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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE60204451 T2
Publication typeGrant
Application numberDE2002604451
PCT numberPCT/US2002/010995
Publication date23 Mar 2006
Filing date5 Apr 2002
Priority date27 Apr 2001
Also published asDE60204451D1, EP1385426A2, EP1385426B1, US6671555, US7006872, US20020188330, US20030181955, WO2002087438A2, WO2002087438A3
Publication number02604451, 2002604451, DE 60204451 T2, DE 60204451T2, DE-T2-60204451, DE02604451, DE2002604451, DE60204451 T2, DE60204451T2, PCT/2002/10995, PCT/US/2/010995, PCT/US/2/10995, PCT/US/2002/010995, PCT/US/2002/10995, PCT/US2/010995, PCT/US2/10995, PCT/US2002/010995, PCT/US2002/10995, PCT/US2002010995, PCT/US200210995, PCT/US2010995, PCT/US210995
InventorsL. Frans GIELEN, Wytse Wadman
ApplicantMedtronic, Inc., Minneapolis
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Feststellung von neurologischen zuständen mittels reizevozierten potentialen Detection of neurological states by reizevozierten potentials translated from German
DE 60204451 T2
Abstract  available in
Claims(9)  translated from German
  1. System mit: einer oder mehreren Elektroden ( A system comprising: one or more electrodes ( 810 810 ), die in eine Gehirnstruktur implantierbar ist bzw. sind, einem Signalprozessor/-generator ( ) Which is implantable in a brain structure or are a signal processor / generator ( 820 820 ), der mit den Elektroden gekoppelt ist, wobei der Signalgenerator aufweist: einen elektrischen Impulsgenerator ( ) That is coupled to the electrodes, wherein the signal generator includes: an electric pulse generator ( 950 950 ) mit einem ersten Pulsmuster, um elektrische Reize bzw. Anregungen an das Gehirn über die Elektroden zu geben, die in der Gehirnstruktur implantiert sind, wobei das erste Pulsmuster eine erste Anregung und eine zweite Anregung umfasst, einen Signalanalysator ( ) Having a first pulse pattern to provide electrical stimuli or suggestions to the brain via the electrodes implanted in the brain structure, wherein the first pulse pattern includes a first stimulus and a second stimulus, a signal analyzer ( 930 930 ), um über die Elektroden Ansprech- bzw. Antwortfeldpotentiale auf die elektrischen Anregungen zu empfangen, die mit dem elektrischen Impulsgenerator abgegeben werden, wobei der Signalanalysator Antwortfeldpotentiale durch die Elektroden empfängt und Änderungen in den Antwortfeldpotentialen auf den zweiten Impuls gegenüber den Antwortfeldpotentialen auf den ersten Impuls misst und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer neurologischen Störung basierend auf den erfassten Antwortfeldpotentialen voraussagt, und wobei der elektrische Impulsgenerator eine Therapie für die neurologische Störung liefert, wenn die Änderung in den Antwortfeldpotentialen einen Schwellenwert übersteigt. ) To receive via the electrodes response or response field potentials to the electrical stimuli that can be delivered with the electrical pulse generator, wherein the signal analyzer response field potentials received by the electrodes and changes in the response field potentials to the second pulse with respect to the response field potentials to the first pulse measure and predict the probability of occurrence of a neurological disorder based on the sensed response field potentials, and wherein the electrical pulse generator delivers a therapy for the neurological disorder when the change exceeds a threshold value in the response field potentials.
  2. System nach Anspruch 1, bei dem der elektrische Impulsgenerator ( The system of claim 1, wherein the electrical pulse generator ( 950 950 ) Paare von zwei oder mehr elektrischen Anregungen abgibt. ) Pairs of two or more electric excitations releases.
  3. System nach Anspruch 2, bei dem der elektrische Impulsgenerator ein Abgeben einer zweiten Anregung relativ zu einer ersten Anregung um einen Zeitraum von 5 bis 2.000 Millisekunden verzögert. The system of claim 2, wherein the electrical pulse generator delays an outputting a second excitation relative to a first excitation for a period of 5 to 2,000 milliseconds.
  4. System nach Anspruch 2, bei dem der elektrische Impulsgenerator wiederholt ein erstes Pulsmuster bei einer Wiederholfrequenz von 1 Sekunde bis 3 Minuten abgibt. The system of claim 2, wherein the electrical pulse generator repeatedly delivers a first pulse pattern at a repetition frequency of 1 second to 3 minutes.
  5. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Signalanalysator ( System according to one of the preceding claims, wherein the signal analyzer ( 930 930 ) das Feldpotential der Antwortfeldpotentiale misst, die von einem ersten Ort und einem zweiten Ort innerhalb des Gehirns empfangen werden, und einen Grad einer funktionalen Zusammenschaltung bzw. Interkonnektivität anhand eines Verhältnisses der Antwortfeldpotentiale bestimmt, die an dem ersten und zweiten Ort gemessen werden. ), The field potential response field potentials measured received from a first location and a second location within the brain, and determines a degree of functional interconnection and inter-connectivity based on a ratio of the response field potentials measured at the first and second place.
  6. System nach Anspruch 5, bei dem der Signalanalysator ( The system of claim 5, wherein the signal analyzer ( 930 930 ) einen wahrscheinlichen epileptischen Vorfall anzeigt, wenn der Grad einer funktionalen Zusammenschaltung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. ) Indicates a likely epileptic event when the level of a functional interconnection exceeds a predetermined threshold.
  7. System nach Anspruch 5, bei dem der Signalanalysator ( The system of claim 5, wherein the signal analyzer ( 930 930 ) einen wahrscheinlichen epileptischen Anfall anzeigt, wenn der Grad einer funktionalen Zusammenschaltung eine negative Steigung hat. ) Indicates a probable epileptic seizure, when the degree of functional interconnection has a negative slope.
  8. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der elektrische Impulsgenerator ( System according to one of the preceding claims, wherein the electrical pulse generator ( 950 950 ) Therapieimpulse bei einer hohen Frequenz abgibt, um das Auftreten der neurologischen Störung zu verhindern. ) Therapy delivers pulses at a high frequency to prevent the occurrence of the neurological disorder.
  9. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Signalanalysator ( System according to one of the preceding claims, wherein the signal analyzer ( 930 930 ) die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines epileptischen Anfalls basierend auf den Antwortfeldpotentialen anzeigt. ) Indicates the probability of an occurrence of an epileptic seizure based on the response field potentials.
Description  translated from German
  • GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
  • [0001] [0001]
    Diese Erfindung betrifft die Behandlung neurologischer Störungen und insbesondere Techniken für die Behandlung epileptischer Anfälle. This invention relates to the treatment of neurological disorders and more particularly techniques for the treatment of epileptic seizures.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
  • [0002] [0002]
    Epilepsie ist ein durch wiederholte Anfälle, welche die äußere Manifestation einer übermäßigen und/oder hypersynchronen abnormen elektrischen Aktivität neuronaler Strukturen des Gehirns sind, charakterisierter Zustand. Epilepsy is a by repeated seizures that are the outward manifestation of excessive and / or hyper-synchronous abnormal electrical activity of neuronal structures of the brain, state-characterized. Ein Anfall tritt auf, wenn die elektrische Aktivität von Gehirnstrukturen oder sogar des ganzen Gehirns abnormal "synchronisiert" wird. A seizure occurs when the electrical activity of brain structures or even the whole brain becomes abnormally "synchronized." Dies ist die operationale Definition eines epileptischen Anfalls. This is the operational definition of an epileptic seizure.
  • [0003] [0003]
    Ein Anfallspatient kann unter einer Kombination verschiedener Anfallstypen leiden. A seizure patient may suffer from a combination of various attack types. Große Epilepsieanfälle sind die häufigste Epilepsieform, und sie sind durch Krämpfe mit tonisch-klonischen Kontraktionen der Muskeln gekennzeichnet. Large epilepsy seizures are the most common form of epilepsy, and they are characterized by convulsions with tonic-clonic contractions of the muscles. Abortive Anfälle (früher als "kleine Anfälle" bezeichnet) sind durch einen kurzen und plötzlichen Bewusstseinsverlust gekennzeichnet. Abortive seizures (formerly known as "small seizures") is characterized by a short and sudden loss of consciousness. Die psychomotorische Form von Anfällen ist durch eine Bewusstseinstrübung für eine oder zwei Minuten gekennzeichnet. Psychomotor form of seizures is characterized by a clouding of consciousness for a minute or two. Ein komplexer Teilanfall ist durch einen vollständigen Bewusstseinsverlust gekennzeichnet. A complex partial seizure is characterized by a complete loss of consciousness. Der er fahrene Anfallstyp hängt typischerweise von dem Abschnitt der Hirnrinde ab, in dem eine hypersynchrone Aktivität auftritt. He extended seizure type typically depends on the cortical portion in which a hyper-synchronous activity occurs. Viele Anfallstypen betreffen im allgemeinen das gesamte Gehirn, während bestimmte Typen, wie Teilanfälle, in einem Teil des Gehirns beginnen und lokal bleiben können. Many types of seizures generally relate to the whole brain, while certain types of seizures as part begin in one part of the brain and can stay local.
  • [0004] [0004]
    Unabhängig vom Epilepsietyp begrenzen Anfälle in erheblichem Maße die Autonomie des Patienten. Regardless of the type of epilepsy seizures significantly limit the autonomy of the patient. Wenn ihn ein Anfall trifft, verliert der Patient typischerweise ein gewisses Maß an Kontrolle über seinen Körper. If he is fit, the patient loses typically some degree of control over his body. In den meisten Fällen treten Anfälle ohne eine Vorwarnung für den Patienten auf. In most cases, seizures occur without prior warning to the patient. Daher stellen epileptische Anfälle ein erhebliches Sicherheitsrisiko für den Patienten und andere, die den Patienten umgeben, dar. Beispielsweise kann ein Patient, den ein plötzlicher Anfall trifft, während er Auto fährt, seine eigene Sicherheit sowie die Sicherheit anderer gefährden. Therefore, make seizures a significant safety risk to the patient and others who surround the patient. For example, a patient who meets the sudden seizure while he drives the car, his own safety and that endanger others. Anfallspatienten unterliegen auch dem Risiko körperlicher Schädigungen, wenn sie Maschinen betreiben, und auch bei täglichen Aktivitäten, wie beim Überqueren einer Straße oder beim Herabsteigen von Treppen. Attack patients are also subject to the risk of physical harm if they operate machinery, and also in daily activities, such as crossing a street or in a descent of stairs. Zusätzlich zu diesem Sicherheitsrisiko schädigt jeder Anfall Gehirnstrukturen weiter, was häufig zu einem zunehmenden Verlust der Gehirnfunktion im Laufe der Zeit führt. In addition to this safety hazard, each seizure damage brain structures further, which often leads to a progressive loss of brain function over time.
  • [0005] [0005]
    Forscher haben eine Anzahl von Techniken zum Behandeln von Anfallsstörungen und ihren Symptomen entwickelt. Researchers have developed a number of techniques for the treatment of seizure disorders and their symptoms. Beispielsweise hat die Forschung gezeigt, dass die Schwelle für das Auftreten von Anfällen durch das Hemmen (nämlich durch das Verringern der Erregung von Neuronen) der Substantia nigra im Gehirn erhöht wird. For example, research has shown that the threshold for the occurrence of seizures by inhibiting (namely, reducing the excitation of neurons) the substantia nigra in the brain is increased. Forscher haben auch herausgefunden, dass das Erhöhen der Aktivität von Neuronen im externen Globus Pallidum (GPe) das Hemmen von Neuronen im Nucleus subthalamicus verstärkt, wodurch wiederum die neuronale Aktivität in der Substantia nigra gehemmt wird. Researchers have also found that increasing the activity of neurons in the external Globus Pallidum (GPe) the inhibition of neurons in the subthalamic nucleus reinforced, which in turn, the neural activity in the substantia nigra is inhibited.
  • [0006] [0006]
    Neurochirurgen waren auch in der Lage, die Symptome vieler neuronaler Störungen durch Beschädigung bestimmter Gehirnbereiche zu verringern. Neurosurgeons were also able to reduce the symptoms of many neuronal disorders due to damage of certain brain areas. Beispiele umfassen das Beschädigen des ventralen lateralen Abschnitts des inneren Globus Pallidus und des Vim Thalamus zum Behandeln von Bewegungsstörungen. Examples include the damage to the ventral lateral portion of the internal globus pallidus and thalamus Vim for the treatment of movement disorders. Es wurde auch eine elektrische Stimulation des Nervensystems verwendet, um Anfälle zu unterdrücken. There was also an electrical stimulation of the nervous system used to suppress seizures. Schließlich kann die Infusion bestimmter Arzneimittel in einen Gehirnbereich die Erregbarkeit der Neuronen an der Infusionsstelle beeinflussen, wie in dem US-Patent Nr. 5 713 923 (Ward ua) offenbart ist, das auf Medtronic, Inc. übertragen wurde. Finally, the infusion of certain drugs can affect the excitability of neurons at the infusion site in a brain region, as described in US Pat. No. 5,713,923 (Ward and others) is disclosed, which is assigned to Medtronic, Inc..
  • [0007] [0007]
    Andere haben die Wirkungen einer elektrischen Stimulation des Vagusnervs als ein Mittel zum Unterdrücken der epileptischen Aktivität untersucht. Others have investigated the effects of electrical stimulation of the vagus nerve as a means of suppressing epileptic activity. Es wurde beobachtet, dass die Stimulation des Vagusnervs mit bestimmten Parametern eine Desynchronisation der elektrischen Aktivität des Gehirns in Tiermodellen hervorruft. It has been observed that stimulation of the vagus nerve with certain parameters causes a desynchronization of the electrical activity of the brain in animal models. Diese Konzepte wurden von Zabara in den US-Patenten Nr. 4 867 164 und 5 025 807 offenbart. These concepts were revealed by Zabara in US Patent Nos. 4,867,164 and 5,025,807.
  • [0008] [0008]
    Bei einem anderen Ansatz haben Forscher Algorithmen zum Erfassen des Einsetzens eines Anfalls entwickelt. In another approach, researchers have developed algorithms for detecting the onset of a seizure. Qu und Gotman haben über ein System berichtet, bei dem Muster einer elektrischen Aktivität ähnlich einer anhand der Aufzeichnung eines wirklichen Anfalls entwickelten Schablone erkannt werden. Qu and Gotman have reported a system may be recognized like a developed based on the recording of a real attack pattern in the pattern of electrical activity. Siehe H. Qu und J. Gotman "A Seizure Warning System for Long-term Epilepsy Monitoring", Neurology, 1995; See H. Qu and J. Gotman "A Seizure Warning System for Long-Term Epilepsy Monitoring", Neurology, 1995; 45: 2250–2254. 45: 2250-2254. Siehe auch I. Osario, M. Frei, D. Lerner, S. Wilkinson "A Method for Accurate Automated Realtime Seizure Detection", Epilepsia, Band 36, Suppl. 4, 1995. Bei jeder dieser Techniken zum Erkennen des Einsetzens eines Anfalls verwenden die Entwickler zwei Prozesse. See also I. Osario, M. Frei, D. Lerner, S. Wilkinson, "A Method for Accurate Automated Real Time Seizure Detection", Epilepsia, Vol 36, Suppl. 4, 1995. For each use of these techniques for detecting the onset of a seizure the developer two processes. Der erste Prozess besteht im Extrahieren bestimmter Merkmale aus den Signalen, die die elektrische Aktivität des Ge hirns darstellen. The first process is extracting certain features from the signals representing the electrical activity of the brain Ge. Beispiele der Signalmerkmale umfassen die Signalleistung oder das Frequenzspektrum der Signale. Examples of the signal features include the signal power or the frequency spectrum of the signals. Der zweite Prozess besteht in der Erkennung eines Musters oder eines Wertesatzes für diese Merkmale, die einen Gehirnzustand charakterisieren, der zuverlässig zu einem Anfall führt. The second process is the recognition of a pattern or set of values for these characteristics, which characterize a brain condition that reliably leads to an attack.
  • [0009] [0009]
    Unter Verwendung von Mustererkennungstechniken wurden auch in einer geschlossenen Regelschleife angeordnete Protokolle zum Reagieren auf das Einsetzen eines epileptischen Anfalls vorgeschlagen. Using pattern recognition techniques arranged protocols for responding to the onset of an epileptic seizure have also been proposed in a closed control loop. Beispielsweise sind in den US-Patenten Nr. 6 128 538 und 6 134 474 in einer geschlossenen Regelschleife arbeitende Systeme für das Identifizieren einer neurologischen Krankheit in der Art einer Epilepsie und das Reagieren auf diese mitgeteilt. For example, 6,128,538 and 6,134,474 working in a closed loop systems for identifying a neurological disease in the manner of epilepsy and reacting are described in U.S. Patent Nos. Notified thereto. Diese Systeme identifizieren jedoch neurologische Vorfälle, die bereits begonnen haben, und reagieren auf diese. However, these systems identify neurological incidents that have already begun, and act on it. Sobald sie einmal begonnen haben, können diese Vorfälle schwer zu korrigieren sein. Once they have started, these incidents can be difficult to correct. Daher besteht weiter ein Bedarf an effizienteren und wirksameren Behandlungen neurologischer Vorfälle. Therefore continues to exist a need for more efficient and effective treatments of neurological events. In Tabelle 1 sind Dokumente angeführt, in denen Systeme und Verfahren offenbart sind, die das Erfassen von Anfällen ermöglichen. Table 1 documents are cited in which systems and methods are disclosed which allow the detection of seizures.
  • TABELLE 1 TABLE 1
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
  • [0010] [0010]
    Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, zumindest einige der Nachteile der vorstehend erwähnten Systeme zu überwinden, indem ein System bereitgestellt wird, das den erregbaren Zustand des Gehirns oder eines spezifischen Unterbereichs des Gehirns prüft und eine durch die Sonde erfasste Messung in bezug auf die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines bevorstehenden neurologischen Vorfalls setzt. An object of the present invention is to overcome at least some of the disadvantages of the aforementioned systems by providing a system is provided which checks the excitable state of the brain or a specific sub-area of the brain and a detected by the probe measurement with respect to the probability is the occurrence of an impending neurological incident.
  • [0011] [0011]
    Zusätzlich besteht ein Ziel der Erfindung darin, ein implantierbares System zur Abgabe elektrischer Anregungen bzw. Stimulationsimpulse und zum Analysieren von Antwortfeldpotentialen vom Gehirn bereitzustellen, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer neurologischen Störung und/oder eines Vorfalls vor Beginn des Vorfalls vorherzusagen. In addition, an object of the invention is to provide an implantable system for delivering electrical stimulation pulses or suggestions and for analyzing response field potentials from the brain to predict the probability of occurrence of a neurological disorder and / or an incident before the incident.
  • [0012] [0012]
    Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein System zur Signalanalyse bereitzustellen, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines bevorstehenden epileptischen Anfalls vorherzusagen. Another object of the invention is to provide a system for signal analysis to predict the likelihood of occurrence of an impending epileptic seizure.
  • [0013] [0013]
    Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Niveau der funktionalen Interkonnektivität in Gehirnstrukturen zu bestimmen und das Niveau bei der Vorhersage bevorstehender neurologischer Störungen zu verwenden. An object of the invention is to determine a level of functional interconnectivity in brain structures and to use the level in the prediction of impending neurological disorders.
  • [0014] [0014]
    Die Erfindung sieht ein System nach Anspruch 1 vor. The invention provides a system according to claim 1.
  • [0015] [0015]
    Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können ein oder mehrere Merkmale besitzen, welche die vorstehenden Ziele erfüllen können. Various embodiments of the invention may possess one or more characteristics which may meet the above objectives. An Stelle des Erfassens eines neurologischen Vorfalls, der bereits begonnen hat, und des Reagierens auf diesen werden gemäß der vorliegenden Erfindung Vorläufer eines bevorstehenden neurologischen Vorfalls erfasst und wird auf diese reagiert. Instead of acquiring a neurological incident, which has already begun, and reacting to these precursor of an impending neurological incident are recorded according to the present invention and will respond to this. Es kann dann eine Therapie ausgeführt werden, um das Einsetzen des neurologischen Vorfalls abzuwenden. It can then be carried out therapy to prevent the onset of neurological incident. Eine Therapie zur Verhinderung eines bevorstehenden neurologischen Vorfalls kann für den Patienten weniger traumatisch sein und geringere Ansprüche an Systembetriebsmittel, beispielsweise Batterieenergieniveaus, zur Behandlung des Vorfalls stellen. A therapy to prevent an impending neurological incident may be for the patient less traumatic and less demanding on system resources, such as battery energy level, make handling of the incident.
  • [0016] [0016]
    Die Erfindung betrifft die Vorhersage der Wahrscheinlichkeit des Auftretens neurologischer Störungen innerhalb des Gehirns durch chronisches Messen und Analysieren des erregbaren Zustands des Gehirns in bezug auf ein Gleichgewicht zwischen den Erregungs- und Hemmungsniveaus in bestimmten Teilen des Gehirns, die durch elektrische Anregungen bzw. Stimulationsimpulse hervorgerufen werden, die an Gehirnstrukturen abgegeben werden. The invention relates to the prediction of the probability of occurrence of neurological disorders within the brain by chronic measuring and analyzing the excitable state of the brain in relation to a balance between excitation and inhibition levels in certain parts of the brain that are caused by electrical stimuli or stimulus pulses , which are delivered to brain structures. Die für dieses Gleichgewicht relevanten Strukturen können die Gehirnstrukturen sein, die direkt am Einsetzen der neurologischen Störung innerhalb des Gehirns beteiligt sind, oder dies kann nicht der Fall sein. The relevance for this equilibrium structures may be the brain structures that are directly involved in the onset of neurological disorder within the brain or may not be the case. Dennoch wird das Gleichgewicht zwischen der Erregung und der Hemmung als ein Indikator für die Wahrscheinlichkeit verwendet, dass eine neurologische Störung in der Art eines Anfalls kurz bevorsteht. Nevertheless, the balance between excitation and inhibition is used as an indicator of the likelihood that a neurological disorder in the manner of a seizure is imminent.
  • [0017] [0017]
    Bei einer Ausführungsform sieht die vorliegende Erfindung elektrische Anregungen bzw. Stimulationsimpulse vor, die an eine Gehirnstruktur abzugeben sind. In one embodiment, the present invention provides for electrical stimuli or stimulation pulses are to be delivered to a brain structure. Antwortfeldpotentiale für die Anregungen bzw. Stimulationsimpulse werden erfasst und analysiert, um das Auftreten einer neurologischen Störung vorherzusagen. Response field potentials for the suggestions and stimulation pulses are detected and analyzed to predict the occurrence of a neurological disorder. Ein Beispiel einer solchen Störung ist ein epileptischer Anfall. An example of such a disorder is a seizure.
  • [0018] [0018]
    Kurze elektrische Anregungen bzw. Stimulationsimpulse werden an den untersuchten Gehirnbereich abgegeben. Quick electrical stimuli or stimulation pulses are delivered to the brain area studied. Diese Anregungen bzw. Stimulationsimpulse aktivieren die Nervenfasern, die die Gehirnstrukturen auf natürliche Weise aktivieren. These suggestions and stimulation pulses activate the nerve fibers that activate the brain structures in a natural way. Die Aktivität der Nervenzellen geht mit einem elektrischen Feld in ihrer unmittelbaren Umgebung, dem lokalen Feldpotential, einher, das mit eingepflanzten Elektroden und unter den rechten Umständen, die zum Ableiten der Zellenaktivität verwendet werden, gemessen werden kann. The activity of the neurons is with an electric field in its immediate vicinity, the local field potential, associated, which can be implanted with electrodes and under the right circumstances, which are used to derive the cell activity measured. Bei der vorliegenden Erfindung können einzelne elektrische Anregungen bzw. Stimulationsimpulse verwendet werden. In the present invention, single electrical stimuli and stimulation pulses may be used. Es kön nen jedoch auch komplexe räumlich und zeitlich organisierte Sätze von Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen verwendet werden, um den erregbaren Zustand der lokalen neuronalen Schaltung zu testen. It Kgs NEN but also complex spatially and temporally organized sets of suggestions or stimulation pulses are used to test the excitable state of the local neuronal circuit.
  • [0019] [0019]
    Die Verwendung von Kombinationen zeitlich gut abgestimmter Anregungen bzw. Stimulationsimpulse bringt die Struktur in hochspezifische Erregbarkeitszustände und ermöglicht unter anderem das Extrahieren des Gleichgewichts zwischen der Erregung und Hemmung. The use of combinations temporally well coordinated suggestions or stimulation pulses bring the structure into highly specific Erregbarkeitszustände and among other things allows the extraction of the balance between excitation and inhibition. Das typische und einfachste Beispiel besteht darin, zwei aufeinander folgende Anregungen bzw. Stimulationsimpulse abzugeben, wobei der erste den Bereich in einen erregbaren Zustand (der gemessen werden kann) versetzt, so dass der zweite verwendet werden kann, um das relative Hemmungsniveau zu messen. The typical and easiest example is to make two consecutive suggestions or stimulation pulses, the first the area in a excitable state (which can be measured) was added, so that can be second used to measure the relative inhibition level.
  • [0020] [0020]
    Die an das Gehirn abgegebenen elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse können Paare von zwei oder mehr elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen einschließen. The votes of the brain electrical stimulation pulses or suggestions may include pairs of two or more electrical stimulation pulses or suggestions. Beispielsweise kann ein solches Impulsmuster ein wiederholt abgegebenes Paar von Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen mit einer ersten und einer zweiten Anregung bzw. einem ersten und einem zweiten Stimulationsimpuls aufweisen. For example, such a pulse pattern having a pair of suggestions or repeatedly emitted stimulation pulses having a first and a second excitation or a first and a second stimulation pulse. Die Antwortfeldpotentiale des Gehirns für die erste und die zweite Anregung bzw. den ersten und den zweiten Stimulationsimpuls werden erfasst, und es werden Messungen der Änderung der Antworten bzw. Reaktionen vorgenommen. The response field potentials of the brain for the first and second excitation or the first and second stimulation pulse is detected, and measurements of the change in the responses and reactions made. Die Änderung der Antwortfeldpotentiale wird verwendet, um das Niveau der funktionalen Interkonnektivität in Gehirnstrukturen zu bestimmen, die von den gegebenen Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen beeinflusst werden. The change in the response field potentials is used to determine the level of functional interconnectivity in brain structures, which are influenced by the given suggestions or stimulation pulses.
  • [0021] [0021]
    Das Niveau der funktionalen Interkonnektivität kann durch Berechnen des Verhältnisses der Antwortfeldpotentiale bestimmt werden, die von den Paaren der ersten und der zwei ten Anregung bzw. des ersten und des zweiten Stimulationsimpulses herrühren. The level of functional interconnectivity can be determined by calculating the ratio of the response field potentials resulting from the pairs of the first and the two excitation th or the first and the second stimulation pulse. Eine Auftragung des Verhältnisses gibt das Niveau der funktionalen Interkonnektivität in von den Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen beeinflussten Gehirnstrukturen an. A plot of the ratio indicates the level of functional interconnectivity in influenced by the ideas and stimulation pulses brain structures. Merkmale der Auftragung des Verhältnisses können angeben, wann ein neurologischer Vorfall bevorsteht. Characteristics of the plot of the ratio can indicate when a neurological incident is imminent. Mögliche Merkmale der Auftragung umfassen beispielsweise die zunehmende (positive) oder die abnehmende (negative) Steigung der Antwort, Unter- oder Überschwinger, die Zeit bis zur Spitze, die Halbwertsbreite der Antwort bzw. Reaktion, die Beschreibung der Antwort bzw. Reaktion mit einer Alfafunktion oder eine Reihe von Exponentialfunktionen mit einer beliebigen Potenz, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Possible features of the application include, for example, the increasing (positive) or decreasing (negative) slope of the response, under- or overshoot, the time to peak, the half-width of the response or reaction, the description of the response or reaction with an Alfa function or a series of exponential functions with any potency include, but are not limited to these. Wenn diese Merkmale identifiziert werden, kann eine Therapie abgegeben werden, um den bevorstehenden neurologischen Vorfall zu behandeln. If these features are identified, therapy can be given to treat the impending neurological incident. Sowohl die erfassenden als auch die therapeutischen Aspekte der Erfindung können durch eine implantierbare Vorrichtung, die vom Patienten zur fortlaufenden Verwendung getragen wird, verwirklicht oder ausgeführt werden. Both the sensing and therapeutic aspects of the invention may be practiced or carried out by an implantable device that is worn by the patient for continuous use.
  • [0022] [0022]
    Die vorstehende Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung ist nicht dafür vorgesehen, jede einzelne Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oder jedes einzelne Merkmal der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. The above summary of the present invention is not intended to describe each embodiment of the present invention or each and every feature of the present invention.
  • [0023] [0023]
    Vorteile und Fortschritte werden zusammen mit einem vollständigeren Verständnis der Erfindung beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die nur als Beispiel dienen, in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung verständlich werden. Benefits and progress will be evident together with a fuller understanding of the invention upon reading the following detailed description of preferred embodiments which only serve as an example, in conjunction with the accompanying drawing.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
  • [0024] [0024]
    1 1 zeigt ein Flussdiagramm, in dem eine Technik zum Vorhersagen des Auftretens einer neurologischen Störung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. shows a flow diagram in which a technique for predicting the occurrence of a neurological disorder is according to the present invention.
  • [0025] [0025]
    2 2 zeigt eine Schemazeichnung hervorgerufener Feldpotentialsignale als Funktion der Zeit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. shows a schematic drawing evoked field potential signals as a function of time according to an embodiment of the present invention.
  • [0026] [0026]
    3 3 zeigt eine Schemazeichnung eines Indikators der Interkonnektivität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. shows a schematic drawing of an indicator of interconnectivity according to one embodiment of the present invention.
  • [0027] [0027]
    4 4 zeigt eine Schemazeichnung eines Querschnitts eines Hippocampus. shows a schematic drawing of a cross section of a hippocampus.
  • [0028] [0028]
    5 5 zeigt schematisch eine Zellenstruktur innerhalb eines Hippocampus. schematically shows a cell structure within a hippocampus.
  • [0029] [0029]
    6 6 zeigt einen Graphen, in dem aufgezeichnete hervorgerufene Feldpotentialsignale als Funktion der Zeit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt sind. is a graph are illustrated in the recorded evoked field potential signals as a function of time according to an embodiment of the present invention.
  • [0030] [0030]
    7 7 zeigt einen Graphen, in dem ein Indikator der Interkonnektivität dargestellt ist, der das Verhältnis der Amplituden vieler hervorgerufener Feldpotentiale, die an zwei Orten im Gehirn als Funktion der Zeit gemessen wurden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. shows a graph in which an indicator of interconnectivity is shown, which is the ratio of the amplitudes of many evoked field potentials measured in two locations in the brain as a function of time, according to an embodiment of the present invention.
  • [0031] [0031]
    8 8 zeigt ein Diagramm eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. shows a diagram of a system according to an embodiment of the present invention.
  • [0032] [0032]
    9 9 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Systems aus shows a block diagram of an embodiment of the system of 8 8 gemäß der vorliegenden Erfindung. according to the present invention.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
  • [0033] [0033]
    Die vorliegende Erfindung betrifft Techniken zum Analysieren erfasster Antwortfeldpotentiale zum Vorhersagen der Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines neurologischen Vorfalls. The present invention relates to techniques for analyzing captured response field potentials to predict the probability of occurrence of neurological incident. Bei einer Ausführungsform beruht die Vorhersage auf Messungen und der Analyse eines Gleichgewichts zwischen dem Erregungsniveau und dem Hemmungsniveau in einer Gehirnstruktur. In one embodiment, the prediction is based on measurements and analysis of a balance between the level of excitation and the level inhibition in a brain structure. Das Gleichgewicht kann als ein Maß für die lokale Erregbarkeit der Gehirnstruktur angesehen werden. The equilibrium can be regarded as a measure of local excitability of the brain structure. Merkmale dieses Maßes der lokalen Erregbarkeit korrelieren wiederum stark mit bevorstehenden, jedoch noch nicht auftretenden neurologischen Vorfällen. Characteristics of the degree of local excitability in turn correlate strongly with forthcoming but not yet occurring neurological incidents. Bei einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung besonders nützlich beim Vorhersagen des Einsetzens eines epileptischen Anfalls. In one embodiment, the present invention is particularly useful in predicting the onset of an epileptic seizure.
  • [0034] [0034]
    Gehirnzellen sind in der Lage, Einflüsse auf andere Gehirnzellen zu erzeugen. Brain cells are capable of generating influences on other brain cells. Diese Einflüsse umfassen erregende Einflüsse und hemmende Einflüsse. These influences include excitatory influences and inhibitory influences. Jede Gehirnzelle weist eine große Anzahl erregender und hemmender Eingaben von vielen verschiedenen Gehirnzellen auf. Each brain cell has a large number of excitatory and inhibitory inputs from many different brain cells. Jede Zelle addiert diese erregenden und hemmenden Eingaben. Each cell adds these excitatory and inhibitory inputs. Die Summe der erregenden und hemmenden Eingaben verursacht entweder eine erhöhte oder eine verringerte Aktivität in der Zelle. The sum of the excitatory and inhibitory inputs causes either an increased or a decreased activity in the cell. Wenn ein Schwellenniveau der erregenden Einflüsse erreicht wird, wenn beispielsweise das Gleichgewicht zwischen erregenden und hemmenden Signalen zur Erregung verschoben wird, erzeugen die Zellen ein Aktionspotential, das erregende und/oder hemmende Informationen zu verbundenen Gehirnzellen transportiert. When a threshold level of excitatory influences is achieved, for example, when the balance between excitatory and inhibitory signals is shifted to the excitation, the cells produce an action potential that transports excitatory and / or inhibitory information to associated brain cells. Auf diese Weise beeinflusst das Aktivitätsniveau in jeder Zelle das Aktivitätsniveau, dh erregend oder hemmend, einer verbundenen Gehirnzelle. In this way, the activity level in each cell influences the activity level, ie, excitatory or inhibitory, of a related brain cell. Dieser Einfluss jeder Gehirnzelle auf verbundene Gehirnzellen kann daher als ein Gleichgewicht zwischen den erregenden oder hemmenden Einflüssen auf die Gehirnzellen angesehen werden. This influence of each brain cell to associated brain cells can, therefore, be considered as a balance between the excitatory or inhibitory influences on the brain cells.
  • [0035] [0035]
    Die vorliegende Erfindung misst Änderungen des Gleichgewichts zwischen den erregenden oder hemmenden Einflüssen auf die Gehirnzellen. The present invention measures changes in the balance between excitatory and inhibitory influences on brain cells. Diese Informationen werden dann verwendet, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines neurologischen Vorfalls zu beurteilen und vorherzusagen. This information is then used to assess and predict the probability of occurrence of neurological incident. Zum Gewinnen dieser Informationen werden elektrische Anregungen bzw. Stimulationsimpulse in eine Gehirnstruktur eingeleitet. To derive this information, suggestions or electrical stimulation pulses are fed into a brain structure. Antwortfeldpotentiale auf die eingeleiteten elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse werden erfasst und analysiert. Response field potentials on the introduced electric excitations or pacing pulses are detected and analyzed. Der Betrag der Antwortfeldpotentiale liefert einen Hinweis auf das Gleichgewicht in den Gehirnzellen, die an der Übertragung der in die Gehirnstruktur eingeleiteten elektrischen Signale beteiligt sind. The magnitude of the response field potentials provides an indication of the balance in the brain cells, which are involved in the transmission of the introduced into the brain structure electrical signals. Dieser induzierte Effekt reflektiert die funktionale Interkonnektivität zwischen der Gehirnstruktur, in die die elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse eingeleitet werden, und den Gehirnstrukturen, an denen die Antwortfeldpotentiale erfasst werden. This induced effect reflects the functional interconnectivity between brain structure, in which the electric excitations or pacing pulses are introduced, and the brain structures in which the response field potentials are recorded.
  • [0036] [0036]
    Herkömmliche Prozeduren zum Vorhersagen einer Epilepsie bestimmen, ob ein erfasstes Elektroenzephalogramm (EEG), im Gegensatz zu den normalen stochastischen Merkmalen, eine Synchronität zu zeigen beginnt. Conventional procedures for predicting epilepsy determine whether a detected electroencephalogram unlike the normal stochastic characteristics, begins to show a synchronicity (EEG). Auf diese Weise wird der Anfall erst erkannt, nachdem er begonnen hat. In this way, the attack is detected only after it has started. Dagegen verwendet die vorliegende Erfindung die Messungen der funktionalen Interkonnektivität der Gehirnstrukturen zum Erkennen der Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines bevorstehenden epileptischen Anfalls, der jedoch noch nicht begonnen hat. In contrast, the present invention uses the functional interconnectivity measurements of the brain structures to identify the likelihood of the occurrence of an impending epileptic seizure, has not yet started. Die vorliegende Erfindung ermöglicht daher das Bereitstellen einer Therapie für das Gehirn, um die Ursache des bevorstehenden epileptischen Anfalls zu beseitigen oder den Anfall abzuschwächen. The present invention thus allows providing therapy for the brain to eliminate the cause of the impending epileptic seizure or mitigate the attack. Es wird angenommen, dass das Beseitigen der Ursache des Anfalls auf diese Weise viel einfacher ist als das Unterbrechen eines bereits existierenden Anfalls. It is believed that the removal of the cause of the seizure in this way is much easier than the interrupting an already existing seizure.
  • [0037] [0037]
    Wenngleich viele der nachstehend präsentierten Beispiele auf die Erfassung und Behandlung eines epileptischen Anfalls gerichtet sind, ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Erfassung und Behandlung epileptischer Anfälle beschränkt ist. Although many of the examples presented below are directed to the detection and treatment of an epileptic seizure, is to be understood that the present invention is not limited to the detection and treatment of epileptic seizures. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um eine beliebige Anzahl von Zuständen innerhalb des Gehirns vorherzusagen und zu behandeln. For example, the present invention can be used to predict any number of conditions within the brain and treat. Beispiele dieser Zustände umfassen Migränekopfschmerzen, die Parkinsonsche Krankheit, Schizophrenie, Depression, Manie oder andere neurologische Störungen, bei denen Änderungen des Gleichgewichts der erregenden oder hemmenden Einflüsse auf die Gehirnzellen Hinweise auf einen bevorstehenden pathologischen Vorfall bereitstellen können, sie sind jedoch nicht darauf beschränkt. Examples of these conditions include migraine headaches, Parkinson's disease, schizophrenia, depression, mania, or other neurological disorders in which changes in the balance of excitatory or inhibitory influences on brain cells may provide evidence of an impending pathological incident, but are not limited thereto.
  • [0038] [0038]
    1 1 zeigt ein Flussdiagramm, in dem ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. shows a flow diagram in which a method is illustrated according to an embodiment of the present invention. Bei With 110 110 werden elektrische Anregungen bzw. Stimulationsimpulse auf eine Gehirnstruktur übertragen. electrical stimuli or stimulation pulses are transmitted to a brain structure. Bei einer Ausführungsform umfassen die Gehirnstrukturen für das Abgeben der Anregungen bzw. Stimulationsimpulse ein afferentes Fasersystem und/oder ein efferentes Fasersystem im Nucleus subthalamicus, im Hippocampus, im medialen Thalamus und/oder im Temporallappen des Gehirns. In one embodiment, the brain structures for delivering the stimulation pulses include suggestions or an afferent fiber system and / or efferent fiber system in the subthalamic nucleus, the hippocampus, the medial thalamus and / or in the temporal lobe of the brain. Weil neurologische Störungen, wie eine Epilepsie, jedoch in einer großen Vielzahl von Gehirnstrukturen erzeugt werden können, muss möglicherweise der genaue Ort, an den die elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse abgegeben werden, für jeden individuellen Fall bestimmt werden. Because neurological disorders, such as epilepsy, however, can be produced in a wide variety of brain structures, the exact location may need to which the electrical excitations or pacing pulses are delivered, are determined for each individual case.
  • [0039] [0039]
    Die elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse werden in einem Pulsmuster bzw. Impulsmuster an die Gehirnstruktur abgegeben. The electrical excitations or pacing pulses are delivered in a pulse pattern or pulse pattern to the brain structure. Das Pulsmuster bzw. Impulsmuster elektrischer Anregungen bzw. Stimulationsimpulse kann Paare von zwei oder mehr elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen aufweisen, die an die Gehirnstruktur abgegeben werden. The pulse patterns and pulse pattern of electrical stimulation pulses or suggestions may include two or more pairs of electrical excitations or pacing pulses, which are delivered to the brain structure. Alternativ kann das Pulsmuster bzw. Impulsmuster elektrischer Anregungen bzw. Stimulationsimpulse ein kurzer Zug oder Burst einer vorgegebenen Anzahl von Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen sein. Alternatively it can be a short train or burst a predetermined number of suggestions or stimulation pulses, the pulse pattern and pulse pattern of electrical stimulation pulses or suggestions. Das genaue Muster und die genaue Anzahl der elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse in dem Pulsmuster bzw. Impulsmuster wird teilweise auf der Grundlage der Gehirnstruktur, an die die Anregungen bzw. Stimulationsimpulse abgegeben werden, ausgewählt. The exact pattern and the exact number of electrical excitations or pacing pulses in the pulse pattern or pulse pattern is partially based on the brain structure to which the stimuli or pacing pulses are delivered are selected. Bei einer Ausführungsform wird das Pulsmuster bzw. Impulsmuster so wiederholt, dass die elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse fortlaufend an den Patienten abgegeben werden. In one embodiment, the pulse pattern and pulse pattern is repeated so that the electric excitations or pacing pulses are delivered continuously to the patient.
  • [0040] [0040]
    Bei einer Ausführungsform ist das Pulsmuster bzw. Impulsmuster ein Paar von Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen für die Gehirnstruktur. In one embodiment, the pulse pattern or pulse pattern is a pair of stimulation pulses or suggestions for the brain structure. In diesem Beispiel umfasst das Paar der Anregungen bzw. Stimulationsimpulse eine erste und eine zweite Anregung bzw. einen ersten und einen zweiten Stimulationsimpuls, wobei die Anregungen bzw. Stimulationsimpulse durch ein vorgegebenes Zeitintervall getrennt sind. In this example, the pair of suggestions or stimulation pulses comprises a first and a second excitation or a first and a second stimulation pulse, wherein the suggestions or stimulation pulses are separated by a predetermined time interval. Bei einer Ausführungsform ist das vorgegebene Zeitintervall ein programmierbarer Wert von 21 Millisekunden, dieses Intervall kann jedoch von 5 bis 100 Millisekunden reichen. In one embodiment, the predetermined time interval is a programmable value of 21 milliseconds, but this interval may range from 5 to 100 milliseconds. Bei einer weiteren Ausführungsform weist das vorgegebene Zeitintervall einen programmierbaren Wert im Bereich von 5 bis 2.000 Millisekunden auf. In a further embodiment the predetermined time interval comprises a programmable value in the range 5-2000 milliseconds. Das verwendete spezifische Zeitintervall hängt von der auf die funktionale Interkonnektivität analysierten Gehirnstruktur ab. The specific time interval used depends upon the analyzed in the functional interconnectivity of the brain structure.
  • [0041] [0041]
    Es sind auch zusätzliche elektrische Anregungsparameter bzw. Stimulationsimpulsparameter programmierbar. There are also additional electrical stimulation parameters or parameters programmable stimulation pulse. Exakte Parameterwerte sind für die beteiligte Gehirnstruktur spezi fisch. Exact parameter values are speci fish for brain structure involved. Beispielsweise kann die Dauer jeder Anregung bzw. jedes Stimulationsimpulses in einem Bereich von 30 Mikrosekunden bis 10 Millisekunden programmiert werden. For example, the duration of each excitation or each stimulation pulse can be programmed in a range of 30 microseconds to 10 milliseconds. Zusätzlich kann auch die Wellenform der Anregungen bzw. Stimulationsimpulse programmiert werden. In addition, the waveform of the stimulation pulses and suggestions can be programmed. Die Wellenformen können rechteckige, sinusförmige und/oder rampenförmige Wellenformen aufweisen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. The waveforms can have a rectangular, sinusoidal and / or ramped waveforms, but are not limited thereto. Andere bekannte Wellenformen können auch verwendbar sein. Other known waveforms can also be useful. Der Betrag jeder Anregung bzw. jedes Stimulationsimpulses des ersten Pulsmusters bzw. Impulsmusters ist auch ein programmierbarer Wert in einem Bereich von 10 Mikroampere bis 10 Milliampere. The amount of each excitation or each stimulation pulse of the first pulse pattern or pulse pattern is also a programmable value in a range of 10 microamperes to 10 milliamperes. Schließlich wird das Pulsmuster bzw. Impulsmuster elektrischer Anregungen bzw. Stimulationsimpulse typischerweise zwei oder mehrere Male abgegeben. Finally, the pulse patterns and pulse pattern of electrical excitations or pacing pulses is delivered, typically two or more times. Bei einer Ausführungsform wird das Pulsmuster bzw. Impulsmuster wiederholt an den Patienten abgegeben, um den Patienten auf einen bevorstehenden neurologischen Vorfall zu überwachen. In one embodiment, the pulse pattern or pulse pattern is repeatedly delivered to the patient to monitor the patient for an impending neurological event. Die wiederholte Abgabe des Pulsmusters bzw. Impulsmusters weist eine Wiederholungsfrequenz auf, wobei die Wiederholungsfrequenz im Bereich von 1 Sekunde bis 30 Minuten programmiert ist. The repeated delivery of the pulse pattern or pulse pattern includes a repetition frequency, where the repetition frequency is programmed in the range of 1 second to 30 minutes.
  • [0042] [0042]
    Bei With 120 120 werden Antwortfeldpotentiale für die an die Gehirnstruktur abgegebenen elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse erfasst. response field potentials for the electrical stimulation pulses suggestions or delivered to the brain structure are detected. Bei einer Ausführungsform werden diese Antwortfeldpotentiale innerhalb derselben Gehirnstruktur erfasst, an die die elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse abgegeben wurden, oder zumindest wo die von den Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen aktivierten Fasern herausstehen und Kontakt herstellen. In one embodiment of this response field potentials are recorded within the same brain structure to which the electrical stimulation pulses were delivered or suggestions, or at least where the activated from the suggestions and stimulating pulses fibers stand out and make contact. Beispielsweise werden eine oder mehrere derselben oder zusätzlicher Elektroden, die nachstehend detailliert erörtert werden, zum Erfassen der elektrischen Antwortpotentiale verwendet. For example, one or more of the same or additional electrodes, discussed in detail below, used for detecting the electrical response potentials. Alternativ werden in eine Gehirnstruktur, die von der Gehirnstruktur getrennt ist, an die die elektrischen Anregungen bzw. Sti mulationsimpulse abgegeben wurden, implantierte Elektroden verwendet, um die elektrischen Antwortpotentiale für an anderer Stelle abgegebene Anregungen bzw. Stimulationsimpulse zu erfassen. Alternatively, in a brain structure separate from the brain structure to which the electrical excitations or Sti mulationsimpulse was submitted implanted electrodes are used to detect the electrical response potentials for given elsewhere suggestions or pacing pulses. Beispiele von zwei Gehirnstrukturen, an denen die Elektroden angeordnet werden können, umfassen eine identifizierte epileptogene Gehirnstruktur und eine nicht epileptogene Gehirnstruktur. Examples of two brain structures where the electrodes can be located include an identified epileptogenic brain structures and a non-epileptogenic brain structure. Ein Beispiel einer üblichen epileptogenen Gehirnstruktur ist der Hippocampus. An example of a common epileptogenic brain structure is the hippocampus.
  • [0043] [0043]
    Wie erörtert wurde, kann das an die Gehirnstruktur abgegebene Pulsmuster bzw. Impulsmuster Paare von Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen (beispielsweise eine erste und eine zweite Anregung bzw. einen ersten und einen zweiten Stimulationsimpuls) enthalten. As discussed, the power delivered to the brain structure pulse pattern and pulse pattern pairs of ideas and stimulation pulses may include (for example, a first and a second excitation or a first and a second stimulation pulse). Ein wichtiger Aspekt der Erfassung der Antwortfeldpotentiale für diese Anregungspaare bzw. Stimulationsimpulspaare besteht in der Messung aller Änderungen, die in den Antworten bzw. Reaktionen auf die zweite Anregung bzw. den zweiten Stimulationsimpuls, verglichen mit der Antwort bzw. der Reaktion auf die erste Anregung bzw. den ersten Stimulationsimpuls, auftreten. An important aspect of the acquisition of response field potentials for this suggestion pairs or stimulation pulse pairs is to measure all the changes or in answers or responses to the second stimulus and the second stimulus pulse, compared with the response or the response to the first stimulus . the first stimulation pulse, occur. Bei einer Ausführungsform wird die Messung der Änderung in den Antwortfeldpotentialen durch Messen der Feldpotentiale der Antwort auf die ersten Anregungen bzw. Stimulationsimpulse und der Feldpotentiale der Antwort auf die zweiten Anregungen bzw. Stimulationsimpulse erreicht. In one embodiment, the measurement of the change in the response field potentials is achieved by measuring the field potentials of the answer to the first or suggestions stimulation pulses and the field potentials of the answer to the second or suggestions stimulation pulses. Die Differenzen in den Feldpotentialen, die durch die erste und die zweite Anregung bzw. den ersten und den zweiten Stimulationsimpuls hervorgerufen werden, werden dann verwendet, um den Zustand der funktionalen Interkonnektivität überwachter Strukturen innerhalb des Gehirns zu bestimmen. The differences in the field potentials induced by the first and second excitation or the first and the second stimulation pulse, are then used to determine the state of functional interconnectivity of monitored structures within the brain.
  • [0044] [0044]
    Ein Weg zum Bestimmen der funktionalen Interkonnektivität der Gehirnstrukturen besteht darin, ein Betragsverhältnis der von der ersten Anregung bzw. vom ersten Stimulationsimpuls und von der zweiten Anregung bzw. vom zweiten Stimu lationsimpuls hervorgerufenen Feldpotentiale zu bilden. A way of determining the functional interconnectivity of the brain structures is to form a ratio of the amount induced by the first excitation or from the first stimulation pulse and the second excitation or from the second Stimu lationsimpuls field potentials. Es können auch andere relevante Messungen der Feldpotentiale verwendet werden. There may be other relevant measurements of field potentials are used. Bei einer Ausführungsform wird das Verhältnis zwischen den von der ersten Anregung bzw. vom ersten Stimulationsimpuls P1 hervorgerufenen Antwortfeldpotentialen und den von der zweiten Anregung bzw. vom zweiten Stimulationsimpuls P2 hervorgerufenen Antwortfeldpotentialen gebildet. In one embodiment, the ratio between the evoked by the first stimulus and the first stimulation pulse P1 response field potentials and evoked by the second stimulus and the second stimulus pulse P2 response field potentials is formed. Die Änderungen des Verhältnisses P1/P2 über die Zeit werden dann analysiert, weil sie die funktionale Interkonnektivität der Gehirnstrukturen darstellen können. The changes of the ratio P1 / P2 over time are then analyzed, because they can represent the functional interconnectivity of the brain structures. Bei einer Ausführungsform werden spezielle Änderungen oder Trends der Steigung des Verhältnisses als Indikatoren für einen bevorstehenden neurologischen Vorfall angenommen. In one embodiment, specific changes or trends in the slope of the relationship are assumed to be indicators of an impending neurological incident.
  • [0045] [0045]
    Bei With 130 130 aus from 1 1 werden die erfassten Antwortfeldpotentiale analysiert, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer neurologischen Störung vorherzusagen. the recorded response field potentials are analyzed to predict the probability of occurrence of a neurological disorder. Bei einer Ausführungsform werden die Antwortfeldpotentiale analysiert, um einen bevorstehenden neurologischen Vorfall anzugeben. In one embodiment, the response field potentials are analyzed to indicate an impending neurological incident. Beispielsweise werden die Antwortfeldpotentiale der erfassten Antwort verwendet, um die funktionale Interkonnektivität der Gehirnstruktur zu bestimmen, über die die Anregungen bzw. Stimulationsimpulse des ersten Pulsmusters bzw. Impulsmusters abgegeben wurden. For example, the response field potentials of the answer collected is used to determine the functional interconnectivity of the brain structure through which ideas and stimulation pulses of the first pulse pattern and pulse pattern yet. Bei einer Ausführungsform erfolgt dies durch Bilden des Verhältnisses der Signale, wie vorstehend beschrieben wurde, und durch Analysieren des Änderungsverhältnisses der Signale. In one embodiment, this is done by taking the ratio of the signals, as described above, and by analyzing the change ratio of the signals. Sobald ein wahrscheinlicher neurologischer Vorfall identifiziert wird, wird eine Therapie zum Behandeln und/oder Verhindern der neurologischen Störung an den Patienten abgegeben. Once a likely neurological event is identified, therapy for treating and / or preventing the neurological disorder is delivered to the patient.
  • [0046] [0046]
    Bei einer Ausführungsform kann, wenn ein Hinweis vorliegt, dass ein epileptischer Anfall kurz bevorsteht, die an den Patienten abgegebene Therapie das Abgeben elektrischer Therapieimpulse bei einer hohen Frequenz umfassen, um das Auf treten des Anfalls zu verhindern. In one embodiment, when an indication that an epileptic seizure is imminent, the therapy delivered to the patient include delivering electrical therapy pulses at a high frequency to the contact on the attack to be prevented. Alternativ könnte der Hinweis auf einen Anfall die Verabreichung von Medikamenten an den Patienten hervorrufen. Alternatively, the indication of a seizure could cause the administration of drugs to the patient. Bei einer Ausführungsform werden die Arzneimittel durch die Verwendung einer automatischen implantierbaren Arzneimittelpumpe mikroprozessorgesteuert verabreicht, wobei ein Signal, dass ein Anfall bevorsteht, bewirkt, dass die Arzneimittelpumpe die Medikamente verabreicht. In one embodiment the pharmaceutical compositions are administered microprocessor controlled through the use of an automatic implantable drug pump, a signal that an attack is imminent, causes the drug pump, the drug administered.
  • [0047] [0047]
    2 2 zeigt einen Graphen, in dem durch viele Wiederholungen der Anregungen bzw. Stimulationsimpulse erzeugte wiederholende Feldpotentialantworten als Funktion der Zeit dargestellt sind. is a graph are illustrated in the suggestions generated by many repetitions of the pacing pulses or repetitive field potential responses as a function of time. In dem in In the in 2 2 dargestellten Beispiel wurden Anregungspaare bzw. Stimulationsimpulspaare im Laufe von Stunden wiederholt bei ihrer Wiederholungsfrequenz abgegeben. example shown excitation couples or stimulation pulse pairs over the course of hours yet again in their repetition frequency. Die Antwortfeldpotentiale umfassen ein erstes Signal The response field potentials comprise a first signal 210 210 , das die Antwortfeldpotentiale für die ersten Impulse darstellt, und ein zweites Signal Representing the response field potentials to the first pulses, and a second signal 220 220 , das die Antwortfeldpotentiale für die zweiten Impulse darstellt. Representing the response field potentials to the second pulses. Bei einer Ausführungsform ist die Differenz des Signalbetrags zwischen dem ersten Signal In one embodiment, the difference in signal amount between the first signal is 210 210 und dem zweiten Signal and the second signal 220 220 ein Indikator für das Gleichgewicht zwischen der Erregung und Hemmung der Gehirnstruktur, in der die Feldpotentiale erzeugt und erfasst werden. an indicator of the balance between excitation and inhibition of the brain structure, in the generated and detected in the field potentials. Bei einer Ausführungsform wird die funktionale Interkonnektivität bestimmt, indem das Betragsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Antwortfeldpotential für den ersten bzw. den zweiten Impuls gebildet wird. In one embodiment, the functional interconnectivity is determined by the amount ratio between the first and second response field potentials for the first and the second pulse is formed.
  • [0048] [0048]
    3 3 zeigt ein Beispiel eines Indikators der funktionalen Interkonnektivität shows an example of an indicator of functional interconnectivity 300 300 gemäß der vorliegenden Erfindung. according to the present invention. Zum Erreichen dieser Darstellung wird das Verhältnis berechnet, indem die maximalen Feldpotentialamplituden für die von den ersten Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen hervorgerufene Antwort und die maximalen Feldpotential amplituden für die von den zweiten Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen hervorgerufene Antwort dividiert werden. To achieve this illustration, the ratio is calculated by dividing the field potential maximal amplitudes for the caused by the first suggestions or stimulation pulses and the response field potential maximal amplitudes are divided to induced or suggestions of the second stimulation pulses response. 3 3 zeigt diese gegen die Zeit aufgetragenen Werte. shows these values plotted against time. 3 3 stellt auch Indikatoren also provides indicators 310 310 dafür bereit, wo neurologische Vorfälle (in diesem Fall epileptische Anfälle) im Laufe der Zeit aufgetreten sind. ready for it, where neurological events (in this case, seizures) have occurred over time. Wie erwähnt wurde, stellen die in den As mentioned, set in the 2 2 und and 3 3 aufgetragenen Signale den Betrag von vielen Feldpotentialen dar, die von ebenso vielen Sätzen von Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen hervorgerufen werden. applied signals represent the amount of the many field potentials, which are caused by the same number of sets of suggestions or pacing pulses. Wie für ein Beispiel erörtert wurde, wird das Pulsmuster bzw. Impulsmuster wiederholt an den Patienten abgegeben, wobei das Pulsmuster bzw. Impulsmuster eine Wiederholungsfrequenz aufweist, deren Zeit typischerweise länger ist als die Zeit für die Abgabe der Anregungen bzw. Stimulationsimpulse des Impulsmusters. As discussed for one example, the pulse pattern or pulse pattern is repeatedly delivered to the patient, wherein the pulse patterns and pulse pattern has a repetition frequency whose period is typically longer than the time for the dispensing of startings and stimulation pulses of the pulse pattern. Demgemäß sind in den Accordingly, in the 2 2 und and 3 3 viele (beispielsweise tausende) Antwortfeldpotentiale dargestellt. many represented (eg thousands) response field potentials.
  • [0049] [0049]
    Bei einer Ausführungsform ist die funktionale Interkonnektivität In one embodiment, the functional interconnectivity 300 300 kurz vor dem Indikator just before the indicator 310 310 des neurologischen Vorfalls ein wichtiger Aspekt des vorliegenden Erfindungsgegenstands. the neurological incident is an important aspect of the present inventive subject matter. Wie How 3 3 zeigt, tritt kurz vor jedem neurologischen Vorfall shows how, shortly before each neurological incident 310 310 eine Verringerung a reduction 320 320 der funktionalen Interkonnektivität the functional interconnectivity 300 300 auf. on. Bei einer Ausführungsform gibt diese Verringerung In one embodiment, this decrease is 320 320 der funktionalen Interkonnektivität the functional interconnectivity 300 300 die Wahrscheinlichkeit an, dass ein neurologischer Vorfall, wie beispielsweise ein epileptischer Anfall, kurz bevorsteht. the probability that a neurological event such as an epileptic seizure is imminent. Wie How 3 3 zeigt, hat die Verringerung shows, the reduction 320 320 in der funktionalen Interkonnektivität eine negative Steigung. in the functional interconnectivity a negative slope. Bei einer Ausführungsform nimmt der Wert der negativen Steigung kurz vor dem neurologischen Vorfall In one embodiment, the value of the negative slope increases just prior to the neurological event 310 310 zu. to. Vorhersagen in bezug auf das Einsetzen eines bevorstehenden neurologischen Vorfalls können auf die Grundlage der Erfassung und Analyse dieser Intervalle der funktionalen Interkonnektivität Predictions with respect to the onset of an impending neurological incident can on the basis of the detection and analysis of these intervals, the functional interconnectivity 300 300 , die eine negative Steigung aufwei sen, gestellt werden. To be a negative slope aufwei sen found.
  • [0050] [0050]
    Bei einer Ausführungsform wird ein wahrscheinlicher neurologischer Vorfall angegeben, wenn ein Schwellenwert der negativen Steigung erreicht wird. In one embodiment, a likely neurological event is indicated when a threshold value of the negative slope is reached. Dieser Indikator kann allein oder in Kombination mit anderen aus den aufgezeichneten Feldpotentialen extrahierten Parametern verwendet werden, um festzustellen, dass ein neurologischer Vorfall kurz bevorsteht. This indicator can be used alone or in combination with other parameters extracted from the recorded field potentials to determine that a neurological incident is imminent. Beispielsweise kann zusätzlich zu einer negativen Steigung eine positive Steigung, ein Unterschwinger oder ein Überschwinger, eine Spitzenzeit, eine Halbwertsbreite der Antwort, eine Beschreibung der Antwort mit einer Alfafunktion oder eine Reihe von Exponentialfunktionen in einer beliebigen Potenz verwendet werden, um einen wahrscheinlichen neurologischen Vorfall zu identifizieren. For example, a positive slope, an undershoot or overshoot, peak time, a half-width of the response, a description of the response with an Alfa function or a series of exponential functions, in addition to a negative slope can be used in any potency to a probable neurological incident to identify. Zusätzlich kann das Lokalisieren des Schwellenwerts auch ein Selbstlernprozess sein, bei dem das System versucht, durch eine Therapie mit bestimmten Gehirnstrukturen zu interagieren. In addition, locating the threshold value can also be a self-learning process where the system tries to interact by means of a therapy with certain brain structures. Abhängig von der Anzahl der falschen Positiven oder falschen Negativen kann das System seine Therapie anpassen. Depending on the number of false positives or false negatives, the system can adjust treatment.
  • [0051] [0051]
    3 3 gibt auch an, dass in der Interkonnektivität eine positive Steigung also indicates that the interconnectivity a positive slope 330 330 auftritt, die dem Ende des neurologischen Vorfalls occurs, the end of the neurological incident 310 310 folgt. follows. Diese positive Steigung This positive slope 330 330 kann als ein Rücksetzen der Interkonnektivität der überwachten Gehirnstrukturen angesehen werden. can be regarded as a reset of the interconnectivity of the monitored brain structures. Es wird angenommen, dass die Ausführung einer Therapie während der negativen Steigung It is assumed that the execution of a therapy during the negative slope 320 320 diese positive Steigung This positive slope 330 330 in der Interkonnektivität in the interconnectivity 300 300 erzeugt. generated. Es wäre daher möglich, ein Gleichgewicht zwischen negativen und positiven Steigungen in dem Signal der Interkonnektivität It would therefore be possible to maintain a balance between negative and positive slopes in the interconnectivity of the signal 300 300 zu erhalten. to obtain. Durch Aufrechterhalten eines ausgeglichenen Niveaus der Interkonnektivität wird das Einsetzen eines Anfalls verhindert. By maintaining a balanced level of interconnectivity the onset of a seizure is prevented. Daher wird angenommen, dass das Rücksetzen der Interkonnektivität ein wichtiger Aspekt zum Verhindern der neurologischen Vorfälle in der Art von Anfällen ist. Therefore, it is assumed that the resetting of the interconnectivity is an important aspect of preventing the neurological events in the type of seizure.
  • [0052] [0052]
    Es wurden Tierexperimente ausgeführt, um die vorliegende Erfindung zu testen und zu untermauern. There animal experiments were performed to test the present invention and to substantiate. In dem vorliegenden Beispiel wurden Ratten für ein epileptisches Modell verwendet. In the present example, rats were used for an epileptic model. Ratten wurden unter Verwendung eines anerkannten Modells der Temporallappenepilepsie ("self sustained limbic seizure epilepsy", selbsterhaltende limbische Anfallsepilepsie SSLSE) epileptisch gemacht. Rats were measured using a recognized model of temporal lobe epilepsy ("self sustained limbic epilepsy seizure," self-sustaining limbic epilepsy seizure SSLSE) made epileptic. In diesem Modus wird in der Ratte nach etwa einer Stunde einer tetanischen Stimulation ein epileptischer Zustand hervorgerufen. In this mode, an epileptic condition is induced in the rat after about one hour of tetanic stimulation. Der Zustand wurde dann unterbrochen, und es wurde zugelassen, dass sich die Ratte erholt hat. The state was then interrupted, and it was approved that the rat has recovered. Während der Erholung entwickelt die Ratte eine Temporallappenepilepsie mit spontanen Anfällen. During recovery, the rats developed a temporal lobe epilepsy with spontaneous seizures. Dieses Modell und die Techniken sind gut getestet und wurden veröffentlicht. This model and the techniques are well tested and have been published. Es sei auf Lothman ua, Epilepsie Res., 1989, 3: 107–119 und J. Neurophysiol. It should be on Lothman, inter alia, epilepsy Res, 1989, 3:. 107-119 and J. Neurophysiol. 1995, 74: 2, 829–840 verwiesen. 1995, 74: 2, 829-840 refer.
  • [0053] [0053]
    Ein Elektrodensatz wurde in die Schaffer-Kollateralen im Hippocampus der Ratte implantiert und zur Abgabe elektrischer Impulse verwendet. A set of electrodes was implanted in the Schaffer collaterals in the rat hippocampus and used to deliver electrical impulses. Aufzeichnungselektroden wurden in einem Bereich CA1 im Stratum pyramidale (sP) sowie im Stratum Radiatum (sR) implantiert. Were recording electrodes in an area CA1 in the stratum pyramidal (sp) and in the stratum radiatum implanted (sR). Beide Elektroden haben die Feldpotentiale gemessen, die von strukturierten Anregungs- bzw. Stimulationsimpulsen hervorgerufen wurden, die von der Elektrode in den Schaffer-Kollateralen abgegeben wurden. Both electrodes have the field potentials measured, which were caused by structured excitation and stimulation pulses were emitted from the electrode into the Schaffer collaterals. Zusätzlich wurden diese Elektroden verwendet, um die normale und die epileptische Hirnaktivität fortlaufend aufzuzeichnen. In addition, these electrodes were used to record normal and epileptic brain activity continuously.
  • [0054] [0054]
    4 4 zeigt eine schematische Darstellung des Hippocampus shows a schematic illustration of the hippocampus 400 400 der Ratte und der Hauptstrukturen der Pyramidenzellen the rat and the main structures of the pyramidal cells 410 410 . , 5 5 zeigt den schematischen Aufbau einer lokalen Schaltung shows the schematic structure of a local circuit 500 500 innerhalb des Hippocampus der Ratte. within the hippocampus of the rat. Die lo kale Schaltung The lo cal circuit 500 500 weist Stimulationselektroden has stimulating electrodes 510 510 und Aufzeichnungselektroden and recording electrodes 520 520 auf. on. Während der Experimente wurden die Stimulationselektroden During the experiments, the stimulation electrodes were 510 510 in der Nähe der Eingangsfasern in the vicinity of the input fibers 530 530 in den Hippocampus der Schaffer-Kollateralen angeordnet. located in the hippocampus of the Schaffer collaterals. Die Aufzeichnungselektroden wurden im Stratum pyramidale (sP) The recording electrodes were in the stratum pyramidal (sp) 540 540 und im Stratum radiatum (sR) in the stratum radiatum and (sR) 550 550 positioniert. positioned.
  • [0055] [0055]
    6 6 zeigt in einem Graphen den durch wiederholt abgegebene Impulsmuster bei dem vorstehend beschriebenen Rattenexperiment hervorgerufenen Betrag von Feldpotentialaufzeichnungen. shows in a graph the output pulse caused by repeated patterns in the rat experiment described above, the amount of field potential recordings. In diesem Beispiel weist das abgegebene Impulsmuster Paare elektrischer Anregungen bzw. Stimulationsimpulse auf, die wiederholt über einen Zeitraum von 24 Stunden abgegeben werden, wobei die erste und die zweite elektrische Anregung bzw. der erste und der zweite elektrische Stimulationsimpuls von jedem Paar von Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen 20 Millisekunden getrennt waren und jedes Paar von Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen über die 24 Stunden mit einem Intervall von 10 Sekunden wiederholt wurde. In this example, the pulse pattern delivered includes pairs of electrical excitations or pacing pulses, which are delivered repeatedly over a period of 24 hours, wherein the first and second electrical excitation or the first and the second electrical stimulation pulse of each pair of suggestions or stimulation pulses 20 milliseconds were separated and each pair of suggestions or stimulation pulses over the 24 hours with an interval of 10 seconds was repeated. Die Amplitude jeder Anregung bzw. jedes Stimulationsimpulses lag im Bereich von 4 bis 10 Millivolt, und die Dauer jeder Anregung bzw. jedes Stimulationsimpulses lag im Bereich von 4 bis 8 Millisekunden. The amplitude of each excitation or each stimulation pulse was in the range 4 to 10 millivolts and the duration of each excitation or each stimulation pulse was in the range 4 to 8 milliseconds.
  • [0056] [0056]
    In In 6 6 umfassen die Antwortfeldpotentialsignale ein an einer ersten Position gemessenes erstes Signal the response field potential signals include a measured first signal at a first position 600 600 und ein an einer zweiten Position innerhalb des Rattengehirns gemessenes zweites Signal and a measured at a second position within the rat brain second signal 610 610 . , In dem vorliegenden Beispiel wurde das erste Signal In the present example, the first signal has been 600 600 im Stratum Pyramidale (sP) aufgezeichnet und das zweite Signal in the stratum pyramidale (SP) and the second recorded signal 610 610 im Stratum Radiatum (sR) aufgezeichnet. recorded in the stratum radiatum (sR). Wie How 6 6 zeigt, ist das erste Signal shows, the first signal 600 600 der Betrag der Antwortfeldpotentiale für die ersten elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse und das zweite Signal the magnitude of the response field potentials to the first electrical excitations or stimulation pulses and the second signal 610 610 der Betrag der Antwortfeldpotentiale für die zweiten elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse des wiederholt abgegebenen Impulsmusters. the magnitude of the response field potentials for the second electrical stimulation pulses of the repeated suggestions or output pulse pattern. Über den Zeitraum von 24 Stunden wurden epileptische Anfälle Over a period of 24 hours, epileptic seizures 630 630 durch Sichtbetrachtung erfasst. detected by visual observation.
  • [0057] [0057]
    7 7 zeigt eine Messung der anhand Feldpotentialsignalen shows a measurement of the reference field potential signals 600 600 und and 610 610 für das Beispiel aus for example, 6 6 bestimmten funktionalen Interkonnektivität particular functional interconnectivity 700 700 . , Die funktionale Interkonnektivität The functional interconnectivity 700 700 des erfassten Feldpotentialsignals wird durch Bilden eines Verhältnisses zwischen der Amplitude der vielen Feldpotentiale für das erste Signal of the sensed field potential signal is determined by forming a ratio between the amplitude of the many field potentials for the first signal 600 600 und den vielen Feldpotentialen für das zweite Signal and the many field potentials for the second signal 610 610 bestimmt, wie vorstehend erörtert wurde. determined, as discussed above. Das anhand des Verhältnisses der Feldpotentialwerte berechnete Niveau der funktionalen Interkonnektivität The calculated from the ratio of the field values of the potential level of functional interconnectivity 700 700 liefert einen Hinweis auf die Wahrscheinlichkeit, dass ein neurologischer Vorfall in der Art eines epileptischen Anfalls provides an indication of the likelihood that a neurological event in the manner of an epileptic seizure 710 710 kurz bevorsteht. imminent. 7 7 zeigt auch Verringerungen also shows reductions 730 730 in der funktionalen Interkonnektivität in the functional interconnectivity 700 700 kurz vor jedem der Anfälle before each of the attacks 710 710 . ,
  • [0058] [0058]
    Bei einer Ausführungsform gibt diese Verringerung In one embodiment, this decrease is 730 730 der funktionalen Interkonnektivität the functional interconnectivity 700 700 die Wahrscheinlichkeit an, dass ein neurologischer Vorfall, wie beispielsweise ein epileptischer Anfall, kurz bevorsteht. the probability that a neurological event such as an epileptic seizure is imminent. Wie How 7 7 angibt, hat die Verringerung indicating the reduction has 730 730 der Interkonnektivität eine negative Steigung. interconnectivity a negative slope. Bei einer Ausführungsform nimmt diese negative Steigung kurz vor dem epileptischen Anfall In one embodiment, this negative slope increases just before the seizure 710 710 zu. to. Vorhersagen in bezug auf das Einsetzen eines wahrscheinlichen epileptischen Anfalls Predictions with respect to the insertion of a probable epileptic seizure 710 710 können auf der Grundlage der Erfassung und der Analyse jener Intervalle der funktionalen Interkonnektivität can on the basis of the detection and the analysis of those intervals of functional interconnectivity 700 700 , die eine negative Steigung und insbesondere eine abrupte Erhöhung der negativen Steigung aufweisen, gemacht werden. That have a negative slope and, in particular, an abrupt increase in the negative slope are made.
  • [0059] [0059]
    7 7 zeigt auch eine positive Steigung also shows a positive slope 740 740 in der funk tionalen Interkonnektivität, die dem Ende des neurologischen Vorfalls in the radio tional interconnectivity that the end of the neurological incident 710 710 folgt. follows. Diese positive Steigung This positive slope 740 740 kann als ein Rücksetzen der Interkonnektivität der überwachten Gehirnstrukturen angesehen werden. can be regarded as a reset of the interconnectivity of the monitored brain structures. Es wird angenommen, dass das Ausführen der Therapie während der negativen Steigung It is assumed that the execution of the therapy during the negative slope 730 730 diese positive Steigung This positive slope 740 740 in der funktionalen Interkonnektivität in the functional interconnectivity 700 700 erzeugt. generated. Es wäre daher möglich, ein Gleichgewicht zwischen der negativen und der positiven Steigung in dem Signal der funktionalen Interkonnektivität It would therefore be possible to strike a balance between the negative and positive slope in the signal of the functional interconnectivity 700 700 aufrechtzuerhalten. maintain. Durch Aufrechterhalten eines ausgeglichenen Niveaus der Interkonnektivität wird das Einsetzen eines Anfalls verhindert. By maintaining a balanced level of interconnectivity the onset of a seizure is prevented. Daher wird angenommen, dass das Rücksetzen der Interkonnektivität ein wichtiger Aspekt für das Verhindern der neurologischen Vorfälle in der Art von Anfällen ist. Therefore, it is assumed that the resetting of the interconnectivity is an important aspect for preventing the neurological events in the type of seizure.
  • [0060] [0060]
    8 8 zeigt eine Ausführungsform eines Systems shows an embodiment of a system 800 800 gemäß der vorliegenden Erfindung. according to the present invention. Bei einer Ausführungsform können Abschnitte des Systems In one embodiment, portions of the system 800 800 unter die Haut eines Patienten implantiert werden. be implanted under the skin of a patient. Das System weist im allgemeinen eine oder mehrere Elektroden The system generally comprises one or more electrodes 810 810 auf, die in eine Gehirnstruktur implantierbar sind. which are implanted in a brain structure. Die Elektroden The electrodes 810 810 können dazu dienen, elektrische Anregungen bzw. Stimulationsimpulse, vom Signalprozessor/-generator can serve to electrical stimuli or stimulus pulses, the signal processor / generator 820 820 gesteuert, an die Gehirnstruktur abzugeben. controlled to deliver to the brain structure. Der Signalprozessor/-generator The signal processor / generator 820 820 verwendet auch Elektroden also used electrodes 810 810 zum Empfangen von Antwortfeldpotentialen für die an das Gehirn abgegebenen elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse. receiving response field potentials for the electrical stimulation pulses suggestions or delivered to the brain.
  • [0061] [0061]
    Die Elektroden The electrodes 810 810 können in eine oder mehrere Gehirnstrukturen implantiert werden, wie vorstehend beschrieben ist. may be implanted into one or more brain structures, as described above. In dem in In the in 8 8 dargestellten Beispiel sind die Elektroden the illustrated example, the electrodes 810 810 durch eine Leitung through a line 830 830 mit dem Signalprozessor/-generator to the signal processor / generator 820 820 gekoppelt. coupled. Die Elektroden The electrodes 810 810 können die Form einer Vorrichtung annehmen, die in der Lage ist, die Aktivität von Nervenzellen oder Axonen zu erfassen. may take the form of a device which is able to detect the activity of neurons or axons. Bei einer Ausführungsform werden die Elektroden In one embodiment, the electrodes are 810 810 in einer oder mehreren Strukturen des Gehirns tief im Gehirnparachyma angeordnet, wie vorstehend beschrieben wurde. arranged in one or more brain structures deep in Gehirnparachyma, as described above. Alternativ können die Elektroden in den Anfallsherd oder in den Teil des Zentralnervensystems, in dem Anfälle beginnen, eingeführt werden. Alternatively, the electrodes in the seizure focus or the part of the central nervous system, beginning in the attacks, are introduced. Eine Programmier-/Steuereinrichtung A programmer / controller 840 840 für medizinische Vorrichtungen wird auch zum Kommunizieren mit dem Signalprozessor/-generator for medical devices is also to communicate with the signal processor / generator 820 820 und zum Programmieren von diesem verwendet. and used to program this. Bei einer Ausführungsform sendet die Programmier-/Steuereinrichtung In one embodiment, the programming / control device sends 840 840 für medizinische Vorrichtungen Daten zum Signalprozessor/-generator medical device data to the signal processor / generator 820 820 und empfängt Daten von diesem und kommuniziert mit dem implantierten Impulsgenerator über eine Telemetrieverbindung. and receives data from and communicates with the implanted pulse generator through a telemetry link. Solche Telemetriesysteme können beispielsweise Hoch- bzw. Funkfrequenzen, Ultraschall, Infrarot oder andere entsprechende Kommunikationsmittel verwenden. Such telemetry systems can use, for example, high or radio frequency, ultrasonic, infrared or other appropriate means of communication.
  • [0062] [0062]
    Bei einer Ausführungsform dienen die eine oder die mehreren Elektroden In one embodiment, serve the one or more electrodes 810 810 an der Leitung on the line 830 830 nicht nur zum Abgeben der elektrischen Anregungen bzw. Stimulationsimpulse, sondern auch zum Empfangen der Antwortfeldpotentiale. not only for delivering the electrical stimulation pulses or suggestions, but also to receive the response field potentials. Jede Elektrode Each electrode 810 810 ist über einen Drahtleiter in der Leitung is a wire conductor in the cable 830 830 einzeln mit dem Signalprozessor/-generator individually to the signal processor / generator 820 820 verbunden. connected. Abhängig von der Situation, können eine oder mehrere Leitungen mit einer beliebigen Anzahl von Elektroden verwendet werden. Depending on the situation, one or more leads with any number of electrodes can be used. Es kann das von Medtronic, Inc. aus Minneapolis, Minnesota, vertriebene Leitungsmodell 3387 DBS.TM verwendet werden. It may be the Medtronic, Inc., Minneapolis, Minnesota, distributed line model 3387 DBS.TM be used. Weitere Leitungsmodelle umfassen die Modelle 3389 und 3388, die auch von Medtronic, Inc. vertrieben werden. Other management models include the 3389 and 3388 models, which are also sold by Medtronic, Inc..
  • [0063] [0063]
    Der Signalprozessor/-generator The signal processor / generator 820 820 weist einen elektrischen Impulsgenerator und einen Signalanalysator auf. comprises an electrical pulse generator and a signal analyzer. Der elektrische Impulsgenerator erzeugt elektrische Impulse und gibt sie an Elektroden The electrical pulse generator generates electrical pulses and outputs them to electrodes 810 810 ab. from. Der Signalanalysator verar beitet von den Elektroden The signal proces processed by the electrodes 810 810 empfangene Signale und sagt das Auftreten einer neurologischen Störung vorher. received signals and tells the occurrence of a neurological disorder before.
  • [0064] [0064]
    9 9 zeigt ein Blockdiagramm, in dem der Signalprozessor/-generator shows a block diagram in which the signal processor / generator 820 820 der vorliegenden Erfindung in größeren Einzelheiten dargestellt ist. of the present invention is illustrated in greater detail. Mit Elektroden With electrodes 810 810 erfasste Antwortfeldpotentiale werden durch einen Verstärker detected response field potentials by an amplifier 900 900 und ein Filter and a filter 910 910 verstärkt bzw. gefiltert. amplified and filtered. Die Antwortfeldpotentialsignale werden dann durch einen Analog-Digital-Wandler The response field potential signals are then converted by an analog-to-digital converter 920 920 in eine digitale Darstellung umgewandelt. converted into a digital representation. Die Antwortfeldpotentiale können dann durch einen Signalanalysator The response field potentials are then by a signal analyzer 930 930 weiterverarbeitet werden oder zur Verarbeitung in einen Mikroprozessor be published or for processing in a microprocessor 940 940 eingegeben werden. be entered.
  • [0065] [0065]
    Bei einer Ausführungsform wird der Signalanalysator In one embodiment the signal analyzer is 930 930 zum Verarbeiten von Elektroden for processing of electrodes 810 810 empfangener Antwortfeldpotentiale und zum Vorhersagen des Auftretens einer neurologischen Störung auf der Grundlage der erfassten Antworten verwendet. received response field potentials and used to predict the occurrence of a neurological disorder on the basis of the detected responses. Alternativ könnte der Mikroprozessor Alternatively, the microprocessor 940 940 zum Verarbeiten der von Elektroden for processing the electrodes of 810 810 empfangenen Antwortfeldpotentiale und zum Vorhersagen des Auftretens der neurologischen Störung auf der Grundlage der erfassten Potentiale verwendet werden. received response field potentials and are used to predict the occurrence of neurological disorder on the basis of the recorded potentials. Bei einer Ausführungsform werden das Verarbeiten der Feldpotentiale und das Vorhersagen des Auftretens der neurologischen Störung durch die Verwendung eines in einem Speicher In one embodiment, processing the field potentials and predicting the occurrence of the neurological disorder by the use of in a memory 945 945 gespeicherten Algorithmus erreicht. achieved stored algorithm. Der Algorithmus kann als ein Programmcode verwirklicht sein, der aus dem Speicher The algorithm may be implemented as a program code from the memory 945 945 abgerufen wird und vom Mikroprozessor is retrieved by the microprocessor and 940 940 ausgeführt wird. is executed.
  • [0066] [0066]
    Der Mikroprozessor The microprocessor 940 940 ist auch mit einem elektrischen Impulsgenerator is also equipped with an electrical pulse generator 950 950 gekoppelt. coupled. Der elektrische Impulsgenerator The electrical pulse generator 950 950 gibt elektrische Anregungen bzw. Stimulationsimpulse an die in der Gehirnstruktur implantierten Elektroden 810 vom Mikroprozessor are electrical stimuli or stimulus pulses to the implanted electrodes in the brain structure 810 by the microprocessor 940 940 gesteuert ab. controlled from. Der elektrische Impulsgenerator The electrical pulse generator 950 950 wird zum Abgeben von Anregungen bzw. Stimulationsimpulsen mit dem vorstehend beschriebenen Impulsmuster verwendet. is used for delivering pacing pulses or suggestions to the pulse pattern described above. Beispielsweise kann das Impulsmuster Paare einer ersten Anregung bzw. eines ersten Stimulationsimpulses und einer zweiten Anregung bzw. eines zweiten Stimulationsimpulses aufweisen, die wiederholt an den Patienten abgegeben werden. For example, the pulse pattern of pairs of a first excitation and a first pacing pulse and a second excitation and a second stimulation pulse have to be repeatedly delivered to the patient.
  • [0067] [0067]
    Der Signalanalysator The signal 930 930 wird dann zum Messen von Änderungen in den Antworten auf die zweiten Anregungen bzw. Stimulationsimpulse im Vergleich zu den Antworten auf die ersten Anregungen bzw. Stimulationsimpulse verwendet, wie vorstehend erörtert wurde. is then used to measure changes in the responses to the second or suggestions stimulation pulses compared to the answers to the first or suggestions stimulation pulses, as discussed above. Bei einer Ausführungsform misst der Signalanalysator In one embodiment the signal analyzer measures 930 930 das Feldpotential der von einem ersten und einem zweiten Ort innerhalb des Gehirns empfangenen Antworten. the field potentials received from a first and a second location within the brain responses. Der Signalanalysator The signal 930 930 bestimmt das Niveau der funktionalen Interkonnektivität anhand eines Verhältnisses zwischen den am ersten und am zweiten Ort gemessenen Antwortfeldpotentialen, wie vorstehend beschrieben wurde. determines the level of functional interconnectivity from a ratio between the first and measured at the second location response field potentials, as described above. Der Signalanalysator The signal 930 930 gibt einen wahrscheinlichen epileptischen Vorfall an, wenn das Niveau der Interkonnektivität beispielsweise eine negative Steigung angibt. indicates a probable epileptic incident, when the level of interconnectivity for example, indicates a negative slope. Zusätzlich zur negativen Steigung gibt der Signalanalysator In addition to the negative slope is the signal analyzer 930 930 den bevorstehenden epileptischen Vorfall an, wenn die negative Steigung beispielsweise einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. the impending epileptic incident to when the negative slope for example, exceeds a predetermined threshold.
  • [0068] [0068]
    Wenn eine wahrscheinliche neurologische Episode identifiziert wurde, steuert der Mikroprozessor If a likely neurological episode has been identified, the microprocessor controls 940 940 die Abgabe einer Therapie an den Patienten. the delivery of a therapy to the patient. Bei einer Ausführungsform umfasst die Therapie die Verwendung eines elektrischen Impulsgenerators In one embodiment, the therapy comprises the use of an electrical pulse generator 950 950 zur Abgabe einer Therapie in Form elektrischer Impulse für die neurologische Störung, wenn die Änderung der Antwortfeldpotentiale einen Schwellenwert übersteigt. for delivering a therapy in the form of electrical impulses for the neurological disorder, if the variation of the response field potentials exceeds a threshold. Bei einer Ausführungsform kann das Lokalisieren des Schwellenwerts ein Selbstlernprozess sein, bei dem das System versucht, durch eine Therapie mit bestimmten Gehirnstrukturen zu interagieren. In one embodiment, locating the threshold value can be a self-learning process where the system tries to interact by means of a therapy with certain brain structures.
  • [0069] [0069]
    Die Therapieimpulse elektrischer Energie können an Elektroden The therapy pulses of electrical energy to electrodes can 810 810 und/oder zusätzliche in das Gehirn implantierte Elektroden abgegeben werden. and / or additional electrodes implanted in the brain are submitted. Bei einer Ausführungsform werden die Therapieimpulse bei einer hohen Frequenz abgegeben, um das Auftreten der neurologischen Störung zu verhindern. In one embodiment, the therapy pulses are delivered at a high frequency to prevent the occurrence of the neurological disorder. Andere Therapieimpulsmuster sind auch möglich. Other therapy pulse patterns are also possible. Abhängig von der Anzahl falscher Positiver oder falscher Negativer, kann das System die Therapie anpassen. Depending on the number of false positive or false negatives the system may adjust therapy. Zusätzliche Therapietechniken und -prozesse könnten in den Signalprozessor/-generator aufgenommen werden, um den Patienten zu behandeln. Additional therapy techniques and processes could be included in the signal processor / generator to treat the patient. Beispielsweise könnten vom Signalprozessor/-generator gesteuerte Therapien Arzneimittelpumpen zur Abgabe von Medikamenten gegen Anfälle an den Patienten einschließen. For example, could the signal processor / generator controlled drug therapies pumps for dispensing medications for seizures to the patient include.
  • [0070] [0070]
    Zu der Zeit, zu der die vorliegende Erfindung in den Patienten implantiert wird, kann der Kliniker bestimmte Schlüsselparameter in den Speicher der implantierten Vorrichtung programmieren, oder er kann dies durch Telemetrie vornehmen. To the time at which the present invention is implanted in the patient, the clinician may program certain key parameters into the memory of the implanted device, or it may make it by telemetry. Diese Parameter können anschließend nach Bedarf aktualisiert werden. These parameters may be updated subsequently as needed. Alternativ kann der Kliniker die Verwendung von Standardwerten wählen. Alternatively, choose to use the default values of the clinician. Der Kliniker programmiert gewöhnlich den Wertebereich für die Impulsbreite, den Impulsbetrag und die Impulsfrequenz. The clinician programs the usual range of values for the pulse width, the pulse magnitude and pulse frequency. Der Kliniker kann die Parameter der elektrischen Impulse durch Telemetrie mit einer Programmiereinrichtung für medizinische Vorrichtungen einstellen. The clinician can set the parameters of electrical impulses through telemetry with a programming device for medical devices. Um die Interkonnektivität des Gehirns zu beurteilen, können die erfassten Signale über die Zeit im Speicher To assess the interconnectivity of the brain, the sensed signals over time in the memory can 945 945 gespeichert werden und zur Beurteilung durch den Arzt durch Telemetrie abgerufen werden. be stored and recalled for assessment by the physician through telemetry. Der Arzt kann die gespeicherten Daten verwenden, um Therapie- oder Überwachungsmerkmale im System The physician can use the stored data to therapy or monitoring characteristics in system 820 820 zurückzusetzen. reset.
  • [0071] [0071]
    Die vorstehenden spezifischen Ausführungsformen erläutern die Verwirklichung der Erfindung. The above specific embodiments illustrate the practice of the invention. Es ist daher zu verstehen, dass andere Maßnahmen, die Fachleuten bekannt sind, oder hier offenbart wurden, eingesetzt werden können, ohne von der in den Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen. It is therefore to be understood that other means known to those skilled or have been disclosed herein may be used without departing from the invention defined by the claims. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Vorhersage des Einsetzens eines epileptischen Anfalls beschränkt. For example, the present invention is not limited to the prediction of the onset of an epileptic seizure. Die vorliegende Erfindung ist auch nicht auf die Vorhersage des Einsetzens eines neurologischen Vorfalls an sich beschränkt, sondern kann weitere Anwendung bei dem Vorhersagen von Migränekopfschmerzen, der Parkinsonschen Krankheit, einer Schizophrenie, einer Depression, einer Manie oder bei anderen neurologischen Störungen finden, bei denen Änderungen des Gleichgewichts zwischen erregenden oder hemmenden Einflüssen auf die Gehirnzellen Hinweise auf einen bevorstehenden pathologischen Vorfall liefern können. The present invention is not limited to the prediction of the onset of a neurological incident itself, but can further application to the predictions of migraine headaches, Parkinson's disease, schizophrenia, depression, mania, or other neurological disorders find where changes the balance between excitatory or inhibitory influences can provide an indication of an impending pathological incident on brain cells.
Classifications
International ClassificationA61N1/36, A61B5/0484
Cooperative ClassificationA61B5/4094, A61B5/0484, A61N1/36082
European ClassificationA61B5/0484