правильная установка провода для гмс с первого раза

Формула изобретения

1. Провод для стимуляции, имеющий дистальный конец для обеспечения терапевтической электрической стимуляцией ткани в целевом участке, содержит: массив из одного или нескольких стимулирующих элементов с одним или несколькими чувствительными элементами, расположенными на дистальном конце провода; каждый из одного или нескольких стимулирующих элементов выполнен с возможностью обеспечения электрической стимуляцией ткани в целевом участке; и каждый из одного или нескольких чувствительных элементов выполнен с возможностью обнаружения электрических сигналов; причем после первой имплантации провода вдоль траектории, предварительно определенной с помощью нехирургических процедур, массив чувствительных элементов выполнен с возможностью определения локализации целевого участка и определения для каждого из стимулирующих элементов, необходимых параметров стимуляции, требуемых для терапевтической стимуляции ткани без необходимости дополнительных имплантаций провода, отличающийся тем, что стимулирующие элементы напрямую объединены с чувствительными элементами, и объединение основано на геометрической взаимосвязи между положением чувствительных и стимулирующих элементов.

2. Провод для стимуляции по п.1, в котором стимулирующие элементы являются металлическими электродами.

3. Провод для стимуляции по п.1, в котором чувствительные элементы являются металлическими микроэлектродами или емкостными чувствительными элементами.

4. Провод для стимуляции по п.1, в котором один или несколько стимулирующих элементов и один или несколько чувствительных элементов распределены в массиве по периферии на поверхности провода.

5. Провод для стимуляции по п.1, в котором каждый в отдельности чувствительный элемент выполнен с возможностью обеспечения определять один или несколько электрических сигналов, потенциалов действия, потенциалов поля, биохимических сигналов и нейротрансмиттеров.

6. Провод для стимуляции по п.1, в котором площадь отдельного чувствительного элемента меньше, чем площадь отдельного стимулирующего элемента.

7. Провод для стимуляции по п.1, в котором множество чувствительных элементов электрически объединены для обнаружения единого электрического сигнала.

8. Провод для стимуляции по п.1, в котором количество чувствительных элементов больше, чем количество стимулирующих элементов.

9. Провод для стимуляции по п.1, в котором параметры стимуляции выбраны из одного или нескольких среди амплитуды стимуляции, полярности, длительности частоты повторения, формы сигнала и относительной фазы в рабочем цикле стимуляции.

10. Провод для стимуляции по п.1, в котором провод имеет контроллер для приема сигналов от одного или нескольких чувствительных элементов, для определения положения целевого участка и для определения того, какие из стимулирующих элементов расположены, по меньшей мере, около целевого участка и какие будут обеспечивать терапевтическую стимуляцию.

11. Провод для стимуляции по п.10, в котором контроллер выполнен с возможностью определения для каждого из выбранных стимулирующих элементов необходимых параметров стимуляции, требуемых для терапевтической стимуляции.

12. Провод для стимуляции по п.10, в котором контроллер выполнен с возможностью использования сигналов, принятых от одного или нескольких отдельных чувствительных элементов для управления относительными амплитудами стимуляции и/или синхронизации одного или нескольких отдельных стимулирующих элементов.

13. Система стимуляции для обеспечения терапевтической электрической стимуляции ткани после имплантации, содержащая: импульсный генератор для образования и передачи электрических импульсов, необходимых для стимуляции; и провод для стимуляции, причем провод для стимуляции имеет массив из одного или нескольких стимулирующих элементов и одного или нескольких чувствительных элементов, расположенных на его дистальном конце, с каждым из одного или нескольких стимулирующих элементов, выполненных с возможностью обеспечения электрической стимуляции ткани в целевом участке, и каждым из одного или нескольких чувствительных элементов, выполненных с возможностью обнаружения электрических сигналов, причем после первой имплантации провода вдоль траектории массив чувствительных элементов выполнен с возможностью определения локализации целевого участка, ассоциирования и/или выбора стимулирующих элементов, по меньшей мере, близких к целевому участку, а также определения для каждого выбранного стимулирующего элемента необходимых параметров стимуляции, требуемых для обеспечения терапевтической стимуляции ткани без необходимости дополнительных имплантаций провода после первой имплантации, отличающаяся тем, что стимулирующие элементы напрямую объединены с чувствительными элементами, и объединение основано на геометрической взаимосвязи между положением чувствительных и стимулирующих элементов.

14. Способ для обеспечения терапевтической электрической стимуляции ткани в целевом участке, включающий в себя этапы: определение с помощью нехирургических процедур визуализации приблизительного целевого участка для стимуляции и траектории для имплантации провода для стимуляции относительно приблизительного целевого участка; имплантация вдоль траектории провода для стимуляции, где провод для стимуляции имеет массив из одного или нескольких стимулирующих элементов и одного или нескольких чувствительных элементов, расположенных на его дистальном конце, с каждым из одного или нескольких стимулирующих элементов, выполненных с возможностью обеспечения электрической стимуляции ткани, и каждым из одного или нескольких чувствительных элементов, выполненных с возможностью обнаружения электрических сигналов с тем, чтобы после первой имплантации провода вдоль траектории, которая предварительно определена с помощью нехирургических процедур, массив чувствительных элементов выполнен с возможностью определения локализации целевого участка, ассоциирования и/или выбора стимулирующих элементов, по меньшей мере, около целевого участка, а также определения для каждого выбранного стимулирующего элемента необходимых параметров стимуляции, требуемых для терапевтической стимуляции без необходимости дополнительных имплантаций провода после первой имплантации; обнаружение с помощью одного или нескольких чувствительных элементов электрических сигналов, образованных нервными клетками в мозге; определение по обнаруженным электрическим сигналам трехмерного пространственного расположения и границ для целевого участка стимуляции внутри приблизительного целевого участка; определение одного или нескольких стимулирующих элементов для обеспечения стимуляцией целевого участка стимуляции и параметров стимуляции для каждого стимулирующего элемента, подлежащего использованию в ходе стимуляции; стимуляция ткани в ходе стимуляции целевого участка с использованием отдельных параметров стимуляции; и объединение стимулирующих элементов с чувствительными элементами, объединение основано на геометрической взаимосвязи между положением чувствительных и стимулирующих элементов.

15. Способ по п.14, в котором обнаружение с помощью одного или нескольких чувствительных элементов электрических сигналов дополнительно содержит этапы: считывание характеристик электрических сигналов; и определение заданных чувствительных элементов, которые определяют характеристики электрических сигналов, соответствующие целевому участку стимуляции.

16. Способ по п.14, перед стимуляцией ткани дополнительно включающий этапы: тестирование целевого участка стимуляции посредством доставки тестовой электрической стимуляции через выбранные один или несколько стимулирующих элементов и повторение этапов способа по необходимости до тех пор, пока не будет получено подтверждение функциональной эффективности целевого участка стимуляции.

17. Способ по п.14, в котором параметры стимуляции выбраны из одного или нескольких среди амплитуды стимуляции, полярности, длительности частоты повторения, формы сигнала и относительной фазы в рабочем цикле стимуляции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение направлено на провод для глубокой мозговой стимуляции (ГМС), обладающий дистальным концом для обеспечения терапевтической электрической стимуляции ткани при стимуляции целевого участка мозга пациента, содержащий массив из одного или нескольких стимулирующих элементов и чувствительных элементов, расположенных на дистальном конце провода; каждый из одного или нескольких стимулирующих элементов допускает обеспечение электрической стимуляции ткани мозга в целевом участке; и каждый из одного или нескольких чувствительных элементов допускает обнаружение электрических сигналов, образованных нервными клетками в мозге; где после первой имплантации провода в мозг вдоль траектории, которая предварительно определена с помощью нехирургических процедур, массив стимулирующих и чувствительных элементов допускает облегчение нахождения целевого участка и определение для каждого из стимулирующих элементов требующихся параметров стимуляции, необходимых для обеспечения терапевтической стимуляции ткани мозга в ходе стимуляции целевого участка, без требования каких-либо дополнительных имплантаций провода после первой имплантации. Раскрыта система стимуляции, содержащая провод ГМС и импульсный генератор. Также раскрыт способ обеспечения терапевтической ГМС ткани мозга с использованием этого провода.

Успешное лечение глубокой мозговой стимуляцией требует точной установки стимулирующих электродов в целевой участок стимуляции. В лучшей современной практике перед имплантацией постоянных стимулирующих электродов большее количество времени в ходе хирургической процедуры уходит на электрофизиологическое исследование целевого участка с помощью микроэлектродов. Эта длительная процедура увеличивает операцию на часы, и решение, которое делает возможным такое же или лучшее электрофизиологическое картирование целевого участка для стимуляции, является крайне желательным.

В конце 1980-х, после первых доказательств исчезновения тремора при электрической стимуляции таламических целей, глубокая мозговая стимуляция (ГМС) стала общепринятым способом для лечения запущенной формы болезни Паркинсона. Провод, несущий множество электродов (обычно 4 периферических электрода, например как в электроде ГМС Medtronic 3389), хирургически имплантируют в цель для стимуляции, например, в субталамическое ядро (СТЯ) или внутренний сегмент бледного шара (БШв). Этот провод соединен посредством спиц для скелетного вытяжения с импульсным генератором, который образует электрические импульсы, требующиеся для стимуляции. Типичными параметрами для так называемой высокочастотной ГМС (ВЧ-ГМС) являются длина импульса 60-100 мкс, частота повторения импульсов 130-185 Гц и амплитуда импульса 1,5-5 В. Как правило, принято, что при этих условиях ВЧ-ГМС скрывает эффекты функциональных патологических изменений цели для стимуляции.

Важной заслугой ВЧ-ГМС является ее обратимость. Когда электрическая стимуляция прерывается, ее эффекты полностью исчезают. Это является явным преимуществом перед соответствующей операцией, которая является необратимой по своей природе, и это позволяет останавливать или подстраивать лечение в случае отрицательных последствий. Кроме того, пространственно локализованная доставка электрической стимуляции является важным преимуществом перед фармакологическим лечением, где обычно лекарственные средства вызывают глобальные эффекты, часто приводя к нежелательным побочным эффектам. Подтвердив и клинически доказав эффективность способа для болезни Паркинсона, с относительно прямым объяснением клинических эффектов этого способа на других целях, сейчас исследователи исследуют новые показания для лечения. Будущие расстройства, которые могут лечиться с помощью ВЧ-ГМС, включают дистонию, эпилепсию, синдром навязчивых состояний, мигрени, тучность и даже депрессию.

Важным требованием для успешного исхода лечения с помощью ВЧ-ГМС является точная установка стимулирующих электродов в целевой участок стимуляции. Предположительно, смещение электродов от заданного положения является основной причиной нежелательных побочных эффектов, включая сенсорно-моторные эффекты, а также смены настроения, такие как депрессия и даже суицидальные идеи. В ходе аккуратных хирургических процедур нейрохирурги пытаются свести к минимуму риски для таких нежелательных побочных эффектов. Основная процедура, рекомендуемая экспертами в области, состоит в следующем. Перед операцией приблизительный целевой участок локализуют средствами процедур стереотаксической визуализации. Впоследствии планируют траекторию имплантации, которая несет минимальный риск повреждения.

Однако эти способы испытывают недостаток точности, которая требуется для немедленного успешного позиционирования стимулирующих электродов по двум причинам. Во-первых, точное функциональное строение внутри целевого ядра или участка мозга еще не может быть зафиксировано с помощью визуализации, так как она часто охватывает только несколько мм, или даже меньше, внутри целого ядра или участка. Во-вторых, изменения положений в мозге могут произойти при хирургическом вскрытии черепа для имплантации электродов и при введении электродов. Поэтому в лучшей современной практике перед имплантацией постоянных стимулирующих электродов выполняют электрофизиологическое исследование целевого участка тестовыми электродами, которые имплантируются вдоль нескольких параллельных траекторий в направлении целевого участка, охватывая достаточно большой объем сканирования, чтобы гарантировать что в выбранном объеме ткани локализован оптимальный целевой участок стимуляции. Микрозаписи нейронных возбужденных паттернов выполняют для исследования точных функциональных границ различных анатомических структур. Тестовая стимуляция выполняется для оценки эффективности стимуляции в разных кандидатных участках. Только после того как с помощью микрозаписей и тестовой стимуляции обнаруживают точное положение целевого участка стимуляции, имплантируют постоянные стимулирующие электроды.

Хотя электрофизиологическое исследование целевого участка ВЧ-ГМС обязательно для успешной операции, вместе с этим оно несет некоторые неудобства. Во-первых, время операции растягивается на несколько часов, приводя к увеличенной нагрузке для пациента (который просыпается в ходе операции), а также увеличивается цена процедуры. Во-вторых, множественные траектории имплантации тестовых электродов и последующая конечная имплантация постоянных электродов увеличивают риски попадания в кровеносный сосуд, ведущего к геморрагии.

Поэтому существует необходимость в улучшенной системе провода ГМС и способе, который делает возможной с первого раза прямую и точную установку посредством имплантации стимулирующих электродов в целевой участок стимуляции, которым удовлетворяют методология и система, раскрытые здесь.

Согласно данному раскрытию, раскрыт провод для глубокой мозговой стимуляции (ГМС) и способ обеспечения электрической стимуляцией ткани в целевом участке стимуляции мозга пациента, который выполнен с возможностью облегчения локализации целевого участка и определения для каждого из стимулирующих элементов требующихся параметров стимуляции, необходимых для обеспечения терапевтической стимуляции ткани мозга в ходе стимуляции целевого участка, без требования дополнительных имплантаций провода после первой имплантации.

Конкретно, целью данного изобретения является предоставление провода для глубокой мозговой стимуляции, обладающего дистальным концом для обеспечения терапевтической электрической стимуляцией ткани в целевом участке стимуляции мозга пациента, содержащего: массив из одного или нескольких стимулирующих элементов и одного или нескольких чувствительных элементов, расположенных на дистальном конце провода; каждый из одного или нескольких стимулирующих элементов выполнен с возможностью обеспечения электрической стимуляцией ткани мозга в целевом участке; и каждый из одного или нескольких чувствительных элементов выполнен с возможностью обнаружения электрических сигналов, образованных нервными клетками в мозге; причем после первой имплантации провода в мозг вдоль траектории, которая предварительно определена с помощью нехирургических процедур, массив стимулирующих и чувствительных элементов выполнен с возможностью облегчения локализации целевого участка и определения для каждого из стимулирующих элементов необходимых параметров стимуляции, нужных для обеспечения терапевтической стимуляцией ткани мозга в ходе стимуляции целевого участка, без необходимости дополнительных имплантаций провода после первой имплантации.

Другой целью является предоставить провод для стимуляции, в котором стимулирующие элементы являются металлическими электродами.

Другой целью является предоставить провод для стимуляции, в котором чувствительные элементы являются металлическими микроэлектродами или емкостными чувствительными элементами.

Другой целью является предоставить провод для стимуляции, в котором один или несколько стимулирующих элементов и один или несколько чувствительных элементов распределены в массиве по периферии на поверхности провода поблизости от дистального конца провода.

Другой целью является предоставить провод для стимуляции, в котором чувствительные элементы каждый в отдельности способен определять один или несколько электрических сигналов, потенциалов действия, потенциалов поля, биохимических сигналов и нейротрансмиттеров.

Другой целью является предоставить провод для стимуляции, в котором площадь отдельного чувствительного элемента меньше, чем площадь отдельного стимулирующего элемента.

Другой целью является предоставить провод для стимуляции, в котором множество чувствительных элементов электрически объединены для обнаружения единого электрического сигнала.

Другой целью является предоставить провод для стимуляции, в котором количество чувствительных элементов больше, чем количество стимулирующих элементов.

Другой целью является предоставить провод для стимуляции, в котором параметры стимуляции выбраны из одного или нескольких среди амплитуды стимуляции, полярности, длительности частоты повторения, формы сигнала и относительной фазы в рабочем цикле стимуляции.

Другой целью является предоставить провод для стимуляции, в котором провод дополнительно содержит контроллер для приема сигналов от одного или нескольких чувствительных элементов, для определения положения целевого участка и для определения того, какие из стимулирующих элементов расположены внутри или поблизости от целевого участка и какие должны быть выбраны для обеспечения терапевтической стимуляцией ткани мозга в целевом участке.

Другой целью является предоставить провод для стимуляции, в котором контроллер выполнен с возможностью определения для каждого из выбранных стимулирующих элементов требуемых параметров стимуляции, необходимых для обеспечения терапевтической стимуляцией ткани мозга в целевом участке.

Другой целью является предоставить провод для стимуляции, в котором контроллер допускает использование сигналов, принятых от одного или нескольких отдельных чувствительных элементов для управления относительными амплитудами стимуляции и/или таймингов одного или нескольких отдельных стимулирующих элементов.

Другой целью является предоставить систему стимуляции для обеспечения после имплантации терапевтической электрической стимуляцией ткани в целевом участке стимуляции мозга пациента, содержащую:

импульсный генератор для образования и передачи электрических импульсов, необходимых для стимуляции; и

провод для глубокой мозговой стимуляции, имеющий дистальный конец для обеспечения после имплантации терапевтической электрической стимуляцией ткани в целевом участке стимуляции мозга пациента, содержащий:

массив из одного или нескольких стимулирующих элементов и один или несколько чувствительных элементов, расположенных на дистальном конце провода;

каждый из одного или нескольких стимулирующих элементов выполнен с возможностью обеспечения электрической стимуляцией ткани мозга в целевом участке; и

каждый из одного или нескольких чувствительных элементов выполнен с возможностью обнаружения электрических сигналов, образованных нервными клетками в мозге;

причем после первой имплантации провода в мозг вдоль траектории, которая предварительно определена с помощью нехирургических процедур, массив стимулирующих и чувствительных элементов выполнен с возможностью облегчения локализации целевого участка, объединения и/или выбора стимулирующих элементов внутри или вблизи целевого участка и определения для каждого выбранных стимулирующих элементов необходимых параметров стимуляции, нужных для обеспечения терапевтической стимуляцией ткани мозга в ходе стимуляции целевого участка, без необходимости любых дополнительных имплантаций провода после первой имплантации.

Другой целью является предоставить способ для обеспечения терапевтической глубокой мозговой электрической стимуляцией ткани в целевом участке стимуляции мозга пациента, содержащий:

определение с помощью нехирургических процедур визуализации приблизительного целевого участка для стимуляции и траектории для имплантации провода для глубокой мозговой стимуляции в приблизительный целевой участок;

имплантацию вдоль траектории и в приблизительный целевой участок провода для глубокой мозговой стимуляции, провод для стимуляции содержит:

массив из одного или нескольких стимулирующих элементов и один или несколько чувствительных элементов, расположенных на дистальном конце провода;

каждый из одного или нескольких стимулирующих элементов выполнен с возможностью обеспечения электрической стимуляции ткани мозга в целевом участке; и

каждый из одного или нескольких чувствительных элементов выполнен с возможностью обнаружения электрических сигналов, образованных нервными клетками в мозге;

причем после первой имплантации провода в мозг вдоль траектории, которая предварительно определена с помощью нехирургических процедур, массив стимулирующих и чувствительных элементов допускает облегчение локализации целевого участка, объединение и/или выбор стимулирующих элементов внутри или вблизи целевого участка и определение для каждого из выбранных стимулирующих элементов необходимых параметров стимуляции, нужных для обеспечения терапевтической стимуляцией ткани мозга в ходе стимуляции целевого участка, без необходимости любых дополнительных имплантаций провода после первой имплантации;

определение с помощью одного или нескольких чувствительных элементов электрических сигналов, образованных нервными клетками в мозге;

определение по обнаруженным электрическим сигналам, образованным нервными клетками в мозге, трехмерного пространственного положения и границ целевого участка стимуляции внутри приблизительного целевого участка;

определение того, какой из одного или нескольких отдельных стимулирующих элементов будет выбран для обеспечения стимуляцией ткани мозга в целевом участке стимуляции, и отдельных параметров стимуляции для каждого из одного или нескольких выбранных стимулирующих элементов, которые должны быть использованы в ходе стимуляции; и

выполнение стимуляции ткани в целевом участке стимуляции мозга выбранными стимулирующими элементами с использованием отдельных параметров стимуляции для каждого из выбранных стимулирующих элементов.

Другой целью является предоставить способ, в котором определение с помощью одного или нескольких чувствительных элементов электрических сигналов, образованных нервными клетками в мозге, дополнительно содержит:

считывание характеристик электрических сигналов нервных клеток в мозге, обнаруженных с помощью одного или нескольких чувствительных элементов; и

определение отдельных чувствительных элементов, которые определяют характеристики сигналов, которые соответствуют целевому участку стимуляции.

Другой целью является предоставить способ, дополнительно содержащий перед этапом выполнения стимуляции ткани мозга:

тестирование целевого участка стимуляции посредством доставки тестовой электрической стимуляции с помощью одного или нескольких стимулирующих элементов ткани мозга в ходе стимуляции целевого участка и повторение этапов способа по необходимости до тех пор, пока не будет получено подтверждение о функционально эффективном целевом участке стимуляции.

Другой целью является предоставить способ, в котором параметры стимуляции выбраны из одного или нескольких среди амплитуды стимуляции, полярности, длительности частоты повторения, формы сигнала и относительной фазы в рабочем цикле стимуляции.

Эти и другие аспекты изобретения более подробно объясняются со ссылками на следующие варианты осуществления и со ссылкой на чертежи.

Фиг.1 изображает схематическое венечное сечение через мозг, показывающее анатомические места структур, участвующих в путях базальных ядер. Целями ВЧ-ГМС при лечении болезни Паркинсона являются субталамические ядра и внутренние сегменты бледного шара.

Фиг.2 изображает схематический чертеж внедренной системы ГМС, состоящей из имплантированного провода, несущего периферические стимулирующие электроды и соединенного средствами спицы для скелетного вытяжения с имплантированным импульсным генератором.

На Фиг.3 показан вариант осуществления провода ГМС с массивом стимулирующих элементов (круги) и чувствительных элементов (треугольники).

На Фиг.4 показан вариант осуществления трехмерного распределения стимулирующих элементов (квадраты) и чувствительных элементов (круги).

На Фиг.5 показано определение целевого участка стимуляции, основанное на паттернах характеристических сигналов нервных клеток мозга.

На Фиг.6 показан пример однополярной синхронной стимуляции на выбранных стимулирующих элементах 1-6.

На Фиг.7 показан пример синхронной стимуляции с амплитудно- и полярно-опосредованным управлением полем стимуляции на выбранных стимулирующих элементах 1-6.

На Фиг.8 показан пример паттернов комплексной стимуляции на выбранных стимулирующих элементах 1-6.

Высокочастотная глубокая мозговая стимуляция (ГМС), например, таламуса или базальных ядер используется для лечения двигательных расстройств, таких как идиопатическое дрожание или болезнь Паркинсона. На Фиг.1 показан схематический рисунок, изображающий венечное сечение мозга, включая анатомические места структур, участвующих в путях базальных ядер.

Обычная система электрической стимуляции мозга содержит импульсный генератор, оперативно соединенный с мозгом с помощью провода. Провод имеет один или несколько стимулирующих электродов на его дистальном конце и разработан для имплантации в мозг пациента для того, чтобы система электродов оптимально и безопасно располагалась для желаемой стимуляции ткани мозга в месте целевого участка стимуляции. На Фиг.2 показан схематический чертеж внедренной системы ГМС, включающей имплантированный провод для стимуляции, имеющий стимулирующие электроды или элементы, и присоединенный к нему имплантированный импульсный генератор.

В обычной процедуре ГМС начальный шаг по направлению к эффективной стимуляции мозга вовлекает локализацию или картирование функциональных структур мозга. Особенно когда цель является новой, с той точки зрения, что имеется мало статистических данных или они отсутствуют для надежной идентификации положения цели, необходимо определять, куда внутри границ функционального целевого участка может быть доставлена эффективная и безопасная стимуляция.

Терапевтическая польза и нежелательные эффекты повреждения мозга и постоянной нейромодуляции критически зависят от локализации этой процедуры. Эта процедура включает три основных этапа. Во-первых, анатомическая локализация целей в мозге выполняется с использованием анатомических атласов мозга, визуализации средствами рентгена с положительным контрастом, КТ или МРТ при стереотаксических условиях. Такие стандартные хорошо известные способы визуализации используются для выполнения начального определения координат положения для цели, к которой будет направлен провод.

Во-вторых, электрофизиологическая идентификация функциональных границ между структурами мозга выполняется средствами одноклеточной или многоклеточной или мультизаписи характерных паттернов разрядки клеток. Такая процедура также может обозначаться как микрозапись или полумикрозапись. Микрозапись и полумикрозапись требуют использования электрода, который достаточно мал, чтобы чувствовать различия между активностью одной клетки или многоклеточной активностью, и, таким образом, требуют микроэлектрода с очень маленькой площадью поверхности, например в пределах 1-1000 мкм² для полумикроэлектрода и менее чем один мкм² для микроэлектрода.

Третий шаг задействует тестовую электрическую стимуляцию внутри локализованных функциональных структур мозга. Тестовая стимуляция выбранной структуры мозга необходима для определения: (1) эффективности стимуляции в идентифицированной функциональной структуре мозга и (2) любых побочных эффектов, вызванных стимуляцией мозга в этой области. Если стимулирующий электрод находится слишком близко к границам идентифицированной структуры мозга, функция смежных структур мозга может модулироваться, что в свою очередь может вести к нежелательным побочным эффектам. Тестовая стимуляция является клинически наиболее важной, когда она выполняется с электродом или электродами, обладающими площадью поверхности, равной площади поверхности постоянно имплантируемых электродов, например в диапазоне около 1-20 мм².

Теперь, после определения положения цели на первом этапе, провод, содержащий микроэлектрод, помещают в мозг для идентификации функциональных границ с помощью регистрации одной клетки. Затем провод, содержащий микроэлектрод, удаляют из ткани мозга. После этого шага может происходить дополнительный шаг по удалению микропровода и замещению его микропроводом или третьим постоянным мозговым проводом для стимуляции. Эти переустановки обычно требуют множества введений проводов, все наиболее предпочтительно вдоль той же самой траектории, и поэтому увеличивают риск внутричерепных кровотечений с некоторыми постоянными недееспособностями в качестве возможного следствия. Кроме того, когда провод размещен и протестирован для определения, это говорит о том, что стимуляция является удовлетворительной, критично, чтобы провод оставался на том же месте, потому что даже смещение электрода на 1 мм в неправильном направлении может служить причиной неудовлетворительных результатов или повреждения мозга. Удаление микропровода и переустановка одного или нескольких других проводов также увеличивает риск того, что провод более не расположен внутри или в достаточной близости к функциональной цели, идентифицированной с помощью микрозаписи. Таким образом, было бы желательно создать провод и способ, который допускает необходимость только одной имплантации в мозг пациента и облегчает определение целевого участка стимуляции и специфических стимулирующих элементов и параметров стимуляции, чтобы сделать возможной терапевтическую электрическую стимуляцию ткани мозга.

Это выполнено с проводом для стимуляции, системой и способом для обеспечения ГМС стимуляции с использованием провода по изобретению, описываемого в настоящем документе. Провод для стимуляции по изобретению содержит массив из одного или нескольких стимулирующих элементов и одного или нескольких чувствительных элементов, расположенных на дистальном конце провода; каждый из одного или нескольких стимулирующих элементов допускает обеспечение электрической стимуляцией ткани мозга в целевом участке; и каждый из одного или нескольких чувствительных элементов выполнен с возможностью обнаружения электрических сигналов, образованных нервными клетками в мозге. После первой имплантации провода в мозг вдоль траектории, которая предварительно определена с помощью нехирургических процедур, массив стимулирующих и чувствительных элементов допускает облегчение локализации целевого участка и определения для каждого из стимулирующих элементов необходимых параметров стимуляции, нужных для обеспечения терапевтической стимуляцией ткани мозга в ходе стимуляции целевого участка, без необходимости любых дополнительных имплантаций провода после первой имплантации.

Провод для стимуляции содержит массив из одного или нескольких чувствительных элементов и одного или нескольких стимулирующих элементов, расположенных на дистальном или переднем конце провода в ходе имплантации в мозг пациента, который в конечном итоге будет в непосредственной близости к ткани мозга, подлежащей терапевтической электрической стимуляции в ходе стимуляции целевого участка. Массив чувствительных и стимулирующих элементов может принимать вид многих геометрических узоров, может быть распределенным трехмерно вокруг провода и может быть реализован с использованием более чем одного провода, несущего, по меньшей мере, один из чувствительных и/или стимулирующих элементов. Например, на Фиг.3 показан вариант осуществления провода ГМС с массивом стимулирующих элементов (круги) и чувствительных элементов (треугольники). На Фиг.4 показан вариант осуществления трехмерного распределения стимулирующих элементов (квадраты) и чувствительных элементов (круги).

В одном из вариантов осуществления изобретения, стимулирующие элементы являются металлическими электродами. В другом варианте осуществления стимулирующие элементы могут быть распределены, например, по периферии вдоль провода; например, в массиве вдоль окружности провода.

Чувствительные элементы также могут быть распределены, например, по периферии вдоль провода; например, в массиве окружности провода.

Чувствительные элементы могут быть, например, металлическими электродами или емкостными чувствительными элементами. Каждый чувствительный элемент независимо способен определять один или несколько электрических сигналов, потенциалов действия, потенциалов поля, (био)химических сигналов и нейротрансмиттеров. В варианте осуществления несколько чувствительных элементов электрически объединены для определения единого электрического сигнала. В другом варианте осуществления площадь отдельного чувствительного элемента меньше, чем площадь отдельного стимулирующего элемента.

Обнаруженная информация, предоставленная чувствительными элементами, например электрические сигналы или другие вышеупомянутые сигналы, образованные нервными клетками мозга, используется контроллером или блоком обработки в соединении с чувствительными и стимулирующими элементами для облегчения пространственной локализации установления границ целевого участка стимуляции в мозге, как показано на Фиг.5. Также эта обнаруженная информация облегчает определение отдельных стимулирующих элементов, которые будут использоваться для обеспечения терапевтической электрической стимуляцией ткани мозга в ходе стимуляции целевого участка, а также параметров стимуляции, которые будут использоваться для каждого стимулирующего элемента. Такие параметры стимуляции включают, например, одну или несколько амплитуд стимуляции, полярность, длительность частоты повторения, форму сигнала и относительную фазу в рабочем цикле стимуляции. Фиг.6-8 показывают, например, несколько возможных паттернов стимуляции для стимулирующих элементов, обозначенных номерами 1-6.

Контроллер или блок обработки может использоваться для одной или нескольких функций, например для обработки параметров сигнала, приема параметров сигнала, передачи параметров сигнала или новых команд; для связи с техником, врачом или другим компонентом системы провода, например одним или несколькими из чувствительных и/или стимулирующих элементов, внешним процессором, компьютерами, мониторами наблюдения и т.д. Таким образом, например, контроллер может быть встроен в зонд или блок ГМС. Альтернативно, контроллер может быть расположен снаружи по отношению проводу или системе ГМС, например на рабочей станции, для выполнения больших вычислений, нужных для применения способа ГМС стимуляции, включая определение целевого участка стимуляции. Также сигналы мозга, полученные одним или несколькими чувствительными элементами, могут быть, например, представлены пользователю (например, врачу) в наглядной форме, например графически, чтобы дать пользователю возможность, вероятно, с помощью компьютерного анализа/обработки сигнала/данных сделать начальные предположения об оптимальном целевом участке стимуляции и установке провода ГМС для стимуляции. Этот последний подход наиболее полно соответствует лучшей современной практике; то есть нейрофизиолог определяет положение цели для провода ГМС на основе принятых сигналов.

В варианте осуществления стимулирующие элементы напрямую объединены с чувствительными элементами. Объединение основано на геометрической взаимосвязи между положением чувствительных и стимулирующих элементов. Например, каждый стимулирующий элемент может быть ассоциирован с отдельным чувствительным элементом или комбинацией чувствительных элементов; или каждый стимулирующий элемент может быть ассоциирован с другим единственным чувствительным элементом, например чувствительным элементом для обнаружения одного типа электрических сигналов; или число чувствительных элементов больше, чем число стимулирующих элементов. Когда число чувствительных элементов больше, чем число стимулирующих элементов, можно использовать подход «центр тяжести» для ассоциирования чувствительных и стимулирующих элементов; например, если множество чувствительных элементов, собирающих правильные сигналы, окружает стимулирующий элемент, можно предположить, что этот стимулирующий элемент лежит в целевом участке для стимуляции. Чувствительные элементы могут собирать, например, возбужденные паттерны нейронов и использовать характеристики этих сигналов для установления различий между различными участками мозга. Альтернативно, чувствительные элементы также могут измерять локальный импеданс для установления различий между серым и белым веществом и, таким образом, получать дополнительную информацию о местной нейроанатомии в окружении зонда. За счет комбинации многих типов измерений проведение различий между различными типами тканей, анатомическими/функциональными структурами и т.д. будет проходить более точно. В другом варианте осуществления способы управления полем используются для хорошего позиционирования области или поля целевой стимуляции. В другом варианте осуществления относительные амплитудные стимуляции и/или тайминги стимулирующих элементов ассоциированы с чувствительными элементами. Также информация об обнаруженном чувствительными элементами сигнале может считываться параллельно или последовательно.

Провод для стимуляции может быть встроен в систему стимуляции для обеспечения после имплантации терапевтической электрической стимуляции в целевом участке стимуляции мозга пациента. Такая система содержит импульсный генератор для образования и передачи электрических импульсов, необходимых стимулирующим элементам для стимуляции.

В другом варианте осуществления изобретения раскрыт способ для обеспечения терапевтической глубокой мозговой электрической стимуляцией ткани в целевом участке стимуляции мозга пациента, включающий определение с помощью нехирургических процедур визуализации приблизительного целевого участка для стимуляции и траектории для имплантации провода для глубокой мозговой стимуляции в приблизительный целевой участок; имплантацию вдоль траектории и в приблизительный целевой участок провода для глубокой мозговой стимуляции, раскрытого выше провода для стимуляции; определение с помощью одного или нескольких чувствительных элементов электрических сигналов, образованных нервными клетками в мозге; определение по обнаруженным электрическим сигналам, образованным нервными клетками в мозге, трехмерного пространственного расположения и границ целевого участка стимуляции внутри приблизительного целевого участка; определение того, какой из одного или нескольких отдельных стимулирующих элементов будет использован для обеспечения стимуляцией ткани мозга в целевом участке стимуляции, и отдельных параметров стимуляции для каждого из одного или нескольких стимулирующих элементов, подлежащих использованию в ходе стимуляции; и выполнение стимуляции ткани в целевом участке стимуляции мозга отдельными стимулирующими элементами с использованием отдельных параметров стимуляции для каждого из отдельных стимулирующих элементов.

Другой вариант осуществления предоставляет то, что определение с помощью одного или нескольких чувствительных элементов электрических сигналов, образованных нервными клетками в мозге, дополнительно содержит считывание характеристик электрических сигналов нервных клеток в мозге, обнаруженных с помощью одного или нескольких чувствительных элементов; и определение отдельных чувствительных элементов, которые определяют характеристики сигналов, которые соответствуют целевому участку стимуляции.

Другой вариант осуществления предоставляет способ, дополнительно содержащий перед этапом выполнения стимуляции ткани мозга, тестирование целевого участка стимуляции посредством доставки тестовой электрической стимуляции с помощью одного или нескольких отдельных стимулирующих элементов ткани мозга в ходе стимуляции целевого участка и повторение этапов метода при необходимости, до тех пор пока не будет получено подтверждение функциональной эффективности целевого участка стимуляции.

В другом варианте осуществления предоставлен способ «правильная установка с первого раза» провода ГМС. Это достигается за счет использования провода для стимуляции по изобретению, несущего массив стимулирующих элементов и встроенный массив чувствительных элементов. Способ состоит из следующих этапов:

1. Имплантация нового провода ГМС вдоль траектории, как определено с помощью процедуры стереотаксической визуализации (и/или другого хирургического инструмента для планирования) в пределах приблизительного целевого участка мозга, где для ткани, подлежащей стимуляции, должен быть локализован целевой участок стимуляции.

2. Считывание характеристик сигналов, обнаруженных различными чувствительными элементами, встроенными в провод ГМС.

3. Определение чувствительных элементов, которые определяют характеристики сигналов, соответствующие запланированному целевому участку стимуляции.

4. Ассоциирование с чувствительными элементами, которые обнаруживают характеристики сигналов, соответствующие запланированному целевому участку стимуляции, пространственному расположению и пограничному пространству целевого участка стимуляции.

5. Ассоциирование формы поля необходимой стимуляции, необходимой для покрытия целевого участка стимуляции, с полученным пространственным расположением цели для стимуляции.

6. Ассоциирование группы отдельных стимулирующих элементов с полем необходимой стимуляции.

7. Необязательное тестирование установленного таким образом запланированного целевого участка стимуляции посредством доставки тестовой стимуляции с использованием группы отдельных стимулирующих элементов и необязательное повторение этапов со 2 до 7, до тех пор пока не будет получено подтверждение функциональной эффективности целевого участка стимуляции;

a) дополнительное необязательное использование дополнительных доступных диагностических инструментов для помощи при нацеливании, например интраоперационная функциональная визуализация, объединенная визуализация и т.д.

8. Определение для каждого из отдельных стимулирующих элементов необходимых параметров стимуляции, таких как амплитуда стимуляции, полярность, длительность, частота следования, форма сигнала и относительная фаза в рабочем цикле стимуляции.

9. Выполнение стимуляции ткани мозга в ходе стимуляции целевого участка ассоциированными отдельными стимулирующими элементами согласно полученным параметрам стимуляции.

Хотя настоящее изобретение было описано в отношении его отдельных вариантов осуществления, квалифицированному специалисту в данной области будет понятно, что многие модификации, улучшения и/или изменения могут быть достигнуты без отступления от духа и объема изобретения. Поэтому очевидным образом подразумевается, что изобретение ограничивается только объемом формулы изобретения и ее эквивалентов.