DE10033400A1 - Electrical stimulation system for medical therapy selectively connects near, central and far electrodes to provide anode reference terminal for cathode pulses - Google Patents
Electrical stimulation system for medical therapy selectively connects near, central and far electrodes to provide anode reference terminal for cathode pulsesInfo
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Abstract
Description
Diese Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Stimulieren von elektrisch anregbarem Gewebe. Genauer betrifft sie Vorrichtungen zum Einstellen des Ortes, an dem Nervenfasern in solchem Gewebe aktiviert werden.This invention relates to devices for stimulating electrically excitable Tissue. More specifically, it relates to devices for setting the location where Nerve fibers are activated in such tissue.
Es ist allgemein akzeptiert, daß bei einer Rückenmark-Stimulation (Spinal Cord Stimulation, SCS) zum Schmerzmanagement der schmerzende Bereich vollständig mit Stimulus-induzierten Paresthesien überdeckt werden muß. Dies bedingt, daß das Stimulus-induzierte, elektrische Feld die Teile der dorsalen Säulen (dorsal columns) aktivieren muß, die zu den schmerzenden Dermatomen korrespondieren, wodurch Paresthesien in diesen Bereichen ausgelöst werden. Alle Dermatome werden durch ihre dorsalen Säulen-Fasern in einer regelmäßigen Abfolge, ausgehend von der Mitte, wo die meisten sakralen Dermatome repräsentiert sind, zu der linken und der rechten Seite, wo zunehmend mehr rostrale Dermatome für die rechte bzw. linke Körperhälfte repräsentiert sind, repräsentiert. Demgemäß muß das auf der richtigen Rostro-Caudal-Wirbel Höhe angelegte, elektrische Feld auf den richtigen medio-lateralen Bereich der dorsalen Säulen fokussiert werden. Zusätzlich zu der medio-lateralen Fokussierung (Steuerung des Feldes), muß die medio-laterale Ausdehnung der angeregten Nervenfasern groß genug sein, um alle schmerzenden Dermatome abzudecken, was bei komplexen Schmerzmustern von besonderer Wichtigkeit ist.It is generally accepted that spinal cord stimulation (spinal cord Stimulation, SCS) for pain management of the painful area completely must be covered with stimulus-induced paresthesia. This means that the stimulus-induced electrical field is the parts of the dorsal pillars (dorsal columns) that correspond to the aching dermatomes, causing paresthesia in these areas. All dermatomes through their dorsal column fibers in a regular sequence, starting from the middle where most sacred dermatomes are represented, to the left and right side, where more and more rostral dermatomes for the right or left half of the body are represented. Accordingly the electrical field applied at the correct Rostro-Caudal vortex height focus on the correct medio-lateral area of the dorsal columns. In addition to medio-lateral focusing (control of the field), the medio-lateral extension of the excited nerve fibers to be large enough to cover all aching dermatomes, what with complex pain patterns is of particular importance.
Das gegenwärtig angewendete Verfahren zum Fokussieren der Stimulation auf die richtigen Dermatome funktioniert mittels eines Implantierens von zwei unter der Haut befindlichen (perkutanen), parallel zueinander ausgerichteten Elektroden- Anordnungen (Leitungen) in dem dorsalen Epidural-Raum und Auswählen der Kombination von als Anoden und Kathoden verbundenen Elektroden, die die beste Abdeckung der Schmerz-Topographie mit einer Paresthesie ergibt. Da ein komplexes Schmerz-Muster im allgemeinen nicht von einer einzigen Kombination abgedeckt werden wird, werden zwei oder mehr sequentiell aktivierte Kombinationen verwendet, um eine sich räumlich ergänzende Paresthesie zu erhalten [1], [2]. Wegen der großen Zahl von zu testenden Elektroden- Kombinationen ist dieses empirische Verfahren sehr zeitaufwendig. Darüber hinaus führt es nicht unbedingt zu einer vollständigen Abdeckung des schmerzenden Bereichs, da nur eine kleine Anzahl von Kombinationen, welche getrennte Paresthesie-Muster ergeben, geeignet ist.The method currently used to focus stimulation on the correct dermatome works by implanting two under the Skin (percutaneous) electrodes aligned parallel to each other Arrangements (lines) in the dorsal epidural space and selection of the Combination of electrodes connected as anodes and cathodes, the best Coverage of pain topography with paresthesia results. There a complex pain patterns generally are not a single combination will be covered, two or more will be sequentially activated Combinations used to create a spatially complementary paresthesia received [1], [2]. Because of the large number of electrodes to be tested Combinations, this empirical process is very time consuming. About that furthermore, it does not necessarily lead to complete coverage of the painful area as there are only a small number of combinations which separate paresthesia patterns are suitable.
Eine verbesserte Art und Weise, eine optimale Abdeckung des (ausgedehnten) schmerzenden Bereichs zu erhalten, erfolgt mittels einer durch einen Zwei-Kanal- Pulsgenerator, der simultane Pulse eines variablen Spannungsverhältnisse zu einer bezüglich der Mitte linken und einer bezüglich der Mitte rechten Anode und einer herkömmlichen mittig gelegenen Kathode gibt, gespeisten, dreipoligen Querleitung (Transverse Tripolar Lead). Dieses patentierte System [3] erlaubt sowohl eine annähernd kontinuierliche Steuerung des Feldes in einer Querebene als auch das Unterdrücken einer Stimulation der dorsalen Säulen (d. h. einer bevorzugten Stimulation der dorsalen Säulen), wodurch die Schwelle zu einem unangenehmen Empfinden angehoben und somit das Fenster der therapeutisch anwendbaren Amplitude vergrößert wird, was zu einer Vergrößerung des Bereiches der dorsalen Säulen führt, der aktiviert werden kann [4]-[6]. Dieses System erlaubt Korrekturen der Paresthesie nach der Implantation ohne zusätzliche operative Eingriffe, benötigt aber einen ausgedehnten operativen Eingriff (eine Laminotomie) für seine Plazierung. An improved way, an optimal coverage of the (extended) painful area is achieved by means of a two-channel Pulse generator, the simultaneous pulses of a variable voltage ratio too one anode left and center right and one anode and a conventional central cathode, fed, three-pole Transverse tripolar lead. This patented system [3] allows both an almost continuous control of the field in a transverse plane as well as suppressing stimulation of the dorsal columns (i.e. one preferred stimulation of the dorsal columns), which turns the threshold into one uncomfortable sensation raised and thus the window of therapeutic applicable amplitude is increased, resulting in an increase in the Area of the dorsal columns that can be activated [4] - [6]. This System allows corrections to paresthesia after implantation without additional surgical interventions, but requires an extensive operative Intervention (a laminotomy) for its placement.
Die therapeutisch nutzbare Spanne für die Amplituden, und somit die Abdeckung mit Paresthesie, kann auch angehoben werden, wenn anstelle von derzeit erhältlichen SCS-Leitungen eine langgestreckte Anordnung von Elektroden mit kleinen Längen und Abständen auf bipolare oder tripolare (zentrale Kathode) Weise verwendet wird [5], [7]. Unter Berücksichtigung des zum Stimulieren der dorsalen Säulen benötigten größeren Stroms, wenn der Elektrodenabstand verringert wird, wurde eine optimale Elektrodenlänge bzw. ein optimaler Elektrodenabstand von 1,5 bzw. 2,0-2,5 mm vorgeschlagen [8].The therapeutically usable range for the amplitudes, and thus the coverage with paresthesia, can also be raised if instead of currently available SCS cables with an elongated arrangement of electrodes small lengths and distances on bipolar or tripolar (central cathode) Way is used [5], [7]. Taking into account that to stimulate the dorsal columns required greater current when the electrode gap is reduced, an optimal electrode length or an optimal one Electrode spacing of 1.5 or 2.0-2.5 mm suggested [8].
Die hierin offenbarte Erfindung erlaubt eine quergerichtete Steuerung des Feldes mittels eines Zwei-Kammer-Pulsgenerators, der simultane Pulse abgibt, und mittels zweier parallel angeordneter Elektrodenanordnungen. Zudem nutzt die Erfindung die bevorzugte Stimulation der dorsalen Säulen, wenn enge, längliche Bipole oder Tripole verwendet werden. Durch dieses Verfahren kann das Prinzip der quergerichteten Feld-Steuerung bei der SCS angewendet werden (z. B. mit zwei unter der Haut liegenden Leitungen, die der Länge nach mit einem Abstand von 2- 3 mm angeordnet sind oder mit einer einzigen Leitung mit zwei parallel zueinander angeordneten Elektroden-Anordnungen) und auch bei anderen Nervenstrukturen (z. B. bei einer Stimulation in der Tiefe des Hirns (deep brain stimulation), bei einer Kortex-Stimulation, bei einer Stimulation peripherer Nerven).The invention disclosed herein allows cross-directional control of the field by means of a two-chamber pulse generator, which outputs simultaneous pulses, and by means of two parallel electrode arrangements. The invention also makes use of the preferred stimulation of the dorsal columns when tight, elongated or bipoles Tripoles are used. By this method, the principle of transverse field control can be used with the SCS (e.g. with two cables lying under the skin, which are at a distance of 2- 3 mm are arranged or with a single line with two parallel to each other arranged electrode arrangements) and also with other nerve structures (e.g. with a deep brain stimulation), with a Cortex stimulation, when stimulating peripheral nerves).
- 1. [1] Alo K. M. et al. "Computer assisted and patient interactive programming of dual octrode spinal cord stimulation in the treatment of chronic pain", Neuromodulation, 1: 30-45, 1998.1. [1] Alo K.M. et al. "Computer assisted and patient interactive programming of dual electrode spinal cord stimulation in the treatment of chronic pain ", Neuromodulation, 1: 30-45, 1998.
- 2. [2] Devulder J., De Laat M., Rolly G. "Dual channel electrostimulation in pain", Acta neurol beig, 98: 195-198, 1998.2. [2] Devulder J., De Laat M., Rolly G. "Dual channel electrostimulation in pain", Acta neurol beig, 98: 195-198, 1998.
- 3. [3] Holsheimer J., Struijk J. J. "Multichannel apparatus for epidural spinal cord stimulation", US-Patent 5,501,703 vom 26. März 1996.3. [3] Holsheimer J., Struijk J. J. "Multichannel apparatus for epidural spinal cord stimulation ", U.S. Patent 5,501,703, March 26, 1996.
- 4. [4] Struijk, J. J., Holsheimer J. "Transverse tripolar spinal cord stimulation: theortical performance of a dual channel system", Med & Biol Eng & Comput, 34: 273-279, 1996.4. [4] Struijk, J.J., Holsheimer J. "Transverse tripolar spinal cord stimulation: theortical performance of a dual channel system ", Med & Biol Eng & Comput, 34: 273-279, 1996.
- 5. [5] Holsheimer J. "Effectiveness of spinal cord stimulation in the management of chronic pain: analysis of technical drawbacks and solutions", Neurosurgery, 40: 990-996, 1997. 5. [5] Holsheimer J. "Effectiveness of spinal cord stimulation in the management of chronic pain: analysis of technical drawbacks and solutions ", neurosurgery, 40: 990-996, 1997.
- 6. [6] Holsheimer J. et al. "Clinical evaluation of paresthesia steering with a new system for spinal cord stimulation", Neurosurgery, 42: 541-547, 1998.6. [6] Holsheimer J. et al. "Clinical evaluation of paresthesia steering with a new system for spinal cord stimulation ", Neurosurgery, 42: 541-547, 1998.
- 7. [7] Holsheimer J. et al. "Effects of electrode geometry and combination an nerve fibre selectivity in spinal cord stimulation", Med & Biol Eng & Comput, 33: 676-682, 1995.7. [7] Holsheimer J. et al. "Effects of electrode geometry and combination an nerve fiber selectivity in spinal cord stimulation ", Med & Biol Eng & Comput, 33: 676-682, 1995.
- 8. [8] Holsheimer J., Wesselink W. A. "Optimum electrode geometry for spinal cord stimulation: the narrow bipole and tripole", Med & Biol Eng & Comput, 35: 493-497, 1997.8. [8] Holsheimer J., Wesselink W. A. "Optimal electrode geometry for spinal cord stimulation: the narrow bipole and tripole ", Med & Biol Eng & Comput, 35: 493-497, 1997.
Die vorliegende Erfindung kann mit Vorteil dazu verwendet werde, um den Ort in einem elektrisch erregbaren Gewebe zu wechseln, an dem Nervenzellen aktiviert werden. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind eine erste und eine zweite Elektroden-Anordnung, welche jeweils eine erste, eine zweite und eine dritte Elektrode aufweisen, parallel zueinander angeordnet, so daß deren erste, zweite und dritte Elektrode jeweils nebeneinander liegen. Ein erster negativer (Kathoden-)Puls wird an die in der Mitte gelegene Elektrode der ersten Anordnung abgegeben, und ein zweiter negativer (Kathoden-)Puls wird an die in der Mitte gelegene Elektrode der zweiten Anordnung abgegeben. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die ersten und zweiten Pulse zeitgleich und mit einem variablen Stromverhältnis abzugeben. Die erste und die dritte Elektrode sowohl der ersten als auch der zweiten Anordnung oder eine Auswahl aus diesen vier Elektroden werden mit dem gemeinsamen (Anoden-)Bezugspotential der beiden Pulsgeneratoren verbunden.The present invention can be used to advantage to locate the location in to switch to an electrically excitable tissue that activates nerve cells become. According to the preferred embodiment, a first and a second electrode arrangement, each of a first, a second and a have a third electrode, arranged parallel to one another, so that their first, the second and third electrodes lie next to each other. A first negative (Cathode) pulse is applied to the central electrode of the first arrangement and a second negative (cathode) pulse is sent to the one in the middle located electrode of the second arrangement. They are facilities provided to the first and second pulses simultaneously and with a variable To deliver current ratio. The first and third electrodes of both the first as well as the second arrangement or a selection from these four electrodes with the common (anode) reference potential of the two Pulse generators connected.
Durch die Verwendung des voranstehend beschriebenen Systems wird der Grad der für die Implantation der Elektroden-Anordnungen erforderlichen operativen Präzision herabgesetzt, da, nachdem die Operation abgeschlossen ist, der Ort, an dem Nervenzellen stimuliert werden, durch einfaches Verändern des Stromstärken-Verhältnisses der an die Elektroden abgegebenen Pulse eingestellt werden kann. Darüber hinaus erlaubt das bevorzugte Ausführungsbeispiel ein großes Fenster für die therapeutisch nutzbare Amplitude, was eine Vorraussetzung dafür ist, eine ausgedehnte Schmerz-Topographie beim SCS abzudecken. By using the system described above, the degree the operative required for the implantation of the electrode arrangements Precision degraded because after the operation is complete, the place is on the nerve cells are stimulated by simply changing the Current ratio of the pulses delivered to the electrodes can be. In addition, the preferred embodiment allows one large window for the therapeutically usable amplitude, which is a prerequisite is to cover an extensive pain topography in SCS.
Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht einen Patienten mit einem implantierten, neurologischen Stimulationssystem, welches die vorliegende Erfindung anwendet. Fig. 1 shows a schematic view of a patient with an implanted neurological stimulation system employing the present invention.
Fig. 2 stellt eine schematische Querschnittsansicht der Wirbelsäule dar, wobei die Positionen der für die vorliegende Erfindung verwendeten Elektroden- Anordnung aufgezeigt werden. Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the spine showing the positions of the electrode assembly used for the present invention.
Fig. 3 zeigt die beiden parallel liegenden Elektroden-Anordnungen und zeigt an, daß die Elektroden jeweils als Anode (+) bzw. Kathode (-) in den verschiedenen in der vorliegenden Erfindung verwendeten Konfigurationen verschaltet sind. Fig. 3 shows the two parallel electrode arrangements and indicates that the electrodes are respectively connected as an anode (+) and cathode (-) in the different configurations used in the present invention.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung von sechs Elektroden in zwei Anordnungen und deren Anschlüsse an die beiden Pulsgeneratoren, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. FIG. 4 shows a schematic illustration of six electrodes in two arrangements and their connections to the two pulse generators, as are used in the present invention.
Fig. 5a zeigt den Bereich der dorsalen Säulen, in dem Nervenfasern durch den Schaltkreis aus Fig. 4 erreicht werden, wenn zwei Pulse gleicher Amplitude zeitgleich abgegeben werden. FIG. 5a shows the area of the dorsal columns in which nerve fibers are reached by the circuit from FIG. 4 if two pulses of the same amplitude are emitted at the same time.
Fig. 5b zeigt den Bereich der dorsalen Säulen, in dem die Nervenfasern durch den Schaltkreis aus Fig. 4 erreicht werden, wenn die Amplitude der an die links gelegene Anordnung abgegebenen Pulse einen Wert größer Null hat und die Amplitude der an die rechts gelegene Anordnung abgegebenen Pulse Null ist. Fig. 5b shows the area of the dorsal columns in which the nerve fibers are reached by the circuit of Fig. 4 when the amplitude of the pulses delivered to the left arrangement has a value greater than zero and the amplitude of the delivered to the right arrangement Pulse is zero.
Fig. 5c zeigt den Bereich der dorsalen Säulen, in dem die Nervenfasern durch den Schaltkreis aus Fig. 4 erreicht werden, wenn die Amplitude der an die rechts gelegene Anordnung abgegebenen Pulse einen Wert größer Null hat und die Amplitude der an die links gelegene Anordnung abgegebenen Pulse Null ist. FIG. 5c shows the area of the dorsal columns in which the nerve fibers are reached by the circuit of FIG. 4 when the amplitude of the pulses delivered to the arrangement on the right has a value greater than zero and the amplitude of the delivery to the arrangement on the left Pulse is zero.
Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht einen Patienten 10 mit einem Implantat eines neurologisches Stimulationssystems, welches eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung anwendet, um das Rückenmark 12 des Patienten zu stimulieren. Das bevorzugte System verwendet einen implantierbaren Pulsgenerator 14 zum Erzeugen einer Anzahl unabhängiger Stimulations-Pulse, der durch isolierte Leiterdrähte 16 und 18 mit in der Nähe des Rückenmarks 12 gelegenen Elektroden-Anordnungen 16A und 18A (Fig. 2) verbunden ist. Fig. 1 shows a schematic view of a patient 10 having an implant of a neurological stimulation system which employs a preferred embodiment of the present invention, in order to stimulate the spinal cord 12 of the patient. The preferred system employs an implantable pulse generator 14 for generating a number of independent stimulation pulses which located by insulated conductor wires 16 and 18 in the vicinity of the spinal cord 12 electrode assemblies 16 A and 18 A (Fig. 2) is connected.
Der implantierbare Pulsgenerator 14 ist vorzugsweise ein modifizierter, implantierbarer Pulsgenerator ITREL III, zu beziehen von Medtronic, Inc., wobei mehrere Ausgänge vorgesehen sind, die Pulse von unabhängig voneinander verstellbaren Amplituden und Dauern ausgeben, die entweder simultan oder mit einer zeitlichen Verzögerung relativ zueinander gewählt werden können. Dieses bevorzugte System verwendet eine Programmiervorrichtung 20, die über ein Kabel 22 mit einer Radio-Frequenz-Antenne 24 verbunden ist. Dieses System erlaubt es behandelndem, medizinischen Personal, die verschiedenen Puls-Ausgabe- Optionen nach der Implantation unter Verwendung von Radio-Frequenz- Übertragung zu wählen. Während das bevorzugte System vollständig implantierte Pulsgeneratoren verwendet, können Systeme, die sowohl implantierte als auch externe Komponenten, die über Radio-Frequenz-Übertragung miteinander in Verbindung stehen, verwenden, die vorliegende Erfindung ebenso ausführen (z. B. ein modifizierter Pulsgenerator Mattrix, erhältlich von Medtronic, Inc.).The implantable pulse generator 14 is preferably a modified, implantable pulse generator ITREL III, available from Medtronic, Inc., wherein several outputs are provided which output pulses of independently adjustable amplitudes and durations, which are selected either simultaneously or with a time delay relative to one another can be. This preferred system uses a programming device 20 which is connected to a radio frequency antenna 24 via a cable 22 . This system allows healthcare professionals to choose the various post-implant pulse output options using radio frequency transmission. While the preferred system uses fully implanted pulse generators, systems using both implanted and external components that communicate with one another via radio frequency transmission can also practice the present invention (e.g., a modified Mattrix pulse generator) from Medtronic, Inc.).
Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Wirbelsäule 26, wobei Elektroden-Anordnungen 16A und 18A (angeschlossen an den Pulsgenerator 14 mittels isolierter Leiterdrähte 16 und 18) im dorsalen Epidural-Raum 28 gezeigt sind. Die Elektroden-Anordnungen können unter der Haut liegende (perkutane) Leitungen mit einem kleinen Kontaktabstand (z. B. Pisces Compact, erhältlich von Medtronic, Inc.) sein. Die beiden Elektroden-Anordnungen können auch parallel zueinander auf demselben isolierenden Trägermaterial angeordnet sein. Ebenfalls gezeigt sind die dura mater 29, die der mit Hirn-Rückenmarks-Flüssigkeit gefüllte Teil des Epidural-Raumes 28 und des Subdural-Raumes 30 ist, und der Wirbelknochen 32. Die Nervenstrukturen sind die spinalen Wurzeln 34 und das Rückenmark, eingebettet in die Hirn-Rückenmarks-Flüssigkeit. Das Rückenmark besteht aus grauer Substanz 36 in der Mitte und diese umgebender weißer Substanz, zum Beispiel die dorsalen Säulen 38. Fig. 2 shows a schematic cross-sectional view of the spine 26, wherein electrode assemblies 16 A and 18 A (connected to the pulse generator 14 by means of insulated conductive wires 16 and 18) in the dorsal epidural space 28 are shown. The electrode assemblies can be under-skin (percutaneous) leads with a small contact pitch (e.g., Pisces Compact, available from Medtronic, Inc.). The two electrode arrangements can also be arranged parallel to one another on the same insulating carrier material. Also shown are the dura mater 29, which is the part of the epidural space 28 and the subdural space 30 filled with cerebrospinal fluid, and the vertebral bone 32 . The nerve structures are the spinal roots 34 and the spinal cord, embedded in the cerebrospinal fluid. The spinal cord consists of gray substance 36 in the middle and surrounding white substance, for example the dorsal columns 38 .
Die Darstellung in Fig. 3 zeigt den Stimulations-Schaltkreis. Die Kathoden- Ausgänge 47B und 48B der Pulsgeneratoren 47 und 48 sind mit Elektroden 41 und 44 der Elektroden-Anordnungen 16A bzw. 18A verbunden. Die Anoden-Ausgänge 47A und 48A der Pulsgeneratoren sind miteinander verbunden und bilden den gemeinsamen (Anoden-)Bezugspol für die Kathoden-Pulse. Dieser gemeinsame Bezugspol ist mit den Elektroden 40, 42, 43 und 45 bzw. mit zumindest zwei dieser Elektroden verbunden.The representation in Fig. 3 shows the stimulation circuit. The cathode outputs 47 B and 48 B of the pulse generators 47 and 48 are connected to electrodes 41 and 44 of the electrode arrangements 16 A and 18 A, respectively. The anode outputs 47 A and 48 A of the pulse generators are connected to each other and form the common (anode) reference pole for the cathode pulses. This common reference pole is connected to the electrodes 40 , 42 , 43 and 45 or to at least two of these electrodes.
Fig. 4A zeigt die beiden Elektroden-Anordnungen 16A und 18A, welche jeweils aus zumindest drei Elektroden bestehen: 40, 41, 42 bzw. 43, 44, 45. Die Elektroden 40 und 43 liegen nebeneinander ebenso wie die Elektroden 41 und 44 sowie die Elektroden 42 und 45. Die Fig. 4B-F zeigen verschiedene Anoden (+) - Kathoden (-) Konfigurationen, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Allen Konfigurationen ist gemein, daß die Elektroden 41 und 44 an die Kathoden- Ausgänge 47B bzw. 48B der Pulsgeneratoren 47 bzw. 48 (Fig. 3) angeschlossen sind. Zumindest zwei der Elektroden 40, 42, 43 und 45 sind an die Anoden- Ausgänge 47A und 48A der Pulsgeneratoren 47 bzw. 48 angeschlossen. In Fig. 4B sind alle Elektroden 40, 42, 43 und 45 als Anoden verschaltet und bilden somit einen doppelten Tripol. In Fig. 4C ist die Elektrode 43 nicht angeschlossen. In den Fig. 4D-F sind nur zwei Elektroden als Anoden verschaltet, womit sie einen einfachen Tripol (Fig. 4D), einen doppelten Dipol (Fig. 4E) oder einen schräg verschalteten Dipol (Fig. 4F) bilden. Die in den Fig. 4C-F gezeigten Konfigurationen können auch eine andere Auswahl der Elektroden 40, 42, 43 und 45 mit einschließen. FIG. 4A shows the two electrode arrangements 16 A and 18 A, which each consist of at least three electrodes: 40, 41, 42 and 43, 44, 45. The electrodes 40 and 43 lie next to one another as do the electrodes 41 and 44 and electrodes 42 and 45 . Figures 4B-F show various anode (+) - cathode (-) configurations as used in the present invention. All configurations have in common that the electrodes 41 and 44 are connected to the cathode outputs 47 B and 48 B of the pulse generators 47 and 48 ( FIG. 3). At least two of the electrodes 40 , 42 , 43 and 45 are connected to the anode outputs 47 A and 48 A of the pulse generators 47 and 48 , respectively. In Fig. 4B, all of the electrodes 40, 42, 43 and 45 connected as anodes, and thus form a double tripole. In Fig. 4C, the electrode is not connected 43rd In FIGS. 4D-F, only two electrodes are connected as anodes, with which they form a single tripole ( FIG. 4D), a double dipole ( FIG. 4E) or an obliquely connected dipole ( FIG. 4F). The configurations shown in FIGS. 4C-F can also include a different selection of electrodes 40 , 42 , 43 and 45 .
Obwohl der Gegenstand der vorliegenden Erfindung das Steuern des elektrischen Feldes in einem Nervensubstrat durch Verändern des Verhältnisses der Stromstärken der an die Elektroden 41 bzw. 44 abgegebenen Kathoden-Pulse ist, steuern die in den Fig. 4B-F gezeigten Konfigurationen ein zusätzliches Mittel zur Steuerung des Feldes bei, welches nützlich sein kann, z. B. wenn die Elektroden- Anordnungen asymmetrische Positionen bezüglich der Mittellinie des Rückenmarks einnehmen oder wenn die Impedanzen der Elektroden 40, 42, 43 und 45 wesentlich voneinander abweichen. Darüber hinaus ist eine große Überdeckung mit Paresthesie, wie sie bei der Behandlung eines komplexen Schmerzes notwendig ist, durch die in den Fig. 4B-F gezeigten tripolaren und bipolaren Konfigurationen stark bevorzugt.Although the subject of the present invention is to control the electrical field in a nerve substrate by changing the ratio of the currents of the cathode pulses delivered to electrodes 41 and 44 , respectively, the configurations shown in Figures 4B-F control an additional means of control the field that may be useful, e.g. B. if the electrode arrangements assume asymmetrical positions with respect to the center line of the spinal cord or if the impedances of the electrodes 40 , 42 , 43 and 45 differ significantly from one another. In addition, a large overlap with paresthesia, as is necessary in the treatment of complex pain, is strongly preferred by the tripolar and bipolar configurations shown in FIGS . 4B-F.
Fig. 5A zeigt den Bereich 50 in den dorsalen Säulen 38, in dem Nervenfasern erreicht werden, wenn die Pulsgeneratoren 47 und 48 gleichzeitig Pulse derselben Stromstärke und Dauer über die jeweiligen Kathoden-Ausgänge 47B bzw. 48B abgeben, und die Elektroden-Konfiguration, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, verwendet wird. Sowohl wegen der symmetrischen Position der Elektroden-Anordnungen 16A und 18A bezüglich der Mittellinie des Rückenmarks als auch wegen der symmetrischen Elektroden-Konfiguration, ist auch der erreichte Bereich 50 symmetrisch. Fig. 5A shows the area 50 in the dorsal columns 38, are achieved in the nervous fibers when the pulse generators 47 and 48 at the same time leave pulses of the same current intensity and duration through the respective cathode outputs 47 B and 48 B, and the electrode configuration as shown in Fig. 3 is used. The area 50 reached is also symmetrical both because of the symmetrical position of the electrode arrangements 16 A and 18 A with respect to the center line of the spinal cord and because of the symmetrical electrode configuration.
Fig. 5B zeigt den in den dorsalen Säulen 38 erreichten Bereich 50, wenn die Stromstärke der über den Ausgang 48B des Pulsgenerators 48 an die Elektrode 44 der Anordnung 18A abgegebenen Kathoden-Pulse auf Null reduziert sind, was bedeutet, daß Kathoden-Pulse lediglich von dem Pulsgenerator 47 an die Elektrode 41 der Anordnung 16A abgegeben werden. Unter diesen Bedingungen ist der erreichte Bereich 50 maximal zu der Seite der dorsalen Säulen verschoben, die zu der aktiven Kathode 41 korrespondiert und er ist um diese Elektrode zentriert. FIG. 5B shows the achieved in the dorsal columns 38 region 50, when the amperage of 48 18 A delivered to the electrode 44 of the arrangement of cathode pulses being reduced to zero via the outlet 48 B of the pulse generator, which means that the cathode-Pulse are only emitted from the pulse generator 47 to the electrode 41 of the arrangement 16 A. Under these conditions, the area 50 reached is maximally shifted to the side of the dorsal columns that corresponds to the active cathode 41 and is centered around this electrode.
Fig. 5C zeigt den in den dorsalen Säulen 38 erreichten Bereich 50, wenn die Stromstärke der über den Ausgang 47B des Pulsgenerators 47 an die Elektrode 41 der Anordnung 16A abgegebenen Kathoden-Pulse auf Null reduziert sind, was bedeutet, daß Kathoden-Pulse lediglich von dem Pulsgenerator 48 an die Elektrode 44 der Anordnung 18A abgegeben werden. Unter diesen Bedingungen ist der erreichte Bereich 50 maximal zu der Seite der dorsalen Säulen verschoben, die zu der aktiven Kathode 44 korrespondiert und er ist um diese Elektrode zentriert. FIG. 5C shows the achieved in the dorsal columns 38 region 50, when the amperage of are reduced 47 16 A delivered to the electrode 41 of the arrangement of cathode pulses to zero via the output 47 B of the pulse generator, which means that the cathode-Pulse are only emitted from the pulse generator 48 to the electrode 44 of the arrangement 18 A. Under these conditions, the area 50 reached is maximally shifted to the side of the dorsal columns that corresponds to the active cathode 44 and is centered around this electrode.
Die Fig. 5B-C zeigen die medio-laterale Spanne, innerhalb derer der erreichte Bereich 50 durch Verändern des Verhältnisses der Stromstärken der durch die Pulsgeneratoren 47 bzw. 48 abgegebenen Kathoden-Pulse gesteuert werden kann. Diese Spanne überdeckt die vollständige seitliche Ausdehnung der dorsalen Säulen 38, wenn die Elektroden-Anordnungen 16A und 18A an den linken und rechten Abschnitten der dorsalen Säulen zentriert sind.The Fig. 5B-C show the medio-lateral margin within which the range reached by the pulse generators 47 and 48 respectively output pulses cathode 50 can be controlled by changing the ratio of the current intensities. This span covers the full lateral extent of the dorsal columns 38 when the electrode assemblies 16 A and 18 A are centered on the left and right portions of the dorsal columns.
Wenn quadrupolare oder oktopolare, unter der Haut liegende (perkutane) Leitungen als Elektroden-Anordnungen 16A und 18A verwendet werden, können die in Fig. 4 gezeigten Konfigurationen entlang dieser Anordnungen nach oben oder nach unten verschoben werden, um die beste Längsposition zum Überdecken des schmerzvollen Bereichs mit Paresthesie zu erzielen, zusammen mit der Möglichkeit der medio-lateralen Steuerung der vorliegenden Erfindung.If quadrupolar or octopolar, percutaneous (percutaneous) leads are used as 16 A and 18 A electrode assemblies, the configurations shown in Fig. 4 can be shifted up or down along these assemblies to cover the best longitudinal position of the painful area with paresthesia, along with the possibility of medio-lateral control of the present invention.
Während diese Erfindung unter Bezugnahme auf ein veranschaulichendes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, soll diese Beschreibung nicht in einem beschränkenden Sinne aufgestellt worden sein. Verschiedene Modifikationen des veranschaulichenden Ausführungsbeispiels ebenso wie andere Ausführungsbeispiele der Erfindung, die verschiedene Substrate elektrisch erregbaren Gewebes, wie sie hierin zuvor aufgezählt wurden, betreffen, werden einem Fachmann unter Bezugnahme dieser Beschreibung offensichtlich werden. Es wird daher davon ausgegangen, daß die anhängenden Ansprüche jegliche derartigen Modifikationen bzw. Ausführungsbeispiele abdecken, solange sie unter den wirklichen Umfang der Erfindung fallen.While this invention with reference to an illustrative Embodiment has been described, this description should not be in one restrictive sense. Different modifications of the illustrative embodiment as well as others Embodiments of the invention, the various substrates electrically excitable tissue as previously enumerated will become apparent to one skilled in the art upon reference to this description. It is believed, therefore, that the appended claims are any cover such modifications or exemplary embodiments as long as they are under fall within the true scope of the invention.
Claims (6)
einer ersten Elektroden-Anordnung mit einer ersten zentralen Elektrode, einer ersten fernen Elektrode und einer ersten nahen Elektrode;
einer zweiten Elektroden-Anordnung mit einer zweiten zentralen Elektrode, einer zweiten fernen Elektrode und einer zweiten nahen Elektrode;
einer Einrichtung zum Bereitstellen eines ersten Kathoden-Pulses an die erste zentrale Elektrode;
einer Einrichtung zum Bereitstellen eines zweiten Kathoden-Pulses an die zweite zentrale Elektrode;
einer Einrichtung zum ausgewählten Verbinden irgendeiner Kombination aus der ersten zentralen Elektrode, der ersten fernen Elektrode und der ersten nahen Elektrode sowie der zweiten zentralen Elektrode, der zweiten fernen Elektrode und der zweiten nahen Elektrode als Anoden-Bezugspol für den ersten Kathoden-Puls und den zweiten Kathoden-Puls.1. System for providing medical, electrical stimulation with:
a first electrode arrangement with a first central electrode, a first far electrode and a first near electrode;
a second electrode arrangement with a second central electrode, a second far electrode and a second near electrode;
means for providing a first cathode pulse to the first central electrode;
means for providing a second cathode pulse to the second central electrode;
means for selectively connecting any combination of the first central electrode, the first far electrode and the first near electrode and the second central electrode, the second far electrode and the second near electrode as an anode reference pole for the first cathode pulse and the second Cathode pulse.
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