ES2888773T3

ES2888773T3 - Control de retroalimentación de la neuromodulación mejorado

Info

Publication number: ES2888773T3
Application number: ES17778477T
Authority: ES
Inventors: James Hamilton Wah
Original assignee: Saluda Medical Pty Ltd
Current assignee: Saluda Medical Pty Ltd
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2022-01-07
Anticipated expiration: 2037-04-05
Also published as: CN109219467A; EP3439732B1; JP6979967B2; WO2017173493A1; CN109219467B; US11191966B2; CA3019701A1; EP3439732A1; US20250001179A1; EP3439732A4; DK3439732T3; JP2019510576A; AU2017246242B2; US20190168000A1; AU2017246242A1; US12138457B2; US20220168574A1

Abstract

Dispositivo implantable (100) para aplicar un estímulo neurológico de forma controlable, comprendiendo el dispositivo: una pluralidad de electrodos (150) que incluyen uno o más electrodos de estímulo nominal (2, 4) y uno o más electrodos de detección nominal (6, 8); una fuente de estímulo para proporcionar un estímulo que se administrará desde el uno o más electrodos de estímulo (2, 4) a una vía neurológica con el fin de dar lugar a un potencial de acción provocado en la vía neurológica; circuitos de medición (128) para registrar una señal neurológica con un potencial de acción compuesta detectada en uno o más electrodos de detección (6,8); y una unidad de control (116) configurada para: controlar la aplicación de un estímulo neurológico definido por al menos un parámetro de estímulo; medir a través de los circuitos de medición (128) una respuesta neurológica con potencial de acción compuesta provocada por el estímulo; determinar, a partir de la respuesta provocada medida, una variable de retroalimentación; completar un circuito de retroalimentación mediante el uso de la variable de retroalimentación para controlar un valor del al menos un parámetro de estímulo; y compensar de forma adaptativa los cambios en una ganancia del circuito de retroalimentación causados por el movimiento del electrodo con respecto a la vía neurológica, mediante la aplicación de una función de transferencia de compensación a la variable de retroalimentación, estando la función de transferencia de compensación configurada para compensar tanto (i) una función de transferencia de estimulación dependiente de la distancia como (ii) una función de transferencia de medición dependiente de la distancia que es distinta de (i).

Description

DESCRIPCIÓN

Control de retroalimentación de la neuromodulación mejorado

Sector de la técnica

[0001] La presente invención se refiere al control de una respuesta neurológica a un estímulo, y en particular se refiere a la medición de un potencial de acción compuesto mediante el uso de uno o más electrodos implantados proximales a la vía neurológica, con el fin de proporcionar retroalimentación para controlar los estímulos aplicados posteriormente.

Antecedentes de la invención

[0002] Hay una serie de situaciones en las que es deseable aplicar estímulos neurológicos para dar lugar a un potencial de acción compuesto provocado (ECAP, por sus siglas en inglés). Por ejemplo, la neuromodulación se usa para tratar una variedad de trastornos que incluyen dolor neuropático crónico, enfermedad de Parkinson y migraña. Un sistema de neuromodulación aplica un impulso eléctrico al tejido neurológico con el fin de generar un efecto terapéutico.

[0003] Cuando se usa para aliviar el dolor neuropático que se origina en el tronco y las extremidades, el impulso eléctrico se aplica a la columna posterior (CP) de la médula espinal, denominado estimulación de la médula espinal (EME). Este sistema comprende normalmente un generador de impulsos eléctricos implantado y una fuente de energía tal como una batería que puede recargarse mediante transferencia inductiva transcutánea. Una matriz de electrodos se conecta al generador de impulsos y se coloca en la(s) vía(s) neurológica(s) objetivo(s). Un impulso eléctrico aplicado a la vía neurológica mediante un electrodo provoca la despolarización de neuronas y la generación de potenciales de acción en propagación. Las fibras que se estimulan de esta manera inhiben la transmisión del dolor desde ese segmento de la médula espinal al cerebro. Para mantener los efectos de alivio del dolor, los estímulos se aplican de forma sustancialmente continua, por ejemplo a una frecuencia en el intervalo de 30 Hz a 100 Hz.

[0004] Para una operación eficaz y cómoda, es necesario mantener la amplitud de los estímulos o la carga suministrada por encima de un umbral de incorporación. Los estímulos por debajo del umbral de incorporación no incorporarán ningún potencial de acción. También es necesario aplicar estímulos que estén por debajo de un umbral de bienestar, por encima del cual surgen percepciones incómodas o dolorosas debido al aumento de la incorporación de fibras Ap que, cuando la incorporación es demasiado grande, producen sensaciones incómodas y, a altos niveles de estimulación, pueden incluso incorporar fibras nerviosas sensoriales asociadas con dolor agudo, frío y sensación de presión. En casi todas las aplicaciones de neuromodulación, se desea una sola clase de respuesta de las fibras, pero las formas de onda de estímulo empleadas pueden incluir potenciales de acción en otras clases de fibras que causen efectos secundarios no deseados. La tarea de mantener la incorporación neurológica apropiada se hace más difícil por la migración del electrodo y/o los cambios posturales del receptor del implante, cualquiera de los cuales puede alterar significativamente la incorporación neurológica que surge de un estímulo dado, dependiendo de si el estímulo se aplica antes o después del cambio en la posición del electrodo o la postura del usuario. Hay sitio en el espacio epidural para que la matriz de electrodos se mueva, y este movimiento de la matriz altera la distancia de electrodo a fibra y, por lo tanto, la eficacia de incorporación de un estímulo dado. Además, la médula espinal en sí puede moverse dentro del líquido cefalorraquídeo (LCR) con respecto a la duramadre. Durante los cambios posturales, la cantidad de LCR y la distancia entre la médula espinal y el electrodo pueden cambiar significativamente. Este efecto es tan grande que los cambios posturales por sí solos pueden causar que un régimen de estímulos previamente cómodo y eficaz se vuelva ineficaz o doloroso.

[0005] Otro problema de control, que afecta a los sistemas de neuromodulación de todo tipo, es lograr la incorporación neurológica a un nivel suficiente requerido para el efecto terapéutico, pero con un gasto mínimo de energía. El consumo de energía del paradigma de estimulación tiene un efecto directo en los requisitos de la batería que a su vez afecta al tamaño físico y la vida útil del dispositivo. Para los sistemas recargables, un mayor consumo de energía se traduce en una carga más frecuente y, dado que las baterías solo permiten un número limitado de ciclos de carga, en última instancia, esto reduce la vida útil del dispositivo implantado.

[0006] Se ha intentado abordar estos problemas mediante la retroalimentación, por ejemplo a través de los métodos establecidos en la publicación de patente internacional núm. WO2012155188 del presente solicitante. La retroalimentación busca compensar el movimiento del nervio y/o electrodo mediante el control de los estímulos suministrados para mantener una amplitud del ECAP constante. US 2016/082265 divulga un sistema que incluye una disposición de electrodos configurados para colocarlos funcionalmente para su uso en la modulación del tejido neurológico objetivo.07

[0007] Cualquier explicación de documentos, actos, materiales, dispositivos, artículos o similares incluida en la presente memoria descriptiva tiene el único propósito de proporcionar un contexto para la presente invención sin que con ello se admita que alguna o todas estas entidades formen parte de la base de la técnica anterior o constituyan conocimientos generales comunes en el sector de la técnica relevante para la presente invención tal como existía antes de la fecha de prioridad de cada reivindicación de esta solicitud.

[0008] A lo largo de esta memoria descriptiva, se entenderá que la palabra "comprende" o variaciones tales como "que comprende" o "comprendiendo" implican la inclusión de un elemento, un número entero o una etapa, o un grupo de elementos, números enteros o etapas indicados, pero no la exclusión de ningún otro elemento, número entero o etapa, o grupo de elementos, números enteros o etapas.

[0009] En esta memoria descriptiva, con la indicación de que un elemento puede ser “al menos uno” de una lista de opciones, debe entenderse que el elemento puede ser cualquiera de las opciones enumeradas, o puede ser cualquier combinación de dos o más de las opciones enumeradas.

Explicación resumida de la invención

[0010] La presente invención proporciona un dispositivo implantable para aplicar, de forma controlable, un estímulo neurológico, comprendiendo el dispositivo:

una pluralidad de electrodos que incluyen uno o más electrodos de estímulo nominal y uno o más electrodos de detección nominal;

una fuente de estímulo para proporcionar un estímulo que se administrará desde el uno o más electrodos de estímulo a una vía neurológica con el fin de dar lugar a un potencial de acción provocado en la vía neurológica;

circuitos de medición para registrar una señal neurológica con un potencial de acción compuesto detectada en uno o más electrodos de detección; y

una unidad de control configurada para:

controlar la aplicación de un estímulo neurológico definido por al menos un parámetro de estímulo; medir a través de los circuitos de medición una respuesta neurológica con un potencial de acción compuesto provocada por el estímulo; determinar, a partir de la respuesta provocada medida, una variable de retroalimentación;

completar un circuito de retroalimentación mediante el uso de la variable de retroalimentación para controlar el al menos un valor de parámetro de estímulo; y

compensar de forma adaptativa los cambios en una ganancia del circuito de retroalimentación causados por el movimiento del electrodo con respecto a la vía neurológica, mediante la aplicación de una función de transferencia de compensación a la variable de retroalimentación, estando la función de transferencia de compensación configurada para compensar tanto (i) una función de transferencia de estimulación dependiente de la distancia como (ii) una función de transferencia de medición dependiente de la distancia que es distinta de (i).

[0011] La presente invención reconoce que (i) la incorporación de potenciales de acción compuestos provocados en la vía neurológica por un estímulo dado variará en función de la distancia del (de los) electrodo(s) de estímulo desde la vía neurológica, y (ii) la forma de onda observada de un ECAP dado desde la vía neurológica variará en función de la distancia del (de los) electrodo(s) de detección de la vía neurológica, y además que la función de transferencia para (i) difiere de la función de transferencia para (ii), de modo que el movimiento del electrodo que puede causar el movimiento del paciente, cambios posturales, latidos cardíacos o similares afectará al comportamiento de incorporación de un sistema que use el control de retroalimentación del estímulo.

[0012] Algunas formas de realización pueden relacionarse con un método de control para efectuar la incorporación constante mediante el uso de mediciones individuales de I y V (donde I es una medida de la corriente de estímulo, y V es una medida de la tensión del ECAP observado), en lugar de tener que estimar o medir un umbral de estímulo o curva de crecimiento de respuesta. En estas formas de realización, esa función de transferencia comprende preferentemente un único parámetro k que refleja tanto un parámetro de incorporación n como un parámetro de medición m, siendo m y n desiguales debido a que la función de transferencia de estimulación difiere de la función de transferencia de medición. Por ejemplo, cuando la cantidad total de fibras incorporadas N varía con la distancia x según k Ix~n - T⁰, y la amplitud de tensión del ECAP medida V es aproximada según V k Nx~m, entonces en algunas formas de realización k = m/n. Es importante destacar que la presente invención reconoce que el parámetro de retroalimentación k no es igual a 1, debido a que la función de transferencia de estimulación difiere de la función de transferencia de medición. El parámetro de retroalimentación k se selecciona preferentemente de forma que tome un valor que sea adecuado para las configuraciones de estimulación y registro en uso, tal como un valor que dependa de una distancia desde uno o más electrodos de estimulación a uno o más electrodos de registro, y/o que dependa de un electrodo de estimulación para la configuración del electrodo de referencia, y/o que dependa de una configuración de estimulación ya sea estimulación bipolar o estimulación tripolar o similar. Por ejemplo, en una de estas configuraciones en la que la estimulación tripolar se administra usando el primer a tercer electrodo de un cable de EME, y los registros se toman usando el sexto electrodo del mismo cable, el parámetro de retroalimentación k se selecciona preferentemente para que esté en el intervalo de 0 a 0,8, más preferentemente 0,1 a 0,7, más preferentemente 0,16 a 0,61, más preferentemente 0,22 a 0,53, más preferentemente 0,3 a 0,43, más preferentemente aproximadamente

[0013] En algunas realizaciones de la invención, k se determina clínicamente utilizando un dato de incorporación. El dato de incorporación puede comprender uno o más del umbral de percepción del paciente, umbral de molestia, cobertura de una determinada área o parte del cuerpo, una característica cualitativa de la percepción del paciente de una estimulación tal como bienestar óptimo, una medida electrofisiológica, tal como el inicio de la respuesta/fasciculación muscular, o una medida de la actividad neurológica. Dichas medidas pueden utilizar la amplitud, latencia u otras características de las respuestas provocadas por el estímulo, que pueden aparecer en la espina dorsal, los nervios periféricos, el cerebro o en cualquier otra parte del cuerpo. En estas formas de realización, la determinación clínica de k puede comprender que el paciente adopte una serie de posturas; en cada postura, ajustar la intensidad del estímulo hasta que se logre el dato de incorporación requerido; y estimar k a partir de datos de incorporación constantes en posturas diferentes mediante un ajuste o aproximación adecuados.

[0014] En algunas formas de realización de la invención, k se determina clínicamente mediante el uso del electrodo de registro para medir las respuestas neurológicas a la estimulación periférica, tal como neuroestimulación eléctrica transcutánea NET constante, en una cantidad de posturas para obtener datos de Vi en cada postura. Luego se puede retirar la estimulación periférica y los electrodos de estímulo del implante pueden entonces suministrar estimulación en cada postura ajustada a un nivel de corriente li que produce la Vi respectiva y, por lo tanto, se sabe que ha logrado una incorporación constante independientemente de la postura. El conjunto de pares (i, V) de incorporación constante puede entonces ajustarse o aproximarse para obtener k.

[0015] En algunas formas de realización de la invención, particularmente para aplicaciones que impliquen poblaciones de fibras que tengan un intervalo estrecho de diámetros de fibra, k puede determinarse clínicamente colocando al paciente en una serie de posturas i, y en cada postura barriendo la intensidad del estímulo y registrando una curva de crecimiento. A partir de la curva de crecimiento para cada postura respectiva, se ajusta una línea a una parte lineal de la curva para determinar el umbral Tⁱ y la pendiente de crecimiento Mⁱ. La representación gráfica con los valores de log T frente a log TⁱM; y el ajuste de una línea a estos puntos da una pendiente -m/n=-k.

[0016] En algunas realizaciones, n y m se tratan como constantes que se aproximan a la ley de potencias aplicable a la función de transferencia respectiva en todo el dominio operativo. Sin embargo, las formas de realización alternativas pueden proporcionar una variable n y/o variable m, por ejemplo, para reflejar que n y m pueden reducirse ligeramente, y en diferentes grados, con una mayor incorporación. Esta adaptabilidad en n y m puede implementarse para proporcionar una compensación más precisa dependiendo de si el dispositivo está funcionando en un régimen de incorporación bajo o alto.

[0017] Por lo tanto, algunas formas de realización de la invención pueden implementar un circuito de retroalimentación de la siguiente manera: las mediciones entrantes de los ECAP (V) se multiplican con una versión exponenciada (l^-k) de la corriente de estímulo (I) utilizada para generarlas. Se genera una señal de error con respecto a un punto de ajuste y se alimenta a un controlador G, que determina la intensidad de estímulo siguiente. Por lo tanto, el control I-V se puede implementar como un circuito de retroalimentación, controlando un término de la fórmula F = I^kV con la señal de error e = F - F obtenida a partir del punto de ajuste elegido F.

[0018] En algunas formas de realización, la variable de retroalimentación podría ser cualquiera de: una amplitud; una energía; una potencia; una integral; una intensidad de señal; o una derivada, de cualquiera de: todo el potencial de acción compuesto provocado; la respuesta neurológica rápida, por ejemplo, en la ventana de medición de 0-2 ms después del estímulo; la respuesta neurológica lenta, por ejemplo, en la ventana de medición de 2-6 ms después del estímulo; o de una versión filtrada de la respuesta. En algunas formas de realización, la variable de retroalimentación podría ser un promedio de cualquier variable determinada en múltiples ciclos de estímulo/medición. En algunas formas de realización, la variable de retroalimentación puede ser la intersección cero, o la pendiente, de una parte lineal de la respuesta de amplitud del ECAP a una corriente de estímulo variable. En algunas formas de realización, la variable de retroalimentación puede obtenerse a partir de más de una de las medidas anteriores.

[0019] La variable de control, o parámetro de estímulo, podría ser, en algunas formas de realización, uno o más de la carga de estímulo total, corriente de estímulo, amplitud de impulso, duración de fase, duración de diferencia de interfase o forma de impulso, o una combinación de estas.

[0020] Por lo tanto, la presente invención reconoce que el uso de un circuito de retroalimentación para mantener un ECAP constante es una tarea difícil, ya que los cambios en la postura del paciente crean entradas de señal y cambian las características del circuito de tanto (i) el electrodo de estimulación con respecto a la función de transferencia del nervio, como (ii) el nervio con respecto a la función de transferencia del electrodo de detección.

[0021] El punto de ajuste del circuito de retroalimentación puede configurarse para buscar un valor constante de la amplitud del ECAP, o puede configurarse para buscar una amplitud del ECAP objetivo que cambie con el tiempo, por ejemplo, como se define por un mapa terapéutico como se describe en la publicación de solicitud de patente internacional núm. WO2012155188 del presente solicitante.

Breve descripción de los dibujos

[0022] A continuación se describirá un ejemplo de la invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 ilustra esquemáticamente un estimulador de médula espinal implantado;

la Figura 2 es un diagrama de bloques del neuroestimulador implantado;

la Figura 3 es una interacción ilustrativa esquemática del estimulador implantado con un nervio;

la Figura 4 ilustra la forma típica de un potencial de acción compuesto provocado eléctricamente;

la Figura 5 es un gráfico de la amplitud pico a pico de los ECAP observados;

la Figura 6 es un gráfico de incorporación en función de la corriente;

la Figura 7 ilustra la incorporación en función de la amplitud de registro;

la Figura 8 ilustra la corriente de estímulo correspondiente para cada distancia x;

la Figura 9 muestra curvas de tensión-distancia calculadas a partir del modelo de ECAP;

la Figura 10 ilustra la relación entre el valor de IkV y la incorporación;

las Figuras 11a y 11b ilustran la eficacia del método anterior de corriente constante, el método anterior de tensión constante del ECAP y el método I-V;

la Figura 12 ilustra la eficacia del método I-V en un intervalo de valores de incorporación deseados;

la Figura 13 ilustra el error general para cada valor de k;

la Figura 14 ilustra la variación en k entre electrodos;

la Figura 15 muestra el efecto de diferentes valores de k en la eficacia de la técnica I-V, con estimulación bifásica y en diferentes electrodos;

la Figura 16 muestra la eficacia del control I, V y I-V con estimulación bifásica; y

la Figura 17 ilustra un circuito de retroalimentación para mantener la incorporación constante, utilizando el control I-V.

Descripción de las formas de realización preferidas

[0023] La Figura 1 ilustra esquemáticamente un estimulador 100 de médula espinal implantado. El estimulador 100 comprende un módulo electrónico 110 implantado en una ubicación adecuada en el área abdominal inferior o en la región glútea superior posterior del paciente, y una unidad de electrodos 150 implantada dentro del espacio epidural y conectado al módulo 110 por un cable adecuado. Numerosos aspectos del funcionamiento del dispositivo neurológico implantado 100 son reconfigurables mediante un dispositivo de control externo 192. Además, el dispositivo neurológico implantado 100 cumple una función de recopilación de datos, comunicándose los datos recopilados al dispositivo externo 192.

[0024] La Figura 2 es un diagrama de bloques del neuroestimulador implantado 100. El módulo 110 contiene una batería 112 y un módulo de telemetría 114. En formas de realización de la presente invención, el módulo de telemetría 114 puede utilizar cualquier tipo adecuado de comunicación transcutánea 190, tal como transferencia por infrarrojos (IR), electromagnética, capacitiva e inductiva para transferir energía y/o datos entre un dispositivo externo 192 y el módulo electrónico 110.

[0025] El controlador 116 del módulo tiene una memoria asociada 118 que almacena los ajustes del paciente 120, los programas de control 122 y similares. El controlador 116 controla un generador de impulsos 124 para generar estímulos en forma de impulsos de corriente según los ajustes del paciente 120 y los programas de control 122. El módulo de selección de electrodos 126 conmuta los impulsos generados al o los electrodos apropiados de la matriz de electrodos 150 para la administración del impulso de corriente al tejido que rodea el o los electrodos seleccionados. Los circuitos de medición 128 están configurados para capturar las mediciones de las respuestas neurológicas detectadas en el o los electrodos de detección de la matriz de electrodos seleccionados por el módulo de selección de electrodos 126.

[0026] La Figura 3 es una interacción ilustrativa esquemática del estimulador implantado 100 con un nervio 180, en este caso la médula espinal, sin embargo en formas de realización alternativas pueden colocarse adyacentes a cualquier tejido neurológico deseado, incluido un nervio periférico, nervio visceral, nervio parasimpático o una estructura cerebral. El módulo de selección de electrodos 126 selecciona un electrodo de estimulación 2 de la matriz de electrodos 150 para administrar un impulso de corriente eléctrica al tejido circundante que incluye el nervio 180, y también selecciona un electrodo de retorno 4 de la matriz 150 para la recuperación de la corriente de estímulos para mantener una transferencia de carga neta cero.

[0027] La administración de un estímulo apropiado al nervio 180 provoca una respuesta neurológica que comprende un potencial de acción compuesto que se propagará a lo largo del nervio 180, como se ilustra, con fines terapéuticos que, en el caso de un estimulador de la médula espinal para el dolor crónico, podría ser crear parestesia en una ubicación deseada. Con este fin, los electrodos de estímulo se utilizan para administrar estímulos a 30 Hz. Para ajustar el dispositivo, un médico aplica estímulos que producen una sensación que es experimentada por el usuario como una parestesia. Cuando la parestesia está en una ubicación y es de un tamaño que es congruente con el área del cuerpo del usuario afectada por el dolor, el médico designa esa configuración para su uso continuo.

[0028] El dispositivo 100 está configurado además para detectar la existencia e intensidad de potenciales de acción compuestos (CAP) que se propagan a lo largo del nervio 180, ya sea que dichos CAP sean provocados por el estímulo de los electrodos 2 y 4, o provocados de otro modo. Con este fin, el módulo de selección de electrodos 126 puede seleccionar cualquier electrodo de la matriz 150 para que sirva como electrodo de medición 6 y electrodo de referencia de medición 8. Las señales detectadas por los electrodos de medición 6 y 8 se pasan a los circuitos de medición 128, que por ejemplo pueden funcionar según las enseñanzas de la publicación de solicitud de patente internacional núm. W o 2012155183 del presente solicitante.

[0029] La presente invención reconoce que al intentar implementar un circuito de control de retroalimentación, hay dos funciones de transferencia dependientes de la distancia implicadas en el registro del ECAP. La primera es la estimulación: a una mayor distancia x, se necesita una corriente más alta para estimular las mismas fibras nerviosas. El segundo está en el registro: a una mayor distancia x, una incorporación neurológica dada genera un ECAP observado más pequeño. La retroalimentación que busca una amplitud de tensión del ECAP observado constante no tiene en cuenta la función de transferencia de registro, con el resultado de que la incorporación realmente aumentará a medida que aumente la distancia de la médula espinal. Además, las funciones de transferencia primera y segunda son desiguales y requieren una compensación separada.

[0030] La presente invención proporciona un método que considera ambas funciones de transferencia dependientes de la distancia, de una manera que responde a las diferencias entre las funciones de transferencia, para mejorar así el rendimiento del control de retroalimentación.

[0031] Este método está necesariamente limitado por la imposibilidad, o al menos la impracticabilidad, de medir directamente la incorporación neurológica en humanos a través del registro por pinzamiento zonal intracelular o similares; debe ser posible, en un sistema de retroalimentación práctico, ajustar los parámetros de retroalimentación al paciente sin tales mediciones.

[0032] La Figura 4 ilustra la forma típica de un potencial de acción compuesto provocado eléctricamente en un sujeto sano. La forma del potencial de acción compuesto que se muestra en la Figura 4 es predecible porque es el resultado de las corrientes iónicas producidas por el conjunto de axones que generan potenciales de acción en respuesta a la estimulación. Los potenciales de acción generados entre un gran número de fibras se suman para formar un potencial de acción compuesto (CAP). El CAP es la suma de las respuestas de un gran número de potenciales de acción de una sola fibra. El CAP registrado es el resultado de un gran número de fibras diferentes en despolarización. La velocidad de propagación está determinada en gran medida por el diámetro de la fibra. El CAP generado por la activación de un grupo de fibras similares se mide como un potencial de pico positivo P¹, luego un pico negativo N¹, seguido de un segundo pico positivo P². Esto es causado por la región de activación que pasa por el electrodo de registro a medida que los potenciales de acción se propagan a lo largo de las fibras individuales. Una señal de CAP observada normalmente tendrá una amplitud máxima en el rango de microvoltios.

[0033] El perfil del CAP adopta una forma típica y puede caracterizarse por cualquier parámetro o parámetros adecuados de los cuales algunos se indican en la Figura 4. Dependiendo de la polaridad del registro, un perfil registrado normal puede adoptar una forma inversa a la que se muestra en la Figura 4, es decir, que tenga dos picos negativos N¹y N², y un pico positivo P¹.

[0034] A efectos ilustrativos, se realizaron simulaciones de ECAP con un modelo de EME para cada una de las 10 posiciones de la médula espinal diferentes, variando la distancia entre la médula y el electrodo de 1,7 mm a 5,2 mm (1,7 mm, 2,1 mm, 2,5 mm, 2,9 mm, 3,3 mm, 3,6 mm, 4,0 mm, 4,4 mm, 4,8 mm, 5,2 mm). Se utilizaron estímulos monofásicos para evitar mediciones confusas con el efecto del segundo cátodo. Se modela una matriz lineal de 8 electrodos, como se usa comúnmente en la EME. Los estímulos se administran en el electrodo 2 con corriente de retorno en los electrodos 1 y 3. La Figura 5 es un gráfico de la amplitud pico a pico de los ECAP observados en el electrodo 6 a estas distancias entre la médula y el electrodo en respuesta a corrientes de estímulo en el intervalo de 0 - 30 mA. Como se puede ver, a medida que la médula se acerca a la matriz de electrodos, el umbral de incorporación se reduce y la pendiente de crecimiento y la amplitud de saturación aumentan.

[0035] Con el fin de comparar los métodos de estimulación, se elige una incorporación objetivo de 5000 fibras; esto está dentro de la región de incorporación lineal, como se observa comúnmente en la estimulación terapéutica. La Figura 6 es un gráfico de incorporación en función de la corriente, que ilustra el uso de una amplitud de estímulo fija (línea vertical 610) según los métodos de la técnica anterior. Se elige la amplitud de corriente fija (aprox. 4,8 mA) para incorporar 5000 fibras en la posición cercana a la línea media de la médula espinal. El número de fibras incorporadas utilizando una corriente de estímulo constante varía de cero fibras a casi 35000 fibras en las posiciones de la médula examinadas. Esto destaca el grado en que la EME tradicional es sensible a la posición de la médula espinal.

[0036] La Figura 7 ilustra la incorporación en función de la amplitud de registro, cuando se utiliza el control de retroalimentación que busca una amplitud de registro N1-P2 constante (línea vertical 710). Se elige la amplitud fija (aprox. 47 j V) para incorporar 5000 fibras en la posición cercana a la línea media de la médula espinal. En comparación con el método de amplitud de estímulo constante de la Figura 6, la variación de incorporación resultante de los cambios en la separación entre electrodos y nervios en la Figura 7 se reduce, y la incorporación ahora varía de aproximadamente 3000 a 6500 fibras en las distancias examinadas. Se observa que la variación en la Figura 7 se invierte en comparación con el método de estimulación de corriente constante de la Figura 6: en la Figura 7, la incorporación aumenta a mayores distancias de la médula espinal. Sin embargo, el método de tensión constante observado de la Figura 7 continúa sufriendo un grado considerable de variación de incorporación no deseado en respuesta a cambios en la separación del electrodo al nervio, con la incorporación siendo casi un 40% menor que la deseada cuando la separación del electrodo al nervio es de 1,7 mm, y es casi un 60% mayor que el deseado cuando la separación del electrodo al nervio es de 5,2 mm.

[0037] Por lo tanto, la presente invención reconoce que cuando la separación del electrodo al nervio está sujeta a cambios, el método de estímulo constante de la Figura 6 y el método de tensión constante observado de la Figura 7 no logran incorporar de forma fiable la cantidad terapéutica deseada de fibras neurales.

[0038] En cambio, la presente invención proporciona un control de retroalimentación de la amplitud de estímulo de una manera que compensa tanto (i) la función de transferencia de estímulo con respecto a la separación x del electrodo al nervio como (ii) la función de transferencia de registro con respecto a la separación x del electrodo al nervio, y lo hace de una manera que tiene en cuenta las diferencias entre (i) y (ii)

[0039] Tanto la función de transferencia de estímulo como la función de transferencia de registro describen un proceso físico donde un primer elemento (electrodo de estimulación o nervio, respectivamente) irradia un campo eléctrico en un conductor volumétrico, y parte de este campo es detectado por un segundo elemento (nervio o electrodo de detección, respectivamente). El acoplamiento de un proceso radiativo normalmente desciende con cierta potencia de la distancia, y se puede modelar mediante ecuaciones que incluyan dicho término de potencia. Es importante destacar, sin embargo, que la función de transferencia de estimulación no es la misma que (ni la inversa de) la función de transferencia de medición, al menos debido a las diferentes formas de onda que se originan (estímulo pulsátil frente a una forma de onda de ECAP típica de 3 lóbulos debido a las diferentes configuraciones de electrodo invariablemente empleadas para administrar estimulación, por un lado, y para obtener mediciones neurológicas, por otro lado, y debido a la creciente dispersión de la forma de onda del ECAP a medida que se aleja del sitio de estimulación.

[0040] Con el fin de abordar las funciones de transferencia desiguales de manera apropiada, primero obtenemos una expresión para la relación entre la intensidad de estímulo I y el número de fibras N incorporadas, es decir, la función de transferencia de estimulación. Esta función dependerá de la distancia x entre el tejido objetivo y los electrodos de estimulación. N será igual al número de fibras con umbrales inferiores a la intensidad del estímulo; estos umbrales Tⁱ también variarán con la distancia:

* = £ [ / > TiC*)]

i

[0041 ] El cambio en T¡ con x se puede aproximar mediante un modelo analítico simple. Si consideramos una sola fibra nerviosa mielínica expuesta a una fuente de corriente puntual a la distancia x y con longitud internodal L, la tensión en el q-ésimo nodo de Ranvier tiene la forma:

/

VX2 ( qL) 2

donde ^ ^ ^ y suponiendo que el 0o nodo está en el punto en la fibra más cercana al electrodo.

[0042] La propensión de la fibra a ser activada por un estímulo dado es aproximada por una función conocida como la función de activación. Esto representa la corriente de despolarización neta que se aplica a cada nodo de Ranvier en la fibra, y tiene un comportamiento umbral; si la despolarización es suficiente en cualquier nodo, la fibra se activará. Para una fibra mielínica, la función de activación viene dada por la segunda diferencia del campo a lo largo de la fibra. Esto tiene un máximo en el nodo más cercano al electrodo, con valor

Por lo tanto, el umbral variará con la distancia según

[0043] Esta no es una expresión particularmente tratable. El espaciado internodal en las columnas posteriores es generalmente menor que la distancia entre médula y electrodo; en la región L<x, las derivadas cuarta y superior de Tⁱ son bastante pequeñas, y el comportamiento se aproxima

Tt oc x n

Para el caso de la estimulación monopolar con una fuente puntual, n e [1,3]. En otras configuraciones de electrodos, tejido circundante y nervios, el valor de n puede estar fuera de este intervalo.

[0044] Aplicando esto al comportamiento del conjunto, el número total de fibras incorporadas por un estímulo dado depende de los umbrales de fibra T¡. En la región lineal de crecimiento de la incorporación, N aumenta linealmente con I, por lo que Tⁱ puede suponerse distribuida uniformemente, y el número incorporado varía ya que

N oc Ix~n - T0

donde T^o es un umbral normalizado correspondiente al umbral de las fibras más sensibles en x=1.

[0045] A partir de esta obtención, se puede ver que la potencia n (también denominada parámetro de función de transferencia de estimulación) dependerá de la relación eléctrica y geométrica entre los electrodos de estimulación y el tejido estimulado. Por ejemplo, con el uso de configuraciones de electrodo de estímulo multipolar como se encuentra comúnmente en la EME terapéutica, la función de activación de campo cercano puede aumentarse debido a la variación aumentada en el campo, mientras que el campo lejano puede descender con mayor rapidez debido a la cancelación bipolar. Estos efectos también dependen de la geometría de las fibras nerviosas estimuladas, y de las propiedades eléctricas de los tejidos intermedios y circundantes; por ejemplo, la conductividad anisotrópica longitudinal de la materia blanca de las columnas posteriores afecta a la forma del campo. La intensidad de estímulo I en las formas de realización descritas en la presente memoria es la corriente de estímulo, aunque se pueden utilizar de manera equivalente parámetros de intensidad de estímulo alternativos (tensión, ancho de impulso, etc.).

[0046] Esta relación se examina utilizando los resultados del modelo de ECAP. Para un valor de incorporación dado N, se calcula la corriente de estímulo correspondiente para cada distancia x. Esto se muestra en la Figura 8 para valores de incorporación de hasta N = 20.000, dentro de la porción lineal de la curva de incorporación. Las líneas en la Figura 8 no son exactamente rectas, lo que indica que incorporar el mismo número de fibras a mayores distancias requiere una corriente desproporcionadamente mayor, lo que indica un cambio en la ley de potencias. Tratar n como una constante permite que las pendientes de las curvas se utilicen como una estimación de n: usar regresión lineal sobre ejes de una representación logarítmica da como resultado n = 1,64 con una baja incorporación (N= 1.000), descendiendo a n = 1,55 a niveles de incorporación más altos (N= 20.000).

[0047] Como se ha señalado anteriormente, es necesario no solo abordar la función de transferencia de estimulación, sino que también es necesario abordar la función de transferencia de registro. Por lo tanto, obtenemos una expresión para la función de transferencia de registro; que es la relación entre el número de fibras incorporadas N y la amplitud observada N¹-P²de V del ECAP, aunque se pueden utilizar otras medidas de intensidad del ECAP de manera equivalente. La señal registrada V varía de una manera dependiente de la distancia con la incorporación neurológica. El potencial de acción resulta de una región de despolarización que se propaga efectivamente entre los nodos de Ranvier; esto también genera corrientes de membrana tanto delante como detrás de la despolarización, produciendo efectivamente un campo proporcional a una fuente bipolar o tripolar doble. La propagación de un potencial de acción a lo largo de una fibra mielínica es demasiado compleja para un tratamiento analítico significativo; en cambio, se puede realizar la simulación de una colección de fibras nerviosas mielínicas con un electrodo de registro puntual, para lo cual se ha descubierto que la amplitud del potencial de acción de una sola fibra (SFAP, por sus siglas en inglés) S¡ de una sola fibra a la distancia x seguía una ley

S¿ oc x~m

donde m=1 cerca de la fibra, y m=3 en el campo lejano. Lo primero se espera cuando x<<L, y la corriente de acción del nodo más cercano domina el registro; este último resulta de la naturaleza aproximadamente tripolar del potencial de acción en propagación.

[0048] La tensión V del ECAP es el resultado de la suma de muchos potenciales de acción de una sola fibra (SFAP), y por lo tanto depende de la distribución espacial y diametral de las fibras incorporadas. Las fibras de diferentes diámetros tienen diferentes amplitudes de SFAP, sin embargo, la presente forma de realización de la invención observa que sus proporciones son bastante constantes en la parte lineal de la curva de crecimiento. La presente forma de realización de la invención supone además que la distribución espacial de las fibras incorporadas varía menos de x, lo que nos permite aproximarnos a la amplitud de ECAP según:

donde m es un parámetro de función de transferencia de registro.

[0049] En la práctica, los electrodos de registro no son puntos, sino estructuras físicas de dimensiones significativas en comparación con los nervios y/o la distancia de nervio a electrodo. A menudo se utiliza el registro diferencial, donde el ECAP se mide como una diferencia de potencial entre dos electrodos cerca del tejido objetivo. El ECAP también experimenta cambios en la forma de onda a medida que se propaga lejos del punto de iniciación debido a la dispersión, la terminación de la fibra, etc. El entorno eléctrico circundante también afecta a la transferencia de registro. Las propiedades de las membranas de las fibras nerviosas también afectan al comportamiento de despolarización y, por lo tanto, a las corrientes externas inducidas. Estos y otros factores introducen influencias adicionales en m.

[0050] A partir de estas obtenciones, se puede ver que n depende de factores que incluyen la configuración del electrodo de estímulo, incluida la configuración de los electrodos de excitación y retorno; la dimensión y colocación de los electrodos; las propiedades conductoras de los tejidos circundantes; y las geometrías de la fibra nerviosa. Por otra parte, m depende de factores que incluyen el electrodo de registro (y el electrodo de referencia, si se usa); las propiedades de las membranas y las geometrías de las fibras nerviosas individuales; la población neuronal general estimulada; y los tejidos circundantes. Por lo tanto, se espera que m y n tomen valores diferentes, y pueden variar además con la distancia de la corriente entre la médula y el electrodo.

[0051] La función de transferencia de registro en el modelo de ECAP se examina utilizando curvas de distancia de tensión en incorporaciones constantes. La Figura 9 muestra curvas de tensión-distancia calculadas a partir del modelo de ECAP. Cada línea muestra la relación entre la amplitud y la distancia de ECAP, para una incorporación fija que varía de N = 1000 (curva inferior) a N = 20.000 (curva superior) en series de 1000, en los ejes de una representación logarítmica. La pendiente de cada línea es una estimación del valor -m. Estas curvas indican valores para m de aproximadamente 0,75 al comienzo de la incorporación (N pequeña), con m descendiendo a aproximadamente 0,6 0,65 sobre la región lineal. Sin pretender limitarse por la teoría, puede ser que el valor decreciente de m corresponda a la ampliación del intervalo de diámetros de las fibras incorporadas, por lo que la velocidad de conducción dependiente del diámetro de las fibras mielínicas genera una dispersión de la descarga del potencial de acción; esto genera una región más larga del tronco nervioso que está contribuyendo al ECAP a través de corrientes de membrana. El campo trifásico irradiado por cada fibra luego se cancela ligeramente, lo que genera un campo que desciende más rápidamente con la distancia.

[0052] El parámetro n de la función de transferencia de estimulación y el parámetro m de la función de transferencia de registro se pueden determinar ya que están relacionados con la geometría y configuración del electrodo y no se espera que cambien apreciablemente durante el tratamiento. La distancia x no se conoce, sin embargo, la función de transferencia de estimulación y la función de transferencia de registro se pueden combinar para compensar los cambios en x y garantizar una incorporación constante. La corriente de estimulación I se puede conocer, y la tensión V del ECAP se puede medir, en cada estímulo. La sustitución de la ecuación (2) en la ecuación (1) da:

donde A es la constante de proporcionalidad de la ecuación 2.

[0053] Con el fin de mantener N constante, como se desea para el control de retroalimentación, se deduce que ImInV debe ser constante. Para controlar la incorporación, esto se expresa más fácilmente como:

donde k = mln y k > 0.

[0054] Esta forma de realización de la invención captura, por lo tanto, el comportamiento de la función de transferencia en un único parámetro k que, obtenido de m y n, refleja tanto la función de transferencia de estimulación como la función de transferencia de registro y, lo que es más importante, refleja que estas funciones de transferencia no son iguales, como se explicó anteriormente, y está configurado para compensar ambas funciones de transferencia únicas.

[0055] La corriente de estímulo I puede entonces ajustarse usando cualquier algoritmo de retroalimentación adecuado (tal como se muestra en la Figura 17, explicado con mayor detalle más adelante) para mantener la relación entre I y V, llevando el valor deseado de y a un punto de ajuste elegido. Un valor más alto de y generará una mayor incorporación.

[0056] La eficacia de este método de retroalimentación se examina midiendo la curva de punto de ajuste-incorporación para varias distancias. Para esta comparación, m y n se estimaron en 0,6 y 1,6, respectivamente, dando un valor de k = 0,37. En la Figura 10 se muestra la relación entre el valor de IkV y la incorporación.

[0057] El punto de ajuste mostrado en la figura se elige para una incorporación de N=5.000 fibras a una distancia x de médula a electrodo de 3,2 mm, en el medio del intervalo. En todo el intervalo de posiciones de la médula, que varía de 1,7 mm a 5,2 mm, la incorporación permanece dentro de un intervalo estrecho, lo que demuestra el beneficio de esta forma de realización de la invención e ilustra que una suposición de que n y m son constantes funciona bien. La Figura 11a ilustra la eficacia del método de corriente constante anterior 1102, la tensión de ECAP constante anterior 1104, en comparación con la presente forma de realización 1106. En la vista completa de la Figura 11a se puede ver la eficacia extremadamente deficiente de la estimulación de corriente constante 1102; la vista detallada de la Figura 11b muestra la eficacia mejorada del control I-V 1106 de la presente forma de realización sobre el control de amplitud constante 1104. El control de amplitud constante 1104 da como resultado variaciones superiores al -30/+50% desde el punto de ajuste, mientras que el control I-V 1106 mantiene una incorporación constante mejor que el ±5%.

[0058] Además, el control I-V 1206 funciona uniformemente bien a través de un intervalo de valores de incorporación deseados, como se muestra en la Figura 12. Para cada incorporación deseada, se determinó un punto de ajuste adecuado para cada algoritmo, nuevamente utilizando la distancia de la médula de 3,2 mm. La incorporación se calculó para cada posición de la médula con ese punto de ajuste, y la desviación según la media cuadrática (RMS, por sus siglas en inglés) de la media registrada. El control I-V 1206 da como resultado una menor variación en la incorporación (normalmente <5%) en un amplio intervalo de puntos de ajuste en comparación con el método de ECAP constante anterior 1204 (normalmente > 25%).

[0059] El método de control I-V de la presente forma realización requiere que se elija un valor adecuado para k. Se realizó un análisis de sensibilidad, variando k entre 0 y 1. Para cada valor, se realizó una medición de la desviación RMS del tipo mostrado en la Figura 12. El error general para cada valor de k se estimó promediando la desviación RMS para todos los niveles de incorporación considerados, mostrado en la Figura 13. Con k = 0, el término de corriente (I) se elimina de la ecuación de retroalimentación, haciendo que el control I-V sea equivalente al control de amplitud constante con una desviación media (RMS) relativamente baja de más del 25%. La Figura 13 muestra que el control I-V supera al control de amplitud constante para cualquier valor de k entre 0 y 0,8.

[0060] En esta simulación, los intervalos adecuados de k para lograr una eficacia dada se pueden leer directamente en la Figura 13, por ejemplo, para obtener una desviación media de menos del 20% k se debe establecer en de 0,1 a 0,7, una desviación media de menos del 15% da k de 0,16 a 0,61, una desviación media de menos del 10% da k de 0,22 a 0,53, una desviación media de menos del 5% da k de 0,3 a 0,43, una desviación media menor da k de aproximadamente 0,37. Sin embargo, en la práctica, el gráfico de la Figura 13 no está disponible y se requieren medidas indirectas para determinar k para ajustar un implante a un receptor, como se explica más adelante.

[0061] La función de transferencia de registro de la ecuación (2) depende del electrodo de registro en uso. Los factores geométricos pueden diferir entre electrodos, y la dispersión de la descarga de potencial de acción aumenta a medida que se aleja del sitio de estimulación. El aumento de la dispersión disminuye m, por lo que se puede esperar que el valor correcto de k sea menor con el aumento de la distancia desde el estímulo. Esto se ve en la Figura 14. Si se registra en el electrodo 4, el más cercano al estímulo, el k óptimo es aproximadamente 0,45, pero cualquier valor entre 0 y 1 supera la retroalimentación de amplitud constante. Para el electrodo 8, el valor óptimo es aproximadamente 0,27, con valores entre 0 y 0,55 superando la amplitud constante.

[0062] Los resultados de las Figuras 5 a 14 se prepararon usando estimulación monofásica, con el fin de demostrar claramente los principios sin considerar el efecto del segundo cátodo y su complicación de resultados. Sin embargo, las técnicas descritas son igualmente aplicables cuando se utiliza estimulación bifásica, como se muestra en las Figuras 15 y 16. En particular, la Figura 15 muestra el efecto de diferentes valores de k en la eficacia de la presente técnica de control de incorporación, con estimulación bifásica y en diferentes electrodos. Los mejores resultados obtenidos en el caso de estímulo bifásico son similares a los del caso monofásico, aunque el valor óptimo para k es algo menor. El control I-V en el caso bifásico supera al control de amplitud constante para valores de k entre 0 y 0,65. La Figura 16 muestra la eficacia del control I, V y I-V con estimulación bifásica. Se utilizó un valor k de 0,35 para el control I-V. El control del modo de tensión (V) da como resultado una variación de más de -30/+50% en el intervalo de distancias examinado, mientras que el control I-V mantiene la incorporación dentro de menos de 10/-0% del punto de ajuste inicial.

[0063] Por lo tanto, el método de control I-V requiere un único parámetro, k, que dependerá de la geometría espinal del paciente, así como de la configuración de estimulación y registro. En algunas formas de realización de la invención, k se puede determinar a partir de una tabla o almanaque previamente calculados, donde se elige un valor fijo en función de uno o más de los parámetros de estimulación y registro. Por ejemplo, la distancia entre el electrodo de estimulación y de registro, el ancho de impulso de estímulo y la ubicación del electrodo de referencia de medición se pueden utilizar para determinar el valor óptimo de k.

[0064] En algunas formas de realización de la invención, k se determina clínicamente utilizando un dato de incorporación. Se puede utilizar un dato de incorporación como punto de referencia para ajustar la intensidad del estímulo y lograr el mismo nivel de incorporación neuronal en diferentes posturas. Los datos adecuados pueden incluir el umbral de percepción del paciente, el umbral de molestia, la cobertura de una determinada área o parte del cuerpo, o cualquier característica cualitativa de la percepción del paciente de una estimulación tal como bienestar óptimo. También se pueden utilizar medidas electrofisiológicas, como el inicio de la respuesta /fasciculación muscular, o alguna medida de la actividad neurológica. Dichas medidas pueden utilizar la amplitud, latencia u otras características de las respuestas provocadas por el estímulo, que pueden aparecer en la espina dorsal, los nervios periféricos, el cerebro o en cualquier otra parte del cuerpo.

[0065] En esta forma de realización, se instruye al paciente para que adopte una serie de posturas, obteniendo una distancia de médula espinal a electrodo diferente pero desconocida Xi en cada una. En cada postura, la intensidad del estímulo se ajusta hasta que obtener el dato de incorporación. La corriente resultante I i y la medida de V del ECAP se registran para cada postura i. Dado que el uso del dato de incorporación implica que N es constante a través de estas mediciones, esto implica que

li oc Xin

Vt oc x ~ m

Por lo tanto, un método simple para estimar k es hacer la representación gráfica de log I frente log Vi y ajustar una línea a estos puntos de datos; esta línea tendría una pendiente de -n/m=-k. También se pueden utilizar otros métodos para aproximar soluciones a dichas ecuaciones.

[0066] También se pueden utilizar otros métodos que incorporen una subpoblación constante de fibras nerviosas para esta tarea. Por ejemplo, la estimulación del nervio periférico utilizando neuroestimulación eléctrica transcutánea (NET) puede proporcionar la incorporación constante de un nervio periférico, incluso cuando la postura del paciente cambie; si algún subconjunto de estos nervios periféricos se extiende en la espina y cerca del electrodo de registro, entonces se puede registrar una señal provocada Vⁱ en cada postura i. Después de registrar V¡ en cada postura, se elimina el estímulo periférico y se introduce el estímulo terapéutico; su intensidad se ajusta para reproducir una respuesta provocada de amplitud igual a Vⁱ, y esta intensidad I¡ se registra. Este procedimiento produce un conjunto de pares (I, V) de incorporación constante, que pueden adaptarse para k como con otros datos de referencia de incorporación.

[0067] Sin embargo, las formas de realización alternativas pueden tratar de determinar k directamente a partir de registros de ECAP, sin referencia a la percepción del paciente. La función de transferencia de registro entre la incorporación, la distancia y la amplitud del ECAp es compleja, particularmente porque depende de las características de dispersión de la población de fibras incorporadas. Las mediciones de amplitud por sí solas no siempre pueden distinguir los cambios en la dispersión de los cambios en la incorporación. Sin embargo, aquí se presenta una técnica de ajuste que es adecuada para poblaciones de fibras que tienen un intervalo muy estrecho de diámetros. Aunque este no es el caso de la columna vertebral, la siguiente técnica puede ser útil en otras partes del cuerpo cuando se utiliza un solo electrodo de registro. En algunos casos, particularmente cuando la población de fibras es bastante homogénea, es posible determinar k a partir de mediciones de umbral y pendiente de la curva de crecimiento.

[0068] En una curva de crecimiento típica, hay una región lineal donde la variable medida crece linealmente con la intensidad del estímulo. La EME terapéutica opera en la región lineal. Las curvas de crecimiento que se muestran en la Figura 5 muestran dicha región lineal; por ejemplo, a una distancia de médula a electrodo de 1,7 mm, esta región se extiende entre 1,5 mA y 3 mA; a 5,2 mm, esta se extiende aproximadamente entre 9 mA y 18 mA. Esta región lineal puede caracterizarse ajustándole una línea; luego se describe por la pendiente M y la intersección x (umbral) T de esa línea. La medición de V del ECAP en esta región lineal se puede modelar en función de la intensidad del estímulo I:

[0069] Es entonces evidente, al considerar los modelos de la ley de potencias de las funciones de transferencia de estimulación y de registro, que

T oc x n

M oc x -(m+n)

[0070] Por lo tanto, un método para estimar k es colocar al paciente en una serie de posturas i, y en cada postura, barrer la intensidad del estímulo y registrar una curva de crecimiento. A partir de cada curva de crecimiento, se ajusta una línea que determina el umbral Tⁱ y la pendiente de crecimiento Mⁱ. Los valores de log Tⁱ se pueden representar gráficamente frente a log T M; y el ajuste de una línea a estos puntos da una pendiente -m/n=-k. También se pueden utilizar alternativamente otros métodos para hallar soluciones a dichas ecuaciones.

[0071] La Figura 17 ilustra un circuito de retroalimentación para mantener la incorporación constante, utilizando el control I-V según la presente forma de realización. Las mediciones entrantes de los ECAP (V) se multiplican con una versión exponenciada (Ik) de la corriente de estímulo (I) utilizada para generarlas. Se genera una señal de error con respecto al punto de ajuste y se alimenta a un controlador G, que determina la intensidad de estímulo siguiente. Por lo tanto, el control I-V se puede implementar como un circuito de retroalimentación de la manera mostrada. El punto de ajuste es un valor sin unidad determinado por el nivel deseado de estimulación del paciente. Se utiliza un controlador de tiempo discreto G(z) para controlar la corriente de estímulo en función de la señal de error; este puede tomar la forma de una ganancia simple o un sistema más complejo tal como un controlador PID.

[0072] Este esquema particular tiene el potencial de mejorar la velocidad de respuesta del circuito además de proporcionar una mejor precisión de control. En la retroalimentación de amplitud constante, la función de transferencia del paciente (desde el estímulo hasta la amplitud del ECAP) varía con la postura; esto limita la ganancia máxima del controlador que se puede aplicar mientras mantiene el circuito estable, y al hacerlo limita el ancho de banda potencial. Si el control I-V se implementa escalando la amplitud del ECAP en la entrada a G(z), entonces cuando el circuito está rastreando correctamente el escalado compensa la función de transferencia cambiante del paciente. Esto significa que la ganancia de G(z) se puede maximizar sin comprometer la estabilidad, aumentando la velocidad con la que el circuito puede responder.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo implantable (100) para aplicar un estímulo neurológico de forma controlable, comprendiendo el dispositivo:

una pluralidad de electrodos (150) que incluyen uno o más electrodos de estímulo nominal (2, 4) y uno o más electrodos de detección nominal (6, 8);

una fuente de estímulo para proporcionar un estímulo que se administrará desde el uno o más electrodos de estímulo (2, 4) a una vía neurológica con el fin de dar lugar a un potencial de acción provocado en la vía neurológica; circuitos de medición (128) para registrar una señal neurológica con un potencial de acción compuesta detectada en uno o más electrodos de detección (6,8); y

una unidad de control (116) configurada para:

controlar la aplicación de un estímulo neurológico definido por al menos un parámetro de estímulo;

medir a través de los circuitos de medición (128) una respuesta neurológica con potencial de acción compuesta provocada por el estímulo;

determinar, a partir de la respuesta provocada medida, una variable de retroalimentación;

completar un circuito de retroalimentación mediante el uso de la variable de retroalimentación para controlar un valor del al menos un parámetro de estímulo; y

2. El dispositivo implantable de la reivindicación 1, donde la unidad de control está configurada además para efectuar una incorporación constante mediante el uso de pares de medición individuales de corriente de estimulación (I) y tensión (V) del ECAP observado.

3. El dispositivo implantable de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde la función de transferencia compensadora comprende un único parámetro k que refleja tanto un parámetro de incorporación n como un parámetro de medición m, m t n.

4. El dispositivo implantable de la reivindicación 3, donde el número total de fibras incorporadas N varía según N <xix-n - To, la amplitud de tensión V del ECAP medida es aproximada según k Nx-m, y k = mln.

5. El dispositivo implantable de la reivindicación 4, donde k se selecciona para tomar un valor que es adecuado para las configuraciones de estimulación y registro en uso.

6. El dispositivo implantable de la reivindicación 5 que comprende además un cable de EME que lleva la pluralidad de electrodos, y donde la fuente de estímulo está configurada para suministrar estimulación tripolar usando del primer al tercer electrodo del cable de EME, y donde los circuitos de medición están configurados para tomar registros usando el sexto electrodo del cable de EME, y donde k se selecciona de manera que se encuentre en el intervalo de 0,1 a 0,7.

7. El dispositivo implantable de la reivindicación 6, donde k se selecciona de manera que se encuentre en el intervalo de 0,22 a 0,53.

8. El dispositivo implantable de la reivindicación 7, donde k se selecciona de manera que sea aproximadamente 0,37.

9. El dispositivo implantable de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, donde k se determina clínicamente usando un dato de incorporación.

10. El dispositivo implantable de la reivindicación 9, donde el dato de incorporación comprende uno o más de: umbral de percepción del paciente, umbral de molestia, cobertura de una determinada área o parte del cuerpo, una característica cualitativa de la percepción del paciente de una estimulación, la percepción del paciente de bienestar óptimo, una medida electrofisiológica, el inicio de la respuesta/fasciculación muscular, y una medida de actividad neurológica.

11. El dispositivo implantable de la reivindicación 9 o la reivindicación 10 que además comprende que el paciente adopte una serie de posturas; en cada postura ajustando la intensidad del estímulo hasta que se logre el dato de incorporación requerido; y estimando k de datos de incorporación constantes en posturas diferentes.

12. El dispositivo implantable de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11, donde k se determina clínicamente mediante el uso del electrodo de registro para medir las respuestas neurológicas a la estimulación periférica en un número de posturas para obtener datos de Vi en cada postura; mediante el uso del electrodo de estímulo para administrar estimulación en cada postura ajustada a un nivel de corriente li que da la Vi respectiva, y mediante el uso del conjunto de pares (I, Vⁱ) de incorporación constante para obtener k.

13. El dispositivo implantable de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 12, donde k se determina clínicamente colocando al paciente en una serie de posturas i, en cada postura barriendo la intensidad del estímulo y registrando una curva de crecimiento, ajustando linealmente la curva de crecimiento para cada postura respectiva para determinar el umbral respectivo Tⁱ y la pendiente de crecimiento Mⁱ, y comparando log Tⁱ con log T M; para obtener k.

14. El dispositivo implantable de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 13, donde la unidad de control está configurada además para multiplicar una medición entrante de un ECAP (V) con una versión exponenciada (lk) de la corriente de estímulo (I) utilizada para generar ese ECAP, y para generar una señal de error con respecto a un punto de ajuste, y para determinar a partir de la señal de error una intensidad de estímulo posterior.

15. El dispositivo implantable de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, donde la variable de retroalimentación es una amplitud de la respuesta provocada medida.