung, die den Grad anzeigt, mit dem ein unerwünschter Nebeneffekt blockiert worden ist, erfolgen.
Wenn die Blockierungsstimulation als nicht ausreichend bestimmt wird, wird bestimmt, ob ein vorbestimmtes Limit bzw. eine vorbestimmte Grenze der bereitgestellten Blockierungsstimulation erreicht worden ist, wie es bei 408 und 410 gezeigt ist. Wenn die Grenze der Blockierungsstimulation noch nicht erreicht worden ist, kann die Blockierungsstimulation beim Schritt 402 erhöht werden, die Niederfrequenzstimulation kann fortgesetzt werden, wie es im Schritt 404 gezeigt ist, und die Bestimmungen können wiederholt gemacht werden, wie es bei 408 und 410 gezeigt ist.
Wenn die Blockierungsstimulation als ausreichend bestimmt wird, kann die Stimulation für den beabsichtigten Effekt, die auch als Zielgewebestimulation bezeichnet wird, so lange wie erwünscht fortgesetzt werden, wie bei 408 und 412 gezeigt. Nach der Beendigung der Stimulation für den beabsichtigten Effekt bei 412 kann die Hochfrequenzblockierungsstimulation beendet werden, wie bei 414 gezeigt.
Wendet man sich nun beispielhaften Bereitstellungen bzw. Verwendungsmöglichkeiten der Grundsätze dieser Erfindung zu, ist 5 ein schematisches Diagramm, das die Anordnung einer Elektrode zur Unterstützung der Blasenentleerung in Übereinstimmung mit verschiedenen erfinderischen Grundsätzen zeigt. Es ist gezeigt, dass die vordere sakrale Wurzel 513 vom Rückenmark 512 ausgeht, welches in einer Querschnittansicht gezeigt ist. Die Elektrode 515 ist in naher Umgebung bzw. großer Nähe zur vorderen sakralen Wurzel (S1–S4) 513 gezeigt. Niederfrequenzstimulation für den beabsichtigten Effekt kann an die sakrale Wurzel 513 über die Elektrode 515 bereitgestellt werden, um die Blasenentleerung durch Verursachung von Aktionspotentialen im Nerv 507, der zur Blase 510 führt, zu unterstützen. Um die Anregung des äußeren Schließmuskels 508 der Urethra in den Beckenbodenmuskeln eines Patienten zu blockieren, kann Hochfrequenzblockierungsstimulation nahe der Abzweigung 509 des Nervus pudendus, der zum äußeren Schließmuskel 508 führt, bereitgestellt werden. Die Hochfrequenzblockierungsstimulation wird vorzugsweise vor der Bereitstellung von Niederfrequenzstimulation für den beabsichtigten Effekt begonnen und nach der Bereitstellung fortgesetzt. Zusätzlich zu den sakralen Wurzeln kann Niederfrequenzstimulation für den beabsichtigten Effekt auch an andere Teile des Körpers eines Patienten bereitgestellt werden, einschließlich, aber nicht begrenzt auf, des Blasenscheitels des Patienten und/oder des Plexus pelvis der Nerven des Patienten. Schließmuskelkontraktion kann auch durch Bereitstellung von Hochfrequenzblockierungsstimulation an anderen Stellen als dem Nervus pudendus des Patienten bereitgestellt werden, einschließlich, aber nicht begrenzt auf, der sakralen dorsalen Wurzeln des Patienten, Columnae spinalis dorsalis, Conus medullaris, Plexus hypogastricus und Nervus perineales.
6 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung der Elektrode 614 im intrathekalen Raum eines Patienten nahe der dorsalen Wurzel des Patienten zum Blockieren von Empfindungen, die mit der Stimulation von anderen Teilen des Körpers eines Patienten zusammenhängen, zeigt. Wie im Abschnitt Hintergrund der Erfindung weiter oben diskutiert, kann die Stimulation der Nerven, die zur Blase 510 führen, ohne Blockieren der Anregung des äußeren Schließmuskels 508 neben anderen Komplikationen zum Algodystrophie-Syndrom und zu Apoplexie führen. Anders als die die afferenten Nerven abzuschneiden, wie es in den U.S. Patenten von Tanagho und Schmidt et al. Nr. 4,607,639; 4,703,755 und 4,771,779 vorgeschlagen worden ist, können die dorsalen Wurzeln mit Hochfrequenz stimuliert werden, um deren Anregung zu blockieren, während sich die Blase zusammenzieht, wodurch die Anregung des dorsalen Wurzelgewebes reversibel blockiert wird, wie in 6 gezeigt. Zusätzlich zum Verhindern des Algodystrophie-Syndroms kann die Bereitstellung von Hochfrequenzstimulation über die Leitung 616 unerwünschte Empfindung, die mit der Niederfrequenzstimulation zusammenhängt, die bereitgestellt wird, um die Blase des Patienten zu kontrahieren, durch Verhinderung der Anregung der dorsalen Wurzeln eines Patienten verhindern. Wie es ersichtlich wird, können auch unerwünschte Empfindungen von vielen anderen Quellen außer der Blase des Patienten in einer ähnlichen Weise blockiert werden. Wie es auch ersichtlich wird, kann die Elektrode 614 in anderen geeigneten Gegenden angeordnet werden, um die Anregung von anderem Gewebe zu blockieren, wodurch andere unerwünschte Effekte der Niederfrequenzstimulation für den beabsichtigten Effekt, die irgendwo anders im Körper eines Patienten bereitgestellt wird, verhindert werden. Z. B. kann die Elektrode 614 außerhalb der Arachnoidea 660 im Subduralraum 654 oder außerhalb der Dura 652 im Epiduralraum 670 angeordnet werden.
Blockierungssignale können an jede dieser Stellen abgegeben werden, nicht nur um Schmerz zu verhindern, sondern auch um Nervenaktionspotentiale am Eintreten ins Rückenmark und am Verursachen von unerwünschten Reflexen zu hindern. Wenn Schmerz der hauptsächliche unerwünschte Nebeneffekt von der Nerven- oder Gewebeanregung ist, dann ist es möglich, ihn zu blockieren, da er das Rückenmark in der Nähe der Oberfläche des ventrolateralen Quadranten aufsteigt, im Tractus spinothalamicus, an der gegenüberliegenden Seite des Rückenmarks, weil die Schmerzfasern nahe ihrem Ursprungspunkt überkreuzen. Es kann vorteilhaft sein, in diesem Fall eine Elektrode unter der Dura neben der pialen Oberfläche zu plazieren, um nicht auch einen Verlust von Empfindungen oder motorischer Steuerung an der gegenüberliegenden Seite zu verursachen.
7 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung einer Elektrode zur Unterstützung der Peristaltik der Speiseröhre eines Patienten und/oder der Entleerung des Magens des Patienten zeigt. Abzweigungen des Nervus vagus 46 sind entlang der Speiseröhre 38 und des Magens 35 gezeigt und verbinden sich mit dem myenterischen Nervensystem 44, welches aus lokalen Neuronen besteht, die in die peristaltische Kontraktion der Speiseröhre eingebunden sind. Hochfrequenzblockierungsstimulation kann über die Elektrode 32 nahe des hiatalen Bereichs der Speiseröhre bereitgestellt werden, welcher da liegt, wo der untere Bereich der Speiseröhre 38 den oberen Bereich des Magens 35 trifft. Niederfrequenzstimulation für den beabsichtigten Effekt kann dann durch die obere Elektrode 31 bereitgestellt werden, um die Peristaltik der Speiseröhre zu unterstützen, um Speisen die Speiseröhre hinab in den Magen hinein zu bewegen. Die Hochfrequenzblockierungsstimulation wird die Niederfrequenzstimulation für den beabsichtigten Effekt an der unerwünschten Verursachung der Kontraktion des hiatalen Bereichs der Speiseröhre hindern. Die Peristaltik der Speiseröhre des Patienten kann auch durch Bereitstellung von Niederfrequenzstimulation für den beabsichtigten Effekt des Pharynx des Patienten unterstützt werden. Die Kontraktion des gastroösophagealen Schließmuskels des Patienten kann durch Bereitstellung von Hochfrequenzblockierungsstimulation an die Nerven, die in diesen Bereich der Speiseröhre des Patienten führen, verhindert werden.
Auf eine ähnliche Weise kann die Kontraktion des pylorischen Schließmuskels 37 durch Bereitstellung von Hochfrequenzstimulation über die Elektrode 39 verhindert werden, während Niederfrequenzstimulation an den Magenmuskel 35 oder die Elektroden 33 und 34, die in naher Umgebung zu den hinabführenden Abzweigungen der Ganglia coeliaca 40 angeordnet sind, bereitgestellt wird, um Speisen vom Magen 35 des Patienten in den Darm 36 des Patienten zu bewegen.
Die Peristaltik des Ureter, um Urin in die Blase zu bewegen, und des Darms, um Speisematerialien zu transportieren, sind ebenfalls normale physiologische Funktionen des Urin- und Verdauungssystems, das durch ein Trauma oder eine Krankheit beschädigt werden kann. Obwohl es nicht in 7 gezeigt ist, könnte in diesen Fällen mit niedriger Frequenz angeregt werden, um die Peristaltik von Material zu beginnen. Im Falle des Ureters sollte die Anregung im Bereich des Nierenbeckens der Nieren oder nahe des oberen Endes des Ureters über einem Segment, das zerstört ist, oder an intakten Nerven, die zu diesen Strukturen führen, bereitgestellt werden. Im Falle des Darms sollte irgendwo entlang des Darms, der ein funktionales Problem aufweist, oder bei intakten Nerven, die zu diesem Bereich des Darms führen, angeregt werden. Die Anregung muss in einem verzögerten, sequentiellen Prozess entlang der Länge der Struktur erfolgen, um die Peristaltik in geeigneter Bewegung zu halten. Das Blockieren von Anregung mittels Hochfrequenzstimulation und/oder Gleichstrompotentialen sollte erfolgen, wo sich eine bestimmte Klappe nicht funktionsgemäß wie benötigt öffnet. Im Falle des Ureters kann dies nahe des Blasendreiecks sein, wo eine Antirefluxklappe gewöhnlich hilft, Rückfluss von Urin in Richtung der Nieren zu verhindern, oder bei intakten Nerven, die diesen Bereich der Blase innervieren. Im Falle des Darms kann dies bei der ileozäkalen Klappe oder bei Nerven sein, die in diese Gegend des Darms führen. In den Fällen, wo die Peristaltik durch Niederfrequenzanregung wiederhergestellt werden kann und eine unerwünschte Empfindung erzeugt wird, kann das Blockieren an den Columnae dorsalis oder dorsalen Wurzeln der sensorischen Signale erfolgen, die durch das Rückenmark und das Gehirn gehen. Es ist denkbar, dass das Blockieren von Gewebeanregung an zwei Stellen geschehen sollte: an einer nicht funktionierenden Klappe, um Anregungen durch die peristaltischen Wellen zu verhindern, erfolgt zu einer geeigneten Zeit, die mit der Geschwindigkeit der Peristaltik und Entfernungen zusammenhängt, und an den spinalen sensorischen Leitungsbahnen, um das Passieren von Aktionspotentialen zu verhindern, was hauptsächlich in der Nähe der Zeit nützlich ist, wenn die erwünschte Peristaltik durch Niederfrequenzanregung begonnen wird.
Bezugnehmend auf 8, ist die Anordnung einer Elektrode zur funktionalen elektrischen Stimulation gezeigt, um die Muskeln zum Ausstrecken des Beins eines Patienten zu steuern. Der Nerv 54, der zu dem Muskel 50 führt, kann durch die Elektrode 56 angeregt werden, was verursacht, dass sich der Muskel 50 zusammenzieht, so dass sich das Schienbein 52 des Patienten in Richtung des Pfeils 58 bewegen wird, wodurch das Bein des Patienten gestreckt wird. Eine solche Stimulation kann unerwünscht die gleichzeitige Kontraktion eines antagonistischen Muskels, wie z. B. Muskel 51, verursachen. Deshalb kann der Nerv 55 mit Hochfrequenzblockierungsstimulation bei der Elektrode 57 stimuliert werden, um die Aktionspotentiale im Nerv 55 an der Verursachung der Kontraktion des Muskels 51 zu hindern. Wie es ersichtlich wird, kann die Bereitstellung von unterschiedlichen Levels der Hochfrequenzstimulation an den Muskel 51 erwünscht sein, um das Schienbein 52 in einer kontrollierten Art zu bewegen. Die Länge und/oder Dauer von einer oder beiden Arten der Stimulation kann, wie oben im Zusammenhang mit 4 beschrieben, gesteuert werden. Wenn z. B. eine Person aufsteht, ist eine Spannung in beiden Muskeln erwünscht. Niederfrequenzstimulation von Elektrode 56 kann an beide Nerven 54 und 55 bereitgestellt werden, während Hochfrequenzstimulation bereitgestellt wird, um die Aktionspotentiale zu modulieren, die Muskel 51 erreichen, wodurch die Menge der Axone in Nerv 55 vermindert wird, was die Kontraktion des Muskels 51 verursacht.
9 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung einer Elektrode zur Unterstützung des Stuhlgangs in Übereinstimmung mit verschiedenen erfinderischen Grundsätzen zeigt. Die Nerven 75, die außerhalb des Kolon 70 herabführen, und der Nervus plexus 76 in der Wand des Rektums 71 sind gezeigt. Niederfrequenzstimulation in der Gegend der Plexus pelvis Nerven zum Rektum 77, welche verwendet werden könnte, um das Rektum zusammenzuziehen, um den Stuhlgang zu unterstützen, kann auch den Nervus pudendus 78 direkt oder durch einen Reflexbogen in einer ähnlichen Weise, wie oben im Hinblick auf die Blase und 5 beschrieben, stimulieren. Dementsprechend kann Hochfrequenzblockierungsstimulation über die Elektrode 79 an den Nervus pudendus 78 bereitgestellt werden, um Aktionspotentiale im Nervus pudendus 78 zu verhindern, welche auf unerwünschte Weise die Kontraktion der Beckenbodenmuskeln oder analen Schließmuskeln 72 verursachen würden. Die Plexus pelvis Nerven 77 entstehen ebenso von den sakralen Wurzeln wie der Nervus pudendus 78. Bei Verwendung von Niederfrequenzstimulation der sakralen Wurzel wird der Nervus pudendus 78 mit einer kleineren Amplitude als die Plexus pelvis Nerven 77 angeregt, weil der Nervus pudendus 78 Axonen mit größerem Durchmesser aufweist. Bei höheren Amplituden der Niederfrequenzstimulation kann sich das Rektum zusammenziehen, aber der Nervus pudendus 78 wird angeregt werden und wird den Stuhlgang verhindern. Dieses Phänomen trifft auch auf die Stimulation der Nerven zu, die im Hinblick auf die Blase diskutiert wurden. Dementsprechend können die Blase und das Rektum nicht mit Niederfrequenzstimulation zusammengezogen werden, bis ihr Schließmuskel unerwünscht zusammengezogen ist, bei fehlender Hochfrequenzblockierungsstimulation, die an einen Nerv, der zum Schließmuskel führt, bereitgestellt wird. Um den Stuhlgang zu unterstützen, kann Niederfrequenzstimulation für den beabsichtigten Effekt auch an andere Gegenden im Körper eines Patienten bereitgestellt werden, einschließlich, aber nicht begrenzt auf, des Plexus hypogastricus des Patienten, des Plexus pelvis, der Nerven entlang des Rektums des Patienten und der sakraler Wurzeln. Unerwünschte Nebeneffekte einer solchen Niederfrequenzstimulation für den beabsichtigten Effekt können einschließen, aber sind nicht beschränkt auf, Schließmuskelkontraktion, Anhebung des Beckenbodens und Unterstützung eines spitzen anorektalen Winkels. Dies kann durch Bereitstellung von Hochfrequenz- oder Gleichstromblockierungsstimulation an andere Teile des Körpers des Patienten verhindert werden, einschließlich, aber nicht begrenzt auf, der sakralen dorsalen Wurzeln des Patienten, der Columnae spinalis dorsalis, des Conus medullaris und der Nerven zu den Beckenbodenmuskeln des Patienten.
Wie oben erwähnt, ist die Defibrillation des Herzens eines Patienten durch Verwendung von starken elektrischen Pulsen extrem schmerzhaft. Das gemeinsam übertragene U.S. Patent 5,817,131, das für Elsberry et al. erteilt ist, offenbart das Blockieren von Schmerznachrichten, wobei Rückenmarkstimulation oder Stimulation an anderen Stellen in peripheren oder zentralen Leitungsbahnen verwendet wird. Das '131 Patent von Elsberry offenbart das Blockieren von Schmerznachrichten über die Gate-Control-Hypothese, welche Stimulation typischerweise bei einer Frequenz unter 100 Hz nahe der Columnae dorsalis verwendet. Wahrscheinlich werden Fasern mit größerem Durchmesser stimuliert, um die Fasern mit kleinerem Durchmesser zu blockieren, welche Schmerz und Temperaturempfindungen transportieren. In Übereinstimmung mit den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung kann Hochfrequenzstimulation, in anderen Worten Stimulation mit Frequenzen über 100 Hz, verwendet werden, um im wesentlichen alle afferenten Nerven in der Nähe des Herzens, einschließlich der Fasern mit kleinem Durchmesser, welche oftmals die Schmerznachrichten transportieren, zu blockieren. Hochfrequenz- oder Gleichstromblockierungsstimulation kann vorzugsweise an die peripheren Nerven, einschließlich der Nerven vom Herzen, wie z. B. Nervus vagus oder Nervus sympathicus oder beide, bereitgestellt werden, welche dazu neigen, Axone mit kleinem Durchmesser aufzuweisen.
10 ist ein schematisches Diagramm, das die geeignete Anordnung einer Elektrode zur Verminderung von Schmerz, der von einem Patienten wahrgenommen wird und der mit Defibrillationspulsen zusammenhängt, zeigt. Die Schmerzinformation kann vom Herz wandern, indem sie nach links in 10 durch den Nervus vagus parasympathicus 81 über dessen Abzweigungen 82–84 geht. Die Schmerzinformation kann auch vom Herz nach rechts in 10 in den Sympathicus über die Nerven, die das Herz 91 verlassen, transportiert werden. Diese Nerven bringen Informationen, insbesondere über Schmerz, an die Ganglia sympathetica stellata 85 oder die T1–T4 Ganglia thoracalia 86, 88, 89 und 90. Um die Schmerzsignale in den efferenten Nervi sympathici zu blockieren, könnten die Elektroden nahe dieser Nerven entweder bevor sie, 93 und 100, oder nachdem sie, 94 und 99, die Ganglia sympathetica 85, 86, 88, 89 und 90 passiert haben, angeordnet werden. Diese Elektroden können endoskopisch angeordnet werden, wobei eine Nadel nahe der Abzweigungen dieser Nerven verwendet wird. Während die Atria oder Ventrikel eines Patienten defibrilliert werden, kann eine Niederfrequenzstimulation für den beabsichtigten Effekt über eine Herzschrittmacher/Defibrillationsleitung innerhalb der Herzkammer des Patienten oder über eine Herzschrittmacher/Defibrillationsleitung außerhalb der Herzkammer des Patienten bereitgestellt werden. Schmerz, der mit der Defibrillation der Atria oder Ventrikel eines Patienten zusammenhängt, kann durch Bereitstellung von Hochfrequenz- oder Gleichstromblockierungsstimulation an Stellen innerhalb des Körpers des Patienten einschließlich, aber nicht begrenzt auf, der Nervi vagi bilaterales, der Abzweigungen der Nervi vagi in der Nähe des Herzen des Patienten, der Nervi sympathici in der Nähe des Herzen, der Ansa subclavia, der Ganglia des Truncus sympathicus (T1–T4), der Ganglia stellata, der Ganglia cervicalia, des Plexus coeliacus, der Plexi brachiales, der Columnae dorsalis und der dorsalen Wurzeln (C1–T4), verhindert werden.
Wenn die Ventrikel defibrilliert werden, kann die Blockierungsstimulation z. B. an die unteren Ganglia 89 und 90 über die Elektrode 93 bereitgestellt werden. Andererseits wird atriale Defibrillation typischerweise öfter benötigt werden, z. B. oftmals pro Tag. Hochfrequenzstimulation kann an die Elektroden 94, 99 oder 100 für die oberen Ganglia sympathetica 85, 86, 88 bereitgestellt werden und die Elektroden 96, 97 oder 98 können zum Blockieren der Schmerzinformation verwendet werden, die über den Nervus vagus übermittelt wird, abhängig davon, wo die Defibrillation auftritt.

Claims

Vorrichtung, um einen gewünschten Effekt durch Aktivieren bzw. Anregen von Gewebe an einer ersten vorbestimmten Stelle in einem Körper zu erzeugen und einen unerwünschten korrespondierenden Nebeneffekt durch Blocken bzw. Abblocken der Anregung von Gewebe oder Leitung von Aktions- bzw. Anregungspotentialen zu einer zweiten vorbestimmten Stelle im Körper zu vermindern, wobei die Vorrichtung aufweist: erste Generatormittel (114), um Niederfrequenzstimulation zu erzeugen; zweite Generatormittel, um Hochfrequenz- und/oder Gleichstrompulsstimulation zu erzeugen; eine erste Elektrode (118), die operativ mit den ersten Generatormitteln gekoppelt ist, wobei die erste Elektrode (118) ausgebildet ist, um Gewebe an einer ersten vorbestimmten Stelle durch das Bereitstellen von Niederfrequenzstimulation anzuregen; und eine zweite Elektrode (140), die mit den zweiten Generatormitteln gekoppelt ist, gekennzeichnet durch Ausbildung der zweiten Elektrode (140) zum Blocken einer Anregung von elektrisch anregbarem Gewebe an der zweiten Stelle durch Bereitstellen von Hochfrequenzstimulation oder einem oder mehreren Gleichstrompuls(en) bzw. -impuls(en) oder von sowohl Hochfrequenzstimulation als auch einem oder mehreren Gleichstrompuls(en) bei oder nahe bei der zweiten Stelle, so dass die Hochfrequenzstimulation und/oder die Gleichstrompulse die Niederfrequenzstimulation, die an der ersten Stelle bereitgestellt wird, an der Anregung des elektrisch anregbaren Gewebes oder der Verursachung von Leitung von Anregungspotentialen an der zweiten Stelle hindern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die ersten Generatormittel einen ersten Signalgenerator (114) zur Erzeugung von Niederfrequenzstimulation aufweisen, und die zweiten Generatormittel einen zweiten Signalgenerator zur Erzeugung von Hochfrequenz- und/oder Gleichstrompulsstimulation aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner mindestens eine implantierbare Leitung bzw. Zuleitung (115, 116) aufweist, die operativ die erste und zweite Elektrode (118, 140) mit den ersten und zweiten Signalgeneratoren koppelt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die ferner eine erste implantierbare Leitung (116), die operativ die erste Elektrode (118) mit dem ersten Signalgenerator koppelt, und eine zweite implantierbare Leitung (115), die operativ die zweite Elektrode (140) mit dem zweiten Signalgenerator koppelt, aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten Generatormittel und die zweiten Generatormittel mindestens einen Signalgenerator (114) umfassen, der gleichzeitig Niederfrequenzstimulation und Hochfrequenzstimulation oder Gleichstrompulse erzeugen kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweiten Generatormittel ferner Mittel aufweisen, die vor der Anregung beginnen und während der Anregung fortfahren, die Hochfrequenzstimulation oder die Gleichstrompulse oder sowohl die Hochfrequenzstimulation als auch die Gleichstrompulse bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweiten Generatormittel ferner Mittel aufweisen, um die Hochfrequenzstimulation oder die Gleichstrompulse oder sowohl die Hochfrequenzstimulation als auch die Gleichstrompulse mit einer relativ kleinen Amplitude zu beginnen und allmählich die Amplitude zu erhöhen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweiten Generatormittel ferner Mittel aufweisen, um die Hochfrequenzstimulation oder die Gleichstrompulse oder sowohl die Hochfrequenzstimulation als auch die Gleichstrompulse durch allmähliche Verminderung der Amplitude der Hochfrequenzstimulation oder der Gleichstrompulse oder sowohl der Hochfrequenzstimulation als auch der Gleichstrompulse zu beenden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: einen Sensor zur Erfassung bzw. Messung an der zweiten Stelle oder an einer Stelle, die sowohl von der ersten als auch von der zweiten Stelle entfernt ist; und Mittel, die auf den Sensor reagieren, um mindestens einen Parameter der Hochfrequenzstimulation oder der Gleichstrompulse oder sowohl der Hochfrequenzstimulation als auch der Gleichstrompulse anzupassen, wobei der Parameter aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus: Pulsamplitude, Pulsbreite, Pulsfrequenz, Pulsarbeitszyklus, Pulspolarität und Pulskurvenform.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: einen Sensor zur Erfassung an der zweiten Stelle oder an einer Stelle, die von sowohl der ersten als auch der zweiten Stelle entfernt ist; und Mittel, die auf ein Sensoranzeichen der Anregung an der zweiten Stelle oder an der entfernten Stelle reagieren, um die Hochfrequenzstimulation oder die Gleichstrompulse oder sowohl die Hochfrequenzstimulation als auch die Gleichstrompulse an der zweiten Stelle bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die ersten Generatormittel eine Stimulation mit einer Frequenz unter 100 Hertz erzeugen, und die zweiten Generatormittel eine Stimulation mit einer Frequenz über 100 Hertz erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zweiten Generatormittel eine Stimulation mit einer Frequenz von mehr als 100, aber weniger als 185 Hertz erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zweiten Generatormittel eine Stimulation mit einer Frequenz von mindestens 250 Hertz erzeugen.