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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf thermische Stimulation von
Gewebe.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Das
Schmerzvermittlungssystem in einem Menschen besteht aus zwei Arten
von afferenten Fasern: A-delta- und C-Fasern. Diese afferenten Schmerzfasern
sind charakterisiert durch verschiedene physiologische Parameter,
z.B. Leitungsgeschwindigkeit (15-50 m/s für A-delta-Fasern und < 2 m/s für C-Fasern).
Diese zwei Fasertypen ragen in verschiedene Teile des Rückenwirbelhorns
des Rückenmarks
hinein. Zusätzlich
ruft Stimulation von jeder Art von Schmerzrezeptoren eine andere
Art von Empfinden hervor: A-delta-Fasern vermitteln erste (scharfe,
Nadelstich-) Schmerzempfindung; C-Fasern vermitteln die Empfindung
von zweitem Schmerz, die gewöhnlich
als Ardor wahrgenommen wird.
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Dysfunktion
von Schmerz- und Sinn-vermittelten Systemen geht oft mit verschiedenen
neurologischen Störungen
sowie anderen Schmerzsyndromen unbekannter Krankheitsursache einher.
Daher kann selektive Aktivierung und Identifizierung der Reaktion
eine sehr bedeutsame Möglichkeit
zur ordentlichen Diagnostik und Behandlung von Schmerzpatienten
bieten. Das am weitest verbreitete Gerät zur Evaluierung von A-delta-Funktion
sind Strahlungshitze-Laser-Reize, die Nadelstichempfindung (z.B.
Benutzerreaktion) hervorruft und gut definiertes Potenzial auf EEG
Aufzeichnung hat. Jedoch ist selektives Aktivieren mit nachfolgendem
Aufzeichnen für
die Evaluierung von Aktivität
von C-Fasern anscheinend schwieriger. Einige existierende Verfahren
zur selektiven C-Fasern-Aktivierung basieren auf Laserstimulation
folgend dem ischämischen
Bereich von A-delta-Faseyrn; An wenden von Laserreizen auf sehr winzige
Hautoberflächen-Bereiche
(d = 0,5 mm) unter Benutzung von spezieller Linse; oder durch Stimulieren
von Hautoberfläche
durch speziellen Filter. Diese Verfahren haben jedoch keine weitverbreitete
klinische Anwendung gefunden, möglicherweise
aufgrund ihrer Komplexität
und/oder geringen Empfindungserzeugungs-Qualität.
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Peltierelemente
sind für
Wärme-
und/oder Kälte-Stimulierung
eines Körperteils
zum Evaluieren von nervlicher Empfindlichkeit benutzt worden, z.
B. wie beschrieben in WO 00/23023.
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Ein
Artikel in Pain 100 (2002) 281-290 beschreibt eine Kälte-Stimulationsvorrichtung.
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US 3971229 offenbart eine
Vorrichtung zur Anwendung von Kälte
oder Wärme
gemäß der Präambel von
beigefügtem
Anspruch 1.
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Während Gehirnoperation
gibt es eine allgemeine Schwierigkeit zu bestimmen, ob das Gewebe, das
beschädigt
werden wird, eine entscheidende Gehirnfunktion unterstützt.
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Bei
operativen Verfahren wird Patienten normalerweise ein Gemisch von
Arzneimitteln gegeben, um die drei folgenden Effekte zu haben: Anästhesie (Verlust
des Bewusstseins), Schmerzreduzierung und Immobilisierung. Aufgrund
der Schwierigkeit beim Bestimmen, ob der korrekte Effekt erzielt
worden ist, besteht ein Problem von Patienten, die immobilisiert
sind, aber bei Bewusstsein sind und/oder Schmerzen während der
Operation fühlen.
Selbst wenn nicht bei Bewusstsein, kann Schmerz einen Anstieg in
empfundenem oder sogar chronischem Schmerz nach der Operation verursachen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Gesichtspunkt einiger Ausführungsformen
der Erfindung bezieht sich auf physiologische Sonde zur Temperaturstimulation
mit einer schnellen Abkühlungs- und Erwärmungs-Fähigkeit.
In einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet die Sonde ein regelbares Temperaturprofil
einschließlich
mindestens einer und optional zwei oder mehr Anstiegsraten, eine
Plateau-Temperatur, Dauer, Änderungsrate
und eine Verfallsrate. In einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist die Sonde steuerbar, um verschiedene Stimulationssequenzen
zu produzieren, einschließlich
z. B. Schwankungen oder ungleichmäßige Impulsfolgen.
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Ein
Aspekt einiger Ausführungsformen
der Erfindung bezieht sich auf eine physiologische Sonde zur Temperaturstimulation
einschließlich
einer vorbereiteten Wärmesenke
oder Quelle in solch engem thermischen Kontakt mit einem Temperaturstimulationselement,
dass die bereitete Wärmesenke/-quelle
schnell die Temperatur des Temperaturstimulationselements ändern kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird das Temperaturstimulationselement aktiv reguliert
und optional kontinuierlich reguliert um den Effekt der Senke/Quelle
auszugleichen, wenn nicht erwünscht.
Alternativ oder zusätzlich
werden ein oder mehrere Temperatursensoren benutzt, um eine geschlossene Schleifenregelung
der Temperatur des Stimulationselements bereitzustellen. In einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung hat die Wärmesenke/-quelle
eine thermische Impedanz, die niedrig genug ist, so dass sie die
Temperatur des Termperaturstimulationselements schnell ändern kann
und auch eine thermische Kapazität,
die hoch genug ist, um eine solchen Effekt bereitzustellen.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird ein elektrisch regulierbares Temperaturstimulationselement
benutzt.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird die folgende Struktur verwendet. Das Stimulationselement
ist eine dünne
Wärmefolie,
die durch Widerstand erhitzt wird. Ein oder mehrere Temperatursensoren
werden optional bereitgestellt, um ihre tatsächliche Temperatur zu bestimmen.
Alternativ kann die Temperatur zum Beispiel von ihrem Widerstand
berechnet werden. In thermischem Kontakt mit der Wärmefolie
ist eine Metallplatte (oder anderes Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit
(niedrige thermische Impedanz), wie z.B. Diamant), welche als Wärmesenke/-quelle
dient. Optional hat die Senke/Quelle eine thermische Masse, die
beträchtlich größer als
die der Folie ist. Auf der Seite der Platte, die gegenüber der
Wärmefolie
ist, ist optional ein Erwärmungs-
und/oder Abkühlungselement,
wie z.B. eine Wärmepumpenspirale,
ein Peltierelement oder ein Bad von temperiertem Wasser bereitgestellt.
Ein oder mehrere Temperatursensoren sind optional bereitgestellt,
um die Temperatur der Platte zu bestimmen, z. B. die eine oder andere
Seite der Platte oder ihre Mitte. Optional werden das Erwärmungs- und/oder
Abkühlungselement
benutzt, um eine gewünschte
Temperatur der Platte beizubehalten, eventuell mit einer niedrigeren
Reaktionszeit als die Änderungsfrequenzen
der Stimulationstemperatur. Es sollte beachtet werden, dass in einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ein Temperaturgefälle
in der Platte beibehalten wird durch gegenteilige Effekte des Peltierelements
und der Wärmefolie. Wenn
die Platte zum Beispiel gekühlt
wird, wird ein Abstellen der Erwärmung
der Folie ihre Temperatur nach unten fallen lassen zur Kalttemperatur
der Platte. Ansteigen der Erwärmung
der Folie wird ihre Temperatur schnell erhöhen. In einer beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung sind die Erwärmungs- und
Abkühlungsrate
bei oder größer als
5, 10, 20, 30, 50 oder 70 Grad Celsius pro Sekunde. Optional wird eine
flüssige
Wärmesenke,
wie z. B. ein Wasserwärmeaustauscher
mit extern gekühltem
Wasser, für
das Peltierelement bereitgestellt.
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Die
Offenbarung bezieht sich auch auf Stimulationsverfahren unter Benutzung
von physiologischen Temperaturstimulationssonden zum rapiden Erwärmen und
Abkühlen.
In einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird Stimula tion angewandt bei einer Rate (z.B. > 0,33 Hz oder 2 oder
3 Hz), die schnell genug ist, um ein Aufziehphänomen hervorzurufen, welches
wahlweise C-Faser aktiviert ohne Verwendung von zusätzlichen
chemischen Verfahren. Alternativ oder zusätzlich kann die Temperaturregulierung
verwendet werden, um wahlweise verschiedene A-delta-Fasern zu aktivieren,
zum Beispiel, niedriger Schwellwert oder hoher Schwellwert. Alternativ
oder zusätzlich
können
kälteempfindende Fasern
wahlweise stimuliert werden unter Verwendung von niedrigen Temperatur-Pulsen. Es sollte
beachtet werden, dass relativ große Flächen oder kleine Flächen wahlweise
stimuliert werden können.
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Die
Offenbarung bezieht sich auch auf Gehirnfunktionskartierung während einer
Gehirnoperation. Beim Operieren des Gehirns werden oft empfindliche
Gehirnstrukturen beschädigt.
In einem beispielhaften Verfahren wird eine CHEP (durch Kontaktwärme hervorgerufenes
Potenzial [„contact
heat evoked potential"])-Vorrichtung verwendet
zum Identifizieren von Schmerzempfindungsregionen des Gehirns. In einem
Beispiel hält
ein Chirurg Aufzeichnungselektroden (oder als Teil eines Handschuhs
oder Sonde) und misst die hervorgerufene Reaktion auf eine Wärme- oder
Kältestimulation,
die Elektroden können
so bewegt werden, dass eine am stärksten reagierende oder am
wenigsten reagierende Gehirnregion identifiziert wird. Optional
werden verschiedene Gehirnzentren unter Verwendung unterschiedlicher
Reize identifiziert, zum Beispiel unter Verwendung von einer oder
mehreren ungesund kalten, ungesund warmen, harmlos kalten, harmlos
warmen, Vibrations- und elektrischen Stimulation von Nerven.
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Die
Offenbarung bezieht sich auch auf Überwachung während Operation,
zum Beispiel Überwachung
von Qualität
von Schmerzhemmung, Tiefe der Analgesie und/oder Tiefe von Anästhesie.
In einem beispielhaften Verfahren wird CHEP verwendet, um ein hervorgerufenes
Potenzial zu erkennen und den Grad des Schmerzhemmens anzuzeigen.
Zum Beispiel kann perfektes Schmerzhemmen jegliches hervorgerufene
Potenzial davon abhalten, detektiert zu werden. Alternativ oder
zusätzlich
wird CHEP und/oder Nicht-Schmerz-Reize, wie z.B. Vibrati on, verwendet,
um ein hervorgerufenes Potenzialsignal, das das Niveau des Bewusstseins
anzeigt, zu erkennen. Optional sind die Schwellwerte und/oder Amplituden,
die verwendet werden, Kalibrierung für eine Gruppe von Patienten
oder für
den einzelnen Patienten.
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Daher
wird dort in Übereinstimmung
mit einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung eine physiologische Sonde zur thermischen Stimulierung,
wie in Anspruch 1 definiert, bereitgestellt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
werden in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Es
wird auch in Übereinstimmung
mit einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ein Verfahren von Regelung der Anwendungstemperatur einer
Sonde, wie in Anspruch 34 definiert, bereitgestellt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Bestimmte
nicht-begrenzende Ausführungsformen
der Erfindung werden beschrieben werden in Bezug auf die folgende
Beschreibung von Ausführungsformen
in Verbindung mit den Figuren, in denen:
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1 eine
schematische seitliche Darstellung von physiologischer Sonde für Temperaturstimulierung
in Übereinstimmung
mit einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 ein
Blockdiagramm eines Stimulationssystems einschließlich der
Sonde von 1 in Übereinstimmung mit einer beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung ist;
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3A ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens von Verwendung des Systems von 2 in Übereinstimmung
mit einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist;
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3B ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens von Regulierung der Stimulationstemperatur
in Übereinstimmung
mit einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist;
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4A–4B Temperaturpulse,
die geeignet sind zum Hervorrufen verschiedener nervlicher Effekte
in Übereinstimmung
mit beispielhaften Ausführungsformen
der Erfindung zeigen;
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5 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens von Gehirnkartierung in Übereinstimmung
mit einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist; und
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6 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens von Überwachen während Operation in Übereinstimmung
mit einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine schematische seitliche Darstellung von physiologischer Sonde 100 zur
Temperaturstimulation in Übereinstimmung
mit einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung. Die Sonde umfasst einen Kontakt zu einem Wärmeelement, das
in Kontakt mit dem Gewebe, das stimuliert werden soll, ist. In einer
beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung, ist ein Wärmeelement
eine Widerstandsfolie 102, zum Beispiel eine Nickel-Eisen-Folie,
optional bedeckt durch 25 oder 50 Mikron Kapton auf allen Seiten
(oder nur in Kontakt mit der Haut) und mit einer Fläche von
24 × 24
mm. Optional ist der Folienerhitzer regulierbar als eine lineare
oder zweidimensionale Anordnung von Wärmeelementen. In einer beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung wird eine Wärmefolie
verwendet, um einen rapiden Beginn von Wärmestimulation bereitzustellen.
Optional werden ein oder mehrere Temperatursensoren 112 zwischen
der Folie und dem Gewebe bereitgestellt, optional geschützt vor
dem Gewebe, zum Beispiel durch eine dünne Schicht von Kapton 114.
Diese Sensoren werden optional verwendet, um zu erkennen und als
Sensoren zur Regulierung der Temperatur der Folie zu fungieren,
um eine korrekte Stimulation sicher zu stellen. Der Abstand in der
Figur wird zur Klarheit gezeigt und sollte nicht als Beschränkung ausgelegt
werden. Beispielhafte Sondendimensionen (z.B. Kontaktfläche) sind
10 × 10 mm,
1 × 1
mm, 5 × 5
nun, 30 × 30
mm und mittlere, kleinere oder größere Größen. Die Sonde (und optional
das thermische Kapazität-Element,
wie unten beschrieben) kann als Ganzes verlängert werden, zum Beispiel
mit einer Schnittfläche,
die mit der der Kontaktfläche übereinstimmt.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird ein thermische Kapazität-Elementmasse) 104 in
thermischem Kontakt mit Folie 102 bereitgestellt. Ein Temperaturregelungselement,
zum Beispiel ein Peltierelement 106, wird in thermischem Kontakt
mit (oder eingebaut in) thermischem Kapazität-Element 104 bereitgestellt
und erlaubt Regelung der Temperatur in wenigstens einem Teil der
Masse. Optional sind ein oder mehrere Temperatursensoren 116 in
Element 104 eingebettet, um für solch eine Regelung eine
Rückkopplung
bereitzustellen. Ein potentieller Vorteil der Verwendung eines Peltierelements
ist, dass es bessere Regelung erlaubt (z.B. durch Erwärmen und/oder
Abkühlen)
der Temperatur von Masse 104. Sensoren 116 können verwendet werden,
um die Temperatur in einer oder mehreren Schichten von Element 104 zu
berechnen, zum Beispiel, seiner Mitte oder einer seiner Seiten.
Optional wird ein thermischer Sensor zum Erkennen der Temperatur
des Peltierelements bereitgestellt, z.B. an einem oder beiden Enden
davon. Optional wird Widerstand (oder andere elektrische Eigenschaften
des Peltierelements) verwendet, um solch eine Temperatur festzulegen.
Optional wird ein Peltierelement anstatt der Folie verwendet.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist die thermische Kapazität von Folie 102 bedeutend
kleiner als die des thermischen Kapazität-Elements 104. Wie
nun beschrieben werden wird, wird die tatsächliche Stimulationstemperatur
bestimmt als Wechselspiel der Effekte von Folie 102 und
von thermischem Kapazität-Element 104.
In einer Betriebsart hat das thermische Kapazität-Element 104 eine
relativ niedrige Temperatur. Jedoch wird die Stimulationstemperatur
durch Folie 102 bestimmt, die näher an dem Gewebe ist und die
die Temperatur von thermischem Kapazität-Element 104 davon
verdeckt, das Gewebe zu erreichen. Ein Temperaturgefälle kann
in thermischem Kapazitätselement 104 (oder
Folie 102) oder in einer Schicht (wenn eine vorhanden)
zwischen Element 104 und Folie 102 gebildet werden
(und eventuell beibehalten). Wenn jedoch die Elektrifizierung an
Folie 102 reduziert wird, bestätigt sich das thermische Kapazität-Element 104 selbst
und verursacht eine Reduzierung bei der Stimulationstemperatur.
Diese Bestätigung
wird im Allgemeinen unterstützt
durch die niedrige thermische Impedanz von Element 104 in
einigen Ausführungsformen
der Erfindung. Während
verschiedene effektive Stimulationstemperaturen erhalten werden
können
durch Regelung der Temperatur von thermischem Kapazität-Element 104 und
der Elektrifizierung von Folie 102 in einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung, was in einigen Ausführungsformen der Erfindung
wünschenswert
ist, ist rapides Abkühlen
auf eine Nicht-Stimulationstemperatur oder auf eine kalte Stimulationstemperatur,
unterstützt
durch die Gegenwart einer großen
kalten thermischen Masse in Nähe
des Gewebes. Die Verwendung einer Wärmefolie erlaubt rapide und
große Temperaturänderungen.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird eine thermische Energiesenke 108 für Peltierelement 106 bereitgestellt,
zum Beispiel ein Wassertank 216 (2), mit
Einführungs-
und Abflussröhren 109.
Die Temperatur in dem Tank kann zum Beispiel durch eine Wärmepumpe
(nicht gezeigt) beibehalten werden und optional extern an die Sonde,
zum Beispiel bei zwischen 1 und 20 Grad Celsius. Alternativ kann
ein Gebläse
bereitgestellt werden. Ein Gehäuse 110 wird
optional bereitgestellt, von dem Folie 102 optional freigelegt
ist. Wenn eine thermische Wärmequelle
verwendet wird, kann ihre Temperatur zum Beispiel 40, 50 oder 60
Grad Celsius sein. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird
die Wärmesenke/-quelle
bei einer Temperatur gehalten, die sich von einer neutralen Temperatur
durch mehr als 5, 10 oder 20 Grad Celsius unterscheidet, um schnellere Änderungen
der Temperatur zu erlauben. Alternativ kann solche eine Quelle/Senke
auf körperneutraler
Temperatur gehalten werden, zum Beispiel zwischen 32 und 37 Grad
Celsius.
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Es
sollte beachtet werden, dass ein separates thermisches Kapazität-Element
für einige
Ausführungsformen
nicht erforderlich ist. Stattdessen kann seine Funktion bereitgestellt
werden, zum Beispiel ein Peltierelement, das aktiv bei einer erwünschten Temperatur
relativ zu dem Wärmeelement
gehalten wird. Jedoch hat ein separates thermisches Kapazität-Element
zwei potenzielle Vorteile in einigen Sondenausführungen. Zuerst wird eventuell
eine niedrigere Spitzenleistung für das Peltierelement gebraucht,
weil das thermische Kapazität-Element
bei einer relativ niedrigen Temperatur gehalten werden kann und
seine Temperaturfluktuationen relativ klein sein können aufgrund
seiner hohen Kapazität.
Zweitens kann die Rate von Hitzeleitung von dem thermischen Kapazitätselement
höher sein
aufgrund von zum Beispiel besserem Kontakt oder niedrigerer thermischer
Impedanz. Es sollte auch beachtet werden, dass in einigen Fällen einige
Anzahl von thermischer Impedanz wünschenswert ist, zum Beispiel, um
den Leistungsbedarf zu verringern des Wärmeelements und des Kühlelements.
Es sollte auch beachtet werden, dass Regelung eines aktiven Elements
bei höheren
Leistungseinstellungen schwieriger sein kann und leichter für ein thermisches
Kapazitätselement,
welches seine Temperatur aufgrund seiner thermischen Kapazität relativ
langsam ändert.
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Stimulationssystems 200 einschließlich Sonde 100.
Es sollte beachtet werden, dass viele unterschiedliche Konfigurationen
verwendet werden können,
und dass die von 2 nur beispielhaft ist, insbesondere
die Arbeitsaufteilung zwischen verschiedenen Anlagen und Leistungsbereitstellung
zwischen verschiedenen Leistungsquellen können variieren.
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In
der gezeigten Konfiguration wird eine CHEPS (durch Kontaktwärme hervorgerufener
potenzieller Stimulator [„contact
heat evoked potential stimulator"])-Sonde 100,
wie zum Beispiel in 1 beschrieben, geregelt durch
einen CHEPS-Regler 202,
optional einem eigenen Regler, der zum Beispiel Signale empfängt, die
die Folientemperatur und/oder thermische Massentemperatur anzeigen.
Basierend auf diesen Signalen und einer erwünschten Folientemperatur, sendet
Regler 202 Leistungssignale, um zum Beispiel die Wärmefolie
zu elektrifizieren und das Peltierelement zu aktivieren. Leistung
wird optional geliefert durch einen Leistungslieferer 214,
torgesteuert oder geregelt durch Regler 202. In einer beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Computer 204 verwendet, um eine
Diagnosesitzung zu verwalten, in der Sonde 100 verwendet
wird. Ein optionaler Anzeigebildschirm 208 wird verwendet, um
zum Beispiel vorherige und aktuelle Testergebnisse zu zeigen und
um Optionen für
einen Benutzer aufzuzeigen. Eine Benutzereingabe 206, zum
Beispiel eine Tastatur und eine Maus, werden verwendet, um Instruktionen
und/oder Daten einzugeben. In einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung werden Testergebnisse unter Verwendung von Benutzereingabe 206 oder
unter Verwendung einer EEG-Vorrichtung 212 (optional verbunden
mit einem TTL-Auslöseausgang
von Regler 202) bereitgestellt, um das hervorgerufene Potential
in Nerven zu erkennen, wie z.B. im Gehirn. Optional wird ein QST
(quantitativer Empfindungstest [„Quantitative Sensory Testing"]-System 210 verwendet,
auch erhältlich
von Medoc Ltd. von Ramat Yishai, Israel, für elektrische oder andere Arten
von Stimulation. Die Software eines solchen Systems, optional modifiziert,
wird optional verwendet zum Verwalten von Sitzungen und Patienteninformationen,
zum Beispiel zum Planen von Testtypen (aufsteigend, wechselnd, zufällig) und
Art der Reize. Optional wird elektrische Stimulation durch Sonde 100 bereitgestellt,
zum Beispiel unter Verwendung von einer Vielzahl von Elektroden,
die durchstoßen
durch oder auf dem Folienerwärmer
bereitgestellt sind. Alternativ kann vielfaches Folgeprüfen unter
Verwendung von verschiedenen Typen von Sonden verwendet werden.
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3A ist
ein Ablaufdiagramm 300 eines Verfahrens von Verwendung
von System 200. Bei 302 wird eine Fläche eines
menschlichen Körpers,
in dem Nervenschaden vermutet wird, ausgewählt. Verschiedene Sondengestaltungen
können
für verschiedene
Flächen
verwendet werden. Bei 304 wird eine Stimulationssequenz
ausgewählt,
zum Beispiel eine Sequenz, um A-delta- oder C-Fasern separat zu
stimulieren. Im Allgemeinen ist es gewünscht, dass die Sonde die stimulierte
Fläche
auf eine Art berührt,
die nicht selbst Stimulation erzeugt. Zusätzlich ist es für einige
Sondenbetriebsmodi erforderlich, dass thermisches Kapazität-Element 104 abgekühlt wird
für richtigen
Betrieb. Das kann eine Zeit lang dauern und ist bildlich durch Akklimatisierungshandlung 306 dargestellt,
in der Sonde 100 eingestellt ist und auf eine korrekte
Temperatur gebracht wird. Es sollte beachtet werden, dass, wenn
Element 104 erst einmal genug abgekühlt ist, Folie 102 erwärmt werden
muss, um eine neutrale Kontakttemperatur sicherzustellen. Alternativ
kann Element 104 wahlweise durch ein mechanisches Antriebsmittel
(nicht gezeigt) an Folie 102 gekoppelt werden. Ein Beispiel
von neutralen Kontakttemperaturen sind 32 Grad Celsius für Haut auf
Extremitäten,
33 Grad Celsius für
das Gesicht und Abdomen und 37 Grad Celsius für verschiedene Körperöffnungen.
Andere Temperaturen können
natürlich
verwendet werden.
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Bei 308 wird
Sonde 100 mit der Fläche
in Berührung
gebracht. Bei 310 wird die Sonde erwärmt, in einigen Fällen mit
hoher Geschwindigkeit, zum Beispiel schneller als 20, 40, 60 oder
70 Grad Celsius pro Sekunde, zum Beispiel auf eine Temperatur von z.
B. 40, 45 oder 50 Grad Celsius. Bei 312 wird die Wärme reduziert,
eventuell nach einer Verzögerung, die
den Abkühlungseffekt
des thermischen Kapazität-Elements 104 erlaubt,
einen Effekt zu haben. Optional ist der Effekt ziemlich schnell,
zum Beispiel ergebend eine Abkühlungsrate
von mehr als 10, 20, 30 oder 40 Grad Celsius pro Sekunde. Eventuell überschreitet
Abkühlen
die originale neutrale Temperatur. Es sollte beachtet werden, dass
die Abküh lungsrate durch
ein oder beide Elektrifizierungsniveaus von Folie 102 und
Temperatur von Element 104 reguliert werden kann. Die Zieltemperatur
der Sonde kann ausgewählt
werden, zum Beispiel bei einer Auflösung von 1, 2, 5 oder 10 Grad
Celsius, oder einer langsameren, mittleren oder höheren Auflösung. Wie hierin
beschrieben, kann die Temperatur der Sonde zwangsreguliert werden,
um die Zieltemperatur zu erreichen, eventuell ungeachtet von Umwelt- und/oder
anderen Faktoren.
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Bei 314 werden
die Ergebnisse der Stimulierung bewertet und eine Entscheidung wird
getroffen, ob der Vorgang wiederholt werden soll. Optional berücksichtigt
die Entscheidung Ergebnisse von einer QST-Sitzung, in der elektrische
Stimulation verwendet wird.
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Es
sollte beachtet werden, dass kalter Stimulationspuls angewandt werden
kann durch erstes Abkühlen
und dann Erwärmen
von Folie 102, in umgekehrter Form zu der in 3A gezeigt.
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In
einigen Ausführungsformen
der Erfindung wird eine passive kalte thermische Masse zum Kühlen von
thermischem Kapazität-Element 104 und/oder
Folie 102 verwendet, zum Beispiel eine Kammer mit Trockeneis
oder einer Metallmasse mit sehr niedriger Temperatur. Optional wird
eine Thermokupplung auf solch einer Kammer bereitgestellt, um zu
ermöglichen,
dass der Effekt ihrer exakten Temperatur in den Parameterberechnungen
berücksichtigt
werden.
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3B ist
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 320 zur Steuerung der
Stimulationstemperatur in Übereinstimmung
mit einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung, wenn ein Temperaturpuls oder Sequenz angewendet wird,
wird angenommen, dass Masse 104 im Wesentlichen beibehalten
werden wird bei einer einzigen Temperatur währenddessen, da bei wird mit
Temperaturfluktuationen umgegangen durch Benutzen einer Rückkopplungsschleife
unter Verwendung von Peltierelement 106 und Temperatursensoren 116.
Wünschenswerterweise
ist Peltierelement 116 so gestaltet, dass es die totale
Ausgabe (absorbiert durch Masse 104) von Folie 102 über eine
Zeitdauer handhaben kann. Es sollte beachtet werden, dass sich während Betrieb
die gelieferten Leistungsniveaus rapide ändern können. Zusätzlich können einige kleine Temperaturschwankungen
erzeugt werden, abhängig
von zum Beispiel dem Grad der Temperaturabtastung und thermischer
Regelung, wie verglichen mit Qualität von Kontrolle und Vorhersage und
thermisches Moment der verschiedenen Elemente. Einige verschiedene
Modi können
unterschieden werden:
- (a) Beständiger Zustandsbetrieb
bei einer „neutralen
Temperatur", in
der Erwärmen
von Folie 102 ausgeglichen wird durch Kühlung von Peltierelement 106 und/oder
thermische Ableitung an eine passive Senke.
- (b) Rapider Temperaturanstieg, in dem der Grad des Erwärmungsanstiegs
bestimmt wird durch die relativen Werte von Erwärmung, bereitgestellt durch
Folie 102, und Abkühlen,
bereitgestellt durch Wärmeübertragung
an thermisches Kapazität-Element 104.
- (c) Beständiger
Zustand „heiß" oder „kalt", der im Allgemeinen ähnlich dem
Modus (a) ist, außer, dass
die Mindesttemperatur durch die Temperatur von Element 104 festgesetzt
ist und die Höchsttemperatur
begrenzt wird durch die Fähigkeit
der Folie, Wärme
bereitzustellen, sowie durch die Temperatur von Element 104,
je höher
die Temperatur des Elements, um so höher kann die Temperatur einer
Sonde für
eine vorgegebene Folie sein. Es sollte beachtet werden, dass der
Abstieg der Temperaturhöhe
nahe der Mindesttemperatur stark reduziert wird. Wenn ausreichend
Leistung in Folie 102 gepumpt werden kann, ist der Grad des
Temperaturanstiegs im Allgemeinen nicht durch die Starttemperatur
von Element 104 beeinträchtigt.
Peltierelement 106 stellt optional Abkühlen bereit, um die Erwärmung von
Element 104 durch Folie 102 auszugleichen. Eventuell
wird Ele ment 104 überkühlt (z.B.
eventuell reagierend auf die Folienleistung), so dass, wenn die
Erwärmung
gestoppt wird, ihre Durchschnittstemperatur ihre erwünschte Temperatur
ist. Dies kann in Modus (a) ebenso verwendet werden. Es sollte beachtet
werden, dass die Höchst-
und/oder Mindesttemperaturen, die ausgewählt sind, auch so ausgewählt werden
können,
dass sie keinen Gewebeschaden verursachen. Zum Beispiel ist die Höchsttemperatur
unter 70 oder 60 Grad Celsius. Alternativ oder zusätzlich kann
ein Apparatur-Schaltkreis bereitgestellt werden, um die Erwärmungsdauer
zu begrenzen, so dass sie nicht zu lange ist. Dieser Schaltkreis
kann die Temperatursonde benutzen, um die erlaubten Höchstdauern
zu bestimmen.
- (d) Rapide Verringerung der Temperatur, in der die Rate der
Verringerung durch das Abkühlen
bestimmt wird, was bereitgestellt wird durch die Wärmeübertragung
an Element 104 und einige Dämpfung der Rate ist erhältlich durch
Bereitstellen einiger Erwärmung
von Folie 102.
- (e) Variieren von Temperatur, das langsamer ist als die rapiden Änderungen,
die oben beschrieben sind und das relativ schnell sein kann, in
der eine Rückkopplungsschleife
auf der Folie verwendet werden kann zum Regeln der Temperaturänderung.
Solch eine Rückkopplungsschleife
kann auch bei (a) und (c) angewendet werden, zu einem gewissen Ausmaß in (b)
und (d), außer,
dass schnelleres Abtasten erforderlich sein kann. In einer beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung wird Abtastung und Leistungsregelung bereitgestellt
bei zum Beispiel 150 Mal pro Sekunde. Jedoch können genauso langsamere oder
schnellere Raten verwendet werden.
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Bezugnehmend
auf 3B, ist in einem beispielhaften Puls der Vorgang
von Bestimmen von Vorgangsparametern wie folgt: Bei 322 wird
eine Höchstabkühlungsrate
bestimmt sowie eine Höchsterwärmungsrate.
Bei 324 wird die niedrigste erwünschte Temperatur des Pulses
bestimmt. Bei 326 wird die höchste Temperatur des Pulses
bestimmt. Es sollte beachtet werden, dass diese Entscheidungen objektive
Entscheidungen sind, welche dann zu Einstellung von Vorrichtungsparametern
führen.
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Bei 328 wird
die Höchsttemperatur,
die für Masse 104 erlaubt
ist, bestimmt. Es sollte beachtet werden, dass nicht nur die durchschnittliche
Temperaturänderungsrate,
sondern auch die Form der Änderungskurve
diesen Wert bestimmen kann. Bei 330 wird eine Folienleistungseinstellung,
die benötigt wird,
um die Erwärmungsrate
zu erhalten, bestimmt. Eventuell ist keine solche Leistungseinstellung
erhältlich
und der Benutzer wird aufgefordert, seine Pulsparameter zu ändern. Es
sollte beachtet werden, dass, während
für diese
Bestimmungen wohlbekannte Wärmeübertragungs-Differenzialgleichungen
verwendet werden können,
optional ein Kalibrierungsvorgang verwendet wird, um zu bestimmen,
was die Werte für
verschiedene Fälle
sind und Einschiebung wird für
andere Situationen verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird
ein Kalibrierungsvorgang verwendet, um die verschiedenen Parameter
eines physikalischen Models der Sonde zu bestimmen, zum Beispiel
Wärmeübertragungsrate über Masse 10.
Es sollte beachtet werden, dass, wenn Sonde 104 überkonstruiert
ist, ein Echtzeit-Rückkopplungssystem, zum
Beispiel mit Temperaturabtastung bei zum Beispiel 10, 30, 50 oder
mehrmals pro Sekunde, für
eine Echtzeitregelung verwendet werden kann. Alternativ kann eine
maximale Temperaturänderungsrate
darauf abgezielt werden und eine tatsächliche aufgezeichnet werden.
Es wird erwartet, dass in vielen Fällen, wenn erst einmal die
Temperaturänderungsrate über einem
bestimmten Wert ist, ihr genauer Wert egal ist.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist die Abtastungsrate 100 oder 150 Mal pro
Sekunde und jedes Mal wird die tatsächliche Temperatur mit einer
gewünschten
Temperatur (für die
gewünschte
Erwärmungs/Abkühlungsrate)
verglichen. Basierend auf diesem Vergleich wird die Leistung auf
die Folie erhöht
oder reduziert, wenn notwendig. Eventuell wird die Folie unter Verwendung von
Leistungspulsen eher als kontinuierliche Leistung angetrieben, und
diese Pulsrate und/oder Pulsleistung kann modifiziert werden. Die
er wünschte Temperatur
zu jedem Zeitpunkt kann zu ihrem Beginn bestimmt werden für die gesamte Änderungszeit.
Alternativ werden neue Zieltemperaturen eingestellt abhängend von
der tatsächlichen
Abkühlungsrate, um
zu kompensieren, so dass eine totale Aufstiegs-/Abstiegs-Zeit erhalten
werden kann.
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Bei 332,
wird Element 104 vorgekühlt
und eine Rückkopplungsschleife
wird eingestellt, um es bei dieser Temperatur zu halten. Bei 334 wird
Folie 102 unter Verwendung einer Rückkopplungsschleife auf eine
erwünschte „neutrale
Temperatur" erwärmt. Eine
einzige Rückkopplungsschleifen-
(z.B. ein Computerprogramm oder Digital- oder Analogschaltung) Hardware
kann für
sowohl Folie 102 als auch Element 104 verwendet
werden.
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Bei 336 wird
die Folienelektrifizierung geändert,
um einen erwünschten
Abfall oder Anstieg der Temperatur zu bewirken. Es sollte beachtet
werden, dass die Wärmeübertragungsausgleiche
nicht linear sind, sondern eher Differenzialgleichungen. Daher, wenn
eine lineare Rate über
im Wesentlichen die gesamte Temperaturänderung erwünscht wird, ist nicht-lineare
Regelung der Folie wünschenswert.
Alternativ oder zusätzlich
kann einige Überschreitung wünschenswert
sein.
-
Kalibrierung
von System 200 wird wie folgt durchgeführt. Ein exakter Temperatursensor
wird an Folie 102 in einer Position angebracht, die Hautkontakt
simuliert. Optional wird der Sensor mit einem Kaptonband bedeckt,
um das Verhalten der Folienempfindungselemente zu simulieren. Optional
wird auch eine thermische Senke, die menschliches Gewebe nachbildet,
verwendet, um ihren Effekt auf Abkühlen der Folie einzuschließen. Beständige Zustandstemperaturen
bei Schritten von zum Beispiel 3 Grad Celsius werden eingestellt
und die Leistung an Folie 102 modifiziert, abhängig von
der genau erhaltenen Temperatur. Dann werden verschiedene Temperaturänderungsraten
(positiv und/oder negativ) versucht, zum Beispiel Einstellung des
Gewinnfaktors der Echtzeit-Korrektur der Folienleistung basierend
auf den Ergebnissen, eventuell mit verschiedenen Werten für verschiedene
Temperaturpunkte. Die Temperatur von Element 104 wird optional
einge stellt bei 10 Grad Celsius, da die Wärmefolie im Allgemeinen nicht
begrenzt ist in Leistung für
die erforderlichen Ratenänderungen.
Alternativ oder zusätzlich wird
der genaue Temperatur-Sensor verwendet, um einen oder mehrere der
Sondentemperatursensoren zu kalibrieren. Alternativ oder zusätzlich wird
die Reaktion der Sonde verwendet, um ein Model des thermischen Verhaltens
der Sonde zu kalibrieren.
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Wenn
eine Anordnung von Folienelementen verwendet wird, kann jedes separat
kalibriert werden, eventuell bei verschiedenen Erwärmungsbedingungen
von umgebenden Elementen. Alternativ oder zusätzlich können die Folienelemente durch
eine thermische Leit- oder Nicht-Leitfläche getrennt werden.
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4A–4B zeigen
Temperaturpulse, die geeignet sind zum Hervorrufen von verschiedenen
nervlichen Effekten.
-
4A zeigt
eine Impulsfolge, die geeignet ist zur selektiven C-Faser-Stimulierung durch
Verursachen eines Aufzieheffekts. Zusätzlich kann dieser Puls auch
verwendet werden, um die Reaktionszeit eines Subjekts auf zweiten
Schmerz zu messen, was als eine indirekte Messung von C-Faser-Leitgeschwindigkeit
dienen kann. Wenn eine Serie von Schmerzreizen abgegeben wird, sind
die A-delta-Fasern nur für
den ersten Puls sensibel und aufgrund ihrer schnellen Adaption reagieren
sie nicht auf die anderen Pulse. C-Fasern haben diese Adaptionseigenschaft
nicht, daher werden sie weitermachen und die Schmerzreize fühlen. Jedoch
wird die C-Faser-Reaktion später
gespürt
werden aufgrund langsamerer Leitfähigkeit. Diese Situation erschafft
manchmal das Gefühl
eines zweiten Schmerzeffekts. In einer diagnostischen Einstellung
kann ein Test durchgeführt werden,
um zu sehen, ob A-delta-Fasern nur auf den ersten Schmerz reagieren
in einer Einstellung von zeitlich nahen Pulsen und/oder ob die Reaktion
von C-Fasern auf eine Serie von zeitlich nahen oder um einiges auseinander
liegenden Pulse korrekt ist (z.B. relativ einheitlich in Reaktion).
Es sollte beachtet werden, dass nach einer Zeit die A-delta-Faseradaption verschwindet,
so dass, wenn die Pulse weit genug auseinander sind (z.B. anderer
diagnostischer Parameter) die A-delta-Fasern eine Serie von Reaktionen bereitstellen
sollten, berichtet durch den Patienten und/oder Messsystem.
-
Alternativ
oder zusätzlich
kann Leitgeschwindigkeit gemessen werden, zum Beispiel durch Stimulieren
von 2 oder mehreren verschiedenen Stellen auf dem Bein oder der
Hand, über
2 separate, aber synchronisierte Sonden, wo die effektive Nervendistanz
zwischen ihnen bekannt ist, zum Beispiel, wenn zwei Stellen auf
einem Fortsatz achsversetzt sind. Dann Berechnen der Zeit für jede von
der Stimulierung bis zur Aufzeichnung. Dann Berechnen des Unterschieds
zwischen Zeiten in den 2 Tests. Die Geschwindigkeit wird dann basierend
auf der Entfernung zwischen den Stellen bestimmt.
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Zum
Beispiel werden solche Messungen zum Diagnostizieren pathologischer
Effekt von Diabetes, post-herpetischer Neuropathie, AIDS, Post-Chemotherapie
und anderen Arten von peripheren Nervenkrankheiten verwendet. Zusätzlich können solche
Messungen zur selektiven Bewertung von C-Fasern, zum Beispiel für objektive
Auswertung von Funktionieren von peripheren Nervensystem bei Patienten
mit chronischen Schmerzen, zum Beispiel für Schmerzzustände von
unbekannter Ätiologie
(wie z.B. Fibromyalgie), sowie für
die Bewertung von Empfindungsverlust ohne Schmerz einschließlich „hysterischem" Empfindungsverlust
und/oder Simulieren verwendet werden. Zusätzlich kann solche Messung
auch verwendet werden für
Evaluierungsarzneimitteleffekt in bestimmten neuropathischen und
Schmerzzuständen.
In einem Beispiel wird eine gleiche Testeinstellung angewendet für Diagnose (oder
es wird ein Test, basierend auf einer erwarteten Pathologie, angewendet)
und Zusatztests, zum Beispiel Blutarbeit oder vorherige Diagnosen,
werden verwendet, um zu bestimmen, ob irgendeine Pathologie gefunden
wird und/oder was ihre Ursache sein könnte.
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4B zeigt
einen Puls, der geeignet eingestellt ist für selektive Stimulierung von
verschiedenen Untergruppen von A-delta-Fasern. Zum Beispiel durch
Regulie rung der Stimulierungstemperatur, dass sie über oder
unter 50 Grad Celsius ist, hohe Schwellwert-Schmerzrezeptoren (> 50 C) und niedrige
Schwellwert-Schmerzrezeptoren
können
unterschieden werden.
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Ein
Umkehrung solcher Pulse kann für
Kältewahrnehmung
verwendet werden (z.B. Ruhezustand bei neutraler Temperatur und
dann ein schneller Abfall auf eine niedrigere Temperatur und ein
schneller Anstieg).
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Wie
geschätzt
werden kann, kann im Wesentlichen jeder Formpuls oder Impulsfolge
(innerhalb der Begrenzungen der Mindest- und Höchsttemperatur und Temperaturänderungsraten)
unter Verwendung einiger Ausführungsformen
der Erfindung erreicht werden. Solche Pulse oder Pulsfolgen können definiert
werden unter Verwendung von Parametern, zum Beispiel Anstieg und
Abfall von Änderungsrate,
Dauer bei nicht-neutraler Temperatur, Ruheperiode, neutrale Temperatur,
Anzahl von Wärme-/Kältepulsen
in einer Sequenz, Pulsfrequenz, Mindesttemperatur während einer
Folge, Kreislaufdauer, Anzahl der Versuche, Verzögerungen zwischen Folgen und Pulsfolgeummantelung.
Verschiedene Parameter, wie in dem TSA System von Medoc Ltd. bereitgestellt,
können
auch verwendet werden. Zusätzlich kann
das System Signale erzeugen, zum Beispiel TTL-Niveau-Signale zur
Verwendung als Trigger oder zu anderen Verwendungen, zum Beispiel
Signalisieren von Events wie z.B. Reizbeginn, Erreichung von Temperaturziel
und Reizende. Solche Trigger können
verwendet werden, um das EEG und das fMRI mit der Stimulierung zu
synchronisieren. Umgekehrt, kann System 200 durch einen äußeren Trigger getriggert
werden, um Stimulieren zu beginnen. In einigen Ausführungsformen
der Erfindung werden verschiedene Töne zu einem Benutzer erzeugt,
um einen Zustand der Sonde anzuzeigen. Alternativ oder zusätzlich kann
eine visuelle Strichmarke (z.B. LEDs oder eine LCD Anzeige) auf
Sonde 100 bereitgestellt werden.
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Eine
Verwendung von verschiedenen Pulsfolgen und Pulsausführungen
ist es, verschiedene Fasern zu unterscheiden. Das Folgende ist eine
Beschreibung von verschiedenen Arten von Fasern, die derzeit bekannt
sind. Es sollte beachtet werden, dass jedoch die Sensibilität und Spezifität einiger
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erwartet werden, zusätzliche Untergruppen von Fasertypen zu
entdecken und danach selektiv zu stimulieren. In einigen Fällen wird
selektive Stimulierung indirekt erhalten, zum Beispiel unter Verwendung
eines zusätzlichen
chemischen Inhibitors oder durch zweimaliges (oder mehrmaliges)
selektives Stimulieren von verschiedenen Gruppen von Fasern, worin
nur die selektiv stimulierten Fasern in beiden Gruppen gefunden
werden. Andere Wege zum Unterscheiden zwischen Fasern können genauso
benutzt werden. Beispielhafte Pulsweiten sind 2 ms, 10 ms, 50 ms,
100 ms und kleinere, mittlere und größere Zeiten. Beispielhafte
Folgen schließen
2, 4, 10, 40 oder eine kleinere, mittlere oder größere Anzahl
von Pulsen ein. Beispielhafte Verzögerungen zwischen Pulsen schließen 2 ms,
10 ms, 40 ms, 100 ms, 300 ms, 1000 ms und kleinere, mittlere und
gößere Verzögerungen ein.
Beispielhafte Frequenzen schließen
0,1 Hz, 0,5 Hz, 1 Hz, 2 Hz, 4 Hz, 10 Hz und kleinere, mittlere und größere Frequenzen
ein. Beispielhafte Temperaturänderungen
schließen
1°C, 3°C, 5°C, 10°C, 20°C, 30°C und kleinere,
mittlere oder größere Temperaturänderungen
ein. Beispielhafte Pulsformen sind symmetrisch, asymmetrisch, quadratisch,
trapezförmig,
sägezahnartig,
dreiwinklig, linearer Bezug, linearer Abfall, exponentieller Angriff
und/oder exponentieller Abfall.
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A-delta-Fasern
können
in zwei Gruppen geteilt werden: (a) Typ II AMH (A-mechanische Wärme) – haben
relativ niedrigen Wärmeschwellwert
(<50C). Dieser
Typ ist erstem Schmerz auf Wärmereize
dienlich. Dieser Typ ist Capsaicinsensibel und kann auch unter Verwendung
von Capsaicin deaktiviert werden; (b) Typ I AMH – haben hohen Schwellwert (>50C); ihr VRLI-Rezeptor
kann aktiviert werden durch starke Wärme aber NICHT durch Capsaicin.
Dieser Typ ist unsensibel auf Capsaicin. Typ 1 hat eine schnellere Leitgeschwindigkeit
als Typ II. Es wird erwartet, dass die Reaktion auf Kälte, verschiedene
Temperatur und/oder Pulslängen
anders ist für
den Typ I und Typ II. Zusätzlich
wird erwartet, dass die Reaktion unterschiedlich zu der von C-Fasern
ist.
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C-Fasern
können
in zwei Gruppen aufgeteilt werden: (a) Wärmefasern, die auf kurzzeitige
Wärmereize
bei Temperaturen nahe des Schmerzschwellwerts bei Menschen reagieren
(um 45C), (b) mechano-warme Fasern, die auf lang andauernde Reize
reagieren und Reize, gegeben bei höheren Temperaturen.
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C-Faser-Aufziehung
wird hervorgerufen durch Regulierung der Stimulierungsfrequenz,
dass sie schnell genug ist, aber nicht zu schnell. Gleichzeitig
werden die obere und/oder untere Temperatur ebenso optional reguliert.
In einigen Fällen
ist es wünschenswert,
die Dauer und/oder Anstiegs- oder Abfallsrate zu regeln. Es sollte
beachtet werden, dass die genauen Werte für verschiedene Typen von Fasern
und/oder für
verschiedene Pathologien zwischen Leuten variieren können. In
einem Beispiel wird Spitzentemperatur so ausgewählt, dass sie niedriger ist
als die, die A-delta-Fasern aktivieren würde (von einem oder mehreren
Typen).
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In
einigen Fällen
kann es möglich
sein, die Synchronisierung des Stimulierungspulses oder -folge mit
einem EEG und/oder fMRI-System zu verwenden (oder andere Datensammlungen
oder darstellendes System), um die Stimulierung von bestimmten Fasertypen
zu unterscheiden, zum Beispiel basierend auf Fenstern (basierend
auf erwarteter Ankunftszeit) oder basierend auf Signalverarbeitung (Korrelation
von Stimulierungsfolge mit Signalergebnissen).
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung, wird eine physiologische thermische Sonde unter Verwendung
der folgenden Teile konstruiert:
Folie 102 ist ein
Folienerwärmer,
hergestellt von Minco, USA, zum Beispiel Model AGW20 oder 30, zugeschnitten
auf die Größe 24 × 24 mm,
aber es können auch
andere Größen und
Formen, zum Beispiel ein Kreis von 30 mm Durchmesser verwendet werden. Insbesondere
können
Folienanordnungen verwendet werden, zum Beispiel 25 auf 25 mm Sonde
basierend auf einer Anordnung von 100 auf 100 individuelle Zellen.
Solch eine Anordnung kann zum Beispiel zur Kartie rung von Hautflächen, Bestimmen
von relativen Dichten von verschiedenen Fasertypen, Erkennen von „blinden" Flächen und/oder
zum Erkennen von Größenschwellwerten
für verschiedene
Stimulierungstypen (z.B. Integrationsgröße von Fasern) und -stellen
verwendet werden. Bei Betrieb kann jedes Anordnungselement (ein-
oder zweidimensionale Anordnungen) durch sich selbst geregelt werden und/oder
als Teil einer Gruppe von Elementen. In einigen Fällen kann
eine Gruppe von Elementen verwendet werden, um ein besonderes regionales
Stimulierungsmuster und/oder -profil (z.B. ein Gaussian-geformtes
Temperaturprofil als eine Funktion von Distanz von dem Zentrum der
Stimulierung).
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Diese
Folienerwärmer
können
zwei oder drei eingebettete Typ-T-Thermokopplungen mit einem Durchmesser
von 0,13 mm und einer Reaktionszeit von 0,04 Sekunden einschließen. Andere
Niedrigkapazitätserwärmer können anstatt
Folienerwärmer verwendet
werden.
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Thermisches
Kapazitätselement 104 kann zum
Beispiel eine Aluminium- oder Kupferplatte von 2 mm Dicke sein.
Eine ansteigende Dicke kann eine höhere Leistung und/oder schnellere
Reaktion von Element 106 aufgrund der angestiegenen thermischen
Impedanz erfordern. Die relative Wärmekapazität der Folie und Element 104 kann
zum Beispiel 1:4, 1:10 oder 1:20 oder mehr sein. Die exakten Werte
können
von der Ausführung
abhängen.
Während die
erwünschte
thermische Impedanz abhängig
sein kann von der relativen Wärmekapazität und relativen Temperaturen,
ist in einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung die thermische Impedanz optional bei meistens 10 Mal,
3 Mal, 2 Mal oder weniger als das bei Kupfer von 2 mm Dicke. In
einigen Ausführungen
ist die totale Wärmeübertragungskapazität (total
und pro Zeiteinheit) der Platte geplant, welche seine Kontaktfläche, die
Leitung der Folie, die Plattendicke, ihre Impedanz und ihre thermische
Kapazität
einschließt.
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Die
Abtastungsrate des Reglers kann zum Beispiel jede 0,5 Sekunden,
0,1 Sekunden oder schneller, zum Beispiel jede 6,4 Millisekunden,
sein.
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In
einigen Fällen
kann zum Beispiel für
A-delta-Testen wünschenswert
sein, eine Vielzahl von Reizen an verschiedenen Orten bereitzustellen
(z.B. mit einem Abstand von 1, 10, 30, 50 oder mehr mm). Jedoch
darf das Bewegen einer Sonde in einer fMRI-Einstellung nicht möglich sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird eine Anordnungssonde verwendet. Alternativ wird
eine Vielzahl von Sonden, die auf eine synchronisierte Weise stimuliert
sind (parallel oder serienweise), eventuell durch einen einzigen
Computer, verwendet.
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5 ist
ein Ablaufdiagramm 500 eines Verfahrens zur Gehirnkartierung.
In diesem Verfahren wird eine Wärme-/Kälte-Vorrichtung
verwendet zum Beispiel des Typs, der oben beschrieben ist, um ein Zusammenpassen
zwischen Gehirnflächen
und Empfindungen von dem Körper
zu erkennen. In einem Beispiel wird Ort der Schmerzflächen (optional von
einem oder mehreren Typen) in dem Gehirn erkannt. In einem anderen
Beispiel wird Ort von Empfindungsflächen in dem Gehirn erkannt.
Optional werden die Flächen,
die mit einzelnen Körperteilen verknüpft sind,
identifiziert, zum Beispiel zum Bevorzugen von Fühlen (nach Operation) an den
Fingern über
Fühlen
am Vorderarm. Es kann eine andere als die hierin beschriebene Stimulierungsvorrichtung verwendet
werden, zum Beispiel eine Erwärmungs- oder
Abkühlungsvorrichtung
unter Verwendung eines unterschiedlichen Prinzips, ein Vibrationsstimulator oder
ein elektrischer Stimulator. Einige solche Vorrichtungen werden
zum Beispiel von Medoc Ltd. von Ramat Yishai, Israel, bereitgestellt.
Eine alternative kälteverursachende
Vorrichtung wird beschrieben in „Temporo-spatial analysis
of cortical activation by phasic innocuous and noxiuous cold stimuli – a magnetoencephalographic
study", von Christian
Maihofner, et al. in Pain 100 (2002) 281-290. Dieser Artikel zeigt
auch einen Unterschied zwischen dem Effekt von schädlichen
und ungefährlichen
Kältestiften
und zeigt auch, wie EVP solcher Stifte in dem Gehirn erkannt werden
kann, selbst auf nicht-invasive Art. Eine alternative Stimulierungsvorrichtung
koppelt wahlweise (z.B. unter Verwendung eines linearen Motors, um
die Sonde gegen die Haut zu bewegen) eine vorgekühlte oder vorerwärmte Sonde
an Gewebe für eine gemessene
Anzahl von Zeit. Optional wird eine neutrale Temperatursonde dann
in Kontakt gebracht, um die Abkühlung
oder Erwärmung
auszugleichen und/oder um Strahleneffekte der Sonde zu verdecken.
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In
dem beispielhaften Vorgang, der in 5 gezeigt
ist, wird eine Zielfläche
für Operation
identifiziert (502), zum Beispiel, zum Entfernen eines
Tumors oder zur Behandlung eines Aneurismas. Diese Zielfläche wird
dann betreten, zum Beispiel durch Öffnen des Gehirngehäuses oder
unter Verwendung eines Endoskops (z.B. durch die Stirnhöhlen) oder unter
Verwendung eines jeden anderen Verfahrens, das im Stand der Technik
bekannt ist.
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Wenn
die Zielfläche
verdächtigt
wird, dass sie nahe den Nervenzentren, die für Schmerz und/oder Empfindungswahrnehmungen
verantwortlich sind, liegen, werden eine oder mehrere Quellenflächen auf
dem Körper
(504) identifiziert, diese Quellenflächen stellen Nervensignale
bereit, die durch die Nervenzentren der Zielfläche verarbeitet werden. In einigen
Fällen
werden die Nervenzentren für
ein bestimmtes Organ, wie z.B. die rechte Hand, verdächtigt werden.
In anderen Fällen
werden höhere
Niveaus allgemeiner Nervenzentren verdächtigt und im Wesentlichen
kann jeder beliebige Teil des Körpers (in
einigen Fällen
abhängig
von hämisphärischer Symmetrie)
ausgewählt
werden.
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Der
Effekt von Stimulierung an den Quellenflächen wird optional über ein
hervorgerufenes Potential oder andere Änderung in elektrischer Aktivität in den
verdächtigten
Nervenzentren, benachbart zu der Zielfläche, erkannt, zum Beispiel
auf einer Sonde, in einem Endoskop oder Katheter, oder auf einem Handschuh
eines Chirurgen.
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Bei 508 (z.B.
vor, nach und/oder zur gleichen Zeit wie 506) wird eine
Stimulierungsvorrichtung, wie z.B. Vorrichtung 100, bei
einer Quellenlokalisierung platziert. In einigen Ausführungsformen
werden eine Vielzahl von Stimulierungsvor richtungen an einer oder
mehreren Quellenflächen
platziert und optional zusammen oder in Serie aktiviert.
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Bei 510 werden
die Stimulierungsvorrichtung(en) aktiviert, z.B. um eine Wärmespitze
zu schaffen oder eine Kältespitze
mit einer Mindesttemperatur von zwischen –10 und +5 Grad Celsius. Andere
Temperaturen können
ebenso verwendet werden. Zum Beispiel eine Mindesttemperatur von
8 Grad oder von 10 Grad.
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Bei 512 wird
der Effekt der Stimulierung an der Elektrode bemerkt. In einem Beispiel
wird eine Karte der sensiblen Gehirnzentren unter Verwendung der
Elektrode und/oder der Stimulierungsvorrichtung bestimmt. In einer
anderen Ausführungsform
werden wichtige Gehirnflächen
markiert, zum Beispiel auf einem bildgeführten Operationssystem oder
auf dem Gehirn selbst. Alternativ oder zusätzlich wird das Gewebe, das
entfernt werden kann ohne Schaden auf Schmerzempfinden, markiert.
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Bei 514 werden
einige oder mehrere der Schritte des Vorgangs wiederholt, zum Beispiel
während
Bewegen der Elektrode und/oder Stimulierungsvorrichtung zu einem
neuen Ort.
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Alternativ
oder zusätzlich
zur Verwendung während
Gehirnoperation kann solches Stimulieren und Überprüfen auf nervliche Reaktion
während
anderer Arten von Operationen verwendet werden, z.B. während Wiederanbringung
von amputierten Gliedmaßen
(in diesem Fall kann EEG-Empfindung ausreichend sein) oder für Behandlungen
an dem Rückgrat.
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6 ist
ein Ablaufdiagramm 600 eines Verfahrens zum Überwachen
während
Operation. Während
Operation werden Patienten mit einer Kombination von Arzneimitteln,
die drei Effekte haben sollen, bereitgestellt: Verlust des Bewusstseins,
Schmerzvorbeugung und Immobilität.
Missglücken
der Schmerzvorbeugung oder Missglücken des Bewusstseinsverlusts
ist heute schwierig zu bestimmen. Eventu ell resultiert das in Übermedikation,
um die anderen möglichen
Effekte zu reduzieren, wie fortbestehenden Schmerz und Erinnerungen
an die Operation.
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Bei 602 wird
einem Patienten ein schmerzstillendes Mittel (oder ein Gemisch davon),
zum Beispiel ein schmerzlinderndes Mittel und ein betäubendes
Mittel oder narkotisierendes Mittel, verabreicht. Andere schmerzvorbeugende
Verfahren, wie z.B. elektrische Felder und Hypnose können ebenso
verwendet werden. Optional hängt
der Gehalt von verabreichtem Material ab von Kalibrierungsergebnissen
für eine
Auswahl von Patienten und/oder für
diesen Patienten, hergestellt zum Beispiel, wie unten beschrieben
werden wird.
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Bei 604 werden
optional zusätzliche
Arzneimittel verabreicht. Diese Arzneimittel können verabreicht werden zum
Beispiel gleichzeitig, vor und/oder nachdem das schmerzstillende
Mittel verabreicht worden ist.
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Bei 606 wird
Stimulierung angewendet auf eine Stelle auf dem Körper, von
der aus angenommen wird, dass Schmerz blockiert wird. Optional wird Stimulierung
auch angewandt vor einer teilweisen oder eine vollständige Schmerzblockierung
erwartet wird. Dies kann verwendet werden zum Beispiel, um zu bestimmen
eine Basisliniensensibilität
des Patienten oder um ein zeitliches Profil des Effekts des Arzneimittels
zu bestimmen.
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Bei 608 wird
eine Reaktion in dem Gehirn auf die Stimulierung erkannt. Eventuell
wird keine Reaktion erkannt, zum Beispiel, wenn genügend schmerzstillendes
Mittel verabreicht wird. Solch Detektion kann bereitgestellt werden
zum Beispiel unter Verwendung von EEG-Messung, optional integriert
in eine Vorrichtung zum Verfolgen des Bewusstseinsniveaus des Patienten,
zum Beispiel ein Bispectral Index (BIS)® Technology,
bereitgestellt von Aspect Medical Systems.
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Bei 610 werden
Arzneimitteldosierung und/oder Verabreichungsprofil und/oder Typ
optional verändert
in Reaktion auf eine Erkennung oder Fehlen davon und/oder eine Änderung
in einer oder mehreren Eigenschaften der erkannten Signale. Wie
hierin bemerkt wird, kann eine Kalibrierungssitzung verwendet werden,
um verschiedene gemessene Muster mit verschiedenen Arzneimitteleffekten
abzugleichen.
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Bei 612 wird
Stimulierung optional wiederholt zu mehrfachen Zeiten und/oder and
mehreren Körperstellen.
Optional werden Stellen geändert,
um vorzubeugen oder zu vermeiden lokale Adaption von Nervenenden
an Stimulierung.
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Optional
wird 614, Stimulierung und Erkennen während der Operation wiederholt,
um als ein Überwachungsvorgang
zu dienen und/oder um manuelle und/oder automatische Rückkopplungsschleifen
von Änderung
der Arzneimittelverabreichung zu fahren. Optional regelt das Detektionssystem
das Niveau der Administration und/oder anderer Eigenschaften davon
in Reaktion auf ein voreingestelltes Programm, das die Patientenreaktion
auf Schmerzstimulierung in Betracht zieht.
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Optional
wird der Vorgang, der oben beschrieben ist während Operation angewendet.
Alternativ oder zusätzlich
wird (616) angewendet vor Operation, zum Beispiel um die
Sensibilität
auf Schmerz zu bemessen und/oder Rate von Metabolisation und/oder
Effekt in dem Patienten eines bestimmten Arzneimittels oder Arzneimittelgemisches.
Optional werden eine Vielzahl von solchen Messungen verwendet, um
zu bestimmen Eigenschaften eines Arzneimittels für eine weite Gruppe von Leuten,
eventuell durch Wiederholen von Anwenden und Abtasten des Effekts
für eine
statistisch bedeutsame Anzahl und/oder ausgewählten Kategorien von Leuten.
Optional werden verschiedene Werte gesammelt für verschiedene Altersgruppen,
Gewichte, Geschlechter, Rassen und/oder andere biologisch bedeutsame
Parameter wie z.B. Leberfunktion.
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Alternativ
oder zusätzlich
zum Nachvollziehen des Effekts des schmerzstillenden Mittels können die
Effekte von Bewusstseinsentfernern und/oder ein Niveau von Bewusstsein
bestimmt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform der Er findung, wird
eine Nicht-Schmerz-Stimulierung, wie z.B. Vibration oder andere
Stimulierung, wie z.B. elektrischer Strom, verwendet, um eine Gehirnreaktion
zu provozieren. Es wird erwartet, dass die Reaktion zumindest mit
einem gewissen Maß an
Bewusstseinsniveau zusammenhängt.
Optional wird eine Kalibrierung für einen Patienten bestimmt.
Optional werden auch die Maßnahmen,
entnommen aus 6, für ein Bewusstseinsniveau kalibriert,
da es möglich ist,
dass bei mindestens einigen Patienten Schmerz reduziert oder erhöht werden
kann, abhängig
von Bewusstseinsniveau. Verschiedene Verfahren des Standes der Technik
zum Messen von Bewusstseinsniveau sind bekannt. Optional wird das
Bewusstseinsniveau, das unter Verwendung solcher Verfahren erkannt
wird, durch eine Maßnahme
der Änderung
in Schmerzwahrnehmung korrigiert.
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Alternativ
oder zusätzlich
wird Schmerzdetektion verwendet, um den Effekt eines schmerzstillenden
Mittels, das nicht während
der Operation angewendet wird, zu bewerten, zum Beispiel für reguläre Patienten
oder für
chronische Schmerz-Patienten. Optional
bestimmt solch ein Patient eine Grundlinie von Schmerz, die akzeptabel
ist, wenn sie durch eine Vorrichtung, wie oben beschreiben oder
eine andere schmerzverursachende Vorrichtung verursacht wird. Wenn
ein schmerzstillendes Mittel verabreicht wird, stellt der Patient
(oder andere Person oder ein Computer) das Verabreichungsprofil
ein, so dass der Effekt auf eine bekannte Schmerzstimulierung von
einer bekannten Menge ist. Eventuell erlaubt dies einem Patienten,
Kontrolle über
den Grad des Schmerzes zu fühlen
und/oder den Grad des Schmerzblockierens. Optional wird Echtzeitüberwachung
bereitgestellt, zum Beispiel durch Anwenden von Wärme- oder
Kältepuls,
und Bewerten einer Einschätzung des
Patienten des Schmerzniveaus (welcher in eine derzeitige Sensibilität zu Schmerz übersetzt
werden kann, wenn vorherige Maßnahmen
angewendet worden sind). Patienteneingabe kann zum Beispiel manuell
oder automatisch erfolgen.
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Es
sollte bemerkt werden, dass räumlicher Effekt
eines schmerzstillenden Mittels (z.B. lokal angewendetes oder systemisch
angewendetes schmerzstillendes Mittel) auch bewertet werden kann.
-
Optional
wird eine Stimulierungsvorrichtung verwendet, um die Effizienz eines
schmerzstillenden Mittels zu bewerten, das bei der Operation verwendet wird.
In einem Beispiel wird das Verfahren, das oben beschrieben ist,
verwendet, um zu bestimmen, ob ein schmerzstillendes Mittel einen
gewünschten
Effekt erzielt hat. Zum Beispiel kann solch eine Vorrichtung in
der Zahnmedizin verwendet werden, um zu bewerten, wenn ein Patient
nach Injektion eines schmerzstillenden Mittels zur Behandlung bereit
ist. Periodische oder kontinuierliche Bewertung können ebenso bereitgestellt
werden. Es sollte bemerkt werden, dass die Stimulierung angewendet
werden kann für die
Behandlungsstelle oder auf eine andere Stelle, die durch denselben
Nerven reguliert wird.
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Optional
wird ein Schaltkreis zum Erzeugen eines Warnsignals, wenn bestimmte
Bereiche überschritten
sind, bereitgestellt. Zum Beispiel kann solch ein Schaltkreis ein
Warnsignal erzeugen, wenn ein Bewusstseinsniveau zu hoch wird oder
zu niedrig oder wenn ein Schmerzempfindungsniveau zu hoch wird oder
zu niedrig.
-
Es
wird geschätzt
werden, dass die oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtung in
vielen Arten variiert werden können,
einschließlich Änderung der
Reihenfolge der Schritte und/oder Ausführen einer Vielzahl von Schritten
gleichzeitig. Es sollte auch geschätzt werden, dass die obige
Beschreibung von Verfahren und Vorrichtung so interpretiert werden sollen,
dass sie Vorrichtung zum Ausführen
der Verfahren und Verfahren zum Verwenden der Vorrichtung einschließen. Insbesondere
wird bemerkt, dass im Wesentlichen alle die Verfahren der vorliegenden Erfindung
automatisch durch einen Prozessor ohne menschliches Eingreifen durchgeführt werden
können.
Auch innerhalb des Rahmens der Erfindung ist Software, die geeignet
ist zum Ausführen
der Verfahren der Erfindung oder Teile davon, gespeichert auf einem
Computer-lesbaren Medium und/oder installiert auf oder in Kombination
mit geeigneter Hardware, wie z.B. einem Computer.
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Die
vorliegende Erfindung ist beschrieben worden unter Verwendung von
nichtbegrenzenden detaillierten Beschreibungen der Ausführungsformen davon,
die bereitgestellt werden durch Beispiel und den Rahmen der Erfindung
nicht begrenzen sollen. Es sollte verstanden werden, dass Merkmale und/oder
Schritte, die in Bezug auf eine Ausführungsform beschreiben werden,
mit anderen Ausführungsformen
verwendet werden können
und dass nicht alle Ausführungsformen
der Erfindung alle die Merkmale und/oder Schritte, die in einer
speziellen Figur gezeigt werden oder in Bezug auf eine Ausführungsform
beschrieben werden, haben. Variationen der beschriebenen Ausführungsformen
werden den Fachleuten geläufig
sein. Zum Beispiel können
Nicht-Folienerhitzer verwendet werden. Zusätzlich, während separate Elemente gezeigt
werden, können
sie kombiniert werden zum Beispiel ein monolithisches transparentes
wärmeleitendes
Element (z.B. ein Diamant) kann sowohl als Element 104 als
auch als Wärmefolie 102 verwendet
werden, dabei wird Erwärmen
bereitgestellt unter Verwendung von schwarzer Illumination einer
Oberfläche
des monolithischen Elements. Andere Erwärmertypen mit niedriger thermischer
Kapazität
können
ebenso verwendet werden. Die Sonde wird optional bereitgestellt
mit einer auswechselbaren Hülle
und/oder ist aus einem sterilisierbaren Material gemacht.
-
Es
wird bemerkt, dass einige der oben beschriebenen Ausführungsformen
den besten Modus beschreiben können,
der von den Erfindern in Betracht gezogen wird, und daher Struktur,
Handlung oder Details von Strukturen und Handlungen enthalten, die
nicht notwendig sind für
die Erfindung und die als Beispiele beschrieben sind.
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Strukturen
und Handlungen, die hierin beschrieben sind, sind durch Äquivalente
ersetzbar, die dieselbe Funktion durchführen, selbst wenn die Struktur
oder Handlungen anders sind als im Stand der Technik bekannt. Daher
wird der Rahmen der Erfindung nur durch die Begrenzungen begrenzt,
die in den Ansprüchen
verwendet werden. Wenn in den folgenden Ansprüchen verwendet, bedeuten die
Begriffe „umfassen", „einschließen", „haben" und ihre Verbindungen, „einschließlich, aber
nicht begrenzt auf.