CN102573985A - 使用衰减电流脉冲的电刺激治疗 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于电刺激治疗的电刺激脉冲的产生。刺激脉冲具有脉冲电流水平和脉冲宽度，并且可由电流调节器产生。脉冲电压水平可以为由电流调节器递送的同时保持脉冲电流水平调节的电压水平。在递送脉冲的过程中，供给电压水平由于供给电容的放电而降低，脉冲电压水平由于负载电容的充电而增加。脉冲电流水平可被控制以在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压的和不超过供给电压水平。

Description

使用衰减电流脉冲的电刺激治疗

技术领域

本发明涉及医疗设备，更具体地讲，涉及递送电刺激治疗的医疗设备。

背景技术

医疗设备可用于治疗多种医学病症。医疗电刺激设备(例如)可通过植入电极将电刺激治疗递送至患者。电刺激治疗可包括刺激患者体内的神经、肌肉、脑组织、或其他组织。电刺激设备可完全植入到患者体内。例如，电刺激设备可包括植入式电刺激发生器和一根或多根带有电极的植入式导线。作为另外一种选择，电刺激设备可包括无导线刺激器。在一些情况下，植入式电极可通过一根或多根经皮导线或完全植入式导线耦接至外部电刺激发生器。

医疗电刺激器可用于将电刺激治疗递送至患者以减轻多种症状或病症，例如慢性痛、颤抖、帕金森氏病、抑郁症、癫痫、尿失禁或大便失禁、骨盆痛、性功能障碍、肥胖症、或胃肌轻瘫。电刺激器可被构造为通过包括电极的导线递送电刺激治疗，所述电极可植入到脊髓、骨盆神经、胃肠道器官、外周神经附近、或患者的脑内。靠近脊髓和脑内的刺激通常分别称为脊髓刺激(SCS)和深部脑刺激(DBS)。

临床医生选择多个可程控刺激参数的值，以便定义递送至患者的电刺激治疗。例如，临床医生可选择刺激的电流或电压幅值、和刺激波形的各种特性。另外，临床医生可指定用于递送刺激的电极构型，包括选择的电极组合和电极极性。如果以脉冲形式递送刺激，例如，临床医生可指定电流或电压的脉冲幅值、脉冲宽度和脉冲频率。可将一组参数值称为刺激程序。程序组可包括多个程序。可同时地、时间交叉存取地、或重叠地递送程序组中的多个程序。

发明内容

一般来讲，本发明描述了用于产生电刺激脉冲以通过一个或多个电极从医疗设备(如植入式医疗设备)给患者递送电刺激治疗的技术。电刺激脉冲各自具有脉冲电流水平和脉冲宽度。脉冲可以由包括电流调节器(即调节电流源或电流阱)的脉冲发生器产生。电流调节器耦接至供给电压以递送具有调节电流水平的脉冲。该脉冲具有与由电流调节器递送的电压水平相对应同时保持脉冲电流水平的基本调节的电压水平。

在递送脉冲的过程中，供给电压水平可能由于电压源电容的放电而降低，脉冲电压水平可能由于负载电容的充电而增加。脉冲电流水平可被控制以在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平。在一些实例中，脉冲可包括具有不同子脉冲电流水平的两个或更多个子脉冲，这里对于给定脉冲，较早递送的子脉冲具有比较晚递送的子脉冲高的脉冲电流水平。

在一个实例中，本发明提供了一种用于递送电刺激的方法，该方法包括用电流调节器产生具有脉冲电流水平、脉冲电压水平、和脉冲宽度的电刺激脉冲，控制脉冲电流水平以在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平，并通过一个或多个植入式电极递送脉冲。

在另一实例中，本发明提供了一种用于递送电刺激的医疗设备，该设备包括：刺激脉冲发生器，其包括被构造为产生具有脉冲电流水平、脉冲电压水平、和脉冲宽度的电刺激脉冲的电流调节器；控制器，其被构造为控制脉冲电流水平以在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平；和一个或多个植入式电极，其被构造为递送脉冲。

本发明的一个或多个方面的细节在附图和下文的描述中给出。通过说明书和附图并通过权利要求，其它特征、目的、和优点是显而易见的。

附图说明

图1为示出包括耦接至植入式刺激导线的植入式刺激器的示例性治疗系统的示意图。

图2为示出包括耦接至植入式刺激导线的植入式刺激器的另一个示例性治疗系统的示意图。

图3为示出植入式电刺激器的各个示例性部件的框图。

图4为示出可与电刺激器结合使用的外部程控器的各个示例性部件的框图。

图5为示出可用于图3的植入式电刺激器中的示例性电刺激发生器的各个部件的框图。

图6为更详细地示出图5的示例性刺激发生器的框图。

图7A和图7B为示出可以用来递送如本发明描述的电刺激治疗的示例性导线和电极构型的示意图。

图8为示出可以用来递送如本发明描述的电刺激治疗的示例性桨形导线的示意图。

图9为示出如本发明描述的递送电刺激的流程图。

图10为示出如本发明描述的递送电刺激的流程图。

图11A和图11B为示出根据本发明的实例递送的示例性刺激脉冲的图形。

图12A-12C为示出不同脉冲构型的性能结果的图形。

具体实施方式

本发明描述了用于产生电刺激脉冲以通过一个或多个电极将电刺激治疗递送到内科患者的组织的技术。电刺激脉冲具有脉冲电流水平、脉冲电压水平和脉冲宽度。脉冲可以由包括电流调节器即调节电流源或电流阱的脉冲发生器产生。电流调节器耦接至供给电压以传送具有调节电流水平的脉冲。脉冲电压水平是电流调节器递送的电压水平，以维持脉冲电流水平的基本调节。

在递送脉冲过程中，供给电压水平可能由于电压源电容的放电而减小，脉冲电压水平可能由于负载电容的充电而增大。维持调节电流脉冲水平所需的脉冲电压水平可能由于负载电容上积累的电压而增大。如本发明中描述的，脉冲电流水平可被控制以在脉冲宽度期间从较高电流水平降低到较低电流水平，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平。

电流调节器可具有规定脉冲电压水平和供给电压水平之间的最小电压差的余量电压水平要求。余量电压水平可对应于产生调节电流时由电流调节器电路部件消耗的电压量，可能需要确保适当操作电流调节器。因此，脉冲电流水平可被控制以在脉冲宽度期间降低，使得电流调节器的增加的脉冲电压水平和降低的供给电压水平之间的差保持大于余量电压水平。

刺激电流脉冲的受控降低在一些实例中可以至少部分上基于在脉冲宽度上供给电压水平的降低。用于电流调节器的电压源可以将电荷存储在电容器模块上，以产生供给电压水平。例如，电容器模块可以选择性使用不同数目的电容器，以产生期望的供给电压水平。电容器可以被选择性切换，以形成具有足以产生供给电压的供给电容的电容器组。不过，在递送脉冲时，供给电容放电，引起供给电压水平的降低。

在一些实例中，调节刺激电流脉冲的受控降低可以至少部分上基于脉冲宽度期间负载电压的增加。脉冲通过电流调节器和一个或多个电极之间的导电路径被递送到生物组织负载。导电路径可包括对电流调节器表现为串联电容的一个或多个串联电容器，诸如用于再充电的电容器。电极-组织界面可呈现附加的串联电容。结合起来，这些电容在递送电流脉冲的过程中形成可积累电荷的负载电容，从而产生负载电压。当负载电压增加时，维持调节脉冲电流水平所需的脉冲电压水平的量增加。

随着供给电压水平放电和脉冲电压水平增加，脉冲电压水平和余量电压水平的和可能超过供给电压水平。在此情况下，脉冲电压水平的增加可引起脉冲电流水平失去调节。如上文所述，为了促进可靠的调节，脉冲电流水平可被控制以在脉冲宽度期间降低，使得可以维持可靠电流调节。脉冲电流水平可被控制，以至少部分上基于脉冲宽度期间供给电压水平的降低、脉冲宽度期间负载电压的增加(及导致脉冲电压水平的增加)或者此两者而降低。

举例来说，脉冲电流水平可根据可与线性斜率、非线性曲线、具有逐渐降低的电流水平的分段子脉冲系列或其他形状对应的衰减曲线而降低。在每种情况下，已知或测量的负载和电压源的电容可用来寻找调节电流脉冲的形状的期望曲线拟合，以便防止脉冲电压水平和余量电压水平的和超过供给电压水平。通常，脉冲在开始时可具有比脉冲结束时更高的电流水平，使得可以以受控方式递送较高平均电流，而不需要增加所需的初始供给电压。

在递送调节电流脉冲过程中供给电压水平的降低，与由于增加的负载电压造成的脉冲电压水平的增加结合，可能不利地影响电流调节器的性能。为了防止失去调节，供给电容器上存储的初始供给电压水平可以增加。不过，供给电压水平的增加可能要求植入式医疗设备在电压源中包括更大或更多数目的电容器，从而导致效率降低、尺寸增大和/或成本增加。由于附加电容器或更大的电容器造成的尺寸增大对于植入式医疗设备(IMD)可能是特别不期望的。产生其脉冲宽度上降低的脉冲电流水平可以对于给定供给电压允许递送较大电流水平，或对于给定脉冲电流水平允许使用较小供给电压。

对于给定负载阻抗，由于递送较小的脉冲电流，与递送相同电流所需的脉冲电压相比，需要的脉冲电压较小。以此方式，通过降低脉冲宽度期间的脉冲电流水平，脉冲电压水平的增加量可以降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不会超过供给电压水平，从而保证在脉冲宽度期间可以保持调节脉冲电流水平。然而，在一些实例中，仍可以递送期望的平均脉冲电流水平。电流脉冲可被控制，以在脉冲宽度开始时以较高电流水平开始，在脉冲宽度结束时降低至较低电流水平。

较高平均电流可以受控方式递送，而不需要增加供给电压水平。以基本相同的总电荷递送期望平均电流，同时要求在与电压源关联的电容器模块上存储较小初始供给电压，这是可行的。使用较低供给电压递送脉冲的能力可以有更长的电池寿命，或在可再充电电池情况下再充电之间有更长时间，以及对治疗结果有最小或没有影响。在一些情况下，电压源可以允许使用尺寸减小的电容器来产生所需脉冲电压，从而对于给定设备尺寸，使混合电路更小，可以有更小的设备和/或更大的电池。

在一些情况下，脉冲可以形成分离脉冲，所述分离脉冲包括第一和第二子脉冲。在脉冲宽度期间，第二子脉冲在时间上在第一子脉冲之后。第一和第二子脉冲可以在分离脉冲的脉冲宽度内拟合。在时间上第二子脉冲在第一子脉冲之后，且具有比第一子脉冲的脉冲电流水平低的脉冲电流水平。此含义是，脉冲可以被分成两个部分：较高电流部分和较低电流部分。在其他情况下，脉冲可以包括超过两个子脉冲，诸如高部分、中部分和低部分，或者在电流水平上具有甚至更大间隔尺寸(granularity)的更多的子脉冲。通常，在分离脉冲中一个或几个较高电流水平与一个或几个较低电流水平的比例可以基于脉冲宽度上供给电压水平的降低和负载电压的增加来确定，以分别在其增加和降低时维持脉冲电压水平和供给电压水平之间的必需余量电压。

可以使用各种电极装置，诸如单极装置、双极装置或多极装置来递送刺激脉冲。单极刺激装置通常是指使用位于壳体上的阳极发送电流，位于一根或多根导线上的一个或多个阴极吸收电流。双极刺激装置通常是指使用位于导线上的阳极发送电流，位于同一导线和/或另一根导线上的阴极吸收电流。多极刺激装置通常是指使用位于导线上的不止一个阳极各自发送电流，位于同一导线或另一根导线上的一个或多阴极吸收电流，或者使用位于导线上的一个阳极发送电流，位于同一导线和/或另一根导线上的多个阴极吸收电流。结合单极和双极电极关系的混合刺激装置可称为全极装置。在全极装置中，壳体上的阳极可用来与导线上的至少一个阳极和导线上的至少一个阴极基本上同时地递送刺激脉冲。在此情况下，对于全极装置，导线上的至少一个阳极和壳体上的至少一个阳极可与导线上的至少一个阴极结合同时使用。在其他全极装置中，壳体上的阴极可用来与导线上的至少一个阴极和导线上的至少一个阳极基本上同时地递送刺激脉冲。在此可选情况下，对于全极装置，导线上的至少一个阴极和壳体上的至少一个阴极可与导线上的至少一个阳极结合同时使用。上面的电极装置或其他电极装置中的任何一种可以用来根据本发明中描述的技术递送电刺激。

在一些实施方式中，每个电极由各自的以指定的电流水平选择性吸收或发送电流的电流调节器驱动。因此，刺激发生器可包括耦接到各自电极的多个电流调节器。电流调节器可选择性被激活，并被控制，以通过电极将电流递送到患者组织。所选阳极可以发送大约与所选阴极吸收的调节电流的量相等的调节电流量。在一些实施方式中，一个或多个阳极或阴极可耦接以相对于电压源轨或参考电压发送或吸收未调节电流。对于调节电流脉冲，可以使用如上文所述的衰减脉冲曲线，以便防止脉冲电压水平超过一水平，在此水平，脉冲电压水平和供给电压水平之间的差可能会小于电流调节器的适用余量电压水平，从而保持调节脉冲电流水平。

电刺激电流脉冲可通过与植入式医疗设备(IMD)关联的刺激脉冲发生器递送到植入式电极。作为另外一种选择，刺激脉冲发生器可与外部医疗设备关联。在任一情况下，可通过一个或多个植入式导线配置植入式电极。例如，一个或多个全植入式导线可耦接到植入患者体内的IMD壳体。在此情况下，可在IMD壳体上以及在一个或多个导线上提供一个或多个电极。作为另外一种选择，一个或多个经皮植入式导线可耦接到位于患者体外的外部医疗设备的壳体。

图1为示出可用于将刺激治疗递送至患者6的示例性系统2的示意图。患者6将通常但并非必须为人。一般来讲，治疗系统2包括形式为植入式刺激器4的IMD，它通过一个或多个植入式电极将电刺激递送至患者6。植入式电极可用于一根或多根植入式医疗导线(例如植入式医疗导线10)上，并且在一些情况下用于植入式刺激器4的壳体的电极上。电刺激的形式可为具有受控脉冲电流水平的调节刺激电流脉冲。

可通过刺激程序来定义刺激电流脉冲的各个参数。刺激电流脉冲可基本上连续地或者以突发、分段或图形方式进行递送，并且可单独地或者与通过一个或多个其他刺激程序定义的脉冲结合进行递送。尽管如上文提到的，图1示出了完全植入式刺激器4，但本发明所述的技术也可适用于具有通过经皮植入式导线使用的电极的外部刺激器。同样，如上文所述，电极中的一个或多个可设置在植入式刺激器4的壳体14上，即，“罐”或“壳”上。另外，在一些情况下，植入式电极可用于无导线刺激器上。

在图1所示的实例中，植入式刺激器4植入到患者6的锁骨区域中的皮下袋内。刺激器4产生程控电刺激，并且通过带有植入式刺激电极11的阵列的植入式医疗导线10来递送刺激。在一些情况下，可提供多根植入式导线。在图1的实例中，导线10的远端分为两部分并且包括两个导线区段12A和12B(统称为“导线区段12”)。导线区段12A和12B各自包括形成电极11的阵列的一部分的一组电极。在各个实例中，导线区段12A和12B可各自带有四个、八个、或十六个电极。在图1中，各个导线区段12A、12B均带有四个电极，所述电极被构造为位于靠近导线区段的远端的不同轴向位置处的环电极。在本发明的剩余部分中，为简便起见，本发明可通常是指携带于“导线”上的电极而非携带于“导线区段”上的电极。

图1还示出了示例性壳体或罐电极13。壳体电极13可与植入式刺激器4(在本发明中也称为植入式医疗设备(IMD))的密封壳体14的外表面一体地形成，或者说是耦接至壳体14。在一些实例中，通过植入式刺激器4的壳体14的向外表面部分的非绝缘部分来限定壳体电极13。壳体14的绝缘和非绝缘部分之间的其他分隔件可用于限定两个或更多个壳体电极，所述壳体电极可称为壳电极或罐电极。在一些实例中，壳体电极13包括基本上全部壳体14、或壳体14的一部分。壳体电极13一般可包括阳极，不过在一些情况下壳体电极可以形成为阴极。

使用本发明的技术，一个或多个电极11可递送具有各个电流水平的刺激电流脉冲，这些电流水平被控制以在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过用于电流调节器的供给电压水平。在一些实例中，导线10也可带有一个或多个感测电极以允许植入式刺激器4感测来自患者6的电信号。刺激电极中的一些可进行耦接以选择性地充当刺激电极和感测电极。在其他实例中，植入式刺激器4可耦接至一根或多根导线，所述导线可分为两部分或可不分为两部分。在这种实例中，导线可通过共用的导线延伸件或通过单独的导线延伸件耦接至植入式刺激器4。

导线10的近端可直接或间接地通过导线延伸件电耦接和机械耦接至植入式刺激器4的接头8。导线主体中的导体可将位于导线区段12上的刺激电极电连接至植入式刺激器4。在图1的实例中，导线10从植入式刺激器4的植入部位沿患者6的颈部穿越至患者6的颅骨18以触及脑16。导线区段12A和12B分别被植入到右半球和左半球内，以便将电刺激递送至脑16的一个或多个区域，这可基于患者病症或疾病进行选择。

植入式刺激器4可通过导线区段12携带(即，设置于其上)的电极将(例如)深部脑刺激(DBS)或皮层刺激(CS)治疗递送至患者6以治疗多种神经性障碍或疾病中的任何一种。示例性的神经性障碍可包括抑郁症、痴呆症、强迫性障碍和运动障碍(例如帕金森氏病、痉挛、癫痫、和张力障碍)。DBS也可用于治疗其他患者病症，例如偏头痛和肥胖。然而，本发明并不限于图1所示的导线10的构型、或者并不限于递送DBS或CS治疗。

可通过颅骨18中的相应小孔将导线区段12A、12B植入到脑16的所需位置内。导线区段12A、12B可设置在脑16内的任何位置处以使得位于导线区段12A、12B上的电极能够在治疗期间将电刺激提供至靶组织。脑16内的导线区段12A、12B的示例性位置可包括脚桥核(PPN)、丘脑、基底核结构(如，苍白球、黑质、底丘脑核)、未定带、纤维束、豆核束(及其分支)、豆状核袢、和/或福雷尔区(丘脑束)。就偏头痛而言，可植入导线区段12以将刺激提供至脑16的视觉皮质，以便减轻或消除使患者6痛苦的偏头痛。然而，靶治疗递送部位可取决于待治疗的患者病症或疾病。

导线区段12A、12B的电极示为环电极。环电极常常用于DBS应用中，因为其易于程控并且能够将电场递送至导线区段12A、12B附近的任何组织。在其他具体实施中，导线区段12A、12B的电极可具有不同的构型。例如，导线区段12A、12B的电极可具有能够产生定制电场的复杂的电极阵列几何形状。复杂的电极阵列几何形状可包括各个导线区段12A、12B周边周围的多个电极(如，局部环形或分段的电极)，而非一个环电极。这样，可从导线区段12沿特定方向引导电刺激以提高治疗功效和降低因刺激大体积的组织产生的可能不良副作用。在可供选择的实例中，导线区段12可具有不同于图1所示的细长圆柱体的形状。例如，导线区段12可具有桨形导线、球形导线、可弯曲导线、或有效治疗患者6的任何其他类型的形状。

治疗系统2还可包括临床医生程控器20和/或患者程控器22。临床医生程控器20可为手持计算设备，其允许临床医生通过用户界面(如，使用输入键和显示器)来程控用于患者6的刺激治疗。例如，临床医生可使用临床医生程控器20指定刺激脉冲参数，即，产生可用于递送刺激治疗的程序。临床医生程控器20可支持与植入式刺激器4的遥测传导(如，射频(RF)遥测传导)以下载程序和任选地上传植入式刺激器4存储的操作或生理数据。这样，临床医生可周期性地查询植入式刺激器4以评价功效并且(如果需要)修改程序或产生新程序。在一些实例中，临床医生程控器20将程序传输至除植入式刺激器4之外的患者程控器22或者仅传输至患者程控器22。

如同临床医生程控器20，患者程控器22可为手持计算设备。患者程控器22还可包括显示器和输入键以允许患者6与患者程控器22和植入式刺激器4交互。这样，患者程控器22为患者6提供用户界面以控制由植入式刺激器4递送的刺激治疗。例如，患者6可使用患者程控器22来启动、停止或调整电刺激治疗。具体地讲，患者程控器22可允许患者6调整程序的刺激参数，例如持续时间、电流或电压脉冲幅值(即水平)、脉冲宽度和脉冲频率。患者6也可(如)从多个存储程序中选择程序作为当前程序来控制由植入式刺激器4递送刺激，或者选择不同的程序组。

临床医生程控器20或患者程控器22可被构造为基于期望刺激脉冲电流水平限定刺激脉冲电流水平曲线。该曲线可限定例如线性斜率、非线性曲线、具有逐渐降低的电流水平的分段子脉冲系列或其他形状，并且可选择为在脉冲宽度期间降低脉冲电流水平，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平。在一些实例中，脉冲电流水平的平均值可选择为使得脉冲电压水平和余量电压水平的和不超过供给电压水平。程控器20或22可基于与电压水平相关的数据来限定衰减曲线，该电压水平与刺激器4使用的电流调节器的电压源关联，以递送刺激电流脉冲，包括脉冲宽度期间的供给电压降低和负载电压增加。因此，脉冲衰减曲线可由程控器来限定。作为另外一种选择，程控器20或22可简单地指定期望的脉冲电流水平。在此情况下，刺激器4可被构造为接收期望脉冲电流水平，产生电流脉冲衰减曲线，以在脉冲宽度期间降低脉冲电流水平，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平。

在一些实例中，植入式刺激器4在给定时间处根据一组程序来递送刺激。此程序组的各个程序可包括多个治疗参数中的每一个的相应值，例如电流脉冲水平(即幅值)、脉冲宽度、脉冲频率和电极构型(即，电极组合和极性)中的每一个的相应值。植入式刺激器4可根据程序组的不同程序来插入脉冲或其他信号，如，循环整个程序以同时治疗不同的症状或不同的身体区域、或提供组合疗效。在这种实例中，临床医生程控器20可用于产生程序以及将程序汇集成程序组。患者程控器22可用于调整程序组中的一个或多个程序的刺激参数、以及(如)从多个存储程序组中选择程序组作为当前程序组来控制由植入式刺激器4递送刺激。

植入式刺激器4、临床医生程控器20、和患者程控器22可通过电缆或无线通信进行通信，如图1所示。临床医生程控器20和患者程控器22可(例如)通过无线通信(使用本领域已知的RF遥测传导技术)与植入式刺激器4通信。临床医生程控器20和患者程控器22彼此或与其他设备也可使用多种局域无线通信技术中的任何一种(例如根据802.11或蓝牙规范集的RF通信、或者(如)根据IrDA标准或其他标准或专有遥测协议的红外通信)进行通信。临床医生程控器20和患者程控器22可各自包括收发器以允许与刺激器4的双向通信。程控器20、22还可通过交换可移动介质(如磁盘或光盘)或存储卡或记忆棒与另一程控或计算设备通信。此外，程控器20、22可通过本领域已知的远程遥测技术与植入式刺激器4和其他程控设备通信，通过例如局域网(LAN)、广域网(WAN)、公用交换电话网(PSTN)、或移动电话网进行通信。

由系统2递送的脉冲的形状可根据不同的设计目的而改变。根据本发明的一些实例，至少一些脉冲的电流水平可被成形为即控制为在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平。以此方式，可维持电流水平的调节。再者，在一些情况下，此特征可以允许使用具有较小电容器的电压源，来产生供给电压。具体地，初始供给电压在不损害调节器性能下可以变得更低。

植入式刺激器4调节由一个或多个电极(称为调节电极)发送或吸收的电流。在一些实例中，电极中的一者可为未调节的。在这种构型中，壳体电极或导线电极可为未调节电极。拉电流(source current)可指流出电极的电流，如从调节电流源通过调节电流路径到达外围组织的电流、或从参考电压源通过未调节电流路径的电流。灌电流(sink current)可指流入电极的电流，如来自外围组织并且被调节电流阱通过调节电流路径吸收或被参考电压通过未调节电流路径吸收的电流。

阳极可发送电流，而阴极可吸收电流。因此，阳极电极递送拉电流，而阴极电极递送灌电流。调节的拉电流可加和以产生较大的总拉电流。调节的灌电流可加和以产生较大的总灌电流。调节的拉电流和调节的灌电流可彼此部分地或完全地抵消。在部分抵消的情况下，拉电流和灌电流可产生形式为净拉电流或灌电流的净差。如果提供，则未调节电流路径可发送或吸收大约等于此净差的电流量。

图2为示出将刺激治疗递送至患者36的脊髓38的系统30的示意图。类似图1，图2表示可支持本发明描述的刺激技术的电刺激系统的另一实例。在图2的实例中，系统30被构造为通过植入式医疗导线32A和32B(统称为“导线32”)携带(即，设置于其上的)的一个或多个电极(未示出)以及植入式刺激器34的壳体(如，壳体电极37)的结合来将刺激治疗从植入式刺激器34递送至患者36的脊髓38。其他电刺激系统可被构造为将电刺激递送到胃肠器官、骨盆神经或肌肉、外周神经、或其它刺激部位。

系统30并且更具体地讲植入式刺激器34可以基本类似于植入式刺激器4(图1)的方式进行工作。即，植入式刺激器34通过一个或多个调节刺激电极将受控电流刺激脉冲递送至患者36。每个脉冲的电流水平可被控制以在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平。例如，脉冲电流水平可根据衰减曲线降低，所述衰减曲线包括线性斜率、非线性曲线、具有逐渐降低的电流水平的分段子脉冲系列、或其它形状。衰减曲线可基于脉冲宽度期间供给电压水平的降低和/或脉冲宽度期间负载电压的增加来决定，这可能引起脉冲宽度期间脉冲电压的相应增加。

在图2的实例中，导线32的远端带有电极，所述电极设置在脊髓38的靶组织附近。导线32的近端可直接或间接地通过导线延伸件和接头而电耦接和机械耦接至植入式刺激器4。作为另外一种选择，在一些实例中，导线32可(如)通过经皮端口植入并且耦接至外部刺激器。在其他示例性具体实施中，刺激器34可为无导线刺激器，其中电极的一个或多个阵列设置在刺激器的壳体上而非从壳体延伸的导线上。在本发明中为了示例性目的，将参照具有环电极的植入式刺激器34和植入式导线32来描述某些技术的应用。然而，可使用其他类型、形状或构型的电极。

可将刺激器34植入到患者36内最不易被患者注意的位置处。对于SCS，刺激器34可设置在下腹部、腰部、或固定刺激器的其他位置内。导线32从刺激器34穿透组织而到达邻近脊髓38的靶组织以用于刺激递送。一个或多个电极(未示出)位于导线32的远端。在一些实例中，对于单极或全极装置，位于导线32的远端的电极可基本上与通过壳体电极(如，电极37)递送刺激脉冲同时地将刺激脉冲从导线传送至组织(或从组织到导线)。电极中的一些可为位于桨形导线上的电极垫、围绕导线32的主体的圆形(即，环)电极、适形电极、C形电极、分段电极、或者能够形成单极、双极或多极电极构型的任何其他类型的电极。

植入式刺激器34将刺激递送至脊髓38以减轻患者36感受到的痛苦程度。然而如上所述，刺激器可与多种不同治疗结合使用，例如外周神经刺激(PNS)、外周神经野刺激(PNFS)、深部脑刺激(DBS)、皮层刺激(CS)、骨盆底刺激、外周神经刺激、胃刺激等等。由植入式刺激器34递送的刺激可呈现由刺激脉冲电流水平、脉冲宽度和脉冲频率限定的刺激电流脉冲的形式，至少一些脉冲具有如上所述基于脉冲宽度期间供给电压水平降低和负载电压增加而选择的衰减曲线。可通过位于导线32和壳体中的一者或两者上的电极的选定组合来递送刺激。刺激脊髓38可(例如)避免疼痛信号通过脊髓传送并传送至患者34的脑部。患者34可将疼痛信号的中断感受为疼痛减轻。

参照图2，用户(例如临床医生或患者36)可与外部临床医生程控器40或患者程控器42的用户界面进行交互以程控刺激器34。刺激器34的程序设计通常可指产生和传送命令、程序、或其他信息以控制刺激器的操作。例如，每个程控器40、42以分别类似于图1的程控器20、22的方式工作，以传输程序、参数调整、程序选择、组选择、或其他信息以通过(如)无线遥测技术来控制刺激器34的操作。一般来讲，临床医生程控器40可支持临床医生选择并产生程序以供刺激器34使用，而患者程控器42可支持患者在平常使用期间对这种程序的调整和选择。

类似于图1的程控器20、22，程控器40、42可被构造为通过无线通信与刺激器34彼此之间或与其他设备进行通信。程控器40、42(例如)可通过无线通信(使用本领域已知的射频(RF)遥测技术)与植入式刺激器34进行通信。程控器40、42也可通过使用多种局域无线通信技术中的任何一种(例如根据802.11或蓝牙规范集的RF通信、根据IRDA规范集、或其他标准或专有遥测协议的红外通信)的有线或无线连接与另一个程控器或计算设备进行通信。程控器40、42也可通过交换可移动介质(例如磁盘或光盘、或者存储卡或记忆棒)来与另一个程控或计算设备进行通信。同样，程控器40、42可通过本领域已知的远程遥测技术与植入式刺激器4和其他程控设备进行通信，例如，通过局域网(LAN)、广域网(WAN)、公用电话交换网(PSTN)、或移动电话网进行通信。

图3为示出系统30中的示例性植入式刺激器34的各个部件的框图。尽管为了图示目的，图3所示的部件是参照植入式刺激器34进行描述的，但相同或相似部件也可包括在其它刺激器内，如图1所示的植入式刺激器4内并且可用于系统2内。同样，在一些情况下，图3的部件可在外部刺激器中实现。在图3的实例中，植入式刺激器34包括处理器50、存储器52、电源54、遥测模块56、天线65、和刺激发生器60。图3中还示出了耦接至电极48A-Q(统称为“电极48”)的植入式刺激器34。

电极48A-48P为植入式的并且可用于一个或多个植入式导线上。参照图1，导线区段12A和12B可分别携带电极48A-H和电极48I-P。在一些情况下，可将一个或多个附加电极，如电极48Q设置在植入式刺激器34的壳体上或内部(如)以提供共用或接地电极或者壳体阳极或阴极。参照图2，导线32A和32B可分别携带电极48A-H和电极48I-P。在图1和2的实例中，导线或导线区段携带八个电极以提供2x8电极构型(两根导线各自具有8个电极)，从而得到共计十六个不同电极。导线可为从与植入式刺激器34相关的壳体可拆卸的、或者可固定至这种壳体。

在其他实例中，可提供包括单根导线、两根导线、三根导线、或更多根导线的不同电极构型。另外导线与导线之间，导线上的电极数量可以改变且可为相同的或不同的。其他构型的实例包括一根具有八个电极的导线(1x8)、两根各自具有四个电极的导线(2x4)、三根各自具有四个电极的导线(3x4)、三根各自具有八个电极的导线(3x8)、三根各自具有四个、八个、和四个电极的导线(4-8-4)、或者其他构型。选择不同的电极以形成电极组合。为选择的电极指定极性以形成电极构型。

电极48Q表示可承载于植入式刺激器34的壳体(即，罐)上的一个或多个电极。电极48Q可被构造为可用于下述电极构型中的调节或未调节电极，所述电极构型在可位于一根或多根导线的导线主体上的电极48A-48P之中具有选定的调节和/或未调节电极，如上文所述。电极48Q可与承载电极并且容纳植入式刺激器34的部件(如，刺激发生器60、处理器50、存储器52、遥测模块56、和电源54)的壳体一起形成。

存储器52可存储由处理器50执行的指令、刺激治疗数据、传感器数据、和/或与治疗患者6有关的其他信息。处理器50可控制刺激发生器60以根据存储于存储器52中的多个程序或程序组中的选定一者或多者来递送刺激。存储器52可包括任何电子数据存储介质，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可程控ROM(EEPROM)、闪速存储器等等。存储器52可存储程序指令，当处理器50执行所述程序指令时引起该处理器执行归于本发明中的处理器50和植入式刺激器4的各种功能。

处理器50可包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可程控门阵列(FPGA)、或其他数字逻辑电路。处理器50控制植入式刺激器34的操作，如，根据取自存储器52的选定程序或程序组控制刺激发生器60以递送刺激治疗。例如，处理器50可控制刺激发生器60递送电信号以作为(如)刺激脉冲或连续波形，所述刺激脉冲或连续波形具有通过一个或多个刺激程序指定的脉冲电流幅值(即水平)、脉冲宽度(如果适用)、和脉冲频率。如本发明中描述的，脉冲电流水平可被控制以在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平。处理器50还可控制刺激发生器60来通过电极48的子集选择性地递送刺激，所述电极48的子集也称为电极组合并且具有通过一个或多个程序指定的极性。

在选定具体程序组时，处理器50可根据组中的程序来控制刺激发生器60以(如)同时地或时间交叉存取地递送刺激。组可包括单个程序或多个程序。如此前所述，各个程序均可指定一组刺激参数，例如幅值、脉冲宽度和脉冲频率(如果适用)。在一些情况下，对于连续波形而言，参数可包括幅值和频率。另外，各个程序可指定用于递送刺激的具体电极组合、和电极构型(形式为电极极性)。电极组合可指定单个阵列或多个阵列中的、以及单根导线上的或多根导线中的具体电极。

刺激发生器60通过相应导线(例如图1中的导线12或图2中的导线32)的导体电耦接到电极48A-P，在实现时，电极48A-P由导线承载即位于导线上。刺激发生器60可通过设置在植入式刺激器4(图1)或植入式刺激器34(图3)的壳体内的电导体电耦接至一个或多个壳体(“罐”)电极48Q。壳体电极48Q可被构造为调节或未调节电极以便与设置在IMD的导线上的电极48A-48P中的一个或多个结合来形成电极构型。

刺激发生器60可包括产生刺激脉冲的刺激产生电路以及(如)响应处理器50的控制来转换所有不同电极组合上的刺激的电路。每个电极48A-48Q可耦接至刺激发生器60内的各自的源(source)和/或阱(sink)，使得通过电极发送或吸收的电流水平可分别和选择性被控制。刺激发生器60基于得自处理器50的控制信号根据一个或多个程序来产生电刺激脉冲。根据本发明的一些实例，程序可指定脉冲电流水平应被控制以在脉冲宽度期间以具体斜率或形状降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平。在一些实例中，电流脉冲可形成为具有基于脉冲宽度期间供给电压水平的降低、负载电压水平的增加或此两者确定的斜率或形状。

刺激发生器60可包括具有充电电路和电容器模块的电压源62。电压源62的充电电路可将得自电源54(图3)的能量选择性地施加至电容器模块以用于产生和递送期望供给电压水平的供给电压，供电流调节器产生刺激信号使用。例如，每个电流调节器可耦接至电压源62在电容器模块上生成的同一供给电压或单独的供给电压。除了电容器之外，电容器模块还可包括开关以选择性调节电容器组中使用的电容器的数目，以产生供给电压水平。例如，通过使用电容器和开关，与电压源62关联的电容器模块可以是可配置的，如基于得自处理器50的信号，以将向电流调节器提供供给电压水平的期望电压水平存储起来，用于按程序指定的受控电流幅值(即电流水平)递送刺激脉冲。在一些实例中，为了递送刺激脉冲，电容器模块内的开关也可基于得自处理器50的信号来控制脉冲的宽度。

选择的用来递送刺激电流的电极组合可包括位于IMD壳体上的阳极和位于导线上的一个或多个阴极。在其他实例中，电极组合可包括位于一根或多根导线上的多个阳极和/或多个阴极。因此，在各种情况下，电极组合可以为双极、单极、或多极。在每种情况下，一个或多个电流调节器可用来通过电极中的至少一些来递送具有受控电流水平的电流脉冲。在一种具体的电极组合中，每个有效电极(即，为递送刺激选择的每个电极)可耦接至电流调节器以发送或吸收调节电流脉冲。作为另外一种选择，在一些情况下，一个或多个有效电极可耦接至电流调节器，而一个或多个其它有效电极可耦接至未调节电流路径，如供给电压或参考电压。

遥测模块56可包括射频(RF)收发器以允许植入式刺激器34与临床医生程控器40和患者程控器42中的每一个之间的双向通信。遥测模块56可包括天线65。例如，天线65可由嵌入在与医疗设备34相关的壳体内的导电线圈或线材形成。作为另外一种选择，天线65可安装在承载植入式刺激器34的其它部件的电路板上或者呈现为电路板上的电路电迹形式。遥测模块56可允许与图1中的临床医生程控器20和患者程控器22或者图2中的临床医生程控器40和患者程控器42进行通信，以接收(例如)新程序或程序组或者程序或程序组的调整。

电源54可包括不可再充电的一次电池或者可再充电电池并且可耦接至电力线路。然而，本发明并不限于其中电源为电池的实施例。在另一个实施例中，作为实例，电源54可包括超级电容器。在一些实施例中，电源54可通过感应或超声能量传输进行再充电，并且包括适当电路以用于恢复经皮接收的能量。例如，电源54可耦接至次级线圈和整流器电路以用于传送感应能量。在其他实施例中，电源54可包括小型可再充电电路和产生操作功率的发电电路。可通过外部充电器和刺激器4或34内的感应充电线圈之间的近端感应相互作用来实现再充电。在一些实施例中，功率要求可为足够小的，从而允许刺激器4或34至少部分地利用患者运动和执行动能收集设备以涓流充电可再充电电池。

电源54可包括将电池电压转换成不同电压水平的一个或多个电压的电压转换器，如DC-DC电压转换器。电压源62可接收得自电源54的电压中的一者，并使用该电压来产生用于刺激发生器60的供给电压。如上文讨论的，电容器和开关的阵列可被构造为将得自电源54的电压转换成供给电压。例如，电压源62可使用得自电源54的电压来对电压源电容器模块充电，以给一个或多个电流调节器提供期望水平的供给电压。具体地讲，刺激发生器60中的电流调节器可使用供给电压来产生期望电流水平的刺激电流脉冲。

在递送电流脉冲过程中，如上文所述，供给电容器模块可部分地从初始供给电压水平放电到降低的供给电压水平。电压源62可对供给电容器模块充电到初始供给电压水平，如在连续脉冲之间。以此方式，在每个脉冲开始时，供给电容器模块上的供给电压可被再充电到初始供给电压水平。在每个脉冲的递送结束时，供给电容器模块上的供给电压由于供给电容的放电可降低到降低的供给电压水平。如本发明所述，刺激发生器60可被构造为控制刺激脉冲电流水平以在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平，从而维持脉冲电流水平的基本调整。

在一些实例中，电压源62可产生高供给电压供调节电流源使用，和/或低供给电压供调节电流阱使用。高的供给电压可以为正电压，低供给电压可以为负电压。在电流阱情况下，刺激脉冲可递送阴极电流，在电流源情况下，可递送阴极电流。在任一情况下，刺激脉冲电压的幅值会超过电压源62提供的适用供给电压，在这个意义上，脉冲电压的绝对值大于适用供给电压的绝对值。例如，如果高供给电压是+12伏，则如果脉冲电压大于+12伏，电流源的脉冲电压会超过高供给电压。如果低供给电压是-12伏，则如果脉冲电压小于-12伏，则电流阱的脉冲电压会超过低供给电压。在每种情况下，脉冲电压的幅值大于适用供给电压的绝对值。

图4为示出植入式刺激器如刺激器4(图1)或刺激器34(图2)的外部程控器40的各个部件的功能框图。尽管图4所示的部件是参照外部程控器40(图2)进行描述的，但这些部件中的一些或全部也可包括在如图1所示的临床医生程控器20或患者程控器22或者如图2所示的患者程控器42内。如图4所示，外部程控器40包括处理器53、存储器55、遥测模块57、用户界面59、和电源61。一般来讲，处理器53控制用户界面59、将数据存储至存储器55和从存储器55取出数据、以及通过遥测模块57来控制利用植入式刺激器34的数据传输。处理器53可采用一个或多个微处理器、控制器、DSP、ASICS、FPGA、或者等效离散或集成逻辑电路的形式。归于本文中的处理器53的功能可实施为软件、固件、硬件或它们的任何组合。

存储器55可存储指令，所述指令使得处理器48提供属于本文的外部程控器40的功能的各个方面。存储器55可包括任何固定的或可移动的磁性、光学、或电子介质，例如RAM、ROM、CD-ROM、磁盘、EEPROM等等。存储器55还可包括可用于提供存储器更新或增加存储器容量的可移动存储器部分。可移动存储器还可允许在程控器40用于程序设计另一个患者的治疗之前将患者数据容易地传送至另一个计算设备或者移除。存储器55还可存储控制植入式刺激器4或34的操作的信息，例如治疗递送值。

临床医生或患者36与用户界面59进行交互以便(例如)手动地选择、改动或修改程序、调整电压或电流幅值、提供功效反馈、或观察刺激数据。用户界面59可包括屏幕和一个或多个输入按钮，所述输入按钮允许外部程控器40接收来自用户的输入。屏幕可为液晶显示器(LCD)、等离子显示器、点矩阵显示器、或触摸屏。输入按钮可包括触摸垫、增大和减小按钮、紧急关闭按钮、和控制刺激治疗所需的其他输入介质。

遥测模块57允许与刺激器34(或图1中的刺激器4)相互传送数据。在预定时间时或者当遥测模块检测到附近的刺激器时，遥测模块57可与刺激器34自动地通信。作为另外一种选择，遥测模块57可在用户通过用户界面59发出信号时与刺激器34通信。为了支持RF通信，遥测模块57可包括适当的电子元件，例如放大器、滤波器、混频器、编码器、译码器等等。

程控器40可使用(例如)RF通信或近端感应相互作用与植入式刺激器34无线通信。通过使用可耦接至内部天线或外部天线的遥测模块57可实现无线通信。遥测模块57可类似于植入式刺激器34(图2和图3)的遥测模块56。

程控器40也可被构造为通过无线通信技术或使用有线(如网络)连接的直接通信来与另一个计算设备通信。可用于促进程控器40和另一个计算设备之间的通信的局域无线通信技术的实例包括基于802.11或蓝牙规范集的RF通信、(如)基于IrDA标准的红外通信。

电源61将操作功率递送至程控器40的部件。电源61可为可再充电的电池，例如锂离子或镍金属氢化物电池。也可使用其他可再充电的或常规的电池。在一些情况下，外部程控器40可在直接或通过AC/DC适配器耦接至交流电(AC)插座(即，AC线电源)时进行使用。电源61可包括用于监测电池内剩余的功率的电路。这样，用户界面59可提供当前电池电量指示灯或低电池电量指示灯，以指示电池何时需要更换或再充电。在一些情况下，电源61可能够估计出使用当前电池进行工作的剩余时间。

图5为示出示例性刺激发生器60的各个部件的框图。刺激发生器60可与植入式刺激器结合使用(如)以执行如参照图1-3所述的刺激发生器60的功能。尽管参照植入式刺激器34进行描述，但刺激发生器60也可用于植入式刺激器4或其他类型的刺激器。在图5的实例中，刺激发生器60被选择性地构造为(如)基于得自处理器50(图3)的指令将受控电流刺激脉冲通过各种电极组合递送至患者36。在图5图示的实例中，刺激发生器60包括电压源62、刺激控制模块64、和电流调节器阵列66。

电压源62可接收来自电源54(图3)的操作功率。反过来，电压源62可向电流调节器阵列66中的电流调节器提供供给电压。电压源62可提供高供给电压(V_HIGH)和低供给电压(V_LOW)。高供给电压可耦接至调节电流源，作为供给电压。低供给电压可耦接至调节电流阱，作为供给电压。再者，供给电压水平可以为电流调节器用来维持脉冲电流水平的调节的电压水平，在递送脉冲过程中由于供给电容的放电可降低。

高供给电压和低供给电压可以分别为电压源62提供的正电压和负电压。如上文讨论，高供给电压V_HIGH可用作电流源的高参考电压水平，低供给电压V_LOW可用作电流阱的低参考电压水平。举一个实例，在一些实施方式中，V_HIGH可具有大约+12V到+20V的电压水平，V_LOW可具有大约-12V到-20V的电压水平。V_HIGH和V_HIGH的值可在操作过程中变化，如当递送刺激脉冲时，从初始值降低，然后再充电到初始值以用于递送下一脉冲。如果刺激电流脉冲具有幅值为如下所述的脉冲电压时，刺激电流脉冲的电流水平可能是未充分调节的：在电流源的情况下，该幅值与余量电压的幅值相加超过V_HIGH，或者在电流阱的情况下，该幅值与余量电压的幅值相加超过V_LOW。

刺激控制模块64形成刺激控制器，所述刺激控制器控制电流调节器阵列66以通过所选电极48A-48Q组合发送和吸收调节电流刺激脉冲。刺激控制模块64可包括一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可程控门阵列(FPGA)、或其他集成或分立的逻辑电路。在操作中，刺激控制模块64可根据一个或多个程序来控制电刺激的递送，所述一个或多个程序指定刺激参数，例如电极组合、电极极性、刺激电流脉冲幅值、脉冲频率、和/或脉冲宽度。用户可通过外部控制器来定义程序并将其下载至植入式刺激器4或34以供刺激控制模块64使用。

电流调节器阵列66包括多个调节电流源和电流阱，其中的每个可耦接至相应电极。例如，通过包含并联的源和阱或者通过可被选择性构造为以源或阱操作，电流调节器可充当电流源或阱。然而为方便起见，术语“电流调节器”在本发明中一般可用于指源或阱。因此，电流调节器阵列66中的每一个电流调节器均可用作通过电极48A-Q中的相应一者递送刺激的调节电流源、或者从电极48A-Q中的相应一者接收电流的调节电流阱，其中电极48A-48Q可提供于导线上、刺激器壳体上、无导线刺激器上、或其他装置中。通常，为简洁起见，可在下文中将电极48A-48Q称为电极48。

电流调节器阵列66中的每一个电流调节器可被选择性激活以通过耦接至调节器的电极48发送或吸收电流(在这种情况下，认为电极是激活的)，或者停用以为电极提供高阻抗连接(在这种情况下，可认为电极是不起作用)。因此，每个电极48通过连接到调节电流源或调节电流源可充当调节阳极或调节阴极，或者充当可不发送或吸收大量电流的高阻抗节点。此外，在一些实施方式中，一个或多个电极48可通过开关而不是通过电流调节器被选择性地耦接至高或低供给电压(如来自电压源62的V_HIGH或V_LOW)，从而分别向高或低供给电压提供未调节电流路径以发送或吸收电流。在一些实例中，刺激控制模块64选择性激活电流调节器阵列66中的电流调节器，以将电极48构造于单极、双极或多极电极构型中。

在一些实例中，脉冲宽度和脉冲频率可通过刺激控制模块64选择性激活电流调节器阵列66中的电流调节器(如逐个脉冲地)在选择时刻和选择的持续时间被选择性控制。此外，刺激控制模块64可选择性地控制电流调节器阵列66中的各个调节电流源或阱，以通过选择的电极递送具有期望电流水平的刺激电流脉冲。具体地，如本发明中所述，刺激控制模块66可被构造为控制各个电流调节器递送的脉冲电流水平以在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平。

如上文讨论，刺激控制模块64还可停用连接至非激活电极(即，在给定电极构型中未激活作为调节电极的电极)的电流调节器阵列66的电流调节器。例如，电流调节器阵列66的每个电流调节器可包括由刺激控制模块64控制的内部启动开关，所述内部启动开关可在相应电极未被刺激发生器60用作递送刺激的调节电极时(如通过指示哪个电极是活动的以限定给定的电极组合的刺激程序所指示的)将电压源62与电流调节器断开或者说是停用电流调节器。

图6为更详细地示出图5所示的刺激发生器60A的各个部件的实例的框图。具体讲，图6更详细地示出了电流调节器阵列66。如图6所示，电流调节器阵列66包括双向电流调节器72A-72Q。双向电流调节器72A-72Q中的每一个包括向相应电极递送调节刺激电流的调节电流源74A-74Q中的相应一个，和接收来自相应电极的调节刺激电流的调节电流阱76A-76Q中的相应一个。

对于电极组合中设计为有效电极的电极48，刺激控制模块64根据电极是阴极还是阳极，激活各个电流源74或电流阱76。注意：图6所示的框图旨在作为示出刺激发生器60如何被构造为以不同模式(即调节源模式、调节阱模式、或离线模式，在离线模式中源和阱两者都可以是停用的或断开的)控制电极48操作的示意图。在其它实例中，刺激发生器60可进一步包括开关，以对于未调节操作模式通过未调节电流路径选择性将电极48中的一些电极耦接至V_HIGH或V_LOW。

在图6的实例中，电流源74可在一端耦接至高供给电压V_HIGH，另一端可耦接至电极48的相应一个电极，高供给电压V_HIGH可对应于电压源62的高参考电压水平。电流阱76可在一端耦接至低供给电压V_LOW，在另一端耦接至电极48中的相应一个，低供给电压V_LOW可对应于电压源62的低参考电压水平。高电压(V_HIGH)和低参考电压(V_LOW)表示参考电压64(图5)的高和低电压水平，且可由电源54(图3)供给。高电压V_HIGH和低电压V_LOW可以分别是正电压和负电压。在其它实例中，高电压V_HIGH可以是正电压，低电压V_LOW可以是接地电压或其它参考电压。

刺激控制模块64控制调节电流源74A-74Q和调节电流阱76A-76Q的操作，以将电极48A-48Q构造为无效(即离线)、调节阳极、或调节阴极。例如，刺激控制模块64可产生控制信号以单独地控制调节电流源74A-74Q，以将指定的调节电流量分别递送至电极48A-48Q，从而将这些电极构造为调节阳极。类似地，刺激控制模块64可产生控制信号以单独地控制调节电流阱76A-76Q，以分别从电极48A-48Q接收指定量的调节电流，从而将这些电极构造为调节阴极。例如，刺激控制模块64可启动电流源或阱，并且也可指定待施加到源或阱的控制电压或控制电流，以控制通过各个电极48A-48Q发送或吸收的电流量。处理器50可控制刺激发生器60以根据存储器52中存储的多个程序或程序组中选择的一个或多个程序递送刺激，使得刺激电流脉冲以期望电流水平、脉冲频率、和脉冲宽度递送。

在一个实例中，形式为调节电流源74或调节电流阱76的每个电流调节器可分别实现为多个调节电流源和阱。源并行操作以产生对期望的刺激治疗充分的组合、可程控电流源水平。类似地，阱可彼此并行操作以提供组合电流阱水平。例如，调节电流源74可由几个具有相同或相似结构的并联调节电流源支路(x N)来实现。类似地，调节电流阱可由几个具有相同或相似结构的并联调节电流阱支路(x N)来实现。

每个单独的电流源或阱支路可被构造为分别提供固定量的源或阱电流。以此方式，每个电流源或阱支路分别发送或吸收由给定的电流源74或电流阱76可发送或吸收的总电流量中的一部分。通过选择性激活与电流源关联的相应数目的N个并联电流源支路，可以为给定电极48选择期望的电流源水平。类似地，通过选择性激活与电流阱关联的相应数目的N个并联电流阱支路，可以为给定电极48选择期望的电流阱水平。以此方式，通过激活并联电流源或电流阱中选择的一部分，可通过所选电极48发送或吸收可控、可程控的电流量。

举例讲，每个电流调节器(如调节源74A-74Q或调节阱76A-76Q)可由N个并联电流调节器支路来实现。举例讲，在一些实施方式中，N可以等于64。在这种类型的实施方式中，刺激控制模块64可(如，基于自动指定或由用户通过外部程控器指定的程序数据)指定参考源电流和参考阱电流。对于每个电极，刺激控制模块64可进一步(如基于程序数据)指定通过电极递送的参考源电流或参考阱电流的百分比。例如，刺激控制模块64可指定被构造为阳极的导线电极48应该发送被递送电流的60％，而也构造为阳极的导线电极48B和48C基本上分别同时发送待递送电流的15％和25％。刺激控制模块64还可指定被构造为阴极的导线电极48D应该吸收100％的电流。

控制信号可以施加到每个并联电流调节器支路，使得所有N个支路产生的电流水平加起来大约为参考电流水平。基于此百分比(可称作增益比)，刺激控制模块64可选择性地对于给定电极激活或停用许多个并联电流调节器支路，以足以产生参考电流的指定百分比。以此方式，刺激控制模块64选择性按比例增大或降低给定的源74或阱76使用的有效的并联电流调节器支路的数目。例如，如果参考电流是20毫安(mA)，则如果适用，控制信号可选择为使得激活全部N个并联电流调节器支路可产生20mA的源电流或阱电流，以通过电极施加。在这种情况下，控制信号可选择为使得N个电流调节器支路中的每一个均产生1/N个参考电流。

如果给定电极如电极48A要递送的百分比是50％，则刺激控制模块64激活50％的N个并联电流调节器支路，或者相应停用50％的N个并联电流调节器支路。在任一情况下，N/2个并联电流调节器支路被激活，在此实例中从而产生由电极48A发送的50％×20mA＝10mA的组合电流。因此，当激活时，每个电流调节器可发送或吸收按控制信号的函数确定的有限的电流量，使得在并联调节器支路中流动的一部分电流可以加起来产生总的调节电流。如果参考电流改变，则施加到每个电流调节器支路的适用控制信号改变。

通过指定各个电极的源电流和阱电流的百分比，刺激控制模块64可控制电流源74和电流阱76，以准确、选择性地控制电极48发送的电流水平。此外，由具体电极48吸收的电流水平还可被精确、选择性地控制。而且，刺激控制模块64可支持刺激电流的有效形成，以产生电刺激治疗中有用的不同电刺激场或模式。

在“接通”时，每个并联电流源或阱支路可产生由参考电流限定的已知量的电流和如上所述的相应控制信号。以此方式，可认为源支路或阱支路是接通或关断，在其它源或阱无论何时为接通时，递送相同部分的电流量。作为一种选择方式，在一些实例中，每个并联电流源或阱可被构造为根据偏置或控制信号提供不同的电流量部分，或递送可变的电流量。尽管理解为每个给定的源74或阱76可包括多个并联源支路或阱支路，为易于图示，本发明一般指的是每次为每个源74和阱76。

尽管如上文所述可以通过控制有效电流调节器支路的数目来控制电流水平，但在其它实例中，可通过直接控制电流调节器来作为选择方式或另外地控制电流，以便通过电流调节器选择递送的调节电流的可变水平。因此，通过选择性激活基于控制信号设定电流水平的并联电流调节器支路以加起来为期望电流水平，或者通过直接调节给定电流调节器发送或吸收的电流的水平，可以控制电流水平。

尽管为了图示目的，使用并联电流调节器支路进行了描述，但可以使用任一种方法。更具体地，根据本发明，对于给定的刺激电流脉冲，任一种方法不仅可以用来控制通过电流调节器发送或吸收的电流水平，还可以在刺激电流脉冲的递送过程中改变电流水平。例如，如本发明所述，任一种方法都可用来控制脉冲电流水平以在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平，从而维持电流水平的基本调节。

电流脉冲可形成为具有斜坡或形状，所述斜坡或形状基于在脉冲的递送过程中针对调节输出的供给电压水平的降低和脉冲要递送到的负载的负载电压的增加来选择。供给电压水平的降低和负载电压的增加可基于测量或已知值诸如供给电容、负载电容、脉冲宽度、脉冲电流水平、初始供给电压、初始脉冲电压、脉冲电压和供给电压之间的所需余量电压等等来计算。电流脉冲水平的此刺激衰减可防止脉冲电压水平和余量电压水平的和超过供给电压水平，从而防止脉冲电流水平失去调节。在一些情况下，用此技术，可以使用较少供给电压来递送具有期望平均电流水平的刺激电流脉冲。

图7A和图7B为示出两个不同植入式刺激导线的示意图。导线80、82是图1和图2中所示的导线12A、12B和32A、32B的实例。如图7A所示，导线80包括安装在导线主体86的各个长度处的4个电极84A-84D。导线82包括承载8个电极90A-90H的导线主体88。电极84A-84D可沿导线主体86的轴向长度在不同的轴向位置等间距隔开。尽管没有示出，在一些实例中，每个电极84、90可由位于导线主体86或88圆周的不同角位置的两个或更多个电极区段形成，从而形成分段电极。

一个圆周方位的电极可在与导线80或82的纵轴平行的轴上排成直线。作为一种选择方式，不同电极可围绕导导线主体86的圆周交错排列。此外，导线80或82可包括围绕每个导线的圆周的不对称电极方位，或者具有不同尺寸的相同水平的电极。这些电极可包括可沿圆周排列或不沿圆周排列的半圆形电极。导线主体86或88可包括沿导线主体的外侧的不透射线的带(未示出)。每个电极可基本上是矩形形状的。作为一种选择方式，各电极可具有选择形状，如圆形、椭圆、三角形等等。

图8为示出示例性桨形导线92的示意图，桨形导线另外或作为选择方式可用来根据本发明中的技术递送电刺激。在图8的实例中，导线92包括承载分别排列成三排具有5、6和5个电极的电极98的阵列的导线主体94和导线桨形部分96。作为一种可行的电极构型的图示，由加号(+)符号表示的电极98是阳极，由减号(-)符号表示的电极是阴极，没有符号的电极是无效电极。桨形导线92可被构造为包括更少或更大数目的电极。在一些实施方式中，桨形导线92可类似于可从Minneapolis的Medtronic公司(Minnesota)购买的Specity^TM 5-6-5桨形导线。

图9为图示如本发明所述的递送电刺激的流程图。如图9所示，电刺激发生器，如图3或图5的发生器60产生具有脉冲电流水平、脉冲电压水平和脉冲宽度的电刺激脉冲(100)。脉冲电流水平可被调节，从而被控制以递送期望脉冲电流水平。脉冲电压水平在刺激脉冲的递送期间可改变。具体讲，当与从调节器到电极的导电路径关联的负载电容上的电压和与组织-电极界面关联的负载电容上的电压增加时，脉冲电压水平通常可在将刺激脉冲递送到生物组织期间增加。如上文讨论的，通常，当递送刺激电流脉冲时，由于一个或多个电容器的局部放电，形成提供供给电压的供给电容，由电压源提供的供电流调节器来递送脉冲的供给电压的水平降低。

如果脉冲电压水平和余量电压水平的和超过提供给电流调节器的供给电压，则刺激电流水平可能是未适当调节的。具体讲，在递送脉冲时，指定的电流水平可能随着供给电压下降和脉冲电压上升，在脉冲宽度结束时失去调节。对于阴极(阱)脉冲或阳极(源)脉冲，如果刺激脉冲电压水平加上余量电压的绝对值比供给电压水平的绝对值大，则可认为刺激脉冲电压水平超过供给电压水平。根据本发明的此方面，为了保持刺激脉冲电流水平的调节，刺激发生器60可控制脉冲电流水平以在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平(102)。刺激发生器60通过一个或多个植入式电极将脉冲递送到(如与患者关联的)生物组织负载(104)。脉冲的递送可指阱脉冲或源脉冲的递送，在每种情况下，电流可分别是阴性或阳性的。

因为脉冲电压水平是脉冲电流水平的函数，脉冲电流水平的降低可引起脉冲电流水平的成比例降低。换言之，递送脉冲电流水平所需的脉冲电流电压的量可以降低。因此，如果脉冲电压水平在递送脉冲的过程中由于负载电压的增加而增加，且脉冲电流水平降低，则脉冲电压水平的增加量可以比在脉冲宽度期间递送恒定脉冲电流水平时要小。在刺激脉冲递送过程中，供给电压可能由于一个或多个供给电容器的放电而降低，该放电以已知、计算或测量的放电曲线进行，可以是线性或非线性的，可以按初始供给电压水平、供给电容、负载电容、调节器过压电压、和由刺激发生器60递送的调节电流水平的函数而改变。类似地，由于负载电容的充电，负载电压可在脉冲宽度期间按照已知、计算或测量充电曲线增加。

刺激发生器60可形成具有下降曲线的电流脉冲，其防止余量电压和脉冲电压水平的和超过供给电压水平。举例讲，该曲线可以是线性斜率或非线性曲线。在一些实例中，如果没有负载电容，则随着供给电压水平降低，对于调节输出，脉冲电流水平会大约与供给电压水平的衰减斜率或曲线相当。在此情况下，如果脉冲的斜率与供给电压的斜率相当，则认为是最佳的。然而，从电流调节器输出到电极的电学路径上的串联电容器可呈现负载电容，以及电极-组织界面会呈现电容。这些电容可组合形成负载电容。负载电容可在递送脉冲过程中积累电荷。

作为图示，在一种实施方式中，电压源可具有22微法(μF)的电容，负载电容可以是5μF。在此情况下，负载电容上的电压增加速度比供给电容上的电压降低速度快。在可用来降低IMD尺寸的另一实施方式中，电压源可被构造为仅具有1μF电容，其电压降低速度比负载电容中串联电极电容器上的电压增加速度快。在这两个实例中，负载和电压源二者的电容可用来为电流调节器的受控电流输出的形状或曲线寻找期望曲线拟合。具体讲，调节电流可具有降低的电流水平曲线，该曲线按供给电容和负载电容的函数来选择。

下降轮廓可由例如线性斜率、非线性曲线、或具有逐渐下降电流水平的分段子脉冲系列、或其它形状来限定。电流曲线可由例如连续、衰减脉冲波形或分离脉冲形式的两个或更多个具有逐渐降低的电流水平的子脉冲的组合来表示，该分离脉冲提供电流水平的分段降低。如果一个电容比另一个大很多(例如供给电容比负载电容大很多，或负载电容比供给电容大很多)，则在确定适当的脉冲电流水平轮廓时为了简便可以忽略较大电容。在每种情况下，脉冲电流水平实际上在脉冲宽度上可能会经历可按供给电压水平的衰减和/或负载电压水平的增加的函数确定的刺激衰减。

图10为示出如本发明描述的电刺激的递送的流程图。具体讲，图10示出了用于控制脉冲电流水平以在脉冲宽度期间降低使得脉冲电压水平不超过供给电压水平的示例性技术。如图10所示，刺激发生器可限定具有脉冲电流水平和脉冲宽度的电刺激脉冲(106)。对于给定脉冲的脉冲电流水平可基于与刺激程序关联的刺激脉冲参数来指定。处理器50基于存储器52(图3)中存储的程序数据可为刺激发生器60指定脉冲参数。除了脉冲电流水平和脉冲宽度之外，脉冲参数可包括脉冲频率和电极构型。电极构型可指定用于递送刺激脉冲的电极和极性。

尽管为了便于图示，参照图10描述了单个脉冲的产生，要理解刺激发生器60可以指定间隔或根据期望的脉冲率(即脉冲频率)及可根据期望的占空比递送一系列的此类脉冲。这些脉冲可以期望的脉冲频率或以突发脉冲以连续脉冲链递送。刺激发生器60可如本发明描述地控制所有脉冲的脉冲电流水平，以防止脉冲电压水平超过供给电压水平。作为一种选择方式，刺激发生器60可对选择的脉冲以此方式控制脉冲电流水平，使得防止脉冲电压水平超过供给电压水平并不需控制每个脉冲。然而，通常，希望控制所有刺激脉冲，以防止脉冲电压水平超过供给电压水平。

在图10的实例中，为了控制脉冲电流水平以在脉冲宽度期间降低，刺激发生器60产生具有第一电流水平和第一子脉冲宽度的第一子脉冲(108)，并产生具有比第一电流水平小的第二电流水平和第二子脉冲宽度的第二子脉冲(110)。第二子脉冲在时间上在第一子脉冲之后。第一、第二子脉冲可具有适合限定脉冲的脉冲宽度(由此被进一步划分，即分离)的子脉冲宽度(106)。刺激发生器60通过一个或多个植入式电极递送第一子脉冲(112)，在递送第一子脉冲之后通过一个或多个植入式电极递送第二子脉冲(114)。因此，在时间上第二子脉冲在第一子脉冲之后，并具有比第一子脉冲的第一电流水平小的第二电流水平。在第一和第二子脉冲宽度的持续时间中，第一和第二电流水平可以是固定的。作为一种选择方式，在一些实例中，第一和第二电流水平在第一和第二子脉冲宽度期间分别可变化，如从初始值降低到较低值。在任一种情况下，在一些实例中，在第一和第二子脉冲期间脉冲电流水平的平均值可选择为使得脉冲电压水平和余量电压水平的和不超过供给电压水平。

第一和第二子脉冲宽度可选择为使得第一和第二子脉冲宽度的和等于或基本上等于限定脉冲(即(106)中限定的脉冲)的脉冲宽度。以此方式，第一和第二子脉冲可适合为此产生的脉冲的脉冲宽度。第一和第二子脉冲宽度可彼此相等或彼此不同，即不相等。实际上，子脉冲是一个接一个地被递送的，以接近限定的电刺激脉冲的电流水平和脉冲宽度。尽管参考图10的实例讨论了两个子脉冲，但在其它实例中，可使用不止两个子脉冲来递送限定的分离脉冲，如三个、四个或更多个子脉冲，每个子脉冲具有相应的电流水平和子脉冲宽度。在每种情况下，子脉冲宽度可以相同或不同。子脉冲电流水平通常可以彼此不同，并且可以降低，使得对于给定脉冲递送的较早的子脉冲具有比对于给定脉冲递送的较晚子脉冲更高的电流水平。

第一和第二电流水平可选择为使得递送第一和第二子脉冲(或超过两个子脉冲)过程中，在脉冲宽度期间，脉冲电流水平根据供给电压水平的降低(由于供给电容的放电)和/或脉冲电压水平的增加(由于负载电容的充电)而降低。例如，在递送第一和第二子脉冲期间脉冲电流水平可具有选择为随时间降低的电流水平，以防止脉冲宽度过程中，在供给电压水平降低及脉冲电压水平增加时，在脉冲宽度期间脉冲电压水平和余量电压水平的和超过供给电压水平。在一些实施方式中，第一和第二子脉冲期间的平均脉冲电流水平可基于供给电容的放电轮廓和负载电容的放电轮廓来计算。

当脉冲宽度期间脉冲电流水平降低时，在脉冲宽度期间，脉冲电压水平可增加，在脉冲宽度期间，供给电压水平可降低。由于负载的电容，供给电压水平的降低可能受所需电压增加的影响。然而，脉冲电流水平的降低可选择为防止增加的脉冲电压水平超过降低的供给电压水平。由于递送的脉冲电流较小，所以或者通过降低单个脉冲的电流水平，或者通过递送具有逐渐变小的电流水平的子脉冲，对于给定负载阻抗，需要较小的脉冲电压来递送该电流。以此方式，脉冲电压水平和余量电压水平的和可保持低于供给电压水平，使得在脉冲宽度期间可维持脉冲电流水平的调整。

尽管在脉冲宽度期间脉冲电流水平降低，但递送到患者的电流量可大约等于以恒定电流水平会递送的电流量。在一个实例中，对于由第一和第二子脉冲形成的脉冲，第一子脉冲可具有比用来递送脉冲的恒定电流水平大的电流水平，第二子脉冲可具有比用来递送脉冲的恒定电流水平小的电流水平。在一些情况下，两个子脉冲的平均电流水平可基本上等于为该脉冲指定的恒定电流水平。

图11A和图11B为示出根据本发明的实例递送的示例性刺激脉冲的图。在图11A和图11B中，水平轴代表时间，垂直轴代表电流或电压水平。如图11A和图11B所示，脉冲电流水平可由刺激发生器60控制，以在脉冲宽度期间降低，使得脉冲电压水平和余量电压的和不超过供给电压水平。具体讲，脉冲电流水平可被控制以在脉冲宽度期间根据供给电压水平的降低和负载电容的电压增加而降低。

作为示意，在一些实例中，脉冲电流水平可被控制以在脉冲宽度期间具有供给电压水平的衰减曲线，诸如线性斜率，其基于衰减来确定，特征是下降的斜坡。此外，脉冲电流水平可被控制以在脉冲宽度期间具有基于负载电压的增加确定的衰减曲线，负载电压的增加是由于负载电容的充电造成的。在一些情况下，脉冲可包括第一和第二子脉冲。在时间上第二子脉冲在第一子脉冲之后，并具有比第一子脉冲的脉冲电流水平小的脉冲电流水平。在其它情况下，该脉冲可包括超过两个子脉冲。该子脉冲的脉冲电流水平可选择为具有基于供给电压水平的降低和负载电压水平的增加而确定的平均电流水平。

对于具有程控电流水平的给定脉冲，刺激发生器60可对单个脉冲产生下降的脉冲电流水平曲线，或具有指定电流水平的一组子脉冲以递送脉冲。曲线和/或子脉冲水平可与由程控电流水平指定的期望的平均电流对应，并且可由刺激器34(或刺激器4)的处理器50、或程控器40(或程控器42、20或22)的处理器53或基于刺激器34(或刺激器4)的存储器52、或程控器40(或程控器42、20或22)的存储器55中的预存映射(例如脉冲电流水平至子脉冲电流水平)通过计算确定。

在每种情况下，计算或映射可基于计算、测量或电压源的实际放电曲线资料和负载电压的增加曲线，基于供给电容、负载电容、负载阻抗、余量电压、和其它特征如脉冲电流水平和脉冲宽度来产生。在一些实例中，对于不同的电压水平、电流水平和脉冲宽度，可基于在实验室或工厂进行的测量，或通过刺激器4或34获得电压源放电曲线和负载电压充电曲线的资料，以表征这些曲线。

在一些实例中，曲线或子脉冲确定过程可基于程控器20、22、40或42提供的程序指定的电流水平在IMD(例如刺激器4或34)内进行，或者可以在外部程控器如程控器20、22、40或42中的一个内进行，并通过遥测传送到IMD，如作为子脉冲电流水平。作为一种选择方式，如上文讨论的，此确定过程可预先计算并作为刺激器4或34或者程控器20、22、40或42中的任何一个的存储器中的映射存储。

在图11A的实例中，该图形示出递送两个连续刺激电流脉冲，脉冲电流水平由轨迹120表示。供给电压水平由轨迹122表示。脉冲电压水平和适用的余量电压水平的和由轨迹124表示。可基于电流调节器的电路部件所需的电压量，为具体的电流调节器指定余量电压水平。在一些实例中，余量电压水平可包括电路部件脉动小边际电压所需的此电压。

如图11A所示，在从时刻t0到时刻t1的脉冲宽度上，脉冲电流水平120从时刻t0的初始电流水平下降到时刻t1的降低电流水平。因此，如本发明所述，脉冲电流水平在脉冲宽度的持续时间上降低。在时刻t1后，脉冲电流水平120及脉冲电压水平和余量电压124的和下降，然后在被动再充电周波过程中恢复，再充电周波通常由参考标记126表示。在一些情况下，有效再充电周波可代替或另外施加到被动再充电周波。在每个脉冲的递送过程中，从时刻t0到t1，对于递送脉冲的电流调节器的供给电压122的水平降低，即由于与电压源关联的一个或多个电容器的放电造成的。

当供给电压水平122在脉冲宽度上降低时，脉冲电压水平和余量电压124的和增加。然而，如图11A所示，根据本发明的各个方面，脉冲电流水平120的降低，在维持脉冲电压水平和余量电压124的和低于供给电压水平122上是有效的。如果在脉冲宽度期间脉冲电流水平120被维持在恒定水平，则脉冲电压水平和余量电压124的和可能超过供给电压水平122，从而穿过电流调节器的余量，破坏脉冲电流水平的有效调节。

通过随时间降低脉冲电流水平120，脉冲电压水平和余量电压124的和不会升高到它原本的升高程度。但脉冲电流水平120，和下降斜率可选择为使得在脉冲宽度上使脉冲仍递送期望平均电流水平。如图11A的实例所示，如果不考虑负载电容上的电压，脉冲电流水平120下降的平均斜率可选择为接近供给电压水平122下降的平均斜率。然而，以此负载电压，脉冲电流水平120的斜率可与供给电压水平122的斜率不同。在一些情况下，脉冲电流水平120的下降斜率可以是恒定和线性的，或者以非线性方式变化。

通过刺激发生器60可选择性控制脉冲电流水平120，以在脉冲宽度的持续时间里的不同时刻输出不同的电流水平。例如，刺激发生器60可控制许多个并联电流调节器支路的激活，或直接控制由给定的电流调节器递送的电流，以便提供从脉冲宽度开始到脉冲宽度结束时电流水平降低的脉冲形状，如图11A所示。因此，脉冲电流水平可被连续控制或者在系列时间槽或子脉冲上控制，如参照图11B的实例进一步详细描述的。在任一情况下，电流水平可随时间降低，以防止脉冲电压水平超过供给电压水平。

随脉冲电流水平120的降低，刺激发生器60可以受控方式递送较高平均电流，而不需要增加供给电压水平，以便防止脉冲电流水平超过供给电压水平。通过避免供给电压水平的增加，本发明描述的技术在一些情况下可允许更长的电池寿命或在可再充电电池情况下的再充电之间的更长时间，以及对治疗结果的最小影响或不造成影响。在一些情况下，电流调节器的电压源可使用尺寸小的电容器值，以产生所需脉冲电压，从而允许使用较少的混合电路、较少设备、或较大电池。

在图11B的实例中，该图形示出了两个连续的刺激电流脉冲的递送，其中每个脉冲是分离的，即再划分成具有不同电流水平的第一和第二子脉冲。举例讲，第一和第二子脉冲期间的平均脉冲电流水平可由刺激发生器60选择和控制，使得在脉冲宽度期间用于调节器的脉冲电压水平和余量电压的和不超过该调节器的供给电压水平。在图11B中，脉冲电流水平由轨迹130表示，供给电压水平由轨迹132表示，脉冲电压水平和余量电压的和由轨迹134表示。被动再充电周波通常由参考标记136表示，不过在一些实例中可以使用主动再充电。图11B的实例中从时间t0延伸到时间t2的每个脉冲被分成第一子脉冲138A和第二子脉冲138B。在其它实例中，对每个脉冲可递送多个子脉冲。

在时间上第二子脉冲138B在第一子脉冲138之后，并具有比第一子脉冲的脉冲电流水平小的脉冲电流水平。在此意义上，在时刻t0和时刻t1之间递送的脉冲可分成两部分：由子脉冲138A提供的较高电流部分和由子脉冲138B提供的较低电流部分。从时刻t0到时刻t1递送第一子脉冲138A，从时刻t1到时刻t2递送第二子脉冲138B。再次，在其它情况下，该脉冲可包括超过两个子脉冲，如高、中和低部分，或提供电流水平的甚至更大的间隔尺寸的更多数量的子脉冲。通常，较高的一个或几个电流水平与较低的一个或几个电流水平的比例可基于供给电压水平132的降低和负载电压的增加来确定。例如，如上所述，如果忽略负载电容的贡献，子脉冲138A、138B的脉冲电流水平可选择为在脉冲宽度期间从时刻t0到时刻t1产生近似供给电压水平134的斜率的平均电流水平。作为一种选择方式，在脉冲宽度期间，平均电流水平可基于供给电压水平上的负斜率和负载电容上电压的正斜率来确定。

如图11B进一步示出的，第一和第二子脉冲138A、138B的不同电流水平可对子脉冲的电压水平有影响。具体讲，子脉冲138A可具有从大约时刻t0到t1产生脉冲电压水平和余量电压140A的和的电流水平，子脉冲138B可具有从大约时刻t1到t2产生脉冲电压水平和余量电压140B的和的电流水平。通常，当负载电压增加时，由于负载电容的充电，需要维持期望的调节脉冲电流水平的脉冲电压水平也需要增加。当在时刻t0到t2之间，供给电压水平132降低和所需脉冲电压需要增加(由于负载电容上电压的增加造成)，递送子脉冲138B的降低的电流水平限制了脉冲电压水平和余量电压140B的和的增加，使脉冲电压水平和余量电压的和保持(即使增加时)低于供给电压水平132，从而保存电流调节器中的电压裕量(voltage overhead)，以防止脉冲电流水平失去调节。

在一些情况下，此方法可允许使用较小的供给电压来递送具有期望平均电流水平的刺激电流脉冲。作为示意，假设电压源通常要求5伏的初始电压水平来支持给定刺激电流脉冲的递送，原因是电压源会衰减到4.7伏，而脉冲电压会升高到4.5伏，从而电流调节器需要0.2伏的余量电压。如果刺激电流水平在脉冲宽度上降低，同时产生相同的平均电流，但产生的脉冲电压水平上升到只有4.3伏，则电压源将具有仅4.8伏的初始值。在此情形下，电压源的降低的初始电压需求可允许用降低尺寸的电容器模块来构造电压源。

在图11A和图11B的实例中，为了图示目的，所述图形示出了电流水平和电压水平都为正的阳性电流脉冲。然而，本发明描述的技术可适用于阳性和阴性电流脉冲二者。在每种情况下，可降低脉冲电流水平的幅值，以防止在脉冲宽度过程中，脉冲电压水平的幅值加上余量电压超过供给电压水平的幅值。换言之，控制脉冲电流水平，使脉冲电压水平的绝对值加上余量电压不超过供给电压水平的绝对值。

如上所述，多个子脉冲可用来递送电流水平在其脉冲宽度过程中降低的脉冲波形。在一些情况下，对于每个脉冲递送两个子脉冲可能是有效的甚至是希望的。例如，如果对于每个电极，刺激发生器60包括冗余电流调节器，则可用一个电流调节器来递送第一子脉冲，可用第二调节器来递送第二子脉冲，该第二子脉冲在时间上在第一子脉冲之后并具有比第一子脉冲的电流水平小的电流水平。电流调节器可由控制信号分别在时刻t0和t1触发，或者第二电流调节器可基于从第一电流调节器被激活的时刻起的延迟来触发。

可以各种方式执行将一个刺激电流脉冲分成子脉冲。如上所述，子脉冲可具有不同的电流水平，及要么相同要么不相同的子脉冲宽度。每个子脉冲的电流水平基本上在各子脉冲宽度的持续时间是恒定的。下文给出了对用于确定形成整个脉冲的两个子脉冲的电流水平的示例性过程的讨论。将一个刺激脉冲分成具有不同刺激电流水平的两个子脉冲允许递送具有相同的总电荷的脉冲，同时与电压源关联的供给电容器模块上要求的电压更小，该供给电容器模块可由具有可选数目的电容器的电容器组形成，但为了方便在下文中一般称作供给电容器。举例讲，不是递送3毫安(mA)的恒定电流脉冲，一个脉冲可被再分成具有第一子脉冲宽度、电流水平为3.5mA的第一子脉冲，和具有与第一子脉冲宽度相同的第二子脉冲宽度、电流水平为2.5mA的第二子脉冲，从而产生3mA的平均电流，其等于期望的3mA恒定电流脉冲的平均电流。

在确定如何将一个脉冲分成若干子脉冲并分配子脉冲电流水平时，可期望确定构造最佳分离的情况。以下讨论在下述方面解决了此问题，即选择最小化递送给定平均电流水平必需的所需供给电压水平的第一、第二子脉冲电流水平。该讨论考虑了几个不同的参数：包括电压源电容器上的供给电压V_sc，刺激脉冲电压V_stim，负载电容上的电压V_LC，和电流调节器的余量电压需求V_H。可以测量这些参数中一些参数的值。例如，可在实验室或工厂通过测量，或者通过刺激器4、34的测量来确定供给电容、负载电容、充电和放电曲线。余量电压指电流调节器的供给电压和刺激脉冲电压之间确保电流调节器适当操作及因此可靠调节脉冲电流水平的最小电压差。下文中给出分析得出的结论，即形成一个脉冲的两个子脉冲之间50/50的脉冲宽度划分可以是最理想的，不过可以使用具有不是最优但适当结果的其它划分比率。

第一子脉冲S_tim1结束时(即在初始电压V_SC衰减后)，供给电容器上的电压V_scend1必须至少是第一刺激子脉冲电压V_stim1、第一子脉冲S_tim1结束时负载电容上的电压V_LC1、和余量电压V_H的和，使得：

V_scend1＞＝V_stim1+V_LC1+V_H

在下面的等式中，*指乘法运算。第一子脉冲Stim₁开始时供给电容器上的电压V_scbeg1应至少等于第一子脉冲Stim₁结束时供给电压V_scend1加上用来递送第一子脉冲S_tim1的电荷，使得：

V_scbeg1＞＝V_scend1+(i_stim1*pw₁)/C_sc＝V_stim1+V_LC1+V_H+(i_stim1*pw₁)/C_sc

这里，i_stim1为第一子脉冲的电流水平，pw₁为第一子脉冲的脉冲宽度，C_SC为电压源的供给电容器的电容。第一子脉冲Stim₁通常可定义为从0毫安(或其它一些参考电流水平)到期望子脉冲电流水平i_stim1的方波电流脉冲。尽管通常可以使用方波，但第一子脉冲可以用其它子脉冲形状。

对于第二子脉冲Stim₂，第二子脉冲Stim₂结束时电压源电容器上的电压V_scend2必须至少是第二刺激子脉冲电压Vtim₂、第二子脉冲Stim₂期间负载电容上产生的电压V_LC2和余量电压V_H的和，使得：

V_scend2＞＝V_stim2+V_LC1+V_LC2+V_H

第二子脉冲Stim₂开始时，供给电容器上的电压V_scbeg2应至少等于第二子脉冲Stim₂结束时的供给电压V_scbeg2加上用来递送第二子脉冲Stim₂的电荷，使得：

V_scbeg2＞＝V_scend2+(i_stim2*pw₂)/C_sc＝

V_stim2+V_LC1+V_LC2+V_H+(i_stim2*pw₂)/C_sc

这里，i_stim2为第二子脉冲的电流水平，pw₂为第二子脉冲的脉冲宽度，C_SC为供给电容器的电容。象第一子脉冲一样，第二子脉冲Stim₂通常定义为从0毫安(或一些其它参考电压)到期望子脉冲电流水平i_stim2的方波电流脉冲。再次，尽管通常可以使用方波，但第二子脉冲也可使用其它子脉冲形状。

供给电容器上支持适当调节所需的初始电压V_SC取决于V_scend1和V_scbeg2之间的关系。如果V_scend1大于V_scbeg2，则V_SC是由第一子脉冲Stim₁确定的，其中：

所需V_SC＝V_scbeg1。

作为一种选择方式，如果V_scbeg2比V_scbeg1大，则V_SC是由第二子脉冲Stim₂确定的，其中：

所需V_sc＝V_scbeg2+(i_stim1*pw₁)/C_sc。

当V_scend1＝V_scbeg2时，出现最低所需V_SC。假设x为加到i_stim1并从i_stim2中减去的电流，假设i_stim为平均电流，如下表示：

i_stim1＝i_stim+x

i_stim2＝i_stim-x

一旦设定V_scend1＝V_scbeg2，i_stim1和i_stim2用上面的值代替，使得如下面的等式所示来求解等式获得x：

V_scend1＝i_stim1*R_load+(i_stim1*pw₁)/C_load+V_H

＝(i_stim+x)*R_load+((i_stim+x)*pw₁)/C_load+V_H

＝i_stim*R_load*C_load/C_load+x*R_load*C_load/C_load+i_stim*pw₁/C_load+x*pw₁/C_load+V_H

＝(1/C_load)*(i_stim*R_load*C_load+x*pw₁+i_stim*pw₁+x*R_load*C_load)+V_H

V_scbeg2＝i_stim2*R_load+(i_stim1*pw₁)/C_lod+(i_stim2*pw₂)/C_load+(i_stim2*pw₂)/C_sc+V_H

＝(i_stim-x)*R_load+((i_stim+x)*pw₁)/C_load+((i_stim-x)*pw₂)/C_load+((i_stim-x)*pw₂)/C_sc+V_H

＝i_stim*R_load*C_load/C_load-x*R_load*C_load/C_load+i_stim*pw_l/C_load+x*pw_l/C_load+i_stim*pw₂/C_load-x*pw₂/C_load+(Istim*pw₂)/C_sc-(x*pw₂)/C_sc+V_H

＝(1/C_load)*(i_stim*R_load*C_load-x*R_load*C_load+i_stim*pw₁+x*pw₁+istim*pw₂-x*pw₂)+(Istim*pw₂)/C_sc-(x*pw₂)/C_sc+V_H

V_scend1＝V_scbeg2

(1/C_load)*(i_stim*R_load*C_load+x*pw₁+i_stim*pw₁+x*R_load*C_load)

＝(1/C_load)*(i_stim*R_load*C_load-x*R_load*C_load+i_stim*pw₁+x*pw₁+i_stim*pw₂-x*pw₂)+(Istim*pw₂)/C_sc-(x*pw₂)/C_sc

通过上述等式将x项分组，得到：

＝x*pw₁/C_load+x*R_load*C_load/C_load+x*R_load*C_load/C_load+x*pw₂/C_load+x*pw₂/C_sc-x*pw₁/C_load

＝(1/C_load)*(x*pw₁+2*x*R_load*C_load+x*pw₂-x*pw₁)+x*pw₂/C_sc

产生：

＝(1/C_load)*(2*x*R_load*C_load+x*pw₂)+x*pw₂/C_sc

＝(1/C_load)*(i_stim*R_load*C_load+i_stim*pw₁+i_stim*pw₂)-1/C_load*(i_stim*R_load*C_load+I_stim*pw₁)+i_stim*pw₂/C_sc，

和：

(1/Cload)*(2*x*R_load*C_load+x*pw₂)+x*pw₂/C_sc＝(1/C_load)*(i_stim*pw₂)+i_stim*pw₂/C_sc

和：

2*x*R_load*C_load+x*pw₂+x*pw₂*C_load/C_sc＝i_stim*pw₂+i_stim*pw₂*C_load/C_sc

则：

x*(2*R_load*C_load+pw₂+pw₂*C_load/C_sc)＝i_stim*pw₂+i_stim*pw₂*C_load/C_sc

最后：

x＝(i_stim*pw₂+(i_stim*pw₂*C_load)/C_sc)/(2*R_load*C_load+pw₂+(pw₂*C_load/C_sc))

为了确定将一个脉冲分成两个幅值同时保持相同平均电流的最有效方式(假设pw₁＝pw₂)，则δ幅值x因此可以下式计算：

x＝(i_stim*pw₂+(i_stim*pw₂*C_load)/C_sc)/(2*R_load*C_load+pw₂+(pw₂*C_load)/C_sc)

使用x的值，第一和第二子脉冲的脉冲电流水平i_stim1和i_stim2分别可按下式计算：

i_stim1＝i_stim+x，

i_stim2＝i_stim-x

在上面的等式中，i_stim1为第一子脉冲Stim₁的脉冲电流水平，i_stim2为第二子脉冲Stim₂的脉冲电流水平，i_stim为在划分成相等脉冲宽度的两个子脉冲Stim₁和Stim₂时，脉冲Stim的程控电流值和该脉冲要递送的平均刺激电流，pw₁为第一子脉冲的脉冲宽度，pw₂为第二子脉冲的脉冲宽度，C_load为由给定电流调节器驱动的电极-组织负载的有效负载电容，C_SC是电压源电容器的有效电容，R_load是由给定的电流调节器通过选定电极驱动的电极-组织负载的有效负载电阻。对于给定的电流调节器，耦接至调节器的电极可发送或吸收施加到组织的调节电流。然后，电极递送的源电流中有至少一部分被所选电极组合中的一个或多个其它电极吸收，从而用作调节阱电极或未调节阱电极。类似地，由电极处理的阱电流中至少一部分由所选电极组合中的一个或多个其它电极发送，从而用作调节源电极或未调节源电极。

以此恒定电流脉冲输出，只要电流保持恒定，供给电容器的放电通常是线性的。当电流以分离脉冲递送时，以不同电流水平的第一和第二子脉冲，供给电容器的放电斜率变化，但50/50划分看起来是最优的。具体讲，等距离划分子脉冲使得第一子脉冲宽度pw₁等于第二子脉冲宽度pw₂是一种良好实用的选择。然而，递送具有不同脉冲宽度的子脉冲也是有用的。在每种情况下，无论是使用相等还是不等脉冲宽度，可选择脉冲宽度的电流水平以递送期望的平均电流脉冲水平。

如果在pw的脉冲宽度上，指定一个定义脉冲具有Istim的电流水平，对于给定的初始电压源水平、供给电容、负载电容、负载电阻、和余量电压(可通过测量预先确定)，可以计算分别为pw/2的第一和第二子脉冲宽度上的Istim1(Istim+x)和Istim2(Istim-x)的值，从而用等式来求解x，如上所示。以此方式，子脉冲和关联电流水平指定脉冲宽度期间该脉冲的衰减轮廓，使得脉冲电压水平不超过电流调节器的供给电压水平。

作为示例，临床医生程控器40可允许临床医生定义要传送给刺激器34的程序，以控制电刺激治疗的递送。临床医生程控器40可接收来自临床医生的脉冲参数，如脉冲电流水平(Istim)、脉冲频率、脉冲宽度(pw)、和电极构型。使用临床医生提供的参数，临床医生程控器40可定义具有脉冲宽度上提供平均脉冲电流水平的第一和第二子脉冲的分离脉冲，该平均脉冲电流水平近似于临床医生指定的脉冲电流水平Istim。具体讲，给出测量或以其它方式已知的等式中其它参数(如i_stim，V_SC，V_H，C_load，C_SC，R_load，和C_load)的值，临床医生程控器40内的处理器53可使用上述等式自动求解x，从而产生Istim1(按Istim+x计算)和Istim2(按Istim-x计算)的值。在一些实例中，临床医生程控器40可被构造成为子脉冲宽度选择相同的值，使得pw₁＝pw₂。临床医生程控器40然后可修改程序，以表示对于要划分的每个脉冲的计算的子脉冲电流水平和脉冲宽度。该程序可从临床医生程控器40传送到刺激器34以由刺激器控制分离脉冲的递送，以确保脉冲电压水平和余量电压的和不超过电流调节器的实际供给电压。

作为计算分离脉冲参数的一种选择方式，在一些实例中，临床医生程控器40可指存储Istim的不同组合的Istim1、Istim2、pw1和pw2和其它参数的多维查询表。因此，临床医生程控器40可使用类似于上文的等式动态地计算分离脉冲值，或在存储器55中查询之前使用类似于上文的等式产生的预先计算的分离脉冲值。作为又一种选择方式，可在其它设备如患者程控器42或通信耦接至临床医生程控器40或患者程控器42的计算机内执行分离脉冲参数的产生。

作为又一种选择方式，分离脉冲参数的产生可在刺激器34内而不在外部程控器内执行。例如，临床医生程控器40提供给刺激器34的程序可由刺激器34通过使用类似于上文等式的等式动态计算分离脉冲参数或在存储器52中查询之前使用类似于上文的等式产生的预先计算的分离脉冲值来修改。同样，在一些情况下，如果患者使用患者程控器42调节脉冲电流水平，则患者程控器或刺激器34可基于电流水平调节来进行分离脉冲参数的必需调节。

分离脉冲或其它衰减脉冲技术通过临床医生程控器40对于临床医生可以是完全开放的，使得临床医生程控器给临床医生呈现子脉冲参数。作为一种选择方式，临床医生程控器40可以只呈现由临床医生指定的单个脉冲的脉冲电流水平，而不给临床医生显示支持平均脉冲电流水平递送的子脉冲电流水平值，该平均脉冲电流水平通过子脉冲近似等于指定的脉冲电流水平。在这种情况下，临床医生可根据脉冲定义程序，而程控器40或刺激器34将脉冲转换成子脉冲。在其它情况下，临床医生可直接选择子脉冲参数。

下文给出了说明以下情况的三个实例：(1)以恒定脉冲电流水平递送刺激电流脉冲，(2)递送两个具有相同脉冲宽度但不同脉冲电流水平的两个子脉冲，以递送近似等于(1)的恒定脉冲电流水平的平均电流，和(3)递送两个具有不相等脉冲宽度和不同脉冲电流水平的子脉冲，以递送近似等于(1)的恒定脉冲电流水平的平均电流。图12A-12C为示出三个不同的脉冲构型(1)-(3)的性能结果的图形。

在第一实例(1)的刺激中，对于恒定电流脉冲，程控恒定脉冲电流水平I_stim指定为5mA，电压供给电容器尺寸是10微法，有效负载电容是3微法，负载阻抗是500欧，供给电容器的启动电压V_SC是4.9伏，用于递送调节电流脉冲的所需余量是0.2伏。在1000微秒的脉冲宽度上，当以5mA的恒定脉冲电流递送脉冲时，供给电容器上的电荷从时间＝0时的49.00微库下降到时间＝1000微秒的44.00微库。

对于实例(1)，供给电容器上的电压从时间＝0时的4.9伏下降到时间＝1000微秒的4.4伏。负载电容上的电压从时间＝0时的0.00伏增加到时间＝1000微秒的1.67伏。从时间＝0到时间＝1000微秒，关于脉冲电压，维持充分余量所需的供给电压从2.7伏增加到4.37伏。图12A示出了此第一实例(1)的性能结果。轨迹X、Y和Z分别表示在示例的1000微秒脉冲宽度过程中，对于单个恒定电流脉冲，供给电容器上的电压(V_SC)、递送调节电流脉冲所需的供给电压、和负载电容上的电压。递送调节电流脉冲所需的供给电压Y近似为脉冲电压水平和电流调节器的余量电压的和。如图12A所示，在脉冲宽度期间，所需供给电压Y保持低于实际的供给电压X。

在第二实例(1)的刺激中，对于由具有相等脉冲宽度的第一和第二子脉冲形成的电流脉冲，平均脉冲电流水平I_stim指定为5mA，电压源电容器尺寸是10微法，有效负载电容是3微法，负载阻抗是500欧，供给电容器的启动电压V_SC是4.5伏，用于递送调节电流脉冲的所需余量是0.2伏。在此实例中，第一子脉冲的程控电流水平是5.9mA，第二子脉冲的程控电流水平是4.1mA。在此情况下，δx值是0.9mA。相应地，在Istim＝5.0时，Istim1等于5.0+0.9＝5.9mA，Istim2等于5.0-0.9＝＝4.1mA。在500微秒的第一子脉冲宽度上，当子脉冲以5.9mA的恒定脉冲电流递送时，供给电容器上的电荷从时间＝0的45.00微库下降到时间＝500微秒的42.05微库。在500微秒的第二子脉冲宽度上，当子脉冲以4.1mA的恒定脉冲电流递送时，供给电容器上的电荷从520微秒的41.97微库下降到时间＝1000微秒的40.00微库。

实例(2)的供给电容器上的电压从时间＝0的4.5伏下降到时间＝500微秒的4.2伏，从时间＝520微秒的4.2伏下降到时间＝1000微秒的4.00伏。负载电容上的电压从时间＝0的0.00伏增加到时间＝500微秒的0.98伏，从时间＝520微秒的1.01伏增加到时间＝1000微秒的1.67伏。从时间＝0到时间＝500微秒，对于脉冲电压，维持充分余量所需的供给电压从3.15伏增加到4.13伏。从时间＝520微秒到时间＝1000微秒，对于脉冲电压，维持充分余量所需的供给电压从3.26伏增加到3.92伏。特别是，在第二子脉冲开始之后，在520微秒的所需供给电压小于第一子脉冲结束时在500微秒的所需供给电压。图12B示出此第二实例(2)的性能结果。轨迹X、Y和Z分别表示在示例性的1000微秒的脉冲宽度的过程中，对于分成相等脉冲宽度的子脉冲的脉冲，供给电容器上的电压(V_SC)、递送调节电流脉冲所需的供给电压、和负载电容上的电压。递送调节电流脉冲所需的供给电压近似为脉冲电压水平和电流调节器的余量电压的和。如图12B所示，在脉冲宽度期间，所需供给电压Y保持低于实际的供给电压X。

在第三实例(3)的刺激中，对于由具有不相等脉冲宽度的第一和第二子脉冲形成的电流脉冲，平均脉冲电流水平I_stim指定为5.047mA，电压源电容器尺寸是10微法，有效负载电容是电压源电容器尺寸，是10微法，有效负载电容是3微法，负载阻抗是500欧，供给电容器的启动电压V_SC是4.7伏，用于递送调节电流脉冲的所需余量是0.2伏。在此实例中，第一子脉冲的程控电流水平是5.2mA，第二子脉冲的程控电流水平是4.5mA。第一子脉冲宽度是820微秒，第二子脉冲宽度是180微秒。在820微秒的第一子脉冲宽度上，当子脉冲以5.2mA的恒定脉冲电流递送时，供给电容器上的电荷从时间＝0的47.00微库下降到时间＝820微秒的42.74微库。在180微秒的第二子脉冲宽度上，当子脉冲以4.5mA的恒定脉冲电流递送时，供给电容器上的电荷从840微秒的42.65微库下降到时间＝1000微秒的41.93微库。

实例(3)的供给电容器上的电压从时间＝0的4.7伏下降到时间＝820微秒的4.27伏，从时间＝840微秒的4.26伏下降到时间＝1000微秒的4.19伏。负载电容上的电压从时间＝0的0.00伏增加到时间＝820微秒的1.42伏，从时间＝840微秒的1.45伏增加到时间＝1000微秒的1.69伏。从时间＝0到时间＝820微秒，对于脉冲电压，维持充分余量所需的供给电压从2.80伏增加到4.22伏。从时间＝840微秒到时间＝1000微秒，对于脉冲电压，维持充分余量所需的供给电压从3.90伏增加到4.14伏。特别是，在第二子脉冲开始之后，在840微秒的所需供给电压小于第一子脉冲结束时在820微秒的所需供给电压。图12C示出此第三实例(3)的性能结果。轨迹X、Y和Z分别表示在示例性的1000微秒的脉冲宽度的过程中，对于分成不相等脉冲宽度的子脉冲的脉冲，供给电容器上的电压(V_SC)、递送调节电流脉冲所需的供给电压、和负载电容上的电压。递送调节电流脉冲所需的供给电压近似为脉冲电压水平和电流调节器的余量电压的和。如图12C所示，在脉冲宽度期间，所需供给电压Y保持低于实际的供给电压X。

本发明所述的技术和部件可至少部分地在硬件、软件、固件或它们的任何组合中实现。例如，电路部件可使用各种通常用于医疗设备(如植入式医疗设备)中提供的电路的传统过程中的任何一种通过制造的集成和/或分立设备形成。各个控制特征可在一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可程控门阵列(FPGA)、或任何其他等效的集成或分立逻辑电路、以及实施于程控器中的这些部件(例如，临床医生或患者程控器、刺激器、或其他设备)的任何组合内来实现。在本发明中，术语“处理器”、“处理电路”、“控制器”或“控制模块”通常可指独立于或结合其他逻辑电路的上述逻辑电路中的任何一个、或者独立于或结合其他数字或模拟电路的任何其他等效电路。

对于在软件中实现的方面而言，归于本发明所述的系统和设备的功能中的至少一些可被实施为计算机可读介质(例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失随机存取存储器(NVRAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、FLASH存储器、磁性介质、光学介质等等)上的指令。可执行所述指令以支持本发明所述的功能的一个或多个方面。

已经描述了本发明的各个方面。这些方面和其它方面都在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于递送电刺激的医疗设备，所述设备包括：

刺激脉冲发生器，其包括被构造为产生具有脉冲电流水平、脉冲电压水平、和脉冲宽度的电刺激脉冲的电流调节器；

控制器，其被构造为控制所述脉冲电流水平以在所述脉冲宽度期间降低，使得所述脉冲电压水平和所述电流调节器的余量电压水平的和不超过供给电压水平；和

一个或多个植入式电极，其被构造为递送所述脉冲。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被构造为控制所述脉冲电流水平以至少部分基于所述脉冲宽度期间所述供给电压水平的降低而降低。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器被构造为控制所述脉冲电流水平以至少部分基于所述脉冲宽度期间所述供给电压水平的降低和负载电压的增加而降低。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述刺激脉冲发生器被构造为产生具有第一和第二子脉冲的电刺激脉冲，所述第二子脉冲在时间上在所述第一子脉冲之后，其中所述第二子脉冲的脉冲电流水平小于所述第一子脉冲的脉冲电流水平。

5.根据权利要求4所述的设备，其中在所述第一和第二子脉冲期间所述脉冲电流水平的平均值选择为使得所述脉冲电压水平和所述余量电压水平的和不超过所述供给电压水平。

6.根据权利要求4所述的设备，其中所述第一和第二子脉冲具有相等的子脉冲宽度。

7.根据权利要求4所述的设备，其中所述第一和第二子脉冲具有不相等的子脉冲宽度。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述脉冲电压水平在所述脉冲宽度期间增加，所述供给电压水平在所述脉冲宽度期间降低。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述刺激脉冲发生器被构造为产生多个脉冲。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被构造为根据所述医疗设备或与所述医疗设备通信的外部程控器中的至少一个的存储器中存储的数据，控制所述脉冲电流水平。

11.一种用于递送电刺激的医疗设备，所述设备包括：

用于产生具有脉冲电流水平、脉冲电压水平、和脉冲宽度的电刺激脉冲的装置；

用于控制所述脉冲电流水平在所述脉冲宽度期间降低的装置，使得所述脉冲电压水平和所述产生装置的余量电压水平的和不超过供给电压水平；和

用于通过一个或多个植入式电极递送所述脉冲的装置。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述用于控制的装置包括用于控制所述脉冲电流水平以至少部分基于所述脉冲宽度期间所述供给电压水平的降低而降低的装置。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述用于控制的装置包括用于控制所述脉冲电流水平以至少部分基于所述脉冲宽度期间所述供给电压水平的降低和负载电压的增加而降低的装置。

14.根据权利要求11所述的设备，其中用于产生电刺激脉冲的装置包括用于产生具有第一和第二子脉冲的电刺激脉冲的装置，所述第二子脉冲在时间上在所述第一子脉冲之后，其中所述第二子脉冲的脉冲电流水平小于所述第一子脉冲的脉冲电流水平。

15.根据权利要求14所述的设备，其中在所述第一和第二子脉冲期间所述脉冲电流水平的平均值选择为使得所述脉冲电压水平和所述余量电压水平的和不超过所述供给电压水平。

16.根据权利要求14所述的设备，其中所述第一和第二子脉冲具有相等的子脉冲宽度。

17.根据权利要求14所述的设备，其中所述第一和第二子脉冲具有不相等的子脉冲宽度。

18.根据权利要求11所述的设备，其中所述脉冲电压水平在所述脉冲宽度期间增加，所述供给电压水平在所述脉冲宽度期间降低。

19.根据权利要求11所述的设备，其中所述用于产生的装置包括用于产生多个脉冲的装置。

20.根据权利要求11所述的设备，其中所述用于控制的装置包括根据包括所述电流调节器的植入式医疗设备或与所述植入式医疗设备通信的外部程控器中的至少一个的存储器中存储的数据，用于控制所述脉冲电流水平的装置。

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