DE04078528T1 - Wiederaufladbares Stimulationssystem - Google Patents

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Carla M Los Angeles Mann
David K Saugus Peterson
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Abstract

Verfahren zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie, die in einem implantierbaren Impulsgenerator (IPG) enthalten ist, wobei der IPG eine Sekundärspulenantenne aufweist, durch die elektromagnetische Energie gekoppelt werden kann, um nichtinvasiv Energie in den IPG zu übertragen; wobei das Verfahren aufweist:
(a) Erzeugen außerhalb des IPG eines wechselnden elektromagnetischen Energiefeldes;
(b) Übertragen des elektromagnetischen Energiefeldes von einer Primärspule außerhalb des IPG;
(c) Empfangen der übertragenen elektromagnetischen Energie durch die Sekundärspule, wodurch eine Wechselspannung in der Sekundärspule induziert wird;
(d) Gleichrichten der induzierten Wechselspannung, um eine Gleichspannung zu erzeugen;
(e) Wiederaufladen der Batterie mit einem Ladestrom, der aus der Gleichspannung abgeleitet wird;
(f) Überwachen des Ladestroms und einer Spannung an der Batterie, wenn die Batterie geladen wird;
(g) Ändern der Weise, in der das Gleichrichten im Schritt (d) geschieht, sobald die Batteriespannung und der Ladestrom, die im Schritt (f) überwacht werden, vorgeschriebenen Pegel erreichen, wobei die...

Claims (29)

  1. Verfahren zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie, die in einem implantierbaren Impulsgenerator (IPG) enthalten ist, wobei der IPG eine Sekundärspulenantenne aufweist, durch die elektromagnetische Energie gekoppelt werden kann, um nichtinvasiv Energie in den IPG zu übertragen; wobei das Verfahren aufweist: (a) Erzeugen außerhalb des IPG eines wechselnden elektromagnetischen Energiefeldes; (b) Übertragen des elektromagnetischen Energiefeldes von einer Primärspule außerhalb des IPG; (c) Empfangen der übertragenen elektromagnetischen Energie durch die Sekundärspule, wodurch eine Wechselspannung in der Sekundärspule induziert wird; (d) Gleichrichten der induzierten Wechselspannung, um eine Gleichspannung zu erzeugen; (e) Wiederaufladen der Batterie mit einem Ladestrom, der aus der Gleichspannung abgeleitet wird; (f) Überwachen des Ladestroms und einer Spannung an der Batterie, wenn die Batterie geladen wird; (g) Ändern der Weise, in der das Gleichrichten im Schritt (d) geschieht, sobald die Batteriespannung und der Ladestrom, die im Schritt (f) überwacht werden, vorgeschriebenen Pegel erreichen, wobei die vorgeschriebenen Pegel anzeigen, daß die Batterie vollständig geladen ist; (h) Abtasten der Änderung des Gleichrichtens, die im Schritt (g) stattfindet, von einer Stelle außerhalb des IPG; und (i) Bereitstellen eines Alarmsignals an einer Stelle außerhalb des IPG beim Abtasten der Änderung des Gleichrichtens im Schritt (h).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (g) das Umschalten von einer Vollwellen-Gleichrichterschaltung auf eine Halbwellen-Gleichrichterschaltung aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt (h) das Überwachen der reflektierten Impedanz an der Primärspule aufweist, wobei sich die reflektierte Impedanz ändert, wenn die Halbwellen-Gleichrichterschaltung für die Vollwellen-Gleichrichterschaltung geschaltet wird.
  4. Verfahren zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie, die in einem implantierbaren Impulsgenerator (IPG) enthalten ist, wobei der IPG mit einer implantierten Sekundärspulenantenne verbunden ist, wobei das Verfahren ein äußeres Batterieladegerät einsetzt, wobei das Ladegerät eine wiederaufladbare Batterie enthält, die elektrisch mit einer äußeren Primärspulenantenne verbunden ist, wobei das Verfahren aufweist: (a) Laden der wiederaufladbaren Batterie des äußeren Batterieladegeräts unter Verwendung einer äußeren Energiequelle; (b) Ausrichten der Primärspulenantenne mit der implantierten Sekundärspule; (c) Übertragen elektromagnetischer Energie durch die Primärspulenantenne; (d) Empfangen der übertragenen elektromagnetischen Energie durch die Sekundärspulenantenne, wodurch ein Wechselstrom in der Sekundärspule erzeugt wird; (e) Gleichrichten des induzierten Wechselstroms, der durch die Sekundärspule empfangen wird; (f) Laden der wiederaufladbaren Batterie, die im IPG enthalten ist, während der Ladestrom oder die Spannung an der Batterie überwacht wird, wenn die Batterie geladen wird; und (g) Stoppen des Ladens am Batterieladegerät, wenn der Strom oder die Spannung an der Batterie im IPG einen vorgeschriebenen Pegel erreicht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, das ferner aufweist: (h) Abtasten der Änderung der Gleichrichtung im IPG, wobei Schaltungskomplex-Einrichtungen verwendet werden, die im äußeren Batterieladegerät angeordnet sind, um dadurch abzutasten, wenn die wiederaufladbare Batterie im IPG vollständig geladen ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Abtasten der Änderung der Gleichrichtung im Schritt (h) aufweist: Umschalten von einer Vollwellen- auf eine Halbwellen-Gleichrichterschaltung, wenn die Batterie im IPG vollständig geladen ist, die das Laden der IPG-Batterie vermindert oder stoppt; und Abtasten der Änderung der reflektierten Impedanz an der Primärspule, die durch eine Änderung vom Umschalten von der Vollwellen-Gleichrichterschaltung zur Halbwellen-Gleichrichterschaltung verursacht wird, wobei die Änderung anzeigt, daß die IPG-Batterie vollständig geladen ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, das ferner aufweist: (i) Bereitstellen eines Alarmsignals, wobei ein Schaltungskomplex eingesetzt wird, der außerhalb des IPG angeordnet ist, beim Abtasten einer Änderung der Gleichrichtung im Schritt (h), wodurch angezeigt wird, daß die Batterie vollständig geladen ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, das ferner aufweist: Bereitstellen eines Alarmsignals beim Stoppen der Ladung im Schritt (h).
  9. Rückenmark-Stimulationssystem, das aufweist: einen implantierbaren Impulsgenerator (IPG) mit einer wieder nachfüllbaren Energiequelle; eine implantierbare Elektrodenanordnung, die trennbar mit dem IPG verbunden ist, wobei die Elektrodenanordnung eine Vielzahl von Elektroden daran aufweist; eine sekundäre, implantierte Spule, die elektrisch mit der wieder nachfüllbaren Energiequelle gekoppelt ist; ein äußeres Batterieladegerät, das umfaßt: eine Primärspule; eine wiederaufladbare Batterie, die im Ladegerät enthalten ist und mit der Primärspule elektrisch gekoppelt ist; und einen Leistungsverstärker zum Anlegen eines Wechselstroms, der aus der wiederaufladbaren Batterie im Ladegerät abgeleitet wird, an die Primärspule, wodurch der Wechselstrom in der Primärspule transkutan zur sekundären implantierten Spule zur wieder nachfüllbaren Energie quelle übertragen wird, die im IPG enthalten ist.
  10. Rückenmark-Stimulationssystem nach Anspruch 9, das ferner aufweist: eine Einrichtung zur Verwendung von Haushaltswechselstrom, um die wiederaufladbare Batterie im Batterieladegerät aufzuladen.
  11. Rückenmark-Stimulationssystem nach Anspruch 9 oder 10, das ferner aufweist: einen Ausrichtungsschaltungskomplex zur Detektion der Ausrichtung zwischen den Primär- und Sekundärspulen, wobei der Ausrichtungsschaltungskomplex einen Rücktelemetrieempfänger zur Überwachung der Größe der Wechselspannung an der Primärspule enthält, die durch den Leistungsverstärker angelegt wird, wobei die reflektierte Impedanz, die mit der Energie verbunden ist, die durch die Primärspule magnetisch gekoppelt wird, überwacht wird.
  12. Rückenmark-Stimulationssystem nach Anspruch 11, das ferner aufweist: einen Alarmgenerator, der als Reaktion auf Änderungen, die in der reflektierten Impedanz abgetastet werden, die durch den Rücktelemetrieempfänger überwacht wird, ein hörbares Alarmsignal erzeugt.
  13. Rückenmark-Stimulationssystem nach Anspruch 12, wobei der Alarmgenerator einen ersten hörbaren Ton überträgt, wenn die Primärspule schlecht mit der Sekundärspule ausgerichtet ist, und der erste hörbare Ton die Übertragung stoppt, wenn die Primärspule richtig mit der Sekundärspule ausgerichtet ist.
  14. Rückenmark-Stimulationssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, das ferner aufweist: einen Schaltungskomplex für eine vollständige Aufladung und zum Schutz, der detektiert, wenn die wieder nachfüllbare Energiequelle vollständig geladen ist.
  15. Rückenmark-Stimulationssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die wieder nachfüllbare Energiequelle des IPG eine wiederaufladbare Batterie aufweist.
  16. Rückenmark-Stimulationssystem nach Anspruch 15, wenn von Anspruch 15 abhängig, wobei der Schaltungskomplex für eine vollständige Aufladung und zum Schutz aufweist: einen Überwachungsschaltungskomplex, der die Spannung der wiederaufladbaren IPG-Batterie und den Ladestrom überwacht, der in die wiederaufladbare IPG-Batterie fließt, wobei der Überwachungsschaltungskomplex ein Merkersignal erzeugt, wenn die Spannung und der Ladestrom der wiederaufladbaren IPG-Batterie vorgeschriebene Pegel erreichen, wobei die vorgeschriebenen Pegel anzeigen, daß die wiederaufladbare IPG-Batterie vollständig geladen ist.
  17. Rückenmark-Stimulationssystem nach Anspruch 16, das ferner aufweist: eine Gleichrichterschaltung im IPG, wobei die Gleichrichterschaltung zwischen einer Vollwellen-Gleichrichterschaltung und einer Halbwellen- Gleichrichterschaltung umschaltbar ist; die Gleichrichterschaltung während des Ladens der IPG-Batterie so geschaltet ist, daß sie als die Vollwellen-Gleichrichterschaltung arbeitet; und das Merkersignal die Gleichrichterschaltung veranlaßt, auf eine Halbwellen-Gleichrichterschaltung umzuschalten, wenn die IPG-Batterie vollständig geladen ist, wobei die Modulation der Gleichrichterschaltung zwischen einer Vollwellen-Gleichrichterschaltung und einer Halbwellen-Gleichrichterschaltung verwendet wird, um anzuzeigen, ob die IPG-Batterie vollständig geladen ist.
  18. Rückenmark-Stimulationssystem nach Anspruch 17, wobei der Detektionsschaltungskomplex für eine vollständige Aufladung das Umschalten der Gleichrichterschaltung von einer Vollwellen-Gleichrichterschaltung auf eine Halbwellen- Gleichrichterschaltung durch die Änderung der reflektierten Impedanz detektiert, die an der Primärspule abgetastet wird.
  19. Rückenmarkstimulations- (SCS)- System, das implantierbare Komponenten und äußere Komponenten aufweist; wobei die implantierbaren Komponenten einen implantierbaren Mehrkanal-Impulsgenerator (IPG) mit einer wiederaufladbaren Energiequelle und eine Elektrodenanordnung aufweisen, die trennbar mit dem IPG verbunden ist, wobei die Elektrodenanordnung eine Vielzahl von Elektroden (En) daran aufweist; und wobei die äußeren Komponenten ein Handprogrammiergerät, das selektiv in Telekommunikationskontakt mit dem IPG gebracht werden kann, ein Klinikerprogrammiergerät, das selektiv mit dem Handprogrammiergerät (HHP) gekoppelt ist, und ein tragbares Ladegerät aufweisen, das induktiv mit dem IPG gekoppelt werden kann, um die IPG-Energiequelle wiederaufzuladen, wobei die implantierbaren Komponenten ferner eine Leitungsverlängerung aufweisen, die die Elektrodenanordnung mit dem IPG verbindet.
  20. Rückenmarkstimulations- (SCS)- System, das implantierbare Komponenten und äußere Komponenten aufweist; wobei die implantierbaren Komponenten einen implantierbaren Mehrkanal-Impulsgenerator (IPG) mit einer wiederaufladbaren Energiequelle und eine Elektrodenanordnung aufweisen, die trennbar mit dem IPG verbunden ist, wobei die Elektrodenanordnung eine Vielzahl von Elektroden (En) daran aufweist; und wobei die äußeren Komponenten ein Handprogrammiergerät, das selektiv in Telekommunikationskontakt mit dem IPG gebracht werden kann, ein Klinikerprogrammiergerät, das selektiv mit dem Handprogrammiergerät (HHP) gekoppelt wird, und ein tragbares Ladegerät aufweisen, das induktiv mit dem IPG gekoppelt werden kann, um die IPG Energiequelle wiederaufzuladen, wobei die äußeren Komponenten ferner aufweisen: eine perkutane Verlängerung zum vorübergehenden Herstellen einer elektrischen Verbindung mit der implantierbaren Elektrodenanordnung, wenn sie erstmals implantiert wird, einen äußeren Versuchsstimulator, der mit der perkutanen Verlängerung elektrisch verbunden ist, und Einrichtungen zur Kopplung des Klinikerprogrammiergeräts mit dem äußeren Versuchsstimulator.
  21. Rückenmarkstimulations- (SCS)- System, das implantierbare Komponenten und äußere Komponenten aufweist; wobei die implantierbaren Komponenten einen implantierbaren Mehrkanal-Impulsgenerator (IPG) mit einer wiederaufladbaren Energiequelle und eine Elektrodenanordnung aufweisen, die trennbar mit dem IPG verbunden ist, wobei die Elektrodenanordnung eine Vielzahl von Elektroden (En) daran aufweist; und wobei die äußeren Komponenten ein Handprogrammiergerät, das selektiv in Telekommunikationskontakt mit dem IPG gebracht werden kann, ein Klinikerprogrammiergerät, das selektiv mit dem Handprogrammiergerät (HHP) gekoppelt wird, und ein tragbares Ladegerät aufweisen, das induktiv mit dem IPG gekoppelt werden kann, um die IPG-Energiequelle wiederaufzuladen, wobei das IPG aufweist: ein luftdicht verschlossenes Gehäuse, in dem die wiederaufladbare Energiequelle und der elektronische Schaltungskomplex eingebaut sind; ein Prozessor-IC, das Speicherschaltungen enthält; ein Digital-IC, das mit dem Prozessor-IC gekoppelt ist; ein Analog-IC, das durch das Digital-IC gesteuert wird, wobei das Analog-IC eine Vielzahl von Ausgangsstrom-DACs aufweist, wobei jeder Ausgangsstrom-DAC durch einen Koppelkondensator und Sammelverbinder mit einer jeweiligen Elektrode an der Elektrodenanordnung verbunden ist, wobei jeder Ausgangsstrom-DAC einen Schaltungskomplex enthält, der einen Ausgangsreizstrom erzeugt, der eine ausgewählte Amplitude und Polarität aufweist; eine HF-Telemetrieschaltung in dem verschlossenen Gehäuse, die äußerlich erzeugte Programmiersignale empfängt, die Stromstimulationsimpulsparameter definieren; eine wiederaufladbare Batterie, die für den elektronischen Schaltungskomplex Betriebsenergie liefert, der in das luftdicht verschlossene Gehäuse eingebaut ist; eine Sekundärspule; eine Gleichrichterschaltung; und ein Batterieladegerät und einen Schutzschaltungskomplex, der äußerlich erzeugte Energie durch die Sekundärspule und die Gleichrichterschaltung empfängt und die äußerlich erzeugte Energie verwendet, um die wiederaufladbare Batterie zu laden.
  22. Rückenmarkstimulations- (SCS)- System, das aufweist: implantierbare Komponenten; äußere Komponenten; und wobei die implantierbaren Komponenten einen implantierbaren Mehrkanal-Impulsgenerator (IPG) mit einer wieder nachfüllbaren Energiequelle und eine Elektrodenanordnung mit mehreren Elektroden umfassen, wobei die mehreren Elektroden trennbar mit dem IPG verbunden sind; und wobei die äußeren Komponenten ein Handprogrammiergerät (HHP), das selektiv in Telekommunikationskontakt mit dem IPG gebracht werden kann, ein Klinikerprogrammiergerät, das selektiv in Telekommunikationskontakt mit dem HHP gebracht werden kann, und ein tragbares Ladegerät umfassen, das induktiv mit dem IPG gekoppelt werden kann, um die IPG-Energiequelle wiederaufzufüllen, und wobei die implantierbaren Komponenten ferner eine Leitungsverlängerung zum elektrischen Verbinden der Elektrodenanordnung mit dem IPG umfassen.
  23. Rückenmarkstimulations- (SCS)- System, das aufweist: implantierbare Komponenten; äußere Komponenten; und wobei die implantierbaren Komponenten einen implantierbaren Mehrkanal-Impulsgenerator (IPG) mit einer wieder nachfüllbaren Energiequelle und eine Elektrodenanordnung mit mehreren Elektroden umfassen, wobei die mehreren Elektroden trennbar mit dem IPG verbunden sind; und wobei die äußeren Komponenten ein Handprogrammiergerät (HHP), das selektiv in Telekommunikationskontakt mit dem IPG gebracht werden kann, ein Klinikerprogrammiergerät, das selektiv in Telekommunikationskontakt mit dem HHP gebracht werden kann, und ein tragbares Ladegerät umfassen, das induktiv mit dem IPG gekoppelt werden kann, um die IPG-Energiequelle wiederaufzufüllen, und wobei die äußeren Komponenten ferner eine perkutane Verlängerung zum vorübergehenden Herstellen einer elektrischen Verbindung mit der implantierbaren Elektrodenanordnung, wenn sie erstmals implantiert wird, einen äußeren Versuchsstimulator, der elektrisch mit der perkutanen Verlängerung verbunden ist, und Einrichtungen zur Kopplung des Klinikerprogrammiergeräts mit dem Versuchsstimulator umfassen.
  24. Rückenmarkstimulations- (SCS)- System, das implantierbare Komponenten und äußere Komponenten aufweist, wobei die implantierbaren Komponenten einen implantierbaren Mehrkanal-Impulsgenerator (IPG) mit einer Energiequelle und eine Elektrodenanordnung aufweisen, die trennbar mit dem IPG verbunden ist, wobei die Elektrodenanordnung n Elektroden daran aufweist, wobei n eine Ganzzahl von mindestens acht ist; und wobei die äußeren Komponenten ein Handprogrammiergerät (HHP), das selektiv in Telekommunikationskontakt mit dem IPG gebracht werden kann, um eine eingeschränkte Steuerung des IPG bereitzustellen, und ein Klinikerprogrammiergerät umfassen, das selektiv mit dem HHP gekoppelt werden kann, um die Operation des IPG zu programmieren, und wobei der Mehrkanal-IPG eine unabhängige bidirektionale Stromquelle für jede der n Elektroden enthält, und wobei jede der bidirektionalen Stromquellen elektrisch durch einen Koppelkondensator mit einer der n Elektroden verbunden ist, und wobei ferner jede der Stromquellen getrennt gesteuert werden kann, um aktiv einen Stromimpuls mit einer ausgewählten Amplitude und Polarität zu seiner jeweiligen Elektrode zu leiten.
  25. Verfahren zum Übertragen von Informationen von einer Implantatvorrichtung zu einer äußeren Vorrichtung, wobei die Implantatvorrichtung eine Sekundärspule zum Empfangen elektromagnetischer Energie von einer äußeren Quelle und eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten der empfangenen elektromagnetischen Energie aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Überwachen von einer Stelle in der Implantatvorrichtung mindestens eines Parameters, der mit der Implantatvorrichtung verbunden ist, der für Informationen kennzeichnend ist, die an einer Stelle benötigt werden, die außerhalb der Implantatvorrichtung liegt; Modulieren der Gleichrichterschaltung zwischen einer Vollwellen-Gleichrichterschaltung und einer Halbwellen-Gleichrichterschaltung als Funktion des überwachten Parameters; und Abtasten von einer Stelle außerhalb der Implantatvorrichtung der Modulation der Gleichrichterschaltung.
  26. Rückenmark-Stimulationssystem, das aufweist: einen implantierbaren Mehrkanal-Impulsgenerator (IPG), der eine wieder nachfüllbare Energiequelle aufweist, wobei der IPG ein Gehäuse aufweist, das einen IPG-Verarbeitungsschaltungskomplex enthält; eine implantierbare Elektrodenanordnung, die trennbar mit dem IPG verbunden ist, wobei die Elektrodenanordnung eine Vielzahl von n Elektroden (En) daran aufweist; eine Vielzahl von m Stimulationskanälen, die durch den IPG bereitgestellt werden, wobei jeder Stimulationskanal unabhängig mit unterschiedlichen Stimulationsparametern programmierbar ist, wobei m gleich oder kleiner als n ist, und m 2 oder größer ist; äußere Komponenten, die ein Handprogrammiergerät umfassen, das selektiv in Telekommunikationskontakt mit dem IPG gebracht werden kann; ein Klinikerprogrammiergerät, das selektiv mit dem Handprogrammiergerät (HHP) gekoppelt wird; und ein tragbares Ladegerät, das induktiv mit dem IPG gekoppelt werden kann, um die IPG-Energiequelle wiederaufzuladen.
  27. Rückenmark-Stimulationssystem, das aufweist: einen implantierbaren Mehrkanal-Impulsgenerator (IPG) der eine wieder nachfüllbare Energiequelle aufweist, wobei der IPG ein Gehäuse aufweist, das einen IPG-Verarbeitungsschaltungskomplex enthält; eine implantierbare Elektrodenanordnung, die trennbar mit dem IPG verbunden ist, wobei die Elektrodenanordnung eine Vielzahl von n Elektroden (En) daran aufweist; eine Vielzahl von m Stimulationskanälen, die durch den IPG bereitgestellt werden, wobei jeder Stimulationskanal unabhängig mit unterschiedlichen Stimulationsparametern programmierbar ist, wobei m gleich oder kleiner als n ist, und m 2 oder größer ist; und wobei der IPG unabhängige, bidirektionale Ausgangsstromquellen enthält, die mit jeder der n Elektroden verbunden sind, wodurch unabhängig programmierbare, stromgesteuerte Stimulationskanäle bereitgestellt werden.
  28. Rückenmark-Stimulationssystem, das aufweist: implantierbare Komponenten, die einen implantierbaren Mehrkanal-Impulsgenerator (IPG) umfassen, der eine wieder nachfüllbare Energiequelle aufweist; eine Elektrodenanordnung, die trennbar mit dem IPG verbunden ist, wobei die Elektrodenanordnung eine Vielzahl von n Elektroden (En) daran aufweist; eine Echtzeituhr, die im IPG enthalten ist, um einen Automatikbetrieb-Terminplan für eine Operation des IPG zu bestimmten Zeiten des Tages zuzulassen; und eine indifferente Elektrode, wobei die n Elektroden und die indifferente Elektrode selektiv zu mindestens m Sätzen von Elektroden gruppiert werden können, wobei jeder Satz einen unabhängig steuerbaren Stimulationskanal repräsentiert, wobei jeder Satz mindestens zwei Elektroden aufweist, wodurch m Stimulationskanäle bereitgestellt werden, die auf entweder monopolare oder bipolare Elektrodenkonfigurationen eingestellt werden können.
  29. Verfahren zum Implantieren eines Rückenmark-Stimulatorsystems in einen Patienten zur Stimulationstherapie, wobei das Verfahren aufweist: (a) Implantieren einer Nervenstimulationsleitung mit einer distal angeordneten Mehrelektrodenanordnung, die nahe eines Zielgewebes angeordnet wird, wobei die Leitung einen Leitungsverbinder am proximalen Ende aufweist; (b) Verbinden des Leitungsverbinders mit einer perkutanen Verlängerung; (c) nach außen Verlagern der perkutanen Verlängerung durch die Haut; (d) Verbinden eines äußeren Versuchsstimulators (ETS) mit der nach außen verlagerten Leitungsverlängerung; (e) Programmieren der Stimulationsparameter auf erste optimale Werte.
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