Dispositivo para el control de la carga eléctrica en electrodos de estimulación.

Dispositivo para la estimulación de células de tejido vivo o nervios por impulsos de estimulación individuales o reiterados mediante electrodos de estimulación (6,

7), estando los electrodos de estimulación (6, 7) en contacto con células nerviosas o tejido vivo (8, 12) que son estimulados por los impulsos de estimulación de los electrodos de estimulación (6, 7), caracterizadoporque el dispositivo incluye un circuito eléctrico (1, 2, 3, 4, 5) que regula la tensión eléctrica o la carga eléctrica en los electrodos de estimulación (6, 7) en función de la tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación (6, 7) para reducir o equilibrar desequilibrios de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación (6, 7).

Dispositivo para el control de la carga eléctrica en electrodos de

estimulación

La presente invención se refiere a un dispositivo para controlar la tensión eléctrica o la carga eléctrica en electrodos de estimulación que sirven para estimular tejidos vivos o nervios. En particular, la presente invención se refiere a un circuito electrónico para controlar la carga eléctrica en electrodos de estimulación de un sistema para estimular tejido vivo o nervios mediante impulsos de estimulación individuales o reiterados a través de electrodos de estimulación.

Son conocidos dispositivos en forma de implantes para la estimulación de tejido vivo. Por ejemplo, se han desarrollado implantes para la retina del ojo humano previstos para tratar pacientes que han perdido parcial o totalmente la capacidad visual por defectos en la retina. En principio, en este contexto se implanta un dispositivo microelectrónico en el área de la retina con numerosos elementos de píxel sensibles a la luz mediante los cuales se registra una imagen proyectada sobre la retina por el cristalino todavía intacto del ojo; alternativamente, la captura de imágenes también puede tener lugar con una cámara externa. La imagen capturada por los elementos de píxel o la cámara se transforma en señales eléctricas y se transmite a través de electrodos de estimulación, mediante impulsos de estimulación, al tejido circundante o a las células de la retina, para así restablecer o mejorar la capacidad visual del paciente ciego o parcialmente ciego.

En la estimulación de tejido vivo o nervios mediante impulsos de estimulación individuales o reiterados a través de electrodos de estimulación se pueden producir un desequilibrio de la carga eléctrica en los electrodos de estimulación. En los sistemas de estimulación o estimuladores conocidos, con frecuencia se utilizan generadores de impulsos para producir los impulsos de estimulación eléctricos en los electrodos. La forma o el desarrollo de los impulsos de estimulación se adaptan al tipo de tejido a estimular. Mediante un generador de corriente se aplica una corriente eléctrica a los electrodos de estimulación, que corresponde a los impulsos de estimulación eléctricos producidos por el generador de impulsos.

Sin embargo, después de un impulso de estimulación individual, en el electrodo de estimulación puede quedar una pequeña carga eléctrica, por ejemplo debido a

fallos o tolerancias. Un desequilibrio continuo permanente o creciente de las cargas eléctricas en los electrodos de estimulación puede conducir a un flujo de corriente no deseado entre ellos y, en consecuencia, a daños tanto en el tejido como en los electrodos de estimulación, hasta su deterioro y el fallo total del sistema de estimulación. Debido a los desequilibrios de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación puede producirse en particular un flujo de corriente continua entre los electrodos de estimulación, lo que puede provocar sensaciones desagradables al paciente y tener efectos negativos en el tejido o los nervios.

En algunos sistemas de estimulación conocidos, los desequilibrios de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación se eliminan por ejemplo mediante cortocircuitos o mediante resistencias en paralelo para la descarga pasiva de los electrodos de estimulación o de condensadores en serie habitualmente empleados. Sin embargo, estos dispositivos tienen la desventaja de requerir mucho espacio, siendo en principio deseable alojar los sistemas de estimulación en el espacio más pequeño posible.

El documento US 63155 describe un dispositivo para estimular tejido nervioso, en particular del oído interno, o de tejido muscular. Un circuito eléctrico vigila la acumulación de potencial entre los electrodos de estimulación Cuando se registra un potencial demasiado alto entre los electrodos, se impide que se generen más estimulaciones, con lo que la diferencia de potencial entre los electrodos de estimulación ya no puede seguir aumentando. La estimulación de los electrodos no es posible, por un cortocircuito entre los electrodos,hasta que la diferencia se haya vuelto a equilibrar o esté de nuevo por debajo del valor límite. Este dispositivo tiene la desventaja de que hasta que se equilibra la diferencia de potencial entre los electrodos no se puede realizar la estimulación.

El documento DE 115165 A1 describe una disposición de electrodos para la estimulación eléctrica con un electrodo de estimulación, mediante el cual se suministra una señal de estímulo a un material biológico, y un contraelectrodo. Además, la disposición de electrodos está provista de un electrodo sensor para determinar una tensión de polarización en el electrodo de estimulación, por lo que también se pueden registrar partes estáticas de la polarización de electrodos. De acuerdo con este procedimiento conocido, se mide el potencial de polarización de forma continua y se influye en la señal de estimulación de modo que el potencial de polarización entre los electrodos no excede un valor determinado. Esto se logra ajustando la amplitud o desconectando la señal de estimulación. La desventaja de esta disposición de electrodos es que, junto con el electrodo

sensor, se requiere un electrodo adicional para medir el potencial de polarización, lo que aumenta tanto el coste del dispositivo de estimulación como el gasto de la implantación y el perjuicio causado al tejido a estimular. Además, en este método conocido, la medida de la diferencia de potencial entre los electrodos de 5 estimulación se lleva a cabo durante la estimulación, lo que puede influir negativamente en el resultado medido.

El documento US6473649 describe un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1.

La presente invención tiene por objetivo proporcionar un dispositivo para controlar ío la carga eléctrica en los electrodos de estimulación que ocupe poco espacio y que reduzca o elimine un flujo de corriente no deseado entre dichos electrodos de estimulación del sistema de estimulación debido a desequilibrios de cargas eléctricas en los electrodos.

Este objetivo se resuelve mediante el dispositivo según la invención con las 15 características indicadas en la reivindicación 1 y mediante un procedimiento con las características indicadas en la reivindicación 14. En las reivindicaciones dependientes respectivas se indican perfeccionamientos ventajosos de la

invención.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, el objetivo arriba 2 mencionado se resuelve mediante un dispositivo para la estimulación de tejido vivo o nervios a través de impulsos de estimulación individuales o reiterados mediante electrodos de estimulación que están en contacto con nervios o tejido vivo, los cuales son estimulados por impulsos de estimulación de los electrodos de estimulación, incluyendo el dispositivo un circuito eléctrico que regula la 25 tensión eléctrica o la carga eléctrica en los electrodos de estimulación en función de la tensión eléctrica entre los electrodos y que reduce o equilibra desequilibrios de cargas eléctricas en los electrodos.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, el objetivo arriba mencionado se resuelve mediante un procedimiento para el funcionamiento del 3 dispositivo arriba mencionado, que incluye los siguientes pasos:

determinar una tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación o un desequilibrio de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación;

comparar la tensión determinada entre los electrodos de estimulación con un intervalo de tensión predeterminado;

generar y aplicar una corriente eléctrica positiva o negativa con una duración e intensidad determinadas al menos a un electrodo de estimulación, reduciendo o equilibrando la tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación o el desequilibrio de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación.

Así, de acuerdo con la presente invención, se proporciona un dispositivo y un procedimiento para el funcionamiento del dispositivo que permiten regular la carga eléctrica de los electrodos de estimulación de un sistema para estimular tejido vivo o nervios y producir una compensación de carga en dichos electrodos. En particular, la presente invención proporciona un circuito electrónico que sirve para controlar y equilibrar la carga eléctrica en los electrodos de estimulación de un sistema para estimular tejido vivo o nervios mediante impulsos de estimulación individuales o reiterados proporcionados por electrodos de estimulación. En consecuencia, el dispositivo según la invención puede producir una compensación de la carga eléctrica en los electrodos del sistema de estimulación.

Por tanto, una ventaja... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la estimulación de células de tejido vivo o nervios por impulsos de estimulación individuales o reiterados mediante electrodos de estimulación (6, 7), estando los electrodos de estimulación (6, 7) en

contacto con células nerviosas o tejido vivo (8, 12) que son estimulados por

los impulsos de estimulación de los electrodos de estimulación (6, 7), caracterizadoporque el dispositivo incluye un circuito eléctrico (1,2, 3, 4, 5) que regula la tensión eléctrica o la carga eléctrica en los electrodos de estimulación (6, 7) en función de la tensión eléctrica entre los electrodos de

ío estimulación (6, 7) para reducir o equilibrar desequilibrios de cargas

eléctricas en los electrodos de estimulación (6, 7).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizadoporque genera una corriente eléctrica positiva o negativa de una duración y una intensidad determinadas y la aplica al menos a un electrodo de estimulación (6),

reduciendo o equilibrando los desequilibrios de cargas eléctricas entre los

electrodos de estimulación (6, 7).

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizadoporque incluye un generador de impulsos (1) que genera impulsos eléctricos, que son amplificados por una fuente de corriente/tensión (2) convirtiéndolos en

impulsos de estimulación, y éstos son transmitidos al menos a un primer

electrodo de estimulación (6), preferentemente a una serie de electrodos de estimulación (6, 7).

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizadoporque la forma o el desarrollo de los impulsos de

estimulación eléctricos generados por el dispositivo o los impulsos de

corriente para el equilibrado de carga entre los electrodos de estimulación (6, 7) se adaptan al tipo de tejido (8, 12) a estimular o de las células nerviosas a estimular.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizadoporque la conexión del circuito eléctrico (1, 2, 3, 4, 5) con el o

los electrodos de estimulación 6 se puede interrumpir o establecer mediante un conmutador(IO).

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizadoporque incluye un medidor de carga y/o de tensión (5)

conectado a los electrodos de estimulación (6, 7) y que determina la

tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación (6, 7) o desequilibrios en los electrodos de estimulación (6, 7).

Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizadoporque el medidor de carga y/o de tensión (5) determina la tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación (6, 7) entre ciclos de estimulación, es decir, mientras el tejido (8, 12) o los nervios en contacto con los electrodos de estimulación (6, 7) no son estimulados por impulsos de estimulación de los electrodos de estimulación (6, 7), o mientras no hay ninguna corriente de carga o corriente de estimulación en los electrodos de estimulación (6, 7).

Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizadoporque incluye un comparador (4) que determina si la tensión eléctrica o las diferencias de carga entre los electrodos de estimulación (6, 7) está por debajo, dentro o por encima de un intervalo de tensión determinado, definido por valores límites predeterminados.

Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizadoporque incluye un inyector de carga (3) que genera una corriente eléctrica positiva o negativa de duración e intensidad determinadas y la aplica al electrodo de estimulación (6), reduciendo o equilibrando desequilibrios de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación (6, 7).

Dispositivo según una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizadoporque el resultado determinado por el medidor de carga y/o de tensión (5) con respecto a la tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación (6, 7) o a los desequilibrios de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación (6, 7) es transmitido al comparador (4), y el resultado de la comparación realizada por el comparador (4), consistente en comprobar si la tensión eléctrica o las diferencias de carga entre los electrodos de estimulación (6, 7) están por debajo, dentro o por encima de un intervalo de tensión predeterminado, es transmitido al inyector de carga (3), y el inyector de carga (3), en base a las señales transmitidas por el comparador (4), aplica una tensión positiva o negativa y de una intensidad de corriente determinada durante un período de tiempo determinado al electrodo o los electrodos de estimulación (6), reduciendo o equilibrando la tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación (6, 7) o desequilibrios de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación (6, 7).

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizadoporque el dispositivo sirve para su uso en la electroestimulación de la retina de un ojo, en particular en función de la luz incidente, con un circuito eléctrico (1, 2, 3, 4 ,5), preferentemente en forma 5 de un circuito integrado, configurado para ser implantado en el área de la

retina, incluyendo el circuito eléctrico (1, 2, 3, 4 ,5) una serie de puntos de contacto para el contacto con células retinianas y una serie de elementos fotosensibles que excitan los puntos de contacto a través del circuito eléctrico (1,2, 3, 4 ,5) en función de la luz incidente.

ío 12. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizadoporque los componentes electrónicos (1,2, 3, 4, 5) del circuito

eléctrico y las pistas conductoras metálicas para su contacto están

microestructurados por fotolitografía y preferentemente integrados en un chip.

13. Sistema para la estimulación de tejido vivo (8, 12) o nervios mediante

impulsos de estimulación individuales o reiterados a través de electrodos de estimulación (6, 7) con un dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, estando el dispositivo preferentemente integrado en el sistema de estimulación.

14. Procedimiento para el funcionamiento del dispositivo según una de las

reivindicaciones anteriores, que incluye los siguientes pasos:

determinar una tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación (6, 7) o un desequilibrio de cargas eléctricas entre los electrodos de estimulación;

comparar la tensión determinada entre los electrodos de estimulación (6,

7) con un intervalo de tensión predeterminado; caracterizado porque

se genera y aplica una corriente eléctrica positiva o negativa de una duración e intensidad determinadas al menos a un electrodo de

estimulación (6), reduciendo o equilibrando la tensión eléctrica entre los

electrodos de estimulación (6, 7) o un desequilibrio de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación (6, 7).

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizadoporque la tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación (6, 7) también se determina

durante la compensación de carga en los electrodos de estimulación (6, 7) y, cuando la tensión entre los electrodos de estimulación (6, 7) está de nuevo dentro del intervalo de tensión predeterminado o cuando ya no hay tensión entre los electrodos de estimulación (6, 7), se interrumpe la alimentación de corriente para la compensación de carga a los electrodos de estimulación (6, 7).

Procedimiento según la reivindicación 14 o 15, caracterizadoporque la determinación de la tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación (6, 7) o de un desequilibrio de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación (6, 7) y/o la compensación de carga en los electrodos de estimulación (6, 7) se lleva a cabo entre ciclos de estimulación, es decir, mientras el tejido (8, 12) o los nervios en contacto con los electrodos de estimulación (6, 7) no son estimulados por impulsos de estimulación de los electrodos de estimulación (6, 7), o mientras no hay corriente de carga o corriente de estimulación en los electrodos de estimulación (6, 7).

Procedimiento según una de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizadoporque la determinación de la tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación (6, 7) o de un desequilibrio de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación (6, 7) sólo se lleva a cabo cuando no hay corriente de estimulación aplicada a los electrodos de estimulación (6, 7).

Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 a 17,

caracterizadoporque la determinación de la tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación (6, 7) o de un desequilibrio de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación (6, 7) y/o la compensación de carga en los electrodos de estimulación (6, 7) sólo se lleva a cabo cuando en los electrodos de estimulación (6, 7) y en electrodos de estimulación cercanos a los electrodos de estimulación (6, 7) no se aplicauna corriente de estimulación, es decir, cuando no se estimulan mediante impulsos de estimulación los electrodos de estimulación (6, 7) ni los electrodos de estimulación situados cerca de los electrodos de estimulación (6, 7).

Procedimiento según una de las reivindicaciones 14 a 18,

caracterizadoporque la determinación de la tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación (6, 7) o de un desequilibrio de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación (6, 7) y/o la compensación de carga en los electrodos de estimulación (6, 7) se repiten cíclicamente.

2. Procedimiento según una de las reivindicaciones 14 a 19, caracterizadoporque la determinación de la tensión eléctrica entre los electrodos de estimulación (6, 7) o de un desequilibrio de cargas eléctricas en los electrodos de estimulación (6, 7) y el suministro de una corriente de

compensación de duración y amplitud determinadas a los electrodos de

estimulación (6, 7) para la compensación de carga en los electrodos de estimulación (6, 7) se lleva a cabo de forma alterna.

21. Sistema para la estimulación de tejido vivo (8, 12) o nervios mediante impulsos de estimulación individuales o reiterados a través de electrodos

lo de estimulación (6, 7), que funciona conforme un procedimiento según una

de las reivindicaciones 13 a 18.