ES2858361T3

ES2858361T3 - Dispositivo para la electroestimulación de un sujeto de estudio

Info

Publication number: ES2858361T3
Application number: ES17707751T
Authority: ES
Inventors: Christoph Guger; Günter Edlinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2037-02-21
Also published as: CN108882888A; WO2017152204A1; EP3426143A1; US11020040B2; AT518532B1; US20190082992A1; EP3426143B1; JP7105698B2; CN108882888B; JP2019513033A; AT518532A4

Abstract

Dispositivo para la electroestimulación de un sujeto de estudio (3) que comprende un cierto número de electrodos (21) aplicables al cerebro (31) humano para desencadenar determinados estímulos eléctricos en el cerebro (31) humano, - en donde está prevista una unidad de control (1) que comprende una unidad de estimulación (11) con la que se pueden aplicar estímulos eléctricos (S) a los distintos electrodos (21) o a varios, - en donde la unidad de control (1) presenta una unidad de medición (12), dispuesta a continuación de los electrodos (21), para la determinación de las tensiones aplicadas a los distintos electrodos (21), eventualmente después de la especificación de diferentes actividades mentales al sujeto de estudio, - en donde la unidad de control (1) presenta una unidad de análisis (13) que analiza las distintas señales de medición detectadas con los electrodos de medición (21), - en donde la unidad de análisis (13) está configurada para seleccionar, en el marco de una preselección y en virtud del análisis de las señales de medición detectadas, electrodos (21) individuales para la emisión de un estímulo, - en donde la unidad de análisis (13) está configurada, en el caso de la preselección, para examinar las señales de medición (M) en los electrodos de medición, de manera particularmente exclusiva en cuanto a la presencia de potencias de señales o energías de señales en el intervalo de 60 Hz a 1 kHz, en particular entre 60 Hz y 180 Hz, - en donde la unidad de control (1) presenta una unidad de selección y accionamiento(14), en particular accionable por el hombre, para la selección de uno o varios electrodos (21) entre los electrodos (21) preseleccionados por la unidad de análisis (13), así como para la emisión de un estímulo (S) eléctrico predeterminado sobre el o los electrodos (21) seleccionados de este modo mediante la unidad de estimulación (11), que está dispuesta a continuación de la unidad de análisis (13) y que está antepuesta a la unidad de estimulación (11), caracterizado - por que la unidad de control está configurada para llevar a cabo, mediante la unidad de análisis (13), una medición básica, en la que el sujeto de estudio (3) realiza una actividad de referencia y los resultados del análisis determinados con ello - asociados al electrodo (21) medidor respectivo - almacenarlos como valores de referencia o señal de referencia en una memoria de referencia (13a) y mantenerlos a disposición, y - por que la unidad de análisis (13) presenta una unidad comparativa que compara los distintos valores del análisis determinados con los valores de referencia almacenados, indicando el resultado del análisis para cada uno de los electrodos (21) individuales cuánto se diferencian los valores del análisis determinados de los valores de referencia asociados al electrodo (21) respectivo.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo para la electroestimulación de un sujeto de estudio

La invención se refiere a un dispositivo para la electroestimulación de una persona, que comprende un cierto número de electrodos aplicables al cerebro humano.

En el caso de una pluralidad de aplicaciones médicas es necesario identificar regiones individuales del cerebro, así como sus correspondientes funciones. En particular, para determinadas aplicaciones puede ser ventajoso reconocer regiones del cerebro en las que se controlan procesos motores, auditivos, visuales, sensoriales u otros procesos concretos.

Del estado de la técnica se conocen dispositivos de electroestimulación que presentan una pluralidad de electrodos que son colocados directamente en el cerebro humano. El documento US 2011/264165 A1 da a conocer un dispositivo para la electroestimulación de un sujeto de estudio con un cierto número de electrodos implantados en el cerebro del sujeto de estudio. Con ayuda de las señales de medición de al menos un electrodo de medición y de un modelo fisiológico pueden seleccionarse electrodos y estimularse determinadas regiones del tejido. El documento US-2012/253421-A1 da a conocer otro dispositivo de estimulación con una preselección de los electrodos de estimulación.

En el transcurso del modo de proceder conocido a partir del estado de la técnica se analizan regiones del cerebro humano al aplicar al cerebro humano un gran número de electrodos. A continuación, a los distintos electrodos adyacentes se les aplican estímulos en forma de tensiones, con lo cual los estímulos fluyen a través del cerebro humano en forma de corrientes eléctricas. Esta excitación conduce a que el sujeto de estudio, en cuyo cerebro se han aplicado los electrodos, tenga determinadas percepciones/pensamientos o lleve a cabo determinados movimientos corporales. Con el fin de identificar con la medida conocida del estado de la técnica la posición de determinadas zonas del cerebro, que cumplen determinadas funciones, es necesario activar o bien estimular todos los electrodos aplicados al cerebro y, a continuación, esperar a la reacción del sujeto de estudio. En particular, puede ser necesario potenciar el estímulo en el transcurso de la aplicación, con el fin de provocar una reacción en el sujeto de estudio. Este modo de proceder es extremadamente complejo y requiere mucho tiempo y, además de ello, tiene el inconveniente de que en el caso de sujetos de estudio que tienden a ataques epilépticos, se desencadenan de forma acrecentada los ataques epilépticos. Además, en el caso de niños o pacientes puede ser difícil obtener descripciones de percepción correctas.

Misión de la invención es, por lo tanto, poner a disposición un dispositivo que, en conjunto, se contente con un número pequeño de estímulos sobre el cerebro humano y que, a pesar de ello, garantice una identificación ventajosa de las zonas en el cerebro humano que son las responsables de una determinada función. Asimismo, es misión de la invención poner a disposición un dispositivo con el que se puedan encontrar de un modo rápido y sencillo zonas del cerebro humano que son responsables de una determinad función.

La invención resuelve este problema en el caso de un dispositivo del tipo mencionado al comienzo con las características de la reivindicación 1. Con ello, en el caso de un dispositivo para la electroestimulación de un sujeto de estudio que comprende un cierto número de electrodos aplicables al cerebro humano para desencadenar determinados estímulos eléctricos en el cerebro humano,

- en donde está prevista una unidad de control que comprende una unidad de estimulación con la que se pueden aplicar estímulos eléctricos a los distintos electrodos o a varios,

- en donde la unidad de control presenta una unidad de medición, dispuesta a continuación de los electrodos, para la determinación de las tensiones aplicadas a los distintos electrodos,

- en donde la unidad de control presenta una unidad de análisis que analiza las distintas señales de medición detectadas con los electrodos de medición y, en el marco de una preselección y en virtud de este análisis, selecciona electrodos individuales para la emisión de un estímulo, y

- en donde la unidad de control presenta una unidad de selección y accionamiento, en particular accionable por el hombre, para la selección de uno o varios electrodos entre los electrodos preseleccionados por la unidad de análisis, así como para la emisión de un estímulo eléctrico predeterminado sobre el o los electrodos seleccionados de este modo mediante la unidad de estimulación, que está dispuesta a continuación de la unidad de análisis y que está antepuesta a la unidad de estimulación,

está previsto que la unidad de análisis esté configurada, en el caso de la preselección para examinar las señales de medición en los electrodos de medición, de manera particularmente exclusiva en cuanto a la presencia de potencias de señales o energías de señales en el intervalo de 60 Hz a 1 kHz, en particular entre 60 Hz y 180 Hz.

Una perspectiva particularmente sencilla sobre los resultados del análisis se consigue debido a que la unidad de selección y de accionamiento presenta una unidad de representación visual, que representa los electrodos, así como los resultados del análisis determinados por la unidad de análisis, en particular los resultados de preselección, sobre la base del análisis para los distintos electrodos en posiciones de visualizaciones gráficas de los resultados del análisis de la unidad de representación visual.

Es posible una sencilla verificación de los resultados del análisis previamente alcanzados, debido a que

- la unidad de selección y accionamiento presenta en la zona de la unidad de representación visual distintos elementos de selección o de accionamiento,

- los elementos de selección o accionamiento están asociados en cada caso a un electrodo y están dispuestos en la unidad de representación visual en la zona de la posición en la que están representadas las visualizaciones gráficas para el electrodo correspondiente, y

- los elementos de selección o accionamiento están configurados para la selección del electrodo asociado a los mismos para la emisión de un estímulo o para la emisión de un estímulo con el electrodo correspondiente.

Una estimulación particularmente preestablecida de determinadas zonas del cerebro puede conseguirse al aplicar la unidad de estimulación a un estímulo exento de corriente continua sobre los electrodos.

Con el fin de dañar lo menos posible al cerebro humano, puede estar previsto que la unidad de estimulación límite la porción equitativa de la corriente del estímulo y en donde, en particular, el recorrido de la corriente del estímulo presenta un recorrido rectangular, triangular o sinusoidal.

Con el fin de alcanzar un análisis automático de las regiones del cerebro, puede estar previsto que esté prevista una unidad de detección para detectar la reacción del sujeto de estudio y esté conectada a la unidad de control, estando configurada la unidad de detección, en particular, mediante un micrófono para detectar el habla del sujeto de estudio o mediante un detector para detectar movimientos del sujeto de estudio o para detectar señales electrofisiológicas. Con el fin de posibilitar la respuesta de distintas regiones del cerebro en el caso de diferentes valores umbrales del estímulo y evitar una sobre-excitación del cerebro, puede estar previsto que la unidad de estimulación esté configurada para aplicar estímulos de diferente intensidad y/o duración, en particular crecientes, sobre los distintos electrodos.

Para la estimulación manual puede estar previsto en este caso que la unidad de estimulación esté configurada para emitir los distintos estímulos, en particular en una secuencia creciente, en el caso de un accionamiento manual o automáticamente.

Para la estimulación automatizada puede estar previsto que unidad de control controle a la unidad de estimulación para la emisión de estímulos en una secuencia creciente hasta que la unidad de detección establezca una reacción del sujeto de estudio o alcance el límite de la corriente.

Con el fin de poder delimitar ventajosamente distintas funciones del cerebro humano de la actividad general del cerebro humano, puede estar previsto que la unidad de control esté configurada para llevar a cabo, mediante la unidad de análisis, una medición básica, en la que el sujeto de estudio realiza una actividad de referencia y los resultados del análisis determinados con ello - asociados al electrodo medidor respectivo - almacenarlos como valores de referencia o señal de referencia en una memoria de referencia y mantenerlos a disposición, y que la unidad de análisis presente una unidad comparativa que compare los distintos valores del análisis determinados con los valores de referencia almacenados, indicando el resultado del análisis para cada uno de los electrodos individuales cuánto se diferencian los valores del análisis determinados de los valores de referencia asociados al electrodo respectivo.

De manera particularmente ventajosa, para la captación de distintas tensiones y distintos puntos del cerebro humano puede estar previsto que los distintos electrodos estén dispuestos en una rejilla o en varias rejillas, en donde, en particular, los electrodos dentro de la rejilla respectiva están dispuestos en una estructura predeterminada y/o que cada uno de los electrodos, a excepción de los electrodos del borde, presente un número predeterminado de electrodos adyacentes que estén dispuestos en una posición predeterminada con respecto al electrodo respectivo y/o que tengan la misma distancia entre sí.

De manera particularmente ventajosa, en el caso de los distintos electrodos o bien en el caso de la disposición de los electrodos entre sí puede estar previsto que

a) los distintos electrodos estén configurados de la misma forma entre sí y/o

b) los distintos electrodos dispuestos dentro de una rejilla estén configurados de la misma forma entre sí y/o c) que los electrodos dentro de una rejilla estén dispuestos en una estructura cuadrada o hexagonal.

Una mejora de las tensiones determinadas por los electrodos puede alcanzarse disponiendo a continuación de cada uno de los electrodos un filtro separado, el cual está antepuesto a la unidad de análisis o la unidad de medición y está configurado para

a) en el caso de la presencia de una energía de la señal que rebase por arriba o rebase por abajo un valor umbral predeterminado o de una forma de señal que se desvíe de una forma nominal en más de un valor umbral predeterminado, eliminar la señal correspondiente y no seguir conduciéndola a la unidad de análisis, y/o

b) eliminar por filtrado porciones de señal por debajo de una frecuencia límite de 1 Hz a 5 Hz, y/o

c) restar del valor medición del electrodo correspondiente el valor medio de todos los valores de señal medidos al mismo tiempo de todos los electrodos, en particular solo dentro de la misma rejilla,

d) restar del valor de medición del electrodo correspondiente el valor medio, eventualmente ponderado, de todos los valores de señal medidos al mismo tiempo de todos los electrodos contiguos del electrodo correspondiente, en particular solo dentro de la misma rejilla, en donde en una rejilla cuadrada de electrodos se consideran, en particular, como electrodos contiguos:

i) los cuatro electrodos que limitan directamente en un electrodo,

ii) los ocho electrodos que rodean a un electrodo, en donde eventualmente los distintos electrodos contiguos son ponderados con un factor de ponderación dependiente de su separación del electrodo,

iii) aquellos cuatro electrodos dentro de una rejilla cuadrada cuya posición de coordenadas se desvíe en dos de la posición de coordenadas correspondiente del electrodo, cuya otra posición de coordenadas coincida con la posición de coordenadas correspondiente del electrodo.

Un perfeccionamiento particularmente preferido de la invención, con el que se pueden crear valores de medición en tiempo real, prevé

- que la unidad de análisis esté configurada para crear para cada uno de los electrodos valores de medición derivados de forma continua, en donde dentro de un espacio de tiempo predeterminado, los valores de medición son reunidos para formar ventanas, en particular con una longitud de 20 ms a 2 segundos, y

- que la unidad de análisis esté configurada para determinar, en particular mediante FFT o modelos autorregresivos, tales como preferiblemente LMS, mínimos cuadrados recursivos o filtros de Kalman de orden 5 a 50, la energía de la señal dentro de la ventana dentro de un intervalo de frecuencias con una frecuencia inferior de 60 Hz a 100 Hz y una frecuencia superior en un intervalo de frecuencias de 150 Hz a 1 kHz y, a partir de ello, crear una señal de análisis y eventualmente crear una señal de referencia en el marco de la medición base, y

- que eventualmente la unidad de análisis no recurra para la formación de la energía de la señal a intervalos de frecuencia dentro de la ventana predeterminada que se encuentran en un intervalo en torno a la frecuencia de la red o en un múltiplo de la frecuencia de la red.

Para la detección ventajosa de redes relacionadas, un perfeccionamiento de la invención preferido prevé que la unidad de control esté configurada para emitir un estímulo en la zona de un electrodo, en particular con un estímulo de tensión con una frecuencia entre 1 Hz y 100 Hz, y que la unidad de control esté configurada para, después de la emisión del estímulo en todos o en un cierto número de electrodos

a) detectar potenciales provocados en la señal emitida del electrodo respectivo, o

b) detectar la potencia de banda de la señal emitida del electrodo respectivo, en particular en el intervalo entre 60 Hz y kHz, y

que la unidad de control represente todos los electrodos o bien las regiones del cerebro detectadas por los electrodos en los que, en virtud del estímulo, exista un potencial provocado o una potencia de banda incrementada en el intervalo entre 60 Hz y 1 kHz.

Una forma de realización particularmente preferida de la invención se representa con mayor detalle con ayuda de las siguientes Figuras de los dibujos.

La Fig. 1 muestra una disposición de electrodos 2 con un cierto número de electrodos que está aplicada al cerebro de un sujeto de estudio. La disposición de electrodos está conectada a una unidad de control. La Fig. 2 muestra una representación esquemática de la unidad de control de la Fig. 1. Las Figs. 3 a 5 muestran diferentes filtros para el tratamiento previo de las señales de medición. La Fig. 6 muestra la creación de ventanas a partir de las señales de medición. La Fig. 7 muestra la determinación de la energía de la señal para una ventana. La Fig. 8 muestra esquemáticamente la representación en una unidad de representación visual.

En la Fig. 1 se representa un dispositivo para la electroestimulación del cerebro 31 de un sujeto de estudio 3. Este dispositivo comprende un cierto número de electrodos 21 aplicables al cerebro 31 humano, que están reunidos para formar una disposición de electrodos 2. Esta disposición de electrodos 2 está conectada a una unidad de control 1.

Básicamente, en el caso de los electrodos 21 aplicados al cerebro humano existe tanto la posibilidad de medir distintas corrientes del cerebro a través del electrodo 21 y evaluar de esta forma las señales de medición M determinadas. Por otra parte, también existe, sin embargo, la posibilidad de aplicar, a través de los electrodos 21, estímulos S eléctricos al cerebro 31 humano.

Los electrodos 21 pueden estar dispuestos en una rejilla o en varias rejillas independientes entre sí, estando dispuestos los distintos electrodos 21 dentro de la rejilla respectiva en una estructura predeterminada. En este caso, está previsto ventajosamente que cada uno de los electrodos 21, con excepción de los electrodos del borde, presente un número predeterminado de electrodos adyacentes, estando los respectivos electrodos adyacentes 21 dispuestos en una posición predeterminada con respecto al electrodo 21 respectivo. Dentro de la rejilla, electrodos 21 adyacentes presentan preferiblemente la misma distancia entre sí.

Configuraciones particularmente sencillas de rejillas pueden alcanzarse debido a que los distintos electrodos 21 están configurados de la misma forma entre sí o bien porque los distintos electrodos 21 dispuestos dentro de una rejilla están configurados de la misma forma entre sí. Dentro de una rejilla, los electrodos 21 pueden estar dispuestos en una estructura cuadrada o hexagonal o de otra manera regular.

Con el fin de poder representar correctamente la geometría de las distintas rejillas, pueden elegirse diferentes programas de procesamiento que posibiliten una representación geométrica de la rejilla de electrodos, así como una representación correcta de los distintos electrodos.

La unidad de control 1, representada con mayor detalle en la Fig. 2, comprende una unidad de estimulación 11, la cual está en condiciones de emitir estímulos S eléctricos a los distintos electrodos 21 del cerebro 31 humano. Además de ello, la unidad de control 1 comprende también una unidad de medición 12 dispuesta a continuación de los electrodos 21. Con esta unidad de medición 12 pueden determinarse y continuar tratándose señales de medición M en forma de tensiones individuales aplicadas a los electrodos 21. Las señales de medición M determinadas de esta manera o bien medidas por la unidad de medición 12 son aportadas a una unidad de análisis 13, la cual analiza las distintas señales de medición M aplicadas a los electrodos de medición 21 y, en virtud de este análisis, lleva a cabo una preselección. En el caso de este análisis se eligen los distintos electrodos 21 en los que, en virtud del análisis, se comprobaron propiedades particulares en las señales, para la aplicación de un estímulo S. También puede ser ventajoso solicitar con un estímulo S a electrodos 21 vecinos, con el fin de poder examinar con mayor precisión la región del cerebro. Una elección de este tipo tiene lugar preferiblemente debido a que las señales de medición M aplicadas a los electrodos 21 son analizadas para conocer si en un intervalo de frecuencias determinado entre 60 Hz y 1 kHz, en particular entre 60 Hz y 170 Hz, estén presentes energías de señales incrementadas.

A la unidad de medición 12 puede estar dispuesto a continuación para cada uno de los electrodos 21 en cada caso un filtro 12a, 12b, separado. Este filtro 12a puede estar dispuesto en la trayectoria de la señal delante de la unidad de medición o en la trayectoria de la señal entre la unidad de medición 12 y la unidad de análisis 13. Si el filtro 12a está dispuesto delante de la unidad de medición 12, el filtro 12a puede estar configurado preferiblemente como filtro 12a analógico. En la trayectoria de la señal entre la unidad de medición 12 y la unidad de análisis 13, el filtro 12b puede estar configurado preferiblemente como filtro 12b digital.

Una posible forma de realización de un filtro 12a, 12b atenúa la señal correspondiente en el caso de la presencia de una energía de la señal en la señal de medición M que rebasa por arriba o rebasa por abajo un valor umbral predeterminado, o en el caso de una forma de señal de la unidad de medición M que se desvíe de una forma nominal predeterminada en más de un valor umbral predeterminado. Esta señal no se transmite en este caso a la unidad de análisis 13, eventualmente tampoco a la unidad de medición 12.

Adicional o alternativamente, también un filtro 12a, 12b puede estar dispuesto en la trayectoria de la señal delante de la unidad de medición 12 o entre la unidad de medición 12 y la unidad de análisis 13, filtro que puede eliminar partes de la señal por debajo de una frecuencia límite predeterminada. Esta frecuencia límite puede elegirse entre 0,1 Hz y 5 Hz.

Otra posibilidad del modo de funcionamiento de un filtro 12a, 12b adicional o alternativo estriba en restar el valor medio de todos los valores de la señal medidos al mismo tiempo de todos los electrodos 21 del valor de medición del electrodo 21 correspondiente. Esto posibilita una atenuación de influencias que provocan oscilaciones de tensión en todos los electrodos 21. En la medida en que, como se representa en el siguiente ejemplo de realización, se utilicen varias rejillas de electrodos 21, un filtro 12a, 12b puede estar configurado para restar el valor medio de todos los valores de la señal medidos al mismo tiempo de los electrodos 21 solo dentro de la misma rejilla de los distintos valores de medición de los electrodos 21 respectivos.

Además de ello, la vecindad de electrodos adyacentes 21u individuales dentro de la disposición de electrodos 2 o bien dentro de una rejilla de electrodos puede aprovecharse con el fin de suprimir efectos en el entorno alrededor de un electrodo 21z. En este caso, existe la posibilidad de restar un valor medio de todos los valores de la señal medidos al mismo tiempo de todos los electrodos adyacentes 21u de un electrodo 21 correspondiente del valor de medición del electrodo 21, con el fin de determinar de este modo un valor del filtro. En la medida en que la rejilla de electrodos esté configurada como rejilla de electrodos cuadrada, es decir, los electrodos 21 dentro de una rejilla de electrodos contengan en cada caso un electrodo adyacente 21u derecho, uno izquierdo, uno superior y uno inferior, pueden llevarse a cabo preferiblemente las siguientes medidas de filtración utilizando electrodos adyacentes.

El valor medio puede determinarse mediante promediación de los electrodos 21u que limitan directamente en el electrodo 21z respectivo (Fig. 3). En este caso, se calcula el valor del filtro, al restar del valor de la señal medido la suma de los valores de señal medidos de los electrodos adyacentes, dividido por 4. El valor, determinado de esta manera corresponde esencialmente al operador laplaciano determinado de forma discreta o bien a un múltiplo del operador laplaciano determinado de forma discreta.

Alternativamente, también existe la posibilidad de recurrir en una rejilla de electrodos cuadrada a los ocho electrodos adyacentes 21u’ que rodean a un electrodo 21z para la determinación del valor medio (Fig. 4). En este caso, se pueden ponderar con un factor de ponderación menor aquellos electrodos contiguos 21u’ que se encuentran en posición diagonal con respecto al electrodo 21z central. En particular, este factor ponderal puede depender de la distancia de los electrodos adyacentes, de modo que electrodos adyacentes 21u’ situados diagonalmente con un factor 1 están ponderados más débilmente mediante V2 que los electrodos adyacentes 21u’ directamente contiguos.

Además de ello, existe también la posibilidad de recurrir, en lugar de a los cuatro electrodos 21u que delimitan directamente en el electrodo 21z, a aquellos cuatro electrodos 21u” dentro de una rejilla cuadrada para la determinación del valor medio, cuya posición de coordenadas difiere en dos de la posición de coordenadas correspondiente del electrodo 21z, cuyas otras posiciones de coordenadas coinciden con la posición de coordenadas correspondiente del electrodo central (Fig. 5).

En lo que sigue se explica con mayor detalle un modo de funcionamiento preferido de la unidad de análisis 13.

La unidad de análisis 13 está configurada para elaborar para cada uno de los electrodos 21 individuales valores de medición derivados de forma continua y en cualquier caso filtrados, en donde los valores de medición creados dentro de un espacio predeterminado son reunidos en ventanas (Fig. 6). En una forma de realización preferida de la invención, estas ventanas F1, F2, F3 presentan una longitud de 200 ms. Básicamente, sin embargo, es también posible crear, sin más, ventanas con una longitud de 20 ms hasta 15 segundos. Dentro de estas ventanas, los valores de medición son explorados con una frecuencia de exploración de 1000-5000 Hz.

La unidad de análisis 13 está configurada para determinar la energía de la señal dentro de la ventana dentro de un intervalo de frecuencias con una frecuencia inferior de entre 60 y 100 Hz y una frecuencia superior de entre 150 Hz y 1 kHz. En torno a cada una de las ventanas F1, F2, F3 se indica con una duración predeterminada, en cada caso una energía de la señal. El cálculo de la energía de la señal puede determinarse, por ejemplo, mediante FFT o mediante modelos autorregresivos, tal como, por ejemplo, LMS, mínimo cuadrado recursivo o filtros de Kalman de orden entre 5 y 100.

Para cada una de las ventanas F1, F2, F3 se encuentra a disposición en cada caso un valor de análisis que indica la energía de la señal en la ventana F1, F2, F3 correspondiente. Los distintos valores de análisis se reúnen en una señal de análisis A, la cual presenta para cada una de las ventanas en cada caso un valor del análisis en forma de la energía de la señal.

En el caso de una forma de realización preferida de la invención no se recurre a intervalos de frecuencia dentro de una ventana de frecuencia predeterminada que se encuentran en un intervalo en torno a la frecuencia de la red o un múltiplo de la frecuencia de la red, para la formación de la energía de la señal. Esto puede tener lugar, por ejemplo, en el caso de una frecuencia de la red de 50 Hz, preferiblemente en el intervalo del doble de la frecuencia de la red, es decir, en el intervalo de 100 Hz, en donde en el caso de la determinación de la energía de la señal se filtran energías en el intervalo de, por ejemplo, entre 95 Hz y 105 Hz (Fig.7).

Se puede realizar un tipo particularmente preferido del análisis de los valores de medición que llegan llevando a cabo una medición base en la que el sujeto de estudio 3 realiza una actividad de referencia mental, por ejemplo se relaja o no piensa en nada. Por medio de los electrodos 21 individuales, a partir de las señales de medición, tal como se expone precedentemente, se derivan valores de análisis, asociándose estos valores a los distintos electrodos 21 y sometiéndose al análisis de la unidad de análisis 13. Los valores de análisis derivados de las señales de medición M se almacenan en una memoria de referencia 13a y se mantienen a disposición en ésta. La memoria de referencia 13a está conectada a la unidad de análisis 13. La unidad de análisis 13 dispone, además de ello, de una unidad de comparación que determina las tensiones determinadas en los electrodos 21 en el caso de actividades mentales concretas y, a partir de ello, deriva valores de análisis. Estos valores se comparan con los valores de referencia almacenados en la memoria de referencia 13a. En base a la comparación se determina un resultado del análisis, el cual indica para cada uno de los electrodos 21 individuales cuánto se diferencian las señales de medición determinadas de los valores de referencia asociados al electrodo 21 respectivo.

De manera particularmente preferida, la unidad de análisis 13 puede estar configurada de manera que a partir de la señal generada durante la medición base deriva la energía de la señal para las distintas ventanas de tiempo, tal como se representa en la Fig. 8 y, a partir de ello, genera una señal de referencia R la cual almacena en la memoria de referencia 13a. En el transcurso de esta medición base, se almacena para cada uno de los electrodos 21 individuales una señal de referencia R separada, la cual indica qué señales eléctricas son emitidas por el cerebro del sujeto de estudio 3 en el caso de una actividad de referencia.

La unidad de análisis 13 está configurada, además, para determinar coeficientes k que, para cada uno de los electrodos 21, indican si se diferencian entre sí la señal derivada de la señal de referencia R para el electrodo 21 correspondiente y la señal de análisis A derivada de la señal de medición M detectada momentáneamente. La unidad de análisis 11 mantiene a disposición para un cierto número de electrodos 21, en particular para todos los electrodos 21, un coeficiente k de este tipo. De manera particularmente preferida, es posible que la unidad de análisis 13 normalice los coeficientes k presentes de modo que todos los coeficientes k son divididos por el mismo coeficiente kmáx máximo. Alternativamente, también existe la posibilidad de ponderar los distintos coeficientes k con el mismo valor de ponderación, de modo que la suma de todos los coeficientes k de todos los electrodos 21 tenga un valor predeterminado, por ejemplo 1.

Una variante particularmente preferida para la determinación de si una señal de referencia R se diferencia de una señal de análisis A determinada en el transcurso de un análisis adicional se explica con mayor detalle en lo que sigue. Para ello, se recurre en cada caso a aquellos valores para la energía de la señal que fueron determinados por la unidad de análisis 13 en el marco de la medición base para la señal de referencia R, por una parte, y aquellos valores que fueron determinados en el transcurso del análisis de la señal de medición S actual respectiva, en donde para la señal de análisis A determinada de esta forma se encuentran a disposición asimismo de nuevo valores individuales para la energía de la señal para ventanas del tiempo F1, F2, F3 individuales. Por lo tanto, está presente un cierto número de energías de señal que fueron determinadas en el transcurso de la medición base, así como un cierto número de energías de señal que fueron determinadas en el transcurso de la medición actual. En una primera etapa se crean pares de números cuyo primer valor indica la energía de señal respectiva en el transcurso de la medición o bien medición base y cuyo segundo valor indica si la energía de señal respectiva procede de la medición o de la medición base. Por ejemplo, para el caso de que la energía de señal proceda de la medición base, se le otorga el valor -1, y para el caso de que la energía de señal proceda de la medición, se otorga el valor 1. Los valores utilizados en cada caso no son considerables para los cálculos posteriores, en la medida en que estos se puedan diferenciar bien entre sí de forma numérica.

El que las señales de la medición base se puedan diferenciar bien de las señales de la medición actual puede indicarse de forma sencilla mediante el coeficiente de correlación al cuadrado r2.

El número de las energías de señales determinadas en el transcurso de la medición base se designa con n1, el número de las energías de señales determinadas en el transcurso de la medición actual se designa con n2. Una posibilidad más sencilla de determinar numéricamente de manera eficaz el coeficiente de correlación, estriba en almacenar individualmente y mantener en reserva la suma de las distintas energías de señales Xi, así como la suma de los cuadrados de las distintas energías de señales separadas de si fueron determinadas en el transcurso de la medición base o en el transcurso de la medición actual.

Los valores de la covarianza cov (x, y) necesarios para el cálculo del coeficiente de correlación k, así como de la varianza var (x) pueden determinarse a partir de las presentes sumas y sumas cuadradas como sigue:

g i <ii ( « S i “ I- ■s 2 , ) “

v a r ( r )

n-L + ri2 (ni ÍÍ2)2

De ello resulta el coeficiente de correlación como sigue:

2 1 (si

n-Ln2 (?^{í i}4- n2)(q1 + q2) - (si Se)2 gi q2 - G

en donde se puede introducir un factor G el cual conduce a una simplificación numérica del cálculo:

El presente dispositivo presenta una unidad de selección y accionamiento 14 con la cual se pueden seleccionar uno o varios electrodos 21 entre los electrodos preseleccionados por la unidad de análisis para la emisión de un estímulo S eléctrico predeterminado. La unidad de selección y accionamiento 14 está dispuesta a continuación de la unidad de análisis 13 y antepuesta a la unidad de estimulación 11. En el presente ejemplo de realización preferido de una unidad de selección y accionamiento 14, la cual se representa en la Fig. 8, la unidad de selección y accionamiento 14 presenta una unidad de representación visual 141, la cual representa los electrodos 21, así como los resultados del análisis determinados por la unidad de análisis 13, en particular en el presente caso los resultados de preselección determinados en virtud del coeficiente de coeficiente de correlación k, preferiblemente mediante comparación del valor umbral, en base al análisis para los distintos electrodos 21 en posiciones 142 de la unidad de representación visual en forma de visualizaciones gráficas 143a, 143b. La unidad de selección y accionamiento 14 representada presenta en la zona de la unidad de representación visual 141 distintos elementos de selección y accionamiento 144 para cada uno de los electrodos 21 individuales. Los elementos de selección y accionamiento 144 están asociados en cada caso a un electrodo 21 y están dispuestos sobre la unidad de representación visual 141 en la zona de la posición 142 en la que están representadas también las visualizaciones gráficas 143a, 143b para el electrodo 21 correspondiente. Los elementos de selección y accionamiento 144 están configurados para la selección del electrodo 21 asociado a ellos para la emisión de un estímulo S o para la emisión de un estímulo S con el electrodo 21 correspondiente. Una selección particularmente preferida de electrodos 21 tiene lugar mediante la unidad de selección y accionamiento 144, eligiéndose conjuntamente, en el caso de la selección de un electrodo 21, en cada caso un electrodo 21 adyacente. Se emite un estímulo S en forma de una corriente entre los dos electrodos 21 seleccionados de este modo. Si se ha preseleccionado un electrodo 21 por la unidad de selección y accionamiento 14 en virtud del análisis, entonces la unidad de selección y accionamiento 14 propone para la selección un electrodo 21 adyacente a este electrodo 21 seleccionado o selecciona a éste por sí mismo. En el caso del accionamiento se emite un estímulo S en forma de una corriente entre estos dos electrodos 21. También es ventajoso que varios electrodos 21 puedan ser estimulados al mismo tiempo o rápidamente uno tras otro, con el fin de potenciar el efecto y acelerar el mapeo.

El estímulo S eléctrico emitido presenta preferiblemente una porción de corriente continua, la cual se encuentra por debajo de un valor umbral predeterminado. Esto puede tener lugar debido a que la unidad de estimulación 11 aplica a los electrodos 21 un estímulo S libre de corriente continua. Alternativamente, la porción de corriente continua puede también reducirse al limitar en el tiempo al estímulo 21. En ambos casos pueden utilizarse impulsos rectangulares para la estimulación, por ejemplo con una duración de 1 ms y una intensidad de corriente de 10 mA.

De manera particularmente ventajosa, para la estimulación con diferentes valores de umbral de estimulación puede estar previsto que la unidad de estimulación 11 esté configurada para aplicar estímulos S de intensidad diferente y creciente sobre los distintos electrodos 21. La unidad de estimulación 11 puede estar también configurada para emitir los distintos estímulos S en el caso de un accionamiento manual.

Alternativamente, también existe, sin embargo, la posibilidad de que la unidad de estimulación 11 para la emisión de estímulos sea controlada en una secuencia creciente hasta que una unidad de detección 22 establezca un o bien detecte una reacción del sujeto de estudio 3. La unidad de detección 22 está conectada a la unidad de control y puede estar configurada, por ejemplo, mediante un micrófono para la detección del habla del sujeto de estudio 3 o mediante un detector para detectar los movimientos del sujeto de estudio 3. La unidad de detección 22 puede reemplazarse también por un accionamiento manual al detectar el médico la reacción del sujeto de estudio y finalizar de manera correspondiente la estimulación.

Adicionalmente, existe además la posibilidad de detectar descargas después de la estimulación (posdescargas). Éstas son desencadenadas por la electroestimulación en el cerebro e indican que en cualquier caso existe el riesgo de un ataque epiléptico. En tal caso, puede estar previsto que la corriente a la que se recurre para la electroestimulación no continúe aumentándose o bien que se finalice la estimulación. Mediante una advertencia, se indica al médico las posdescargas.

En la medida en que se reconozca una descarga de este tipo (posdescarga), existe la posibilidad de emitir estímulos adicionales, con el fin de suprimir manualmente un ataque epiléptico.

En otra forma de realización ventajosa de la invención, existe la posibilidad de indicar directamente los resultados intermedios determinados en el transcurso del análisis de las señales de medición o los distintos datos de medición. Además, existe la posibilidad de indicar una información espectral de los datos de medición en bruto determinados, en particular con el fin de poder reconocer de manera prematura trastornos. Además de ello, existe la posibilidad de excluir de la medición electrodos individuales que solo tengan un mal contacto o que en conjunto sean nocivos. Para electrodos de este tipo no se recogen en conjunto datos de medición, y tampoco se lleva a cabo un análisis para electrodos de este tipo.

En una forma de realización preferida adicional de la invención, existe la posibilidad que la masa de señales se elija de manera arbitraria o se pueda colocar en un valor de tensión arbitrario. Esto es particularmente ventajoso, con el fin de evitar que no sea posible una medición cuando la masa utilizada durante la medición esté afectada por una interferencia.

Básicamente, existe la posibilidad de presentar al sujeto de estudio una pluralidad de diferentes actividades mentales, por ejemplo, la solución de un cubo Rubic, ejercicios auditivos, nombrar imágenes, movimientos de beso, movimientos de la lengua, lectura, cálculo, recuerdos, etc. En este caso también existe la posibilidad de que puedan repetirse diferentes actividades con el fin de conseguir en conjunto una mejor calidad de los registros. Además de ello, también existe la posibilidad de visualizar la calidad de registros individuales. El número de las actividades mentales que son presentadas a una persona, no necesita necesariamente ser limitado. También existe la posibilidad de que se especifique en actividades mentales adicionales por parte del sujeto de estudio o del instructor del ensayo.

Posibilidades adicionales de crear señales de medición en el caso de diferentes estados del cerebro humano estriban en estimular al cuerpo de forma táctil, auditiva o visual.

Además de ello, también es posible expresar y almacenar distintos resultados del análisis, así como la totalidad de todos los resultados del análisis al finalizar la medición.

Además de ello, existe la posibilidad de anotar en los distintos resultados almacenados entre qué electrodos o bien en qué electrodos se realizan estimulaciones automáticas o manuales. Estimulaciones de este tipo pueden ser anotadas en los distintos resultados de medición almacenados o expresados.

Otra forma de realización permite reconocer redes corticales al estimular mediante dos electrodos (21) una región conocida del cerebro, preferiblemente con 1-50 Hz. En el caso de todos los otros electrodos se calculan potenciales provocados y eventualmente se visualizan. Estos pueden determinarse mediante promediación referida al suceso con una corrección de tendencia y de línea base. La ventaja estriba en que con este modo de proceder solo necesita ser estimulada una única región, por ejemplo el área de Broca con el fin de reconocer toda la red del habla del cerebro. Como base para ello sirve el mapeo alto gamma, con el fin de reconocer una región determinada del cerebro la cual es estimulada eléctricamente a continuación con el fin de reconocer a la red.

Otra particularidad estriba en que junto al potencial provocado o en lugar del potencial provocado también puede calcularse la potencia de banda en el intervalo de 60-1000 Hz, con el fin de detectar de este modo redes corticales tales como, por ejemplo, la red del habla, mediante análisis alto gamma.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para la electroestimulación de un sujeto de estudio (3) que comprende un cierto número de electrodos (21) aplicables al cerebro (31) humano para desencadenar determinados estímulos eléctricos en el cerebro (31) humano,

- en donde está prevista una unidad de control (1) que comprende una unidad de estimulación (11) con la que se pueden aplicar estímulos eléctricos (S) a los distintos electrodos (21) o a varios,

- en donde la unidad de control (1) presenta una unidad de medición (12), dispuesta a continuación de los electrodos (21), para la determinación de las tensiones aplicadas a los distintos electrodos (21), eventualmente después de la especificación de diferentes actividades mentales al sujeto de estudio,

- en donde la unidad de control (1) presenta una unidad de análisis (13) que analiza las distintas señales de medición detectadas con los electrodos de medición (21),

- en donde la unidad de análisis (13) está configurada para seleccionar, en el marco de una preselección y en virtud del análisis de las señales de medición detectadas, electrodos (21) individuales para la emisión de un estímulo, - en donde la unidad de análisis (13) está configurada, en el caso de la preselección, para examinar las señales de medición (M) en los electrodos de medición, de manera particularmente exclusiva en cuanto a la presencia de potencias de señales o energías de señales en el intervalo de 60 Hz a 1 kHz, en particular entre 60 Hz y 180 Hz, - en donde la unidad de control (1) presenta una unidad de selección y accionamiento(14), en particular accionable por el hombre, para la selección de uno o varios electrodos (21) entre los electrodos (21) preseleccionados por la unidad de análisis (13), así como para la emisión de un estímulo (S) eléctrico predeterminado sobre el o los electrodos (21) seleccionados de este modo mediante la unidad de estimulación (11), que está dispuesta a continuación de la unidad de análisis (13) y que está antepuesta a la unidad de estimulación (11), caracterizado

- por que la unidad de control está configurada para llevar a cabo, mediante la unidad de análisis (13), una medición básica, en la que el sujeto de estudio (3) realiza una actividad de referencia y los resultados del análisis determinados con ello - asociados al electrodo (21) medidor respectivo - almacenarlos como valores de referencia o señal de referencia en una memoria de referencia (13a) y mantenerlos a disposición, y

- por que la unidad de análisis (13) presenta una unidad comparativa que compara los distintos valores del análisis determinados con los valores de referencia almacenados, indicando el resultado del análisis para cada uno de los electrodos (21) individuales cuánto se diferencian los valores del análisis determinados de los valores de referencia asociados al electrodo (21) respectivo.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que la unidad de selección y de accionamiento (14) presenta una unidad de representación visual (141), que representa los electrodos (21), así como los resultados del análisis determinados por la unidad de análisis (13), en particular los resultados de preselección, en base al análisis para los distintos electrodos (21) en posiciones (142) de la unidad de representación visual (141) en forma de visualizaciones gráficas (143a, 143b) de los resultados del análisis.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado

- por que la unidad de selección y de accionamiento (14) presenta en la zona de la unidad de representación visual (141) distintos elementos de selección o accionamiento (144),

- por que los elementos de selección o accionamiento (144) están asociados en cada caso a un electrodo (21) y están dispuestos en la unidad de representación visual (141) en la zona de la posición (142) en la que están representadas las visualizaciones gráficas (143a, 143b) para el electrodo (21) correspondiente, y

- por que los elementos de selección o accionamiento (144) están configurados para la selección del electrodo (21) asociado a los mismos para la emisión de un estímulo (S) o para la emisión de un estímulo (S) con el electrodo (21) correspondiente.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la unidad de selección y accionamiento (14) posibilita la selección de uno de los electrodos (21) preseleccionados por la unidad de análisis (13), así como uno de los electrodos (21) adyacentes a la misma, y la unidad de estimulación (11) está configurada para emitir un estímulo (S) en forma de una corriente entre los dos electrodos (21),

en donde, en particular, la porción de corriente continua de la corriente que fluye en forma de estímulo (S) entre los electrodos (21) adyacentes se encuentra por debajo de un valor umbral predeterminado, preferiblemente a) al aplicar la unidad de estimulación (11) un estímulo (S) libre de corriente continua a los electrodos (21), o b) al limitar la unidad de estimulación (11) la porción equitativa de la corriente del estímulo (S) y en donde, en particular, el recorrido de la corriente del estímulo presenta un recorrido rectangular, triangular o sinusoidal.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que está prevista una unidad de detección (22) para detectar la reacción del sujeto de estudio (3) y está conectada a la unidad de control (1), estando configurada la unidad de detección (22), en particular, mediante un micrófono para detectar el habla del sujeto de estudio (3) o mediante un detector para detectar movimientos del sujeto de estudio (3) o para detectar señales electrofisiológicas.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la unidad de estimulación (11) está configurada para aplicar estímulos (S) de diferente intensidad y/o duración, en particular crecientes, sobre los distintos electrodos (21), en donde, en particular,

a) la unidad de estimulación (11) está configurada para emitir los distintos estímulos (S), en particular en una secuencia creciente, en el caso de un accionamiento manual o automática, o

b) la unidad de control (1) controla a la unidad de estimulación (11) para la emisión de estímulos (S) en una secuencia creciente hasta que la unidad de detección (22) establezca una reacción del sujeto de estudio (3) o se alcance el límite de la corriente.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que los distintos electrodos (21) están dispuestos en una rejilla o en varias rejillas, en donde, en particular, los electrodos (21) dentro de la rejilla respectiva están dispuestos en una estructura predeterminada y/o por que cada uno de los electrodos (21), a excepción de los electrodos del borde, presenta un número predeterminado de electrodos (21) adyacentes que están dispuestos en una posición predeterminada con respecto al electrodo respectivo y/o tienen la misma distancia entre sí.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que

a) los distintos electrodos (21) están configurados de la misma forma entre sí y/o

b) los distintos electrodos (21) dispuestos dentro de una rejilla estén configurados de la misma forma entre sí y/o c) por que los electrodos (21) dentro de una rejilla estén dispuestos en una estructura cuadrada o hexagonal.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que a continuación de cada uno de los electrodos (21) está dispuesto un filtro (12a, 12b) separado, el cual está antepuesto a la unidad de análisis (13) o a la unidad de medición (12) y está configurado para

a) en el caso de la presencia de una energía de la señal que rebase por arriba o rebase por abajo un valor umbral predeterminado o de una forma de señal que se desvíe de una forma nominal en más de un valor umbral predeterminado, eliminar la señal correspondiente y no seguir conduciéndola a la unidad de análisis, y/o b) eliminar por filtrado porciones de señal por debajo de una frecuencia límite de 1 Hz a 5 Hz, y/o

c) restar del valor medición del electrodo (21) correspondiente el valor medio de todos los valores de señal medidos al mismo tiempo de todos los electrodos (21), en particular solo dentro de la misma rejilla,

d) restar del valor de medición del electrodo (21z) correspondiente el valor medio, eventualmente ponderado, de todos los valores de señal medidos al mismo tiempo de todos los electrodos contiguos (21u, 21u’, 21 u”) del electrodo (21z) correspondiente, en particular solo dentro de la misma rejilla, en donde en una rejilla cuadrada de electrodos (21) se consideran, en particular, como electrodos contiguos (21):

i) los cuatro electrodos (21u) que limitan directamente en un electrodo (21z),

ii) los ocho electrodos (21u’) que rodean a un electrodo (21z), en donde eventualmente los distintos electrodos contiguos (21u’) son ponderados con un factor de ponderación dependiente de su separación del electrodo, iii) aquellos cuatro electrodos (21u”) dentro de una rejilla cuadrada cuya posición de coordenadas se desvíe en dos de la posición de coordenadas correspondiente del electrodo (21z), cuya otra posición de coordenadas coincida con la posición de coordenadas correspondiente del electrodo (21z).

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado

- por que la unidad de análisis (13) está configurada para crear para cada uno de los electrodos (21) valores de medición derivados de forma continua, en donde dentro de un espacio de tiempo predeterminado, los valores de medición son reunidos para formar ventanas (F1, F2, F3), en particular con una longitud de 20 ms a 2 segundos, y - por que la unidad de análisis (11) está configurada para determinar, en particular mediante FFT o modelos autorregresivos, tales como preferiblemente LMS, mínimos cuadrados recursivos o filtros de Kalman de orden 5 a 50, la energía de la señal dentro de la ventana (F¹, F², F³) en un intervalo de frecuencias con una frecuencia inferior de 60 Hz a 100 Hz y una frecuencia superior en un intervalo de frecuencias de 150 Hz a 1 kHz y, a partir de ello, crear una señal de análisis (A) y eventualmente crear una señal de referencia en el marco de la medición base, y

- por que eventualmente la unidad de análisis (13) no recurre para la formación de la energía de la señal a intervalos de frecuencia dentro de la ventana (F¹, F², F³) predeterminada que se encuentran en un intervalo (X) en torno a la frecuencia de la red (f^N) o en un múltiplo de la frecuencia de la red (2f^N).

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la unidad de control (1) está configurada para emitir un estímulo en la zona de un electrodo (21), en particular con un estímulo de tensión con una frecuencia entre 1 Hz y 100 Hz, y por que la unidad de control está configurada para, después de la emisión del estímulo en todos o en un cierto número de electrodos (21)

por que la unidad de control (1) representa todos los electrodos (21) o bien las regiones del cerebro detectadas por los electrodos (21) en las que, en virtud del estímulo, existe un potencial provocado o una potencia de banda incrementada en el intervalo entre 60 Hz y 1 kHz.