CN110461410B - 基于临床效果的神经刺激靶向的系统 - Google Patents

Abstract

用于递送神经刺激的系统的示例可以包括编程控制电路和刺激控制电路。编程控制电路可以被配置为根据刺激配置而生成控制神经刺激的递送的刺激参数。刺激控制电路可以被配置为指定刺激配置，并且可以包括体积定义电路和刺激配置电路。体积定义电路可以被配置为确定一个或多个测试体积，确定由每个都被神经刺激激活的一个或多个测试体积产生的临床效果，并使用所确定的临床效果来确定目标体积。刺激配置电路可以被配置为生成用于激活目标体积的指定刺激配置。

Description

基于临床效果的神经刺激靶向的系统

对优先权的要求

本申请要求根据2017年3月27日提交的美国临时专利申请序列号62/476,952的35U.S.C.§119(e)的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本文献总体上涉及医疗设备，并且更特别地涉及一种用于使用一个或多个临床效果对用于神经调制的刺激设备进行编程的系统。

背景技术

神经刺激(也称为神经调制)已经被提出作为许多病症的疗法。神经刺激的示例包括脊髓刺激(SCS)、深部脑刺激(DBS)、周围神经刺激(PNS)和功能性电刺激(FES)。可植入的神经刺激系统已经被应用来递送这种疗法。可植入的神经刺激系统可包括可植入神经刺激器(也称为可植入脉冲发生器(IPG))，和一个或多个可植入引线，每个引线包括一个或多个电极。可植入神经刺激器通过放置在神经系统中的目标部位上或其附近的一个或多个电极来递送神经刺激能量。外部编程设备用于对可植入神经刺激器进行编程，其中刺激参数控制神经刺激能量的递送。

在一个示例中，神经刺激能量以电神经刺激脉冲的形式被递送。使用刺激参数来控制该递送，所述刺激参数指定了神经刺激脉冲模式的空间(在哪儿刺激)、时间(何时刺激)以及信息化(指引神经系统按需响应的脉冲模式)方面。人类神经系统使用具有复杂模式的神经信号来传达各种类型的信息，包括疼痛感、压力、体温等。它可以用简单的刺激模式将人工刺激解释为不自然的现象，并以非预期的和不期望的感觉和/或运动而进行响应。而且，由于患者的病症可能在接收神经刺激治疗的同时发生变化，因此可能需要改变施加于患者的神经刺激脉冲的模式以保持治疗功效，而同时使非预期的和不期望的感觉和/或运动最小化。虽然现代电子设备可以适应对生成(模拟了人体中观察到的神经信号的自然模式的)复杂脉冲模式的需要，但神经刺激系统的能力在很大程度上取决于其制造后的可编程性。例如，复杂的脉冲模式可能仅在为患者定制并且响应于患者的病症和需求的变化而及时更新时才使该患者受益。这使得对用于患者的刺激设备的编程成为具有挑战性的任务。

发明内容

提供了一种用于使用多个电极向患者的组织递送神经刺激并由用户控制对神经刺激的递送的系统的示例(例如，“示例1”)。该系统可以包括编程控制电路和刺激控制电路。编程控制电路可以被配置为根据刺激配置而生成控制神经刺激的递送的多个刺激参数。神经刺激通过多个电极中的一个或多个电极被递送。刺激控制电路可以被配置为指定刺激配置，并且可以包括体积定义电路和刺激配置电路。体积定义电路可以被配置为确定一个或多个测试体积，确定由每个都被神经刺激激活的一个或多个测试体积产生的临床效果，并使用所确定的临床效果来确定目标体积。一个或多个测试体积和目标体积每个都表示组织的一部分。刺激配置电路可以被配置为生成用于激活目标体积的指定刺激配置。

在示例2中，示例1所述的主题可以可选地被配置为使得一个或多个测试体积包括多个测试体积，并且体积定义电路还被配置为：确定多个测试体积；确定临床效果信息集，每个临床效果信息集都表示由神经刺激对所确定的多个测试体积中的测试体积的激活而产生的临床效果；并使用临床效果信息集来确定目标体积。

在示例3中，示例2所述的主题可以可选地被配置为使得体积定义电路还被配置为允许用户将多个测试体积中的测试体积标记为标记体积以允许跟踪对确定目标体积的尝试。

在示例4中，示例2和3中的任何一个或组合所述的主题可以可选地被配置为使得体积定义电路还被配置为使用所确定临床效果信息集中的一个或多个临床效果信息集来自动生成推荐体积。

在示例5中，示例4所述的主题可以可选地被配置为使得体积定义电路还被配置为允许用户将目标体积设置为标记体积、推荐体积或多个测试体积中的测试体积。

在示例6中，示例5所述的主题可以可选地被配置为还包括显示屏和用户输入设备，并且使得体积定义电路还被配置为：在显示屏上，以由用户使用用户输入设备选择的横截面处的横截面视图或者由用户使用用户输入设备选择的透视角度下的透视图中的一个或多个视图，呈现以下中的一个或多个：目标体积、标记体积、推荐体积、多个测试体积、或所确定的临床效果信息集中的一个或多个临床效果信息集的一个或多个图形表示，并且刺激配置电路还被配置为在显示屏上的刺激配置面板中呈现刺激配置的图形表示。

在示例7中，示例2至6中的任何一个或组合所述的主题可以可选地被配置为使得刺激配置电路还被配置为允许用户指定测试刺激配置，并且体积定义电路还被配置为根据多个测试刺激配置中的测试刺激配置确定多个测试体积，每个测试体积都是要通过递送神经刺激而被激活的组织的体积。

在示例8中，示例2至7中的任何一个或组合所述的主题可以可选地被配置为使得体积定义电路还被配置为基于由一个或多个患者或用户输入的信息来确定临床效果信息集。

在示例9中，示例2至8中的任何一个或组合所述的主题可以可选地被配置为使得体积定义电路还被配置为使用从患者感测到的信号来自动确定临床效果信息集。

在示例10中，示例2至9中的任何一个或组合所述的主题可以可选地被配置为使得体积定义电路还被配置为确定临床效果信息集，其包括治疗益处的测度和副作用的测度。

在示例11中，示例10所述的主题可以可选地被配置为使得体积定义电路还被配置为确定：体积治疗益处轮廓(contour)，其指示出可针对一个或多个期望的治疗益处激发的组织体积；和副作用轮廓，其指示出可针对一个或多个不希望的副作用激发的组织体积。

在示例12中，示例1至11中的任何一个或组合所述的主题可以可选地被配置为使得刺激配置电路被配置为：通过使用使刺激配置与刺激体积有关的刺激场模型(SFM)来执行逆建模算法而自动生成刺激配置。

在示例13中，示例12所述的主题可以可选地被配置为使得刺激配置电路被配置为使用包括将刺激体积映射到刺激配置的数据的库来生成刺激配置。

在示例14中，示例12所述的主题可以可选地被配置为使得刺激配置电路被配置为使用从刺激体积对刺激配置的分析推导来生成刺激配置。

在示例15中，示例1至14中的任何一个或组合所述的主题可以可选地被配置为使得刺激配置电路被配置为确定刺激配置的电极配置。电极配置指定了从多个电极的对一个或多个电极的选择以及流过所选择的一个或多个电极的电流的细分(fractionalization)。

还提供了使用多个电极来控制神经刺激向患者组织的递送的方法的示例(例如，“示例16”)。该方法可以包括：指定一个或多个测试体积，每个测试体积都表示组织的一部分；确定由每个都被神经刺激激活的一个或多个测试体积产生的临床效果；使用所确定的临床效果来确定目标体积，目标体积表示组织的另一部分；使用目标体积确定刺激配置；以及根据刺激配置生成多个刺激参数，所述多个刺激参数用于控制通过多个电极中的一个或多个电极的对神经刺激的递送。

在示例17中，如在示例16中发现的确定刺激配置的主题可以可选地包括确定电极配置，电极配置指定了从多个电极的对一个或多个电极的选择以及流过所选择的一个或多个电极的电流的细分。

在示例18中，如在示例16和17中的任何一个或组合中发现的确定刺激配置的主题可以可选地包括使用包括将刺激体积映射到刺激配置的数据的库来自动生成刺激配置。

在示例19中，如在示例16和17中的任何一个或组合中发现的确定刺激配置的主题可以可选地包括使用从刺激体积对刺激配置的分析推导来自动生成刺激配置。

在示例20中，如在示例16至19中的任何一个或组合中发现的一个或多个测试体积的主题可以可选地包括多个测试体积，并且如在示例16至19中的任何一个或组合中发现的确定目标体积的主题可以可选地包括：指定多个测试体积；确定临床效果信息集，每个临床效果信息集由神经刺激对多个测试体积中的测试体积的激活来产生；以及使用所确定的临床效果信息集来确定目标体积。

在示例21中，如在示例20中发现的确定目标体积的主题可以可选地还包括允许用户将多个测试体积中的测试体积标记为标记体积以允许跟踪确定目标体积的尝试。

在示例22中，如在示例21中发现的确定目标体积的主题可以可选地还包括使用所确定的临床效果信息集中的一个或多个临床效果信息集来自动生成推荐体积。

在示例23中，如在示例22中发现的确定目标体积的主题可以可选地还包括允许用户将目标体积设置为标记体积、推荐体积或多个测试体积中的测试体积。

在示例24中，示例22和23中的任何一个或组合所述的主题可以可选地还包括：在显示屏上，在由用户选择的横截面处的横截面视图或者由用户选择的透视角度下的透视图中的一个或多个视图中，呈现以下中的一个或多个：目标体积、标记体积、推荐体积、多个测试体积、或临床效果信息集中的一个或多个临床效果信息集的一个或多个图形表示，并在显示屏上呈现刺激配置的图形表示。

在示例25中，如在示例24中发现的呈现一个或多个临床效果信息集的一个或多个图形表示的主题可以可选地包括：确定和呈现治疗益处轮廓，其指示出可针对一个或多个期望的治疗益处激发的组织体积；并且确定和呈现副作用轮廓，其指示出可针对一个或多个不希望的副作用激发的组织体积。

本发明内容是本申请的一些教导的概述，并非旨在对本主题的排他性或穷举性的处理。关于本主题的其它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并查看形成其一部分的附图时，本公开的其他方面对于本领域技术人员将是显而易见的，每个方面都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合法等同物定义。

附图说明

作为示例，附图总体上示出了本文献中讨论的各种实施例。附图仅用于说明性目的，且可能不按比例绘制。

图1示出了神经刺激系统的实施例。

图2示出了诸如可以在图1的神经刺激系统中实施的刺激设备和引线系统的实施例。

图3示出了诸如可以在图1的神经刺激系统中实施的编程设备的实施例。

图4示出了可植入脉冲发生器(IPG)和可植入引线系统的实施例，诸如图2的刺激设备和引线系统的示例实施方式。

图5示出了被布置成为患者提供神经刺激的IPG和可植入引线系统(诸如图4的IPG和引线系统)的实施例。

图6示出了神经刺激系统的部分的实施例。

图7示出了可植入刺激器和可植入神经刺激系统(诸如图6的可植入神经刺激系统)的一个或多个引线的实施例。

图8示出了可植入神经刺激系统(诸如图6的可植入神经刺激系统)的外部编程设备的实施例。

图9示出了外部编程设备(诸如图8的外部编程设备)的用户界面的实施例。

图10示出了临床效果和刺激配置在用户界面(诸如图9的用户界面)上的呈现的示例。

图11示出了临床效果和刺激配置在用户界面(诸如图9的用户界面)上的呈现的另一示例。

图12示出了临床效果和刺激配置在用户界面(诸如图9的用户界面)上的呈现的另一示例。

图13示出了临床效果和刺激配置在用户界面(诸如图9的用户界面)上的呈现的另一示例。

图14示出了临床效果和刺激配置在用户界面(诸如图9的用户界面)上的呈现的另一示例。

图15示出了临床效果和刺激配置在用户界面(诸如图9的用户界面)上的呈现的另一示例。

图16示出了关于目标体积和临床效果在用户界面(诸如图9的用户界面)上的呈现的示例。

图17示出了临床效果控制台在用户界面(诸如图9的用户界面)上的呈现的示例。

图18示出了目标体积和临床效果在用户界面(诸如图9的用户界面)上的横截面视图的示例。

图19示出了目标体积和临床效果在用户界面(诸如图9的用户界面)上的横截面视图的另一示例。

图20示出了目标体积和临床效果在用户界面(诸如图9的用户界面)上的横截面视图的另一示例。

图21示出了目标体积和临床效果在用户界面(诸如图9的用户界面)上的透视图的示例。

图22示出了目标体积和临床效果在用户界面(诸如图9的用户界面)上的透视图的另一示例。

图23示出了在用户界面(诸如图9的用户界面)上呈现推荐体积和临床效果的示例。

图24示出了在用户界面(诸如图9的用户界面)上呈现推荐体积和临床效果的另一示例。

图25示出了在用户界面(诸如图9的用户界面)上呈现推荐体积和临床效果的另一示例。

图26示出了在用户界面(诸如图9的用户界面)上呈现标记和临床效果的示例。

图27示出了在用户界面(诸如图9的用户界面)上呈现标记和临床效果的另一示例。

图28示出了在用户界面(诸如图9的用户界面)上呈现标记和临床效果的另一示例。

图29示出了使用临床效果对神经刺激进行编程的方法的实施例。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实践本发明的具体实施例。足够详细地描述了这些实施例以使得本领域技术人员能够实践本发明，并且要理解的是，可以组合实施例，或者可以利用其他实施例并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行结构、逻辑和电气的变化。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，并且这种引用考虑了不止一个实施例。以下详细描述提供了示例，并且本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物定义。

本文档除了别的以外还讨论了神经刺激系统，其允许使用手动和/或自动临床效果和副作用映射的结果来配置用于递送治疗刺激的刺激设备和/或引线的设置。在各种实施例中，神经调制系统可包括：可植入设备，其被配置为递送神经刺激(也称为神经调制)治疗，诸如深部脑刺激(DBS)、脊髓刺激(SCS)、外周神经刺激(PNS)和迷走神经刺激(VNS)；和一个或多个外部设备，其被配置为对可植入设备进行编程以用于其操作并监视可植入设备的性能。虽然DBS作为具体示例被讨论，但是本主题还可以应用于编程刺激设备以递送各种类型的神经调制治疗。

在各种实施例中，神经刺激系统可以允许通过临床效果映射来定义和完善刺激的目标体积，基于现有的临床效果图、算法生成的指导和/或标记位置向临床医生提供关于优化程序设置的指导，和/或自动配置来自目标体积的刺激设置(例如，电极极性和细分)、脉冲幅度和/或脉冲宽度。在各种实施例中，神经调制系统可以包括用户界面，用户可以通过该用户界面执行体积定义和刺激靶向。

图1示出了神经刺激系统100的实施例。系统100包括电极106、刺激设备104和编程设备102。电极106被配置为放置在患者的一个或多个神经目标上或其附近。刺激设备104被配置为电连接到电极106并且通过电极106将神经刺激能量诸如以电脉冲的形式递送到一个或多个神经目标。通过使用多个刺激参数(诸如指定了电脉冲的模式和对每个电脉冲通过其递送的电极的选择的刺激参数)来控制对神经刺激的递送。在各种实施例中，多个刺激参数的至少一些参数可由用户(诸如使用系统100治疗患者的医生或其他护理人员)编程。编程设备102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，编程设备102被配置为经由有线或无线链路通信地耦合到刺激设备。

在本文档中，“用户”包括使用系统100治疗患者的医生或其他临床医生或护理人员；“患者”包括接受或意图接受使用系统100递送的神经刺激的人。在各种实施例中，可以允许患者使用系统100(诸如通过调整某些治疗参数并输入反馈和临床效果信息)在一定程度上调整他或她的治疗。

在各种实施例中，编程设备102可以包括用户界面110，其允许用户控制系统100的操作并监视系统100的性能以及患者的状况，包括对神经刺激的递送的响应。用户可以通过设置和/或调整用户可编程参数的值来控制系统100的操作。

在各种实施例中，用户界面110可以包括图形用户界面(GUI)，其允许用户通过创建和/或编辑各种波形的图形表示来设置和/或调整用户可编程参数的值。这样的波形可以包括，例如，表示要递送给患者的神经刺激脉冲的模式的波形，以及用作神经刺激脉冲的模式的构建块的各个波形，诸如神经刺激脉冲的模式中的每个脉冲的波形。GUI还可以允许用户设置和/或调整刺激场，该刺激场中的每个都由一组电极定义，通过其将由波形表示的一个或多个神经刺激脉冲递送给患者。每个刺激场都可以通过波形中每个神经刺激脉冲的电流分布而被进一步定义。在各种实施例中，刺激周期(诸如治疗期的持续时间)的神经刺激脉冲可以被递送到多个刺激场。

在各种实施例中，系统100可以被配置用于神经刺激应用。用户界面110可以被配置为允许用户控制系统100的操作以进行神经刺激。例如，系统100以及用户界面100可以被配置用于DBS应用。这样的DBS配置包括各种特征，这些特征可以简化用户对刺激设备104进行编程以将DBS递送给患者的任务，诸如本文档中讨论的特征。

图2示出了诸如可以在神经刺激系统100中实施的刺激设备204和引线系统208的实施例。刺激设备204表示刺激设备104的实施例并且包括刺激输出电路212和刺激控制电路214。刺激输出电路212产生并递送神经刺激脉冲。刺激控制电路214使用多个刺激参数控制来自刺激输出电路212的神经刺激脉冲的递送，所述多个刺激参数指定了神经刺激脉冲的模式。引线系统208包括一个或多个引线(每个引线被配置为电连接到刺激设备204)和在一个或多个引线中分布的多个电极206。多个电极206包括电极206-1、电极206-2、...、电极206-N，每个都是单个导电触点，其针对刺激输出电路212和患者组织之间的电界面来提供，其中N≥2。每个神经刺激脉冲通过从电极206中选择的一组电极从刺激输出电路212被递送。在各种实施例中，神经刺激脉冲可以包括一个或多个单独定义的脉冲，并且该组电极可以由用户针对意图使用相同的电极组合递送的每个单独定义的脉冲或每个脉冲集合来单独定义。在各种实施例中，一个或多个附加电极207(每个附加电极都可以被称为参考电极)可以电连接到刺激设备204，诸如每个电极是刺激设备204的外壳的一部分的一个或多个电极或以其他方式结合到刺激设备204的外壳上的一个或多个电极。单极刺激使用单极电极配置，其中一个或多个电极选自电极206和至少一个电极选自一个或多个电极207。双极刺激使用双极电极配置，其中两个电极选自电极206并且没有电极207。多极刺激使用多极电极配置，其中多个(两个或更多个)电极选自电极206并且没有电极207。

在各种实施例中，引线的数量和每个引线上的电极的数量取决于例如神经刺激的一个或多个目标的分布以及控制每个目标处的电场分布的需要。在一个实施例中，引线系统208包括2个引线，每个引线具有8个电极。

图3示出了诸如可以在神经刺激系统100中实施的编程设备302的实施例。编程设备302表示编程设备102的实施例并且包括存储设备318、编程控制电路316和用户界面310。编程控制电路316根据可以定义例如刺激波形的指定刺激配置和电极配置而产生控制神经刺激脉冲的递送的多个刺激参数。用户界面310表示用户界面110的实施例并且包括刺激控制电路320。存储设备318存储由编程控制电路316和刺激控制电路320使用的信息，诸如关于将刺激配置与多个刺激参数相关的刺激设备的信息和将刺激配置与患者体内的激活体积相关的信息。在各种实施例中，刺激控制电路320可以被配置为支持一个或多个功能，其允许使用对临床效果的评估来对刺激设备(诸如包括如在本文档中讨论的其各种实施例的刺激设备104)进行编程，如下面参考图9-29进一步讨论的。

在各种实施例中，用户界面310可以允许通过使用图形方法创建和/或调整一个或多个刺激波形来定义神经刺激脉冲的模式以在神经刺激治疗期间进行递送。该定义还可以包括对一个或多个刺激场的定义，每个刺激场与神经刺激脉冲的模式中的一个或多个脉冲相关联。如在本文档中所使用的，“刺激配置”可以包括：包括一个或多个刺激场的神经刺激脉冲的模式，或者包括一个或多个刺激场的神经刺激脉冲的模式的至少各个方面或参数。在各种实施例中，用户界面310包括GUI，其允许用户定义神经刺激脉冲的模式并使用图形方法执行其他功能。在该文档中，“神经刺激编程”可以包括一个或多个刺激波形的定义，包括一个或多个刺激场的定义。

在各种实施例中，可以使用硬件和软件的组合来实施神经刺激100的电路，包括在本文档中讨论的其各种实施例。例如，用户界面110的电路、刺激控制电路214、编程控制电路316和刺激控制电路320(包括它们在本文档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种功能的通用电路来实施。这种通用电路包括但不限于微处理器或其一部分、微控制器或其部分、以及可编程逻辑电路或其一部分。

图4示出了可植入脉冲发生器(IPG)404和可植入引线系统408的实施例。IPG 404表示刺激设备204的示例实施方式。引线系统408表示引线系统208的示例实施方式。如图4所示，IPG 404可以在每个引线的近端处耦合到可植入引线408A和408B。每个引线的远端包括电触点或电极406，用于接触针对电神经刺激定为目标的组织部位。如图1所示，引线408A和408B每个都包括位于远端处的8个电极406。如图1所示的引线408A和408B以及电极406的数量和布置仅是示例，并且其他数量和布置是可能的。在各种实施例中，电极是环形电极。可植入引线和电极可以通过形状和尺寸被配置为向被包括在受试者大脑中的神经元目标提供电神经刺激能量，或者被配置为向被包括在受试者脊髓中的神经细胞目标提供电神经刺激能量。

图5示出了IPG 504和可植入引线系统508的实施例，其被布置成向患者提供神经刺激。IPG 504的示例包括IPG 404。引线系统508的示例包括引线408A和408B中的一个或多个。在所示实施例中，可植入引线系统508被布置成向患者提供深部脑刺激(DBS)，其中刺激目标是患者大脑的丘脑的细分中的神经元组织。DBS目标的其他示例包括以下的神经元组织：苍白球(GPi)、丘脑底核(STN)、脑桥脚核(PPN)、黑质网状部(SNr)、皮质、外苍白球(GPe)、内侧前脑束(MFB)、水管周灰质(PAG)、脑室周围灰质(PVG)、缰核、膝下扣带、腹侧中间核(VIM)、前核(AN)、其他丘脑核、透明带、腹侧囊、腹侧纹状体、伏隔核以及连接这些和其他结构的任何白质束。

返回图4，IPG 404可以包括用于容纳IPG 404的电子电路的气密密封的IPG壳体422。IPG 404可以包括IPG壳体422上形成的电极426。IPG 404可以包括用于耦合引线408A和408B的近端的IPG头部424。IPG头部424还可以可选地包括电极428。电极426和/或428表示一个或多个电极207的实施例，并且每个都可以称为参考电极。可以使用电极426或电极428以及选自电极406的一个或多个电极以单极(也称为单极性)模式递送神经刺激能量。可以使用相同引线(引线408A或引线408B)的一对电极以双极模式递送神经刺激能量。可以使用引线的一个或多个电极(例如，引线408A的一个或多个电极)和不同引线的一个或多个电极(例如，引线408B的一个或多个电极)以扩展的双极模式递送神经刺激能量。

IPG 404的电子电路可以包括控制神经刺激能量的递送的控制电路。控制电路可以包括微处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)或其他类型的处理器，其解释或执行软件或固件中包括的指令。可以根据指定的(例如，经编程的)调制参数来递送神经刺激能量。设置调制参数的示例除了别的之外还可以包括：选择刺激中使用的电极或电极组合，将一个或多个电极配置为用于刺激的阳极或阴极，指定由电极或电极组合提供的神经刺激的百分比，并指定刺激脉冲参数。脉冲参数的示例除了别的之外还包括脉冲的幅度(以电流或电压指定)、脉冲持续时间(例如，以微秒计)、脉冲速率(例如，以每秒的脉冲计)、以及与脉冲串或模式相关联的参数，诸如猝发率(例如，“开启”调制时间后跟“关闭”调制时间)、脉冲串中的脉冲幅度、脉冲的极性等。

图6示出了神经刺激系统600的一部分的实施例。系统600包括IPG 604、可植入神经刺激引线608A和608B、外部遥控器(RC)632、临床医生的编程器(CP)630以及外部试验调制器(ETM)634。可以直接地或通过经皮延伸引线636将IPG 404电耦合到引线608A和608B。ETM 634可以经由经皮延伸引线636和/或外部电缆638中的一个或两个而可电连接到引线608A和608B。系统600表示系统100的实施例，其中IPG 604表示刺激设备104的实施例，引线608A和608B的电极606表示电极106，并且CP 630、RC 632和ETM 634共同表示编程设备102。

ETM 634可以是独立的或合并到CP 630。ETM 634可以具有与IPG 604类似的脉冲生成电路，以根据如上所讨论的指定调制参数递送神经刺激能量。ETM 634是外部设备，其通常用作引线408A和408B已经植入之后的初步刺激器并在用IPG 604进行刺激之前使用来测试患者对要由IPG 604提供的刺激的响应性。因为ETM 634在外部，它可以比IPG 604更容易配置。

CP 630可以配置由ETM 634提供的神经刺激。如果ETM 634没有集成到CP 630中，则CP 630可以使用有线连接(例如，通过USB链路)或由使用无线通信链路640的无线遥测与ETM 634通信。CP 630还使用无线通信链路640与IPG 604通信。

无线遥测的示例基于两个紧密放置的线圈之间使用这些线圈之间的互感的感应耦合。这种类型的遥测被称为感应遥测或近场遥测，这是因为线圈通常必须紧密地定位以获得感应耦合通信。IPG 604可包括第一线圈和通信电路。CP 630可以包括或以其他方式电连接到第二线圈，诸如以可以放置在IPG 604附近的棒的形式。无线遥测的另一示例包括远场遥测链路，也称为射频(RF)遥测链路。远场(也称为弗劳恩霍夫区)是指以下区域，在其中，由传送电磁辐射源所产生的电磁场的分量基本上与1/r成比例衰减，其中r是观察点和辐射源之间的距离。因此，远场是指r＝λ/2π的边界外的区域，其中λ是传送的电磁能量的波长。在一个示例中，RF遥测链路的通信范围至少为6英尺，但可以与特定通信技术所允许的一样长。RF天线可以被包括在例如IPG 604的头部和CP 630的外壳中，从而消除了对用于感应耦合的棒或其他装置的需要。示例是这种RF遥测链路是

无线链路。

在已经植入IPG 604之后，CP 630可用于设置用于神经刺激的调制参数。如果植入后对神经刺激的要求发生变化，则这允许调整神经刺激。CP 630还可以从IPG 604上传信息。

RC 632还使用无线链路340与IPG 604通信。RC 632可以是用户使用的或给予患者的通信设备。与CP 630相比，RC 632可具有降低的编程能力。这允许用户或患者改变神经刺激治疗但不允许患者完全控制治疗。例如，患者可以能够增加神经刺激脉冲的幅度或改变施加预编程刺激脉冲串的时间。RC 632可以由CP 630编程。CP 630可以使用有线或无线通信链路与RC 632通信。在一些实施例中，CP 630能够在远离RC 632定位时对RC 632进行编程。

图7示出了可植入刺激器704和可植入神经刺激系统(诸如可植入系统600)的一个或多个引线708的实施例。可植入刺激器704表示刺激设备104或204的实施例，并且可以被实施为例如IPG 604。一个或多个引线708表示引线系统208的实施例，并且可以被实施为例如可植入引线608A和608B。一个或多个引线708包括电极706，其表示电极106或206的实施例，并且可以被实施为电极606。

可植入刺激器704可以包括：感测电路742，其是可选的并且仅在刺激器需要感测能力时被要求；刺激输出电路212；刺激控制电路714；植入式存储设备746；植入式遥测电路744；电源748；以及一个或多个电极707。在包括并且需要感测电路742时，其感测一个或多个生理信号，以用于患者监视和/或神经刺激的反馈控制的目的。一个或多个生理信号的示例包括神经和其他信号，每个信号指示出通过神经刺激治疗的患者的状况和/或患者对神经刺激的递送的响应。刺激输出电路212通过一个或多个引线708电连接到电极706以及电极707，并且通过选自电极706和一个或多个电极707的一组电极递送每个神经刺激脉冲。刺激控制电路714表示刺激控制电路214的实施例并使用指定了神经刺激脉冲模式的多个刺激参数来控制神经刺激脉冲的递送。在一个实施例中，刺激控制电路714使用一个或多个感测到的生理信号控制神经刺激脉冲的递送。植入式遥测电路744为可植入刺激器704提供与诸如CP 630和RC 632的另一设备的无线通信，包括从另一设备接收多个刺激参数的值。植入式存储设备746存储多个刺激参数的值。电源748为可植入刺激器704提供用于其操作的能量。在一个实施例中，电源748包括电池。在一个实施例中，电源748包括可再充电电池和用于对可再充电电池进行充电的电池充电电路。植入式遥测电路744还可以用作电力接收器，其接收通过感应耦合从外部设备传送的电力。一个或多个电极707允许以单极模式递送神经刺激脉冲。一个或多个电极707的示例包括如图4所示的IPG 404中的电极426和电极418。

在一个实施例中，可植入刺激器704用作主数据库。植入了可植入刺激器704(诸如可以被实施为IPG 604)的患者因此可以携带他或她的医疗护理所需的患者信息(当这些信息以其它方式不可获得时)。植入式存储设备746被配置为存储这样的患者信息。例如，患者可以被给予新的RC 632和/或前往新的诊所，其中新的CP 630用于与植入在他或她中的设备进行通信。新的RC 632和/或CP 630可以与可植入刺激器704通信，以通过植入式遥测电路744和无线通信链路640检索存储在植入式存储设备746中的患者信息，并基于检索到的患者信息而允许对可植入刺激器704的操作进行任何必要的调整。在各种实施例中，要存储在植入式存储设备746中的患者信息可包括例如一个或多个引线708和电极706相对于患者的解剖结构的位置(用于融合术后引线放置的计算机化断层照片(CT)与大脑的磁共振成像(MRI)的转换)、临床效果图数据、使用对症状的定量评估进行的客观测量(例如使用微电极记录、加速度计和/或其他传感器)、和/或被认为对患者提供足够的护理很重要或有用的任何其他信息。在各种实施例中，要存储在植入式存储设备746中的患者信息可包括被传送到可植入刺激器704以用于存储作为患者信息的一部分的数据，和由可植入刺激器704诸如通过使用感测电路742而获取到的数据。

在各种实施例中，感测电路742(如果包括的话)、刺激输出电路212、刺激控制电路714、植入式遥测电路744、植入式存储设备746和电源748被封装在气密密封的可植入外壳或壳体中，并且一个或多个电极707形成或以其他方式结合到壳体上。在各种实施例中，植入一个或多个引线708使得可植入刺激器704被皮下植入并在植入时被连接到一个或多个引线708处的同时，电极706放置在神经刺激脉冲要递送到的一个或多个目标上和/或其周围。

图8示出了可植入神经刺激系统(诸如系统600)的外部编程设备802的实施例。外部编程设备802表示编程设备102或302的实施例，并且可以被实施为例如CP 630和/或RC632。外部编程设备802包括外部遥测电路852、外部存储设备818、编程控制电路816和用户界面810。

外部遥测电路852经由无线通信链路640向外部编程设备802提供与诸如可植入刺激器704的另一设备的无线通信，包括将多个刺激参数传送到可植入刺激器704并从可植入刺激器704接收包括患者数据的信息。在一个实施例中，外部遥测电路852还通过感应耦合向可植入刺激器704传送电力。

在各种实施例中，无线通信链路640可包括感应遥测链路(近场遥测链路)和/或远场遥测链路(RF遥测链路)。例如，因为DBS通常被指示用于通过患者活动、步态、平衡等评估的运动障碍，所以允许编程和评估期间的患者移动性是有用的。因此，当系统600旨在用于包括DBS的应用时，无线通信链路640至少包括远场遥测链路，其允许外部编程设备802和可植入刺激器704之间在相对长距离(诸如，多达约20米)上的通信。外部遥测电路852和植入式遥测电路744每个都包括被配置成支持这种无线遥测的天线和RF电路。

外部存储设备818存储用于在神经刺激治疗期(诸如DBS治疗期)期间递送的一个或多个刺激波形，以及用于定义一个或多个波形的各种参数和构建块。一个或多个刺激波形可以各自与一个或多个刺激场相关联，并且表示在神经刺激治疗期期间将被递送到一个或多个刺激场的神经刺激脉冲的模式。在各种实施例中，可以选择一个或多个刺激波形中的每一个以由用户修改和/或用在对诸如可植入刺激器704的刺激设备进行编程中以递送治疗。在各种实施例中，一个或多个刺激波形中的每个波形可在逐个脉冲的基础上定义，并且外部存储设备818可包括存储一个或多个可单独定义的脉冲波形的脉冲库，每个脉冲波形定义了一个或多个脉冲类型的脉冲类型。外部存储设备818还存储一个或多个可单独定义的刺激场。一个或多个刺激波形中的每个波形与一个或多个可单独定义的刺激场中的至少一个场相关联。由递送了神经刺激脉冲的一组电极来定义一个或多个可单独定义的刺激场的每个场。在各种实施例中，由递送了神经刺激脉冲的一组电极和神经刺激脉冲在该组电极上的电流分布来定义一个或多个可单独定义的场的每个场。在一个实施例中，通过将总脉冲幅度的一部分分配给该组电极中的每个电极来定义电流分布。在本文档中，对电流分布的这种定义可以称为“细分”。在另一个实施例中，通过将幅度值分配给该组电极中的每个电极来定义电流分布。例如，该组电极可包括用作阳极的2个电极和作为阴极的电极以递送脉冲幅度为4mA的神经刺激脉冲。需要定义用作阳极的2个电极上的电流分布。在一个实施例中，脉冲幅度的百分比被分配给2个电极中的每一个，诸如75％分配给电极1并且25％分配给电极2。在另一个实施例中，幅度值分配给2个电极中的每一个，诸如3mA分配给电极1并且1mA分配给电极2。对按照百分比的电流的控制允许电极之间电流的精确和一致分布，即使脉冲幅度被调整也是如此。它适合于在操纵刺激轨迹时考虑该问题，并且刺激在多个触点上同时改变以在保持刺激量恒定的同时移动轨迹。按照绝对值控制和显示通过每个电极的总电流(例如mA)允许精确计量通过每个特定电极的电流。它适合于一次一个触点地改变电流(并允许用户这样做)来像粘土块一样使刺激成形(一次推/拉一个点)。

编程控制电路816表示编程控制电路316的实施例，并基于指定的刺激配置(例如，如由一个或多个刺激波形和一个或多个刺激场表示的神经刺激脉冲的模式或模式的至少某些方面)生成要被传送到可植入刺激器704的多个刺激参数。刺激配置可以由用户使用用户界面810创建和/或调整并存储在外部存储设备818中。在各种实施例中，编程控制电路816可以根据安全守则来检查多个刺激参数的值以将这些值限制在安全守则的约束条件内。在一个实施例中，安全守则是启发式规则。

用户界面810表示用户界面310的实施例，并且允许用户定义神经刺激脉冲的模式并执行各种其他监视和编程任务。用户界面810包括显示屏856、用户输入设备858和界面控制电路854。显示屏856可以包括任何类型的交互式或非交互式屏幕，并且用户输入设备858可以包括支持本文档中讨论的各种功能的任何类型的用户输入设备，诸如触摸屏、键盘、小键盘、触摸板、轨迹球、操纵杆和鼠标。在一个实施例中，用户界面810包括GUI。GUI还可以允许用户执行本文档中讨论的任何功能，其中图形呈现和/或编辑是合适的，如本领域技术人员可以理解的。

界面控制电路854控制用户界面810的操作，包括响应于由用户输入设备858接收到的各种输入并定义一个或多个刺激波形。界面控制电路854包括刺激控制电路320。

在各种实施例中，外部编程设备802可以具有包括合成模式和实时编程模式的操作模式。在合成模式(也称为脉冲图形合成模式)下，用户界面810被激活，同时编程控制电路816被去激活。编程控制电路816不响应于一个或多个刺激波形的任何变化而动态地更新多个刺激参数的值。在实时编程模式下，用户界面810和编程控制电路816两者都被激活。编程控制电路816响应于一组一个或多个刺激波形的变化而动态地更新多个刺激参数的值，并将具有更新值的多个刺激参数传送到可植入刺激器704。

图9示出了外部编程设备(诸如外部编程设备803)的用户界面910的实施例。用户界面910表示用户界面810的实施例，并且允许用户定义刺激配置并执行各种其他监视和编程任务。用户界面910包括显示屏856、用户输入设备858和界面控制电路954。显示屏856可以包括任何类型的交互式或非交互式屏幕，并且用户输入设备858可以包括支持本文档中讨论的各种功能的任何类型的用户输入设备，诸如触摸屏、键盘、小键盘、触摸板、轨迹球、操纵杆和鼠标。在一个实施例中，用户界面910包括允许用户执行本文档中讨论的任何功能的GUI，其中图形呈现和/或编辑是合适的，如本领域技术人员可以理解的。

界面控制电路954表示界面控制电路854的实施例，并且包括刺激控制电路920，其表示刺激控制电路320的实施例并指定刺激配置。刺激控制电路920包括体积定义电路960和刺激配置电路962。体积定义电路960可以被配置为使用由神经刺激(例如，如本文档所讨论的神经刺激脉冲的递送)对一个或多个测试体积激活而产生的一个或多个临床效果来确定目标体积。刺激配置电路962可以被配置为允许用户输入或选择一个或多个刺激配置(每个刺激配置对应于测试体积)，并且被配置为基于目标体积生成刺激配置。在本文档中，“目标体积”是指激活的体积，针对其，诸如可植入刺激器704的医疗设备被编程为递送神经刺激治疗以治疗患者，并且“测试体积”是指在确定目标体积的过程中所使用的激活体积。在各种实施例中，刺激配置电路962可用于输入和/或生成指定至少细分的刺激配置。

在一个实施例中，刺激配置电路962生成刺激配置，以用于激活基本上匹配目标体积的刺激体积。目标体积包括患者组织的第一部分。刺激体积包括组织的第二部分。理想地，组织的第一部分和组织的第二部分是组织的相同部分。在实践中，刺激体积应该与目标体积基本匹配，使得组织的第一部分和组织的第二部分之间的差异最小化。

图10示出了在用户界面910上呈现临床效果和刺激配置的示例。体积定义电路960可以使用呈现设备856呈现目标体积和一个或多个临床效果。刺激配置电路962可以使用呈现设备856呈现刺激配置。在所示的示例中，体积定义电路960在呈现设备856的显示屏上的体积定义面板1064中呈现目标体积和一个或多个临床效果，并且刺激配置电路962在显示屏上的刺激配置面板1066中呈现刺激配置。刺激配置面板1066示出了包括极性和细分的电极配置，以及包括幅度、宽度和频率的刺激脉冲参数。“导航器”按钮可以打开导航控制台，其允许用户导航预定义的刺激配置并选择预定义的刺激配置。“手动”按钮可以打开手动编程控制台，其允许用户手动定义刺激配置。

在各种实施例中，使用一个或多个临床效果确定目标体积(包括在确定目标体积的过程期间产生各种其他激活体积)可以与所使用的刺激设备和引线系统无关。在确定了目标体积之后，刺激配置电路962可以自动生成刺激配置，以用于激活与目标体积基本匹配的组织体积。各种其他激活体积的示例包括测试体积、标记体积和推荐体积(也称为“暗示”)，如在本文档中下面进一步讨论的。这种体积可以各自被认为是在确定最终目标体积的迭代过程中使用的尝试目标体积。

在各种实施例中，刺激配置电路962可以执行逆建模算法，其自动生成用于激活与目标体积基本匹配的患者中的组织体积的刺激配置。可以使用由每次迭代中使用的测试体积产生的一个或多个临床效果通过一次或多次迭代来定义和完善目标体积。在各种实施例中，用户可以为每次迭代指定测试体积。例如，刺激配置电路962可以从用户(其手动定义刺激配置或从存储的刺激配置中选择一个)接收刺激配置，并且使用刺激配置来生成要由递送神经刺激产生的测试体积。可替换地，用户可以指定测试体积，并且刺激配置电路962可以执行逆建模算法以自动生成用于激活该测试体积的刺激配置。在一个实施例中，逆建模算法基于使刺激配置与激活体积有关的刺激场模型(SFM)。可以使用包括将激活体积映射到刺激配置的数据的库和/或使用生成刺激体积的刺激配置的分析推导来生成刺激配置。

在各种实施例中，体积定义电路960可以使用呈现设备856使用由用户输入的信息、由患者输入的信息和/或从患者感测到的信号来确定一个或多个临床效果和/或呈现一个或多个临床效果。如图10所示，体积定义面板1064中呈现的临床效果可包括由一个或多个类型的治疗益处和一个或多个类型的副作用表示的临床效果。表示一个或多个治疗益处程度的治疗益处得分(0表示无治疗益处，4表示最高程度的治疗益处)和表示一个或多个副作用程度的副作用得分(0表示没有副作用，4表示最高程度的副作用)被呈现。如图10所示，体积定义面板1064中呈现的临床效果还可包括治疗益处轮廓和副作用轮廓。治疗益处轮廓指示出可针对一个或多个期望的治疗益处激发的组织体积。副作用轮廓指示出可针对一个或多个不希望的副作用激发的组织体积。在各种实施例中，体积定义电路960可以使用呈现设备856诸如在如图10所示的显示屏的体积定义面板1064中呈现这些临床效果，包括类型、得分和/或轮廓。刺激配置电路962可以使用呈现设备856呈现包括任何一个或多个尝试目标体积的目标体积，诸如在如图10所示的显示屏的体积定义面板1064中显示的“所测试的最后体积”。

图11-15各自示出了体积定义面板1064中的临床效果和刺激配置面板1066中的刺激配置的呈现的另一示例。这些示例示出了使用临床效果确定目标体积的过程。在该过程的一个实施例中，体积定义电路960可以(i)确定和/或呈现每个都对应于刺激配置的一个或多个测试体积；(ii)确定一个或多个临床效果集，每个临床效果集都由使用相应的刺激配置通过神经刺激所激活的一个或多个测试体积的测试体积产生；(iii)将测试体积标记为标记体积(或“标记”)以允许跟踪定义目标体积的尝试；(iv)基于一个或多个测试体积和与一个或多个测试体积相关联的一个或多个临床效果集来自动生成推荐体积(或“暗示”)；以及(v)使用与一个或多个测试体积、一个或多个标记体积和/或一个或多个推荐体积相关联的一个或多个临床效果集来确定目标体积。一个或多个临床效果集可各自包括总治疗益处得分、一个或多个治疗益处类型、一个或多个治疗益处类型中的每一种的治疗益处得分、总副作用得分、一个或多个副作用类型、一个或多个副作用类型中的每一种的副作用得分、治疗益处轮廓和/或副作用轮廓，其中每一个都可以选择性地显示在体积定义面板1064中。在各种实施例中，体积定义电路960可以被配置为自动地和/或利用来自用户和/或患者的输入执行(i)-(v)中的每一个。刺激配置电路962指定了刺激配置并在刺激配置面板1066中显示刺激配置。虽然包括电脉冲的递送的神经刺激被作为示例讨论，但是根据本主题可以使用临床效果来编程任何其他形式的神经刺激。在所示的示例中，刺激配置由脉冲参数和电极极性和细分参数来指定。刺激脉冲参数可以包括脉冲幅度(例如，以mA计)、脉冲持续时间(例如，以μs计)、以及脉冲频率(例如，以Hz计，或者以μs计的脉冲间间隔)。每个电极可以被指定为阳极或阴极，并分配脉冲幅度的一部分。该部分可以被指定为脉冲幅度的百分比或被指定为幅度绝对值。

图11示出了体积定义电路960已经确定了第一测试体积，确定了由神经刺激对第一测试体积的激活所产生的第一临床效果集，并将第一测试体积标记为第一标记体积(标记“1”)。图11示出了用户(例如，手动地)定义初始(第一)刺激配置(例如，如所示的具有单极电极配置)的示例。在确定了第一测试体积之后，用户可以使用临床效果得分(例如，治疗益处得分和副作用得分)对第一测试体积评级，并且可以在体积定义面板1064中以组织体积的二维横截面视图或三维视图来显示净效果(net effect)的图形表示。测试体积的该图形表示可以用颜色填充和/或用另一个视觉标记(例如，星形、诸如数字的标记、或彩色圆圈)标记，以表示临床效果输入。下一个测试体积的图形表示可以覆盖在当前(和先前)测试体积的图形表示上，并且重复该过程直到确定满意的目标体积为止。临床效果得分(例如，治疗益处得分和副作用得分)可以跨越多种症状，和/或多种症状可以由不同的临床效果数据结构(例如，运动障碍和僵硬)表示，尽管数据也可以被合并为例如可以由复合颜色表示的一个综合得分。

图12示出了体积定义电路960已经确定了第二测试体积，确定了从由神经刺激激活的第二测试体积产生的第二临床效果集，并将第二测试体积标记为第二标记体积(标记“2”)。

如图13所示，临床效果可包括源自从患者感测到的信号的临床效果。在各种实施例中，临床效果可以由用户和/或患者输入，和/或使用各种传感器从测量结果自动导出。传感器可以包括可穿戴和/或可植入的传感器，其感测诸如以下的信号：运动信号(加速度)、局部场电位信号、(例如，使用可穿戴传感器感测到的)脑电图(EEG)信号、(例如，使用可植入传感器感测到的)单个单元活动信号、(例如，使用可穿戴传感器感测到的用于指示僵硬和/或震颤的)肌电图(EMG)信号、(例如，使用可穿戴传感器感测到的用于指示脊柱对准的)姿势信号、(例如，使用放置在某些核中的可植入传感器感测到的)多巴胺/神经递质水平信号、和/或(例如，使用放置在某些核中的可植入传感器感测到的)指示出炎症因子或神经胶质细胞活动或死亡的其他标记的信号。可以切换特定的测量。可以在体积定义面板1064中显示每个都表示一个或多个感测电极和/或一个或多个生物识别传感器的一个或多个指示符。每个都表示一个或多个感测电极的一个或多个指示符也可以在刺激配置面板1066中显示。在刺激配置面板1066中，可以在确定刺激配置的计算中诸如通过使用手动模式排除感测电极(例如，在图13所示的示例中排除尖端电极)。

图14示出了体积定义电路960已经确定了第三测试体积，确定了由神经刺激对第三测试体积的激活所产生的第三临床效果集，并将第三测试体积标记为第三标记体积(标记“3”)。在各种实施例中，可以通过连续迭代以这种方式“构建”测试体积。图11、12和14示出了在前三次迭代期间试图确定目标体积时临床效果和刺激配置的呈现的示例。例如，在体积的透视图和横截面视图两者中，迭代可以遵循启发式规则。副作用的表示可以默认为背景。自动映射/搜索按钮(“自动”)允许用户切换到算法搜索，其自动扫描可用的刺激配置以映射临床效果(在映射模式下，当选择“映射”时)或寻找最佳刺激(在搜索模式下，当选择“搜索”时)。根据是映射临床效果还是搜索最佳刺激来激活不同的算法/搜索路径。

图15示出了体积定义电路960已经确定了三个附加测试体积，确定了由神经刺激对三个相应的附加测试体积中的每一个附加测试体积激活而产生的三个相应的附加临床效果集，并且将相应的附加测试体积标记为第四至第六标记体积(标记“4”、“5”和“6”)。另外，体积定义电路960基于已确定的相应的一个或多个临床效果集的一个或多个测试体积而自动生成推荐体积(或“暗示”，由图15中的虚线轮廓表示)。在各种实施例中，目标体积是基于多个测试体积从连续的临床效果映射构建体积而产生的。在所示的示例中，指导按钮(“指导？”)允许用户请求推荐或建议搜索方向或刺激配置的推荐，如图15所示，其以透视图显示在体积定义面板1064中。

在各种实施例中，在(使用相应的临床效果)已经评估了一定数量的测试体积之后，和/或如果选择了搜索模式，则算法可以提供推荐体积。体积定义电路960可提供选项并将其显示在体积定义面板1064中以允许用户指定临床效果的基底(floor)(例如，一个或一组最小得分和/或参数)和/或由推荐体积表示的临床效果的目标幅度(例如，一个或一组目标得分和/或参数)。这种基底和目标参数和/或与推荐体积相关联的其他一个或多个阈值参数也可以被编程(例如，硬编码)到神经刺激器中。然后可以确定提供与推荐体积基本匹配的激活体积的刺激配置。

在各种实施例中，用户界面910可以允许用户标记体积和/或控制点以跟踪临床映射的进展。控制点可以包括要保存的库生成的体积的中心、用户单击以定义体积的精确点、或者可以划分为单个点的刺激的另一个合理近似值(例如，“模板”体积的中心点或计算体积的形心)。标记可以表示所尝试的测试体积的序列(例如，如图15所示的标记“1”-“6”)、表示所实现的净临床效果(例如，有色/实心的圆圈)、和/或指示特别有利或不利的控制点。与标记相关联的体积可以在本文档中称为“标记体积”。用户界面还可以允许用户以与对测试体积进行评分类似的方式对每个标记进行评分。标记也可以根据它们最近如何被放置而被加阴影或以其它方式表示(例如，如图11-15所示的数字，或者关于顺序和/或时间顺序的用黑色指示最早并用白色指示最新的灰度)。

在各种实施例中，体积定义电路960可基于一个或多个测试体积、一个或多个推荐体积和/或一个或多个标记体积来确定目标体积。例如，体积定义电路960可以允许用户将目标体积设置为有效体积。有效体积可以是用户使用与该测试体积相关联的一个或多个临床效果而选择的测试体积。用户可以通过选择有效体积并点击“设置”按钮而将目标体积设置为有效体积。体积定义电路960还可以允许用户将目标体积设置为推荐体积，和/或还可以允许用户将目标体积设置为标记体积。用户可以指定要用作目标体积的相关联的标记体积的标记。用指定标记保存的刺激配置用作用于对神经刺激器进行编程的刺激配置。可以从主透视图、特定标记视图、菜单滑块或任何其他合适的用户界面表示来访问标记。在各种实施例中，体积定义电路960还可以允许用户将目标体积设置为一个或多个经评估的测试体积、一个或多个推荐体积以及一个或多个标记体积中的任何一个。刺激配置电路962生成用于该目标体积的刺激配置，并且编程控制电路816基于刺激配置而生成用于对刺激设备进行编程的多个刺激参数。在各种实施例中，体积定义电路960可以使用呈现设备856显示消息，以要求用户在用于对刺激设备进行编程之前确认目标体积。

图16-28各自示出了目标体积和临床效果在用户界面910上的呈现的示例。在各种实施例中，体积定义电路960可以使用呈现设备856(诸如，在呈现设备856的显示屏上)以各种视图图形地呈现本文档中讨论的临床效果和各种体积。

图16示出了显示屏上的体积定义面板1664上的与目标体积和临床效果有关的呈现的示例。目标体积和临床效果以整体或透视图1674和横截面视图1670和1672呈现。目标体积，包括用于确定目标值的各种体积(即，一个或多个测试体积、推荐体积和标记体积)，与所使用的引线或要生成的刺激配置无关。换句话说，仅在确定了目标体积并且要确定刺激配置之后才使用引线的特定信息。体积定义电路960可以在显示屏上呈现引线、引线上的电极和体积(例如，一个或多个测试体积、推荐体积和标记体积)的横截面和/或其他剖面视图，并且允许用户选择横截面(图16中的z)和观察角度(图16中的θ)。在所示的示例中，体积定义电路960允许用户使用上下箭头选择横截面平面(图16中的z)和使用旋转箭头选择透视角度(图16中的θ)。用户可以在用户界面上在选择横截面平面和选择透视角度之间切换。在所示的示例中，横截面平面(z线)和透视角度(θ线)的指示符与引导剖面一起呈现。在各种实施例中，当向用户提供选择横截面平面和透视角度的装置时，可能不需要这种指示符。

在所示的示例中，在体积定义面板1664中示出了推荐体积和当前测试体积，或推荐体积和当前刺激体积。体积也可以与一系列先前标记一起示出。旋转箭头允许用户滑过各种透视角度(θ)。上下箭头允许用户指定每个横截面平面(z)，或者用户可以通过拖/放指定每个横截面平面。横截面视图可以独立于整体视图并且可与临床效果控制台(图17)切换。在一个实施例中，体积定义电路960允许用户选择是否在每个横截面视图中显示推荐体积(例如，未在横截面视图1670中示出，但是在横截面视图1672中示出，如图16中所示)。在各种实施例中，横截面视图示出了表示一个或多个总临床效果体积的单个“薄片”(例如，如图16中所示的z)。这些横截面可以用横截面控制翻转并用临床输入更新(参见图17)。在各种实施例中，体积定义电路960允许用户在关于特定症状的临床效果(例如，一个或多个治疗益处和一个或多个副作用)之间切换。

图17示出了临床效果控制台1768在显示屏上的呈现的示例。在各种实施例中，临床效果(例如，一个或多个治疗益处和一个或多个副作用)可以以被显示为滑块的症状菜单的形式呈现和/或具有附加的加权选项。在各种实施例中，可以在计算复合治疗益处或副作用得分时将可选择的权重应用于症状。在所示的示例中，“指导？”按钮允许用户在手动模式下获得推荐体积，并且紧挨着指导按钮显示的“设置”按钮允许用户将目标体积设置为推荐体积。

图18-20各自示出了目标体积和临床效果的横截面视图1670和1672的示例。在各种实施例中，体积、推荐体积和标记都与所使用的引线或编程到刺激设备中的刺激参数无关。各种颜色和/或缩放颜色可以用于清楚地指示各种效果，诸如复合治疗益处、单独治疗益处(例如，每个都针对特定症状)、复合副作用、单独副作用(例如，每个都针对特定副作用)、和/或可用于清楚地指示所评估的体积的顺序。用户可以在横截面视图1670和1672中的每个选择是否呈现每个体积(例如，测试、推荐体积和标记体积中的每个)。在各种实施例中，横截面视图可以包括内部插值表面切口/剖面(例如，图18)，可以仅示出每个临床效果体积的轮廓(例如，图19)，或者可以示出表示与当前和先前的测试体积评估相关联的临床效果的体积或轮廓(例如，图20)。

图21和22各自示出了目标体积和临床效果的透视图1674的示例。在各种实施例中，体积、推荐体积和标记都与所使用的引线或编程到刺激设备中的刺激参数无关。各种颜色和/或缩放颜色可以用于清楚地指示各种效果，诸如复合治疗益处、单独治疗益处(例如，每个都针对特定症状)、复合副作用、单独副作用(例如，每个都针对特定副作用)、和/或可用于清楚地指示所评估的体积的顺序。在各种实施例中，透视图1674可以显示当前体积和推荐体积(例如，图21)，或者可以显示评估的测试体积和推荐体积，其中测试体积用颜色或指示出它们相应的临床效果和/或它们评估的时间顺序的其他显著特征来标记(例如，图22)。

图23-25各自示出了呈现具有相应临床效果的推荐体积的示例，如横截面视图1670和1672和/或透视图1674所示。在各种实施例中，一旦组织区域被充分映射(例如，在评估测试体积的一定数量之后)和/或当选择搜索模式时，体积定义电路960可以生成推荐体积。在一个实施例中，诸如图23所示，推荐体积显示为明确的体积和横截面，其中细分被显示在具有电极的引线上(例如，使用颜色将每个体积与相应的刺激配置相关联)。用于生成推荐体积的精确刺激配置可以显示或可以不显示给用户，并且用户可以能够选择或不可以能够选择是否显示它。在另一个实施例中，诸如图24中所示，显示推荐(通过例如箭头、符号或其他指示符)以表明体积变化的方向(和相应的刺激配置)和总体趋势，以使用户能够对测试体积所采取的增量应用自由裁量权。这样的方向可以从例如当前刺激配置和基于临床效果的体积之间的逻辑比较，或者当前刺激配置和测试体积的形状定义点之间的差异(例如，质心、焦点或顶点)得出。在另一个实施例中，诸如图25所示，推荐体积可以与标记和/或并发闭环优化算法集成，并且可以表示闭环搜索的推荐的下一步和/或推荐的第一步(如果从当前部位发起的话)。

图26-28各自示出了呈现具有相应的临床效果的标记的示例，如横截面视图1670和1672和/或透视图1674所示。在各种实施例中，标记可以在或可以不在整体透视图上示出。标记可以是数字、点、星和/或其他符号。标记(作为符号而不是体积或轮廓)可以对应于临床效果(治疗益处和/或副作用)而被着色。标记的方向或进展(例如，标记的时间顺序)可以显示或可以不显示。可以用每个横截面视图示出所有标记，或仅以所选横截面为中心的标记。标记可以被记录并与相应的临床笔记一起存储，和/或被命名(例如，“Brady 3”)并且与相应的临床效果得分和/或刺激配置一起存储。当前选择的标记和相应的横截面可以由尺寸、颜色或另一区别特征表示。在一个实施例中，诸如图26中所示，标记(数字)表示在确定目标体积的过程期间所评估的控制点的顺序。标记也可以是根据评估位置的时间而被加阴影的圆圈。在另一个实施例中，诸如图27中所示，用户可以保存标记(连同相应的刺激配置)以供参考和以后潜在使用。标记可以被表示为被保存(例如，通过圆圈)具有加阴影的标记或表示标记体积的有效性(例如，基于临床效果得分)的属性、标记被建立的时间的属性(例如，字体、大小或符号)、和/或一个或多个其他属性。在另一个实施例中，诸如28中所示，标记可以被放置(例如，通过点击横截面，用户界面上的“标记”按钮，和/或使用诸如交叉点的网格来选择标记)并使用方向控制来操纵。可以使用例如一组按钮或滑块来控制网格分辨率。

图29示出了使用临床效果对神经刺激进行编程的方法2980的实施例。在一个实施例中，系统100(包括其在本文档中讨论的各种实施例)用于执行方法2980。例如，诸如外部编程设备802的编程设备可以被配置为执行方法2980。

在2982处，指定一个或多个测试体积。一个或多个测试体积各自表示要向其递送神经刺激的患者的组织的一部分。在一个实施例中，允许用户指定要测试的刺激配置，并且通过执行基于例如SFM的建模算法而自动生成相应的测试体积。在另一个实施例中，允许用户直接指定测试体积，并且通过执行基于例如SFM的逆建模算法而自动生成相应的刺激配置。在各种实施例中，可以允许用户直接地和/或通过指定相应的刺激配置来指定测试体积。通过使用相应的刺激配置递送神经刺激来激活测试体积。在各种实施例中，测试体积和相应的刺激配置可以诸如在编程设备的显示屏上呈现给用户。

在2984处，确定与一个或多个测试体积相关联的临床效果。对于每个指定的测试体积，可以根据相应的刺激配置递送神经刺激，并且可以基于手动输入的信息和/或从患者感测到的信号来确定与测试体积相关联的临床效果。手动输入的信息可以包括用户的观察和/或患者提供的反馈。在各种实施例中，临床效果信息集可以被生成来表示所确定的临床效果，并在显示屏上呈现。临床效果信息集可以包括各种类型和程度的一个或多个治疗益处，并且与测试体积和推荐体积相关联的一个或多个副作用可以被确定并在显示屏上呈现。临床效果信息显示的示例包括总治疗益处得分、一个或多个治疗益处类型、一个或多个治疗益处类型中的每一种的治疗益处得分、总副作用得分、一个或多个副作用类型、一个或多个副作用类型中的每一种的副作用得分、治疗益处轮廓和/或副作用轮廓。治疗益处轮廓指示出关于一个或多个期望的治疗益处可激发的组织体积。副作用轮廓指示出关于一个或多个不希望的副作用可激发的组织体积。

在2986处，至少使用在2984处确定的临床效果来确定目标体积。目标体积可以是对应于最佳刺激配置的激活体积，并且可以通过靶向在使一个或多个副作用最小化的同时使一个或多个治疗益处最大化来确定。在各种实施例中，目标体积可以被确定为一个或多个治疗益处与一个或多个副作用的最佳平衡。在各种实施例中，通过重复步骤2982、2984和2986的迭代过程来确定目标体积。例如，迭代过程的每次迭代可以包括定义表示用于定义目标体积的尝试的测试刺激配置，确定对应于测试刺激配置的测试体积，并确定表示与测试体积相关联的临床效果的临床效果信息集。当评估足够数量的测试体积的临床效果时，可以使用测试体积及其相关联的临床效果信息集来确定目标体积。迭代过程还可以包括允许用户将测试体积标记为标记体积，以允许跟踪用于定义目标体积的尝试。在各种实施例中，迭代过程还可包括基于测试体积及其相关联的临床效果信息集而自动生成推荐体积。在各种实施例中，用户可以将目标体积设置为标记体积、推荐体积或多个测试体积中的测试体积。在各种实施例中，目标体积、标记体积、推荐体积、测试体积或临床效果信息集的一个或多个图形表示中的一个或多个在显示屏上在由用户选择的横截面处的横截面视图或者由用户选择的透视角度下的透视图中的一个或多个视图中呈现。还可以在显示屏上呈现刺激配置的图形表示。

在2988处，确定用于目标体积的刺激配置。逆建模算法可用于自动生成刺激配置，根据该刺激配置，将递送神经刺激以刺激目标体积(患者组织的一部分)。在各种实施例中，逆建模算法可以生成刺激配置，以用于激活与目标体积基本匹配的患者中的组织体积，使得当根据刺激配置递送神经刺激时可以预期预期的临床效果。在各种实施例中，刺激配置可包括指定了从多个电极的对一个或多个电极的选择和流过所选择的一个或多个电极的电流的细分的电极配置。在各种实施例中，刺激配置可以使用包括将激活体积映射到刺激配置的数据的库而自动生成，和/或使用从刺激体积的对刺激配置的分析推导而自动生成。

在2990处，基于针对目标体积确定的刺激配置，生成控制了从刺激设备通过多个电极中的一个或多个电极递送神经刺激的多个刺激参数。刺激设备诸如以电脉冲的形式向患者递送神经刺激。在各种实施例中，刺激设备可用于递送DBS、SCS、PNS、VNS和任何其他类型的神经刺激。

在各种实施例中，体积(包括方法2980中使用的任何体积)可以由θ-平面上的r、z点定义，或者通过z-平面上的显式或内插x、y点定义。数据被表示为矩阵，其值通过用户指定的临床效果输入(例如，同等或不同等的加权治疗益处和副作用输入)，并且也可以转换为轮廓(阈值)、水平或布尔值，并显示在横截面上。这些轮廓、水平或布尔值可用于逐点或总距离比较。临床效果阈值可以构建到刺激设备中以由用户使用用户界面来编程或指定。推荐体积表示设备库中的体积和/或源自分析计算/近似的体积，其最佳地匹配潜在的目标体积(例如，由治疗益处的阈值定义)。该体积可以(例如，通过θ平面上的rz或z平面上的xy)被编码和分段，类似于临床效果体积。目标体积(被设置为推荐体积、标记体积或测试体积)与(从库中选择的)刺激体积之间的距离D(在导出的目标体积和潜在的目标体积之间最小化以便找到并显示推荐体积)可以被表示为总的或加权的汉明距离、总的或加权的空间距离、沿行和列的边缘或轮廓点之间的距离、或类似度量。

在各种实施例中，可以基于目标体积通过以下来确定刺激配置：基于形心坐标输入“舍入(rounding)”到最近的操纵状态；舍入到具有电极的引线的最近SFM；并基于目标和库SFM的特征(例如，体积、边缘轮廓和特定角度平面上的剖面)之间的最小汉明差异来搜索最佳基元(和相关联的细分)。

应理解的是，以上详细描述旨在是说明性的而非限制性的。在阅读和理解以上描述时，其他实施例将对本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明的范围应该参考所附权利要求以及这种权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims (15)

1.一种用于使用多个电极向患者的组织递送神经刺激并由用户控制对所述神经刺激的递送的系统，所述系统包括：

编程控制电路，所述编程控制电路被配置为根据刺激配置产生控制对所述神经刺激的递送的多个刺激参数，所述神经刺激通过所述多个电极中的一个或多个电极被递送；和

刺激控制电路，所述刺激控制电路被配置为指定所述刺激配置，所述刺激控制电路包括：

体积定义电路，所述体积定义电路被配置为：确定一个或多个测试体积；确定一个或多个临床效果，每个临床效果都由被所述神经刺激激活的所确定的一个或多个测试体积中的测试体积产生；基于所确定的一个或多个测试体积、所确定的一个或多个临床效果、以及包括指定用于一个或多个临床效果的基底或目标幅度中的至少一个的一个或多个阈值参数而生成推荐体积；并基于至少所确定的一个或多个测试体积和推荐体积而确定目标体积；和

刺激配置电路，所述刺激配置电路被配置为生成用于激活实质上匹配所述目标体积的刺激体积的指定刺激配置，

其中所述一个或多个测试体积，所述推荐体积，所述目标体积和所述刺激体积每个都表示所述组织的一部分。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个测试体积包括多个测试体积，并且所述体积定义电路还被配置为：

确定所述多个测试体积；

确定临床效果信息集，每个临床效果信息集都表示由所述神经刺激对所确定的多个测试体积中的测试体积的激活而产生的临床效果；

基于所确定的一个或多个测试体积、所确定的临床效果信息集和所述一个或多个阈值参数而生成所述推荐体积；并且

基于至少所确定的多个测试体积和推荐体积确定所述目标体积。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述体积定义电路还被配置为允许所述用户将所述多个测试体积中的测试体积标记为标记体积，所述标记体积允许跟踪对确定所述目标体积的尝试。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述体积定义电路还被配置为使用所确定的临床效果信息集中的一个或多个临床效果信息集而自动生成所述推荐体积。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述体积定义电路还被配置为允许所述用户将所述目标体积设置为所述标记体积、所述推荐体积或所述多个测试体积中的测试体积。

6.根据权利要求5所述的系统，还包括显示屏和用户输入设备，

其中，所述体积定义电路还被配置为：在所述显示屏上，以由所述用户使用所述用户输入设备选择的横截面处的横截面视图或者由所述用户使用所述用户输入设备选择的透视角度下的透视图中的一个或多个视图，来呈现以下中的一个或多个：所述目标体积、所述标记体积、所述推荐体积、所述多个测试体积、或所确定的临床效果信息集中的一个或多个临床效果信息集的一个或多个图形表示，并且

其中，刺激配置电路还被配置为在所述显示屏上的刺激配置面板中呈现指定的刺激配置的图形表示。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，其中，所述刺激配置电路还被配置为允许所述用户指定测试刺激配置，并且所述体积定义电路还被配置为根据所述测试刺激配置中的测试刺激配置确定所述多个测试体积，每个测试体积都是要通过递送所述神经刺激而被激活的组织的体积。

8.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，其中，所述体积定义电路还被配置为基于由所述患者或所述用户中的一个或多个输入的信息来确定所述临床效果信息集。

9.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，其中，所述体积定义电路还被配置为使用从所述患者感测到的信号而自动确定所述临床效果信息集。

10.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，其中，所述体积定义电路还被配置为确定所述临床效果信息集，其包括治疗益处的测度和副作用的测度。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述体积定义电路还被配置为确定：治疗益处轮廓，所述治疗益处轮廓指示出针对一个或多个期望的治疗益处能激发的组织体积；和副作用轮廓，所述副作用轮廓指示出针对一个或多个不希望的副作用能激发的组织体积。

12.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，其中，所述刺激配置电路被配置为：通过使用使指定的刺激配置与所述刺激体积有关的刺激场模型(SFM)来执行逆建模算法而自动生成所述刺激配置。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述刺激配置电路还被配置为使用包括将一个或多个刺激体积映射到一个或多个刺激配置的数据的库来生成所述刺激配置。

14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述刺激配置电路还被配置为使用从所述刺激体积对所述刺激配置的分析推导来生成所述刺激配置。

15.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，其中，所述刺激配置电路还被配置为确定所述刺激配置的电极配置，所述电极配置指定了从所述多个电极的对一个或多个电极的选择以及流过所选择的一个或多个电极的电流的细分。

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