Un dispositivo de estimulador implantable (100), que comprende:

una pluralidad de electrodos (E1, EN) implantables adyacentes al tejido a estimular,

una primera circuitería de generación de corriente que comprende una pluralidad de primeras etapas (403, 410) en la que las primeras etapas se distribuyen entre los electrodos de tal manera que cualquier primera etapa puede generar una corriente en cualquier electrodo concreto; y

caracterizado por

una segunda circuitería (403) de corriente que comprende una pluralidad de segundas etapas (409), donde cada una de las segundas etapas se acopla directamente a uno concreto de los electrodos para generar una corriente en cada electrodo

Arquitectura de generación de corriente para un dispositivo estimulador implantable que tiene control de corriente gruesa y fina.

Campo de la invención

La presente invención se refiere generalmente a los dispositivos de estimulador implantables, por ejemplo, un generador de impulsos utilizado, por ejemplo, en un sistema de Estimulación de la Médula Espinal (SCS). Más particularmente, la presente invención se refiere a la arquitectura de fuente/sumidero de corriente usada para proporcionar corrientes a los electrodos del dispositivo o desde los mismos.

Antecedentes

Los dispositivos de estimulación implantables son dispositivos que generan y proporcionan estimulaciones eléctricas a los nervios y a los tejidos del cuerpo para la terapia de diversos desordenes biológicos, tales como marcapasos para tratar arritmia cardiaca, desfibriladores para tratar la fibrilación cardiaca, estimuladores cocleares para tratar la sordera, estimuladores retinianos para tratar la ceguera, estimuladores musculares para producir movimiento coordinado de un miembro, estimuladores de la médula espinal para tratar un dolor crónico, estimuladores corticales y profundos del cerebro para tratar desordenes motores y psicológicos, y otros estimuladores de los nervios para tratar la incontinencia urinaria, la apnea del sueño, la subluxación del hombro, etc. La presente invención puede encontrar aplicabilidad en todas aquellas aplicaciones de este tipo, aunque la descripción que sigue generalmente se centra en la aplicación de la invención dentro de un sistema de Estimulación de la Médula Espinal (SCS), tal como se describe en la patente U.S. 6.516.227 ("la patente '227"), publicada el 4 de febrero de 2003 a nombre de Paul Meadows y otros.

La estimulación de la médula espinal es un método clínico bien aceptado para reducir el dolor en ciertas poblaciones de pacientes. Como se muestra en la Figura 1, un sistema de SCS incluye típicamente un Generador de Impulsos Implantable (IPG) 100, el cual incluye una caja biocompatible 116 formada de titanio por ejemplo. La caja 116 contiene la circuitería y la fuente de energía o la batería necesarias para que funcione el IPG. El IPG 100 se acopla a los electrodos 106 por medio de uno o más conductores de electrodos (se muestran dos de estos conductores 102 y 104), de tal manera que los electrodos 106 forman un conjunto de electrodos 110. Los electrodos 106 son portados en un cuerpo flexible 108, que también contiene cables de señal individuales 112, 114, acoplados a cada electrodo. Los cables de señal 112, 114 están conectados a su vez con el IPG 100 por un interfaz 115, que permite que los conductores 102 y 104 se conecten con el IPG 110 de forma que se puedan desprender. En las patentes US Nos. 6.609.029 y 6.741.892, se describen disposiciones del conectador a título de ejemplo. En la realización ilustrada, hay ocho electrodos en el conductor 102, etiquetados E₁-E₈, y ocho electrodos en el conductor 104, etiquetados E₉-E₁₆, aunque el número de conductores y los electrodos son específicos de la aplicación y por tanto pueden variar.

El conjunto de electrodos 110 se implanta típicamente a lo largo de la duramadre de la médula espinal, y el IPG 100 genera impulsos eléctricos que se proporcionan a través de los electrodos 106 a las fibras de nervio situadas dentro de la columna espinal.

Detalles adicionales referentes a la estructura y a la función de los IPG típicos, así como de los sistemas de IPG incluyendo la telemetría y los detalles de alimentación/recarga, se describen en muchos de los documentos citados en esta descripción, con los cuales se supone que el lector está familiarizado.

Un IPG 100 puede incluir la circuitería de fuente/sumidero de corriente que se configura para suministrar/recibir la corriente estimulante a los electrodos 106 del IPG o de los mismos, y en última instancia al tejido o del mismo. Por ejemplo, la Figura 2 muestra una fuente de corriente 500 a título de ejemplo y un sumidero 501 de corriente correspondiente usado para estimular el tejido, presentado como ejemplo genéricamente en forma de carga 505 (R). Como entenderá una persona experta en la técnica, los transistores M1 y M3 de la fuente de corriente 500, y los transistores M2 y M4 del sumidero de corriente 501, comprenden un espejo de corriente. Sin embargo, se puede utilizar otra circuitería de fuente o sumidero de corriente, por ejemplo la descrita en la Solicitud de Patente US No. de serie 11/138.632 ("la solicitud '632"), archivada el 26 de mayo de 2005.

Tanto la fuente 500 como el sumidero 501 se acoplan a un generador de corriente 506 configurado para generar una corriente de referencia, I_ref. Un generador de corriente de referencia adecuado se describe en la Patente US 6.181.969 ("la Patente '969"), publicada el 30 de enero de 2001 a nombre del inventor Juan C. Gord. La corriente de referencia tanto en la fuente como en el sumidero de corriente 500/501 se introduce en un convertidor de digital a analógico (DAC) configurado para regular la corriente que es tomada de la fuente o llevada al sumidero desde la carga 505 o a la misma. Así pues, la circuitería de la fuente 500 emplea una circuitería de DAC 502, mientras que la circuitería 501 del sumidero emplea una circuitería de DAC 503.

La circuitería de DAC 502, 503 está configurada para regular y/o para amplificar una corriente de salida I_ref se determina para hacer salir corriente una corriente de salida I_out. Específicamente, la relación entre I_ref e I_out se determina de acuerdo con los bits de control de entrada que llegan en los conductores principales 513, 513', lo cual da a la circuitería de DAC 502, 503 su funcionalidad de digital a analógico. Esencialmente, de acuerdo con los valores de los diversos bits de control M del conductor principal 513, cualquier número de etapas de salida (es decir, transistores M1, M2) se conectan entre sí en paralelo de tal manera que I_out puede extenderse desde I_ref a 2^Mtext{*}I_ref en incrementos de I_ref, textdollar como se explicará con más detalle más adelante haciendo referencia a la Figura 4.

Como se muestra en la Figura 2, en aras de la simplicidad, la circuitería 500 de fuente de corriente se acopla a un electrodo diferente E_x en el dispositivo 100 de IPG, mientras que la circuitería de corriente 501 de sumidero se acopla a un electrodo E_Y diferente en el dispositivo de IPG. Sin embargo, de acuerdo con el enfoque descrito en la patente '969, cada electrodo del dispositivo está realmente cableado a una fuente de corriente 500 y a un sumidero de corriente 501, de los cuales solamente uno (o ninguno) es activado en un momento concreto para permitir que el electrodo sea utilizado selectivamente como una fuente o sumidero (o como ni uno ni otro). Esto se muestra en la Figura 3, que muestra cuatro electrodos a título de ejemplo, E₁, E₂, E₃, y E₄, cada uno de los cuales tiene asignadas y cableadas su propia circuitería de fuente de corriente 500 y de sumidero 501. Una ventaja clínica primaria de tener la capacidad de corriente de control en cada electrodo es que permite una conformación precisa del campo eléctrico usado para la estimulación del conjunto de electrodos. Los sistemas sin esta capacidad tienen menos control del campo y están sometidos a variaciones y a cambios de impedancia entre los electrodos.

La circuitería de la fuente de corriente 500 y del sumidero 501 cableada en cada electrodo se designan a veces respectivamente por PDAC y NDAC, reflejando el hecho de que las fuentes 500 estén formadas típicamente por transistores de tipo P mientras que los sumideros 501 están formados típicamente por transistores de tipo N. El uso de los transistores de estas polaridades es sensible dado que la fuente está desviada a una alta tensión (V+), para la cual los transistores de tipo P resultan más lógicos, mientras que el sumidero es desviado a una baja tensión (V-), para la cual los transistores de tipo N resultan más lógicos, como se muestra en la Figura 2. La conexión del substrato (no mostrada) para los transistores estaría conectada típicamente a la fuente de alimentación apropiada, sea ésta V+ o V-, pero se podría también conectar a las fuentes de los transistores.

Como se muestra en la Figura 3, las fuentes (PDAC) y los sumideros (NDAC) de corriente activos en cualquier momento dado pueden ser programados. De este modo, como se muestra, la circuitería de la fuente en el electrodo E₂...

1. Un dispositivo de estimulador implantable (100), que comprende:

una pluralidad de electrodos (E₁, E_N) implantables adyacentes al tejido a estimular,

una primera circuitería de generación de corriente que comprende una pluralidad de primeras etapas (403, 410) en la que las primeras etapas se distribuyen entre los electrodos de tal manera que cualquier primera etapa puede generar una corriente en cualquier electrodo concreto; y

caracterizado por

una segunda circuitería (403) de corriente que comprende una pluralidad de segundas etapas (409), donde cada una de las segundas etapas se acopla directamente a uno concreto de los electrodos para generar una corriente en cada electrodo.

2. El dispositivo de estimulador implantable de la reivindicación 1: en el que las primeras etapas generan corriente con una resolución gruesa, y donde las segundas etapas generan corriente con una resolución fina menor que la resolución gruesa.

3. El dispositivo de estimulador implantable de la reivindicación 1, en el que la primera y la segunda circuitería de generación de corriente comprende cada una tanto circuitería de fuente de corriente como circuitería de sumidero de corriente.

4. El dispositivo de estimulador implantable de la reivindicación 1, en el que las primeras etapas se distribuyen entre los electrodos por la circuitería de conmutación.

5. El dispositivo de simulador implantable de la reivindicación 1, en el que cada una de las primeras etapas es distribuida entre los electrodos por un banco de interruptores capaz de acoplar cada primera etapa a cada uno de los electrodos.

6. El dispositivo de estimulador implantable de la reivindicación 1, en el que las primeras fases comprenden un espejo de corriente.

7. El dispositivo de estimulador implantable de la reivindicación 1, en el que las primeras etapas no son seleccionables.

8. El dispositivo de estimulador implantable de la reivindicación 1, en el que las primeras etapas comprenden una pluralidad de transistores de salida no seleccionables cableados en paralelo.

9. El dispositivo de estimulador implantable de la reivindicación 1, en el que la corriente generada por cada primera etapa es de la misma magnitud.

10. El dispositivo de estimulador implantable de la reivindicación 1, en el que las segundas etapas comprenden un espejo de corriente con una pluralidad de transistores de salida cableados en paralelo, donde cada transistor de salida es seleccionable por separado.

11. El dispositivo de estimulador implantable de la reivindicación 1, en el que las primeras etapas y las segundas etapas reciben la misma corriente de referencia.

12. El dispositivo de estimulador implantable de la reivindicación 1, en el que las primeras etapas y las segundas etapas reciben corrientes de referencia diferentes.