ES2627122T3

ES2627122T3 - Dispositivos para la modulación y supervisión de tejido

Info

Publication number: ES2627122T3
Application number: ES11825681.7T
Authority: ES
Inventors: Purvis Bedenbaugh
Original assignee: Boston Scientific Neuromodulation Corp
Current assignee: Boston Scientific Neuromodulation Corp
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2031-09-02
Also published as: EP2616140A4; US9162049B2; US20140088672A1; WO2012036926A1; US20120065699A1; EP2616140A1; EP2616140B1; US8583237B2

Abstract

Un dispositivo para estimular o modular un tejido, comprendiendo dicho dispositivo: un miembro alargado que tiene un eje longitudinal, un extremo proximal y un extremo distal; un primer par de regiones de estimulación anulares adyacentes, comprendiendo el primer par de regiones de estimulación anulares una región de estimulación anular proximal dispuesta cerca del extremo distal del miembro alargado y una región de estimulación anular distal dispuesta cerca del extremo distal del miembro alargado, estando la región de estimulación anular distal más cerca del extremo distal del miembro alargado que la región de estimulación anular proximal, en el que la región de estimulación anular proximal comprende una pluralidad de electrodos que se pueden energizar independientemente adaptados para suministrar corriente al tejido, con electrodos adyacentes en la región de estimulación anular proximal separados entre sí por un miembro aislante dispuesto sobre el miembro alargado, circunscribiendo la región de estimulación anular proximal el miembro alargado, y en el que la región de estimulación anular distal comprende una pluralidad de electrodos que se pueden energizar independientemente adaptados para suministrar corriente al tejido, con electrodos adyacentes en la región de estimulación anular distal separados entre sí por un miembro aislante dispuesto sobre el miembro alargado, circunscribiendo la región de estimulación anular distal el miembro alargado, y en el que la región de estimulación anular distal está separada axialmente a lo largo del eje longitudinal del miembro de estimulación anular proximal por un hueco; un primer conector eléctrico interno que acopla eléctricamente un primer electrodo en la región de estimulación anular proximal con un primer electrodo en la región de estimulación anular distal, en el que el primer conector eléctrico interno está dispuesto dentro del miembro alargado, extendiéndose el primer conector eléctrico interno a través del hueco entre las regiones de estimulación anulares proximal y distal; y un electrodo de registro dispuesto en el hueco entre las regiones de estimulación anulares proximal y distal, estando el electrodo de registro adaptado para registrar potenciales tisulares locales del tejido.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivos para la modulacion y supervision de tejido Antecedentes de la invencion

1. Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a cables usados para modular y supervisar de forma electrica y/o qmmica tejidos del cerebro.

El implante de dispositivos medicos tales como sondas o cables dentro del craneo es un enfoque cada mas importante para el tratamiento de enfermedades tales como la enfermedad de Parkinson, temblores esenciales y distoma. Los implantes pueden usarse para tratar una amplia gama de trastornos, tales como depresion, epilepsia, distoma, trastorno obsesivo compulsivo, obesidad, dolor cronico, acufenos y percepciones imaginarias. La mayona de estos dispositivos interactuan con el cerebro aplicando corriente a traves de un electrodo. Ademas, se ha propuesto la infusion de farmacos a traves de un cable implantado de forma cronica en la bibliograffa medica como un tratamiento primario, o como un tratamiento adyuvante a la estimulacion electrica, en pacientes con enfermedad de Alzheimer y enfermedad de Parkinson, entre otras.

Las sondas implantables existentes tipicamente estan configuradas como cilindros o tubos de diametro pequeno, con varios anillos metalicos circunferenciales cerca de la punta distal, y un lumen axial central electricamente pasivo. Los anillos metalicos se usan para proporcionar estimulacion electrica, mientras que el lumen axial central puede usarse para desplegar la sonda sobre una aguja grna o estilete durante el procedimiento de implante.

En la mayona de protocolos de tratamiento, se aplica una secuencia de impulsos electricos a uno o mas anillos conductores en la sonda. Tfpicamente, se usa estimulacion monopolar o bipolar de los anillos conductores. En la estimulacion monopolar, se estimula un unico anillo circunferencial con un impulso electrico bifasico de carga equilibrada, con una trayectoria de retorno para la corriente a un sitio remoto, tal como una batena recargable o modulo de control. En la estimulacion bipolar, se estimula una combinacion de anillos con impulsos electricos bifasicos de carga equilibrada de polaridad opuesta. La estimulacion de los anillos conductores produce un campo de accion que es mas o menos simetrico alrededor de la sonda, con algunas asimetnas que surgen a causa de la anisotropfa en las propiedades electricas del tejido neural o cerebral adyacente.

Elegir un electrodo o grupo de electrodos para energizar, y regular de forma diferencial la corriente a traves de los miembros de un grupo de electrodos, son procedimientos para refinar los efectos de la modulacion de un tejido diana con estimulacion electrica.

No siempre es deseable un campo electrico simetrico alrededor del eje de la sonda. Por ejemplo, cuando la sonda no se implanta en el centro de la diana de modulacion o cuando la diana cerebral es de forma asimetrica o regular. Adicionalmente, a menudo hay dominios neuronales cerca de la zona diana que no deben modularse. La modulacion de zonas no diana puede dar lugar a efectos secundarios indeseables, incluyendo sensibilidad somatica, movimiento involuntario y vision alterada, entre otras.

Es deseable no solamente modular la actividad cerebral, sino tambien supervisarla junto con los estados fisiologicos y patofisiologicos. La supervision obtiene informacion sobre la actividad neuronal cerca de los sitios de estimulacion, incluyendo potenciales de campo y potenciales de accion registrados de forma extracelular. Dichos potenciales pueden observarse en una base existente, en el curso de la estimulacion electrica para el tratamiento y en el curso de la estimulacion especial y experimentos de respuesta disenados para evaluar el cerebro de un individuo y la superficie de contacto del cerebro al electrodo. La informacion obtenida de lasupervision a intervalos puede usarse para controlar y ajustar el tratamiento en una base existente, de un dfa a otro por un paciente, o en visitas de seguimiento a un profesional sanitario. La informacion obtenida de la supervision tambien puede usarse para ajustar de forma dinamica el tratamiento por un sistema de control automatizado o algoritmo de control, y actualizando los parametros de un controlador.

La supervision a intervalos puede usarse para rastrear los cambios en la respuesta cerebral a estimulacion como una funcion de la magnitud del estfmulo. Las decisiones clmicas pueden basarse en parametros estimados, tales como el nivel umbral del estimulo que escasamente genera una respuesta, y el nivel de estimulo que solamente satura la respuesta observada. La forma de la funcion de respuesta a estimulo, por ejemplo, si es concava hacia arriba, concava hacia abajo o lineal tambien proporciona informacion relevante para ajustar el tratamiento. El intervalo dinamico del umbral a saturacion medido cerca del sitio de estimulacion puede corresponder directamente al intervalo dinamico del efecto clmico, o puede correlacionarse con el mismo. En cualquier caso, el intervalo dinamico medido localmente da informacion que puede acelerar el ajuste inicial y guiar los ajustes en curso del protocolo de tratamiento. La plasticidad cerebral en respuesta al tratamiento puede rastrearse por cambios en el intervalo dinamico.

Se considera la aplicacion de la supervision a intervalos para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson. Es bien sabido que los efectos beneficiosos de la estimulacion electrica a pacientes con enfermedad de Parkinson no

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aparecen durante varios minutos u horas despues de iniciarse el protocolo de estimulacion. Si el protocolo se interrumpe durante el sueno y se reanuda al despertarse, los efectos beneficiosos del tratamiento pueden no aparecer de nuevo durante muchas horas. La supervision a intervalos ofrece la oportunidad de rastrear cambios en la respuesta a la estimulacion, de modo que la estimulacion puede aplicarse durante un protocolo para conseguir los efectos beneficiosos, y segun otro protocolo mas conservativo para solamente mantener los efectos beneficiosos. Dicha estrategia conservana la ene^a de la batena y tambien podna reducir los efectos secundarios.

Por la supervision en cada momento, un tratamiento de modulacion podna sincronizarse dinamicamente con los ritmos cerebrales naturales sobre un estado patologico o fisiologico normal observado, o controlarse por un sistema de control automatico o algoritmo de control.

La mayona de los procedimientos actualmente realizados supervisan los movimientos del paciente, los comportamientos o la actividad cerebral en un sitio remoto del sitio de una sonda de estimulacion electrica, y esta informacion se usa para ajustar los parametros de estimulacion cerebral. Los parametros se ajustan en una escala corta de tiempo, para generar un efecto deseado y minimizar los efectos secundarios, y en una escala de tiempo mas larga para justificar la plasticidad cerebral. La plasticidad cerebral se debe a una respuesta adaptativa por el cerebro a una intervencion y es bien sabido que las repuestas en curso por el cerebro a una intervencion tal como terapia de modulacion a menudo difieren de la respuesta inicial. La informacion util tambien puede obtenerse supervisando los potenciales electricos cerca del sitio de estimulacion electrica y, por lo tanto, sena deseable supervisar la actividad cerebral en el sitio de estimulacion electrica. La supervision permite evaluar el curso de la enfermedad y los procesos de curacion junto con el pronostico para diversas opciones de tratamiento.

Por estas razones, asf como otras, sena deseable proporcionar sondas mejoradas para modular y supervisar los tejidos tales como el cerebro. Sena particularmente deseable proporcionar un diseno eficaz para generar un campo electrico dirigido que pueda orientarse hacia la diana pretendida, y/o lejos de otras areas cerebrales. Tambien es deseable proporcionar una sonda con una cantidad y tamano eficaces de electrodos, asf como cables de conexion que integran las capacidades tanto de registro como de estimulacion o modulacion electrica, donde la informacion de los registros se obtiene cerca del sitio de tratamiento y puede usarse para definir el protocolo de estimulacion. El protocolo entonces puede adaptarse de forma estatica o dinamica y segun cambia el estado patologico, tambien puede ajustarse la terapia. Registrar y supervisar la actividad electrica cerebral tambien se usa para determinar el momento en que se aplica el protocolo de estimulacion o si debe reservarse durante los tiempos en que es mas eficaz, ayudando de ese modo a conservar la energfa.

2. Descripcion de los antecedentes tecnicos

Las patentes y publicaciones anteriores que describen sondas de modulacion cerebral y procedimientos incluyen: publicaciones de Estados Unidos n.° 2006/0047325; 2006/0004422; 2005/0015130; 2004/0039434 y patentes de Estados Unidos n.° 7.051.419; 7.047.082; 7.006.872; 6.094.598; 6.038.480; 6.011.996; 6.980.863; 5.843.148; y 5.716.377. La publicacion de Estados Unidos n.° 2004/026738 describe un conector electrico de un cable marcapasos de multiples canales.

El documento US 008/0027504 divulga un aparato con electrodos de estimulacion anular dispuestos de forma axial a lo largo de un miembro alargado. Al menos uno de los electrodos de estimulacion anular tiene al menos tres puntos de estimulacion independientes en el electrodo.

Otros documentos de bibliograffa cientffica relacionados incluyen: A.A. Gorgulho, D.C. Shields, D. Malkasian, Eric Behnke, y Antonio A.F. DeSalles, "Stereotactic coordinates associated with facial musculature contraction during high-frequency stimulation of the subthalamic nucleus", Journal ofNeurosurgery 110:1317-1321, 2009; D.C. Shields, A. Gorgulho, E. Behnke, D. Malkasian, y A.F. Desalles, "Contralateral conjugate eye deviation during deep brain stimulation of the subthalamic nucleus", Neurosurgery 107:37-42, 2007; P. Sauleau, S. Raoul, F. Lallement, I. Rivier, S. Drapier, Y. Lajat, y M. Verin, "Motor and non motor effects during intraoperative subthalamic stimulation for Parkinson's disease", Neurology 252:457-464, 2005; E.H. Yeterian, D.N. Pandya, "Corticostriatal connections of the superior temporal region in rhesus monkeys", Journal of Comparative Neurology 399:384-402, 1998; E.H. Yeterian, D.N. Pandya, "Corticostriatal connections of extrastriate visual areas in rhesus monkeys", Journal of Comparative Neurology, 352:436-457, 1995; E.H. Yeterian, D.N. Pandya, "Prefrontostriatal connections in relation to cortical architectonic organization in rhesus monkeys", Journal of Comparative Neurology 312:43-67, 1991; y S.W. Cheung, P.S. Larson, "Acufenos modulation by deep brain stimulation in locus of caudate neurons (area LC)", Neuroscience 169:1768-1778, 2010.

Breve sumario de la invencion

La invencion se define por las reivindicaciones adjuntas. Las realizaciones de la presente divulgacion generalmente proporcionan una sonda implantable o cable capaz de modular o estimular el tejido y de medir y registrar las respuestas tisulares locales como resultado de la modulacion. Los terminos "modular" y "estimular" se usan de forma intercambiable para hacer referencia a proporcionar un estfmulo que incita o suprime la actividad en el tejido. Los terminos "sonda" y "cable" tambien se usan de forma intercambiable para hacer referencia a cualquier dispositivo que pueda usarse para modular el tejido y/o para medir y registrar las respuestas tisulares locales. La modulacion

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del tejido puede incluir estimulacion electrica y/o qmmica del tejido, as^ como supresion de la actividad tisular. La medicion y registro de las respuestas tisulares a menudo implica medir potenciales tisulares locales en respuesta a la estimulacion, pero tambien podna incluir medir y registrar potenciales tisulares endogenos, as^ como la actividad qmmica en el tejido. A menudo, la sonda se usa en tejidos del cerebro, que tipicamente se implanta en las estructuras encefalicas profundas, o en el cerebro o cerebelo.

Las realizaciones tambien proporcionan procedimientos en los que la modulacion terapeutica puede dirigirse al interior de los tejidos tal como estructuras neurales con eficacia mejorada y efectos secundarios indeseables mmimos. Las realizaciones ejemplares tambien incluyen procedimientos para supervisar de forma electrica y/o qmmica la actividad tisular de modo que la intervencion terapeutica pueda modificarse para mejorar su eficacia, o para conservar recursos limitados tales como reactivos o carga electrica.

Muchas realizaciones del cable poseen electrodos para estimular el tejido tal como el cerebro y/o para registrar la actividad tisular midiendo los potenciales tisulares locales. Los electrodos de estimulacion estan dispuestos de modo que puedan activarse individualmente o en combinacion. Como alternativa, pueden activarse en coordinacion simultanea o secuencial para dar forma al volumen de tejido cerebral estimulado y regular la magnitud y ritmo de la actividad en un cerebro estimulado. La sonda a menudo tiene una pluralidad de regiones de estimulacion de forma anular dispuestas de forma axial a lo largo de la sonda. Una region de estimulacion anular puede tener uno o mas electrodos. Para el uso mas eficaz de la sonda, cada electrodo de forma anular tiene tres sitios de estimulacion independientes dispuestos sobre el mismo, aunque puede emplearse una cantidad mayor de sitios de estimulacion por region anular. Por "tres sitios de estimulacion independientes", se entiende que el electrodo esta separado en tres regiones en comunicacion con el tejido o un fluido corporal, aisladas entre sf sobre la superficie de comunicacion de la sonda por aislamiento electrico, tipicamente dispuesto en arcos de aproximadamente 120 ° del electrodo anular, donde cada region puede energizarse independientemente. En una disposicion relacionada, los electrodos dentro de dos o mas regiones pueden estar conectados internamente de forma electrica, de modo que esten siempre energizados de forma concurrente. La carga de energfa puede transmitirse a lo largo de hilos que discurren desde el extremo proximal de la sonda hasta el extremo distal, puede acoplarse o transmitirse de forma inalambrica, puede obtenerse de una batena o celula de combustible integrada con la sonda o puede obtenerse de otra fuente de energfa.

Las realizaciones pueden estructurarse para conseguir una o mas eficacias. La eficacia significa obtener una ventaja practica mientras se consume una cantidad limitada de recursos restringidos. Los ejemplos de recursos restringidos son el volumen del tejido diana que puede modularse para conseguir el efecto terapeutico, el area superficial de un cable medico y las superficies de modulacion o dispositivos unidos de forma fija al cable, la energfa electrica que puede suministrase a un dispositivo medico implantable y la magnitud de la corriente que puede pasar a traves de una superficie de contacto de electrodo a tejido sin elevar el riesgo de efectos secundarios adversos mas alla de un nivel aceptable dado el contexto de la edad del paciente, el proceso patologico y el beneficio terapeutico suministrado a traves de la accion del dispositivo. Ejemplos adicionales de recursos restringidos relacionados con el sistema de estimulacion y supervision de la region encefalica profunda compuesto de un cable medico, extension del cable y controlador o generador de impulsos, son la cantidad de canales conductores en la trayectoria conductora global, la cantidad de canales conductores en conectores electricos entre componentes de un sistema de estimulacion y supervision de la region encefalica profunda, la cantidad de fuentes de energfa de estimulacion y la cantidad de amplificadores de registro. Los dispositivos que dirigen la cantidad de canales en el conector de un cable medico como recurso limitante se han presentado en la bibliograffa de patentes y cientffica.

Las realizaciones pueden especializarse para modular tejidos diana particulares, o ensamblajes de tejidos diana. La estructura que puede especializarse para una diana particular, tal como un lugar de neuronas en el nucleo caudado, cuya modulacion puede modular los acufenos o la percepcion de acufenos. La estructura puede especializarse de modo que las superficies de modulacion tengan una dimension axial relacionada con la dimension del tejido diana, y de modo que la corriente pueda dirigirse al tejido diana de forma preferente, y lejos de los tejidos cuya modulacion podna dar lugar a efectos secundarios. Las realizaciones especializadas para un tejido diana particular tambien pueden incluir la estimulacion de regiones unidas de forma fija al cable, con cuatro electrodos en una region, circunscribiendo el cable los electrodos y las superficies aislantes intermedias juntas.

En un primer aspecto, un dispositivo para estimular o modular el tejido comprende un miembro alargado que tiene un eje longitudinal, un extremo proximal y un extremo distal, y un primer par de regiones de estimulacion anulares adyacentes. El primer par de regiones de estimulacion anulares comprende una region de estimulacion anular proximal dispuesta cerca del extremo distal del miembro alargado, y una region de estimulacion anular distal dispuesta cerca del extremo distal del miembro alargado. La region de estimulacion anular distal esta mas cerca del extremo distal del miembro alargado que la region de estimulacion anular proximal. La region de estimulacion anular proximal comprende una pluralidad de electrodos que se pueden energizar independientemente adaptados para suministrar corriente al tejido. Los electrodos adyacentes en la region de estimulacion anular proximal estan separados entre sf por un miembro aislante dispuesto sobre el miembro alargado, y la region de estimulacion anular proximal circunscribe el miembro alargado. La region de estimulacion anular distal comprende una pluralidad de electrodos que se pueden energizar independientemente que estan adaptados para suministrar corriente al tejido. Los electrodos adyacentes en la region de estimulacion anular distal estan separados entre sf por un miembro aislante dispuesto sobre el miembro alargado, y la region de estimulacion anular distal circunscribe el miembro

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alargado. La region de estimulacion anular distal esta separada axialmente a lo largo del eje longitudinal del miembro de estimulacion anular proximal por un hueco. Un primer conector electrico interno acopla electricamente un primer electrodo en la region de estimulacion anular proximal con un primer electrodo en la region de estimulacion anular distal. El primer conector electrico interno esta dispuesto dentro del miembro alargado y el primer conector electrico interno se extiende a traves del hueco entre las regiones de estimulacion anular proximal y distal. Hay un electrodo de registro dispuesto en el hueco entre las regiones de estimulacion anular proximal y distal. El electrodo de registro esta adaptado para registrar los potenciales tisulares locales del tejido.

El miembro alargado puede comprender un lumen que se extiende entre los extremos proximal y distal del mismo. La region de estimulacion anular proximal puede circunscribir completamente el miembro alargado.

La region de estimulacion anular proximal puede consistir en cuatro electrodos, con electrodos adyacentes separados entre sf por un miembro aislante en el miembro alargado. Los cuatro electrodos pueden estar dispuestos de forma circunferencial alrededor del miembro alargado. La region de estimulacion anular proximal puede consistir en tres electrodos, con electrodos adyacentes separados entre sf por un miembro aislante en el miembro alargado. Los tres electrodos pueden estar dispuestos de forma circunferencial alrededor del miembro alargado. La pluralidad de electrodos en la region de estimulacion anular proximal puede tener cada uno una longitud en la direccion del eje longitudinal y una anchura transversal al mismo, y la longitud puede ser al menos tres veces la anchura.

La region de estimulacion anular distal puede circunscribir completamente el miembro alargado. La region de estimulacion anular distal puede consistir en cuatro electrodos, con electrodos adyacentes separados entre sf por un miembro aislante en el miembro alargado. Los cuatro electrodos pueden estar dispuestos de forma circunferencial alrededor del miembro alargado. La region de estimulacion anular distal puede consistir en tres electrodos, con electrodos adyacentes separados entre sf por un miembro aislante en el miembro alargado. Los tres electrodos pueden estar dispuestos de forma circunferencial alrededor del miembro alargado. La pluralidad de electrodos en la region de estimulacion anular distal puede tener cada uno una longitud en la direccion del eje longitudinal y puede tener una anchura transversal al mismo. La longitud puede ser al menos tres veces la anchura.

El dispositivo puede comprender adicionalmente un segundo conector electrico interno que acopla electricamente un segundo electrodo en la region de estimulacion anular proximal con un segundo electrodo en la region de estimulacion anular distal. El segundo conector electrico interno puede estar dispuesto dentro el miembro alargado y el segundo conector electrico interno puede extenderse a traves del hueco entre las regiones de estimulacion anular proximal y distal. El dispositivo tambien puede tener un tercer conector electrico interno que acopla electricamente un tercer electrodo en la region de estimulacion anular proximal con un tercer electrodo en la region de estimulacion anular distal. El tercer conector electrico interno puede estar dispuesto dentro del miembro alargado y puede extenderse a traves del hueco entre las regiones de estimulacion anular proximal y distal. El primer conector electrico puede formar parte del primer electrodo en la region de estimulacion anular proximal o puede formar parte del primer electrodo en la region de estimulacion anular distal.

El dispositivo puede consistir en un unico electrodo de registro. El electrodo de registro puede comprender un electrodo de registro anular que circunscribe completamente el miembro alargado. El dispositivo puede comprender adicionalmente un segundo electrodo de registro dispuesto en el hueco entre las regiones de estimulacion anular proximal y distal. El segundo electrodo de registro puede estar adaptado para registrar potenciales tisulares locales del tejido.

El dispositivo puede comprender adicionalmente un conector de contacto multiple acoplado electricamente con la pluralidad de regiones de estimulacion anulares y el electrodo de registro. El dispositivo tambien puede comprender un segundo par de regiones de estimulacion anulares adyacentes, estimulando el segundo par de regiones de estimulacion anulares adyacente el primer par y comprendiendo una region de estimulacion anular proximal dispuesta cerca del extremo distal del miembro alargado, y una region de estimulacion anular distal dispuesta cerca del extremo distal del miembro alargado. La region de estimulacion anular distal puede estar mas cerca del extremo distal del miembro alargado que la region de estimulacion anular proximal, y la region de estimulacion anular proximal en el segundo par puede comprender una pluralidad de electrodos adaptados para suministrar corriente al tejido. Los electrodos adyacentes pueden estar separados entre sf por un miembro aislante dispuesto sobre el miembro alargado, y la region de estimulacion anular proximal en el segundo par puede circunscribir el miembro alargado. La region de estimulacion anular distal en el segundo par puede comprender una pluralidad de electrodos adaptados para suministrar corriente al tejido, con electrodos adyacentes separados entre sf por un miembro aislante dispuesto en el miembro alargado. La region de estimulacion anular distal en el segundo par puede circunscribir el miembro alargado. La region de estimulacion anular distal en el segundo par puede estar separada axialmente a lo largo del eje longitudinal del miembro de estimulacion anular proximal en el segundo par por un segundo hueco. Un segundo conector electrico interno puede acoplar electricamente un primer electrodo en la region de estimulacion anular proximal del segundo par con un primer electrodo en la region de estimulacion anular distal del segundo par. El segundo conector electrico interno puede estar dispuesto dentro del miembro alargado y puede extenderse a traves del segundo hueco entre las regiones de estimulacion anular proximal y distal del segundo par. Un segundo electrodo de registro puede estar dispuesto en el segundo hueco entre las regiones de estimulacion anular proximal y distal del segundo par. El segundo electrodo de registro puede estar adaptado para registrar los potenciales tisulares locales del tejido.

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Un sistema para estimular o modular el tejido puede comprender el dispositivo para estimular o modular el tejido como se describe en el presente documento, y tambien puede incluir un generador de impulsos implantable acoplado de forma funcional con el dispositivo de estimulacion o modulacion. El sistema puede comprender adicionalmente un dispositivo de anclaje que esta adaptado para acoplar de forma desmontable el dispositivo a la cabeza del paciente.

En otro aspecto, un dispositivo para estimular o modular el tejido comprende un miembro alargado que tiene un eje longitudinal, un extremo proximal y un extremo distal. El dispositivo tambien comprende un primer par regiones de estimulacion anulares adyacentes. El primer par de regiones de estimulacion anulares comprende una region de estimulacion anular proximal dispuesta cerca del extremo distal del miembro alargado y una region de estimulacion anular distal dispuesta cerca del extremo distal del miembro alargado. La region de estimulacion anular distal esta mas cerca del extremo distal del miembro alargado que la region de estimulacion anular proximal. La region de estimulacion anular proximal comprende una pluralidad de electrodos adaptados para suministrar corriente al tejido, con electrodos adyacentes separados entre sf por un miembro aislante dispuesto en el miembro alargado. Los electrodos de la region de estimulacion anular proximal tienen una longitud en la direccion del eje longitudinal y una anchura transversal al mismo. La longitud es mayor que la anchura pero menor de quince veces la anchura, y la region de estimulacion anular proximal circunscribe el miembro alargado. La region de estimulacion anular distal comprende una pluralidad de electrodos adaptados para suministrar corriente al tejido, con electrodos adyacentes separados entre sf por un miembro aislante dispuesto en el miembro alargado. Los electrodos de la region de estimulacion anular distal tienen una longitud en la direccion del eje longitudinal y una anchura transversal al mismo. La longitud es mayor que la anchura pero menor de quince veces la anchura, y la region de estimulacion anular distal circunscribe el miembro alargado. La region de estimulacion anular distal esta separada axialmente a lo largo del eje longitudinal del miembro de estimulacion anular proximal por un hueco. Un primer conector electrico interno acopla electricamente un primer electrodo en la region de estimulacion anular proximal con un primer electrodo en la region de estimulacion anular distal. El primer conector electrico interno esta dispuesto dentro del miembro alargado y se extiende a traves del hueco entre las regiones de estimulacion anular proximal y distal. Hay un electrodo de registro dispuesto en el hueco entre las regiones de estimulacion anular proximal y distal y esta adaptado para registrar los potenciales tisulares locales del tejido.

El dispositivo puede comprender adicionalmente un segundo par de regiones de estimulacion anulares adyacentes. El segundo par de regiones de estimulacion anulares pueden estar adyacentes al primer par o pueden comprender una region de estimulacion anular proximal dispuesta cerca del extremo distal del miembro alargado y una region de estimulacion anular distal dispuesta cerca del extremo distal del miembro alargado. La region de estimulacion anular distal puede estar mas cerca el extremo distal del miembro alargado que la region de estimulacion anular proximal. La region de estimulacion anular proximal en el segundo par puede comprender una pluralidad de electrodos adaptados para suministrar corriente al tejido, con electrodos adyacentes separados entre sf por un miembro aislante dispuesto en el miembro alargado. Los electrodos de la region de estimulacion anular proximal en el segundo par pueden tener una longitud en la direccion del eje longitudinal y una anchura transversal al mismo. La longitud puede ser mayor que la anchura pero menor de cinco veces la anchura, y la region de estimulacion anular proximal en el segundo par puede circunscribir el miembro alargado. La region de estimulacion anular distal en el segundo par puede comprender una pluralidad de electrodos adaptados para suministrar corriente al tejido, con electrodos adyacentes separados entre sf por un miembro aislante dispuesto en el miembro alargado. Los electrodos de la region de estimulacion anular distal pueden tener una longitud en la direccion del eje longitudinal y una anchura transversal al mismo, y la longitud puede ser mayor que la anchura pero menor de cinco veces la anchura. La region de estimulacion anular distal en el segundo par puede circunscribir el miembro alargado. La region de estimulacion anular distas en el segundo par puede estar separada axialmente a lo largo del eje longitudinal del miembro de estimulacion anular proximal en el segundo par por un segundo hueco. Un segundo conector electrico interno puede acoplar electricamente un primer electrodo en la region de estimulacion anular proximal del segundo par con un primer electrodo en la region de estimulacion anular distal del segundo par. El segundo conector electrico interno puede estar dispuesto dentro del miembro alargado y puede extenderse a traves del segundo hueco entre las regiones de estimulacion anular proximal y distal del segundo par. Un segundo electrodo de registro puede estar dispuesto en el segundo hueco entre las regiones de estimulacion anular proximal y distal del segundo par y el segundo electrodo de registro puede estar adaptado para registrar potenciales tisulares locales del tejido.

Estas y otras realizaciones se describen en mayor detalle en la siguiente descripcion relacionada con las figuras de dibujos adjuntos.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 ilustra una realizacion de una sonda de supervision y modulacion tisular.

La figura 2 ilustra otra realizacion de una sonda de supervision y modulacion tisular.

La figura 3 ilustra otra realizacion mas de una sonda de supervision y modulacion tisular.

La figura 4 ilustra otra realizacion mas de una sonda de supervision y modulacion tisular.

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La figura 5 ilustra una seccion transversal de una sonda de supervision y modulacion tisular.

La figura 6 muestra una seccion transversal de una realizacion alternativa de una sonda de supervision y modulacion.

La figura 7 muestra una seccion transversal de otra realizacion mas de una sonda de supervision y modulacion.

La figura 8 muestra una seccion transversal de otra realizacion mas de una sonda de supervision y modulacion.

La figura 9 muestra otra seccion transversal de otra realizacion de una sonda de supervision y modulacion.

La figura 10 muestra otra seccion transversal mas de una realizacion de una sonda de supervision y modulacion.

La figura 11 muestra otra seccion transversal mas de otra realizacion de una sonda de supervision y modulacion.

La figura 12 muestra otra seccion transversal de otra realizacion de una sonda de supervision y modulacion.

La figura 13A-13C ponen de relieve las regiones de registro y estimulacion de una realizacion ejemplar de una sonda de supervision y modulacion.

La figura 14A-14B ilustran un modelo geometrico simplificado de realizaciones ejemplares que apoyan el analisis de dirigir la corriente generando un campo electrico orientado.

La figura 15A-15B ilustran un modelo funcional de realizaciones ejemplares que apoyan el analisis de generar un campo electrico orientado.

La figura 16 compara la orientacion dipolar, por ejemplo, realizaciones y el caso de comparacion ilustrado en las figuras 14A-14B y 15A-15B.

La figura 17 muestra una vista en perspectiva de una realizacion de una sonda de supervision y modulacion cerebral.

La figura 18 muestra una sonda de supervision y modulacion cerebral implantada en la cabeza de un paciente.

Las figuras 19A-19C muestran registros de muestra de potenciales electricos cerebrales de dos electrodos de registro.

Las figuras 20A-20C muestran registros de muestra adicionales de potenciales electricos cerebrales de dos electrodos de registro.

Las figuras 21A-21D ilustran una realizacion ejemplar adicional, en que las partes proximal y distal de un electrodo de estimulacion estan conectadas de forma interna para permitir la colocacion favorable de un electrodo adicional adecuado para registrar potenciales tisulares locales.

Las figuras 22A-22C ilustran un electrodo de estimulacion con una conexion interna estructurada para permitir la colocacion favorable de un electrodo adecuado para registrar potenciales tisulares locales.

Las figuras 23A-23C ilustran realizaciones de un electrodo adecuado para registrar potenciales tisulares locales.

La figura 24 muestra un ejemplo de un lugar de neuronas en el nucleo caudado, cuya modulacion, puede generar efectos terapeuticos favorables sobre percepciones imaginarias, tales como acufenos y alucinaciones visuales.

Las figuras 25A-25C ilustran una realizacion ejemplar adicional, estructurada para dar soporte al tratamiento de percepciones imaginarias modulando un lugar de neuronas en el nucleo caudado, en que tres electrodos de estimulacion circunscriben el cable medico.

Las figuras 26A-26D ilustran una realizacion de un electrodo de estimulacion individual con una estructura adecuada para servir como componente de un cable tal como el ilustrado en la figura 25.

Las figuras 27A-27C ilustran una realizacion ejemplar adicional, estructurada para dar soporte al tratamiento de percepciones imaginarias modulando un lugar de neuronas en el nucleo caudado, en que cuatro electrodos de estimulacion circunscriben un cable medico.

Las figuras 28A-28D ilustran una realizacion de un electrodo de estimulacion individual con una estructura adecuada para servir como componente de un cable tal como el ilustrado en la figura 27.

Las figuras 29A-29C ilustran una realizacion de un cable, similar a la realizacion de la figura 17, estructurado para facilitar la modulacion terapeutica independiente de parte adyacentes de un lugar de neuronas en el nucleo caudado para el tratamiento de percepciones imaginarias auditivas tales como acufenos y tambien percepciones imaginarias y alucinaciones visuales.

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Las figuras 30A-30C ilustran una realizacion ejemplar en que estructuras similares a las ilustradas en las figuras 21A-21D estan especializadas para la estimulacion de un lugar de neuronas en el nucleo caudado para el tratamiento de, percepciones imaginarias auditivas o visuales, en que dos conjuntos de electrodos de estimulacion y registro pueden energizarse independientemente para dar soporte a un tratamiento independiente y coordinado de percepciones imaginarias visuales y auditivas.

Las figuras 31A-31D ilustran otras realizaciones mas de estructuras de estimulacion.

Las figuras 32A-32C ilustran otras realizaciones de estructuras de estimulacion y registro.

Las figuras 33A-33C ilustran una realizacion de estructuras de estimulacion y registro.

Las figuras 34A-34C ilustran otra realizacion de estructuras de estimulacion y registro.

Las figuras 35A-35C ilustran otra realizacion mas de estructuras de estimulacion y registro.

Descripcion detallada de la invencion

En los dibujos, numeros similares describen componentes sustancialmente similares.

Las sondas y cables medicos a menudo tienen regiones de estimulacion anulares adheridas de forma fija a su superficie exterior cerca de sus extremos distales. Las regiones de estimulacion estan dispuestas para pasar corriente electrica desde la fuente remota, a y a traves de un tejido diana para estimulacion terapeutica, y de vuelta a la fuente. La trayectoria de retorno para la corriente es muy habitualmente a traves de la carcasa de la fuente de corriente, pero tambien discurre normalmente a traves del cable de vuelta a la fuente. Cuando una corriente electrica transitoria pasa a traves del tejido con suficiente densidad de corriente, genera gradientes de voltaje dentro del tejido. Los gradientes de voltaje clmicamente significativos acoplan los elementos dinamicos sensibles a voltaje en las membranas celulares relacionadas con procesos de senalizacion, tales como canales conductores de iones abiertos por voltaje, generando de ese modo o bloqueando la propagacion del potencial de accion dentro del tejido. La corriente electrica viaja a lo largo de una trayectoria de minima resistencia entre electrodos de polaridad opuesta. En realizaciones ejemplares, dichos electrodos pueden ser en su totalidad partes de una region de estimulacion anular unica o pueden estar distribuidos entre dos o mas regiones de estimulacion anular, y pueden incluir una superficie distante, tal como la carcasa de un paquete de instrumentacion o controlador. Localizaciones implantadas ejemplares de dicho controlador son la caja toracica o el aspecto extracraneal del craneo. Los elementos activos pueden comunicarse con los electrodos, para regular y controlar el voltaje aplicado a los electrodos, controlando de ese modo la corriente a traves de un volumen de tejido cerca de los electrodos, modulando a su vez los procesos de senalizacion celular. Asimismo, los elementos activos pueden comunicarse con los electrodos, para regular y controla la corriente que pasa a traves de los electrodos, con efectos consiguientes controlados de forma similar sobre la senalizacion celular.

Una ventaja terapeutica se obtiene controlando la estimulacion electrica para maximizar el efecto modulador deseado y para minimizar los efectos secundarios indeseados. Esto corresponde a estimular un tejido diana con ritmo y magnitud controlados y excluir la estimulacion de otro tejido en las cercamas del tejido diana. El tejido diana y otro tejido en las cercamas de la diana pueden ocupar volumenes diferentes de espacio o pueden entremezclarse para ocupar un volumen compartido de espacio. Un modo de controlar la estimulacion electrica terapeutica es generar gradientes de voltaje suficientes para modular los procesos de senalizacion celular dentro del tejido diana, pero insuficientes para modular los procesos de senalizacion celular dentro de otro tejido en las cercamas de la diana. Un modo para conseguir este objetivo es generar una densidad de corriente mayor en el conductor de volumen compuesto del tejido diana, en comparacion con la densidad de corriente de otro tejido en las cercamas de la diana. Otro modo de conseguir este objetivo es orientar la corriente dentro del conductor de volumen y de eso modo los gradientes de voltaje dentro del conductor de volumen, para modular los procesos neuronales dentro del tejido diana en preferencia a modular los procesos neuronales en las cercamas del tejido diana. Ejemplos de control de la estimulacion electrica para obtener una ventaja terapeutica pueden incluir, aunque sin limitacion, dirigir la corriente electrica, dirigir el campo electrico alrededor del dispositivo, dirigir el campo de estimulacion, dirigir el campo de neuromodulacion, orientar los dipolos electricos, orientar los gradientes de voltajes y orientar un campo de densidad de corriente.

Un modo de dirigir el campo de estimulacion electrica es emplear un cable con muchos electrodos de estimulacion, cuantos mas mejor, distribuidos a traves de la superficie de un cable medico y proporcionar un medio para energizar selectivamente uno o mas subconjuntos de los electrodos en aislamiento de los otros, en secuencia con los otros o en coordinacion con los otros. Dicho control del campo de estimulacion electrica puede concebirse como un control digital, control de ajuste o control por seleccion. Un electrodo o un ensamblaje de electrodos, se selecciona sobre la base de su proximidad a la diana terapeutica. La estimulacion electrica terapeutica se dirige hacia un tejido diana estimulando el electrodo o electrodos mas cercanos a la diana. Un ejemplo de un cable de marcapasos cardiaco adaptado para dirigir corriente energizando selectivamente un subconjunto de una serie de 6 electrodos, que junto con las superficies aislantes intermedias circunscriben el cable, se ha presentado en la bibliograffa cientifica y de patentes.

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Otro modo de dirigir el campo de estimulacion electrica es dividir una region de estimulacion anular en dos pares de electrodos, cada miembro del par situado sobre la superficie de un cable medico, posicionado diametralmente opuesto a su companero. Dicha disposicion puede generar un dipolo electrico orientado en cualquier direccion en un plano ortogonal al eje alargado de un cable medico. Un dipolo electrico orientado puede dar lugar a un campo orientado de densidad de corriente en un conductor de volumen, que a su vez puede dar lugar a un gradiente de voltaje orientado, que a su vez puede dar lugar a un campo orientado de neuromodulacion. El campo orientado de estimulacion puede generarse energizando cada par de electrodos por circuitos electricamente independientes, con una magnitud de corriente o voltaje que esta controlada en coordinacion. Este procedimiento simple es suficiente para ponerse en practica en ausente de restricciones. Modos adicionales de dirigir la corriente respecto a un cable medico con una pluralidad de regiones de estimulacion, cada region comprendida de un ensamblaje de electrodos y regiones aislantes intermedias que juntas circunscriben el cable se describen en la bibliograffa de patentes y cientifica.

En presencia de restricciones, como se describe a continuacion, una estructura preferente es dividir una region de estimulacion anular en tres sitios de estimulacion. Esta configuracion puede acoplarse a fuentes de corriente o voltaje de tal manera que pueda generarse un dipolo a lo largo de cualquier direccion en un plano. Tres electrodos por region de estimulacion anular es la cantidad minima de sitios de estimulacion por electrodo necesaria para orientar un dipolo a lo largo de cualquier direccion en un plano. Usar la cantidad minima de sitios de estimulacion tambien es ventajoso porque minimiza la cantidad de conductores que deben pasar a traves de la sonda y permite una densidad de corriente maxima a traves de cualquier sitio de registro para modular el tejido cerebral. Por consiguiente, esta estructura geometrica proporciona una capacidad superior de dirigir el campo de estimulacion electrica alrededor de un cable medico, en comparacion con dos pares de electrodos alineados a lo largo de ejes ortogonales, como se describe en el parrafo anterior. Obtener estas ventajas requiere un esquema de control diferente. Mientras dos pares de electrodos alineados a lo largo de los ejes ortogonales pueden controlarse por dos circuitos electricamente independientes, con ritmo y magnitud de estfmulo coordinados, dirigir la corriente superior a traves de tres electrodos en una region de estimulacion anular requiere que la corriente total a traves de un electrodo retorne selectivamente a traves de uno de los otros electrodos o se divida en alguna proporcion entre los otros dos electrodos dentro de la region. Dicha estructura de tres electrodos puede considerarse como tres pares orientados de electrodos con dos pares cualesquiera compartiendo exactamente un electrodo entre ellos. El dipolo que dirige el flujo de corriente electrica y la estimulacion electrica de un tejido puede orientarse en cualquier direccion en un plano ortogonal al eje longitudinal del cable controlando el ritmo, magnitud y polaridad de la corriente que pasa a traves de los tres pares de electrodos en coordinacion. Dicho control puede obtenerse convenientemente por acoplamiento electrico de los tres pares de electrodos a tres fuentes electricas de voltaje o corriente electrica.

Los expertos en la materia entenderan que un dipolo electrico esta compuesto de dos monopolos electricos cargados de forma opuesta. Apreciaran adicionalmente que un dipolo electrico genera un campo electrico orientado en el volumen del espacio que rodea el dipolo. Entenderan adicionalmente que si el volumen de espacio que rodea el dipolo es electricamente conductor, fluira un campo orientado de corriente y el campo electrico, los gradientes de voltaje dentro del campo electrico y la densidad de corriente en el conductor de volumen seran todos constantes. Entenderan adicionalmente que crear distintos gradientes de voltaje orientados especialmente dentro de un tejido electricamente excitable, tal como el cerebro, el tejido nervioso o muscular, creara campos espacialmente distintos de estimulacion. Entenderan adicionalmente que la orientacion del campo de estimulacion puede diferenciar adicionalmente su efecto por su alineacion o mala alineacion con la orientacion espacial de las prolongaciones celulares alargadas dentro del tejido, tales como axones, dendritas y fibras musculares. Entenderan adicionalmente que el modelo simplificado divulgado en el presente documento describe sustancialmente las ventajas de dividir un area superficial de electrodo fijo en tres sitios de estimulacion que circunscriben un cable medico, sobre dividir el area superficial en cuatro sitios de estimulacion que circunscriben el cable, con el fin de crear un campo orientado de estimulacion cerca del cable. Entenderan adicionalmente que para el presente proposito, los efectos complicados de la radiacion electromagnetica son pequenos. Los expertos en la materia apreciaran que el siguiente analisis cuantitativo no es un modelo exacto, sino una explicacion simplificada del modo en que la presente divulgacion apoya un rendimiento comparable respecto a un caso de comparacion conocido en la tecnica, y superior con respecto a la previsibilidad de la capacidad de orientar un campo de estimulacion electrica en cualquier angulo. Las realizaciones tienen las ventajas adicionales de (1) dar mejor soporte para el registro de potenciales electricos relevantes, (2) una estructura que es mas simple de fabricar y (3) compatibilidad con interconexiones industriales convencionales, sirviendo de ese modo como un componente intercambiable de forma mas simple de un sistema de estimulacion y supervision cerebral.

Considerando el caso particular de que todos los electrodos en un anillo discontinuo o ensamblaje circular se energizan de forma identica y en coordinacion, para proporcionar un efecto de estimulacion no dirigido similar al producido al energizar un electrodo anular, tal como es habitual en la tecnica. En este caso, todas las superficies de estimulacion en un ensamblaje de electrodos que circunscriben el eje longitudinal del cable se energizan juntas, con la misma magnitud de corriente o voltaje y con la misma polaridad respecto a un punto neutro donde la corriente vuelve a la fuente de energfa. Es habitual en la tecnica que dicha parte neutra comunique directamente en el caso de un generador programable de impulsos (vease, por ejemplo, la referencia 19 en la figura 18). Con referencia a la figura 14B, se conecta una fuente o fuentes de igual magnitud y duracion simultaneamente a los electrodos 234a, 234b, 234c y 234d. Con referencia a la figura 14A, se conecta una fuente o fuentes de igual magnitud y duracion

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simultaneamente a los electrodos 235a, 235b y 235c. Si (1) la magnitud de la estimulacion se restringe por la densidad de corriente a traves de la superficie del electrodo y (2) el area superficial de los electrodos en un ensamblaje circular es sustancialmente mayor que el area superficial de las regiones aislantes interpuestas entre los elementos de estimulacion, entonces un electrodo o un ensamblaje de cualquier cantidad de electrodos con la misma area superficial neta generara un efecto de estimulacion sustancialmente similar dentro del tejido diana.

Considerese el caso particular de que los electrodos dentro de un ensamblaje circular o anillo discontinuo (tambien mencionado en el presente documento como region de estimulacion anular) se energizan en coordinacion, con anodos y catodos, todos los miembros del mismo ensamblaje, de dicha manera para conseguir la mayor magnitud de estimulacion coherente con la densidad de corriente como restriccion. En la practica, la cantidad de corriente que puede pasar a traves de un electrodo de estimulacion cerebral esta limitada por la capacidad del tejido cerebral de tolerar, sin presentar danos, lesion patologica o danos debidos al paso de corriente a traves de su superficie de contacto con el tejido. Limitar la corriente que puede pasar a traves de los electrodos de estimulacion tiene la consecuencia de limitar la magnitud de dipolo que dirige un campo de corriente orientado, y el campo asociado de estimulacion electrica dentro del tejido. Un modelo simplificado del modo en que la restriccion de densidad de corriente restringe la magnitud del dipolo orientado para la presente divulgacion y un caso de comparacion mas obvio, se analizan a continuacion. El modelo da soporte a una comparacion sobre dirigir el campo de estimulacion por la presente divulgacion, con tres electrodos concentricos circunscribiendo un cable medico, con el caso mas obvio de cuatro electrodos circunscribiendo un cable. Los calculos de comparacion se basan en las suposiciones de que un grado angular de cada uno de los electrodos en el conjunto de tres es de 120 grados, mientras que el grado angular de cada electrodo en el conjunto de cuatro electrodos es de 90 grados. Simplifica el calculo considerando una corriente proporcional al area de cada electrodo a obtener o difundir en el centro angular de los electrodos. Analiza solamente el plano ortogonal al eje longitudinal del cable. Se considera que otras cosas son iguales entre los dos casos. Dichas otras cosas incluyen el grado axial de cada electrodo, la resistencia electrica encontrada por el flujo de corriente a traves de un par de electrodos y el diametro del miembro alargado del cable.

Con referencia a las figuras 14B, 15B y 16, se obtiene una estimulacion maxima cuando un par de electrodos adyacentes se energiza de manera identica que un anodo, con el par restante de electrodos adyacentes energizados de forma identica a un catodo. Por ejemplo, los electrodos 234a y 234b podnan energizarse como un anodo, con los electrodos 234c y 234d energizados como un catodo. La orientacion y magnitud del dipolo generado por dicha estimulacion podna representarse por un vector desde el eje longitudinal del cable 231 hasta la esquina del cuadrado 243, 244b. Este modo produce el efecto mas grande dentro del tejido diana, porque el unico anodo eficaz formado por dos miembros del ensamblaje de cuatro, y el unico catodo eficaz formado por los miembros restantes del ensamblaje, tienen un area superficial grande. Durante la estimulacion, por lo tanto, el anodo y el catodo tienen una densidad de corriente consecuentemente baja. La configuracion de electrodos analizada en la presente puede generar una estimulacion maxima en cuatro direcciones, correspondiente a la polaridad positiva y negativa a lo largo de cada uno de los dos ejes ortogonales.

Con referencia a las figuras 14A, 15A y 16, la estimulacion de orientacion maxima puede obtenerse con muchos patrones de estimulacion. Por ejemplo, el electrodo 235a podna energizarse como un anodo y el electrodo 235b podna energizarse como un catodo. La orientacion y magnitud del dipolo resultante podna representarse por un vector desde el eje longitudinal del cable 231 hasta una esquina del hexagono 246 en la figura 15A, en el punto 237b. La magnitud del dipolo maximo para esta divulgacion es similar al dipolo maximo del caso de comparacion analizado en el parrafo anterior. La corriente de restriccion que puede atravesar un electrodo 235 y al tejido, con referencia a las figuras 14A y 15A, es menor que la corriente de restriccion que puede atravesar un par acoplado de electrodos 234 al tejido, con referencia a las figuras 14B y 15B. La configuracion de electrodos modelada como en las figuras 14A y 15B puede generar una estimulacion maxima en seis direcciones.

Para una comparacion cuantitativa, considerese un modelo simplificado de una realizacion ejemplar con tres sitios de estimulacion dispuestos como un anillo discontinuo que circunscribe y encierra un cable cilmdrico alargado. Esto se modela por tres electrodos puntuales, separados por un arco circular de 120 grados, como se ilustra en la figura 14A, con los tres electrodos 235a, 235b, 235c representados como la letra "E", en un plano ortogonal al eje longitudinal del cable. Considerese que el radio del cable es 0,635, en unidades sin especificar y considerese la magnitud de la corriente que podna pasar a traves de cada electrodo como 1/3 en unidades normalizadas de modo que el electrodo unico que circunscribe el cable con el mismo grado axial tendna una magnitud de corriente limitante de 1. Considerense tres dipolos asociados con la corriente electrica que pasa a traves de los pares de electrodos 235a y 235b (par AB), los electrodos 235a y 235c (par AC) y los electrodos 235b y 235c (par BC). La convencion de signos y nomenclatura asocia un signo positivo con el dipolo AB cuando la corriente fluye desde el electrodo A y al electrodo B como en el diagrama de la figura 15A. En esta disposicion, los electrodos estan espaciados por 1,1 unidades con los espaciados en direcciones paralelas a los ejes horizontal y vertical como se muestra en la tabla 1.

Tabla 1

Par de electrodos: Espaciado horizontal Espaciado vertical

AB: 0 1,10

AC: 0,953 0,55

BC: 0,953 -0,55

El dipolo generado pasando corriente a traves de un par de electrodos se estima como el producto del espaciado entre los electrodos y la corriente normalizada. Por ejemplo, la magnitud maxima del dipolo que podna generarse por el par de electrodos AB es la suma vectorial de cero a lo largo del eje horizontal, y el producto de 1,1 (separacion espacial) y 1/3 (lfmite de corriente) para una magnitud de dipolo de 0,367 a lo largo de eje vertical. El flujo de 5 corriente positiva orientana el dipolo en la direccion ascendente y el flujo de corriente negativa orientana el dipolo en la direccion descendente. Si se configuran tres fuentes de corriente para regular por separado la corriente a traves de los tres pares de electrodos, el dipolo resultante es la suma de los dipolos generados por las tres fuentes de corriente sometidas a la restriccion de que la corriente neta a traves de cualquier electrodo es menor o igual al maximo permitido. Como los tres dipolos componentes estan orientados a lo largo de ejes no ortogonales, las tres 10 fuentes de corriente pueden coordinarse con muchos ajustes diferentes para producir un dipolo resultante de una orientacion y magnitud espedficas. Con estas convenciones, los dipolos componentes, la magnitud de la corriente neta a traves de cada electrodo, el dipolo resultante se presenta en la tabla 2 para varias orientaciones ejemplares. La magnitud del dipolo para este caso y un caso de comparacion se representan en la figura 16.

Tabla 2

Angulo (grados): Corriente AB Corriente AC Corriente BC Magnitud de corriente del electrodo A, normalizada Magnitud de corriente del electrodo B, normalizada Magnitud de corriente del electrodo C, normalizada Magnitud del dipolo resultante

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0: 0,167 0,167 0,5 0,5 1 0,318

30: 0,0 0,333 0,0 1 0 1 0,367

45: 0,141 0,192 0,052 1 0,268 0,732 329

60: 0,164 0,169 -0,003 1 0,5 0,5 0,318

90: 0,333 0,0 -0,0 1 1 0 0,367

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A continuacion, considerese un caso de comparacion con cuatro sitios de estimulacion dispuestos como un anillo discontinuo que circunscribe y encierra un cable cilmdrico alargado. Esto se modela por cuatro electrodos puntuales, separados por un arco circular de 90 grados, como se ilustra en la figura 14B, con los cuatro electrodos 234a, 234b, 234c, 234d representados como la letra "E" en un plano ortogonal al eje longitudinal del cable. Como anteriormente, 20 considerese el radio del cable como 0,635, en unidades no especificadas y considerese la magnitud de la corriente que podna pasar a traves de cada electrodo como 1/4 en unidades normalizadas de modo que un unico electrodo que circunscribe el cable con el mismo grado axial tendna una magnitud de corriente limitante de 1. A causa del grado angular mas pequeno, la corriente limitante a traves de un electrodo es menor para este caso de comparacion que para el caso correspondiente a la realizacion ejemplar de la presente divulgacion. Considerense dos dipolos 25 asociados con corriente electrica que pasa a traves de los pares de electrodos 234a y 234c (par AC), y el par de electrodos 234b y 234d (par BD). La convencion de signos y nomenclatura son como en el parrafo anterior. En esta disposicion, los electrodos estan espaciados por 1,27 unidades con espaciado en direcciones paralelas a los ejes horizontal y vertical como se muestra en la tabla 3.

Tabla 3

Par de electrodos: Espaciado horizontal Espaciado vertical

AC: 0 1,27

BD: 1,27 0

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El dipolo generado pasando corriente a traves de un par de electrodos se estima como el producto del espaciado entre los electrodos y la corriente normalizada. Por ejemplo, la magnitud maxima del dipolo que podna generarse por el par de electrodos AB es la suma vectorial de cero a lo largo del eje horizontal, y el producto de 1,27 unidades espaciales y % unidades de corriente para una magnitud de dipolo de 0,318 a lo largo del eje vertical. El flujo de 35 corriente positiva orientana el dipolo en la direccion ascendente y el flujo de corriente negativa orientana el dipolo en la direccion descendente. Si se configuran dos fuentes de corriente para regular por separado la corriente a traves de los tres pares de electrodos, el dipolo resultante es la suma de los dipolos generados por las tres fuentes de corriente sometidas a la restriccion de que la corriente neta a traves de cualquier electrodo es menor o igual al maximo permitido. Como los dos dipolos componentes estan orientados a lo largo de ejes ortogonales, las dos 40 fuentes de corriente pueden coordinarse en una combinacion unica para producir un dipolo resultante de una orientacion y magnitud espedficas. La magnitud del dipolo para este caso de comparacion y el caso correspondiente a la realizacion ejemplar de la presente divulgacion se representan en la figura 16.

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Tabla 4

Angulo (grados): Corriente AC Corriente BD Corriente del electrodo A y C, normalizada Corriente del electrodo B y D, normalizada Magnitud del dipolo resultante

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0: 0,250 0 1 0,318

30: 0,145 0,250 0,579 1 0,367

45: 0,250 0,250 1 1 0,449

60: 0,250 0,145 1 0,578 0,367

90: 0,250 0 1 0 0,318

Observese que los puntos medios de los dipolos generados a lo largo de los tres ejes no son coincidentes con el eje longitudinal del cable 231, sino que estan compensados al punto medio de un segmento lineal entre las localizaciones de los electrodos. Dicho desplazamiento diferencia adicionalmente el campo de corriente generado estimulando un par de electrodo, correspondiente a un desplazamiento adicional en el campo de estimulacion electrica dentro del tejido diana. Esto corresponde a un efecto de orientacion mayor por la presente divulgacion en comparacion con el caso de referencia analizado en el parrafo anterior. Dicho efecto de orientacion fuera de eje podna obtenerse usando la configuracion de referencia del diagrama de la figura 14, energizando dos electrodos adyacentes 234 con polaridad opuesta. Esto desplazana el campo de estimulacion fuera del eje longitudinal del cable, pero la magnitud maxima del estimulo sena inferior que en la realizacion ejemplar porque el centro de accion de dos electrodos adyacentes 234 estan mas juntos que para dos electrodos 235 y el area superficial de dos electrodos 234 es menor que el area superficial 235.

Los resultados ilustraos en la figura 16 amplfan los calculos ejemplares presentados en la tabla 2 y 4, lo que ilustra los calculos para las orientaciones de dipolo de 0 a 355 grados en incrementos de 5 grados. La figura 16 compara la magnitud del dipolo 246 para el caso de tres electrodos dispuestos en un anillo, junto con regiones aislantes intermedias que circunscriben el cable, con la magnitud de comparacion 243 para el caso de cuatro electrodos dispuestos en un anillo, junto con regiones aislantes intermedias que circunscriben el cable. La magnitud del dipolo es similar a los casos comparados. Para una colocacion fija del cable, habra algunas direcciones en que uno o el otro caso, pueda generar un dipolo orientado mayor. Para el ejemplo ilustrado, el caso de tres electrodos que circunscriben el cable genera una magnitud de dipolo mayor para orientaciones cerca de la direccion de 90 grados (237b) y tambien en la orientacion opuesta cerca 270 grados. El caso de cuatro electrodos que circunscriben el cable genera una magnitud de dipolo mayor cerca de una orientacion de 45 grados 244b y tambien cerca de 135 grados, 225 grados y 243 grados. El dipolo posible maximo generado por el caso de cuatro electrodos que circunscriben el cable es mayor que para el caso de tres electrodos que circunscriben el cable. Sobre un intervalo angular de aproximadamente 120 grados, comprendido de un intervalo cerca de 0 grados y un intervalo cerca de 180 grados, la magnitud del dipolo generado por los dos casos es igual.

Con referencia ahora a la figura 1, se ilustra una sonda de modulacion y supervision tisular. Es una sonda cilmdrica, con un cuerpo de sonda flexible 10 y un terminal de conexion de contacto multiple opcional 20a. Se divulgan detalles adicionales sobre terminales de conexion de contacto multiple en la patente de Estados Unidos n.° 7.583.999. Pueden usarse otros conectores y son bien conocidos en la tecnica. En el extremo distal de la sonda 30a hay uno o mas anillos anulares descompuestos de sitios de estimulacion. Los sitios de estimulacion pueden alinearse con una posicion angular coincidente en todos los anillos, o puede compensarse para diferentes posiciones angulares en diferentes anillos. Tambien hay una o mas bandas de electrodos circunferenciales adecuadas para registrar potenciales de campo local, y un electrodo de registro en o cerca de la punta mas distal. En esta realizacion preferente, el diametro maximo del terminal de contacto multiple 20a es igual que el diametro del cuerpo de sonda flexible 10.

En esta realizacion, en cuatro posiciones axiales, hay tres sitios de estimulacion 33a, 33b, 33c, 34a, 34b, 34c, 35a, 35b, 35c, 36a, 36b, 36c dispuestos como anillos descompuestos, para un total de 12 sitios de estimulacion. Estos se observan mejor en las vistas de seccion transversal de las figuras 5-12. Tambien en esta realizacion, hay tres bandas de registros 37, 38, 39 dispuestas en los huecos entre los anillos descompuestos. El tamano de los sitios de registro es adecuado para registrar potenciales de campo local, con un area expuesta que vana de aproximadamente 0,0005 mm2 a aproximadamente 0,5 mm2, pero el area podna ser de hasta aproximadamente 0,8 mm2. Algunas realizaciones tienen sitios de registro mas pequenos que mejoran los registros extracelulares de potenciales de accion. Dichos sitios de registro vanan en el area expuesta de aproximadamente 1,9 x 10-5 mm2 a aproximadamente 0,002 mm2, pero podnan ser tan grandes como aproximadamente 0,1 mm2. La forma de los sitios de registro podfa ser el extremo desnudo de un hilo aislado, una pelfcula fina, una almohadilla metalica o una region aislada con una parte del aislamiento retirada para exponer un conductor electrico dentro de la pared del dispositivo. Realizaciones alternativas pueden no tener anillos de registro o pueden tener mas anillos de registro. Puede haber anillos o electrodos puntuales de registro adicionales localizados a lo largo del cuerpo de sonda 10 o en la punta de la sonda 32. La realizacion no restringe la alineacion de los electrodos de registro (bandas y/o puntos) con respecto a los sitios de estimulacion. Proporcionar diversas opciones de tratamiento que ofrecen cada una diferentes compensaciones entre efectos terapeuticos y efectos secundarios sirve al interes de pacientes que buscan

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conseguir el mejor equilibrio de resultados. Las realizaciones de esta divulgacion describen estructuras por las que no solamente pueden proporcionarse mas opciones, sino que pueden proporcionarse opciones superiores.

La realizacion preferente incluye un hueco no conductor de al menos 100 pm entre las superficies de estimulacion y registro y entre las superficies de registro, para reducir las maniobras y mejorar el aislamiento de las senales registradas. Otras realizaciones pueden reducir este hueco en algunas posiciones alrededor de las superficies de electrodo. Es deseable que las senales electricas que atraviesan a traves de la sonda no interfieran entre sf Es especialmente deseable que las senales de estimulacion electrica de alto nivel no interfieran con las senales de registro de bajo nivel. Por lo tanto, es preferente que los conductores que portan senales de registro descansen en una helice interior, mientras que los conductores que portan las senales de estimulacion descansan en una helice exterior. El paso de las dos helices puede ser igual o puede ser diferente, de modo que ningun par de conductores de estimulacion y registro atraviese trayectorias adyacentes durante una distancia apreciable. Esto minimiza el acoplamiento capacitivo entre cualquier conductor de estimulacion y cualquier conductor de registro. En otras realizaciones, puede aplicarse un recubrimiento conductor al exterior de la helice de conductores de registro. Esto puede estar conectado a tierra para disminuir la interferencia electromagnetica entre los dos tipos de conductores. En otra realizacion mas, una lamina metalica, que puede estar conectada a tierra, se envuelve entre las helices de hilo interior y exterior.

En otras realizaciones, los conductores que portan senales registradas descansan entre conductores que portan senales de estimulacion electrica. Esta realizacion tiene la ventaja de que los conductores descansan en una unica lamina y pueden ser mas compactos y mas flexibles, aunque en algunos casos esta realizacion puede tener la desventaja que cuando la corriente de estimulacion modula un conductor de estimulacion, la senal de estimulacion puede acoplarse en conductores de registro adyacente. Observese que no todos los conductores de estfmulos son necesarios para portar una corriente en un momento dado. En muchos usos de la sonda, algunos de los conductores de registro, por lo tanto, estaran bien separados de los conductores de estimulacion activos en un momento dado. En otra realizacion, los hilos de estimulacion y los hilos de registro discurren como grupos adyacentes de conductores en una helice.

Los hilos deben ser mecanicamente fuertes y electricamente conductores. Los materiales adecuados incluyen aleacion MP35N (aleacion de cobalto y cromo), acero inoxidable e hilo de tungsteno o aleacion de tungsteno, que se han chapado en oro para facilitar la continuidad con los sitios de estimulacion y al conector extracraneal. Es importante que el material sea mmimamente magnetico para maximizar la compatibilidad con RM.

Los sitios de estimulacion se fabrican de un material relativamente inerte que maximiza la transferencia segura de carga, tal como platino, iridio o una aleacion de platino e iridio. El cuerpo de la sonda se recubre por un polfmero biocompatible, tal como caucho de silicona o poliuretano, que soporta el pliegue con un radio corto de curvatura cuando la sonda sale del craneo.

La figura 2 ilustra una realizacion alternativa de la sonda 30b. La sonda 30b es similar a la sonda 30a de la figura 1 excepto que anade los accesos 40 que pueden permitir que sustancias qmmicas entren o abandonen el lumen de la sonda. Los accesos 40 pueden estar cubiertos por una membrana semipermeable. Como alternativa, puede colocarse un mecanismo de abertura controlada qmmicamente, tal como un hidrogel qmmicamente reactivo, cerca de los accesos. Dicho hidrogel puede hincharse o contraerse dependiendo de la composicion qmmica del medio adyacente. El mecanismo de abertura puede funcionar basandose en la dilatacion y oclusion de masa del acceso, o el hidrogel puede estar formado con una estructura accesoria mecanica. Un ejemplo de dicha estructura incluye un haz bimorfo como se describe por R. Bashir, J.Z. Hilt, O. Elibol, A. Gupta, y N. A. Peppas en "Micromechanical Cantilever as an Ultrasensitve pH Microsensor", publicado en Applied Physics Letters, 81(16):3091-3093, 2002. Otro ejemplo incluye una cobertura superficial fenestrada con microaccesos como se divulga por A. Baldi, M. Lei, Y. Gu, R.A. Siegel y B. Ziaie en el artfculo titulado "A Microstructured Silicon Membrane with Entrapped Hydrogels for Environmentally Sensitive Fluid Gating", publicado en Sensor and Actuators B, 114(1):9-18, 2006, u otro ejemplo incluye una almohadilla que desplaza elementos adecuados para formar un sello oclusivo como se describe por A. Baldi, Y. Gu, P.E. Loftness, R.A. Siegel y B. Ziaie en "A Hydrogel-Actuated Environmentally Sensitive Microvalve for Active Flow Control", publicado en The Journal of Microelectromechanical Systems, 12(5):613-621,2003.

Como los hidrogeles pueden formularse de manera que su volumen tenga diferentes dependencias qmmicas, pueden asociarse diferentes hidrogeles con accesos en diferentes posiciones predeterminadas en el cable, de modo que los farmacos puedan suministrarse de forma selectiva a posiciones predeterminadas en la sonda. Asimismo, las muestras del espacio extracelular o fluido cefalorraqmdeo (CSF) pueden obtenerse de posiciones predeterminadas en la sonda. Ejemplos de mecanismos de abertura qmmica que se controlan directamente por el pH incluyen los descritos previamente en "Micromechanical Cantilever as an Ultrasensitve pH Microsensor". Los mecanismos de abertura controlados por la presencia de dioxido de carbono a traves de una relacion al pH incluyen los descritos por R. Steege, H. Sebastiaan, W. Olthuis, P. Bergveld, A. Berg, y J. Kolkman en "Assessment of a New Prototype Hydrogel CO2 Sensor; Comparison with Air Tonometry", publicado en The Journal of Clinical Monitoring and Computing 21(2):83-90, 2007. Otros ejemplos de mecanismos de abertura controlados por la presencia de glucosa se desvelan por Theeuwes y col., en la patente de Estados Unidos n.° 6.997.922.

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La figura 3 ilustra una realizacion alternativa de la sonda 30c en que la punta de la sonda 32a es electricamente conductora, que sirve como sitio de estimulacion adicional. Esto podna servir como sitio de estimulacion convencional, que da soporte a estimulacion monopolar y bipolar. Junto con el anillo distal de los sitios de estimulacion 36a-36c forma un grupo de sitios de estimulacion centrados en los vertices de un tetraedro, que soporta la orientacion de la corriente cerca de la punta en tres dimensiones. La realizacion de la figura 3 tambien tiene un electrodo de registro adicional 42 entre los electrodos de estimulacion 36a-36c y el electrodo de estimulacion distal 32a. Ademas, el terminal de conexion de contacto multiple 20c tiene una pluralidad de contactos electricos espaciados axialmente a lo largo de dos conectores hemicilmdricos o con forma de D, como se desvela adicionalmente en la patente de Estados Unidos n.° 7.583.999.

La figura 4 ilustra una realizacion alternativa de la sonda, 30d, que demuestra que el terminal de contacto multiple 20d no tiene que ser del mismo diametro que el cuerpo de sonda 10. Aqm, el terminal de contacto 20d es un tapon con forma cilmdrica de diametro mas grande con receptaculos para acoplar la sonda 30d con el resto del sistema de supervision y modulacion. Esta realizacion ilustra que las superficies expuestas de los electrodos de registro no tienen que ser circulares, sino que pueden configurarse como puntos de registro 43. Realizaciones alternativas pueden incluir multiples sitios de registro, algunos configurados como anillos y otros configurados como puntos. En otras realizaciones, los electrodos de registro pueden adoptar otras formas, incluyendo cuadrados, rectangulos o formas irregulares. En otra realizacion alternativa mas, el terminal de contacto multiple puede permitir un lumen o conducto para el paso de fluido dentro de la sonda. El fluido puede pasar en uno o mas lumenes y puede fluir a o desde el cerebro, o ambos.

La figura 5 ilustra una vista en seccion transversal axial de una realizacion, en la lmea de seccion 101 de la figura 1. En esta realizacion, el lumen central 70 esta rodeado por un tubo 72 hecho de un polfmero biocompatible, tal como PEEK (polieter eter cetona), poliuretano, caucho de silicona o poliimida. En realizaciones alternativas, el lumen es un recubrimiento de polfmero y los conductores de registro aislados 60 pueden residir en el lumen interior. Los conductores de registro 60 se enrollan en una helice desde los sitios de registro hasta su terminacion en el terminal de contacto 20. Asimismo, los conductores de estimulacion 50 estan enrollados en una helice desde los sitios de estimulacion hasta su terminacion en el terminal de contacto 20. En una realizacion preferente, los conductores de estimulacion 50 tienen un tamano mayor que los conductores de registro 60 porque las perdidas resistivas son una mayor preocupacion para los conductores de estimulacion 50, pero todos los conductores pueden ser de la misma dimension o una similar en realizaciones alternativas. En una realizacion preferente, los pasos de la helice del conductor de registro y la helice del conductor de estimulacion son distintos entre sf, para disminuir el acoplamiento capacitivo promedio entre los hilos. En realizaciones adicionales las helices podnan tener el mismo paso. Las dos helices pueden tener la mima orientacion u opuesta (una en direccion de las agujas del reloj, la otra en direccion contraria a las agujas del reloj). Los conductores 50, 60 estan incrustados en un polfmero flexible y estan aislados en la realizacion preferente, pero pueden depender o no del polfmero adyacente para el aislamiento en una realizacion alternativa. En una realizacion preferente, se interpone una capa de material electricamente conductor 74 entre los conductores de registro y de estimulacion, que puede adherirse para una referencia electrica de baja impedancia. Realizaciones alternativas pueden usar la capa 74 o el revestimiento central del lumen central 72 como un electrodo de estimulacion interno. Realizaciones alternativas pueden omitir esta capa 74 para simplificar la fabricacion. Los sitios de estimulacion 33a-33c descansan sobre la superficie de la sonda, con huecos de material no conductor 41 entre ellos. Los sitios de estimulacion 33a-33c pueden estar en forma de secciones de un tubo, adheridos a la sonda y soldados o remachados a los conductores 50, o pueden fabricarse con tecnologfa de pelmula fina. Ejemplos de tecnologfa de pelmula fina que podnan usarse para fabricar las sondas se describen, por ejemplo, en las patentes de Estado Unidos n.° 7.051.419 y 7.047.082. Los conductores 50, 60 en la figura 5 se muestran con un perfil circular para sugerir el corte transversal de hilos redondos, pero formas alternativas podnan usar hilos conformados tales como los que tienen una seccion transversal cuadrada, rectangular o elfptica, o pueden usarse tecnologfas de pelmula fina para los conductores. La figura 5 muestra 12 conductores de estimulacion 50 y conductores de registro 60, pero realizaciones alternativas podnan tener mas o menos conductores, correspondientes a la cantidad de sitios de estimulacion y registro.

La figura 6 ilustra una realizacion alternativa, en que los conductores de estimulacion 50 estan dispuestos en grupos en lugar de espaciados de forma uniforme alrededor de la circunferencia de la sonda. Se ilustran tres grupos de cuatro, pero los conductores, como alternativa, podnan disponerse en 4 grupos de tres. Dichas realizaciones podnan permitir accesos que comunican entre el lumen central 70 y el exterior de la sonda, o para una flexibilidad mejorada de la sonda junto con un grosor reducido de la pared entre grupos de conductores.

La figura 7 ilustra una vista en seccion transversal axial de una realizacion alternativa, en la lmea de seccion 101 de la figura 1. En esta realizacion, los conductores de estimulacion y registro estan en el mismo espacio anular de la sonda, a diferencia de las realizaciones anteriores donde los conductores estan separados. Como esta realizacion coloca a ambos conductores en el mismo espacio anular, el lumen central 70 puede ser mayor. En una realizacion preferente los conductores de estimulacion 50, y los conductores de registro 60 alternan alrededor de la helice, pero en realizaciones alternativas, los conductores de estimulacion y los conductores de registro podnan discurrir como grupos separados. En realizaciones alternativas, puede haber conductores adicionales entre los conductores de estimulacion 50 y de registro 60, que pueden conectarse al punto de neutralidad electrica. En realizaciones alternativas, el tubo 72 puede estar recubierto con un material electricamente conductor, que puede conectarse al punto de neutralidad electrica.

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La figura 8 ilustra una realizacion alternativa en la que los conductores de registro 60 y los conductores de estimulacion 50 estan separados en grupos. Esta realizacion tiene la ventaja de oportunidades reducidas de acoplamiento capacitivo indeseable entre los conductores de estimulacion y registro en comparacion con la realizacion ilustrada en la figura 7, pero aumenta las oportunidades de acoplamiento capacitivo indeseable entre conductores de registro diferentes.

La figura 9 ilustra una realizacion con lumenes dobles, central 70 y anular 71, para permitir el suministro o muestreo de una sustancia fluida (gas o lfquida) o farmaco, o el muestreo de una sustancia lfquida o volatil. Los lumenes pueden comunicar con los accesos, mostrados como 40 en las figuras 2 y 13A-13C, y dicha comunicacion puede abrirse electrica o qmmicamente. Los extremos distales de los lumenes pueden cerrarse, ser permeables, selectivamente permeables o abrirse, para liberar los contenidos del lumen o alguna fraccion o parte de los contenidos del lumen. Los extremos distales de los dos lumenes pueden comunicar entre sf, de modo que uno suministra un lfquido que contiene un farmaco tal como levodopa o un medio gaseoso con efectos bioactivos tales como monoxido de carbono u oxido nitroso, y otro lumen recupera el medio, despues de una oportunidad de intercambiar una sustancia o sustancias con el medio cerca de los accesos 40 u otras aberturas en la sonda. Otros agentes terapeuticos que pueden suministrarse son bien conocidos en la tecnica, tales como los divulgados en las patentes de Estados Unidos n.° 6.094.598 y 6.227.203 y, a menudo, se muestrea fluido extracelular tal como fluido cefalorraqmdeo (CSF). En esta realizacion, los conductores para estimulacion electrica y registro discurren juntos dentro de un anillo adicional 79 creado por una pared adicional 78 en la sonda.

La figura 10 ilustra una disposicion similar a la de la figura 9, excepto que los conductores para estimulacion y registro discurren a traves de dos anillos anulares diferentes 76 y 77, ambos concentricos a los dos lumenes interiores 70 y 71. En otras realizaciones, puede haber mas de dos lumenes, y los lumenes no tienen que ser concentricos.

La figura 11 ilustra una disposicion similar a la de la figura 9, excepto que hay un unico lumen 72. Adicionalmente, los conductores 50 y 60 estan orientados aleatoriamente y, por lo tanto, pueden permitir que la sonda se fabrique mas facilmente en oposicion a una sonda con conductores en un patron definido.

La figura 12 ilustra una disposicion sin ningun lumen para una aguja grna, o para el soporte de transferencia de masas. Los conductores discurren juntos a traves del centro de la sonda.

Las figuras 13A-13C ilustran una disposicion para los conductores de estimulacion y registro, similar a las realizaciones ilustradas en la figura 2. La figura 13A muestra una sonda que tiene cuatro regiones de electrodos de estimulacion 36a-36c, 35a-35c, 34a-34c y 33a-33c, teniendo cada region tres sitios de estimulacion independientes. Adicionalmente, la sonda de la figura 13A tiene electrodos de registro 37, 38 y 39, asf como accesos 40. La sonda de la figura 13A se muestra en las figuras 13B-13C con la circunferencia de la sonda no envuelta, de modo que el borde superior y el borde inferior de los conductores realmente son continuos entre sf. En la region de la punta de la sonda, los conductores discurren en la direccion axial y giran para formar devanados helicoides a lo largo del cuerpo de la sonda. La figura 13B muestra los conductores de electrodo de registro 90a, 90b y 90c que discurren en la direccion axial cerca de la punta de la sonda y despues giran para formar devanados helicoides a lo largo del cuerpo de la sonda. La figura 13C ilustra un patron similar para los conductores de electrodo de estimulacion 92a, 92b, 92c, 94a, 94b, 94c, 96a, 96b, 96c y 98a, 98b, 98c.

La figura 17 muestra una vista en perspectiva de un cable de supervision y modulacion. En la figura 16, cuatro regiones de estimulacion en el cable contienen cada una tres electrodos de estimulacion independientes. Los tres electrodos de estimulacion 36a, 36b, 36c son solamente visibles en la region mas distal. Dos electrodos de estimulacion son visibles en las otras regiones del cable incluyendo 35a, 35b, 34a, 34b, 33a, 33b. Adicionalmente, el cable tiene tres electrodos de registro 37, 38 y 39, asf como un electrodo de registro adicional 52 cerca de la punta distal del cable 32. Un eje interior 53 esta contenido dentro del cuerpo del cable 10 y puede adaptarse para acomodar agujas grna, estiletes, lumenes, etc., descritos previamente en el presente documento.

La figura 18 muestra una sonda de supervision y modulacion o cable 12 fijado al craneo de un paciente 11 con una fijacion 16 implantada en el tejido cerebral 14. Un cable de extension 18 acopla la sonda 12 con un generador de impulsos controlable 19. El cable a menudo discurre bajo la piel del paciente, aunque puede que no y el generador de impulsos controlable 19 puede implantarse y puede permanecer externo al organismo del paciente 11. Se divulgan detalles adicionales sobre la fijacion para asegurar la sonda al craneo en la publicacion de patente de Estados Unidos n.° 2009/0088 826.

La tabla 5 a continuacion resume los datos recogidos que demuestran que diferentes efectos de estimulacion funcional pueden conseguirse estimulando diferentes sitios de estimulacion alrededor de un anillo anular. Un cable similar al ilustrado en la figura 17 se inserto en los ganglios basales de un gato anestesiado. Los sitios de estimulacion en el anillo anular mas distal (36a, 36b y 36c) se energizaron juntos e independientemente para estimular electricamente el cerebro. La conexion a tierra se coloco en el musculo temporal. La estimulacion electrica de suficiente magnitud provoco una respuesta en los musculos faciales ipsilateral o contralateral o ambos. La magnitud de estimulacion se suministro en etapas de voltaje, y la respuesta motora se graduo en una escala ordenada por rango (NR - sin respuesta; THR, umbral de respuesta; numeros mayores corresponden a magnitud

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mayor de respuestas por encima del umbral). Cuando el sitio 36a se estimulaba en solitario, el umbral de repuesta para el movimiento ipsilateral fue inferior que para el movimiento contralateral. Cuando el sitio 36b se estimulaba en solitario, el umbral de respuesta para el movimiento ipsilateral y contralateral era el mismo. Cuando el sitio 36c se estimulaba en solitario, el umbral para el movimiento contralateral era inferior que para el movimiento ipsilateral. Cuando los tres sitios se estimulaban simultaneamente, el umbral para el movimiento ipsilateral era inferior que para el movimiento contralateral, pero el umbral para el movimiento tanto ipsilateral como contralateral era inferior que con estimulacion de cualquier sitio individual. Los datos de este ensayo se resumen en la tabla 5 a continuacion, y este patron de umbrales de estimulacion diferencial demuestra que estimular diferentes sitios dentro de un anillo anular dirige corriente electrica al cerebro.

Las figuras 19A-19C demuestran que el cable puede registrar potenciales de campo, y que diferentes sitios de registro, registran diferentes potenciales. El registro se obtuvo desde el mismo cable ilustrado en la figura 16 como se analiza anteriormente, y con la misma colocacion. La respuesta se provoco por estimulacion sensorial de las rutas visuales por transmision de ondas de una luz parpadeante delante de los ojos. En la figura 19A, el rastro T1 se registro desde el sitio de registro 38, y en la figura 19B el rastro T2 se registro desde el sitio de registro 39. El analisis del espectro de estos rastros revelo oscilaciones a 180 Hz y 300 Hz, que se cree que resultan del acoplamiento no pretendido a la red electrica. Se aplico un filtro de Christiano-Fitzgerald para eliminar la energfa de la senal cerca de estas frecuencias, y los rastros filtrados se indican T1a y T2a como se muestra en las figuras 19A- 19C. El rastro A en la figura 19C es la diferencia aritmetica T1a - T2a. Los rastros parecen similares, pero no son proporcionales, como lo senan si resultaran principalmente de la comunicacion electrica. En la posicion A, T1/T1a tiene una positividad mas sostenida en comparacion con T2/T2a. En la posicion B, la positividad en los rastros T1/T1a y T2/T2a es casi identica. La amplitud de la onda trifasica entre las posiciones B y C difiere considerablemente en los rastros T1/T1a y T2/T2a. La amplitud de este potencial registrado es algo menor que la amplitud de un potencial de campo registrado de forma optima, que refleja la posicion del cable cerca, pero no en la trayectoria optica.

Las figuras 20A-20C demuestran que el cable puede registrar dos potenciales de campo de actividad espontanea caractensticos de la colocacion en un nucleo de materia gris. El registro se obtuvo de una localizacion 3 mm dorsal para localizacion de la que se obtuvo el registro en las figuras 18A-18C. Como la amplitud de este registro fue mucho mayor que la amplitud de interferencia de la red electrica, no fue necesaria la filtracion de Christiano- Fitzgerald. El rastro T1 de la figura 20A se registro desde el sitio de registro 38 y el rastro T2 de la figura 19B se registro desde el sitio de registro 39. El rastro A de la figura 20C es la diferencia aritmetica T1 - T2. Los rastros parecen similares, con un curso de tiempo y amplitud caractensticos de registros de potencial de campo. El rastro de diferencia, A, tiene varias sondas transitorias con una duracion de 0,5 a 3,5 ms, y una amplitud de unas pocas decenas de milivoltios, caractenstica de formas de ondas de potencial de accion. Junto con los registros mostrados en las figuras 19A-19C, estos datos demuestran que un cable tal como el ilustrado en la figura 17 puede registrar potenciales de campo desde materia blanca y materia gris, y con procesamiento adecuado de senales tambien puede registrar picos de potencial de accion.

Tabla 5

Superficies activadas: Estimulacion (V) Grado de respuesta de musculo facial ipsilateral Grado de respuesta de musculo facial contralateral

36a, 36b, 36c: 1,0 NR NR

: 2,0 NR NR

: 2,2 THR NR

: 2,6 1 NR

: 2,7 1 THR

36a: 1,0 NR NR

: 2,0 NR NR

: 3,0 NR NR

: 3,6 THR NR

: 4,0 1 NR

: 4,3 1 NR

: 4,5 2 THR

36b: 1,0 NR NR

: 2,0 NR NR

: 2,4 THR THR

: 4,0 2 2

36c: 1,0 NR NR

: 2,0 NR NR

: 3,0 NR NR

: 3,5 NR THR

: 4,0 THR 1

: 4,5 1 1

: 5,0 2 2

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En resumen, las realizaciones de la divulgacion, colocadas en una localizacion fija dentro de un tejido, pueden generar una diversidad de efectos terapeuticos y efectos secundarios dependiendo de la magnitud, el curso de tiempo y la orientacion de la corriente dentro del tejido. La orientacion puede conseguirse por al menos dos modos basicos. Un primer modo es un modo digital, u orientacion por seleccion en que uno o un grupo de electrodos, se energiza en coordinacion. Los efectos dentro del tejido que cambian dependiendo de los electrodos que se energicen, dichos electrodos conectados a una fuente comun de energfa electrica, o a una pluralidad de fuentes que comparten un electrodo comun remoto de cable medico, tal como la carcasa metalica de un generador de impulsos programable. Un segundo modo es un modo bipolar, en que una pluralidad de fuentes de corriente, se conectan a los electrodos en el cable. Asignar selectivamente la corriente total entre las fuentes, puede dirigir la corriente a una orientacion particular respecto al cable. De forma unica a las realizaciones preferentes de esta divulgacion, tres fuentes de corriente pueden comunicar con tres electrodos, de modo que la corriente pueda orientarse en cualquier direccion ortogonal al plano del eje longitudinal del cable, seleccionando un par particular de fuentes de corriente y energizandolas en coordinacion con una relacion espedfica de magnitud de corriente.

Los dos modos de orientacion de corriente, soportados por las realizaciones pueden posibilitar estimulacion de tal manera que de soporte a la obtencion de un efecto terapeutico, sin los efectos secundarios adjuntos. La estimulacion terapeutica del nucleo subtalamico (STN) para el tratamiento y mitigacion de smtomas de la enfermedad de Parkinson esta limitada por los efectos secundarios adjuntos, tales como disartria, contraccion tonica muscular, parestesias, desviacion ocular y efectos autonomos. Un ejemplo de dicho tratamiento es implantar un dispositivo comun en la tecnica, tal como el cable Medtronic 3389, de modo que sus electrodos esten en comunicacion con el aspecto dorsal del STN. Este dispositivo esta compuesto de un cable alargado, de 1,27 mm de diametro, con cuatro electrodos de estimulacion dispuestos cerca del extremo distal del cable, cada electrodo adherido de forma fija al cable y circunscribiendo cada electrodo completamente el cable. En el caso convencional de estimulacion monopolar, en que se aplican impulsos de estfmulo de alta frecuencia a los electrodos y la carcasa del generador de impulsos sirve como referencia electrica. En este ejemplo, la estimulacion de una magnitud suficiente para generar un efecto terapeutico propaga una corriente de estimulacion clmicamente significativa de 2 a 3 mm en todas las direcciones alrededor del electrodo. La propagacion de la corriente de forma lateral puede conducir a estimulacion de fibras en la capsula interna, lo que puede dar lugar a desviacion ocular conjugada, quiza por estimulacion directa de los axones de los campos oculares frontales, y tambien a distoma, quiza por estimulacion de los axones del lemnisco medio.

El empleo de un modo digital de orientacion de corriente mitiga dichos efectos secundarios moviendo la superficie de la corriente electrica desde los axones implicados en la produccion de los efectos secundarios indeseados. La estimulacion selectiva de los electrodos dispuestos en diferentes posiciones angulares alrededor del eje alargado del cable mueve el centra del campo de estimulacion en una distancia del orden de - cos 9, donde r es el radio

del cable y 0 es el cambio en la posicion angular a lo largo de la superficie del cable en una posicion axial fija. Basandose en dicho razonamiento, y las dimensiones representativas de 1,27 mm para el diametro del cable y 2-3 mm para la propagacion de la corriente de estimulacion clmicamente significativa, las realizaciones pueden desplazar el lugar de estimulacion electrica del orden de un 10 % a un 30 % del tamano del campo de estimulacion. Dicho desplazamiento puede potenciar el efecto terapeutico y/o disminuir los efectos secundarios. Permite emplear una magnitud de estimulo mayor para generar un efecto terapeutico sin aumentar los efectos secundarios. En el caso particular en consideracion, un campo de estimulacion en las cercamas del STN puede generar efectos secundarios asociados con estimulacion de los axones en la capsula interna. Eligiendo estimular electrodos posicionados excentricamente en el cable, centrados alrededor de una posicion anatomica mas medial, en lugar de un electrodo o conjunto de electrodos que circunscriben completamente el cable, la zona de corriente electrica eficaz se mueve de forma medial, desde las fibras de la capsula interna mas al centro del dominio tisular asociado con un efecto terapeutico. La estimulacion de la capsula interna entonces requerina aplicar una magnitud de estimulo mayor al electrodo seleccionado o ensamblaje de electrodos, seleccionado.

Emplear un modo bipolar de orientacion de corriente mitiga dichos efectos secundarios generando un flujo de corriente alargado en una direccion preferente angular a la direccion alrededor del cable. Esto contrasta con el aparato habitual en la tecnica. Dichos cables pueden estimular electrodos cerca del extremo distal del cable, pero en posiciones axiales diferentes con polaridad opuesta para generar un campo de corriente de estimulacion. La forma del campo de corriente clmicamente significativo es alargada en direcciones paralelas al eje longitudinal del cable, y distribuida simetricamente alrededor del cable. En realizaciones, la orientacion por estimulacion bipolar puede alargar el campo de la corriente de estimulacion en cualquier direccion elegida ortogonal al eje longitudinal del cable. Para el ejemplo de tratar la enfermedad de Parkinson, algunas colocaciones de un cable requieren afinar los parametros de estimulacion para obtener un equilibrio favorable entre los efectos terapeuticos de estimulacion del STN y los efectos secundarios de generar desplazamientos oculares por estimulacion de las fibras en la capsula interna. Las realizaciones pueden dar soporte a dicho equilibrio alargando el campo de corriente electrica de estimulacion a lo largo de un eje sustancialmente anterior-posterior. Esto orienta el campo de estimulacion a lo largo de un eje sustancialmente paralelo al lfmite entre el STN y la capsula interna, y lo prolonga dentro de la parte superficial del STN, en lugar de ampliarlo a partes mas profundas del STN. La parte superficial de STN es el dominio mas asociado con los efectos terapeuticos. La estimulacion de partes mas profundas del STN puede conducir a efectos secundarios relacionados con la modulacion del comportamiento del sistema nervioso autonomo.

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Otra realizacion se ilustra en la figura 21A. Los sitios de estimulacion 136a, 136b, 136c y los sitios de registro 139 se despliegan cerca de la punta distal 32 del cable. En esta figura, el sitio de estimulacion 136c esta oculto de la vista, pero completa un ensamblaje de tres sitios de estimulacion, concentricos alrededor del eje longitudinal del cable. El sitio 136c puede verse en la figura 29B. Cada uno de los sitios de estimulacion esta compuesto por dos dominios - un dominio distal al sitio de registro 139 y otro dominio proximal al sitio de registro 139. Los dos dominios son electricamente continuos en el interior, de modo que funcionan juntos como un unico electrodo, en el sentido de que no puede aplicarse un potencial a una parte del electrodo sin aplicar tambien el potencial a todas las otras partes del electrodo. Los conductores electricos 50, 60 comunican con los electrodos de estimulacion y los electrodos de registro, y discurren a traves de un cuerpo flexible 10. En una realizacion preferente, los conductores electricos 50 y 60 estan recubiertos con una pelfcula aislante, tal como poliimida o parileno, excepto en las cercamas de su contacto electrico con sus electrodos respectivos en el extremo distal, y el conector electrico en el extremo proximal. En esta realizacion, los conductores forman una trayectoria helicoide alrededor de un tubo 72 que rodea un lumen central, que puede acomodar un estilete 91. El tubo 72 puede estar hecho de un polfmero biocompatible tal como PEEK, PTFE, poliuretano, polietileno, Santoprene™ o un elastomero de silicona. En otras realizaciones, el tubo 72 no tiene que estar presente y la pared del lumen y la superficie exterior del cable flexible pueden formarse como una unica parte. La superficie exterior del cable flexible 10 y la punta 32 puede estar compuesta de un material biocompatible. Puede formarse por un proceso tal como sobremoldeo alrededor de los otros elementos estructurales. La punta 32 y el cuerpo 10 pueden formarse de diferentes materiales, y la punta 32 puede incorporar elementos estructurales adicionales, tales como accesos, poros o valvulas que permiten o facilitan de forma selectiva o no selectiva el intercambio de materia entre el lumen de la sonda y el tejido en las cercamas de la punta.

La figura 21B ilustra una vista de la realizacion introducida en el parrafo anterior en que un segmento del extremo distal de la sonda se ha retirado para mostrar alguna estructura interna. La seccion retirada esta unida por semiplanos radiales que se extienden desde el eje longitudinal de la sonda a traves del material aislante entre los sitios de estimulacion 136a y 136c, y entre los sitios de estimulacion 136a y 136b. Se hace un corte adicional entre esos planos y ortogonal a los mismos, en una posicion axial cerca del extremo mas proximal de los sitios de estimulacion. Se muestra el material aislante del cuerpo de sonda 10 extendiendose alrededor y entre los sitios de estimulacion 136a, 136b, 136c y el sitio de registro 139. Tambien se muestra una conexion entre un conductor electrico 60 y el sitio de registro 139, que cruza interno a la superficie del cuerpo de cable 10 y adyacente a los sitios de estimulacion. Se muestra una cara interior del extremo proximal del sitio de estimulacion 136a.

La figura 21C amplfa la vista de la estructura interna introducida en la figura 21B retirando el material aislante del cuerpo de sonda 10 y la punta 32. Con la mayor parte del sitio de estimulacion 136a retirado, los dos sitios de estimulacion restantes en el ensamblaje concentrico 136b y 136c son claramente visibles. Las estructuras internas que conectan los dominios proximal y distal de los electrodos 136b y 136c se enumeran como 146b y 146c. Discurren de forma interna hasta los electrodos de registro 139 y son concentricos con los mismos. Adicionalmente, se observa en esta vista una conexion entre el extremo proximal del sitio de estimulacion 136a, enumerado como 148a, y un conductor electrico 50. Esta vista esta rotada en la figura 21D, para mostrar las superficies de los sitios de estimulacion 136b y 136c que estan en comunicacion con el tejido diana en el ensamblaje implantado completo.

Las figuras 22A-22C ilustran tres vistas de la realizacion de los sitios de estimulacion mostrados en las figuras 21A- 21D. Se muestra una vista en perspectiva en la figura 22A, se muestra una vista lateral en la figura 22B y se muestra una vista desde arriba en la figura 22C. Las superficies de estimulacion proximal y distal expuestas 136 se muestran, con su segmento de comunicacion interna o conector 146. La superficie externa de la seccion interna proximal 148 proporciona un punto de union para los conductores electricos 50 (no mostrados en esta figura). La seccion interna distal 147 no tiene que estar presente en realizaciones alternativas, pero puede ser ventajosa en el proceso de fabricacion, como un punto de union para estructuras accesorias, o como superficie que ayuda a fijar el polfmero sobremoldeado a la sonda. Una estructura interna adicional, tal como una fenestracion de la seccion interna 147 puede ayudar adicionalmente a fijar el polfmero sobremoldeado o el flujo de dicho polfmero alrededor de los otros componentes internos.

Dicha estructura tal como la ilustrada en las figuras 22A-22C pueden formarse por procedimientos conocidos para los expertos en la materia, tal como estampado de una lamina de metal. Un procedimiento alternativo de formacion de dicha estructura es rizar un tubo metalico para formar impresiones de la forma de 146 en las posiciones de los elementos 146, 147 y 148, y cortar adicionalmente a traves del tubo rizado a traves de las secciones 147 y 148 y cortar de forma axial para formar la forma completada. En realizaciones alternativas, los electrodos pueden formarse usando tecnologfa de circuitos impresos de pelfcula fina o flexibles. La estructura tridimensional puede formarse directamente, o envolviendo un circuito impreso flexible en un cilindro alargado. Dichas realizaciones comprenden todas, la estructura esencial de un ensamblaje de tres sitios de estimulacion concentricos, que encierran juntos el eje alargado de la sonda, comprendido cada uno de dominios proximales y distales conectados electricamente, con los dominios proximales localizados en una posicion axial comun entre sf, y los dominios distales localizados en una posicion axial comun entre sf, y con una superficie de registro localizada en una posicion axial entre los dominios proximal y distal, con cada electrodo de estimulacion y registro comunicando tanto con el tejido diana como exactamente un conductor electrico que se extiende forma proximal a un conductor electrico o unidad controladora.

Las figuras 23A-23C ilustran una realizacion de un electrodo de registro 139 que encierra el eje longitudinal de la sonda. La figura 23A muestra una vista en perspectiva y la figura 23B muestra una vista frontal, en un plano

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ortogonal al eje longitudinal de la sonda. El potencial electrico de esta realizacion del electrodo de registro se determina por el potencial del tejido diana en las cercamas del electrodo, promediado a traves de todas las posiciones angulares alrededor del eje longitudinal de la sonda. En realizaciones alternativas, la superficie de registro expuesta puede estar mas limitada y puede ser una superficie conectada de forma multiple en un sentido topologico, para que el potencial del electrodo de registro represente un promedio mas restringido espacialmente. Dicho promedio restringido es mas susceptible a procedimientos de procesamiento de senales que incorporan suposiciones para modelar dicha senal de potencial promedio como un promedio particular de un ensamblaje particular de subsenales. La figura 23C ilustra una vista en perspectiva de una realizacion ejemplar de un electrodo de registro adaptado para registrar dicho potencial promedio restringido. En esta realizacion, tres superficies de registro elevadas comunican con un cilindro o anillo interno a la sonda.

Una estructura tal como la ilustrada en la figura 23A y la figura 23B puede formarse por soldadura o fusion de dos extremos de un hilo, para formar un bucle circular del diametro requerido. Dicho hilo podna tener un perfil rectangular o cuadrado, como se representa en la figura 23A o tener un perfil circular u otro perfil ventajoso. Como alternativa, dicha estructura podna formarse cortando un tubo para liberar un perfil circular. En realizaciones alternativas, los electrodos pueden formarse usando tecnologfa de circuito impreso de pelfcula fina o flexible. La estructura tridimensional puede formarse directamente o envolviendo un circuito impreso flexible en un cilindro alargado, y puede formarse en coordinacion con los electrodos de estimulacion 136a, 136b, 136c y/o los conductores de comunicacion 50, 60.

Las realizaciones ilustradas en las figuras 21A-23C poseen una estructura que soporta convenientemente la estimulacion cerebral dirigida espedficamente, en comparacion con estructuras que emplean una multiplicidad no restringida de superficies conductoras. Dichas realizaciones a menudo tienen cuatro electrodos. Cuatro electrodos pueden comunicar con un controlador a traves de cuatro conductores, y pueden fabricarse para interactuar con generadores de impulsos de 4 canales y controladores conocidos para los expertos en la materia. Dichas realizaciones pueden conectar con dichos controladores y generadores de impulsos a traves de conectores conocidos para los expertos en la materia, tales como el conector IS4. No solamente encerrar el eje largado de la sonda con tres electrodos de estimulacion concentricos soporta un procedimiento eficaz de orientacion del campo de estimulacion electrica en un plano ortogonal al eje alargado, posibilita el despliegue de un electrodo adicional especializado para registrar potenciales tisulares, formando simultaneamente superficies de contacto con las extensiones de cable, los generadores de impulsos, los conectores, el controlador y los amplificadores conocidos para los experto en la materia. En estas realizaciones, el electrodo de registro se coloca en la posicion axial mas adecuada para registrar los potenciales tisulares mas representativos de esa parte del campo de estimulacion mas cercano a la sonda.

Realizaciones ejemplares soportan la orientacion de la corriente alrededor del cable paralelo a cualquier direccion en un plano ortogonal al eje alargado del cable, y tambien permite que un electrodo de registro especializado registre potenciales tisulares locales. En contraste, realizaciones con cuatro electrodos que encierran el cable y concentricos con el eje longitudinal del cable pueden soportar la orientacion de la corriente alrededor del cable paralelo a cualquier direccion en un plano ortogonal al eje alargado del cable, pero debe hacerse algun sacrificio para producir la capacidad de registro reteniendo aun al mismo tiempo la compatibilidad con las interconexiones industriales convencionales. Los registros deben obtenerse de uno de los electrodos de estimulacion, optimizados para facilitar la transferencia de corriente al tejido (area superficial relativamente grande), en lugar de registrar potenciales locales (area superficial relativamente pequena). Los sistemas de circuitos electronicos requeridos para registrar senales de bajo nivel desde los electrodos que son simultaneamente estimuladores son bastante complejos, porque los circuitos de registro deben poseer un intervalo dinamico muy alto, las corrientes de estimulacion deben conocerse de forma muy precisa o estar controladas de forma muy precisa, y la interaccion entre los circuitos de estimulacion y registro deben conocerse y justificarse de forma muy precisa. Si un electrodo o un par de electrodos esta especializado para el registro, entonces la magnitud del dipolo que genera un campo de estimulacion esta restringida, porque solamente la mitad de los electrodos puede contribuir a la estimulacion, y la cantidad de direcciones en que puede generarse un campo de estimulacion esta asf mismo restringido. Las realizaciones obvian estas desventajas dando soporte a una orientacion eficaz del campo de estimulacion con electrodos de area superficial suficientemente grandes para una estimulacion electrica clmicamente eficaz. Soportan independientemente el registro dirigido a traves de un electrodo adicional o electrodos adicionales, con una pequena area superficial adecuada para posicionar superficies de registro cerca del tejido diana. Como los electrodos de registro son pequenos, el uso de dicho electrodo para el registro no tiene el efecto secundario de desplazar los electrodos de estimulacion adicionalmente desde el tejido diana. En contraste, los cables que emplean electrodos de estimulacion como electrodos de registro pueden requerir que una corriente de estimulacion pase a traves de los electrodos que no estan colocados de forma ventajosa. Las realizaciones que emplean tres electrodos de estimulacion y un electrodo de registro consiguen estos objetivos, adaptandose simultaneamente al mismo tiempo a las restricciones de las interconexiones industriales convencionales.

La figura 24 muestra una imagen de RM de una seccion coronal del cerebro, con una elipse 910 circunscribiendo sustancialmente el nucleo caudado 900. La publicacion de patente de Estados Unidos n.° 2010/00198281 divulga la estimulacion del nucleo caudado. La estimulacion del nucleo caudado puede usarse para tratar los acufenos y otras percepciones imaginarias, con los sitios de estimulacion definidos por relaciones corticoestriadas, por ejemplo, las proyecciones que reciben el dominio del nucleo caudado de las areas corticales relacionadas con la audicion pueden

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estimularse para tratar los acufenos. Otros documentos de patente y cientificos informan de que en un modelo animal de primate, las cortezas auditivas tienden a proyectarse mas fuertemente a las partes ventromediales de la cabeza del nucleo caudado y el putamen rostral y a la parte media de la cola. Las conexiones corticoestriatales extraestriadas estan dirigidas principalmente a la parte dorsal de la cabeza y al cuerpo del nucleo caudado, a las rodillas y a la parte lateral de la cola. En la medida en que la anatoirna humana equivale a la anatomfa del modelo animal, el cuadrante ventromedial de la elipse 910 es un ejemplo de una diana de estimulacion para tratar percepciones imaginarias auditivas, incluyendo acufenos, mientras que el cuadrante dorsolateral de la elipse 910 es un ejemplo de una diana de estimulacion para tratar percepciones imaginarias visuales. Las realizaciones dirigidas a tratar los acufenos y otras percepciones imaginarias, emplean electrodos de estimulacion con una relacion de aspecto alargada para estimular un volumen suficientemente grande de tejido en el nucleo caudado. Las realizaciones que soportan la practica del tratamiento, se potencian dirigiendo el campo de estimulacion al dominio caudado asociado con un efecto terapeutico particular, y desde las regiones adyacentes, y colocando simultaneamente uno o mas electrodos de registro en contacto con la diana de estimulacion terapeutica, y tambien en contacto con tejidos que, si se estimulan podnan asociarse potencialmente con los efectos secundarios. Las realizaciones para las que el grado axial global de superficies de estimulacion conectadas es 1/3 a 1 veces la longitud del eje mayor 912 de la elipse 910 son de un tamano adecuado para dirigir un campo dirigido de estimulacion clmicamente eficaz en la practica del procedimiento. La tabla 6 presenta mediciones ejemplares del eje mayor 912 y el eje menor 914 de la elipse, basandose en imagenes obtenidas de 18 pacientes. La media aritmetica de la longitud del eje principal de la elipse en esta serie es 12,8 mm. Una realizacion preferente pretendida para soportar la practica de los procedimientos de tratamiento de acufenos y otras alucinaciones, tendna un diametro de cable de 1,27 mm, tres electrodos en cada anillo de estimulacion, cada uno definiendo un arco de 111 grados y una longitud de arco de 1,2 mm, con tres regiones aislantes intermedias, cada una definiendo un arco de 9 grados y una longitud de arco de 0,1 mm. En dichas realizaciones preferentes, el grado axial colectivo de los electrodos conectados de forma axial internamente vana de 4,25 a 12,8 mm. Esto corresponde a una relacion de aspecto de 3,5:1 a 10,4:1, basandose en la longitud de arco y la longitud global de los electrodos de estimulacion conectados de forma axial internamente. En realizaciones en que cuatro electrodos, cada uno definiendo un arco de 81 grados alrededor del cable y una longitud de arco de 0,9 mm, con regiones aislantes intermedias esta cada uno definiendo un arco de 9 grados con una longitud de arco de 0,1 mm, la relacion de aspecto correspondiente es de 4,7:1 a 14,3:1, basandose en la longitud de arco y la longitud global de los electrodos de estimulacion conectados de forma axial internamente. Otras realizaciones podnan tener un diametro de cable mayor o menor, con un intervalo previsto de 0,635 a 2,54 mm. Con este intervalo de diametros de cable, el intervalo de relaciones de aspecto colectivo para realizaciones con tres electrodos que circunscriben el cable es de 1,7:1 a 20,8:1. El intervalo de relaciones de aspecto colectivo para realizaciones con cuatro electrodos que circunscriben el cable es de 2,3:1 a 28,5:1.

Tabla 6

Medicion de ejes de la: elipse en mm

Eje mayor (912): Eje menor (914)

14,5: 5,4

10,5: 3,9

16,4: 5,6

13,4: 4,2

11,2: 5

12,9: 4,1

10,4: 4,8

10,8: 4,4

14,7: 6,1

13,4: 5,4

13,8: 6,2

: 14,1 5,4

: 11,4 5,2

: 10,6 3,8

: 13,1 5,5

: 15,1 5,8

: 10,6 4,6

: 13 5,1

Media: 12,77 5,03

Desv. tipica de la muestra: 1,84 0,73

Las figuras 25A-30C ilustran realizaciones ejemplares con una relacion de aspecto dentro del intervalo apropiado para tratar alucinaciones auditivas por estimulacion electrica del cuadrante ventromedial de la elipse 910 en la figura 24. Las figuras 25A-28D ilustran realizaciones sin electrodos de registro, mientras que las figuras 29A-29C ilustran una realizacion con un electrodo de registro y las figuras 30A-30C ilustran una realizacion con tres electrodos de registro. Las figuras ilustran relaciones de aspecto apropiadas en el intervalo analizado en el parrafo anterior.

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Las figuras 25A-25C ilustran una realizacion ejemplar con tres electrodos de estimulacion 334a, 334b, 334c en una region de estimulacion anular y que no tiene electrodos de registro. Las figuras 26A-26D ilustran adicionalmente los electrodos de estimulacion de esta realizacion. Esta realizacion ilustra un electrodo 334 con una superficie que define un arco de 111 grados. La relacion de aspecto se calcula como la relacion de la longitud axial de la superficie de estimulacion a la longitud de arco a lo largo de la superficie. La relacion de aspecto de los electrodos ilustrados en las figuras 25A-25C y 26A-26D es cerca de 4.

Las figuras 27A-27C ilustran una realizacion ejemplar con cuatro electrodos de estimulacion 434a, 434b, 434c, 434d y que no tiene electrodos de registro. Las figuras 28A-28D ilustran adicionalmente los electrodos de estimulacion de esta realizacion. Esta realizacion ilustra un electrodo 434 con una superficie que define un arco de 81 grados. La relacion de aspecto de los electrodos en esta realizacion es cerca de 5,5.

Las figuras 29A-29C ilustran una realizacion ejemplar con tres electrodos de estimulacion 136a-c y un electrodo de registro 139, similar a la realizacion ilustrada en las figuras 21A-21D, por tanto, una region de estimulacion anular proximal esta acoplada electricamente con una region de estimulacion anular distal, y un electrodo de registro 139 esta dispuesto sobre el acoplamiento electrico entre las dos regiones de estimulacion anulares. Esta realizacion ilustra los electrodos de estimulacion 136a-c con una superficie expuesta que define un arco de 111 grados. La longitud axial usada en el calculo de la relacion de aspecto es el grado axial desde la parte mas proximal de la parte dorsal de la superficie expuesta proximal, hasta la parte mas distal de la superficie expuesta distal. En particular, la longitud axial de la conexion interna se incluye en la longitud usada para calcular la relacion de aspecto, ademas de la longitud axial de las dos superficies expuestas, independientemente de si las superficies expuestas y la interconexion estan fabricadas como una unica estructura o como un ensamblaje. La relacion de aspecto de esta realizacion es casi 6,5.

Las figuras 30A-30C y 31A-31D ilustran una realizacion con tres electrodos de estimulacion 236a-c y tres electrodos de registro 239a-c. Cada uno de los electrodos de registro 239a-c recubre una conexion interna de cada uno de los tres electrodos de estimulacion 236a-c. Cada electrodo de estimulacion 236a-c tiene tres conexiones internas a lo largo de su longitud. Las superficies expuestas de los tres electrodos de estimulacion definen cada uno un arco de 111 grados alrededor del eje longitudinal del cable, y estan separados por un miembro aislante que define el arco restante. Otras realizaciones divulgadas en el presente documento que tienen una pluralidad de electrodos de estimulacion formados en una region de estimulacion anular tambien pueden separarse por un miembro aislante. Cada electrodo de estimulacion 236a-c comunica con un conductor electrico individual 50. Cada electrodo de registro 239a-c comunica con un conductor electrico individual 60. Las figuras 31A-32D ilustran adicionalmente la estructura de los electrodos 236. En particular, en esta realizacion, la relacion de aspecto de los electrodos 236 es casi 4.

Las figuras 32A-35C ilustran realizaciones ejemplares adicionales que ilustran la estructura que puede emplearse en combinacion con otra estructura descrita en esta divulgacion, para crear realizaciones adicionales.

Las figuras 32A-32C ilustran una realizacion en que dos conjuntos de tres electrodos de estimulacion estan separados axialmente, y un electrodo de registro esta interpuesto entre los conjuntos de electrodos de estimulacion. El conjunto mas distal de electrodos de estimulacion se indica 533a, 533b, y 533c, y el conjunto mas proximal de electrodos de estimulacion se indica 534a, 534b y 534c. Los electrodos de estimulacion comunican con los conductores electricos 50, que pueden envolver un tubo 72 que define un lumen. Un estilete 91 puede colocarse de forma desprendible dentro del lumen. El electrodo de registro 539 esta dispuesto entre los electrodos de estimulacion proximal y distal, y esta separado de los electrodos de estimulacion por material aislante que puede ser continuo con el cuerpo exterior del cable 10. El electrodo de registro comunica con un conductor electrico 60. Los conductores 50 y 60 tambien comunican con un conector electrico proximal, no mostrado en estas figuras. Los conjuntos proximal y distal de electrodos de estimulacion preferentemente se acoplan electricamente juntos de modo que los seis electrodos en total funcionen como tres electrodos cuando se energizan. Sin embargo, un experto en la materia apreciara que los seis electrodos en total tambien pueden energizarse independientemente entre sf, o un conjunto, dos conjuntos o todos los conjuntos de electrodos proximales y distales pueden acoplarse electricamente juntos.

Las figuras 33A-33C ilustran una realizacion en que dos conjuntos de electrodos, cada electrodo comprendido de un dominio distal y uno proximal conectados internamente dentro del cable. El conjunto distal de electrodos de estimulacion se indica 636a-c, el conjunto proximal de electrodos de estimulacion se indica 637a-c. Un electrodo de registro 639 esta conectado en una posicion axial dentro del hueco axial que separa los dominios proximal y distal de los electrodos 636a-c. Otro electrodo de registro 640 esta colocado de forma similar en una posicion axial dentro de la extension axial de los electrodos 637a-c. Otras realizaciones tambien pueden incluir uno o mas electrodos de registro posicionados proximales a las superficies expuestas mas proximales de los electrodos de estimulacion distales 636a-c, y distales a las superficies expuestas mas distales de los electrodos de estimulacion proximales 637a-c. Cada uno de los electrodos de estimulacion distales 636a-c comunica con un conductor electrico individual 51 y cada uno de los electrodos de estimulacion proximales 637a-c comunica con un conductor electrico individual 50. El electrodo de registro distal 639 comunica con un conductor electrico 61 y el electrodo de registro proximal 640 comunica con un conductor electrico 60. En esta realizacion, los conductores electricos 50, 51, 60 y 61 estan envueltos como una helice alrededor de un tubo 72, que forman la pared de un lumen central. Un estilete 91 puede

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colocase de forma desprendible dentro del lumen. Dicho estilete puede aumentar la rigidez y controlar la forma del cable durante la colocacion quirurgica. Retirar el estilete hace que el cable sea menos ngido y mas flexible, y sea mas capaz de deformarse en coordinacion con los tejidos adyacentes.

Realizaciones tales como las ilustradas en las figuras 33A-33C pueden disponerse de modo que los dos conjuntos de electrodos de estimulacion puedan desplegarse en proximidad simultanea a dos dianas para estimulacion terapeutica. Un ejemplo de dos dianas para estimulacion terapeutica es el tejido dentro del cuadrante ventromedial de la elipse 900 de la figura 24, que puede estimularse electricamente para tratar la percepcion de alucinaciones auditivas tales como acufenos y el tejido dentro del cuadrante dorsolateral de la elipse 900, que puede estimularse electricamente para tratar las percepciones imaginarias visuales. Las elecciones de diseno clave en la creacion de dicha realizacion son la relacion de aspecto de los electrodos, que se elige para estar en el orden de una dimension de cada diana terapeutica, y la separacion axial de los electrodos de estimulacion, que se elige para estar en el orden de la separacion entre los centroides de las dianas terapeuticas a lo largo de la direccion del eje longitudinal del cable. Por tanto, en realizaciones alternativas, un conjunto de electrodos puede tener una primera relacion de aspecto, mientras que un segundo conjunto de electrodos puede tener una segunda relacion de aspecto.

Realizaciones tales como las ilustradas en las figuras 33A-33C pueden disponerse para facilitar la orientacion de corriente y el registro de los potenciales en las cercamas de una unica diana terapeutica. Realizaciones con dos conjuntos de electrodos de estimulacion pueden posicionarse para tratar una diana terapeutica y dirigir la corriente seleccionando los electrodos alrededor del cable que se energizaran, asf como si energizar los electrodos de cualquier conjunto de electrodos, o si energizar ambos electrodos de ambos conjuntos en coordinacion.

Las figuras 34A-34C y las figuras 35A-35C ilustran realizaciones que incluyen electrodos conectados internamente que circunscriben un cable medico, con una pluralidad de electrodos de registro dispuestos en la posicion axial de la conexion interna. Con dichas realizaciones pueden obtenerse registros independientes de diferentes posiciones angulares alrededor del cable, en una posicion axial comun cerca del centro axial del campo de estimulacion.

Las figuras 34A-34C ilustran una realizacion en que tres electrodos 135a, 135b y 135c, junto con las regiones aislantes intermedias, circunscriben el cable. Los electrodos de registro 140a, 140b, 140c, 140d, 140e, y 140f recubren las conexiones internas entre los electrodos de estimulacion. Cada electrodo de estimulacion 135a-c comunica con un conductor electrico individual 50. Cada electrodo de registro 140a-f comunica con un conductor electrico individual 60.

Las figuras 35A-35C ilustran una realizacion en que cuatro electrodos 136a, 136b ,136c y 136d junto con las regiones aislantes intermedias, circunscriben el cable. Cada uno de los electrodos tiene una parte anular proximal y una parte anular distal, que estan acopladas electricamente junto con un conector. Los electrodos de registro 140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f, 140g y 140h recubren las conexiones internas entre los electrodos de estimulacion. Cada electrodo de estimulacion 136a-d comunica con un conductor electrico individual 50. Cada electrodo de registro 140a-h comunica con un conductor electrico individual 60.

Aunque se han descrito las realizaciones ejemplares en algun detalle por motivos de claridad para la comprension y a modo de ejemplo, puede estar clara para los expertos en la materia una diversidad de modificaciones adicionales, adaptaciones y cambios. Por tanto, el alcance de la presente invencion se limita unicamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo para estimular o modular un tejido, comprendiendo dicho dispositivo: un miembro alargado que tiene un eje longitudinal, un extremo proximal y un extremo distal; un primer par de regiones de estimulacion anulares adyacentes, comprendiendo el primer par de regiones de estimulacion anulares una region de estimulacion anular proximal dispuesta cerca del extremo distal del miembro alargado y una region de estimulacion anular distal dispuesta cerca del extremo distal del miembro alargado, estando la region de estimulacion anular distal mas cerca del extremo distal del miembro alargado que la region de estimulacion anular proximal,

en el que la region de estimulacion anular proximal comprende una pluralidad de electrodos que se pueden energizar independientemente adaptados para suministrar corriente al tejido, con electrodos adyacentes en la region de estimulacion anular proximal separados entre sf por un miembro aislante dispuesto sobre el miembro alargado, circunscribiendo la region de estimulacion anular proximal el miembro alargado, y

en el que la region de estimulacion anular distal comprende una pluralidad de electrodos que se pueden energizar independientemente adaptados para suministrar corriente al tejido, con electrodos adyacentes en la region de estimulacion anular distal separados entre sf por un miembro aislante dispuesto sobre el miembro alargado, circunscribiendo la region de estimulacion anular distal el miembro alargado, y

en el que la region de estimulacion anular distal esta separada axialmente a lo largo del eje longitudinal del miembro de estimulacion anular proximal por un hueco;

un primer conector electrico interno que acopla electricamente un primer electrodo en la region de estimulacion anular proximal con un primer electrodo en la region de estimulacion anular distal, en el que el primer conector electrico interno esta dispuesto dentro del miembro alargado, extendiendose el primer conector electrico interno a traves del hueco entre las regiones de estimulacion anulares proximal y distal; y

un electrodo de registro dispuesto en el hueco entre las regiones de estimulacion anulares proximal y distal, estando el electrodo de registro adaptado para registrar potenciales tisulares locales del tejido.
2. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la region de estimulacion anular proximal circunscribe completamente el miembro alargado.
3. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la region de estimulacion anular proximal consiste en cuatro electrodos, con electrodos adyacentes separados entre sf por un miembro aislante sobre el miembro alargado, estando dispuestos los cuatro electrodos de forma circunferencial alrededor del miembro alargado.
4. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la region de estimulacion anular proximal consiste en tres electrodos, con los electrodos separados entre sf por un miembro aislante sobre el miembro alargado, estando dispuestos los tres electrodos de forma circunferencial alrededor del miembro alargado.
5. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la pluralidad de electrodos en la region de estimulacion anular proximal tiene, cada uno, una longitud en la direccion del eje longitudinal y una anchura transversal al mismo, en el que la longitud es al menos tres veces la anchura.
6. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la region de estimulacion anular distal circunscribe completamente el miembro alargado.
7. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la region de estimulacion anular distal consiste en cuatro electrodos,

con los electrodos adyacentes separados entre sf por un miembro aislante sobre el miembro alargado, estando

dispuestos los cuatro electrodos de forma circunferencial alrededor del miembro alargado.
8. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la region de estimulacion anular distal consiste en tres electrodos,

con los electrodos adyacentes separados entre sf por un miembro aislante sobre el miembro alargado, estando

dispuestos los tres electrodos de forma circunferencial alrededor del miembro alargado.
9. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la pluralidad de electrodos en la region de estimulacion anular distal tiene, cada uno, una longitud en la direccion del eje longitudinal y una anchura transversal al mismo, en el que la longitud es al menos tres veces la anchura.
10. El dispositivo de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente:

un segundo conector electrico interno que acopla electricamente un segundo electrodo en la region de estimulacion anular proximal con un segundo electrodo en la region de estimulacion anular distal, en el que el segundo conector electrico interno esta dispuesto dentro del miembro alargado, extendiendose el segundo conector electrico interno a traves del hueco entre las regiones de estimulacion anulares proximal y distal; y un tercer conector electrico interno que acopla electricamente un tercer electrodo en la region de estimulacion anular proximal con un tercer electrodo en la region de estimulacion anular distal, en el que el tercer conector electrico interno esta dispuesto dentro del miembro alargado, extendiendose el tercer conector electrico interno a traves del hueco entre las regiones de estimulacion anulares proximal y distal.
11. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que el primer conector electrico forma parte del primer electrodo en la region de estimulacion anular proximal o forma parte del primer electrodo en la region de estimulacion anular distal.
12. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que el electrodo de registro comprende un electrodo de registro anular que circunscribe completamente el miembro alargado.
13. El dispositivo de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente un segundo electrodo de registro dispuesto en el hueco entre las regiones de estimulacion anulares proximal y distal, estando adaptado el segundo electrodo de

5 registro para registrar los potenciales tisulares locales del tejido.
14. El dispositivo de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente un conector de contacto multiple acoplado electricamente con la pluralidad de regiones de estimulacion anulares y el electrodo de registro.
15. Un sistema para estimular o modular un tejido, comprendiendo dicho sistema el dispositivo para estimular o modular un tejido de una cualquiera de las reivindicaciones 1-14; y un generador de impulsos implantable acoplado

10 de forma funcional con el dispositivo para estimular o modular un tejido.