CN106687174B - 专用于针对目标组织的调制场的目标函数的神经调制 - Google Patents

Abstract

系统的示例可以包括在至少一个引线上的电极，其被配置为可操作地定位以用于调制一定量神经组织，其中神经组织具有激活函数。该系统还可以包括神经调制发生器，其被配置为使用至少一些电极来传递能量，以在一定量神经组织内产生调制场。神经调制发生器可以被配置为使用编程的调制参数集来产生调制场。编程的调制参数集具有被选择以使用至少一些电极控制能量传递的值，以实现专用于一定量神经组织的激活函数的目标函数，以促进对沿着至少一个引线的跨度的一定量神经组织中的调制场的响应的均匀性。

Description

专用于针对目标组织的调制场的目标函数的神经调制

优先权要求

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2014年9月23日提交的美国临时专利申请序列号62/054,081的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本文档一般涉及医疗装置，更具体地，涉及用于传递神经调制的系统、装置和方法。

背景技术

已经提出神经调制作为用于多种状况的治疗。通常，神经调制和神经刺激可以互换使用以描述引起动作电位以及抑制和其他效应的激发性刺激。神经调制的示例包括脊髓刺激(SCS)、深脑刺激(DBS)、外周神经刺激(PNS)和功能性电刺激(FES)。作为示例而非限制，SCS已经用于治疗慢性疼痛综合征。一些神经目标可以是具有不同类型的神经纤维的复杂结构。这种复杂结构的一个示例是SCS指向的脊髓内和周围的神经元。

发明内容

系统的示例(例如“示例1”)可以包括在至少一个引线上的电极，其被配置为可操作地定位以用于调制一定量神经组织，其中神经组织具有激活函数。该系统还可以包括神经调制发生器，其被配置为使用至少一些电极来传递能量，以在一定量神经组织内产生调制场。神经调制发生器可以被配置为使用编程的调制参数集来产生调制场。编程的调制参数集具有被选择以使用至少一些电极控制能量传递的值，以实现专用于一定量神经组织的激活函数的目标函数，以促进对沿着至少一个引线的跨度的一定量神经组织中的调制场的响应的均匀性。在示例2中，示例1的主题可以可选地被配置为使得一定量组织包括一定量背角组织，并且至少一个引线的跨度包括至少三个电极的跨度，使得目标函数可以促进对沿着至少三个电极的跨度的一定量背角组织中的调制场的响应的均匀性，并且使得神经调制发生器被配置为使用编程的调制参数集以产生沿着至少三个电极的跨度的调制场，以促进对沿着至少三个电极的跨度的一定量背角组织中的调制场的响应的均匀性。

在示例3中，示例1-2中的任一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得一定量神经组织包括一定量背根组织，并且至少一个引线的跨度包括至少三个电极的跨度并且使得目标函数促进对沿着至少三个电极的跨度的一定量背根组织中的调制场的响应的均匀性，使得神经调制发生器被配置为使用编程的调制参数集以产生沿着至少三个电极的跨度的调制场，以促进对沿着至少三个电极的跨度的一定量背根组织中的调制场的响应的均匀性。

在示例4中，示例1-3中的任一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得目标函数是恒定激活函数。

在示例5中，示例1-2中的任一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得目标函数是恒定E目标函数，以促进一定量组织中的恒定电场，或者使得目标函数是恒定|E|目标函数以促进一定量组织中的电场的恒定幅度。

在示例6中，示例1的主题可以可选地被配置为使得一定量神经组织包括一定量背柱组织，并且至少一个引线的跨度包括至少三个电极的跨度，以及使得目标函数促进对沿着至少三个电极的跨度的一定量背柱组织中的调制场的响应的均匀性，使得神经调制发生器被配置为使用编程的调制参数集来产生沿着至少三个电极的跨度的调制场，以促进对沿着至少三个电极的跨度的一定量背柱组织中的调制场的响应的均匀性。

在示例7中，示例6的主题可以可选地被配置为使得目标函数包括恒定电压目标函数以促进背柱中的恒定电压。

在示例8中，示例1的主题可以可选地被配置为使得一定量组织具有与调制场的n阶空间导数成比例的电调制参数的激活函数。调制场的目标函数包括用于调制场的n阶空间导数的恒定目标函数。恒定目标函数促进一定量组织中的调制响应的均匀性。

在示例9中，示例1-8的任一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得电调制参数集包括用于传递利用所选目标函数的所选调制场的每个电极的细分值。

在示例10中，示例1-9中的任一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得神经调制发生器和电极被配置为协作以产生亚感知调制场。亚感知调制场可以具有低于患者感知阈值的强度，患者感知阈值是在其下患者感觉不到调制场的产生的边界。

在示例11中，示例10的主题可以可选地被配置为使得患者感知阈值是在其下患者感觉不到感觉异常的边界，使得神经调制发生器和电极被配置为协作以产生具有低于边界的强度的亚感知调制场。

在示例12中，示例1-11中的任一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得系统包括可植入装置和外部系统。可植入装置可以包括神经调制发生器。外部装置可以被配置为对神经调制发生器进行编程。

在示例13中，示例12的主题可以可选地被配置为使得系统包括用户界面，用户界面被配置为使得用户能够选择目标函数。

在示例14中，示例13的主题可以可选地被配置为使得用户界面被配置为显示电极的表示和目标函数的调制场。

在示例15中，示例1-14中的任一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得系统被配置为确定每个有源触针的细分值。该系统可以被配置为使用电场模型估计每个有源触针的单元场，其中所估计的单元场是当相应的有源触针用能量单元供能时感生的场。该系统还可以被配置为确定加权的单元场，包括确定每个有源电极的感知阈值，并且使用相应的感知阈值来校准每个有源电极的估计的单元场，形成有源触针的组成源，其中每个组成源包括提供源的电触针和提供宿的另一电触针，使用用于组成源的加权单元场来构造转移矩阵，求解来自每个组成源的贡献以提供所选调制场，以及根据用于组成源的解计算每个有效触针的细分值。

用于以激活函数调制一定量组织的方法的示例(例如，“示例16”)可以包括选择调制场以调制一定量组织。选择调制场可以包括选择专用于一定量组织和一定量组织的激活函数的调制场的目标函数。调制场的所选目标函数可以促进一定量组织中的调制响应的均匀性。该方法还可以使用利用所选目标函数的所选调制场来调制一定量组织。

在示例17中，示例16的主题可以可选地被配置为使得选择调制场的目标函数可以包括选择目标函数以调制背角组织。

在示例18中，示例17的主题可以可选地被配置为使得选择调制场的目标函数可以包括选择恒定E目标函数以调制背角组织。

在示例19中，示例17的主题可以可选地被配置为使得选择调制场的目标函数可以包括选择恒定|E|目标函数来调制背角组织。

在示例20中，示例16的主题可以可选地被配置为使得选择调制场的目标函数可以包括选择目标函数以调制背柱组织。

在示例21中，示例20的主题可以可选地被配置为使得选择目标函数以刺激背柱组织可以包括选择恒定激活函数以调制背柱组织。

在示例22中，示例21的主题可以可选地被配置为使得选择恒定激活函数以调制背柱组织可以包括选择恒定电压以调制背柱组织。

在示例23中，示例16的主题可以可选地被配置为使得选择调制场的目标函数包括选择背角目标函数以调制背角组织，以及选择背柱目标函数以调制背柱组织。

在示例24中，示例16的主题可以可选地被配置为使得一定量组织具有用于与电调制参数的n阶空间导数成比例的电调制参数的激活函数，并且选择调制场的目标函数包括选择电调制参数的n阶空间导数的恒定目标函数，所选恒定目标函数用于促进一定量组织中的调制响应的均匀性。

在示例25中，示例16-24中的任一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得该方法可以包括确定每个有源触针的细分值以提供满足所选目标函数的所选调制场。使用利用所选目标函数的所选调制场来调制一定量组织可以包括使用用于传递利用所选目标函数的所选调制场的每个电极的细分值。

用于利用激活函数调制一定量组织的方法的示例(例如“示例26”)可以包括选择调制场以调制一定量组织。选择调制场可以包括选择专用于一定量组织和一定量组织的激活函数的调制场的目标函数。调制场的所选目标函数可以促进一定量组织中的调制响应的均匀性。该方法还可以包括确定每个有源触针的细分值，以向所选调制场提供所选目标函数，以及使用利用所选目标函数的所选调制场来调制一定量组织。

在示例27中，示例26的主题可以可选地被配置为使得确定每个有源触针的细分值包括使用电场模型来估计每个有源触针的单元场，所估计的单元场是当相应的有源触针被能量单元供能时感生的场，确定加权的单元场，包括确定每个有源电极的感知阈值，以及使用相应的感知阈值校准每个有源电极的估计的单元场，形成有源触针的组成源，每个组成源包括提供源的电触针和提供宿的另一个电触针，使用用于组成源的加权单元场构建转移矩阵，求解来自每个组成源的贡献以提供所选调制场，以及从组成源的解计算每个有源触针的细分值。

在示例28中，示例27的主题可以可选地被配置为使得该方法可以包括从至少一个引线上的多个电极中选择有源电极。

在示例29中，示例16-28中的任一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得选择调制场的目标函数可以包括选择目标函数以调制背角组织。选择调制场的目标函数可以包括选择恒定E目标函数以调制背角组织，或者选择恒定|E|目标函数来调制背角组织。

在示例30中，示例16-28中的任一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得选择调制场的目标函数可以包括选择目标函数以调制背柱组织，以及选择恒定电压以调制背柱组织。

本发明内容是本申请的一些教导的概述，并且不旨在是对本主题的排他性或穷举性处理。关于本主题的进一步细节在详细描述和所附权利要求中找到。在阅读和理解以下详细描述和观察形成其一部分的附图之后，本公开的其它方面对于本领域技术人员将是显而易见的，其中每一个不应被视为具有限制意义。本公开的范围由所附权利要求及其法律等同物限定。

附图说明

在附图的图中通过示例的方式示出了各种实施例。这样的实施例是说明性的，并且不旨在是本主题的穷举或排他的实施例。

图1示出了脊髓的一部分。

图2通过示例示出了神经调制系统的实施例。

图3通过示例示出了诸如可以在图2的神经调制系统中实现的编程装置的实施例。

图4通过示例示出了编程装置的实施例，例如可以实现为图2的神经调制系统中的编程装置。

图5通过示例示出了可植入神经调制系统和其中可以使用该系统的环境的部分。

图6通过示例示出了脊髓刺激(SCS)系统的实施例，其也可以被称为脊髓调制(SCM)系统。

图7通过示例示出了神经调制引线和脉冲发生器的一些特征。

图8-图11通过示例示出了当电流被细分使得由传递到每个电极的细分电流产生的纵向方向上的电场近似相等时纵向和横向方向上的电场强度的差异。

图10示出了电调制引线的示意图，其示出了传递到电调制引线上的电极的阳极电流的细分的示例。

图11通过示例示出了沿着电调制引线的轴线在纵向方向上的梯度的示意图。

图12通过示例示出了横向方向上的梯度的示意图。

图13A-图13C和图14A-图14C通过示例示出了神经调制引线，其中电极可以采取围绕神经调制引线周向和轴向设置的分段电极的形式。

图15通过示例示出了用于确定细分以实现目标(target)函数的实施例。

图16通过示例示出了用于确定细分以实现具有更多细节的目标函数的实施例。

图17通过示例示出了可以在CP或其他外部装置的GUI中提供的编程界面。

图18通过示例示出了用于引线的等电位电压线以及引线和背角的表示。

图19-图20通过示例示出了大致均匀的电场以及引线和背角的表示。

图21通过示例示出了被配置为优先地接合背角(DH)神经元组织的系统。

图22通过示例一般地示出了脉冲串。

图23通过示例示出了二叉搜索特征作为喙尾聚焦特征的方面。

图24示出二叉搜索特征的示例。

图25A-图25C通过示例示出了边缘搜索特征作为喙尾聚焦特征。

图26通过示例示出了根据各种实施例的用于选择电极跨度的方法。

图27通过示例示出了用于进一步精炼期望的电极列表的方法。

图28通过示例示出了诸如可以被实现为接收用户提供的电极列表的选择的系统。

图29通过示例示出了可以用于实现场拖捕的系统的示例。

图30通过示例示出了在执行场拖捕时使用的外部装置的GUI的示例。

图31通过示例示出了强度持续时间曲线的示例，其中脉冲(强度)的幅度相对于脉冲的持续时间(脉冲宽度)绘制。

图32通过示例示出了可以用于在低脉冲宽度处校准亚感知调制的系统的实施例。

图33通过示例示出了用于以短脉冲宽度编程亚感知调制的过程的实施例。

图34通过示例示出了包括传递亚感知调制的方法的实施例。

图35通过示例示出了传递亚感知调制的系统。

图36示出了对患者输入的编程的响应的示例。

具体实施方式

本主题的以下详细描述参考附图，附图通过说明的方式示出了可以实践本主题的特定方面和实施例。足够详细地描述这些实施例以使本领域技术人员能够实践本主题。可以利用其他实施例，并且可以进行结构、逻辑和电气改变而不脱离本主题的范围。本公开中对“一”、“一个”或“各种”实施例的引用不一定是相同的实施例，并且这样的引用涵盖多于一个实施例。因此，下面的详细描述不应被视为具有限制意义，并且范围仅由所附权利要求以及这些权利要求所赋予的法律等同物的全部范围来限定。

本文所述的各种实施例涉及脊髓调制。本文提供了脊髓生理学的简要描述以帮助读者。图1通过示例示出了包括脊髓的白质101和灰质102的脊髓100的一部分。灰质102包括细胞体、突触、树突和轴突末端。因此，突触位于灰质中。白质101包括连接灰质区域的有髓轴突。脊髓的典型横截面包括大致由白质101的椭圆形外部区域围绕的灰质102的中心“蝴蝶”形中心区域。背柱(DC)103的白质包括大部分大的有髓轴突，其形成沿轴向延伸的传入纤维。“蝴蝶”形灰质中心区域的背部被称为背角(DH)104。与沿轴向延伸的DC纤维相反，DH纤维可以在许多方向上定向，包括垂直于脊髓的纵轴。还示出了脊神经105的示例，包括背根(DR)105、背根神经节107和腹根108。背根105主要将感觉信号传递到脊髓中，并且腹根用作传出运动根。背根和腹根结合以形成混合脊神经105。

SCS已经用于减轻疼痛。常规SCS编程的治疗目标是最大化沿着脊髓的纵向轴线在白质中延伸的DC纤维的刺激(即，募集)，并且最小化垂直于脊髓的纵向轴线延伸的其他纤维(主要为背根纤维)的刺激，如图1所示。DC的白质主要包括形成传入纤维的大的有髓轴突。尽管疼痛缓解的全部机制尚未很好地被理解，但是认为疼痛信号的感知通过疼痛的门控制理论而被抑制，这表明通过电刺激的无害触摸或压力传入的增强的活性在释放抑制性神经递质(γ-氨基丁酸(GABA)、甘氨酸)的脊髓的DH内产生神经间活动，其继而减少宽动态范围(WDR)感觉神经元对从背根(DR)神经纤维(其支配患者的疼痛区域)行进的疼痛信号的有害传入输入的过敏反应，以及治疗一般的WDR异位。因此，DC神经纤维的大的感觉传入已经以提供疼痛缓解的幅度为目标进行刺激。当前的可植入神经调制系统通常包括植入在患者脊髓背柱附近(即位于硬脊膜附近或硬脊膜上)并沿着患者脊髓的纵向轴线植入的电极。

大的感觉DC神经纤维的激活通常也产生常常伴随常规SCS治疗的感觉异常感受。虽然诸如感觉异常之类的替代的或人为的感受通常相对于疼痛的感受是耐受的，但是患者有时将这些感受报告为不舒服，因此，在一些情况下，它们可被认为是对神经调制治疗的不利副作用。一些实施例传递在治疗上对于例如治疗疼痛有效的亚感知治疗，但是患者不感觉调制场的传递(例如感觉异常)。亚感知治疗可以包括脊髓的更高频率调制(例如，约1500Hz或更高)，其有效地阻止了DC中的传入纤维中的疼痛信号的传输。本文的一些实施例选择性地越过DC组织而调制DH组织或DR组织以提供亚感知治疗。这种选择性调制不以这些较高频率传递。例如，选择性调制可以以小于1200Hz的频率传递。在一些实施例中，选择性调制可以以小于1000Hz的频率传递。在一些实施例中，选择性调制可以以小于500Hz的频率传递。在一些实施例中，选择性调制可以以小于350Hz的频率传递。在一些实施例中，选择性调制可以以小于130Hz的频率传递。选择性调制可以以低频(例如低至2Hz)传递。选择性调制可以甚至在没有脉冲(例如，0Hz)的情况下被传递以调制一些神经组织。作为示例而非限制，选择性调制可以在选自以下频率范围的频率范围内传递：2Hz至1200Hz；2Hz至1000Hz；2Hz至500Hz；2Hz至350Hz；或2Hz至130Hz。可以开发系统以将任何这些范围的较低端从2Hz提高到其他频率，例如但不限于10Hz、20Hz、50Hz或100Hz。作为示例而非限制，进一步注意到，选择性调制可以以占空比传递，其中在占空比的刺激ON部分期间传递刺激(例如，脉冲序列)，并且在占空比的刺激OFF部分期间不传递刺激。作为示例而非限制，占空比可以是约10％±5％、20％±5％、30％±5％、40％±5％、50％±5％或60％±5％。例如，在刺激ON部分期间10ms内的脉冲突发，接着是没有脉冲的15ms，对应于40％的占空比。

图2示出了神经调制系统的实施例。所示系统210包括电极211、调制装置212和编程装置213。电极211被配置为放置在患者体内的一个或多个神经目标上或附近。调制装置212被配置为电连接到电极211，并且通过电极211将神经调制能量(诸如以电脉冲的形式)传递到一个或多个神经目标。通过使用多个调制参数(诸如指定电脉冲的调制参数和对每个电脉冲被传递通过的电极的选择)来控制神经调制的传递。在各种实施例中，多个调制参数中的至少一些参数可由用户(例如医生或其他护理者)编程。编程装置213向用户提供对用户可编程参数的可访问性。在各种实施例中，编程装置213被配置为经由有线或无线链路通信地耦合到调制装置。在各种实施例中，编程装置213包括允许用户设置和/或调整用户可编程调制参数的值的图形用户界面(GUI)214。

图3示出了调制装置312的实施例，诸如可以在图2的神经调制系统210中实现。调制装置312的所示实施例包括调制输出电路315和调制控制电路316。本领域普通技术人员将理解，神经调制系统210可以包括附加组件，诸如用于患者监测和/或治疗的反馈控制的感测电路、遥测电路和电源。调制输出电路315产生和传递神经调制脉冲。调制控制电路316使用多个调制参数来控制神经调制脉冲的传递。引线系统317包括各自被配置为电连接到调制装置312的一个或多个引线以及使用所述一个或多个引线以电极布置分布的多个电极311-1至311-N。每个引线可以具有由两个或更多个电极组成的电极阵列，其也可以被称为触针(contact)。多个引线可以提供多个电极阵列以提供电极布置。每个电极是提供用于调制输出电路315和患者组织之间的电接口的单个导电触针，其中N≥2。神经调制脉冲各自通过选自电极311-1至311-N的一组电极从调制输出电路315传递。引线的数量和每个引线上的电极的数量可以取决于例如神经调制的目标的分布以及用于控制每个目标处的电场分布的需要。在一个实施例中，作为示例而非限制，引线系统包括两个引线，每个引线具有八个电极。

神经调制系统可以被配置成调制脊髓目标组织或其他神经组织。用于将电脉冲传递到目标组织的电极的配置构成电极配置，其中电极能够被选择性地编程为充当阳极(正极)、阴极(负极)或者关闭(零)。换句话说，电极配置表示极性为正、负或零。可以被控制或改变的其他参数包括电脉冲的幅度、脉冲宽度和速率(或频率)。每个电极配置连同电脉冲参数可以被称为“调制参数集”。包括到电极的细分电流分布(作为百分比阴极电流、百分比阳极电流或关闭)的每组调制参数可以被存储并组合成调制程序，该调制程序然后可以用于调制患者内的多个区域。

可用电极的数量与产生各种复杂电脉冲的能力组合，向临床医生或患者提供了巨大的调制参数集选择。例如，如果要编程的神经调制系统具有十六个电极，则可以数百万个调制参数集可用于编程到神经调制系统中。此外，例如SCS系统可以具有三十二个电极，其指数地增加可用于编程的调制参数集的数量。为了促进这样的选择，临床医生通常通过计算机化编程系统对调制参数集进行编程，以允许基于患者反馈或其他手段来确定最优调制参数，并且随后对期望的调制参数集进行编程。

用于SCS治疗的常规编程使用感觉异常来选择适当的调制参数集。由调制引起的并且由患者感知的感觉异常应当位于患者体内与作为治疗目标的疼痛大致相同的位置。当将引线植入患者体内时，可以执行手术室(OR)映射过程以应用电调制来测试引线和/或电极的放置，从而确保引线和/或电极植入在患者内的有效位置中。

一旦引线被正确定位，就可以执行可被称为导航会话的拟合过程，以利用最佳地寻址疼痛部位的调制参数集来对外部控制装置和神经调制装置(如果适用)进行编程。因此，导航会话可以用于精确确定与疼痛相关的激活体积(VOA)或区域。可以在植入期间实施该过程来以该组织为目标，或者在植入之后如果引线逐渐或意外地移动，则反而将会使调制能量远离目标部位而重新定位。通过对神经调制装置进行重新编程(通常通过独立地改变电极上的调制能量)，VOA通常可以移回到有效疼痛部位，而不必对患者重新操作以便重新定位引线及其电极阵列。当相对于该组织调整VOA时，期望在电流比例中进行小的改变，使得神经纤维的空间募集中的变化将被患者感知为平滑和连续的并且具有递增的瞄准能力。

图4示出了编程装置413的实施例，诸如可以实现为图2的神经调制系统中的编程装置213。编程装置413包括存储装置418、编程控制电路419和GUI414。编程控制电路419根据神经调制脉冲的模式产生控制神经调制脉冲的传递的多个调制参数。在各种实施例中，GUI 414包括任何类型的呈现装置，诸如交互或非交互屏幕，以及允许用户对调制参数进行编程的任何类型的用户输入装置，诸如触摸屏、键盘、小键盘、触摸板、轨迹球、操纵杆和鼠标。存储装置418可以存储要被编程到调制装置中的调制参数等等。编程装置413可以将多个调制参数发送到调制装置。在一些实施例中，编程装置413可以向调制装置发送功率。编程控制电路419可以产生多个调制参数。在各种实施例中，编程控制电路419可以针对安全规则检查多个调制参数的值，以在安全规则的约束内限制这些值。

在各种实施例中，可以使用硬件、软件和固件的组合来实现神经调制的电路，包括其在本文中讨论的各种实施例。例如，GUI的电路、调制控制电路和编程控制电路(包括其在本文中讨论的各种实施例)可以使用被构造为执行一个或多个特定功能的专用电路或被编程为执行这样的功能的通用电路来实现。这种通用电路包括但不限于微处理器或其一部分、微控制器或其一部分，以及可编程逻辑电路或其一部分。

图5通过示例示出了可植入神经调制系统和其中可以使用该系统的环境的部分。该系统被示出用于在脊髓附近植入。然而，神经调制系统可以被配置为调制其他神经目标。系统520包括可植入系统521、外部系统522和提供可植入系统521和外部系统522之间的无线通信的遥测链接523。可植入系统被示为植入患者体内。可植入系统521包括可植入调制装置(也称为可植入脉冲发生器或IPG)512、引线系统517和电极511。引线系统517包括一个或多个引线，每个引线被配置为电连接到调制装置512和分布在一个或多个引线中的多个电极511。在各种实施例中，外部系统402包括各自允许用户(例如临床医生或其他护理者和/或患者)与可植入系统521通信的一个或多个外部(非植入)装置。在一些实施例中，外部系统522包括旨在用于临床医生或其他护理人员以初始化和调整可植入系统521的编程装置和旨在由患者使用的远程控制装置。例如，远程控制装置可以允许患者打开和关闭治疗和/或调整多个调制参数中的某些患者可编程参数。

引线系统517的神经调制引线可以邻近(即靠近)要刺激的脊髓区域的硬脊膜或在其上放置。例如，神经调制引线可以沿着患者的脊髓的纵向轴线植入。由于在神经调制引线离开脊柱的位置附近缺少空间，可植入调制装置512可以植入在腹部或臀部上方的手术制作的口袋中，或者可以植入患者身体的其他位置。引线延伸部可以用于促进可植入调制装置512远离神经调制引线的出口点的植入。

图6通过示例示出了SCS系统的实施例，其也可以被称为脊髓调制(SCM)系统。SCS系统624通常可以包括多个(图示为两个)可植入神经调制引线625、可植入脉冲发生器(IPG)626、外部遥控器RC 627、临床医生编程器(CP)628和外部试验调制器(ETM)629。IPG626可以经由一个或多个经皮引线延伸部630物理连接到携带多个电极631的神经调制引线625。如图所示，神经调制引线625可以是具有沿着神经调制引线布置的电极的经皮引线。可以提供任何合适数量的神经调制引线，包括仅一个，只要电极的数量大于两个(包括作为壳体电极的IPG壳体功能)以允许电流的横向转向即可。或者，可以使用外科桨状引线来代替一个或多个经皮引线。IPG 626包括脉冲产生电路，其根据一组调制参数将电调制能量以脉冲电波形(即，电脉冲的时间序列)的形式传递到电极。

ETM 629还可以经由经皮引线延伸部632和外部电缆633物理连接到神经调制引线625。ETM 629可以具有与IPG 626相似的脉冲产生电路，以根据一组调制参数来向电极传递电调制能量。ETM 629是在神经调制引线625已经被植入之后并且在植入IPG 626之前在试验基础上使用的非植入式装置，以测试将要提供的调制的响应性。本文关于IPG 626所描述的功能可类似地针对ETM 629执行。

RC 627可以用于经由双向RF通信链路634遥测地控制ETM 629。RC 627可以用于经由双向RF通信链路635遥测地控制IPG 626。这种控制允许IPG 626被开启或关闭并且被利用不同的调制参数集编程。IPG 626还可以被操作以修改编程的调制参数以主动地控制由IPG 626输出的电调制能量的特性。临床医生可以在操作室和后续会话中使用CP 628将调制参数编程到IPG 626和ETM 629中。

CP 628可以经由IR通信链路636或其他链路通过RC 627与IPG 626或ETM 629间接通信。CP 628可以经由RF通信链路或其他链路(未示出)直接与IPG 626或ETM 629通信。由CP 628提供的临床医生所详述的调制参数也可以用于对RC 627进行编程，使得调制参数可以随后通过RC 627在独立模式下的操作来修改(即，无需CP628的帮助)。各种装置可以用作CP 628。这样的装置可以包括便携式设备，诸如膝上型个人计算机、迷你计算机、个人数字助理(PDA)、平板电脑、电话或具有扩展功能的遥控器(RC)。因此，编程方法可以通过执行包含在CP 628内的软件指令来执行。或者，这种编程方法可以使用固件或硬件来执行。在任何情况下，CP 628可以主动地控制由IPG 626产生的电调制的特性，以允许基于患者反馈或其他反馈确定期望的参数，并且随后用期望的调制参数对IPG 626编程。为了允许用户执行这些功能，CP 628可以包括用户输入装置(例如，鼠标和键盘)和容纳在壳体中的编程显示屏幕。除了鼠标之外或者代替鼠标，可以使用其他定向编程装置，例如轨迹球、触摸板、操纵杆、触摸屏或作为与键盘相关联的键的一部分而包括的方向键。可以对外部装置(例如CP)进行编程以提供显示屏，显示屏允许临床医生在其他功能中选择或输入患者简档信息(例如，姓名、出生日期、患者识别、医生、诊断和地址)、输入过程信息(例如，编程/跟踪、植入试验系统、植入IPG、植入IPG和引线、替换IPG、替换IPG和引线、替换或修改引线、外植等)、产生患者的疼痛图、定义引线的配置和取向、启动和控制由神经调制引线输出的电调制能量以及在外科手术设置和临床设置中利用调制参数对IPG进行选择和编程。

外部充电器637可以是用于经由诸如感应链路638的无线链路对IPG进行经皮充电的便携式设备。一旦IPG已经被编程，并且其电源已经由外部充电器充电或以其他方式补充，IPG可以在不存在RC或CP的情况下如所编程的那样起作用。

图7通过示例示出了神经调制引线725和脉冲发生器726的一些特征。脉冲发生器726可以是可植入装置(IPG)，或者可以是外部装置，诸如可以用于在植入过程期间测试电极。在所示的示例中，神经调制引线中的一个具有八个电极(标记为E1-E8)，另一个神经调制引线具有八个电极(标记为E9-E16)。引线和电极的实际数量和形状可以针对预期应用而变化。可植入脉冲发生器(IPG)可以包括用于容纳电子元件和其他部件的壳体。壳体可以由导电的生物兼容性材料(诸如钛)构成，其形成密封隔室，其中内部电子器件被保护免受身体组织和流体的影响。在一些情况下，壳体可以用作电极(例如壳体电极)。IPG可以包括电子组件，诸如控制器/处理器(例如，微控制器)、存储器、电池、遥测电路、监视电路、调制输出电路以及本领域技术人员已知的其他合适的组件。微控制器执行存储在存储器中的适当程序，用于指导和控制由IPG执行的神经调制。根据编程到脉冲发生器中的一组调制参数将电调制能量提供给电极。电调制能量可以是脉冲电波形的形式。这样的调制参数可以包括：电极组合，其定义了被激活为阳极(正)、阴极(负)和关闭(零)的电极；分配给每个电极的调制能量的百分比(细分电极配置)；以及电脉冲参数，其定义脉冲幅度(以毫安或伏特测量，取决于脉冲发生器是否向电极阵列提供恒定电流或恒定电压)、脉冲宽度(以微秒测量)、脉冲率(以每秒脉冲测量)以及突发率(测量为调制开启持续时间X和调制关闭持续时间Y)。被选择来发送或接收电能的电极在本文中被称为“激活”，而未被选择来发送或接收电能的电极在本文中被称为“未激活”。

电调制发生在多个激活电极之间或之中，其中之一可以是IPG的情况。该系统可以能够以单极或多极(例如，双极、三极等)方式将调制能量传输到组织。当在IPG的情况下引线电极中选出的一个被激活时，单极调制发生，使得调制能量在所选电极和壳体之间传输。电极E1-E16和壳体电极中的任何一个可以被分配到多达k个可能的组或定时“信道”。在一个实施例中，k可以等于4。定时信道识别哪些电极被选择以同步地发出电流或吸收电流，以在要刺激的组织中产生电场。信道上的电极的幅度和极性可以变化。具体地，可以在k个定时信道中的任一个中选择电极为正(阳极、发出电流)、负(阴极、吸收电流)或关闭(无电流)极性。IPG可以以传递在治疗上有效的电调制能量并且导致患者感知能量的传递(例如，在治疗上有效减轻疼痛同时有感知到的感觉异常)的方式操作，并且可以以传递在治疗上有效且不导致患者感知能量传递的电调制能量(例如，在治疗上有效减轻疼痛而没有感知到的感觉异常)的亚感知模式操作。

IPG可以被配置为单独地控制流过每个电极的电流的幅度。例如，电流发生器可以被配置为从用于每个电极的独立电流源选择性地产生单独的电流调节幅度。在一些实施例中，脉冲发生器可以具有电压调节输出。尽管期望的是单独可编程的电极幅度以实现精细控制，但是也可以使用跨电极切换的单个输出源，尽管在编程中具有较不精细的控制。可以使用混合的电流和电压调节装置来设计神经调制器。

图8-图11通过示例示出了当电流被细分使得由传递到每个电极的细分电流产生的纵向方向上的电场近似相等时纵向和横向方向上的电场强度的差异。患者脊髓处(特别是在DC纤维处)的电压在纵向方向上近似相等，导致沿着DC大约为零的电压梯度。这可能需要传递到每个电极的不同量的细分电流。校准技术用于确定适当的电流细分。通过将电流细分到电调制引线上的多个电极，可以通过叠加由传递到每个电极的电流产生的场来计算得到的场。此外，每个电场具有纵向分量和横向分量。

图8是植入在患者脊髓840的大致纵向中线上的单个电调制引线839的示意图。应当理解，可以使用附加的引线或引线桨式，例如可以用于提供更宽的电极布置和/或提供更靠近背角元的电极，并且这些电极阵列还可以实现细分电流。图9示出了一个实施例，其中电调制引线941已经相对于脊髓更侧向地植入，由此将其放置在脊髓的背角附近，并且另一个电调制引线942已相对于脊髓更中间地植入，从而将其放置在脊髓940的背柱附近。相对于DC更接近DH的引线的放置可能是期望的，以相对于DC神经元而优先地刺激DH元以用于亚感知治疗。也可以使用任何其他多个引线或多列桨式引线。电场的纵向分量沿着图8中所示的y轴定向，并且电场的横向分量沿着图8中所示的x轴定向。

图10是电调制引线1043的示意图，其示出了传递到电调制引线上的电极的阳极电流的细分的示例。这些图示出了使用单极调制的细分，其中IPG的壳电极是唯一的阴极，并且承载100％的阴极电流。图10所示的阳极电流的细分不向每个电极1044传递相等量的电流，因为该实施例考虑电极/组织耦合差异，其是每个电极下面的组织如何对电调制作出反应的差异。此外，电调制引线的该部分的端部包括在纵向方向上具有较低梯度的电极。电场的幅度在电调制引线的端部处逐渐变小。控制到电极的电流的细分，使得在电调制引线的中间部分中的每个电极下面的组织与电调制大致相等地反应，或消除每个电极下面的组织激活。然而，所得到的细分不相等。在图10所示的实施例中，到中间电极的电流的细分从10％变化到18％，反映了这些电极下面的组织中的变化。跨电调制引线的细分可以以任何方式变化，只要细分电流的总和等于100％即可。本文描述的各种实施例实现编程算法以确定适当的细分以实现期望的调制场特性(例如恒定电场或恒定电场幅度或恒定电压)。

图11通过示例示出了沿着电调制引线的轴线的纵向方向上的梯度的示意图。在电调制引线1143上的电极1144的示意性表示上方绘出纵向方向上的电场强度1145。图11的图示示出了电场强度在电调制引线的中间部分上大致恒定，但是由于引线中的电极之间的间隙，可以形成具有非常小的幅度的波。该大致恒定的电场形成小的纵向梯度，其使背柱中的大的有髓轴突的激活最小化。图11还示出了在电调制引线的端部处逐渐变小的纵向方向上的电场。

图12通过示例示出了横向方向上的梯度的示意图。横向方向上的横向电场强度1245绘制在患者的电调制引线1243和脊髓1240的示意性表示上方。图12中的图示示出了横向电场强度在电调制引线附近最大并且在电调制引线的侧面下降。使用额外的调制引线来加宽电极阵列可以用于提供期望的细分，以便还提供沿着横向方向一定距离的大致恒定的电场的区域。相比于背柱神经元，大致恒定的电场更有利于背角和/或背根神经元的调制。

图13A-图13C和图14A-图14C通过示例示出了神经调制引线，其中电极可以采取围绕神经调制引线周向和轴向设置的分段电极的形式。通过非限制性示例，每个神经调制引线可以携带十六个电极，布置为四个电极环(第一环由电极E1-E4组成；第二环由电极E5-E8组成；第三环由电极E9-E12组成；第四环由电极E13-E16组成)或四个电极轴列(第一列由电极E1、E5、E9和E13组成；第二列由电极E2、E6、E10和E14组成；第三列由电极E3、E7、E11和E15组成；第四列由电极E4、E8、E12和E16组成)。引线和电极的实际数量和形状可根据预期应用而变化。

SCS系统可以用于使用具有不同取向的电场向患者的脊髓传递电能，这也如图13A-图13C和图14A-图14C大致所示。可以选择电场的取向以针对DH元的不同方向/取向。为了在不同的中间-横向方向上产生电场，电极可以在径向方向上具有不同的电流细分。尽管如上所述，期望的是电场相对于刺激DC元而优先刺激DH和/或DR元，但是电场仍然可以在不同的喙尾方向上取向(即，如投影在通过脊髓的纵向平面上的电场的方向)，尽管优选地不处于将导致感觉异常感知的取向。为了在不同的喙尾方向上产生电场，电极可以在纵向方向上具有不同的电流细分。

SCS系统可以被配置为传递不同的电场以实现DH元中的调制的时间求和。可以逐脉冲地分别产生电场。例如，在脉冲波形的第一电脉冲期间，可以由电极(使用第一电流细分)产生第一电场，在脉冲波形的第二电脉冲期间，可以由电极(使用第二不同电流细分)产生第二不同电场，在脉冲波形的第三电脉冲期间，可以由电极(使用第三不同电流细分)产生第三不同电场，在脉冲波形的第四电脉冲期间，可以由电极(使用第四不同电流细分)产生第四不同电场等等。这些电场可以在定时方案下旋转或循环多次，其中每个场使用定时信道来实现。电场可以以连续脉冲率产生，或者可以突发和突断。此外，电场周期期间的脉冲间间隔(即，相邻脉冲之间的时间)、脉冲幅度和脉冲持续时间可以是均匀的或者可以在电场周期内变化。

实施例修改传递到每个电极的细分电流，以最小化纵向方向上的电场梯度，从而使DC元的激活最小化。最小化DC元的激活可以包括基于模型的计算，其中该模型包括来自校准的信息。离散激活函数可以通过以下公式计算：AF(n)＝Ga/(π×d×1)×[Ve(n-1)-2Ve(n)+Ve(n+1)]，其中Ga是轴突模间电导，d是轴突直径，l是兰氏结的长度，Ve(n)是在确定激活函数的节点处的电场强度，Ve(n-1)是在确定了激活函数的节点之前的节点处的电场的强度，Ve(n+1)是在确定激活函数的节点之后的节点处的电场的强度。使用该公式，离散激活函数由标准化到兰氏结的表面区域的电导来计算。

调制阈值在患者之间和患者内的电极之间变化。可以执行电极的电极/组织耦合校准以考虑这些不同的调制阈值并且提供电极之间的电流的更精确的细分。例如，感知阈值可以用于将电极标准化。RC或CP可以被配置为一旦患者感知到感觉异常，则提示患者致动控制元件。响应于该用户输入，RC或CP可以被配置为通过存储当控制元件被致动时传递的电脉冲串的调制信号强度来响应该用户输入。其他感测的参数或患者感知的调制值(例如，恒定感觉异常或最大可容忍感觉异常)可用于提供电极的电极/组织耦合校准。这些感测的参数或患者感知的调制值可以用于通过使离散激活函数的平方和除以电调制引线上每个电极处的确定值(例如感知阈值)最小化来估计当前细分。对离散激活函数或来自电场的任何驱动力求平方消除了去极化场和超极化场的差异。导致最小化和的当前细分使纵向方向上的场梯度最小化。

本文的其余部分讨论了涉及增强调制场(例如亚感知调制场)的有效性的各种实施例、涉及用于传递调制场(诸如亚感知场)的电极选择和精化的各种实施例、以及涉及亚感知调制的校准的各种实施例。这些实施例可以单独实现，或者可以以各种组合来实现。这样的组合可用于越过DC组织而传递DH或DR组织的亚感知调制。然而，一些实施例可以用于传递其他调制治疗。

增强型调制场

脊髓区域中的神经组织具有不同的特性。例如，DC纤维(大部分是有髓轴突)沿轴向延伸，而DH(例如神经元细胞末端、神经元细胞体、树突和轴突)纤维在许多方向上定向。从典型放置的硬脊膜外SCS引线到DH纤维的距离不同于这些引线到DC纤维的距离。此外，DH纤维和背柱纤维对电调制具有不同的响应(例如，激活函数)。DC纤维和神经元的调制强度(即去极化或超极化)由所谓的“激活函数”描述，其与沿着脊柱的纵轴的电压的二阶空间导数成比例。这部分地是因为DC中的大的有髓轴突主要沿着脊柱纵向地排列。另一方面，在DH纤维和神经元中产生动作电位的可能性通过与沿着脊柱的电压的一阶空间导数(其另外被称为电场)成比例的激活函数来描述。因此，DH激活函数与沿纤维轴线的电压的一阶导数成比例，而DC激活函数与沿纤维轴线的电压的二阶导数成比例。因此，离电场轨迹的距离影响DH激活函数小于其影响背柱激活函数可以通过使由神经调制引线沿着DC产生的电场的纵向梯度最小化来相对于DC神经元而优先地刺激DH中的神经元(例如，神经元、树突、轴突、细胞体和神经元细胞末端)，从而以疼痛缓解的形式提供治疗而不产生感觉异常的感受。该技术至少部分依赖于DH纤维和DC纤维对电调制具有不同响应(激活函数)的自然现象。

用于增强调制场的各种实施例选择性地越过DC组织而调制DH和/或DR组织。常规SCS激活DC纤维轴突，并且动作电位的顺向传播诱导脑中感觉异常的感知，动作电位的到结束于DH中的纤维侧枝和末端的逆向传播引发DH中的疼痛控制机制。各种实施例使刺激场成形，以优选地刺激结束于DH和/或DR中的纤维末端，以提供疼痛缓解而不引起感觉异常。例如，电压的一阶梯度的均匀性(即电场均匀性)在刺激DH纤维末端和/或刺激DR纤维方面可能更有效。跨越较大场的均匀性可以消除对搜索最佳刺激部位并且产生更宽的疼痛覆盖面的需要。例如，均匀性可以在电极布置内的两个或更多个电极之间或之中延伸。在其他示例中，均匀性可以在电极布置内的三个、四个、五个、六个或更多个电极中延伸，以消除对搜索最佳刺激部位和产生更宽的治疗覆盖面的需要。因此，均匀性在引线的主要部分上延伸。一些实施例被配置为确定调制参数集以产生场形状，以提供宽且均匀的调制场，从而增强目标神经组织(例如DH组织或DR组织)的调制。一些实施例被配置成确定调制参数集以产生场形状，以减少或最小化非目标组织(例如，DC组织)的调制。本文公开的各种实施例涉及成形调制场以增强一些神经结构的调制并减少其他神经结构处的调制。可以通过使用多个独立电流控制(MICC)或多个独立电压控制来使调制场成形，以引导多个电极中的电流细分的估计，并且估计提供期望强度的总幅度。例如，调制场可以成形为增强DH神经组织的调制并使DC组织的调制最小化。MICC的益处是MICC考虑在每个单独触针处的电极-组织耦合效率和感知阈值中的各种因素，使得消除“热点”刺激。

调制场可以成形为在选定方向上在DH组织处提供恒定电场(E)。在任何方向上在DH处的电场(E)是标量势场(V)在该方向上的负梯度(负变化率)。由于场叠加的线性，可以形成传递函数以估计来自位于(x0，y0，z0)的单个电极的单元电流在所选方向上感生的EDH(x，y，z)，总E场是由当前细分加权的由来自每个有源电极的电流感生的E场的线性组合。在一个示例中，调制场可以是沿着DC组织的恒定V场。

由于场叠加的线性，可以形成传递函数以估计由来自位于(x0，y0，z0)的单个电极的单元电流在所选方向上感生的VDC(x，y，z)，总V场是由电流细分加权的由每个有源电极的电流感生的V场的线性组合。

各种实施例预测幅度。例如，DC处的目标V幅度或DH处的目标E幅度可以被确定为在某些调制配置(单极、双极或三极等)下电流(Ith)的感知阈值的百分比。例如，可以使用来自所选电极的单极Ith(或者在Ith的期望百分比之下)的数学模型，将DH的所选位置处的一组V幅度估计为Vtarget。当电流在多于一个电极中细分时，总幅度可以被估计为从电流细分的组合最大地近似Vtarget的一个。经验方法可以估计期望细分下的Ith并向下调整幅度。

图15通过示例示出了用于确定细分以实现目标函数的实施例。目标函数是指具有用于调制目标组织的期望特性的函数。目标函数也可以被称为目标指向函数(objectivetarget function)。针对给定体积的组织来识别宽且均匀的调制场的目标函数1546。目标函数的示例包括恒定E(电场)、恒定|E|(电场幅度)和恒定电压。还识别引线和电极配置1547以及电极组织耦合的校准1548。执行取决于目标函数、引线以及电极配置和校准的函数1549。该函数的结果是每个电极的调制能量(例如电流)的细分1550，以实现目标函数。

图16通过示例示出了用于确定细分以实现具有更多细节的目标函数的实施例。提供目标指向函数1646(例如恒定E)作为过程的输入。该过程的其它输入包括配置选项1651、引线配置1652和电极触针状态1653以及阈值1654，例如电流阈值或更具体地单极电流阈值。引线配置1652和触针状态1653识别电极布置，识别每个电极的位置以确定场。总场是来自每个电极的叠加场。配置选项1651涉及单极(对于所有激活的电极具有相同的极性)和多极选项(场中组合的阳极和阴极)。阈值用于补偿电极/组织耦合差异。

可以根据引线配置和触针状态自动或手动确定1655用于刺激的触针。所选场模型可以用于估计由来自触针的单元电流感生的场1656。使用阈值校准场1657。例如，可以对单元电流场进行加权。基于所选触针形成组成力(constituent force)1658，并且构造转移矩阵1659以用于使用来自组成源的贡献并使用指定的目标场1660来计算最小均方解1661。该解可以用于计算每个触针1662上的电流细分。

图17通过示例示出了可以在CP或其他外部装置的GUI中提供的编程界面。该界面此外还可以用于识别电极布置1763。此外，如在屏幕的左下部分处大体示出的，接口可以用于识别专用于一定量组织的目标函数(例如，DH处的恒定E、DH处的恒定|E|或DC处的恒定激活函数AF或恒定电压)1764和电极配置(例如单极或多极)1765。可以识别用于提供目标指向函数的电极的细分电流，诸如在1766处所示的。此外，接口可以提供目标和最终目标函数1767的视觉表示以及场的相对位置(例如，电极触针)的表示。例如，视觉表示可以包括二维场1768的表示、沿着DC和DH 1769的电压喙尾的表示、沿着DC 1770的激活函数(AF)以及沿着DH 1771的目标和最终E场(dV)/dx。例如，沿着DC的AF沿着电极布置的主要部分非常低，因此指示DC中的传入纤维没有被调制场调制。然而，横向(X方向)上的E场对于电极布置的主要部分沿着DH是均匀的，因此指示该场在沿着电极布置的主要部分调制DH和/或DR神经元组织时是大致均匀的。图18通过示例示出了引线的等电位电压线(例如在1769中绘出)以及引线和背角的表示；图19-图20通过示例示出了大致均匀的电场(例如在1771中绘出)，以及引线和背角的表示。

各种实施例提供一种用于使用激活函数调制一定量组织的方法，其中所述方法包括选择调制场以调制所述一定量组织，包括选择调制场的目标函数，其专用于所述一定量组织和所述一定量组织的激活函数。调制场的目标函数促进所述一定量组织中的调制响应的均匀性。可以使用利用所选目标函数的所选调制场来调制所述一定量组织。目标函数可以是调制DH组织和/或DR组织的目标函数。这种目标函数的示例包括恒定E目标函数或恒定|E|目标函数。目标函数可以是恒定激活函数。目标函数可以是调制DC组织的目标函数。这种目标函数的示例包括恒定激活函数，例如恒定电压，以抑制背柱组织内的动作电位。所选目标函数可以包括DH目标函数和DC目标函数。根据一些实施例，所述一定量组织具有用于与电调制参数的n阶空间导数成比例的电调制参数的激活函数。可以选择调制场的目标函数来为电调制参数的n阶空间导数提供恒定的目标函数，以促进所述一定量组织中的调制响应的均匀性。可以确定每个激活的触针的细分值，以向选择的调制场提供所选目标函数。使用利用所选目标函数的所选调制场来调制所述一定量组织包括使用针对利用所选目标函数传递所选调制场的每个电极的细分值。

各种实施例提供一种用于利用激活函数调制一定量组织的方法。该方法可以包括选择调制场以调制所述一定量组织，其中选择调制场包括选择调制场的目标函数，其专用于所述一定量组织和所述一定量组织的激活函数。用于调制场的所选目标函数促进所述一定量组织中的调制响应的均匀性。针对每个有源触针确定细分值，以向所选调制场提供所选目标函数。可以使用利用所选目标函数的所选调制场来调制所述一定量组织。每个有源触针的细分值可以通过使用电场模型估计每个有源触针的单元场来确定，所估计的单元场是当相应的有源触针被能量单元供能时感生的场，确定加权单元场，包括确定每个有源电极的感知阈值，以及使用相应的感知阈值校准每个有源电极的估计单元场，形成有源触针的组成源，每个组成源包括提供源(source)的电触针以及提供宿(sink)的另一个电触针，使用用于组成源的加权单元场来构造转移矩阵，求解来自每个组成源的贡献以提供所选调制场，以及从用于组成源的解计算每个有效触针的细分值。有源电极可以选自至少一个引线上的多个电极。

系统可以用于实现这些方法中的任何一种。这种系统的示例包括：在至少一个引线上的电极，其被配置为可操作地定位以用于调制一定量神经组织；以及神经调制发生器，其被配置为使用至少一些电极在所述一定量组织内产生调制场。神经组织具有激活函数。激活函数表示神经组织对调制场的响应。神经调制发生器被配置为使用编程的调制参数集来传递能量，以沿着至少一个引线在所述一定量神经组织内产生调制场。编程的调制参数集具有被选择为控制能量传递以实现专用于所述一定量神经组织的激活函数的目标函数的值，以促进对沿至少一个引线的跨度的所述一定量神经组织中的调制场的响应的均匀性。该系统可以包括可植入装置和外部系统，其中可植入装置包括神经调制发生器。外部装置可以被配置为对神经调制发生器进行编程。外部装置可以包括被配置为使得用户能够选择目标函数的用户界面。用户界面还可以显示电极的表示和用于目标函数的调制场。

各种实施例使用空间和时间技术增强DH组织或神经根组织的调制。DH组织作为示例描述如下。DH组织的优先接合可以促进疼痛缓解而不需要调制所诱导的感觉。空间技术提供具有恒定场的DH调制(例如，一定量DH组织中的近似恒定的电场)。例如，选择电极，并且可以将电极极性和强度设计为沿着整个电极或者被认为对于治疗重要的阵列的部分的表面DH(例如Rexed分层I-III或IV)中近似恒定。DH中的轴突末端被认为是电场附近最可激发和可能最可激发的神经元之一。时间技术提供突发中的DH以增强DH中激发的轴突末端的有效性。猫脊髓腹角中的数据表明，在时间上接近的连续脉冲特别有效地作为激发末端，并且以将阈值降低～4X的4个脉冲的突发(约500Hz的突发内频率；Gustaffson等人，1976)来显示这一点。以连续高速率(等于或大于几百Hz)的脉冲传递也可以有效地激发末端，但预计突发是有效的。

图21通过示例示出了被配置为优先接合DH组织的系统。所示系统2172包括电极2173、神经调制发生器2174和控制器2175。神经刺激发生器2174被配置为使用编程的调制参数集2176来相对于DC组织而优先调制DH组织。例如，如上所述，编程的调制参数集可以被配置为促进DH组织中的调制场的均匀性。调制场是向量并且取决于选择性取向。调制可以被配置成促进多于一个取向上的均匀性。作为示例，可以使用分段引线来促进多于一个取向上的均匀性。例如，编程的调制参数集可以被配置为提供恒定的E场或恒定|E|场，以优先接合DH组织。控制器2175可以用于传递编程的调制参数集的脉冲串2177。脉冲串包括至少两个脉冲，也可以被称为脉冲突发。这些突发被认为增强了DH中末端的激发，因此可以用于相对于DC组织进一步增加调制DH组织的选择性。

图22通过示例一般地示出了脉冲串。根据一些实施例，每个脉冲串的持续时间2278小于100ms。例如，在一些实施例中，每个脉冲串的持续时间2278大于2ms并且小于50ms。连续脉冲串之间的时间2279可以大于每个连续脉冲串的持续时间2278。每个脉冲串可以小于10个脉冲。脉冲串的脉冲间持续时间2280可以在2ms到5ms的范围内。

由于DH中的神经元在神经活动中具有变体空间分布、取向、对准和变体时间反应，单一固定调制范例可能不被优化以最大化治疗效果。提供各种实施例以创建变化和模式化的调制场。例如，各种实施例可以改变用于传递调制的引线几何形状，使用定向引线来改变电流传递的径向方向，并且因此改变沿着DH的V和E场分布(参见例如图13A-图13C和图14A-图14C以及相应的描述)。各种实施例可以使用模式化的调制串。模式化的刺激串可以包括各种模式的脉冲和各种脉冲形状(例如，矩形、正弦曲线等)。各种实施例使用空间模式。例如，调制可以在两组或三组或更多组调制电极之间交替。在另一示例中，多个场可以用于改变调制的空间模式。各种实施例使用时间模式。例如，一些实施例实现彼此异相(即，非同步)的多个信道以提供调制的模式。一些实施例交织多个信道调制，其中信道对于诸如幅度、脉冲宽度、重复速率或突发模式之类的参数具有至少一个不同的调制参数值。因此，可以通过在两个信道之间或在多于三个信道之间切换来改变调制参数值(例如，幅度、脉冲宽度、重复速率或脉冲模式)。一些实施例对调制中的脉冲进行调制。例如，可以调制幅度、速率或脉冲宽度中的一个或多个以提供模式中的时间变化。一些实施例以模仿人体的自然响应的方式修改脉冲串。各种实施例改变空间和时间模式两者。

电极跨度选择和精炼

亚感知调制可能对用于选择和精炼用于传递调制的电极提出一些挑战。例如，常规SCS可以简单地尝试提供小的目标刺激以调制DC并引起感觉异常。可以调整常规SCS的调制以在疼痛区域上映射感觉异常。然而，患者不会察觉到用于亚感知调制的调制能量的传递。

用于亚感知调制的编程算法可以预选沿着喙尾方向的所有可用触针作为阴极(或阳极)以传递DH调制。然而，这种宽跨度选择的结果是伴随可能传递过多的调制的较高的功率要求。期望在不损害治疗结果的情况下使用选择定制的较小的喙尾跨度的算法来减少功率需求。

各个实施例从全部引线开始，然后使用搜索算法来减小跨度并提高能量效率。这可以从RC或CP、或在具有RC反馈的IPG中完成。所提出的算法可以依赖于指示调制的有效性的某种反馈形式。例如，患者可以提供关于疼痛缓解的反馈。反馈还可以提供生物标记信号。

系统可以包括确认沿着全部引线的调制是有效的并且然后沿着引线的一部分聚焦调制的特征。因此，例如，可以沿着引线的该较小部分提供大致均匀的调制场。该场仍然是宽的，因为其会跨越具有多个电极触针的区域而提供，但是其小于使用引线上的电极阵列的整个电极布置。

各种实施例可以提供包括二叉搜索特征的喙尾聚焦特征。二叉搜索特征将来自电极全集的电极的引线或阵列分割成定义了部分引线搜索区域的至少两个电极子集。二叉搜索特征可以确认沿着全部引线的调制是有效的。

图23通过示例示出了二叉搜索特征作为喙尾聚焦特征的方面。使用第一子集可以测试定义第一部分引线搜索区域的电极的第一子集，以确定调制是否有效2381。如果它是有效的，则可以使用定义第一部分引线搜索区域的电极的第一子集来传递调制2382。如果它不是有效的，则可以测试定义第二部分引线搜索区域的电极的第二子集，以确定电极的第二子集是否有效2383。如果它是有效的，则可以使用定义第二部分引线搜索区域的电极的第二子集来传递调制2382。如果它不是有效的，则可以测试定义第三(或第n)部分引线搜索区域的电极的第三(或第n)子集，以确定电极的第三(或第n)子集是否有效2384。如果它是有效的，则可以使用定义第三(或第n)部分引线搜索区域的电极的第三(或第n)子集来传递调制2382。如果它不是有效的，则二进制搜索过程可以在2385返回先前被确定为有效的电极的完整列表。电极的子集中的至少一些可以彼此排斥。电极的子集中的至少一些可以彼此相交。在一些实施例中，至少两个子集是排他的，并且至少一个子集具有与另一个子集的交集。

图24示出二叉搜索特征的示例。引线具有全跨度2486，其可以被分成三个部分引线搜索区域2487、2488和2489，每个部分搜索区域包括电极的相应子集。通过示例而非限制，电极的第一和第二子集2487和2488可以是相互排斥的，并且第三子集2489可以包括与第一子集的交集，并且还可以包括与第二集的交集。在示例中，全部引线可以分叉以在引线的第一侧上(例如，电极阵列的左端到中间)提供第一部分引线搜索区域2487，并且在引线的第二侧上(例如电极阵列的右端到中间)提供第二部分引线搜索区域2488。第三部分引线搜索区域2489可以部分地与第一和第二部分引线搜索区域中的每一个重叠。因此，部分引线搜索区域可以定义引线的第一端区域、第二端区域和中间区域。

图25A-图25C通过示例示出了边缘搜索特征作为喙尾聚焦特征。边缘搜索特征将阵列中的有源电极的每个边缘逐渐向中间移动，并确认调制对于移动仍然有效。因此，第一边缘可以朝向中心移动，直到朝向中心的下一个移动导致调制无效；并且第二边缘可以朝向中心移动，直到朝向中心的下一个移动导致调制无效。

例如，边缘搜索特征可以包括选择用于移动的电极布置(例如，阵列)的边缘2590。所选边缘可以是图25B中所示的两个边缘2591A或2591B中的一个。然而，如果多于两个区域正被聚焦，则可以存在多于两个边缘。所选边缘朝向感兴趣区域的另一边缘向内移动2592。如果减小的电极集不再在治疗上有效2593，则可以撤消先前的移动，并且可以设置该边缘，使得不再能够选择该边缘用于移动2594。该过程可以返回到2590以尝试移动其他边缘。如果减少的电极集继续是在治疗上有效的2593，则过程返回到2590，以继续移动边缘，直到所有边缘都被设置的时候为止2595。电极的最终缩小集2596可以被使用2597来传递调制能量。

根据各种实施例，被编程的系统可以被配置有神经调制聚焦特征，例如喙尾聚焦特征，以允许用户选择期望的电极用于神经调制以更加专用于期望的生理区域。一些实施例可以允许随后非连续跨度被选择作为初始编程和/或神经调制精炼的结果。

图26通过示例示出了根据各种实施例的用于选择电极跨度的方法。在2698处接收对期望电极列表的用户提供的选择。列表可包括所有电极或可仅包括一些电极。这可以使用诸如RC或CP的外部装置来接收。外部装置可以具有图形用户界面以提供可用于选择的电极的图示。然后可以使用期望电极列表内的电极来调制目标神经组织2699。例如，调制可以是亚感知调制治疗。目标神经组织可以是DC组织、DR组织或DH组织中的一种或多种。亚感知调制治疗可以在等于或高于1500Hz的频率下传递，以避免感觉异常。亚感知调制治疗可以以较低频率(例如在1200Hz下、在1000Hz下或在500Hz下)传递并传递以相对于DC组织而优先刺激DR组织和/或DH组织。通过使用减少的电极列表，可以降低功率需求而不损害治疗效果。

图27通过示例示出了用于进一步精炼期望的电极列表的方法。可以在用户提供的期望电极列表上实现精炼算法(例如，二叉搜索或边缘搜索)，以提供候选电极列表2701。可以测试候选电极列表的治疗效果，其可以包括接收用户提供的反馈或生物标记反馈2702。可以基于使用反馈确定的治疗效果来选择候选电极列表中的一个2703。

图28通过示例示出了诸如可以被实现为接收用户提供的电极列表的选择的系统。所示系统2804包括被配置为可操作地定位以用于调制目标神经组织的电极2805的布置、被配置为使用电极布置内的至少一些电极来产生调制场的神经调制发生器2806、被配置为接收用户提供的选择的通信模块2807、和控制器2808。控制器2808可以被配置为使用通信模块2807来接收用户提供的对期望电极列表的选择2809。电极列表识别电极布置内的可用于调制目标神经组织的电极。控制器2808可以控制神经调制发生器以产生调制场，并且使用在电极列表中识别的电极来调制目标神经组织。调制可以是亚感知调制。神经调制发生器可以使用调制参数集，以使用在电极列表中识别的电极的缩减子集来促进目标组织内的调制场的均匀性。控制器可以被配置为实施精炼算法(例如，二叉搜索和/或边缘搜索)以进一步减少电极列表。该系统可以包括反馈模块，以接收关于至少一个候选电极列表的治疗效果的反馈。反馈模块可以被配置为接收关于减轻疼痛的治疗有效性的用户提供的反馈。另外或可替代地，反馈模块可以被配置为检测关于治疗有效的生物标记信号。

亚感知调制的校准

亚感知调制还可能对于校准调制治疗提出一些挑战，因为患者不感知调制能量的传递。校准可以包括传感器，例如在2015年9月23日提交的美国临时申请No.62/054,076中讨论的，并且通过引用将其全部内容并入本文。传感器的示例包括定量感觉测试(QST)、脑电图(EEG)、皮质电图(ECoG)、漫射光学成像、功能磁共振成像(fMRI)、轴突中的局部场电位(LFP)和轴突中的诱发复合动作电位(eCAP)。

亚感知调制的校准可以使用患者感知以及将调制场移动通过一定量目标组织内的位置的自动或半自动场拖捕。亚感知编程算法可以使用关于作为电极位置的函数的相对激发阈值的信息。如果感觉是可用的，则可以使用复合动作电位(例如在背柱中感觉到的复合动作电位)。在没有感觉的情况下，校准需要用户反馈。然而，在标准SCS编程会话中的手动校准太慢。

各种实施例沿着引线自动地拖捕调制场。可以指示患者使用患者输入来将感知调制的强度保持恒定，以调整调制的调制强度(例如，幅度、脉冲宽度等)。可以指示患者将感知的调制的强度保持在感知阈值或者更高的感知水平(例如刚好低于患者容忍感知调制的能力)，或者处于另一感知水平。患者输入可以是各种输入类型，诸如但不限于显示在触摸屏上的对象、按钮、拨号盘和幻灯片。

调制场的拖捕可以是自动的或通过患者控制。候选拖捕算法包括单极拖捕(阳极或阴极)或双极拖捕或多极拖捕。拖捕可以利用MICC或多个独立的电压控制、或者利用定时信道交织技术来完成。MICC使得调制的轨迹能够沿着引线或在电极阵列内逐渐移动而过。定时信道的交织允许不同定时信道中的不同电极。可以调整定时信道中的刺激参数(例如，幅度)的值。因此，通过示例而非限制，如果使用第一信道中的第一电极传递单极调制，并且使用与第二信道中的与第一电极相邻的第二电极传递另一单极调制，则单极调制的幅度可以递增地减小，因为单极调制的幅度可以在第二信道中增加。在这种情况下，调制的轨迹可以逐渐减小。

一些实施例可以提供阈值校准自动化模式。可以产生调制场，并且可以指示患者获得感知阈值，并且可以给予患者控制以选择幅度的自动增加或减小并且在幅度达到感知阈值时进行标记。在一些实施例中，在系统将用户保持在为系统定义的强度-持续时间曲线的内部的同时，可以在拖捕例程期间向患者给予调整电流幅度和脉冲宽度的控制。感知阈值的标记可以使得装置自动切换到下一个电场。

引起沿引线或调制电极阵列内的患者感知的恒定水平或范围的强度数据(例如，幅度值)可直接使用或在模型中使用(以平滑、消除偏离点等)来估计作为沿着引线的位置的函数的相对激发。

该校准数据可以被输入到调制算法中，并且限定了场。也可以使用手动模式，其中在每次标记之后，一些实施例可以将下一个配置保持在与先前配置相同的幅度，允许用户调整到感知阈值。一些实施例可以在拖捕进行到感兴趣的下一个位置(例如电极)时减小电流。电流减小可以是先前电流的一部分。可以选择所述一部分以将电流减小到可能恰好低于阈值感知的水平，使得可以实施向上滴定例程以快速找到感知阈值。通过示例而非限制，所述一部分可以在先前电流的50％和99％之间。可以通过用户切换配置的选择来使得配置之间的切换自动化或半自动化。

图29通过示例示出了可以用于实现场拖捕的系统的示例。诸如CP或RC的外部装置2910可以由用户(例如临床医生或患者)使用以输入患者对调制场的感知。外部装置可以包括具有GUI元素的图形用户界面(GUI)2911以实现校准。这些GUI元素可以包括：启动自动化拖捕的按钮或控件2912；在图形引线参考上以指示引线的什么部分进行拖捕的图形指示器2913；用于示出在自动拖捕期间场在引线上的位置的图形指示器2914；来自自动拖捕(所产生的实时或后续屏幕)的用户选择的幅度的图形指示器2915；校准模型的图形指示器(如果使用模型)2916；设置或修改自动拖捕的速度(可以是定量的——例如秒数，或定性的——例如慢速、中速、快速)的控件2917；在自动拖捕中设置一个或多个暂停的能力(例如，在触针处保持该场几秒钟以在那些点处获得更多数据或者利用手动输入控制跳转到下一个自动拖捕位置)2918。所示系统还包括调制装置2919和电极布置2920，用于产生和移动一定量目标组织内的调制场。可以根据用户输入来增大或减小电流的幅度。

图30通过示例示出了在执行场拖捕时使用的外部装置的GUI的示例。GUI可以提供引线3021或电极布置或目标组织的图示。GUI可以提供调制场3022的位置的实时或接近实时的指示器。该位置可以是与所示的引线或所示的电极布置或所示的目标组织的相对位置。用户可以使用GUI来为感兴趣的区域设置拖捕3023和/或暂停点3024的边界，以允许收集附加数据。例如，可以通过拖放来控制这些点。GUI可以允许用户选择校准3025的速度。通过示例而非限制，用户可以选择预定速度(例如慢速，在60秒内完成校准；中速，在40秒内完成校准；或者快速，在20秒内完成校准。)GUI可以允许用户提供自定义速度。例如，GUI可以允许用户选择用于校准的快速限和慢速限之间的任何速度。

各种实施例使用在至少一个引线上的电极布置来拖捕调制场通过神经组织位置，并且在调制场被拖捕通过这些位置时执行多次标记过程。标记过程识别调制场何时提供患者感知的调制。标记过程可以包括接收标记信号，该标记信号指示调制强度实现了患者感知刺激，并且响应于接收到标记信号来存储影响调制强度的调制场参数数据。调制强度可以包括影响患者对调制能量的感知的调制参数。这些参数可以包括脉冲宽度、速率、幅度、电流分布和电极极性(阴极对阳极)。感觉异常是患者可以感知调制能量的方式的一个示例。通过示例而非限制，调制场参数数据可以存储在临时存储器中(例如但不限于高速缓存或RAM)或在永久/持久存储器中(例如但不限于ROM、存储器设备，诸如硬盘驱动器、光盘、拇指驱动器或云存储)。

调制参数值可用于估计作为神经组织位置的函数的神经组织的相对激发。估计的相对激发可以用于对将通过电极布置中的一个或多个电极传递的调制能量进行编程。

标记过程可以包括接收对调整调制强度的指令进行指示的滴定信号，响应于接收滴定信号来调整调制强度，以及接收对调整后的调制强度实现了患者感知的调制进行指示的标记信号。滴定信号可以由患者或临床医生或由响应于患者响应的其他用户启动。在接收到标记信号之后，随后的标记过程可以以调整后的调制强度开始。随后的标记过程可以包括响应于接收到后续滴定信号随后对调整后的调制强度进行调整，以及接收对随后调整的调制强度实现了患者感知的调制进行指示的后续标记信号。

一些系统实施例可以包括可植入装置和外部装置。可植入装置可以包括神经调制发生器、通信模块、存储器和控制器。外部装置可以被配置为向可植入装置发送命令并提供图形用户界面。图形用户界面可以被配置为：提供电流幅度控制，其被配置为在拖捕例程期间调整电流幅度；或者提供电流和脉冲宽度控制，其被配置为在拖捕例程期间调整电流幅度和脉冲宽度。该系统可以被配置为将用户保持在为系统定义的强度-持续时间曲线内。图形用户界面还可以提供以下控件中的任何一个或任何组合：被配置成启动拖捕例程的拖捕开始；速度控件，其被配置为设置或修改在拖捕例程期间改变位置的速度；分辨率控件，其用于指定拖捕的步长；或暂停控件，其被配置成在拖捕例程中设置一个或多个暂停。图形用户界面还可以或可选地提供以下中的至少一个：图形引线指示器，其被配置为指示电极阵列的一部分在拖捕例程期间拖捕；或图形场指示器，其指示在拖捕例程期间的场的位置。图形场指示器还可以指示在拖捕例程期间在不同位置中的场的范围。

滴定信号可以包括由用户手动启动的手动启动滴定信号。或者或另外地，滴定信号可包括自动提供的信号以自动调整调制强度。自动提供的信号可以由编程的指令控制，以根据调度时间或在定时器期满之后或在接收到标记信号之后自动调整调制强度。该系统可以被配置为接收用户提供的停止调制强度的自动调整的命令。

拖捕调制场可以包括自动移动调制场。例如，当倒计时定时器期满同时调制强度被调整时，可以产生标记信号。在一些实施例中，倒计时定时器可以由用户扩展和/或由用户加速以立即进行到下一个拖捕位置。倒计时定时器可以具有不同的持续时间，以在拖捕位置中的感兴趣点处提供较长的持续时间，并在其他拖捕位置处提供较短的持续时间。倒计时定时器可以使用定时器时钟或使用诸如进度条、颜色梯度、显示强度等级等的其他指示器来显示给用户。拖捕调制场可以包括患者控制的调制场的移动，或者在半自动拖捕中的自动和患者控制的一些组合。

拖捕调制场可以包括移动单极调制场，其中，壳体电极被配置为阳极，并且电极布置内的电极被配置为阴极，或者壳体电极被配置为阴极，并且电极的布置内的电极被配置为阳极，或者电极布置内的电极被配置为阳极或阴极。然而，本主题不限于单极调制，因为可以使用双极或多极调制来将场拖捕通过目标组织的位置。拖捕调制场可以包括改变电极布置内的电极的细分电流值，以将调制场移动通过神经组织位置。拖捕调制场可以包括使用至少一个定时信道来向患者产生至少两个不同的场。存储的调制参数数据可以直接用于估计作为神经组织位置的函数的神经组织的相对激发。在一些实施例中，实施模型以使用存储的调制场数据作为模型的输入来估计相对激发。

患者对调制的感知，例如感觉异常，可以用于校准亚感知治疗。例如，可以增加脉冲幅度以实现感觉异常或所传递的调制能量的另一患者感知的指示器。其他患者感知指示器的示例可以包括温度、本体感受、一般不适、压力、瘙痒、拉扯、振动等。该系统可以被配置为使用用于患者感知调制的阈值或用于患者容忍调制的阈值或调制强度的另一感知范围来校准亚感知治疗。可以采用作为患者感知电流的一部分的幅度来对调制装置编程。然而，对于小脉冲宽度程序，实现感觉异常所需的幅度通常高于可植入刺激器的调制输出约束所能达到的幅度。亚感知调制可以调制DC、DR和/或DH组织。亚感知调制可以包括约1500Hz或更大的频率。亚感知调制可以在低于1500Hz的频率(例如低于1200Hz，比如但不限于在2Hz和1200Hz之间的范围内、或者低于1000Hz、或低于500Hz的频率)处相对于DC组织而优先调制DH和/或DR组织。

比如Lapique强度持续时间模型或Weiss充电持续时间模型之类的曲线拟合技术可以用于从稀疏数据估计强度-持续时间曲线。可以将数据绘制为电荷与持续时间的关系，并采用线性曲线拟合。线性拟合的参数用于估计基强度和时值电流并构建模型强度持续时间曲线。

图31通过示例示出了强度持续时间曲线的示例，其中脉冲的幅度(强度)相对于脉冲的持续时间(脉冲宽度)而绘制。膜的刺激取决于刺激的强度和持续时间。该图表明，随着脉冲宽度减小，所需的电流幅度增加。该图还说明了基强度和时值。基强度代表导致动作电位的无限持续时间的最小电流，并且时值是双倍基强度的电流导致动作电位所用的最小时间。针对较大脉冲宽度而测量的两个或更多个参考数据点可以用于识别强度持续时间曲线，并且该曲线可以用于估计对应于较小脉冲宽度的电流。因此，各种实施例获得较大脉冲宽度的阈值，在该较大脉冲宽度下，刺激器能够产生允许患者感知调制阈值的强度，然后使用这些大脉冲宽度的阈值，以使用强度持续时间曲线来估计较小的脉冲宽度的感知阈值，对于该较小脉冲宽度，刺激器不能产生患者将感知的强度。作为使用患者感知的阈值的替代或补充，可以使用其他感知值。例如，可以使用容限阈值，其中容限阈值指示可以容忍的最大量的调制能量。该估计的阈值的一部分可以用于神经调制程序设置。因此，可以获取数据以适合期望的小脉冲宽度。

图32通过示例示出了可以用于在低脉冲宽度处校准亚感知调制的系统的实施例。所示系统可以包括在至少一个引线上的电极3226，其被配置为可操作地定位以用于传递亚感知神经调制。该系统还可以包括神经调制发生器3227，其被配置为使用至少一些电极来产生用于亚感知神经调制的调制场。该系统可以包括被配置为接收所产生的调制场提供患者感知调制的信号的反馈模块3228、以及可操作地连接到神经调制发生器3227和反馈系统3228并且被配置为实现校准过程3230的控制系统3229。反馈系统3229可以包括经由外部装置的传感器反馈3231和/或用户反馈3232，诸如患者已经经历感觉异常的用户反馈。反馈传感器的示例可以包括对诱发的复合动作电位或其他可测量的生物标记进行感测的传感器。由控制系统3229实现的校准过程可以包括控制神经调制发生器3227以使用两个参考脉冲3233来产生调制场，所述两个参考脉冲3233包括具有第一脉冲宽度的第一刺激脉冲和具有第二脉冲宽度的第二刺激脉冲。控制系统3229可以使用反馈模块3228来确定表示使用提供了患者感知调制的第一脉冲宽度而产生的调制场的强度的第一参考点，并且使用反馈模块来确定表示使用提供了患者感知调制的第二脉冲宽度而产生的调制场的强度的第二参考点。可以使用至少第一和第二参考数据点导出亚感知校准数据。导出亚感知校准数据包括导出这样的亚感知校准数据：其专用于使用具有亚感知脉冲宽度3234的亚感知脉冲而传递的亚感知。

图33通过示例示出了用于利用短脉冲宽度编程亚感知调制的过程的实施例。如3335所示，可以使用具有第一脉冲宽度的第一刺激脉冲来产生调制场。可以确定第一参考数据点，其中第一参考数据点表示使用提供患者感知调制的第一脉冲宽度而产生的调制场的强度。如3336所示，可以使用具有第二脉冲宽度的第二刺激脉冲来产生调制场。可以确定第二参考数据点，其中第二参考数据点表示使用提供患者感知调制的第二脉冲宽度而产生的调制场的强度。如在3337所示，可以使用包括第一和第二参考数据点的至少两个参考数据点来导出用于亚感知调制的校准数据。导出校准数据可以包括，如在3338处所示，估计这样的亚感知数据点，其表示使用被估计为提供患者感知调制的亚感知脉冲宽度而产生的调制场的估计强度。估计的亚感知数据点可以从至少两个参考数据点外推。导出校准数据可以进一步包括，如在3339所示，使用估计的亚感知数据点导出亚感知的校准数据(例如幅度)。例如，小脉冲宽度、亚感知脉冲的幅度可以是估计的亚感知数据点的幅度的一部分。

估计针对亚感知脉冲宽度的亚感知幅度可以包括：对第一和第二参考幅度应用曲线拟合技术，以识别充电持续时间模型曲线的曲线参数，以及使用第一和第二参考幅度以及充电持续时间模型曲线以估计真丢提供了患者感知阈值的亚感知脉冲宽度的亚感知。曲线参数的示例包括时值和基强度电流。曲线拟合技术可以包括Lapique强度持续时间模型或Weiss充电持续时间模型或其他指数或反比例模型，并且参考数据点可以表示脉冲宽度和脉冲宽度的电流幅度。

该方法可以在DH或DR刺激的情况下或者在需要对来自已知东西的刺激的幅度进行估计但是不能以较小脉冲宽度达到所述已知东西的任何刺激时间的情况下使用。例如，一种方法可以包括使用具有第一脉冲宽度的第一刺激脉冲产生调制场，并确定表示使用提供了感知的或可测量的响应的第一脉冲宽度而产生的调制强度的第一参考数据点，并且使用具有第二脉冲宽度的第二刺激脉冲产生调制场，并确定表示使用提供了所述响应的第二脉冲宽度而产生的调制场的调制强度的第二参考数据点。可以使用包括第一和第二参考数据点的至少两个参考数据点来导出用于调制的校准数据。导出校准数据可以包括导出专用于使用具有小于第一和第二脉冲宽度的脉冲宽度的脉冲而传递的调制的校准数据。导出校准数据可以包括估计这样的数据点，其表示使用被估计为提供所述响应的较小脉冲宽度而产生的调制场的估计强度。估计的数据点可以从至少两个参考数据点外推。可以使用估计的亚感知数据点导出校准数据。

与超感知治疗相反，亚感知治疗具有关于患者如何使用诸如RC的外部装置与植入物相互作用的具体需要。例如，亚感知治疗的剂量控制(幅度、突发开启/关闭、频率等)不与直接感觉异常感知相关，但是如果没有被适当地管理，则剂量控制在治疗中仍然可能具有负面效果。各种实施例在外部装置(例如，RC)中提供特征以允许患者调整治疗以改善结果，而不需要临床医生干预。患者可以启动自校准以及控制诸如突发调制的剂量特征。

对于不同的患者姿势，感知阈值和/或优选的调制范例可能是不同的。各种实施例提供了适应于对患者日常生活期间的姿势变化进行适应的亚感知治疗。

各种实施例提供自动重新校准特征。自动重新校准特征可以被配置为当通过感测的信号(例如加速度计、诱发复合动作电位(ECAP)、包括局部场电位(LFP)的场电位、阻抗等)检测患者姿势改变时自动重新运行校准例程。来自校准例程的校准信息可以用于调整调制程序。

各种实施例提供半自动校准特征。当患者改变姿势时，患者可以启动重新校准。来自校准例程的校准信息可以用于调整调制程序。

各种实施例提供自适应调制特征。自适应调制特征可以包括被配置为设置不同的可编程参数集的姿势自适应特征，其中每个集专用于姿势位置。该系统可以被配置为当检测到患者姿势改变时切换到相应的程序。

各种实施例提供自适应调制特征，其包括经配置以设置不同的可编程参数集的活动自适应特征，其中每个集专用于活动水平。可以使用外部或内部活动传感器来感测活动水平。

自适应调制特征可以包括姿势自适应和活动自适应特征，其被配置为针对姿势和活动的不同组合设置不同的可编程参数集。该系统可以被配置为当检测到患者姿势变化和/或患者活动变化时切换到相应的程序。例如，系统可以被配置为校准调制以提供专用于诸如示例性而非限制性的就寝时间、正常活动和高激烈活动水平之类的情况的期望的调制参数。

图34通过示例示出了包括传递亚感知调制的方法的实施例。在3440，使用可植入装置和电极将亚感知神经调制传递到神经组织。神经组织可以包括背角组织、背根组织或背柱组织中的至少一种。亚感知调制具有低于患者感知阈值的强度，其中患者感知阈值是在其下患者不感觉产生调制场的边界。例如，患者感知阈值可以是患者经历感觉异常时的阈值。在3441，接收患者输入以触发对神经调制的调整。患者可以通过外部装置的用户界面提供输入。患者输入可以是感测到患者的状态的参数的传感器输入。在3442，实施对患者触发的编程的响应以调整神经调制。

通过示例，患者输入可以是用户请求的剂量调整，并且响应可以是调整神经调制的剂量的响应。在一些实施例中，编程的响应包括限制调整调制的能力的调制限制。这种限制的一个例子是避免神经调制的潜在不安全剂量的安全限制。在一些实施例中，编程的响应包括接收反馈以评估神经调制的治疗有效性，以及使用接收的反馈输入自动地自校准神经调制。反馈可以是患者提供的使用外部装置的用户界面提供的疼痛缓解的指示。反馈可以包括来自传感器的信号用以评估神经调制的治疗有效性的信号。

接收的患者输入可以是接收的患者活动。可以使用诸如基于加速度计的活动传感器之类的活动传感器感测患者活动。可以通过用户输入来接收患者活动水平。例如，患者可以将活动信息输入到外部装置(例如，RC)中以监视患者的活动。该方法可以包括使用患者活动水平输入自动评估患者健康的质量，并且当由所评估的健康水平指示时触发对神经调制的调整。当由所评估的健康质量指示时触发调整可以包括触发校准例程以校准或重新校准神经调制。

图35通过示例示出了传递亚感知调制的系统。该系统可以包括被配置为可操作地定位以用于调制神经组织的电极布置。神经组织可以包括背角组织、背根组织或背柱组织中的至少一种。如图所示，该系统还可以包括可植入装置3544，其包括神经调制发生器3545，其被配置成使用电极3543中的至少一些来产生调制场以将亚感知调制传递到神经组织。该系统可以包括控制器3546，其被配置为控制神经调制发生器3545以产生调制场，并且实现响应于患者输入而自动调整调制场的编程的响应3547。该系统可以包括被配置为与可植入装置3544通信的外部装置3548。外部装置3548可以包括用于接收患者输入的用户界面3549，以及被配置为实现对患者输入的编程的响应3551的控制器3550，自动启动通信以将患者启动的控制信号从外部装置3548发送到可植入装置3544。可植入装置3544的控制器3546可以被配置为控制神经调制发生器3545以产生调制场，并且响应于患者启动的控制信号自动调整调制场。

患者可以使用用户界面3549来提供剂量调整3552。可植入装置3544的控制器3546可以被配置为响应于患者启动的控制信号自动地调整神经调制的剂量。该系统可以被配置为响应于患者启动的控制信号来限制剂量的自动调整。外部装置3548和/或植入装置3544可以配置有限制剂量调整的特征。

该系统还可以包括评估神经调制的治疗有效性的反馈输入。例如，反馈可以涉及用户提供的疼痛减轻或用户提供的健康质量。该系统可以被配置为使用在反馈输入处接收的反馈来自动地自校准神经调制。反馈输入可以包括用于从用户(例如患者或临床医生或其他护理者)接收关于治疗的有效性的输入的外部装置的用户界面(例如，RC的GUI)。例如，用户可以使用外部装置的用户界面提供疼痛缓解3553或健康质量3554的指示。反馈输入可以包括治疗反馈传感器3555，以感测指示治疗有效性的参数。可以存在多个反馈传感器。

患者输入可以包括患者活动输入3556。控制器可以被配置为当由可以使用患者活动输入导出的患者健康的质量进行指示时自动触发校准例程。通过例示的方式，活动的显著降低可能指示治疗不是有效的(例如，患者正经历大量的疼痛)，使得患者不进行他或她的正常活动。这可能指示调制治疗应当被重新校准以解决引线迁移或其他变化。活动的显著增加(或维持显著水平的活动)可能指示治疗是有效的(例如，患者没有经历大量的疼痛)。

患者输入可以包括患者姿势输入3557。在一些实施例中，控制器可以被配置为当由可以使用患者姿势输入导出的患者健康的质量进行指示时自动触发校准例程。作为例示，姿势的显著变化(或在一天的给定时间期间的不寻常姿势)可能指示治疗无效(例如，患者正经历大量的疼痛)，使得患者不进行他或她的正常活动。例如，在当患者通常站立或行走时的时间期间，患者可能正坐着或躺下。这可能指示调制治疗应当被重新校准以解决引线迁移或其他变化。

在一些实施例中，控制器可以替代地或另外地被配置为实施校准例程以产生用于检测到的患者姿势的校准数据，并且使用针对检测到的患者姿势而产生的校准数据来调整刺激程序。在一些实施例中，控制器可以替代地或另外地被配置为实施校准例程以产生用于检测到的患者活动的校准数据，并且使用针对检测到的患者活动而产生的校准数据来调节刺激程序。

图36示出了对患者输入的编程的响应的示例。患者输入3658可以通过用户界面3659输入，以提供诸如用户输入的剂量调整3660、用户输入的疼痛缓解3661或用户输入的健康质量3662之类的输入。替代地或另外地，患者输入可以包括感觉到的姿势3663和/或感觉到的活动3664。作为示例而非限制，编程的响应3665可以包括校准或重新校准3666和/或具有或不具有剂量调整限制的剂量调整3667。在一些实施例中，可以针对专用姿势范围或专用活动范围执行校准，并且可以用于创建专用于该专用姿势范围或专用活动范围的调制参数集。

上述详细描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，本公开的范围应当参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims (15)

1.一种神经调制系统，包括：

在至少一个引线上的电极，其被配置为可操作地定位以用于调制一定量神经组织，所述神经组织具有激活函数；和

神经调制发生器，其被配置为使用至少一些电极来传递能量，以沿着所述至少一个引线在所述一定量神经组织内产生调制场，所述神经调制发生器被配置为使用编程的调制参数集来产生所述调制场，所述编程的调制参数集具有被选择以使用所述至少一些电极来控制能量传递的值，以实现专用于所述一定量神经组织的激活函数的目标函数，从而促进对沿着所述至少一个引线的跨度的所述一定量神经组织中的调制场的响应的均匀性。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一定量神经组织包括一定量背角组织，并且所述至少一个引线的跨度包括至少三个电极的跨度，所述目标函数用于促进对沿着所述至少三个电极的跨度的所述一定量背角组织中的调制场的响应的均匀性，使得所述神经调制发生器被配置为使用所述编程的调制参数集产生沿着所述至少三个电极的跨度的调制场，以促进对沿着所述至少三个电极的跨度的所述一定量背角组织中的调制场的响应的均匀性。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述一定量神经组织包括一定量背根组织，并且所述至少一个引线的跨度包括至少三个电极的跨度，所述目标函数促进对沿着所述至少三个电极的跨度的所述一定量背根组织中的调制场的响应的均匀性，使得所述神经调制发生器被配置为使用所述编程的调制参数集产生沿着所述至少三个电极的跨度的调制场以促进对沿着所述至少三个电极的跨度的所述一定量背根组织中的调制场的响应的均匀性。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述目标函数是恒定激活函数。

5.根据权利要求2所述的系统，其中所述目标函数是用于促进所述一定量神经组织中的恒定电场的恒定E目标函数，或者所述目标函数是用于促进所述一定量神经组织中的电场的恒定幅度的恒定|E|目标函数。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述一定量神经组织包括一定量背柱组织，并且所述至少一个引线的跨度包括至少三个电极的跨度，所述目标函数用于促进对沿着所述至少三个电极的跨度的所述一定量背柱组织中的调制场的响应的均匀性，使得所述神经调制发生器被配置为使用所述编程的调制参数集产生沿着所述至少三个电极的跨度的调制场，以促进对沿着所述至少三个电极的跨度的所述一定量背柱组织中的调制场的响应的均匀性。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述目标函数包括恒定电压目标函数以促进所述背柱中的恒定电压。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述一定量神经组织具有用于与所述调制场的n阶空间导数成比例的电调制参数的激活函数；以及

用于所述调制场的目标函数包括用于所述调制场的n阶空间导数的恒定目标函数，所述恒定目标函数用于促进在所述一定量神经组织中的调制响应的均匀性。

9.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述编程的调制参数集包括用于传递利用所选目标函数的所选调制场的每个电极的细分值。

10.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述神经调制发生器和所述电极被配置为协作以产生亚感知调制场，所述亚感知调制场具有低于患者感知阈值的强度，所述患者感知阈值是在其下患者感觉不到所述调制场的产生的边界。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述患者感知阈值是在其下患者感觉不到感觉异常的边界，使得所述神经调制发生器和所述电极被配置为协作以产生具有低于所述边界的强度的亚感知调制场。

12.根据权利要求1或2所述的系统，包括可植入装置和包含外部装置的外部系统，所述可植入装置包括所述神经调制发生器，所述外部装置被配置为对所述神经调制发生器进行编程。

13.根据权利要求12所述的系统，还包括被配置为使得用户能够选择所述目标函数的用户界面。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述用户界面被配置为显示所述电极的表示和针对所述目标函数的调制场。

15.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述系统被配置为确定每个有源触针的细分值，其中所述系统被配置为：

使用电场模型估计每个有源触针的单元场，所估计的单元场是当相应的有源触针被能量单元供能时感生的场；

确定加权的单元场，包括确定每个有源电极的感知阈值，并且使用相应的感知阈值校准每个有源电极的估计的单元场；

形成用于所述有源触针的组成源，每个组成源包括用于提供源的电触针和用于提供宿的另一电触针；

使用用于所述组成源的加权单元场构造转移矩阵；

求解来自每个组成源的贡献以提供所选调制场；和

根据所述组成源的解计算每个有源触针的细分值。