ES2566730T3

ES2566730T3 - Sincronización de estimulación del nervio vago con el ciclo cardíaco de un paciente

Info

Publication number: ES2566730T3
Application number: ES07759722.7T
Authority: ES
Inventors: Arthur D. Craig
Original assignee: Dignity Health
Current assignee: Dignity Health
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2016-04-15
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: US20070233193A1; IL194407A0; US20090177252A1; US20120191158A1; US20140222114A1; EP2004283A1; US11771902B2; JP5415255B2; CA2653110A1; US20070233194A1; US20100063563A1; BRPI0709850A2; JP2013031708A; CA2653112A1; WO2007115113A1; IL194406A0; EP2026874B1; JP5052596B2; US20070233192A1; AU2007233135A1

Abstract

Un sistema (100) de tratamiento de una condición médica que comprende: - al menos un electrodo (125) acoplable a al menos un nervio (127) vago de un paciente, - un dispositivo implantable acoplado operativamente al electrodo y que comprende un generador (110) de señal eléctrica capaz de aplicar una señal eléctrica al nervio vago en un punto seleccionado en un ciclo fisiológico del paciente seleccionado del ciclo cardíaco del paciente y el ciclo respiratorio del paciente usando el electrodo para tratar la condición médica, y - un dispositivo acoplado operativamente al electrodo y capaz de detectar dicho punto seleccionado en el ciclo fisiológico del paciente, en donde la señal eléctrica comprende una pluralidad de microestallido, comprendiendo cada microestallido una pluralidad de pulsos, adyacentes de la pluralidad de pulsos que están separados por un intervalo interpulsos, adyacentes de la pluralidad de microestallidos que están separados por un período interestallido, y caracterizado porque cada microestallido comprende entre 2 a 25 pulsos por microestallido, siendo seleccionado los rangos de intervalo interpulsos de entre aproximadamente 1 a 50 milisegundos, y cada microestallido tiene una duración de 100 milisegundos o menos.

Description

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DESCRIPCION

Sincronizacion de estimulacion del nervio vago con el ciclo cardfaco de un paciente

1. Campo de la invencion

Esta invencion se relaciona en general con sistemas de dispositivos medicos y, mas particularmente, con sistemas de dispositivos medicos para aplicar senales electricas a un nervio craneano para el tratamiento de condiciones medicas, y para senales electricas mejoradas en tales sistemas.

2. Descripcion del arte relacionado

Se han hecho muchos avances en el tratamiento de enfermedades tales como depresion y epilepsia. Se ha encontrado que las terapias que utilizan senales electricas para tratar estas enfermedades son efectivas. Se han usado con efectividad dispositivos medicos implantables para suministrar estfmulos terapeuticos a diversas porciones del cuerpo humano (por ejemplo, el nervio vago) para tratar estas enfermedades. Tal como se utiliza aqm, “estimulacion” o “senal de estimulacion” se refiere a la aplicacion de una senal electrica, mecanica, magnetica, electromagnetica, fotonica, de audio y/o qmmica a una estructura neural en el cuerpo del paciente. La senal es una senal exogena que es distinta de la actividad electrica, mecanica y qmmica endogena (por ejemplo, potenciales de accion electrica aferentes y/o eferentes) generada por el cuerpo del paciente y el ambiente. En otras palabras, la senal de estimulacion (bien sea electrica, mecanica, magnetica, electromagnetica, fotonica, de audio o qmmica por naturaleza) aplicada al nervio en la presente invencion es una senal aplicada a partir de una fuente artificial, por ejemplo, un neuroestimulador.

Una “senal terapeutica” se refiere a una senal de estimulacion suministrada al cuerpo de un paciente con el proposito de tratar una condicion medica proveyendo un efecto modulador al tejido neural. El efecto de una senal de estimulacion sobre la actividad neuronal se denomina “modulacion”; sin embargo, en busca de simplicidad, los terminos “estimulacion” y “modulacion” y variantes de los mismos, se utilizan a veces de manera intercambiable aqm. En general, sin embargo, el suministro de una senal exogena en sf misma se refiere a “estimulacion” de la estructura neural, mientras que los efectos de esa senal, si los hay, sobre la actividad electrica de la estructura neural se denomina propiamente como “modulacion”. El efecto modulador de la senal de estimulacion sobre el tejido neural puede ser excitador o inhibidor, y puede potenciar cambios agudos y/o a largo plazo en la actividad neuronal. Por ejemplo, el efecto “modulador” de la senal de estimulacion al tejido neural puede comprender uno o mas de los siguientes efectos: (a) iniciacion de una accion potencial (potenciales de accion aferente y/o eferente); (b) inhibicion o bloqueo de la conduccion de potenciales de accion, bien sea inducidos endogena o exogenamente, incluyendo bloqueo por hiperpolarizacion y/o colision, (c) cambios que afectan la liberacion o toma neurotransmisora/neuromoduladora, y (d) cambios en neuroplasticidad o neurogenesis del tejido cerebral.

En algunas realizaciones, la neuroestimulacion electrica puede ser suministrada implantando un dispositivo electrico por debajo de la piel de un paciente y suministrando una senal electrica a un nervio tal como un nervio craneano. En una realizacion, la neuroestimulacion electrica involucra percibir o detectar un parametro corporal, siendo suministrada la senal electrica en respuesta al parametro corporal percibido. Este tipo de estimulacion se denomina generalmente como estimulacion “activa”, “de retroalimentacion” o “provocada”. En otra realizacion, el sistema puede operar sin percepcion o deteccion de un parametro corporal una vez que el paciente ha sido diagnosticado con una condicion medica que puede ser tratada por neuroestimulacion. En este caso, el sistema puede aplicar una serie de pulsos electricos al nervio (por ejemplo un nervio craneano tal como un nervio vago) periodicamente, intermitentemente, o continuamente a lo largo del dfa, o a lo largo de otro intervalo de tiempo predeterminado. Este tipo de estimulacion se denomina en general como estimulacion “pasiva”, “sin retroalimentacion” o “profilactica”. La senal electrica puede ser aplicada por un IMD que es implantado dentro del cuerpo del paciente. En otros casos, la senal puede ser generada por un generador de pulsos externo por fuera del cuerpo del paciente, acoplado mediante un enlace por RF o inalambrico a un electrodo implantado.

En general, las senales de neuroestimulacion que llevan a cabo la neuromodulacion son suministradas por el IMD a traves de uno o mas cables. Los cables en general terminan en sus extremos distales en uno o mas electrodos, y los electrodos, a su vez, estan acoplados electricamente al tejido en el cuerpo del paciente. Por ejemplo, puede unirse una serie de electrodos en diversos puntos de un nervio u otro tejido dentro de un cuerpo humano para suministrar una senal de neuroestimulacion.

A la vez que se han propuesto esquemas de estimulacion por retroalimentacion, la estimulacion del nervio vago convencional (VNS) involucra usualmente estimulacion sin retroalimentacion caracterizada por una serie de parametros. Espedficamente, la estimulacion convencional del nervio vago involucra usualmente una serie de pulsos electricos en estallidos definidos por un “tiempo de encendido” y un “tiempo de apagado”. Durante el “tiempo de encendido”, se suministran pulsos electricos de una corriente electrica (por ejemplo, 0.5-2.0 miliamperios) y anchura de pulso (por ejemplo, 0.25-1.0 milisegundos) definidos a una frecuencia definida (por ejemplo, 20-30 Hz)

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para la duracion tiempo de encendido, especialmente un numero espedfico de segundos, por ejemplo, 10-100 segundos. Los estallidos de pulsos estan separados uno de otro por el tiempo de apagado (por ejemplo, 30 segundos-5 minutos) en el cual no se aplica senal electrica al nervio. Los parametros de tiempo de encendido y tiempo de apagado juntos definen un ciclo debido, el cual es la relacion del tiempo de encendido a la combinacion del tiempo de encendido y el tiempo de apagado, y el cual describe el porcentaje de tiempo en el cual la senal electrica es aplicada al nervio.

En la VNS convencional, el tiempo de encendido y el tiempo de apagado pueden ser programados para definir un patron intermitente en el cual se genera una serie repetitiva de estallidos de pulsos electricos y se aplica al nervio vago. Cada secuencia de pulsos durante un tiempo de encendido puede denominarse como un “estallido de pulsos”. El estallido es seguido por el penodo tiempo de apagado en el cual no se aplican senales al nervio. El tiempo de apagado esta provisto para permitir que el nervio se recupere de la estimulacion del estallido de pulsos, y para conservar energfa. Si el tiempo de apagado se fija en cero, la senal electrica en la VNS convencional puede proveer estimulacion continua al nervio vago. Alternativamente, el tiempo vado puede ser tanto como un dfa o mas, en cuyo caso los estallidos de pulsos son provistos solamente una vez al dfa o incluso con intervalos mas largos. Tfpicamente, sin embargo, la relacion de “tiempo de apagado” a “tiempo de encendido” puede variar desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 10.

Ademas del tiempo de encendido y el tiempo de apagado, los otros parametros que definen la senal electrica en la VNS convencional pueden ser programados a lo largo de un rango de valores. La anchura de pulso para los pulsos en un estallido de pulsos de la VNS convencional puede fijarse en un valor no mayor de aproximadamente 1 mseg, tal como aproximadamente 250-500 pseg, y el numero de pulsos en un estallido de pulsos es fijado tfpicamente programando una frecuencia en un rango de aproximadamente 20-150 Hz (esto es, 20 pulsos por segundo y 150 pulsos por segundo). Tambien puede utilizarse una frecuencia no uniforme. La frecuencia puede ser alterada durante un estallido de pulsos bien sea por un barrido de frecuencia desde una frecuencia baja hasta una frecuencia alta o viceversa. Alternativamente, la temporizacion entre senales individuales adyacentes dentro de un estallido pueden ser cambiadas aleatoriamente de tal manera que pueden generarse dos senales adyacentes a cualquier frecuencia dentro de un rango de frecuencias.

Se han propuesto diversos esquemas de estimulacion con retroalimentacion. En la US 5,928,272, la activacion automatica de un neuroestimulador tal como un estimulador de nervio vago se describe con base en un incremento detectado en la frecuencia cardfaco. La Patente ’272 apunta que los ataques de epilepsia algunas veces son precedidos por incrementos en la frecuencia cardfaca y proponen una aplicacion automatica de una senal electrica a un nervio vago si la frecuencia cardfaca del paciente excede un cierto nivel. La patente no divulga la iniciacion o sincronizacion de la senal electrica terapeutica con las frecuencias cardfacas del paciente. En vez de eso, la deteccion de la frecuencia cardfaca anormal se utiliza para provocar de otra manera una VNS convencional.

Se ha propuesto un nuevo tipo de estimulacion conocida como estimulacion “microestallido”, la cual provee potenciales evocados mejorados en el cerebro (como se describe en mas detalle en la Solicitud copendiente serie

No.__________, “Microburst Electrical Stimulation Of Cranial Nerves For The Treatment Of Medical Conditions”).

“Mejorada” en este contexto se refiere a potenciales electricos evocados en la parte anterior del cerebro por neuroestimulacion que son mas altos que los producidos por neuroestimulacion convencional. La senal electrica para esta terapia mejorada es sustancialmente diferente de las senales electricas en la VNS convencional. En particular, las senales electricas en la estimulacion microestallido estan caracterizadas por estallidos muy cortos de un numero limitado de pulsos electricos. Estos estallidos cortos de menos de un segundo se denominan de aqrn en adelante como “microestallidos”. Al aplicar una senal electrica que comprende una serie de microestallidos, por ejemplo, a un nervio vago de un paciente, se producen potenciales evocados vagos mejorados (eVEP) en areas terapeuticamente significativas del cerebro. Significativamente, no se producen eVEP por estimulacion convencional del nervio vago.

Tal como se utiliza aqrn, el termino “microestallido” se refiere a una porcion de una senal electrica terapeutica que comprende una pluralidad limitada de pulsos y una duracion de estallido limitada. Mas particularmente, un microestallido puede comprender al menos dos pero no mas de 25 pulsos electricos, y puede durar no mas de 1 segundo, y tfpicamente menos de 100 milisegundos, mas tfpicamente 10-80 mseg. Una senal electrica terapeutica puede comprender una serie de microestallidos separados uno de otro por intervalos de tiempo conocidos como “penodos interestallido” lo que permite un intervalo refractario para que el sistema nervioso se recupere del microestallido y de nuevo se haga receptivo a una estimulacion eVEP por otro microestallido. En algunas realizaciones, el penodo interestallido puede ser tan largo o mas largo que los microestallidos adyacentes separados por el penodo interestallido. En algunas realizaciones el penodo interestallido puede comprender un penodo de tiempo absoluto de al menos 100 milisegundos y en algunas realizaciones, hasta 6 segundos. Los puntos adyacentes en un microestallido son separados por un intervalo de tiempo conocido como un “intervalo interpulsos”, el cual puede comprender un penodo de tiempo de 1 mseg a 50 mseg. El intervalo interpulsos, junto con el numero de pulsos y la anchura de pulso de cada pulso, determina una “duracion de microestallido”, la cual es la longitud de un microestallido desde el inicio del primer pulso al final del ultimo pulso (y asf el comienzo de un nuevo penodo

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interestallido). La duracion del microestallido en estimulacion por microestallido puede ser de 1 segundo o menos (esto es, los microestallidos pueden ser no mayores de 1 segundo), y mas preferiblemente es de 100 mseg o menos, y todav^a mas preferiblemente esta en el rango de 10-80 mseg. Los pulsos en un microestallido pueden ser caracterizados adicionalmente por una amplitud de corriente y una anchura de pulso. La estimulacion por microestallido puede incluir opcionalmente un tiempo de encendido y un tiempo de apagado en los cuales los microestallidos son suministrados y no suministrados, respectivamente, a un nervio craneano. Al menos uno de los penodos interestallido, el numero de pulsos por estallido, el intervalo interpulsos, la duracion del microestallido, la amplitud de corriente, la anchura de pulso, el tiempo de encendido o el tiempo de apagado son seleccionados para mejorar los potenciales evocados del nervio craneano.

La temporizacion de las senales de neuroestimulacion hasta ahora se ha conformado en general con ciclos de reloj estandar, sin tener en cuenta la eficacia de las senales de neuroestimulacion suministradas en puntos de tiempo en particular. El presente inventor no esta advertido de investigaciones previas de la eficacia de senales de neuroestimulacion suministradas en puntos de tiempo particulares de ciclos fisiologicos.

La US 2004/254612 divulga un aparato para tratamientos de pacientes con fibrilacion atrial para terapia antiembolica, el cual tiene un dispositivo de electrodo conectado al nervio vago del paciente, y una unidad de control para configurar la corriente electrica para mantener la fibrilacion atrial para el paciente en tratamiento.

La invencion esta definida en el conjunto anexo de reivindicaciones. Los ejemplos o variaciones de aspectos de realizaciones de la presente divulgacion que no caen dentro del alcance de dichas reivindicaciones se proveen para propositos ilustrativos solamente y no forman parte de la invencion.

Breve descripcion de los dibujos

La invencion puede ser entendida por referencia a la siguiente descripcion tomada en conjuncion con los dibujos acompanantes, en los cuales numerales de referencia iguales identifican elementos iguales, y en los cuales:

la figura 1 provee un diagrama estilizado de un dispositivo medico implantable implantado en el cuerpo de un paciente para suministrar una senal electrica terapeutica a una estructura neural del cuerpo del paciente, de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la presente invencion;

la figura 2 es un diagrama de bloque de un sistema de dispositivo medico que incluye un dispositivo medico implantable y un dispositivo externo para proveer un sistema de manejo de un paciente para el dispositivo medico implantable, de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la presente invencion;

la figura 3 ilustra una senal electrica de ejemplo de una neurona encendida en forma de una grafica de voltaje en una localizacion dada en tiempos particulares en respuesta a la aplicacion de una senal electrica al nervio mediante el neuroestimulador de la figura 2, de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la presente invencion;

las figuras 4A, 4B y 4C ilustran formas de onda de ejemplo para generar las senales electricas para estimular el nervio vago para tratar una condicion medica, de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la presente invencion;

la figura 5 ilustra una representacion en diagrama de flujo de un metodo para tratar una condicion medica;

la figura 6 ilustra una representacion en diagrama de flujo de un metodo alternativo para tratar una condicion medica;

la figura 7 representa una representacion en diagrama de flujo mas detallada de la etapa de llevar a cabo un proceso de deteccion de la figura 6; y

la figura 8 ilustra la sincronizacion de un estallido de estimulo al vago con la onda QRS del ECG de un paciente. Descripcion detallada de realizaciones espedficas

Se describen aqm realizaciones ilustrativas de la invencion. En beneficio de la claridad, no todas las caractensticas de una implementacion real se describen en esta especificacion. En el desarrollo de cualquiera de tales realizaciones reales, deben tomarse numerosas decisiones espedficas de la implementacion para lograr las metas espedficas del diseno, las cuales variaran de una implementacion a otra. Sera evidente que tal esfuerzo de desarrollo, a la vez que posiblemente es complejo y consume tiempo, no obstante seria una rutina abordado por personas de experiencia normal en el arte que tengan el beneficio de esta divulgacion.

Este documento no pretende distinguir entre componentes que difieren en nombre pero no en funcion. En la discusion siguiente y en las reivindicaciones, los terminos “que incluye” y “incluye” se utilizan de una manera abierta,

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y asf debenan ser interpretadas con el significado de “incluyendo, pero no limitandose a”. Tambien el termino “acoplamiento” o “acoplamientos” pretende indicar bien sea una conexion electrica directa o indirecta. “Contacto directo”, “union directa” o suministrar un “acoplamiento directo” indica que una superficie de un primer elemento entra en contacto con la superficie de un segundo elemento sin un medio atenuador sustancial entre ellos. La presencia de cantidades pequenas en sustancias, tales como fluidos corporales que no atenuan sustancialmente las conexiones electricas no vician el contacto directo. La palabra “o” se utiliza en el sentido inclusivo (esto es, “y/o”) a menos que se establezca explfcitamente un uso espedfico al contario.

El termino “electrodo” o “electrodos” descrito aqu puede referirse a uno o mas electrodos de estimulacion (esto es, electrodos para suministrar una senal electrica generada por un IMD a un tejido), electrodos sensores (esto es, electrodos para percibir una indicacion fisiologica de un cuerpo de un paciente), y/o electrodos que son capaces de suministrar una senal de estimulacion, asf como llevar a cabo una funcion de percepcion.

La estimulacion del nervio craneano ha sido propuesta para tratar una serie de condiciones medicas pertinentes a o mediadas por una o mas estructuras del sistema nervioso del cuerpo, incluyendo epilepsia y otros trastornos de movimiento, depresion, trastornos de ansiedad y otros trastornos neurosiquiatricos, demencia, traumas en la cabeza, coma, dolor de cabeza de migrana, obesidad, trastornos de la alimentacion, trastornos del sueno, trastornos cardfacos (tales como fallo cardfaco congestivo y fibrilacion atrial), hipertension, trastornos endocrinos (tales como diabetes e hipoglicemia), y dolor, entre otros. Veanse, por ejemplo, las Patentes de los Estados Unidos Nos. 4,867,164; 5,299,569; 5,269,303; 5,571,150; 5,215,086; 5,188,104; 5,263,480; 6,587,719; 6,609,025; 5,335,657; 6,622,041; 5,916,239; 5,707,400; 5,231,988; y 5,330,515. A pesar de las numerosas condiciones medicas para las cuales la estimulacion del nervio craneano han sido propuestas o sugeridas como opcion de tratamiento, el hecho de que rutas neurales detalladas para muchos (sino todos) nervios craneanos permanecen relativamente desconocidas, predice como diffcil o imposible la eficacia de cualquier condicion medica. Ademas incluso si tales rutas son conocidas, los parametros de estimulacion precisos que modulanan las rutas particulares relevantes a una condicion medica en particular en general no pueden ser predichas.

En una realizacion, la presente divulgacion se relaciona con un metodo para tratar una condicion medica seleccionada del grupo consistente de epilepsia, trastornos neurosiquiatricos (incluyendo pero no limitandose a depresion), trastornos de la alimentacion/obesidad, lesion cerebral traumatica/coma, trastornos de adiccion, demencia, trastornos del sueno, dolor, migrana, trastornos endocrinos/pancreaticos (incluyendo pero no limitandose a diabetes), trastornos de la movilidad, hipertension, fallo cardfaco congestivo/crecimiento capilar cardfaco, trastornos de la audicion, angina, smcope, trastornos de las cuerdas bucales, trastornos de la tiroides, trastornos pulmonares, y trastornos endocrinos reproductivos (incluyendo fertilidad) en un paciente.

La presente invencion se relaciona con la sincronizacion de la estimulacion electrica de un nervio craneano a un evento fisiologico, tal como un punto espedfico en el ciclo cardfaco y/o ciclo respiratorio. La sincronizacion de tales senales de estimulo electrico puede llevarse a cabo, en una realizacion, mediante un sistema de dispositivo medico implantable (IMD). Un sistema IMD puede comprender un dispositivo medico implantable para suministrar una senal electrica terapeutica y percibir/registrar datos, y un dispositivo externo (ED) capaz de programar y/o de operaciones de transferencia de datos con el IMD.

El sistema de dispositivo medico de la presente invencion provee los modulos de software que son capaces de adquirir, almacenar y procesar una o mas forma de datos, tales como datos/parametros de un paciente (por ejemplo, datos fisiologicos tales como frecuencia cardfaca, datos de ciclo cardfaco y datos de ciclos de respiracion, datos de efectos colaterales, datos de actividad cerebral, datos de progresion o regresion de la enfermedad, datos de autoevaluacion, datos caractensticos de ataques, datos de calidad de vida, etc.) y datos de parametros de la terapia. Los parametros de terapia pueden incluir, pero no se limitan a, parametros de la senal electrica que definen las senales electricas terapeuticas suministradas por el dispositivo medico, parametros de medicacion (por ejemplo, dosificaciones, frecuencia de medicacion suministrada al paciente, etc.) y/o cualquier otro parametro de tratamiento terapeutico. En una realizacion alternativa, el termino “parametros de terapia” puede referirse a parametros de senal electrica que definen las senales electricas terapeuticas suministradas por el dispositivo medico. Los parametros de terapia para una senal electrica terapeutica tambien pueden incluir, pero no se limitan a, una serie de pulsos por estallido, un intervalo interpulsos, una duracion del estallido, una amplitud de corriente, una anchura de pulso, una frecuencia de pulso, una senal tiempo de encendido, una senal tiempo de apagado, y/o un ciclo debido.

Aunque no se limita de esa manera, se describe mas adelante un sistema capaz de implementar realizaciones de la presente invencion. La figura 1 representa un dispositivo 100 medico implantable (IMD) estilizado para implementar una o mas realizaciones de la presente invencion. Se provee un generador 110 de senal electrica, que tiene un cuerpo 112 principal, que comprende una carcasa o cubierta con un cabezal 116 para conectar a un ensamblaje 122 de cable electricamente conductor, aislado. El generador 110 es implantado en el pecho del paciente en un bolsillo o cavidad formado por el cirujano que lo implanta justo por debajo de la piel (indicado mediante una lmea 145 punteada), similar al procedimiento de implantacion para un generador de pulsos de un marcapasos.

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Un ensamblaje 125 de electrodo para nervio, que preferiblemente comprende una pluralidad de electrodos que tienen al menos un par de electrodos, es conectado conductivamente al extremo distal del ensamblaje 122 de cable, el cual preferiblemente comprende una pluralidad de alambres de cable (un alambre para cada electrodo). Cada electrodo en el ensamblaje 125 de electrodo puede operar independientemente o alternativamente, puede operar en conjuncion con los otros electrodos. En una realizacion, el ensamblaje 125 de electrodo comprende al menos un catodo y un anodo. En otra realizacion, el ensamblaje de electrodo comprende uno o mas electrodos unipolares.

El ensamblaje 122 de cable esta unido en su extremo proximal a conectores sobre el cabezal 116 del generador 110. El ensamblaje 125 de electrodo puede ser acoplado quirurgicamente a un nervio 127 vago en el cuello del paciente o en otra localizacion, por ejemplo, cerca del diafragma del paciente o en la union de esofago/estomago. Otros nervios craneanos (o adicionales) tales como los nervios trigemino y/o glosofarmgeo tambien pueden ser utilizados para suministrar la senal electrica en realizaciones alternativas particulares. En una realizacion, el ensamblaje 125 de electrodo comprende un par 126, 128 de electrodos estimuladores bipolares (esto es, un catodo y un anodo). Ensamblajes de electrodos adecuados estan disponibles en Cyberonics, Inc., Houston, Texas, Estados Unidos como el ensamblaje de electrodo Modelo 302. Sin embargo, las personas de experiencia en el arte notaran que pueden utilizarse muchos disenos de electrodo en la presente invencion. En una realizacion, los dos electrodos son envueltos alrededor del nervio 127 vago, y el ensamblaje 125 de electrodo puede ser asegurado al nervio 127 vago mediante una atadura 130 de anclaje en espiral tal como la divulgada en la Patente de los Estados Unidos No. 4,979,511 expedida el 25 de diciembre de 1990 a favor de Reese S. Terry, Jr., y asignada al mismo titular en la presente solicitud. El ensamblaje 122 de cable puede ser asegurado, a la vez que retiene la capacidad de flexionarse con el movimiento del pecho y el cuello, mediante una conexion con sutura al tejido cercano (no mostrado).

En algunas realizaciones, el ensamblaje 125 de electrodo puede comprender elementos sensores de la temperatura, elementos sensores de la frecuencia o ciclo cardfaco y/o elementos sensores del ciclo de la respiracion. En una realizacion, el ensamblaje 125 de electrodo comprende un medidor de tension que puede ser utilizado para determinar la inspiracion identificando la expansion del pecho. Al detectar el inicio de la expansion del pecho, el medidor de tension puede detectar el inicio de la inspiracion. El medidor de tension tambien puede detectar la expiracion identificando cuando el pecho se esta contrayendo. Otros sensores para otros parametros corporales tambien pueden ser empleados para provocar la estimulacion activa. La estimulacion tanto pasiva como activa pueden ser combinadas o suministradas mediante un IMD sencillo de acuerdo con la presente invencion. Cualquiera o ambos modos pueden ser apropiados para tratar un paciente espedfico bajo observacion.

En una realizacion, pueden emplearse un ensamblaje 165 de sensor, que comprende un ensamblaje 162 de cable de sensor y un sensor 160 para detectar un parametro corporal del paciente, tal como un parametro relacionado con el ciclo cardfaco del paciente. El sensor 160 puede ser uno o mas cables de electrocardiograma o un monitor de frecuencia cardfaca, entre otros dispositivos de percepcion.

El generador 110 de pulso electrico puede ser programado con un dispositivo externo (ED) tal como un ordenador 150 que utilicen software de programacion conocido en el arte. Puede acoplarse una vara 155 de programacion al ordenador 150 como parte del ED para facilitar la comunicacion por radio frecuencia (RF) entre el ordenador 150 y el generador 110 de pulsos. La vara 155 de programacion y el ordenador 150 permiten la comunicacion no invasiva con el generador 110 despues de que este ultimo es implantado. El sistema en donde el ordenador 150 usa uno o mas canales en los ancho de banda del Servicio de Comunicaciones de Implantes Medicos (MICS), la vara 155 de programacion puede ser omitida para permitir una comunicacion mas conveniente directamente entre el ordenador 150 y el generador 110 de pulsos.

El IMD 100 puede detectar una o mas porciones del ciclo cardfaco del paciente, por ejemplo, ondas P, ondas R, intervalo R,R, complejo QRS, ondas T, etc., o el ciclo PQRST completo. En respuesta a la deteccion de una o mas porciones del ciclo cardfaco, el IMD 100 puede hacer que el generador 110 de pulsos suministre una senal electrica a traves de cables 122 a un nervio craneano tal como un nervio 127 vago en un punto particular durante el ciclo cardfaco. Por ejemplo, un sensor 160, tal como un monitor de frecuencia cardfaca o un conjunto de cables para electrocardiograma (ECG), pueden ser utilizados para detectar la una o mas porciones del ciclo cardfaco del paciente. La porcion detectada del ciclo cardfaco puede ser utilizada entonces para provocar que el generador 110 de pulsos genere la senal electrica terapeutica y aplique la senal al nervio 127 vago.

Un “ciclo cardfaco” aqm se refiere a la actividad electrica del corazon de un paciente que se presenta en el penodo entre la aparicion de las ondas P consecutivas. Esta actividad puede ser medida y analizada mediante un electrocardiograma (ECG). El ciclo comienza con la onda P, la cual corresponde a la despolarizacion electrica del atrio del corazon. Como es sabido, un electrocardiograma exhibe una onda P, un complejo QRS, y una onda T, y en algunos pacientes tambien pueden exhibir una onda U. Una lmea base isoelectrica sigue desde el extremo de la onda T o U hasta la aparicion de la siguiente onda P con el siguiente latido del corazon del paciente.

De acuerdo con un aspecto de la presente divulgacion, se aplican estallidos convencionales y/o microestallidos de

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pulsos electricos que comprenden una senal electrica al nervio vago en sincronizacion con una o mas porciones del ciclo cardiaco. En una realizacion, la senal electrica es sincronizada con la onda R de un ciclo cardfaco del paciente. En otra realizacion, la senal es sincronizada con el complejo QRS. En una realizacion adicional, la senal es sincronizada adicionalmente con el ciclo de respiracion del paciente. En una realizacion todavfa adicional, la senal electrica terapeutica es sincronizada tanto con una porcion del ciclo cardfaco del paciente como el ciclo de respiracion del paciente. La sincronizacion de la aplicacion de la senal electrica terapeutica con los ciclos cardfaco y/o de respiracion del paciente permite que el IMD aumente la actividad aferente del vago endogena relacionada con el musculo cardfaco y/o la respiracion con la senal electrica exogena. En una realizacion, como se ilustra en la figura 8, el estallido de la neuroestimulacion es provocado por la onda R del ECG despues de un penodo de retraso, el cual comprende un intervalo de tiempo predeterminado o aleatorio que puede variar, por ejemplo, de 10-800 mseg despues de la deteccion de la onda R. En otra realizacion, la senal electrica terapeutica es aplicada al nervio vago despues de un intervalo de tiempo predeterminado o aleatorio, por ejemplo, ~10-1000 mseg despues del inicio de la inspiracion por el paciente. En una realizacion adicional, el IMD 100 aplica una senal electrica a un nervio craneano, tal como un nervio 127 vago, comenzando en un punto desde aproximadamente 10 mseg a aproximadamente 800 mseg despues de una onda R del ECG del paciente cuando el paciente esta inspirando. Sin estar limitados por la teona, se considera que la sincronizacion de la aplicacion de la senal electrica terapeutica exogena al nervio vago con la deteccion de la onda R del ciclo cardfaco del paciente y/o el inicio de la inspiracion por parte del paciente puede incrementar la eficacia de la terapia de neuroestimulacion conllevando la senal exogena con la facilitacion dclica exogena de las rutas aferentes centrales del vago.

En una realizacion, se aplica una primera senal electrica en sincroma con los ciclos cardfaco y/o respiratorio del paciente, como se describio mas arriba, y se aplica una segunda senal electrica sin referencia al ciclo fisiologico del paciente, en donde la segunda senal electrica difiere de la primera en al menos un parametro seleccionado del grupo consistente de duracion de un estallido, una serie de pulsos por estallido, un intervalo interpulsos, un penodo interestallido, una magnitud de corriente, una frecuencia de pulso, una anchura de senal, un tiempo de encendido y un tiempo de apagado.

En otra realizacion, la sincronizacion de la senal electrica exogena comprende adicionalmente no suministrar la senal exogena durante penodos en la mitad opuesta de los ciclos cardfaco y/o respiratorios debidos, cuando las rutas centrales estan inhibidas. De nuevo sin estar limitados por la teona, se considera que las senales de neuroestimulacion aplicadas asincronicamente en otras porciones de los ciclos cardfaco y/o respiratorio pueden ser menos efectivas puesto que las senales endogenas en aquellas porciones de los ciclos cardfaco y/o respiratorio son menos significativas, en terminos de su contenido de informacion, para modular aquellas porciones del cerebro relevantes a los mecanismos de homeostasis implicados en las condiciones medicas tales como epilepsia y depresion, entre otras. Asf, al menos una porcion de la senal electrica exogena en algoritmos de estimulacion convencionales puede ser irrelevante terapeuticamente, o incluso contraproducente.

De acuerdo con lo anterior, en una realizacion, se aplica el estallido o microestallido de senal electrica terapeutica al nervio craneano, tal como el nervio 127 vago, despues de un penodo de retardo de, por ejemplo, ~10-800 mseg despues de la deteccion de la onda R, y no se aplica senal durante las porciones restantes de uno o mas ciclos cardfacos subsiguientes. En otra realizacion, la senal electrica terapeutica es aplicada al nervio vago despues de un penodo de retardo de ~10-1000 mseg despues del inicio de la inspiracion, por parte del paciente, y no se aplica senal al nervio durante las porciones remanentes del ciclo de respiracion. En todavfa otra realizacion, la senal electrica terapeutica es aplicada al nervio vago despues de un penodo de retardo despues de la deteccion de la onda R solamente si el paciente esta inspirando, y de otra forma no se aplica senal al nervio vago.

Una frecuencia cardfaca del paciente puede variar debido a una serie de razones, incluyendo variaciones en el nivel de actividad (por ejemplo, ejercicio u otra ejercitacion), variaciones en el estado emocional, o variaciones en la respiracion, entre otros. En pacientes en general saludables, se observa una variabilidad en la frecuencia cardiaca (HRV) de aproximadamente 0.15 Hz a aproximadamente 0.4 Hz con la respiracion (aliento), con incrementos en la frecuencia cardfaca durante la inspiracion (inhalacion) y descenso durante la expiracion (exhalacion). La HRV puede disminuir o incrementarse grandemente durante la meditacion, y puede incrementarse mediante la practica de respiracion lenta pausada. Los observadores han notado una correlacion entre la HRV relacionada con la respiracion de aproximadamente 0.15 Hz hasta aproximadamente 0.4 Hz y la salud ffsica, incluyendo una funcion inmune mayor, incidencia menor de la arritmia cardfaca, y una mayor prevalencia de estados emocionales comunmente preferidos (por ejemplo, mas “felicidad” y menos “tristeza”) con respecto a personas que tienen una HRV relacionada con la respiracion por debajo de 0.15 Hz. Consecuentemente, pude ser beneficioso para el paciente comenzar una respiracion pausada durante el estallido de pulsos. Adicionalmente, puede mejorar la eficacia de la senal electrica exogena si los pulsos son provocados mientras el paciente esta llevando a cabo una respiracion pausada. Los efectos beneficiosos de la respiracion pausada acoplados con aspectos terapeuticos de los microestallidos pueden incrementar la eficacia de la estimulacion. La HRV relacionada con la respiracion puede ser determinada monitorizando la frecuencia cardfaca o una electrocardiograffa y calculando intervalos entre los latidos del corazon o puntos particulares en ciclos cardfacos consecutivos, tales como las ondas R consecutivas. Las variaciones en HRV pueden ser utilizadas para indicar penodos en los cuales el intervalo R-R esta disminuyendo (correspondientes a la inspiracion a medida que la frecuencia cardfaca se acelera, reduciendo asf la duracion del intervalo R-R con

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respecto al intervalo R-R previo) o incrementandose (correspondiente a la expiracion a medida que la frecuencia cardfaca se desacelera, incrementando as^ la duracion del intervalo R-R con respecto al intervalo R-R previo). Alternativamente, el sistema IMD 100 puede detectar el componente de alta frecuencia (0.18-0.4 Hz) del espectro de potencia de HRV para determinar cuando ocurre la inspiracion. Sera evidente que pueden utilizarse diferentes tecnicas para detectar los ciclos cardfaco y de respiracion, incluyendo sensores separados para la frecuencia cardfaca y de respiracion, y que todas tales tecnicas estan dentro del alcance de la presente invencion.

En una realizacion, la IMD 100 aplica una senal electrica terapeutica al nervio craneano, tal como el nervio 127 vago, en un punto en el ciclo cardfaco correlacionado con una conduccion aferente incrementada sobre el nervio craneano, tal como el nervio 127 vago. Esto puede hacerse percibiendo la actividad electrica sobre el nervio vago e iniciando la senal electrica terapeutica cuando se incrementa la actividad electrica. Sin estar limitados por la teona, puesto que se considera que la actividad electrica incrementada corresponde con la inspiracion y/o porciones apropiadas del ciclo cardfaco, tal tecnica podna dar como resultado el suplemento de la actividad del nervio vago central endogeno con respecto a la condicion medica del paciente con la senal electrica exogena terapeutica.

En una realizacion, la IMD 100 aplica una senal electrica al nervio craneano, tal como el nervio 127 vago, en un punto del ciclo cardfaco cuando al aplicar la senal se incrementa la variabilidad de frecuencia cardfaca. En una realizacion adicional, la IMD 100 aplica una senal electrica al nervio craneano, tal como el nervio 127 vago comenzando en un punto de aproximadamente 10 mseg hasta aproximadamente 800 mseg despues de una onda R del ECG del paciente durante la expiracion (exhalacion) por parte del paciente.

En una realizacion, la IMD 100 no aplica una senal electrica al nervio craneano, tal como el nervio 127 vago, en un punto durante el ciclo cardfaco correlacionado con la conduccion eferente incrementada sobre el nervio craneano.

En una realizacion, la estimulacion puede ser aplicada para generar actividad electrica eferente sobre el nervio, la cual se refiere a senales que viajan sobre un nervio en una direccion alejada del sistema nervioso central. En otra realizacion, puede emplearse un tipo “de bloqueo” de senal electrica utilizando la IMD 100, de tal manera que se evita que la actividad electrica tanto aferente como eferente sobre el nervio viaje adicionalmente. Asf, la IMD 100 puede operar para “silenciar” el nervio vago.

Adicionalmente, o alternativamente, tambien puede llevarse a cabo la estimulacion eferente, en donde las fibras aferentes son estimuladas mientras que las fibras eferentes no son estimuladas o son bloqueadas. La estimulacion aferente puede ser especialmente potente en momentos en que el nervio conduce un numero relativamente grande de senales aferentes. Para el nervio vago, un ejemplo de tal tiempo es aproximadamente 10 mseg hasta aproximadamente 800 mseg despues de la onda R del ciclo cardfaco.

Ademas de las senales electricas para generar la actividad electrica eferente o aferente sobre el nervio, el tipo de bloqueo de la estimulacion descrito mas arriba tambien puede ser aplicado al nervio. El bloqueo eferente puede ser realizado potenciando la hiperpolarizacion de una senal de estimulacion, tal como se describe mas adelante. Realizaciones de la presente invencion pueden emplear la IMD 100 para llevar a cabo estimulacion aferente o eferente en combinacion con el bloqueo de senal, con el fin de tratar condiciones medicas. Utilizando la estimulacion de la IMD 100, pueden inhibirse porciones del nervio craneano de tal forma que se alcanza ese bloqueo de los potenciales de accion, en donde las diversas porciones del nervio craneano tambien pueden ser estimuladas para afectar un mecanismo en el cuerpo del paciente.

El tratamiento de estimulacion electrica descrito aqrn puede ser utilizado para tratar una condicion medica separadamente, o en combinacion con otro tipo de tratamiento. Por ejemplo, el tratamiento de estimulacion electrica puede ser aplicado en combinacion con un agente qmmico tal como diversos farmacos, para tratar diversas condiciones medicas. Por lo tanto, diversos farmacos pueden ser tomados por un paciente, en donde los efectos de estos farmacos pueden ser potenciados proveyendo estimulacion electrica a diversas porciones de los nervios descritos aqrn con el fin de tratar condiciones medicas. Adicionalmente, la estimulacion electrica puede ser llevada a cabo en combinacion con tratamientos relacionados con un agente biologico o qmmico. Por lo tanto, la terapia con farmacos puede ser potenciada por la aplicacion de la estimulacion provista por la IMD 100. El tratamiento con estimulacion electrica tambien puede ser llevado a cabo en combinacion con otros tipos de tratamientos, tal como un tratamiento de estimulacion magnetica transcraneano (TMS). Combinando la estimulacion electrica con los tratamientos qmmicos, magneticos o biologicos, pueden reducirse los efectos colaterales asociados con ciertos farmacos o agentes biologicos.

Regresando ahora a la figura 2, se provee una representacion en diagrama de bloque de la IMD 200 de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la presente invencion. La IMD 200 (tal como el generador 110 de la figura 1) puede comprender un controlador 210 capaz de controlar diversos aspectos de la operacion de la IMD 200. El controlador 210 es capaz de recibir datos internos o datos externos y hacer que una unidad 220 de estimulacion genere y suministre una senal electrica a tejidos objetivo del cuerpo del paciente para tratar una condicion medica. Por ejemplo, el controlador 210 puede recibir instrucciones manuales de un operador externamente, o puede hacer que

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la senal electrica sea generada y suministrada con base en calculos y programacion internos. El controlador 210 es capaz de afectar sustancialmente todas las funciones de la IMD 200.

El controlador 210 puede comprender diversos componentes, tales como un procesador 215, una memoria 217, etc. El procesador 215 puede comprender uno o mas microcontroladores, microprocesadores, etc., capaces de llevar a cabo diversas ejecuciones de los componentes del software. La memoria 217 puede comprender diversas porciones de memoria en donde puede almacenarse una serie de tipos de datos (por ejemplo, datos internos, instrucciones de datos externos, codigos de software, datos de estado, datos de diagnostico, etc. La memoria 217 puede comprender una o mas de memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria de acceso aleatorio dinamica (DRAM), memoria de lectura solamente programable y eliminable electricamente (EEPROM), memoria instantanea, etc.

La IMD 200 tambien puede comprender una unidad 220 de estimulacion capaz de generar y suministrar senales electricas a uno o mas electrodos a traves de cables. Un ensamblaje de cable tal como el ensamblaje 122 de cable (figura 1) puede ser acoplado a la IMD 200. La terapia puede ser suministrada a los cables que comprende el ensamblaje 122 de cable mediante la unidad 220 de estimulacion con base en instrucciones del controlador 210. La unidad 220 de estimulacion puede comprender diversos circuitos, tales como generadores de senal electrica, circuitena de control de impedancia para controlar la impedancia “vista” por los cables, y otra circuitena que recibe instrucciones relativas al suministro de la senal electrica al tejido. La unidad 220 de estimulacion es capaz de suministrar una senal electrica sobre los cables que comprenden el ensamblaje 122 de cable.

La IMD 200 puede comprender tambien el suministro 230 de poder. El suministro 230 de poder puede comprender una batena, reguladores de voltaje, capacitores, etc., para proveer potencia para la operacion de la IMD 200, incluyendo administrar la senal electrica terapeutica. El suministro 230 de poder comprende una fuente de poder que en algunas realizaciones puede ser recargable. En otras realizaciones, puede utilizarse una fuente de poder no recargable. El suministro 230 de poder provee potencia para la operacion de la IMD 200, incluyendo operaciones electronicas y la generacion de senal electrica y funciones de suministro. El suministro 230 de poder puede comprender una celda de litio/cloruro de tionilo o una celda de litio/monofluoruro de carbono (LiCFx). Pueden utilizarse tambien otros tipos de batena conocidos en el arte de los dispositivos medicos implantables.

La IMD 200 tambien puede comprender una unidad 260 de comunicacion capaz de facilitar comunicaciones entre la IMD 200 y diversos dispositivos. En particular, la unidad 260 de comunicacion es capaz de proveer transmision y recepcion de senales electronicas a y desde una unidad 270 externa, tal como un ordenador 150 y una vara 155 que pueden comprender una ED (figura 1). La unidad 260 de comunicacion puede comprender hardware, software, firmware o cualquier combinacion de los mismos.

La IMD 200 tambien puede comprender una unidad 295 de deteccion que es capaz de detectar diversos parametros del paciente. Por ejemplo, la unidad 295 de deteccion puede comprender hardware, software o firmware que es capaz de obtener y/o analizar datos relativos a uno o mas parametros corporales del paciente, tal como frecuencia cardfaca, datos de ciclo cardfaco, y/o datos de ciclo respiratorio. Con base en los datos obtenidos por la unidad 295 de deteccion, la IMD 200 puede suministrar la senal electrica a una porcion del nervio vago para tratar epilepsia, depresion u otras condiciones medicas. En una realizacion, la unidad 295 de deteccion puede ser capaz de detectar una respuesta de retroalimentacion desde el paciente. La respuesta de retroalimentacion puede incluir una entrada de senal magnetica, una entrada de golpeteo, una entrada de datos inalambrica a la IMD 200, etc. La retroalimentacion puede ser indicativa de un dolor y/o un umbral perjudicial, en donde el umbral puede ser el lfmite de tolerancia de incomodidad para un paciente en particular. El termino “parametros del paciente” puede referirse, pero no se limita a, diversos parametros corporales, los cuales en algunas realizaciones pueden involucrar sensores acoplados a la IMD 200.

En otra realizacion, la unidad 295 de deteccion puede comprender hardware, software o firmware que es capaz de obtener y/o analizar datos relacionados con uno o mas parametros corporales del ciclo cardfaco del paciente. Con base en los datos obtenidos por la unidad 295 de deteccion, la IMD 200 puede suministrar la senal electrica a una porcion del nervio vago en uno o mas puntos particulares en el ciclo cardfaco para tratar epilepsia, depresion u otras condiciones medicas.

La unidad 270 externa puede ser una ED que es capaz de programar parametros de senal electrica de la IMD 200. En una realizacion, la unidad 270 externa es un sistema de ordenador capaz de ejecutar un programa de adquisicion de datos. La unidad 270 externa puede ser controlada por un proveedor de cuidados de salud, tal como un medico, en una estacion de base, por ejemplo, en el consultorio de un doctor. En realizaciones alternativas, la unidad 270 externa puede ser controlada por un paciente en un sistema que provee menos control sobre la operacion del IMD 200 que otra unidad 270 externa controlada por un proveedor de cuidados de salud. Si es controlado por el paciente o por un proveedor de cuidados de salud, la unidad 270 externa puede ser un ordenador, preferiblemente un ordenador de mano o PDA, pero puede comprender alternativamente cualquier otro dispositivo que sea capaz de comunicaciones electronicas y programacion, por ejemplo, un sistema de ordenador de mano, un sistema de ordenador PC, un sistema de ordenador portatil, un servidor, un asistente digital personal (PDA), un sistema de

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ordenador basado en Apple, etc. La unidad 270 externa puede descargar diversos parametros y programar software en el IMD 200 para programar la operacion del IMD, y puede tambien recibir y cargar diversas condiciones de estatus y otros datos desde la IMD 200. Las comunicaciones entre la unidad 270 externa y la unidad 260 de comunicacion en la IMD 200 pueden ocurrir a traves de una comunicacion inalambrica o de cualquier otro tipo, representada en general por la lmea 277 en las figuras 2A y 2B. Esto puede ocurrir utilizando, por ejemplo, la vara 155 (figura 1) para comunicarse por energfa RF con un generador 110. Alternativamente, la vara puede ser omitida en algunos sistemas, por ejemplo, sistemas en los cuales la unidad 270 externa opera en los anchos de banda MICS.

En una realizacion la unidad 270 externa puede comprender una unidad 255 de base de datos locales. Opcional o alternativamente, la unidad 270 externa tambien puede estar acoplada a una unidad 250 de base de datos, la cual puede estar separada de la unidad 270 externa (por ejemplo, una base de datos centralizada enlazada por via inalambrica con una unidad 270 externa de mano). La unidad 250 de base de datos y/o la unidad 255 de base de datos son capaces de almacenar diversos datos del paciente. Estos datos pueden comprender datos de parametro del paciente adquiridos a partir del cuerpo de un paciente y/o datos de parametros de terapia. La unidad 250 de base de datos y/o la unidad 255 de base de datos local pueden comprender datos para una pluralidad de pacientes, y pueden ser organizados y almacenados en una variedad de maneras, tal como en un formato de fechas, formato de severidad de la enfermedad, etc. La unidad 250 de base de datos y/o la unidad 255 de base de datos local pueden ser bases de datos relacionales en una realizacion. Un medico puede llevar a cabo diversas funciones de manejo de pacientes utilizando la unidad 270 externa, la cual puede incluir obtener y/o analizar datos de la IMD 200 y/o datos de la unidad 250 de base de datos y/o la unidad 255 de base de datos local. La unidad 250 de base de datos y/o la unidad 255 de base de datos local pueden almacenar diversos datos de pacientes tales como datos de la frecuencia cardfaca, datos del ciclo cardfaco (tales como datos de intervalo de R-R), informacion del ciclo respiratorio, etc.

Uno o mas de los bloques ilustrados en el diagrama de bloque de la IMD 200 en la figura 2, pueden comprender unidades de hardware, unidades de software, unidades de firmware, o cualquier combinacion de los mismos. Adicionalmente, uno o mas bloques ilustrados en la figura 2 pueden ser combinados con otros bloques, los cuales pueden representar unidades de hardware del circuito, algoritmos de software, etc. Adicionalmente, cualquier numero de la circuitena o unidades de software asociados con los diversos bloques ilustrados en la figura 2 pueden ser combinados en un dispositivo programable, tal como el arreglo de portales programables de campo, un dispositivo ASIC, etc.

La figura 3 provee una representacion estilizada de una senal electrica de ejemplo de una neurona encendida como una grafica de voltaje en un punto dado sobre el nervio en momentos particulares durante la propagacion de un potencial de accion a lo largo del nervio, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. Una neurona tfpica tiene un potencial de membrana en reposo de aproximadamente -70 mV, mantenido por protemas del canal de iones transmembrana. Cuando una porcion de la neurona alcanza un umbral de encendido de aproximadamente -55 mV, las protemas del canal de iones en la ubicacion permiten el ingreso rapido de iones sodio extracelulares, los cuales despolarizan la membrana a aproximadamente +30 mV. La onda de despolarizacion se propaga entonces a lo largo de la neurona. Despues de la despolarizacion en una localizacion dada, los canales de iones potasio se abren para permitir que los iones potasio intracelulares salgan de la celula, haciendo disminuir el potencial de membrana a aproximadamente -80 mV (hiperpolarizacion). Se requiere aproximadamente 1 mseg para que las protemas de la transmembrana regresen los iones sodio y potasio a sus concentraciones intra y extracelulares de partida y permitan que ocurra un potencial de accion subsiguiente.

Con referencia de nuevo a la figura 1, la IMD 100 puede generar una senal electrica pulsada en realizaciones de la presente invencion para aplicacion a un nervio craneano tal como un nervio 127 vago de acuerdo con uno o mas parametros programados. En una realizacion, la senal electrica puede ser una senal electrica terapeutica convencional para el nervio vago definida por una pluralidad de parametros tales como magnitud de corriente, anchura de pulso, frecuencia, tiempo de encendido y tiempo de apagado. En otra realizacion, la senal electrica puede ser una senal microestallido definida por una pluralidad de parametros tales como un penodo interestallido, una serie de un numero de pulsos por estallido, un intervalo interpulsos, una duracion de estallido, una magnitud de corriente, una anchura de pulso, un tiempo de encendido y un tiempo de apagado. En aun otra realizacion, la senal electrica puede comprender un primer penodo en el cual las senales electricas terapeuticas convencionales para nervio vago son aplicadas al nervio, y un segundo penodo de tiempo en el cual las senales electricas microestallido se aplican al nervio. En todavfa una realizacion adicional, las senales convencionales y de microestallido son alternadas con un tiempo de apagado definido en un tiempo de encendido convencional y un tiempo de encendido de microestallido. Asf un estallido de 30 segundos de una senal VNS convencional puede ser seguido por 5 minutos de tiempo de apagado, seguido por un penodo de 1 minuto de estimulacion por microestallido, seguido por un tiempo de apagado de 5 minutos, despues del cual el proceso se repite asf mismo.

Formas de onda de pulso de ejemplo de acuerdo con una realizacion de la presente invencion se muestran en las figuras 4A-4C. Las formas de pulso en las senales electricas de acuerdo con la presente invencion pueden incluir

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una variedad de formas conocidas en el arte incluyendo ondas cuadradas, pulsos bifasicos (incluyendo pulsos bifasicos activos y pasivos balanceados en cargas), formas de onda trifasicas, etc. En una realizacion, los pulsos comprenden una forma de onda bifasica, cuadrada en la cual la segunda fase es una fase de balance de carga de la polaridad opuesta a la primera fase.

Ademas de los penodos tiempo de apagado programados o aleatorios convencionales (y si se aplica estimulacion convencional o por microestallido), la duracion de un penodo de “tiempo de apagado” en realizaciones de la presente invencion puede ser variada con cambios en el ciclo cardfaco del paciente. En una realizacion, el “tiempo de apagado” comienza a aproximadamente 10 mseg hasta aproximadamente 800 mseg despues de la aparicion de la onda R de un ciclo cardfaco del paciente y termina con la aparicion de la onda R de un ciclo cardfaco posterior del paciente, tal como el siguiente ciclo cardfaco.

En una realizacion, la presente divulgacion puede incluir el acoplamiento de al menos un electrodo a cada uno de dos o mas nervios craneanos. (En este contexto, dos o mas nervios craneanos significan dos o mas nervios que tienen diferentes nombres o designaciones numericas, y no se refieren a las versiones izquierda y derecha de un nervio particular). En una realizacion, al menos un electrodo puede ser acoplado a cada uno de los nervios 127 vagos o una ramificacion de cualquier nervio vago. El termino “operativamente” acoplado puede incluir acoplamiento directo o indirecto. Cada uno de los nervios en esta realizacion u otras que involucren dos o mas nervios craneanos pueden estimularse de acuerdo con modalidades de activacion particulares que pueden ser independientes entre los dos nervios.

Otra modalidad de activacion para la estimulacion es programar la salida del IMD 100 a la amplitud maxima que el paciente puede tolerar. La estimulacion puede ser cfclica para encendido y apagado durante un penodo predeterminado de tiempo seguida por un intervalo relativamente largo sin estimulacion. Cuando el sistema de estimulacion del nervio craneano es completamente externo al cuerpo del paciente, pueden necesitarse amplitudes de corriente mas altas para superar la atenuacion resultante de la ausencia de contacto directo con el nervio craneano y la impedancia adicional de la piel del paciente. Aunque los sistemas externos requieren tfpicamente un consumo de energfa mayor que los implantables, tienen la ventaja de que sus batenas pueden ser reemplazadas sin cirugfa.

Regresando a los sistemas para proveer estimulacion del nervio craneano, tales como el mostrado en las figuras 1 y 2, la estimulacion puede proveerse en modalidades tanto sin retroalimentacion como con retroalimentacion. Cuando se provee la estimulacion del nervio craneano con base solamente en tiempo de apagados y tiempo de encendidos programados, la estimulacion puede denominarse como pasiva, inactiva, o estimulacion sin retroalimentacion. En contraste, la estimulacion puede ser provocada por uno o mas ciclos de retroalimentacion de acuerdo con cambios en el cuerpo o mente del paciente. Esta estimulacion puede denominarse como estimulacion en circuito de retroalimentacion. En una realizacion, la estimulacion en circuito de retroalimentacion puede ser una estimulacion provocada manualmente, en la cual el paciente produce la activacion de un estallido de pulso por fuera del ciclo tiempo de encendido/tiempo de apagado programado. El paciente puede activar manualmente la IMD 100 para estimular el nervio 127 vago para tratar un episodio agudo de una condicion medica. Al paciente tambien puede permitfrsele alterar la intensidad de las senales aplicadas al nervio craneano dentro de lfmites establecidos por el medico.

La activacion por parte del paciente de una IMD 100 puede involucrar el uso de un magneto de control externo para operar un conmutador de lengueta en un dispositivo implantado, por ejemplo. Algunas otras tecnicas para la activacion manual y automatica de dispositivos medicos implantables se divulgan en la Patente de los Estados Unidos No. 5,304,206 de Baker, Jr., et al., asignado al mismo titular que la presente solicitud (“la Patente 206”). De acuerdo con la Patente 206, los medios para activar o desactivar manualmente el generador 110 de senal electrica pueden incluir un sensor tal como un elemento piezoelectrico montado sobre la superficie interna de la carcasa del generador y adaptado para detectar golpes de luz por parte del paciente en el sitio del implante. Uno o mas golpes aplicados en secuencia rapida a la piel por encima de la localizacion del generador 110 de senal electrica en el cuerpo del paciente pueden programarse en el dispositivo 100 medico implantado como una senal para activacion del generador 110 de senal electrica. Dos golpes separados por una duracion ligeramente mayor de tiempo pueden programarse en la IMD 100 para indicar un deseo de desactivar el generador 110 de senal electrica, por ejemplo. Al paciente puede darsele control limitado sobre la operacion del dispositivo hasta un nivel que puede ser determinado por el programa dictado o introducido por el medico tratante. El paciente tambien puede activar la IMD 100 utilizando otras tecnicas o aparatos adecuados.

En algunas realizaciones, los sistemas de estimulacion de retroalimentacion diferentes a la estimulacion iniciada manualmente pueden ser utilizados en la presente invencion. Un sistema de estimulacion del nervio craneano puede incluir un cable de percepcion acoplado en su extremo proximal a un cabezal a lo largo de un cable de estimulacion y ensamblajes de electrodo. Puede acoplarse un sensor al extremo distal del cable sensor. El sensor puede incluir un sensor de ciclo cardfaco. El sensor puede incluir tambien un sensor de nervio para percibir la actividad sobre un nervio, tal como un nervio craneano, tal como el nervio 127 vago.

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En una realizacion, el sensor puede percibir un parametro corporal que corresponde a un smtoma de una condicion medica. Si el sensor se va a utilizar para detectar un smtoma de la condicion medica, puede incorporarse un circuito para analisis de senal en la IMD 100 para procesar y analizar senales del sensor. Al detectar el smtoma de la condicion medica, la senal digital procesada puede ser suministrada a un microprocesador en la IMD 100 para provocar la aplicacion de la senal electrica al nervio craneano, tal como el nervio 127 vago. En otra realizacion, la deteccion de un smtoma de interes puede disparar un programa de estimulacion que incluye diferentes parametros de estimulacion desde un programa de estimulacion pasivo. Esto puede conllevar el proveer una senal de estimulacion de corriente mas alta o proveer una relacion mas alta de tiempo de encendido con respecto a tiempo de apagado.

Regresando ahora a la figura 5, se provee una representacion en diagrama de flujo de un metodo para tratar una condicion medica, de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la presente invencion. Un electrodo puede ser acoplado a una porcion de un nervio craneano para llevar a cabo una funcion de estimulacion o una funcion de bloqueo para tratar una condicion medica. En una realizacion, pueden posicionarse uno o mas electrodos en contacto electrico o proximal a una porcion del nervio craneano para suministrar una senal de estimulacion a la porcion del nervio craneano (bloque 710). Los electrodos pueden estar acoplados operativamente a al menos uno del tronco principal del nervio vago derecho o izquierdo, o cualquier reivindicacion de los mismos. La IMD 100 puede generar entonces una senal electrica controlada, con base en una o mas caractensticas relacionadas con las condiciones medicas del paciente (bloque 720). Esto puede incluir una senal electrica predeterminada que es preprogramada con base en una condicion particular de un paciente. El termino “condicion medica” puede incluir epilepsia o depresion, entre otras. Por ejemplo, un medico puede preprogramar el tipo de estimulacion que va a proveer (por ejemplo, estimulacion convencional, estimulacion por microestallido, o una combinacion de estimulacion convencional/microestallido) con el fin de tratar el paciente con base en la condicion medica del paciente. La IMD 100 puede generar entonces una senal, tal como una senal de pulso de corriente controlada para afectar una o mas porciones del sistema neurologico de un paciente.

La IMD 100 puede entonces suministrar la senal de estimulacion a la porcion del nervio craneano (bloque 730). La aplicacion de la senal electrica puede ser suministrada al tronco principal del nervio vago derecho o izquierdo, o a cualquier ramificacion del mismo. En una realizacion, la aplicacion de la senal de estimulacion puede ser disenada para generar actividad electrica aferente sobre el nervio 127 vago. Adicionalmente, la estimulacion por la IMD 100 puede reducir incidentes o smtomas que se relacionan con una condicion medica. La aplicacion de la senal de estimulacion puede ser controlada de tal manera que la senal es aplicada durante penodos del ciclo cardfaco con relacionados con el trafico aferente incrementado sobre el nervio craneano.

En otras realizaciones, la aplicacion de la senal de estimulacion puede ser disenada para promover un efecto de bloqueo relativo con una senal que esta siendo enviada desde el cerebro, para tratar la condicion medica. Esto puede lograrse suministrando un tipo particular de senal electrica controlada, tal como una senal de corriente controlada al nervio craneano. En aun otra realizacion, las fibras aferentes tambien pueden ser estimuladas en combinacion con un bloqueo eferente para tratar una condicion medica.

Pueden emplearse alternativamente funciones adicionales, tales como un proceso de deteccion con la realizacion de la presente invencion. El proceso de deteccion puede ser empleado de tal forma que puede utilizarse una deteccion externa o una deteccion interna de una funcion corporal para ajustar la operacion de la IMD 100.

Con relacion ahora a la figura 6, se ilustra una representacion en diagrama de bloque de un metodo de acuerdo con una realizacion alternativa de la presente invencion. La IMD 100 puede llevar a cabo un proceso de deteccion, el cual puede incluir verificar una base de datos para datos fisiologicos, tales como datos indicativos del ciclo cardfaco del paciente (bloque 810). Los datos de la base de datos pueden ser utilizados para determinar la temporizacion de la administracion de la senales de estimulacion, por ejemplo, la temporizacion de la administracion con base en el ciclo cardfaco del paciente. El proceso de deteccion puede abarcar detectar una variedad de tipos de caractensticas del ciclo cardfaco del paciente. En una descripcion mas detallada de las etapas para llevar a cabo el proceso de deteccion se provee en la figura 7, y la descripcion acompanante que sigue. Al llevar a cabo el proceso de deteccion, la IMD 100 puede determinar si un punto apropiado en el ciclo cardfaco ha sido alcanzado (bloque 820). Al determinar que un punto apropiado en el ciclo cardfaco no ha sido alcanzado, el proceso de deteccion continua (bloque 830).

Al determinar que se ha alcanzado un tiempo apropiado en el ciclo cardfaco, se hace una determinacion en cuanto al tipo de estimulacion con base en los datos relacionados con la condicion medica (bloque 840). El tipo de estimulacion puede determinarse en una variedad de maneras, por ejemplo llevando a cabo una busqueda en una tabla de busqueda que puede ser almacenada en la memoria 217. Alternativamente, el tipo de estimulacion puede ser determinado mediante una entrada desde una fuente externa, tal como una unidad 270 externa o una entrada desde el paciente. Adicionalmente, la determinacion del tipo de estimulacion puede incluir la determinacion de la localizacion en cuanto a donde debe administrarse la estimulacion. De acuerdo con lo anterior, se hace la seleccion de los electrodos particulares, los cuales pueden ser usados para administrar la senal de estimulacion.

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Al determinar el tipo de estimulacion que se va a administer, la IMD 100 lleva a cabo la estimulacion aplicando la senal electrica a uno o mas electrodos seleccionados (bloque 850). Al administrar la estimulacion, la IMD 100 puede monitorizar, almacenar o computar los resultados de la estimulacion (bloque 860). Por ejemplo, con base en el calculo, puede hacerse una determinacion del ajuste al tipo de senal que va a ser suministrada para estimulacion. Adicionalmente, los calculos pueden reflejar la necesidad de suministrar una estimulacion adicional. Adicionalmente, los datos relacionados con los resultados de la estimulacion pueden ser almacenados en la memoria 217 para extraccion posterior o analisis adicional. Tambien, en una realizacion, pueden proveerse comunicaciones en tiempo real o casi en tiempo real para comunicar el resultado de la estimulacion o la entrada de estimulacion a una unidad 270 externa.

Con relacion ahora a la figura 7, se ilustra una representacion de un diagrama de bloques mas detallado de una realizacion particular de la etapa de llevar a cabo el proceso de deteccion del bloque 810 en la figura 6. El sistema 100 puede monitorizar una o mas senales relacionadas con el ciclo cardfaco del paciente (bloque 910). Esta deteccion puede hacerse mediante sensores residentes dentro del cuerpo humano, los cuales pueden estar acoplados operativamente a la IMD 100. En una realizacion particular, los sensores pueden estar localizados en la IMD 100. En otra realizacion, estas senales pueden ser detectadas por medios externos y pueden ser provistas a la IMD 100 desde un dispositivo externo a traves de la unidad 260 de comunicacion.

Al adquirir diversas senales, puede llevarse a cabo una comparacion entre los datos relacionados con las senales en tiempo real o los datos fisiologicos almacenados con respecto a datos predeterminados y/o almacenados (bloque 920). Por ejemplo, puede compararse un ECG con diversos ECG de base para determinar si se ha alcanzado una porcion del ciclo cardfaco correlacionada con una conduccion del nervio vago aferente incrementada. Con base en la comparacion de los datos recolectados con umbrales almacenados, teoricos, la IMD 100 puede determinar si se ha alcanzado un tiempo apropiado para comenzar un tiempo de encendido (esto es, un tiempo para aplicar la senal electrica al nervia craneano) (bloque 930). Con base en la determinacion descrita en la figura 7, la iMd 100 puede continuar la determinacion de sf la condicion medica es suficientemente significativa para llevar a cabo el tratamiento, como se describe en la figura 6.

Adicionalmente, dispositivos externos pueden llevar a cabo tal calculo y comunicar los resultados o instrucciones acompanantes a la IMD 100. La IMD 100 puede determinar tambien los nervios craneanos espedficos, o la localizacion o ramificaciones de los nervios, para estimular. La IMD 100 puede indicar tambien el tipo de tratamiento que se va a suministrar. Por ejemplo, puede proveerse un tratamiento electrico solo o en combinacion con otro tipo de tratamiento con base en los parametros cuantificables que son detectados. Por ejemplo, puede hacerse una determinacion de que debe suministrarse una senal electrica por sf misma. Alternativamente, con base en un tipo particular de condicion medica, puede hacerse una determinacion de que puede ejecutarse una senal electrica, en combinacion con una senal magnetica, tal como una estimulacion magnetica craneana (TMS). La estimulacion puede ser inducida por la luz tal como desde un laser.

Ademas de la estimulacion electrica o magnetica, puede hacerse una determinacion de si administrar un tratamiento qrnmico, biologico o de otro tipo en combinacion con la estimulacion electrica provista por la IMD 100. En un ejemplo, puede utilizarse estimulacion electrica para potenciar la efectividad de un agente qrnmico. Por lo tanto, pueden suministrarse diversos farmacos u otros compuestos en combinacion con una estimulacion electrica o una estimulacion magnetica. Con base en el tipo de estimulacion que se va a ejecutar, la IMD 100 suministra la estimulacion para tratar diversas condiciones medicas.

Todos los metodos y aparatos divulgados y reivindicados aqm pueden ser hechos y ejecutados sin experimentacion indebida a la luz de la presente divulgacion. Mientras que los metodos y aparatos de esta invencion han sido descritos en terminos de realizaciones particulares, sera evidente para los experimentados en el arte que pueden aplicarse variaciones a los metodos y aparatos y en las etapas, o en la secuencia de etapas, del metodo descrito aqrn sin apartarse del concepto, esprntu y alcance de la invencion, tal como se definen por las reivindicaciones anexas. Debe ser especialmente evidente que los principios de la invencion pueden ser aplicados a nervios craneanos seleccionados diferentes a, o ademas de, el nervio vago para alcanzar resultados particulares en el tratamiento de pacientes que tienen epilepsia, depresion u otras condiciones. La invencion esta definida en las reivindicaciones anexas.

Claims

Reivindicaciones

1. Un sistema (100) de tratamiento de una condicion medica que comprende:

- al menos un electrodo (125) acoplable a al menos un nervio (127) vago de un paciente,

- un dispositivo implantable acoplado operativamente al electrodo y que comprende un generador (110) de senal 5 electrica capaz de aplicar una senal electrica al nervio vago en un punto seleccionado en un ciclo fisiologico del

paciente seleccionado del ciclo cardfaco del paciente y el ciclo respiratorio del paciente usando el electrodo para tratar la condicion medica, y

- un dispositivo acoplado operativamente al electrodo y capaz de detectar dicho punto seleccionado en el ciclo fisiologico del paciente,

10 en donde la senal electrica comprende una pluralidad de microestallido, comprendiendo cada microestallido una pluralidad de pulsos, adyacentes de la pluralidad de pulsos que estan separados por un intervalo interpulsos, adyacentes de la pluralidad de microestallidos que estan separados por un penodo interestallido, y

caracterizado porque cada microestallido comprende entre 2 a 25 pulsos por microestallido, siendo seleccionado los rangos de intervalo interpulsos de entre aproximadamente 1 a 50 milisegundos, y cada microestallido tiene una 15 duracion de 100 milisegundos o menos.
2. El sistema (100) para tratamiento de una condicion medica de la reivindicacion 1, en donde el al menos un electrodo (125) para nervio es acoplable a al menos un nervio vago izquierdo y un nervio vago derecho.