CN102413870A - 用根据函数调节的脉冲振幅和宽度的基于电荷的刺激强度编程 - Google Patents

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Abstract

描述了用于基于电荷编程电刺激治疗强度的技术。在一些示例中，显示器以电荷单位(例如，库仑)来呈现刺激强度。在这些示例中，用户可调节所显示电荷值而不是脉冲振幅或脉冲宽度来调节电刺激治疗的强度。在一些示例中，处理器基于对电荷值的修改确定对脉冲振幅和脉冲宽度的修改。在一些示例中，处理器修改脉冲振幅和宽度以达到期望电荷，同时保持预定函数所指定的脉冲振幅和宽度之间的关系。在一些示例中，函数可由用户编程，例如，选择或调节。

Description

用根据函数调节的脉冲振幅和宽度的基于电荷的刺激强度编程
技术领域
本发明涉及医疗系统，尤其涉及传送电刺激治疗的医疗系统。
背景
医疗设备已经用于将电刺激治疗传送给患者来治疗各种症状或状况，诸如慢性疼痛、颤抖、帕金森病、癫痫症、小便或大便失禁、以及性功能障碍。电刺激一般被传送给患者体内所选目标组织或位置，诸如大脑、脊髓、骨盆神经、或末梢神经。因此，刺激用于不同的治疗应用中，诸如脊髓刺激(SCS)、深部脑刺激(DBS)、骨盆刺激、或末梢神经刺激。医疗设备还已经用于将电刺激传送给心脏例如以供心脏起搏，并将电刺激传送给肌肉例如以供功能性电刺激(FES)来促进肌肉运动或防止萎缩。
这些医疗设备通常以电脉冲的形式传送电刺激治疗。在许多示例中，传送刺激的医疗设备已经是可植入的。可植入医疗设备通常经由一条或多条引线传送电刺激，这些引线包括位于接近目标组织的电极。可植入医疗设备通常能够与外部计算设备通信(称为编程设备或编程器)并且使用该外部计算设备来编程，该外部计算设备与可植入医疗设备无线地并经皮肤通信。
在大多数情况下，临床医生选择多个可编程参数的值以定义可植入刺激器要传送给患者的电刺激治疗。例如，临床医生可选择要传送给患者的电刺激治疗的刺激波形的振幅值和脉冲宽度值，该振幅值可以是电流振幅或电压振幅。另外，临床医生还可选择要传送给患者的刺激脉冲的脉冲速率或频率、一条或多条可植入引线所带有的用以传送刺激的电极的组合、以及所选电极的极性。可包括振幅、脉冲宽度、脉冲频率、电极组合和电极极性的一组参数在其驱动要传送给患者的电刺激治疗的意义上可被称为程序。
在大多数情况下，临床医生创建一个或多个程序，医疗设备将在初始编程会话期间使用这些程序来将治疗传送给患者。在可植入医疗设备的情况下，初始编程会话通常在设备被植入患者之后立刻发生。程序参数各自的值可对根据该程序传送治疗的功效和副作用具有显著影响。选择提供足够结果的参数值的过程可能是耗时的。具体而言，该过程可在“最佳”程序被发现之前需要对参数值的许多潜在组合进行大量试验和误差(trial-and-error)测试。例如，“最佳”程序可以是在所经历的临床功效对副作用方面比所测试的其他程序好的程序。作为另一示例，最佳程序还可以是需要相对比其他程序少的能量的程序，以最小化电刺激所消耗的能量并且最大化医疗设备的电源寿命。
在一些情况下，临床医生可需要测试大量可能的电极配置(即组合和极性)以标识期望的配置。在测试电极配置期间，临床医生可选择脉冲宽度，并且随后调节振幅以标识一个或多个振幅阈值，诸如刺激首次被患者感知的振幅(或感知阈值)、以及刺激仍然是舒服的最大振幅或来自刺激的副作用变得无法忍受的振幅。使用范围(例如，可用于刺激治疗的振幅的范围)可基于这些振幅阈值来定义。另外地或替换地，临床医生可标识使用振幅，该使用振幅可以是刺激是有效的并且导致最小的、可忍受的副作用或没有副作用的振幅。临床医生可基于直觉或经验选择脉冲宽度。临床医生可重复用一个或多个其他固定脉冲宽度的电极配置的耗时振幅调节过程，或可在已经测试仅一个脉冲宽度之后进入另一个电极配置。
即使在该通常冗长的过程之后，初始编程会话期间所选择的程序最终可证明是不足的。初始编程的最终不足可因各种问题引起，包括：症状和/或潜在疾病的进展；活动和/或姿态期间所增加的或改变的、在初始编程会话期间在门诊中未反复的症状或副作用；副作用的慢性发作；以及在经由位于可植入引线上的电极传送刺激的情况下的引线迁移。治疗的一个示例是深部脑刺激，其副作用和功效一般直到程序已经应用了延长的时段才明显。
患者已经被赋予在诊所之外调节刺激(至少部分地解决这些情形)的能力。例如，具有可植入医疗设备的患者已经配备有外部编程设备(称为患者编程器或患者治疗管理器)，该外部编程设备相对于临床医生所使用的编程设备被简化了。患者可使用患者编程器来调节刺激，但是通常是以相对于临床医生受限制的方式。在实践中，患者常常调节脉冲振幅而无需调节脉冲宽度来达到刺激的功效或副作用的期望变化。
概述
如临床医生和患者两者已经进行的，只修改或主要修改振幅作为调节刺激强度的手段不可能标识刺激的脉冲振幅和脉冲宽度的更多期望组合。较长脉冲宽度值在其可便于有功效的刺激的意义上可能是更有效的，该有功效的刺激消耗来自医疗设备的电源的功率较少。较长脉冲宽度值还可提供更舒服的刺激，例如，具有更少的非期望感觉或其他副作用。较长脉冲宽度值另外可允许刺激的整体强度在调节振幅时更大。
一般而言，本公开涉及用于基于电荷编程电刺激治疗强度的技术。在一些示例中，显示器以电荷为单位(例如，毫微库仑)来呈现刺激强度值。在这些示例中，用户可调节所显示的电荷值而不是脉冲振幅或脉冲宽度，以调节电刺激治疗的强度。
处理器基于控制刺激的电荷的用户输入确定对脉冲振幅和脉冲宽度的修改，诸如用户对所显示电荷值的修改。具体而言，处理器修改脉冲振幅和宽度，以根据使脉冲振幅与脉冲宽度相关的预定函数达到期望量的电荷。在一些示例中，函数可由用户编程，例如，选择或调节。函数可被选择成例如提升刺激的功耗效率或舒适性。基于单个参数(即电荷)而不是多个参数的编程电刺激治疗强度可加快编程的速度，即找到脉冲振幅和宽度的期望组合。
在一示例中，一种方法包括：将指定脉冲振幅和脉冲宽度之间关系的预定函数存储在存储器内；从用户处接收修改医疗设备所传送的神经刺激的电荷值的输入；以及根据函数并基于对电荷值的修改来修改医疗设备所传送的神经刺激的脉冲振幅和脉冲宽度。
在另一示例中，一种系统包括：存储指定脉冲振幅和脉冲宽度之间关系的预定函数的存储器；将神经刺激传送给患者的医疗设备，从用户处接收修改医疗设备所传送的神经刺激的电荷值的输入的用户接口；以及处理器。处理器与存储器、医疗设备和用户接口通信，并且根据函数且基于对电荷值的修改来修改医疗设备所传送的神经刺激的脉冲振幅和脉冲宽度。
在另一示例中，一种系统包括：用于存储指定脉冲振幅和脉冲宽度之间关系的预定函数的装置；用于从用户处接收修改医疗设备所传送的神经刺激的电荷值的输入的装置；以及用于根据函数并基于对电荷值的修改来修改医疗设备所传送的神经刺激的脉冲振幅和脉冲宽度的装置。
在另一示例中，一种包括指令的计算机可读存储介质，这些指令使可编程处理器：从存储器取回指定脉冲振幅和脉冲宽度之间关系的预定函数；从用户处接收修改医疗设备所传送的神经刺激的电荷值的输入；以及根据函数并基于对电荷值的修改来修改医疗设备所传送的神经刺激的脉冲振幅和脉冲宽度。
在另一示例中，一种方法包括：将指定脉冲振幅和脉冲宽度之间关系的预定函数存储在存储器内；接收用户输入的对从医疗设备传送给患者的神经刺激的脉冲振幅或脉冲宽度之一的修改；根据强度等效于用户输入的对脉冲振幅或脉冲宽度之一的修改的函数来确定对脉冲振幅和脉冲宽度两者的修改；以及根据该确定修改刺激的脉冲振幅和脉冲宽度。
附图简述
图1是示出示例刺激治疗系统的概念图。
图2是示出传送电刺激治疗的可植入医疗设备的示例配置的框图。
图3是示出用于编程和控制图2的可植入医疗设备的外部编程设备的示例配置的框图。
图4是示出示例强度-持续时间曲线的示图。
图5是示出多个示例强度持续时间曲线的示图。
图6A和6B是示出表示与多个强度持续时间曲线交叉的相应脉冲振幅和脉冲宽度函数的多条线的示图。
图7是示出脉冲振幅和脉冲宽度函数的另一示例的示图。
图8是示出便于基于电荷的刺激强度编程的示例用户接口的概念图。
图9是示出便于基于电荷的刺激强度编程的另一示例用户接口的概念图。
图10是示出用于使用使脉冲振幅和宽度相关的函数的基于电荷的刺激强度编程的示例技术的流程图。
图11是示出用于基于电荷的刺激强度编程的另一种示例技术的流程图，其中脉冲振幅和脉冲宽度之一或两者是可锁定的。
图12是示出用于基于电荷的刺激强度编程的另一种示例技术的流程图，其中基于刺激效率自动地调节使脉冲振幅和宽度相关的函数。
图13是示出用于基于接收脉冲振幅或宽度的、基于电荷的刺激强度编程的示例技术的流程图。
图14是示出用于在电极上的电荷密度满足阈值时对增加电荷的用户请求作出响应的示例技术的流程图。
详细描述
图1是示出示例刺激治疗系统10的概念图，该治疗系统10将治疗电刺激传送给患者12。治疗系统10包括可植入医疗设备(IMD)20，IMD 20耦合到引线16A和16B(统称为“引线16”)、并且与外部编程器30通信。引线16各自包括一个或多个电极(图1中未示出)。IMD 20经由电极将电刺激传送给患者12。所示的引线数量和位置只是一个示例。此外，在本文中描述的技术可通过其中医疗设备和/或引线不是可植入的，或者这些系统不包括引线和/或编程器的系统来实践。
在所示的示例中，IMD 20将脊髓刺激(SCS)传送给患者12的脊髓18以例如治疗慢性疼痛。在其他示例中，IMD或其他医疗设备传送深部脑刺激(DBS)、皮层刺激(CS)、末梢神经刺激(PNS)、骨盆底部刺激、胃刺激、或末梢神经区域刺激(PNFS)。刺激可被配置成支持对各种症状、疾病和紊乱(disorder)的治疗，诸如慢性疼痛、暂时疼痛、小便失禁、大便失禁、性功能障碍、胃轻瘫、肥胖、运动紊乱、癫痫症、抑郁症、焦虑等。由此，参考系统10和SCS来描述用于刺激强度编程的技术，而不限于将这些技术应用于其他系统、目标刺激部位、或治疗应用。
诸如临床医生或患者之类的用户与编程器30交互以配置IMD 20所传送的电刺激。以此方式，编程器30控制IMD 20所传送的刺激。在各个示例中，编程器30包括将用户接口提供给临床医生的手持设备、便携式计算机、或工作站。编程器30使用任何医疗设备遥测技术或本领域中已知的其他无线通信技术与IMD 20通信。在一些示例中，编程器30是经由网络与IMD 20通信的远程设备。编程器30可以是特征相对较全的临床医生编程器，或具有对IMD 20的操作的相对受限控制的患者编程器。
临床医生与编程器30交互以编程刺激参数，诸如脉冲振幅、宽度和速率，以及选择对传送刺激的引线16上的电极的配置。这些刺激参数的值的不同组合可被称为程序。IMD 20根据一个或多个程序传送刺激治疗。
系统10是便于基于电荷编程电刺激治疗的强度的系统的一个示例。通过使用编程器30，用户可调节电荷值而不是脉冲振幅或脉冲宽度以调节电刺激治疗的强度。IMD 20或编程器30之一或两者内的处理器可基于对电荷值的修改确定对脉冲振幅和脉冲宽度的修改。具体而言，处理器修改脉冲振幅和宽度以通过根据使脉冲振幅和宽度相关的预定函数调节脉冲振幅和宽度来达到期望的电荷，该预定函数可存储在IMD 20和编程器30之一或两者内。在一些示例中，用户可使用编程器30来选择或调节使脉冲振幅和宽度相关的函数。
图2是示出IMD 20的示例配置的框图。在图2的示例中，IMD 20包括处理器22、存储器24、刺激发生器26、遥测模块28和电源29。如图2所示，刺激发生器26耦合到引线16。引线16A到16分别包括电极21A-21D和21E-21H(统称为“电极21”)。
处理器22控制刺激发生器26以根据刺激参数(例如，存储在存储器24中和/或经由遥测模块28接收自编程器30的程序)传送电刺激治疗。在一些情况下，接收自编程器30的刺激参数实际上是修改(例如，递增或递减)诸如脉冲宽度或脉冲振幅之类的一个或多个刺激参数值的命令。刺激发生器26以脉冲的形式将刺激提供给电极21。刺激发生器26可在处理器22的控制下利用引线16上的电极21的任何组合或配置。
处理器22可包括微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或其他数字逻辑电路中的任何一个或多个。存储器24存储由处理器22执行的指令，例如，在由处理器22执行时使处理器和IMD 20提供此处归于其的功能的指令。存储器72可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存等中的任何一个或多个。此处归于处理器22的功能可体现为硬件、固件、软件等。
遥测模块28可包括本领域已知的、用于便于无线遥测(例如，经由与外部编程器30内的类似电路的射频(RF)通信或近侧电感性交互)的电路。电源29将操作功率传送到IMD 20的组件。电源29可包括电池和产生操作功率的发电电路。在一些实施例中，电池可以是可再充电的以允许延长的操作。再充电可经由外部充电器和IMD 20内的电感充电线圈之间的近侧电感性交互来实现。在其他实施例中，可使用不可再充电电池。作为另一个替换，只要需要或期望刺激，外部电源就可经皮肤地给IMD 20供电。
在所示示例中，存储器24存储使脉冲振幅与脉冲宽度相关的预定函数23。在一些示例中，处理器22控制刺激发生器26以根据函数调节发生器所传送的刺激脉冲的脉冲振幅和脉冲宽度，即以便于保持或基本保持函数23所定义的脉冲振幅和宽度之间的关系。处理器22可响应于用以修改(例如，递增或递减)经由遥测模块28所接收的来自编程器30的刺激强度的命令、或例如在根据时间表的间隔处或之后基于用以修改存储在存储器24中的刺激强度的指令、或响应于经由电极21或另一个传感器(未示出)所感测的一些状况来以此方式调节脉冲振幅和/或宽度。处理器22可控制刺激发生器26来与保持关系基本同时地使振幅和脉冲宽度增大或减小，或者可在对脉冲振幅和宽度的调节之间交替以基本保持关系。
在所示的示例中，存储器24还存储效率信息25。效率信息25包括关于相对于电源29的要求的各个脉冲宽度和/或脉冲振幅值的效率的信息，以供传送具有那些值的刺激。例如，效率信息25可标识脉冲振幅值，在该脉冲振幅值处电源电压将需要倍增或提高以向刺激发生器26提供足够的净空来传送此振幅处的脉冲。
这种提高值处或之上的脉冲振幅可能是低效率的，例如，脉冲的振幅和从电源29请求的功率量之间的比率可能是相对低的。效率信息25可标识这些振幅。这些提高的振幅作为电源29的电压电平的函数可随时间改变。处理器22可周期性地确定电源29的电流电压电平，并且更新效率信息25。如在下文中将描述的，处理器22可基于效率信息25自动地调节函数23，例如，标识刺激振幅正在接近提高点。
图3是示出编程器30的示例配置的功能框图。在图3的示例中，外部编程器30包括处理器32、存储器34、用户接口36和通信模块38。处理器32处理来自存储器34的指令并且控制编程器30的各个组件以提供此处归于编程器的功能。处理器32可包括微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或其他数字逻辑电路中的任何一个或多个。此处归于处理器32的功能可体现为硬件、固件、软件、或其任何组合。存储器34存储由处理器32执行的指令。存储器34可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存等中的任何一个或多个。
用户(临床医生或病人12)可经由用户接口36与处理器32交互。此处所描述的用户接口中的任一个可以是用户接口36或由其提供的一个示例，诸如图8和9的图形用户接口70和90。用户接口36可包括示出涉及刺激治疗的信息的显示器(诸如液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、或其他屏幕)，以及将输入提供给编程器30的按钮或小键盘。用户接口36还可包括输入介质，诸如按钮、软键、定点设备(即鼠标、跟踪球、滚轮、定点杆、或触摸垫)。在一些实施例中，显示器可以是允许用户例如用指示笔直接从显示屏选择选项的触摸屏。
通过编程器30与IMD 20的无线遥测可通过射频(RF)通信或近侧电感性交互来实现。该无线通信通过使用通信模块38是可能的。因此，通信模块38可包括本领域已知的、用于这种通信的电路。在一些示例中，通信模块38还包括用于与计算机网络(例如，与服务器或数据库)通信的有线或无线网络接口，以供发送数据和/或接收命令。
在所示的示例中，存储器34存储预定脉冲振幅和脉冲宽度函数23，以及有关相对于使用IMD 20的电源29的刺激参数效率的效率信息25。函数23可以是经由编程设备30可编程的。在一些示例中，用户可通过经由用户接口36与处理器32通信来修改或选择函数23。函数23可采用可应用于脉冲振幅或宽度之一来确定另一个的数值比率、或者包括该比率和可能的常数或偏移的等式的形式。在一些示例中，函数23可采用定义脉冲振幅和脉冲宽度之间非线性关系的等式的形式。在一些示例中，函数23可采用满足或基本满足或符合这种比率或等式的多个成对脉冲振幅值的形式，这些成对脉冲振幅值可存储在表格或列表中。
处理器32可经由通信模块38从IMD 20接收效率信息25，并且将效率信息存储在存储器25中。在其他示例中，存储器34可在制造期间或在一些其他时刻用IMD 20的效率信息25来编程或加载。处理器32可从IMD 20周期性地接收电源29的电压电平或其他度量，并且基于电压电平或其他度量更新效率信息。如在下文中将更详细描述的，处理器32可基于效率信息25自动地调节函数23，例如，标识刺激振幅正在接近提高点。
在一些示例中，用户接口36显示例如以毫微库仑为单位的电荷的值，表示从IMD 20传送给患者12的电刺激的强度。在一些示例中，用户接口36接收用户输入的对电荷值的修改以调节刺激强度。处理器32提供控制IMD 20来响应于用户输入的修改、或响应于编程例如存储在存储器34中的时间表经由通信模块38修改刺激强度的命令。
在一些示例中，命令表示电荷值的改变、或使电荷或刺激强度递增或递减的指示。在这些示例中，IMD 20可基于命令并根据存储在其存储器24中的函数23修改脉冲振幅和脉冲宽度。在其他示例中，处理器32基于电荷修改确定根据函数23的对脉冲宽度或振幅的修改，并且经由通信模块38将所确定的对脉冲振幅和宽度的修改发送到IMD 20。
图4是示出示例强度-持续时间曲线40的示图。一般而言，沿曲线40的所有点定义成对脉冲宽度和振幅值，这些成对脉冲宽度和振幅值在其具有激活目标神经组织的基本相等能力的意义上强度基本相等。例如，脉冲宽度为P1且振幅为A3(即曲线40上的点42)的刺激脉冲、脉冲宽度为P2且振幅为A2(即点44)的刺激脉冲、以及脉冲宽度为P3且振幅为A1(即点46)的刺激脉冲的强度可基本相等并且其捕捉目标神经组织的能力基本相等。以此方式，点42、44和46定义三个脉冲宽度和振幅值对，即成对脉冲宽度和振幅值，这些脉冲宽度和振幅值对可对应于单个刺激强度。
曲线40可以是目标神经组织特有的强度-持续时间曲线。具有沿曲线的脉冲振幅和宽度对(例如，在点42、44和46处)的刺激脉冲的强度可刚好足以激活目标神经组织。具有曲线之上的脉冲振幅和宽度对(例如，点49所定义的对)的刺激脉冲也能激活目标组织。具有曲线之下的脉冲振幅和宽度对(例如，点48所定义的对)的刺激脉冲的强度将不足以激活目标组织。可根据经验确定目标神经组织的曲线40。
如曲线40所示，可存在激活目标组织所需的最小脉冲宽度。一般而言，如果刺激脉冲的脉冲宽度小于该最小脉冲宽度，则刺激脉冲将不能激活组织，无论振幅增加多少。类似地，可存在激活大量组织所需的沿曲线40的最小振幅。在一些情况下，该最小振幅可被称为基强度(rheobase)振幅。另外，曲线40上对应的为基强度振幅两倍的脉冲宽度值可被称为时值(chronaxie)。
虽然包括42、44和46的曲线40上的所有点定义提供基本相等的刺激强度的各个脉冲宽度和振幅值对，但是各个成对脉冲宽度和振幅值不必在所有其他方面基本相等。例如，刺激效率可取决于刺激的脉冲宽度和振幅值而改变。振幅相对较高且脉冲宽度相对较低的脉冲(例如，相对于点44的点42)可能需要提高电源电压、降低效率，但可提供电荷密度较低的有效刺激。替换地，振幅相对较低且脉冲宽度相对较高的脉冲对于被设备(例如，IMD 20)消耗的能量可能是更有效的，但传送电荷密度较高的脉冲，这在较高阈值设置时可能不是所期望的。
图5是示出包括图4的曲线40以及曲线50和52的多个强度-持续时间曲线的示图。曲线50和52可表示来自曲线40的目标神经组织的强度-持续时间曲线的随时间改变情况。改变可因电极21相对于目标组织的运动或目标组织特性的改变而发生。
如图5中可看出的，在实际强度-持续时间曲线变成曲线50和52时，具有沿曲线40的点所定义的脉冲振幅和宽度(例如，点44所定义的振幅/宽度对)的刺激脉冲将不再激活目标组织。由此，刺激可在提供治疗好处时变成低效。响应于低效的刺激，用户(诸如临床医生或患者12)有可能增加刺激的强度。通常，用户可能增加来自曲线40上的点的振幅(例如，点44处的A2)以增加强度。用户通常可能增加振幅，直到治疗效果(例如，感觉异常)再次被感知。增加的振幅由线54表示，并且作为示例，效果可能在脉冲振幅达到A3(即曲线50上的点56)时被感知。作为示例，以此方式增加的强度改变了脉冲振幅和脉冲宽度之间的比率，这可在功率效率或舒适性方面提供不太合乎期望的刺激。
图6A和6B是示出表示与图5的多个强度-持续时间曲线40、50和52交叉的相应示例脉冲振幅和脉冲宽度函数23的多条线的示图。具体而言，图6A中的线60A、62A和64A以及图6B中的线60B、62B和64B表示与图5的强度-持续时间曲线40、50和52交叉的相应示例脉冲振幅和脉冲宽度函数23。线60A、60B、62A、62B、64A和64B表示脉冲振幅和宽度对，这些线提供了从线的原点起的增加刺激强度。IMD 20和/或编程器30可通过沿这种线滴定测量(titrate)来修改IMD 20所传送的刺激的强度。
线60A、60B、62A、62B、64A和64B的原点可以是具有零脉冲振幅的非零脉冲宽度，如图6A和6B所示，尽管可构想其他原点。很低的脉冲宽度可激活与不舒适相关联的神经组织，并且可选择原点来避免这种激活。在一些示例中，函数23的原点约为神经组织的典型强度-持续时间曲线的时值，该神经组织是IMD 20所传送的刺激的目标。如图6A和6B所示，不同的函数23并不限于公共的斜率或原点。换言之，各个函数23可具有相同的或不同的斜率、以及相同的或不同的原点。
线60A、60B、62A、62B、64A和64B所示的函数23在脉冲振幅和脉冲宽度之间可以是固定比率或线性比率。线60A、60B、62A、62B、64A和64B所示的函数23可由等式表示，诸如
PW＝b*PA+c  (等式1)
其中PW是脉冲宽度，PA是脉冲振幅，b是线的斜率，并且c是原点(在此情况下是脉冲宽度值)。在一些示例中，函数23可采用存储多个脉冲振幅和脉冲宽度对的表格或其他数据结构的形式，这些脉冲振幅和脉冲宽度对符合(即满足)这种等式。此外，虽然图6A和6B所示的函数在脉冲振幅和脉冲宽度之间是固定比率或线性比率，但是在其他示例中函数23可在脉冲振幅和宽度之间采取非线性(例如，曲线)关系的形式。
图7是示出另一示例脉冲振幅和脉冲宽度函数23的示图。更具体地，图7示出了曲线66，曲线66表示使脉冲振幅与脉冲宽度相关的非线性(更具体地为曲线)的函数23。曲线66所示的函数23可由等式表示，诸如
PW＝(b*Amp)n+c  (等式2)
作为示例，函数23可定义脉冲振幅和宽度之间的抛物线关系、指数关系、或对数关系。图7中的曲线66上所示的点68(其中只有一个被标记)可对应于存储在表格或其他数据结构中的脉冲振幅和脉冲宽度对，作为函数23。
函数23可基于各种标准来选择。在一些示例(诸如线60A、60B、62A和64A与强度-持续时间曲线40、50和52的交点所示的那些示例)中，函数23被选择成在目标神经组织的典型强度持续时间曲线的“拐点”处保持刺激。在一些示例中，函数23基于功率效率或舒适性来选择，例如，可选择振幅和宽度之间的较低比率。
在一些示例中，用户(例如，临床医生)可选择或调节函数23。在这些示例中，编程器30的用户接口36(图3)提供用于这些选择或调节的输入介质，或以其他方式便于这些调节。在一些示例中，用户接口36提供用于输入数值、选择数值(例如，从下拉列表或使用滚轮)、或从其特性所标识的函数之间进行选择(例如，“较长的脉冲宽度”或“更有效的”)的介质。在一些示例中，选择数值可包括选择以上等式1和2中的变量b、c和n的值。在一些示例中，用户接口36将表示函数23的多个等式呈现给用户以供选择。
在一些示例中，用户接口36显示线60、62或64、或者表示函数23的曲线66，以使用户可观察该函数，并且还可呈现一个或多个曲线40、50和52。在一些示例中，用户接口36显示表示函数23的多条线或曲线，以供用户通过选择线或曲线之一来选择函数23之一。在一些示例中，用户接口36提供输入介质，该输入介质允许用户通过调节所显示的线或曲线(例如，通过使用定点设备或经由触摸屏来点击线或曲线并拖拽它或改变其形状)来调节函数23。
临床医生或患者可选择或调节函数23。在一些示例中，用户选择或调节比率以达到刺激强度调节的不同分布曲线，例如，强度增加的积极性(aggressiveness)的不同程度。用户可使用向上箭头按键和向下箭头按键、或经由增加和降低积极性的图形表示(例如，滑动条)来选择或调节函数23。在一些示例中，用户可编程IMD 20或编程器30以在白天的不同时刻或响应于指示不同级别的活动或不同姿态的传感器信号(诸如加速计)自动地选择不同函数23，例如，在白天期间或在高级活动期间选择更积极的函数、以及在夜晚或在低级活动期间选择不太积极的函数。
图8是示出便于基于电荷的刺激强度编程的示例用户界面(GUI)70的概念图。GUI 70在编程器30的处理器32的指导下由编程器30的用户界面36呈现。如图8所示，GUI 70包括所植入引线和电极的表示72，表示72可对应于引线16和电极21。表示72包括对哪些电极是有源的及其极性的指示。
GUI 70可包括所显示的IMD 20所传送刺激的电荷值74，用户可使用输入介质76来修改电荷值74。GUI 70还显示电压振幅、阴极78上的电流振幅、阳极80上的电流振幅、IMD 20所传送刺激的脉冲宽度82和脉冲频率84。频率84可由用户经由编程器30的用户接口36调节。在一些示例中，电流振幅78和80以及脉冲宽度82中的一个或多个与电荷74一起可独立地由用户经由编程器30的用户接口36调节。在一些示例中，电流振幅78和80以及脉冲宽度82不可由用户经由编程器30的用户接口36调节，但在调节和显示电荷74时更新，作为给用户的基准。电压振幅可通过测量每个阳极和阴极之间的阻抗并且使用等效阻抗来确定，以便从阴极的电流振幅得到电压。
在所示的示例中，GUI 70还提供用于接收要锁定脉冲振幅的用户输入的输入介质86和用于接收要锁定脉冲宽度的用户输入的输入介质88。如所讨论的，一般当用户改变电荷值74时，IMD 20和/或编程器30修改脉冲振幅78、80和宽度82两者以提供期望的电荷，同时保持函数23所定义的脉冲振幅和宽度之间的关系。当锁定脉冲振幅或脉冲宽度之一并且用户改变电荷值74时，IMD 20和/或编程器30修改脉冲振幅和宽度中未锁定的一个以提供期望的电荷。
图9是示出便于基于电荷的刺激强度编程的另一示例GUI 90的概念图。GUI 90包括所植入引线和电极的表示92。GUI 90还显示有源电极的、接近有源电极的表示的各个电荷密度值。由此，GUI 90通过显示电荷密度来显示电荷值。电极的电荷密度是电极的表面积和进入/离开电极的电荷量的函数。
GUI 90包括用于接收修改电荷的用户输入(例如，所显示的电荷密度)的输入介质94。GUI 90还包括用于将电荷导向不同电极的输入介质96。为了安全起见，在DBS的情况下呈现电荷密度可能是特别有利的，例如，因为患者12可能未感知有害的刺激。在一些示例中，当用户经由介质94增加强度或电荷、或者使用介质96在电极之间引导或分布电荷时，用户能够基本实时地查看在每个电极上是什么电荷密度。
图10是示出用于使用定义脉冲振幅和宽度之间关系的函数的基于电荷的刺激强度编程的示例技术的流程图。图10的技术被描述为由编程器30(例如，处理器32)执行。在其他示例中，IMD 20(例如，处理器22)、或另一个设备可执行图10的示例技术的部分或全部功能。
在处理器32的控制下，用户接口36将刺激强度显示为电荷值(100)。处理器32确定用户接口36是否已经接收对所显示的电荷值的修改(102)。当经从用户处接收电荷修改时，处理器32例如通过经由通信模块38与IMD 20通信(104)修改IMD 20所传送刺激的脉冲振幅和脉冲宽度。处理器32通过选择脉冲振幅和宽度的组合来修改脉冲振幅和宽度，该脉冲振幅和宽度的组合提供经修改电荷并且还符合存储在存储器34中的脉冲振幅/脉冲宽度函数23。
在一些示例中，处理器32经由用户接口36从用户接收对函数32的调节或选择。响应于接收到函数23的选择或调节，处理器32修改存储器34中的比率23(108)。对脉冲振幅和宽度的后续修改(104)将根据经修改函数23进行。
在电荷可在电极之间导引或移动的示例中，如以上参考图9所讨论的，处理器32可基于电极是阳极还是阴极不同地对经修改强度的请求作出响应，例如，对所显示电荷的改变。在阴极的情况下，处理器32可根据函数23修改脉冲振幅和宽度两者，如上所述。在阳极的情况下，处理器32可在一些情况下只修改脉冲振幅。
图11是示出用于基于电荷的刺激强度编程的另一种示例技术的流程图，其中脉冲振幅和脉冲宽度之一或两者是可锁定的。图11的技术被描述为由编程器30(例如，处理器32)执行。在其他示例中，IMD 20(例如，处理器22)、或另一个设备可执行图11的示例技术的部分或全部功能。
用户接口36例如经由输入介质86或88接收锁定脉冲振幅或宽度的用户输入(110)。处理器32随后确定用户接口36是否已经接收到对所显示的电荷值的后续修改(102)。当从用户处接收了电荷修改时，处理器32修改脉冲振幅和脉冲宽度中未锁定的一个(112)。
处理器可在其他情形下只修改脉冲振幅或宽度之一。例如，如果用户增加电荷值74、但振幅已经在其最高设置处，则可替代地自动调节脉冲宽度。
图12是示出用于基于电荷的刺激强度编程的另一种示例技术的流程图，其中基于刺激效率自动地调节脉冲振幅和宽度之间的比率。图12的技术被描述为由编程器30(例如，处理器32)执行。在其他示例中，IMD 20(例如，处理器22)、或另一个设备可执行图12的示例技术的部分或全部功能。
在处理器32的控制下，用户接口36将刺激强度显示为电荷值(100)。处理器32确定用户接口36是否已经接收到对所显示电荷值的修改(102)。当已经从用户处接收到电荷修改时，处理器32例如通过经由通信模块38与IMD 20通信修改IMD 20所传送刺激的脉冲振幅和脉冲宽度(104)。处理器32通过选择脉冲振幅和宽度的组合来修改脉冲振幅和宽度，该脉冲振幅和宽度的组合提供经修改电荷并且还符合存储在存储器34中的脉冲振幅/脉冲宽度函数23。
处理器32还基于效率信息25确定脉冲振幅或宽度之一是否接近效率点(120)。例如，处理器32可确定脉冲振幅接近将需要提高IMD 20的电源29的电压以提供所需脉冲振幅的值。如果脉冲振幅或宽度接近效率点，则处理器32自动地并暂时地调节函数23(122)。例如，在脉冲振幅达到其中需要提高的值之前，处理器32可减小函数的斜率(例如，脉冲振幅与宽度的比率)以增加调节的次数。
处理器32可存储经调节函数23与调节之前的函数23，以供在振幅或宽度不再接近效率点时返回到先前函数23(124)。取决于与效率点的接近度(120)，对脉冲振幅或宽度的修改104将依据任一个函数。
图13是示出用于基于接收脉冲振幅或宽度的、基于电荷的刺激强度编程的示例技术的流程图。图13的技术被描述为由编程器30(例如，处理器32)执行。在其他示例中，IMD 20(例如，处理器22)、或另一个设备可执行图13的示例技术的部分或全部功能。
根据所示的示例，用户接口36例如经由输入介质78、80、或82接收对脉冲振幅或脉冲宽度之一的修改(130)。响应于这种修改，处理器32确定对脉冲振幅和脉冲宽度两者的修改，该修改的强度与用户输入修改的强度相等并且保持脉冲振幅和宽度之间的比率23(132)。参考图6A和6B，出于图示的目的，具有从用户所请求的增加振幅或宽度得到的脉冲振幅和宽度对的公共的相等强度曲线40、50、52上可定位所确定脉冲振幅和宽度对。所确定脉冲振幅和宽度对还可位于线60、62、64上，或者表示脉冲振幅和脉冲宽度函数23的曲线66上。处理器32将脉冲振幅和宽度修改成保持函数23的所确定对(134)。
图14是示出用于在电极上的电荷密度满足阈值时对增加电荷的用户请求作出响应的示例技术的流程图。图14的技术被描述为由编程器30(例如，处理器32)执行。在其他示例中，IMD 20(例如，处理器22)、或另一个设备可执行图14的示例技术的部分或全部功能。
在处理器32的控制下，用户接口36将刺激强度显示为电荷值(100)。处理器32确定用户接口36是否已经接收到对所显示电荷值的修改(102)。当从用户处接收了电荷修改时，处理器32确定电极21中的一个或多个的电荷密度是否超过预定阈值，该预定阈值可以是组织损坏成为可能的电荷密度值以下的安全因子(140)。阈值可被存储在编程器30的存储器34或IMD 20的存储器24中。处理器32可基于存储在存储器34或24中的指定电极21的表面积的信息来确定电极21的电荷密度，以及根据传送给患者的神经刺激的电流参数来确定提供给各个电极的电荷。
只要电极21上的电荷密度未达到阈值，处理器32就根据函数23调节脉冲振幅和/或脉冲宽度(104)。如果电极21中的一个或多个上的密度达到阈值时，则处理器调节函数23以减小电荷密度，并且根据经调节函数23调节脉冲振幅和/或脉冲宽度(142)。经调节函数23可规定通过增加脉冲振幅并降低脉冲宽度来对增加刺激强度或电荷的进一步请求作出响应，以使强度增加而无需增加电荷或电荷密度。可对降低刺激强度或电荷的用户请求作出响应以降低振幅并增加脉冲宽度。处理器32可允许用户沿这种经调节函数滴定测量，直到遇到偏离初始函数的点和/或电荷密度不再超过阈值。
已经描述了各个示例。本领域的普通技术人员应当理解，可对所描述的示例作出各种修改而不脱离权利要求书的范围。例如，虽然主要参考其中电荷值被显示给用户的示例进行描述，但是在其他示例中，用户可控制刺激所提供的电荷而不显示电荷值或调节所显示的电荷值。在其他示例中，控制电刺激所提供电荷的用户输入可包括操纵物理或图形的向上箭头或向下箭头、滑动条等。
此外，一些示例不需要包括用以接收用户输入的计算或编程设备。在一些示例中，在可植入医疗设备的情况下，医疗设备可提供用于接收用户输入的用户接口(诸如用以检测磁体存在的传感器)，该用户接口可由用户控制。这些和其他示例落在所附权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种系统，包括：
存储指定脉冲振幅和脉冲宽度之间关系的预定函数的存储器；
将神经刺激传送给患者的医疗设备；
从用户处接收修改所述神经刺激的电荷值的输入的用户接口；以及
与所述存储器、医疗设备和用户接口通信并且根据所述函数且基于对所述电荷值的修改来修改所述医疗设备所传送的神经刺激的脉冲振幅和脉冲宽度的处理器。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述函数可由所述用户经由所述用户接口编程。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用户接口接收锁定所述神经刺激的脉冲振幅或脉冲宽度之一的用户输入、以及修改所述电荷值的后续输入，并且所述处理器基于对所述电荷值的后续修改来修改所述医疗设备所传送的神经刺激的脉冲振幅或脉冲宽度中未锁定的一个。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器确定所述刺激的脉冲振幅或脉冲宽度中的至少一个接近刺激效率点，并且基于所述确定自动地调节所述函数。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述处理器确定所述脉冲振幅接近提高所述医疗设备的电源电压所需的振幅，并且基于所述确定自动地减小所述函数的斜率。
6.如权利要求1所述的系统，
其特征在于，所述用户接口将所述电荷值显示给用户，并且接收用户输入的对所显示电荷值的修改，并且
其中所述处理器根据所述函数并基于对所显示电荷值的修改来修改所述医疗设备所传送的神经刺激的脉冲振幅和脉冲宽度。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述用户接口显示被植入所述患者体内的多个电极的表示，并且显示接近所述电极的各个电荷密度值。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述用户接口包括显示器并且经由所述显示器接收所述用户输入的修改。
9.如权利要求1所述的系统，
其特征在于，所述处理器确定所述医疗设备传送所述刺激所使用的电极的电荷密度满足预定阈值，
其中所述用户接口接收在确定所述电荷密度满足所述预定阈值之后增加所述电荷值的用户输入，并且
其中所述处理器控制所述医疗设备以响应于后续用户输入增加所述神经刺激的脉冲振幅并降低所述神经刺激的脉冲宽度。
10.如权利要求1所述的系统，还包括外部编程设备，所述外部编程设备包括所述用户接口、存储器和处理器，其中所述医疗设备包括可植入医疗设备，并且所述编程设备与所述可植入医疗设备通信。
11.一种系统，包括：
用于存储指定脉冲振幅和脉冲宽度之间关系的预定函数的装置；
用于从用户处接收修改医疗设备所传送神经刺激的电荷值的输入的装置；以及
用于根据所述函数并基于对所述电荷值的修改来修改所述医疗设备所传送神经刺激的脉冲振幅和脉冲宽度的装置。
12.如权利要求11所述的系统，还包括用于从用户处接收对所述函数的选择的装置。
13.一种包括指令的计算机可读存储介质，所述指令使可编程处理器：
从存储器取回定义脉冲振幅和脉冲宽度之间关系的预定函数；
从用户处接收修改医疗设备所传送神经刺激的电荷值的输入；以及
根据所述函数并基于对所述电荷值的修改来修改所述医疗设备所传送神经刺激的脉冲振幅和脉冲宽度。
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