СИСТЕМА И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ МЕЖДУ ИМПЛАНТИРУЕМЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
SYSTEM AND METHOD FOR DATA TRANSFER BETWEEN IMPLANTED DEVICES

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к системе для передачи информации между имплантируемыми устройствами, более конкретно к системе для передачи информации между имплантируемыми устройствами с использованием объемной проводимости электрических сигналов.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В патентном документе WO2007/028035 описана система для передачи информации внутри тела животного. Система содержит первое устройство, содержащее передатчик, сконфигурированный для передачи сигнала через квазиэлектростатическое соединение с телом пациента, и второе устройство, содержащее приемник, сконфигурированный для приема переданного сигнала через квазиэлектростатическое соединение с телом пациента. Данные передают с использованием несущего сигнала с несущей частотой, которая, как правило, находится в диапазоне приблизительно 10-100 кГц. Данные кодируют с использованием известных способов модуляции, таких как амплитудная модуляция, частотная модуляция или фазовая модуляция несущего сигнала.
Решение, описанное в WO2007/028035, может не очень хорошо подходить для устройств электростимуляции, поскольку стимулы могут вносить помехи в сигналы данных. Это может привести к недостоверной передаче данных. Кроме того, для генерации сигналов данных могут потребоваться дополнительные электронные устройства. Для генерации сигнала, несущего данные, могут потребоваться специализированные цепи генерации сигналов, а для передачи и приема сигналов данных могут потребоваться специализированные передающие/принимающие пары электродов.
Таким образом, благоприятно иметь усовершенствованную систему, которая может надежно передавать информацию между двумя медицинскими устройствами, имплантируемыми в тело субъекта.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, предпочтительно настоящее изобретение стремится смягчить, уменьшить или устранить один или несколько из указанных выше недостатков, по отдельности или в сочетании. В частности, задачей, решаемой настоящим изобретением, можно считать задачу предоставить усовершенствованную систему для передачи информации между двумя или более медицинскими устройствами, имплантируемыми в тело субъекта.
Эта задача и некоторые другие задачи решены в первом аспекте по настоящему изобретению путем предоставления системы для передачи информации между по меньшей мере двумя медицинскими устройствами, имплантируемыми в тело субъекта, с использованием объемной проводимости электрических сигналов в качестве средства передачи сигнала, система содержит:
первое имплантируемое устройство, которое имеет по меньшей мере два передающих электрода, которые сконфигурированы для передачи стимулирующих импульсов, где один электрод может представлять собой общий возвратный электрод;
средство кодирования, которое сконфигурировано для использования канала в качестве передающей среды для стимулирующих импульсов и кодирования информации в стимулирующие импульсы;
второе имплантируемое устройство, которое имеет по меньшей мере два принимающих электрода, которые сконфигурированы для приема переданных стимулирующих импульсов, содержащих закодированную информацию; и
средство декодирования, которое сконфигурировано для декодирования информации, закодированной в стимулирующих импульсах.
Описанное решение основано на предположении о том, что канал, который используют для подачи стимулов в тело субъекта, также можно использовать для передачи информации между имплантатами. Описанная система позволяет преодолеть проблему помех в данных. Описанная система предусматривает некоторые средства кодирования информации. Информацию можно передавать посредством временных соотношений или формы самих импульсов или чередовать со стимулирующими импульсами. Например, информацию можно закодировать во временных соотношениях стимулирующих импульсов или информацию можно закодировать в электрических сигналах (т.е. в импульсах или формах колебаний волны), которые передают во время периодов между последующими электрическими стимулирующими импульсами, во время которых, в ином случае, не происходит передача каких-либо сигналов. Таким образом, можно обойти проблему попадания помех в сигналы данных за счет присутствия электрической стимуляции.
Кроме того, используя сигналы стимулирующих импульсов, те же цепь и электроды, присутствующие в первом имплантируемом устройстве для терапевтического использования, можно повторно использовать для передачи информации.
К кодируемой информации могут относиться данные из спектра, который включает, например, настройки имплантируемого устройства, состояние имплантируемого устройства и зарегистрированные физиологические сигналы. Слово «кодирование» в настоящем документе относится к получению представления данных (например, списка чисел), которое подходит для передачи (например, двоичный поток).
В одном из вариантов осуществления средство кодирования сконфигурировано для использования временных соотношений и/или формы терапевтических стимулирующих импульсов в качестве средства кодирования информации. Этот вариант осуществления позволяет эффективно использовать уже сгенерированные терапевтические импульсы.
В качестве иллюстративного примера, нервы, частично утратившие свою функцию в результате заболевания или травмы, как правило, стимулируют с использованием электрических стимулирующих импульсов. Для этой цели можно использовать нейростимулирующий имплантат. Информацию можно кодировать с использованием таких электрических стимулирующих импульсов.
В дополнительном варианте осуществления средство кодирования сконфигурировано для использования нетерапевтических электрических сигналов (т.е. импульсов) в качестве средства кодирования информации. Имплантируемые устройства, которые не сконфигурированы для обеспечения электрической стимуляции, могут использовать нетерапевтические сигналы для кодирования информации. Также в случае устройства, сконфигурированного для обеспечения терапевтической стимуляции, нетерапевтические стимулы можно чередовать с терапевтическими стимулами. Преимущество последнего подхода состоит в потенциальной возможности получить более широкую полосу пропускания. Нетерапевтические сигналы относятся к сигналам, которые имеют достаточно низкую амплитуду, чтобы не вызывать физиологический ответ. Кроме того, нетерапевтические сигналы не обязательно должны представлять собой импульсы.
В качестве иллюстративного примера, при нейростимулирующей терапии импульсы при слабом электрическом токе подают на спинной мозг или периферические нервы для облегчения нейрогенной боли, когда лекарственная терапия оказывается неспособной обеспечить адекватное облегчение (или вызывает непереносимые эффекты). Информацию можно кодировать с использованием таких импульсов при слабом электрическом токе.
В еще одном дополнительном варианте осуществления средство кодирования и средство декодирования сконфигурированы для использования одной из широтно-импульсной схемы кодирования или импульсно-временной схемы кодирования. Эти схемы кодирования позволяют подходящим образом кодировать информацию в стимулирующих импульсах. Для этой цели можно использовать другие схемы кодирования.
В еще одном дополнительном варианте осуществления первое имплантируемое устройство и второе имплантируемое устройство представляют собой устройство электростимуляции, а средство кодирования и средство декодирования сконфигурированы для использования импульсно-временной схемы кодирования. Временные соотношения электростимулирующих импульсов можно модулировать для предоставления информации. Импульсно-временная схема кодирования обладает таким преимуществом, что она не влияет (т.е. в определенных пределах) на терапевтическую работу первого имплантируемого устройства и второго имплантируемого устройства.
В качестве дополнительного иллюстративного примера в тело субъекта имплантированы два устройства A и B глубокой мозговой стимуляции. Имплантат A может выполнять измерения электрофизиологической активности на различных электродах, опрашиваемых имплантатом A. Возможно, это выполняется для того, чтобы определить оптимальное положение для предоставления электрических стимулов. Для того чтобы выполнить правильное измерение, следует избегать наложения электрических стимулов от имплантата B. Причина состоит в том, что электрические стимулы от имплантата B могут вносить шум в слабые электрофизиологические сигналы, которые пытается регистрировать имплантат A. В таком сценарии имплантат A может посылать информацию имплантату B с использованием импульсно-временного кодирования терапевтических стимулов. Информация может содержать требование приостановить стимуляцию посредством имплантата B. Имплантат B отвечает подтверждением. Эту подтверждающую информацию можно снова кодировать в синхронизации импульсов стимулов, передаваемых имплантатом B, и имплантат B может приостановить стимуляцию. После получения подтверждающей информации имплантат A может начать измерение сигналов (т.е. сигналов, связанных с электрофизиологической активностью, на различных электродах, опрашиваемых имплантатом А). После регистрации запрашиваемой информации имплантат А может передать имплантату В разрешение на возобновление стимуляции.
В качестве дополнительного иллюстративного примера, два кортикальных устройства, а именно имплантат А и имплантат В, имплантированы в тело субъекта. Имплантат А представляет собой устройство стимуляции и должен принимать информацию относительно вызванных ответов (например, ответ-амплитуда и ответ-латентный период) на его стимулы, которую измеряют с помощью имплантата В, имплантат В представляет собой датчик. В таком сценарии имплантат А может послать запрос имплантату В на измерение вызванного ответа. Этот запрос можно закодировать во временные параметры его терапевтических импульсов. Имплантат В может послать обратно подтверждение с использованием субтерапевтических импульсов (т.е. с низкой амплитудой). Имплантат А может предоставить информацию о временных параметрах имплантату В для согласования измерений. После измерения вызванного ответа имплантат В может передать конкретные параметры и/или характеристики измеренного сигнала имплантату А с использованием, например, импульсно-временной модуляции.
В качестве еще одного дополнительного иллюстративного примера, два устройства стимуляции, а именно имплантат А и имплантат В, имплантированы в тело субъекта. Имплантат А может обеспечивать непрерывную стимуляцию, а имплантат В может обеспечивать стимуляцию по запросу. Имплантат А может управлять временными параметрами стимуляции, обеспечиваемой имплантатом В путем передачи соответствующего управляющего сигнала. Управляющие сигналы и параметры стимуляции можно закодировать в терапевтических стимулирующих импульсах. Имплантат В может получать эти сигналы, раскодировать их и комбинировать для правильной стимуляции по запросу. Имплантат В может подтвердить получение запроса от имплантата А, посылая сигналы с субтерапевтической амплитудой, которые несут эту информацию.
В качестве дополнительного иллюстративного примера, устройства глубокой мозговой стимуляции могут стимулировать ткань тела с использованием номинальной частоты, например, 130 Гц, т.е. интервал между импульсами составляет 8 мс. Информацию можно кодировать с использованием схемы импульсно-временной модуляции. Один бит можно кодировать, посылая импульс со сдвигом -0,5 мс или +0,5 мс относительно номинальной синхронизации. Такую схему можно легко расширить для кодирования дополнительных битов.
В качестве дополнительного варианта осуществления, устройство электростимуляции обращается к массиву стимулирующих электродов. Первую группу стимулирующих электродов используют для подачи терапевтических электрических импульсов при частоте повторения 130 Гц. Информацию можно кодировать путем чередования сигналов и терапевтических импульсов в форме потока низкоамплитудных субтерапевтических импульсов, которые подают с относительно высокой частотой, например, 2 кГц. В одном из вариантов осуществления для передачи чередующейся информации используют первую группу стимулирующих электродов. В другом варианте осуществления для передачи чередующейся информации используют вторую группу электродов. Первая и вторая группы могут иметь общий возвратный электрод.
В еще одном дополнительном варианте осуществления первое имплантируемое устройство и второе имплантируемое устройство представляют собой устройство электростимуляции, имплантируемое в череп, и средство кодирования, которое сконфигурировано для использования канала для стимулирующих импульсов и кодирования информации в стимулирующих импульсах. Электропроводность черепа значительно ниже электропроводности скальпа и электропроводности ткани мозга, например, в 25 раз. Это можно выгодно использовать для создания канала связи между двумя или более устройствами глубокой мозговой стимуляции, имплантируемыми в череп, если каждое устройство стимуляции имеет электрод, который имеет хороший контакт со скальпом. В двустороннем канале связи череп может выполнять функцию изолирующего слоя. Также нетерапевтические стимулы можно чередовать с терапевтическими стимулами в случае, когда устройство сконфигурировано для обеспечения терапевтической стимуляции. Последний подход обладает таким преимуществом, которое потенциально позволяет достичь больше широких полос пропускания. Нетерапевтические сигналы относятся к сигналам, которые имеют достаточно низкую амплитуду, чтобы не вызывать физиологические ответы. Кроме того, нетерапевтические сигналы не обязательно должны представлять собой импульсы.
В еще одном дополнительном варианте осуществления первое имплантируемое устройство содержит по меньшей мере три электрода, первый передающий электрод сконфигурирован для передачи стимулирующих импульсов, второй электрод и третий электрод сконфигурированы в качестве возвратных электродов. Чтобы получить одно или несколько распределений электрического поля можно менять положение второго электрода и третьего электрода. Второе имплантируемое устройство можно сконфигурировать для обнаружения переданных стимулирующих импульсов.
Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что путем переключения возвратных электродов, предусмотренных в первом имплантируемом устройстве (только второй электрод, только третий электрод или вместе второй и третий электроды), можно создать различные распределения электрического поля и использовать это для кодирования информации.
В еще одном дополнительном варианте осуществления первое имплантируемое устройство сконфигурировано для установления связи с внешним устройством с использованием объемной проводимости электрических сигналов в качестве средства передачи сигнала. Оно может представлять собой, например, управляющий блок.
Во втором аспекте по настоящему изобретению описан способ передачи информации между по меньшей мере двумя медицинскими устройствами, имплантируемыми в тело субъекта, с использованием объемной проводимости электрических сигналов в качестве средства передачи сигнала. Способ включает в себя:
использование канала в качестве передающей среды для стимулирующих импульсов и кодирование информации в стимулирующих импульсах;
передачу закодированных стимулирующих импульсов с использованием по меньшей мере двух передающих электродов, предусмотренных в первом имплантируемом устройстве;
прием переданных закодированных стимулирующих импульсов с использованием по меньшей мере двух принимающих электродов, предусмотренных во втором имплантируемом устройстве; и
декодирование информации, закодированной в стимулирующих импульсах.
По меньшей мере два принимающих электрода также можно использовать для передачи и приема и не только для передачи или приема (однако не одновременно). Канал выполняет функцию носителя для передачи сигнала от первого имплантируемого устройства на второе имплантируемое устройство. Канал представляет собой среду для передачи закодированных сигналов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества дополнительно объяснены с помощью следующего описания, которое выполняет только иллюстративную функцию, со ссылками на прилагаемые чертежи, где одинаковые номера позиций обозначают одинаковые или похожие части, и где:
на фиг.1а схематически изображен субъект с несколькими имплантируемыми устройствами, которые имплантированы в различных местах в его или ее теле;
на фиг.1b схематически изображен иллюстративный амплитудно-модулированный несущий сигнал;
на фиг.1с схематически изображен иллюстративный амплитудно-модулированный несущий сигнал в присутствии терапевтических стимулов;
на фиг.2а схематически изображена иллюстративная система для передачи информации между двумя медицинскими устройствами, имплантируемыми в тело субъекта согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.2b схематически изображена иллюстративная форма сигнала, где показаны чередующиеся субтерапевтические импульсы;
на фиг.3а схематически изображена система глубокой мозговой стимуляции согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.3b схематически изображены положения синхронизации (временных параметров) импульсов для иллюстративного устройства глубокой мозговой стимуляции;
на фиг.4а-4с схематически изображен дополнительный вариант осуществления системы по настоящему изобретению; и
на фиг.5 схематически изображен еще один дополнительный вариант осуществления системы по настоящему изобретению, где устройство электростимуляции имплантировано в череп.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг.1а показан субъект 100 с несколькими имплантируемыми устройствами 102, 104, 106, которые имплантированы в различные места в его (или ее) теле. Термин «субъект» в настоящем документе относится к члену царства животных, включая человека.
Имплантируемые устройства 102, 104 и 106 могут представлять собой несколько экземпляров одного устройства, которые учитывают локальные изменения измеряемого параметра и/или локальное выполнение различных действий. Альтернативно, имплантируемые устройства 102, 104, 106 могут представлять собой различные устройства.
В патентном документе WO 2007/028035 описано решение для передачи данных между имплантируемыми устройствами с использованием квазиэлектростатического соединения между принимающим и передающим блоками. Данные передают с использованием несущего сигнала, обладающего несущей частотой, как правило, в диапазоне 10-100 КГц. Данные кодируют с использованием известных способов модуляции, например амплитудной модуляции, частотной модуляции или фазовой модуляции, несущего сигнала. На фиг.1b схематически показан иллюстративный амплитудно-модулированный несущий сигнал. В присутствии терапевтических электрических стимулирующих импульсов высокоамплитудные терапевтические стимулы могут вносить помехи в сигнал данных (также см. фиг.1с). Более высокая амплитуда сигнала данных может компенсировать это, но может вести к нежелательному и неконтролируемому возбуждению нервной или мышечной ткани. Кроме того, для демодуляции данных в присутствии терапевтических электрических стимулирующих импульсов может потребоваться более сложное электронное устройство, а также увеличивается частота ошибочных битов (BER) и может потребоваться передача избыточных данных, чтобы сделать возможной коррекцию ошибок после кодирования.
Решение, описанное в WO 2007/028035, может плохо подходить для устройств электростимуляции, поскольку стимулы могут вносить помехи в сигналы данных. Это может вести к недостоверной передаче данных. Кроме того, для генерации сигналов данных может потребоваться дополнительное электронное устройство. Для генерации сигнала, несущего данные, могут потребоваться специализированные цепи генерации сигналов, а для передачи и приема сигналов данных могут потребоваться специализированные приемопередающие пары электродов.
Как показано на фиг.2, описанная система 2000 для передачи информации между устройствами, имплантируемыми в тело субъекта 100, содержит:
1) первое имплантируемое устройство 202, которое содержит передающие электроды 204 и 206;
2) второе имплантируемое устройство 252 (или внешнее устройство, которое находится в физическом контакте с телом), которое содержит принимающие электроды 254 и 256;
3) средство кодирования 240;
4) средство декодирования 260.
Первое имплантируемое устройство 202 и второе имплантируемое устройство 252 можно разместить в любой части тела субъекта при условии, что оно имеет подходящие размер, форму и конфигурацию для работы без нарушения желательной физиологической функции.
Первое имплантируемое устройство 202 и второе имплантируемое устройство 252 может содержать любое электронное, электромеханическое или механическое устройство, которое можно поместить в тело субъекта 100 путем имплантации или глотания и которое выполняет некоторые диагностические и/или терапевтические действия, когда находится внутри тела. Кроме того, первое имплантируемое устройство 202 и второе имплантируемое устройство 252 не имеют физического соединения (т.е. они не соединены проводами).
В качестве иллюстративного примера, первое имплантируемое устройство 202 и второе имплантируемое устройство 252 можно разместить внутри или вне жизненно важных органов, таких как сердце, мозг, желудок, или рядом с местами хирургических вмешательств или с ранами, или рядом с местом опухоли, или внутри брюшной полости, или рядом с суставами. Первое имплантируемое устройство 202 и второе имплантируемое устройство 252 можно использовать в сердечно-сосудистых применениях, например для кардиостимуляции, ресинхронизационной терапии сердца.
Первое имплантируемое устройство 202 оборудовано двумя передающими электродами 204 и 206 для передачи стимулирующих импульсов. Из двух передающих электродов 204 и 206 один из них (204 или 206) может представлять собой общий электрод. К передающим электродам 204 и 206 прикладывают разность потенциалов. В теле субъекта создается электрическое поле. Стимулирующие (т.е. электрические) импульсы передаются через созданное электрическое поле с использованием объемной проводимости через тело (например, человека, животного).
Термин «объемная проводимость» обозначает передачу электрических сигналов (например, для передачи данных) посредством беспроводного протекания тока через проводящую среду, такую как живая биологическая ткань.
Передающие электроды 204 и 206 передают стимулирующие импульсы. Средство кодирования 140 на входе получает i) стимулирующие импульсы, ii) информацию (или данные), которую нужно передать на второе имплантируемое устройство 252.
Средство кодирования 240 сконфигурировано для использования канала, используемого для передачи стимулирующих импульсов, и кодирования информации в стимулирующих импульсах. Для того чтобы закодировать информацию в стимулирующих импульсах, в средстве кодирования можно использовать любые схемы кодирования информации. Канал выполняет функцию носителя для переноса сигнала от одного имплантата к другому имплантату. Канал является средой для передачи закодированных сигналов.
Описанное решение основано на предположении о том, что канал, который используют для подачи электрических стимулов в тело, также можно использовать для передачи информации. Некоторые опции: i) модуляция синхронизации электрических стимулирующих импульсов для представления информации; ii) добавление сигналов (также см. фиг.2), содержащих информацию между стимулирующими импульсами (субтерапевтическая амплитуда).
Кроме того, используя стимулирующие импульсные сигналы, те же цепь и электроды для терапевтического использования, присутствующие в первом имплантируемом устройстве и втором имплантируемом устройстве, можно повторно использовать для передачи информации. Таким образом, отсутствует необходимость в каких-либо дополнительных электронных устройствах/цепях для генерации сигнала, несущего данные.
Выходом средства кодирования 240 являются закодированные стимулирующие импульсы, которые передаются второму имплантируемому устройству 252 с использованием принципа объемной проводимости через тело субъекта в качестве средства передачи сигнала.
Второе имплантируемое устройство 252 оборудовано двумя принимающими электродами 254 и 256, которые сконфигурированы для получения переданных стимулирующих импульсов (принимающие электроды также можно использовать для передачи). Принимающие электроды 254 и 256 используют для приема переданных стимулирующих импульсов посредством дифференциального измерения электрического поля, созданного первым имплантируемым устройством 202 (т.е. посредством передающих электродов 204 и 206). Полученные закодированные стимулирующие импульсы поступают на вход средства декодирования 260. Средство декодирования 260 раскодирует информацию, закодированную в стимулирующих импульсах с использованием соответствующей схемы декодирования. Второе имплантируемое устройство 252 также может представлять собой внешнее устройство, которое находится в физическом контакте с телом.
Передающий электрод может выполнять функцию принимающего электрода, и наоборот, предоставляя возможность двусторонней связи, или могут присутствовать специализированные электроды для передачи и приема. Другими словами, первое имплантируемое устройство и второе имплантируемое устройство оснащены функциями электрической стимуляции и измерения и могут работать в качестве приемопередатчиков (т.е. передавать и принимать, и наоборот). Не только электронное устройство стимуляции можно повторно использовать, например, для генерации носителя данных, но и измерительное электронное устройство также можно применять в качестве части цепи приемника, например, для усиления принятых сигналов данных.
В одном из вариантов осуществления в качестве средства кодирования информации можно сконфигурировать средство кодирования для использования временных параметров и/или формы терапевтических стимулирующих импульсов. Этот вариант осуществления позволяет эффективно использовать уже сгенерированные терапевтические импульсы.
В качестве иллюстративного примера, нервы, частично утратившие свою функцию в результате заболевания или травмы, как правило, стимулируют с использованием электрических стимулирующих импульсов. Для такой цели можно использовать нейростимулирующий имплантат. Информацию можно кодировать с использованием таких электрических стимулирующих импульсов.
В дополнительном варианте осуществления в качестве средства кодирования информации сконфигурировано средство кодирования для использования нетерапевтических электрических сигналов (т.е. импульсов). Имплантируемые устройства, не сконфигурированные для обеспечения электрической стимуляции, могут использовать нетерапевтические сигналы для кодирования информации. В случае устройства, сконфигурированного для обеспечения терапевтической стимуляции, нетерапевтические стимулы также можно чередовать с терапевтическими стимулами. Последний подход обладает преимуществом, которое потенциально позволяет достичь больше широких полос пропускания. Нетерапевтические сигналы относятся к сигналам, которые имеют достаточно низкую амплитуду, которая не может вызвать физиологический ответ. Кроме того, нетерапевтические сигналы не обязательно должны представлять собой импульсы.
В качестве иллюстративного примера, при нейростимулирующей терапии подают импульсы при слабом электрическом токе на спинной мозг или периферические нервы для облегчения нейрогенной боли, когда лекарственная терапия оказывается неспособной обеспечить адекватное облегчение (или вызывает непереносимые эффекты). Информацию можно кодировать с использованием таких импульсов при слабом электрическом токе.
Средство кодирования 240 может использовать широтно-импульсную схему кодирования или импульсно-временную схему кодирования для кодирования информации в электрических стимулирующих импульсах. Средство декодирования 260 использует соответствующую схему декодирования для декодирования информации, которая закодирована в стимулирующих импульсах.
Для кодирования и декодирования информации в стимулирующих импульсах в основном можно использовать схемы кодирования и декодирования данных, а также схемы модуляции сигнала, как правило, известные в данной области.
Как показано на фиг.3а, система глубокой мозговой стимуляции включает:
i) имплантируемый генератор импульсов 320 (IPG), хирургически имплантируемый под ключицу;
ii) удлинительный провод 324, который соединен с имплантируемым генератором импульсов и проходит по шее к черепу, где он заканчивается разъемом;
iii) зондовое устройство глубокой мозговой стимуляции 326, имплантируемое в мозговую ткань через трепанационное отверстие в черепе.
В качестве иллюстративного примера, два устройства глубокой мозговой стимуляции А и В имплантированы в тело субъекта. Имплантат А может выполнять измерения электрофизиологической активности на различных электродах, опрашиваемых имплантатом А. Это можно выполнять для того, чтобы определить оптимальное положение для предоставления электрических стимулов. Для того чтобы правильно выполнить измерения, следует избегать наложения электрических стимулов от имплантата В. Причина состоит в том, что электрические стимулы от имплантата В могут вносить шум в слабые электрофизиологические сигналы, которые пытается регистрировать имплантат А. В таком сценарии имплантат А может посылать информацию имплантату В с использованием импульсно-временного кодирования терапевтических стимулов. Информация может содержать требование приостановить стимуляцию посредством имплантата В. Имплантат В отвечает подтверждением. Эту подтверждающую информацию можно снова кодировать во временные параметры импульсов стимулов, передаваемых имплантатом В, и имплантат В может приостановить стимуляцию. После получения подтверждающей информации имплантат А может начать измерение сигналов (т.е. сигналов, связанных с электрофизиологической активностью на различных электродах, опрашиваемых имплантатом А). После регистрации запрашиваемой информации имплантат А может передать имплантату В разрешение на возобновление стимуляции.
В качестве дополнительного иллюстративного примера, два кортикальных устройства имплантата А и имплантата В имплантированы в тело субъекта. Имплантат А представляет собой устройство стимуляции и должен принимать информацию относительно вызванных ответов (например, ответ-амплитуда и ответ-латентный период) на его стимулы, которую измеряют с помощью имплантата В, имплантат В представляет собой датчик. В таком сценарии имплантат А может послать запрос имплантату В на измерение вызванного ответа. Этот запрос можно закодировать во временные параметры его терапевтических импульсов. Имплантат В может послать обратно подтверждение с использованием субтерапевтических импульсов (т.е. с низкой амплитудой). Имплантат А может предоставить информацию о временных параметрах имплантату В для согласования измерений. После измерения вызванного ответа имплантат В может передать конкретные параметры и/или характеристики измеренного сигнала имплантату А с использованием, например, импульсно-временной модуляции.
В качестве еще одного дополнительного иллюстративного примера, два устройства стимуляции, а именно имплантат А и имплантат В, имплантированы в тело субъекта. Имплантат А может обеспечивать непрерывную стимуляцию, а имплантат В может обеспечивать стимуляцию по запросу. Имплантат А может управлять временными параметрами стимуляции, обеспечиваемой имплантатом В путем передачи соответствующего управляющего сигнала. Управляющие сигналы и параметры стимуляции можно закодировать в терапевтических стимулирующих импульсах. Имплантат В может получать эти сигналы, раскодировать их и комбинировать для правильной стимуляции по запросу. Имплантат В может подтвердить получение запроса от имплантата А, посылая сигналы с субтерапевтической амплитудой, которые несут эту информацию.
В качестве дополнительного иллюстративного примера, устройства глубокой мозговой стимуляции (т.е. первое имплантируемое устройство 202 и второе имплантируемое устройство 252) могут стимулировать ткань тела с использованием номинальной частоты, например, 130 Гц, то есть интервал между импульсами составляет 8 мс. Информацию можно кодировать с использованием схемы импульсно-временной модуляции. Один бит можно кодировать, посылая импульс со сдвигом -0,5 мс или +0,5 мс относительно номинальной синхронизации. Такую схему можно легко расширить для кодирования дополнительных битов. Схема кодирования импульсно-временной модуляции изображена на фиг.3b.
Как показано на фиг.3b, верхняя кривая 302 показывает номинальные положения синхронизации импульсов для устройства глубокой мозговой стимуляции. Средняя кривая 304 показывает информацию (или данные), которая должна быть закодирована (низкая =0; высокая =1). Нижняя кривая 306 показывает модуляцию синхронизации импульсов для кодирования сигнала данных.
Можно использовать различные схемы кодирования и декодирования данных, а также схемы модуляции сигнала, известные в данной области, для кодирования информации 280 в стимулирующих импульсах.
Примеры иллюстрируют связь между устройствами электростимуляции. Такую связь можно осуществить посредством кодирования информации в последовательностях импульсов, используемых для терапевтических целей. Информацию можно кодировать во временных параметрах терапевтического импульсного сигнала. Другие средства для кодирования информации в последовательности терапевтических импульсов доступны и их можно использовать соответствующим образом (например, добавлять сигнал в фазы молчания между импульсами).
Как показано на фиг.4а, первое имплантируемое устройство 202 содержит по меньшей мере три электрода:
1) первый передающий электрод 402;
2) возвратные электроды 404 и 406.
Второе имплантируемое устройство 252 содержит два принимающих электрода 254 и 256. Первый передающий электрод 402 сконфигурирован для передачи стимулирующих импульсов. Путь обратного тока можно переключить так, чтобы он проходил через возвратный электрод 404 и/или возвратный электрод 406 (т.е. в первом имплантируемом устройстве 202) и, таким образом, получить одно или несколько распределений электрического поля.
Переключаясь между различными положениями возвратного электрода 404 и 406 (обозначены квадратами и треугольниками, соответственно), можно создать различные распределения электрического поля в ткани тела для данного положения передающего электрода 402 (обозначено кругом), как показано на фиг.4а, 4b и 4с. Созданные распределения электрического поля можно измерить посредством принимающих электродов 254 и 256 второго имплантируемого устройства 202. Эквивалентный эффект можно получить путем переключения положения передающего электрода 402.
Преимущество состоит в том, что можно создать различные распределения электрического поля посредством переключения возвратных электродов (т.е. только возвратный электрод 404, только возвратный электрод 406 или вместе возвратный электрод 404 и возвратный электрод 406), как показано на фиг.4а, 4b и 4с, и использовать для кодирования информации.
В некоторых вариантах осуществления первое имплантируемое устройство можно сконфигурировать для взаимодействия с внешним устройством с использованием объемной проводимости электрических сигналов в качестве средства передачи сигнала, внешнее устройство находится в физическом контакте с телом человека.
Как показано на фиг.5, первое имплантируемое устройство 202 и второе имплантируемое устройство 252 имплантированы в череп. Первое имплантируемое устройство 202 содержит:
i) электрод для скальпа 504, находящийся в контакте со скальпом;
ii) электрод 506 на зонде 508, где зонд 508 соединен с первым имплантируемым устройством 202 (здесь соединение подразумевает, что электрод 506 также электрически соединен с электронными устройствами в устройствах 202 и 252).
Второе имплантируемое устройство 252 содержит:
i) электрод для скальпа 554, находящийся в контакте со скальпом;
ii) электрод 556 на зонде 558, где зонд 558 соединен со вторым имплантируемым устройством 252 (здесь соединение подразумевает, что электрод 556 также электрически соединен с электронными устройствами в устройствах 202 и 252).
Канал для передачи информации между первым имплантируемым устройством 202 и вторым имплантируемым устройством 252 создан с использованием скальпа, черепа и ткани мозга. Канал связи сформирован посредством электродов на имплантатах, находящихся в контакте со скальпом (т.е. электрод для скальпа 504 или электрод для скальпа 554), и (большого) возвратного электрода на зонде и/или любого стимулирующего электрода, где возвратный электрод (т.е. возвратный электрод 506 или возвратный электрод 556) использован для контакта с тканью мозга.
Пунктирной линией показан токовый контур, который можно создать так, как указано далее: электрод для скальпа 504>электрод 506 на зонде 508>ткань мозга>электрод 556 на зонде 558>электрод для скальпа 554>скальп>электрод для скальпа 504.
Ток также может течь через скальп и какой-либо электрод на зонде, например через электрод 506, 556, через первое имплантируемое устройство и второе имплантируемое устройство.
Зонды могут включать большой электрод, который, как правило, обозначают как возвратный электрод, поскольку он обычно соединен с землей и собирает все токи, входящие в мозг через какие-либо другие электроды на зонде, обычно на дистальном конце. Однако этот заземляющий электрод также может представлять собой любой другой электрод (или группу электродов) на зонде, что зависит лишь от того, какой электрод соединен с землей.
Как показано на фиг.5, создан токовый контур, который можно использовать для передачи информации, тогда как в других вариантах осуществления измеряют электрические поля, т.е. разности потенциалов. Последнее подразумевает, что для измерения электрического поля в ткани мозга необходимы по меньшей мере два электрода, тогда как в подходе с токовым контуром достаточно одного электрода, находящегося в контакте с тканью мозга (другой образует соединение со скальпом). Стимулирующие электроды (обычно, меньшего размера) на дистальном конце зонда не показаны на фиг.5, но их также можно использовать вместо возвратного электрода на зонде (обычно, большего размера) для создания токового контура между двумя (или более) имплантатами.
Для передачи данных от первого имплантируемого устройства ко второму имплантируемому устройству, и наоборот, можно модулировать ток с субтерапевтической амплитудой с использованием любой схемы модуляции, известной в данной области. Передатчик можно расположить между электродом для скальпа 504 и возвратным электродом 506 на зонде 508 (или любым другим электродом на зонде). Приемник можно расположить между электродом для скальпа 554 и возвратным электродом 556 на зонде 558 (или любым другим электродом на зонде). Оба могут представлять собой приемопередатчики для предоставления возможности двунаправленной передачи (не одновременно) между имплантатами.
Кроме того, зонд и электронное устройство могут находиться в одном трепанационном отверстии или могут занимать другие положения на черепе.
Кроме того, нетерапевтические импульсы можно чередовать со стимулирующими импульсами. Это подразумевает, что каждый раз, когда подают терапевтический импульс, электрод можно отсоединять от первого имплантируемого устройства. Электрод первого имплантируемого устройства, находящийся в контакте со скальпом, можно соединить с землей, что заставляет нетерапевтический ток течь через ткань мозга через второе имплантируемое устройство, электрод которого соединен со скальпом, через кожу назад к электроду первого имплантируемого устройства.
В итоге, информацию можно включить в сами стимулирующие импульсы и/или чередовать с нетерапевтическими импульсами.
Способ передачи информации между по меньшей мере двумя медицинскими устройствами, имплантируемыми в тело субъекта, с использованием объемной проводимости электрических сигналов, содержит следующие стадии:
стадия использования канала в качестве передающей среды для стимулирующих импульсов и кодирования информации в стимулирующих импульсах;
стадия передачи закодированных стимулирующих импульсов с использованием по меньшей мере двух передающих электродов, предусмотренных в первом имплантируемом устройстве;
стадия приема переданных закодированных стимулирующих импульсов с использованием по меньшей мере двух принимающих электродов, предусмотренных во втором имплантируемом устройстве; и
стадия декодирования информации, закодированной в стимулирующих импульсах.
Соответственно для приема и передачи также можно использовать по меньшей мере два передающих электрода и по меньшей мере два принимающих электрода, но не одновременно. Кроме того, канал выполняет функцию носителя для передачи сигнала от одного имплантата другому. Канал представляет собой среду для передачи закодированных сигналов.
В основном, можно принимать во внимание конфигурации имплантируемых устройств, принципы электрической объемной проводимости, схемы кодирования, схемы модуляции известного уровня техники, чтобы предоставить пример того, как встроить их в описанную систему. Такая информация не изложена подробно, поскольку ее можно получить из соответствующей области техники.
В итоге, описана система для передачи информации между по меньшей мере двумя медицинскими устройствами, имплантируемыми в тело субъекта, с использованием объемной проводимости электрических сигналов в качестве средства передачи сигнала, в которой одно имплантируемое медицинское устройство сконфигурировано для обеспечения электрической стимуляции ткани. Система содержит первое имплантируемое устройство, которое имеет по меньшей мере два передающих электрода, сконфигурированных для передачи стимулирующих импульсов, средство кодирования, сконфигурированное для использования канала в качестве передающей среды для стимулирующих импульсов и кодирования информации в стимулирующих импульсах, второе имплантируемое устройство, которое имеет по меньшей мере два принимающих электрода, сконфигурированных для приема переданных стимулирующих импульсов, содержащих закодированную информацию, и средство декодирования, сконфигурированное для декодирования информации, закодированной в стимулирующих импульсах. Описанная система обеспечивает надежную и эффективную связь между имплантатами. Описанную систему можно использовать в диагностике, лечении и общем мониторинге применительно к людям.
Несмотря на то, что в данной заявке формула изобретения сформулирована для конкретных сочетаний признаков, следует понимать, что объем раскрытия настоящего изобретения также включает любые новые признаки или любые новые сочетания признаков, описанные в настоящем документе в явной или неявной форме, или любое их обобщение, независимо от того, относятся ли они к тому рассматриваемому предмету, который в настоящий момент заявлен в любом пункте формулы изобретения, и независимо от того, уменьшают ли они любые или все технические проблемы, как это позволяет сделать предмет, рассматриваемый в настоящий момент.
Кроме того, несмотря на то, что рассматриваемый предмет подробно описан с помощью приведенного выше описания и чертежей, такие иллюстрации и описание следует рассматривать в качестве иллюстративных или описательных, а не ограничивающих; рассматриваемый предмет не ограничен описанными вариантами осуществления. Изучив чертежи, описание и приложенную формулу изобретения, специалисты в области практического осуществления заявленного рассматриваемого предмета смогут понять и осуществить другие разновидности описанных вариантов осуществления. Использование глагола «содержит» и родственных ему слов не исключает присутствия элементов, отличных от заявленных в формуле изобретения или в описании. Упоминание какого-либо элемента или стадии в единственном числе не исключает наличия нескольких таких элементов или стадий. Фигуры и описание следует рассматривать только в качестве иллюстрации, а не в качестве ограничения рассматриваемого предмета. Любые ссылки в формуле изобретение не следует рассматривать в качестве ограничения объема.