CN111225711A - 无感觉异常的脊髓刺激系统 - Google Patents

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Abstract

公开了用于测试和治疗脊髓刺激(SCS)患者的方法和系统。最终利用亚感知(无感觉异常)治疗对患者治疗。但是，在针对患者选择激活电极所在的“甜点搜索”期间使用超感知刺激。这允许甜点搜索快得多地发生并且不需要洗入所尝试的各种电极组合。在使用超感知治疗选择电极之后，使用所选择的电极将治疗滴定到亚感知水平。已经使用10kHz或低于10kHz的脉冲研究了这种亚感知治疗，并且已经确定在SCS患者经历诸如背痛的症状显著减轻所处的该频率范围内的脉冲宽度(PW)和频率(F)之间存在具有统计学显著性的相关性。有利地，在此类低频下的亚感知刺激显著地降低在患者的神经刺激器中的功率消耗。

Description

无感觉异常的脊髓刺激系统
技术领域
本申请涉及植入式医疗设备(IMD)，通常涉及脊髓刺激器，并且更具体地，涉及控制此类设备的方法。
背景技术
植入式神经刺激器设备是生成并递送电刺激到身体神经和组织以用于治疗各种生物性紊乱的设备，诸如治疗心律失常的起搏器、治疗心脏纤颤的除颤器、治疗耳聋的耳蜗刺激器，治疗失明的视网膜刺激器、产生协调肢体运动的肌肉刺激器、治疗慢性疼痛的脊髓刺激器、治疗运动和心理障碍的皮层和深部脑刺激器，以及治疗小便失禁、睡眠呼吸暂停、肩关节半脱位等的其他神经刺激器。以下描述将大体上聚焦本发明在脊髓刺激(SCS)系统内的使用，诸如在美国专利6,516,227中所公开的。但是，本发明可以找到任何植入式神经刺激器设备系统的适用性。
SCS系统通常包括在图1中示出的植入式脉冲发生器(IPG)10。IPG 10包括生物相容性设备壳体12，其容纳IPG运行所需的电路和电池14。IPG 10经由形成电极阵列17的一个或多个电极引线15耦合到电极16。电极16被配置为接触患者的组织并且被承载在柔性体18上，柔性体18还容纳被耦合到每个电极16的单独引线20。引线20也被耦合到近端触点22，其可以插入被固定在IPG 10上的头部23内的引线连接器24中，该头部可以包括例如环氧树脂。一经插入，近端触点22就连接到引线连接器24内的头部触点，其进而由馈通引脚通过壳体馈通(feedthrough)耦合到壳体12内的电路，虽然这些细节并未示出。
在所示IPG 10中，存在在两个引线15之间拆分的十六个引线电极(E1至E16)，其中头部23包含2x1阵列的引线连接器24。然而，在IPG中的引线和电极的数量是应用特定的并且因此可以变化。导电壳体12也可以包括电极(Ec)。在SCS应用中，电极引线15通常被植入在脊髓中线的左右两侧上的患者的脊柱中的硬膜附近。近端电极22通过患者的组织隧穿到远处诸如植入了IPG壳体12的臀部，在该点处它们被耦合到引线连接器24。在被设计用于直接植入在需要刺激的部位处的其他IPG示例中，IPG可以是无引线的，具有16个电极替代地出现在IPG的主体上以用于接触患者的组织。IPG引线15在其他IPG方案中可以与壳体12集成并且永久地连接壳体12。SCS治疗的目的是为了提供来自电极16的电刺激以缓解患者的症状，最显著的是慢性背痛。
IPG 10可以包括允许其与多个外部设备进行双向通信的天线26a，如图4中所示。如图1中描绘的天线26a被示出为壳体12内的导电线圈，虽然线圈26a也可以出现在头部23中。当天线26a被配置为线圈时，与外部设备的通信优选地使用近场磁感应发生。IPG也可以包括射频(RF)天线26b。在图1中，RF天线26b被示出在头部23内，但是其也可以在壳体12内。RF天线26b可以包括贴片、槽或电线，并且可以作为单极或双极来操作。RF天线26b优选地使用远场电磁波进行通信。RF天线26b可以根据任何数量的已知RF通信标准(诸如蓝牙、Zigbee、WiFi、和MICS等)进行操作。
在IPG 10中的刺激通常由脉冲来提供，如图2中所示。刺激参数通常包括：脉冲的幅度(A；无论电流还是电压)；脉冲的频率(F)和脉冲宽度(PW)；被激活以提供此类刺激的电极16(E)；以及此类激活电极的极性(P)，即，激活电极是充当阳极(产生(source)到组织的电流)还是阴极(吸收(sink)来自组织的电流)。一并考虑的这些刺激参数包括IPG 10可执行以向患者提供治疗刺激的刺激程序。
在图2的示例中，电极E5已经被选择作为阳极，并且因此提供了产生到组织的幅度为+A的正电流的脉冲。电极E4已经被选择作为阴极，并且因此提供吸收来自组织的幅度为-A的相应负电流的脉冲。这是双极刺激的示例，在其中仅两个基于引线的电极(一个阳极、一个阴极)被用于向组织提供刺激。然而，多于一个电极可以在给定时间充当阳极，并且多于一个电极可以在给定时间充当阴极(例如，三极刺激、四极刺激等)。
如图2中所示的脉冲是双相的，包括第一相位30a，其后紧跟着具有相反极性的第二相位30b。众所周知，双相脉冲的使用可用于有效电荷恢复。例如，到组织的每个电极的电流路径可以包括串联连接的DC阻断电容器，见例如美国专利申请公开2016/0144183，其将在第一相位30a期间充电并且在第二相位30b期间放电(被恢复)。在所示示例中，第一相位30a和第二相位30b具有相同的持续时间和幅度(虽然极性相反)，这确保了在两个相位期间相同的电荷量。然而，如果这两个相位的幅度和持续时间的积分在大小上相等，则第二相位30b也可以与第一相位30a充电平衡，如众所周知的。每个脉冲的宽度PW在此被定义为第一脉冲相位30a的持续时间，虽然脉冲宽度也还可以指第一脉冲相位30a和第二脉冲相位30b的总持续时间。注意，在两个相位30a与30b之间可以提供相间周期(IP)，在这期间无刺激提供。
IPG 10包括刺激电路28，其可以被编程为根据刺激程序所定义的在电极处产生刺激脉冲。刺激电路28可以例如包括在以下中描述的电路：均于2016年9月10日提交的序列号为62/386,000和62/393,003的美国临时专利申请、或USP8,606,362和8,620,436。
图3示出了可以在将IPG 10植入患者内之前的外部试验刺激环境。在外部试验刺激期间，可以在不至于植入IPG 10的情况下尝试对预期的植入患者进行刺激。与此形成对照，一个或多个试验引线15’在目标位置34处被植入患者的组织32中，诸如在先前所说明的脊柱内。一个或多个试验引线15’的近端端部离开切口36并且被连接到外部试验刺激器(ETS)40。ETS 40通常模仿IPG 10的操作，并且因此可以向患者的组织提供刺激脉冲，如以上所说明的。见例如公开了一种针对ETS的设计的9,259,574。ETS 40通常在短时间内(例如，两周)由患者从外部穿戴，这允许患者和其临床医师以不同刺激参数进行试验以尝试并且找到缓解患者的症状(例如，疼痛)的刺激程序。如果外部试验刺激证明成功，则移出一个或多个试验引线15’，并且如以上所述的植入完整的IPG 10和一个或多个引线15；如果不成功，则仅移出一个或多个试验引线15’。
类似IPG 10，ETS 40可以包括能够与外部设备进行双向通信的一个或多个天线，关于图4进一步说明。此类天线可以包括近场磁感应线圈天线42a，和/或远场RF天线42b，如先前所描述的。ETS 40也可以包括刺激电路44，其能够根据刺激程序形成刺激脉冲，该电路可以类似于存在于IPG 10中的相同刺激电路28或者包括刺激电路28。ETS 40还可以包括用于操作功率的电池(未示出)。
图4示出了可以与IPG 10和ETS 40无线地传送数据的各种外部设备，包括患者的手持式外部控制器45和临床医师编程器50。设备45和50都可以被用于将刺激程序发送到IPG 10或ETS 40—即，用于将其刺激电路28和44编程为产生先前描述的具有期望形状和时序的脉冲。设备45和50也可以都被用于调节IPG 10或ETS 40当前正执行的刺激程序的一个或多个刺激参数。设备45和50也可以从IPG 10或ETS 40接收信息，诸如各种状态信息等。
外部控制器45可以如例如在美国专利申请公开2015/0080982中所述，并且可以包括被配置为与IPG 10一起工作的任一专用控制器。外部控制器45也可以包括通用移动电子设备诸如移动电话，其已经被编程有允许其作为IPG 10或ETS 40的无线控制器工作的医疗设备应用程序(MDA)，如美国专利申请公开2015/0231402中所描述的。外部控制器45包括用户接口，其包括用于输入命令的装置(例如，按钮或图标)和显示器46。外部控制器45的用户接口使患者能够调节刺激参数，虽然其在与更强大的临床医师编程器50相比时可能具有受限的功能，稍后介绍。
外部控制器45可以具有能够与IPG 10和ETS 40通信的一个或多个天线。例如，外部控制器45可以具有近场磁感应线圈天线47a，其能够与IPG 10或ETS40中的线圈天线26a或42a进行无线通信。外部控制器45也可以具有远场RF天线47b，其能够与IPG 10或ETS 40中的RF天线26b或42b进行无线通信。
外部控制器45也可以具有控制电路48，诸如微处理器、微计算机、FPGA、能够执行电子设备的指令的其他数字逻辑结构等。控制电路48可以例如接收对刺激参数的患者调节，并且创建将被无线地发射到IPG 10或ETS 40的刺激程序。
临床医师编程器50在美国专利申请公开2015/0360038中进一步描述，并且仅在此简要说明。临床医师编程器50可以包括：计算设备51，诸如台式机、便携式电脑、笔记本电脑、平板电脑、移动智能电话、个人数字助理(PDA)型移动计算设备等。在图4中，计算设备51被示出为便携式计算机，其包括典型计算机用户接口装置，诸如屏幕52、鼠标、键盘、扬声器、触针、打印机等，为了方便不将其全部示出。在图4中还示出了用于临床医师编程器50的附属设备，其通常专用于其作为刺激控制器的操作，诸如通信“棒”54、和操纵杆58、其可耦合到计算设备51上的适当端口，诸如例如USB端口59。
在临床医师编程器50中用于与IPG 10或ETS 40通信的天线可以取决于在那些设备中包含的天线的类型。如果患者的IPG 10或ETS 40包括线圈天线26a或42a，则棒54可以同样地包括用于在近距离处建立近场磁感应通信的线圈天线56a。在该实例中，可以诸如通过将棒54放置在可由患者穿戴并且在患者的IPG 10或ETS 40附近的带或套中而将棒54紧邻患者固定。
如果IPG 10或ETS 40包括RF天线26b或42b，则棒54、计算设备41或这两者可以同样地包括RF天线56b以在更远距离处建立与IPG 10或ETS 40的通信。(在此情况下棒54可以不是必要的)。临床医师编程器50也可以无线地或经由在以太网或网络端口处提供的有线链接来与其他设备和网络(诸如英特网)建立通信。
为了对IPG 10或ETS 40的刺激程序或参数进行编程，临床医师与在计算设备51的显示器52上提供的临床医师编程器图形用户界面(GUI)64进行对接。如所本领域技术人员所理解的，GUI 64可以通过执行计算设备51上的临床医师编程器软件66来呈现，该软件可以被存储在设备的非易失性存储器68上。本领域技术人员还将意识到可以由控制电路70(诸如微处理器、微计算机、FPGA、能够在计算设备中执行程序的其他数字逻辑结构等)来促进在计算设备51中的临床医师编程器软件66的执行。此类控制电路70除了执行临床医师编程器软件66和呈现GUI 64以外，还可以实现经由天线56a或56b的通信，以通过GUI64将选定的刺激参数传送给患者的IPG 10。
在图5中以一个示例示出了GUI 64的一部分。本领域技术人员将理解的是，GUI 64的细节将取决于临床医师编程器软件66在其执行中的位置，这将取决于临床医师已经做出的GUI选择。图5示出了一点处的GUI 64，以允许针对患者设置刺激参数并且将其存储为刺激程序。在左边示出了程序界面72，其如‘038公开中进一步说明的那样允许针对患者命名、加载和保存刺激程序。在右边示出的为刺激参数界面82，在其中可以针对刺激程序定义指定的刺激参数(A、D、F、E、P)。与波形形状(A；在此示例中，电流)、脉冲宽度(PW)和频率(F)有关的刺激参数的值被示出在波形参数界面84中，其包括临床医师可使用来增大或减小这些值的按钮。
与电极16有关的刺激参数(被激活的电极E和其极性P)可在电极参数界面86中作出调节。电极刺激参数也是可见的并且可以在以下引线界面92中操控，其显示了引线15(或15’)大致在其相对于彼此的适当位置中，例如，在脊柱的左侧或右侧上。光标94(或其他选择装置诸如鼠标指针)可以被用于在引线界面92中选择特定电极。在电极参数界面86中的按钮允许所选电极(包括壳体电极Ec)被指定为阳极、阴极或关闭。电极参数界面86还允许按百分比X来指定所选电极的阳极电流或阴极电流的相对强度。如果如‘038公开中所说明的，多于一个电极在给定时间处充当阳极或阴极，则这是特别有用的。根据在图2中示出的示例波形，如引线界面92中所示，电极E5已经被选择作为产生电流的唯一阳极，并且此电极接收X＝100％的指定阳极电流+A。同样地，电极E4已经被选择作为吸收电流的唯一阴极，并且该电极接收X＝100％的该阴极电流-A。
如所示的GUI 64指定了仅第一脉冲相位30a的脉冲宽度PW。运行GUI 64并且从其接收输入的临床医师编程器软件66仍将确保IPG 10和ETS 40被编程为在将使用双相脉冲时使刺激程序呈现为双相脉冲。例如，临床医师编程软件66可以自动确定脉冲相位30a和30b两者的持续时间和幅度(例如，每个具有PW的持续时间，并且具有相反极性+A和-A)。高级菜单88还可以被用于(除其他方面外)定义脉冲相位30a和30b的相对持续时间和幅度，并且允许其他更高级的修改，诸如设置刺激脉冲的占空比(接通/断开时间)，以及刺激达到其被编程的幅度(A)所经过的上升时间等。模式菜单90允许临床医师选择用于确定刺激参数的不同模式。例如，如在‘038公开中所描述的，模式菜单90可以被用于实现电子拖拽(trolling)，其包括自动编程模式，该模式通过以双极方式移动阴极来执行沿电极阵列的电流导向。
虽然GUI 64被示出为在临床医师编程器50中操作，但是外部控制器45的用户界面也可以提供类似的功能。
发明内容
在第一示例中，公开了一种用于对具有包括阵列的多个电极的脊髓刺激器进行编程的方法，其可以包括：对植入患者的脊髓刺激器进行编程以向多个电极中的至少两个电极生成包括频率和脉冲宽度的形状的刺激脉冲，其中频率和脉冲宽度基于以下信息来选择，该信息与形成用以向患者提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度相关。
刺激脉冲可以在患者的组织中形成双极。脊髓刺激器可以被编程为向多个电极中的至少三个电极生成刺激脉冲以在患者的组织中形成虚拟双极。
脊髓刺激器还可以包括控制电路，其中信息被存储在控制电路中。频率可以被提供到控制电路，并且可以使用信息来确定脉冲宽度。脉冲宽度可以被提供到控制电路，并且可以使用信息来确定频率。信息可以被存储在用于对脊髓刺激器进行编程的外部设备的控制电路中。控制电路可以使用信息来确定形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率或脉冲宽度中的至少一个，并且控制电路还将频率或脉冲宽度中的至少一个无线地发送到脊髓刺激器。可以使用信息来将频率和脉冲宽度选择为针对刺激脉冲需要最低功率量的频率和脉冲宽度。
刺激脉冲中的每个可以包括双相脉冲，其具有：第一相位，具有第一极性；以及第二相位，具有与第一极性相反的第二极性；其中第一相位和第二相位由脊髓刺激器中的刺激电路主动驱动。刺激脉冲中的每个可以包括对称的双相脉冲，其中第一相位的持续时间等于第二相位的持续时间，并且其中第一相位的幅度等于第二相位的幅度但具有与第二相位的幅度相反的极性。脉冲宽度可以包括(i)第一相位和第二相位的总持续时间，或者(ii)第一相位或第二相位的持续时间。
该频率可以为1kHz，或低于1kHz。形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的线性界定区域之上或之内：
(10Hz,265μs)、(10Hz,435μs)、(50Hz,370μs)和(50Hz,230μs)、(50Hz,230μs)、(50Hz,370μs)、(100Hz,325μs)和(100Hz,195μs)、(100Hz,195μs)、(100Hz,325μs)、(200Hz,260μs)和(200Hz,160μs)、(200Hz,160μs)、(200Hz,260μs)、(400Hz,225μs)和(400Hz,140μs)、(400Hz,140μs)、(400Hz,225μs)、(600Hz,200μs)和(600Hz,120μs)、(600Hz,120μs)、(600Hz,200μs)、(800Hz,175μs)和(800Hz,105μs)、或者(800Hz,105μs)、(800Hz,175μs)、(1000Hz,150μs)和(1000Hz,90μs)。
形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和所述脉冲宽度不包括与在低于1kHz下恒定的频率和脉冲宽度相关的占空比。
频率可以在1kHz至10kHz的范围内。形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的一个或多个线性界定区域之上或之内：
(i)(1kHz,98.3μs)、(1kHz,109μs)、(4kHz,71.4μs)和(4kHz,64.6μs)；或
(ii)(4kHz,71.4μs)、(4kHz,64.6μs)、(7kHz,44.2μs)和(7kHz,48.8μs)；或
(iii)(7kHz,44.2μs)、(7kHz,48.8μs)、(10kHz,29.9μs)和(10kHz,27.1μs)。或者
(i)(1kHz,96.3μs)、(1kHz,112μs)、(4kHz,73.8μs)和(4kHz,62.2μs)；或
(ii)(4kHz,73.8μs)、(4kHz,62.2μs)、(7kHz,43.6μs)和(7kHz,49.4μs)；或
(iii)(7kHz,43.6μs)、(7kHz,49.4μs)、(10kHz,30.0μs)和(10kHz,27.0μs)。或者
(i)(1kHz,69.6μs)、(1kHz,138.4μs)、(4kHz,93.9μs)和(4kHz,42.1μs)；或
(ii)(4kHz,93.9μs)、(4kHz,42.1μs)、(7kHz,33.4μs)和(7kHz,59.6μs)；或
(iii)(7kHz,33.4μs)、(7kHz,59.6μs)、(10kHz,35.2μs)和(10kHz,21.8μs)。或者
(i)(1kHz,50.0μs)、(1kHz,200.0μs)、(4kHz,110.0μs)和(4kHz,30.0μs)；或
(ii)(4kHz,110.0μs)、(4kHz,30.0μs)、(7kHz,30.0μs)和(7kHz,60.0μs)；或
(iii)(7kHz,30.0μs)、(7kHz,60.0μs)、(10kHz,40.0μs)和(10kHz,20.0μs)。
该方法还可以包括对多个电极之间的电流进行导向以调节向患者施加刺激脉冲的位置。该方法还可以包括基于经调节的向患者施加刺激脉冲的位置来调节刺激脉冲的幅度。
频率、脉冲宽度和幅度可以包括被用于生成刺激脉冲的一组刺激参数中的三个，并且该方法还可以包括响应于指令使刺激参数中的至少一个降低到一定量或百分比、或者使刺激参数中的至少一个降低一定量或百分比。刺激电路响应于指令可以将刺激脉冲的幅度降低到一定量或百分比、或者使刺激脉冲的幅度降低一定量或百分比。
频率和脉冲宽度可以包括被用于生成一组刺激脉冲的两个刺激参数，并且该方法还可以包括响应于患者的位置或活动的改变来调节刺激参数中的至少一个。可以在编程会话期间对脊髓刺激器编程，并且，刺激脉冲可以在编程会话期间的一小时或更少的一段时间中洗入，以向患者提供疼痛缓解而无感觉异常。
在第二示例中，公开了一种系统，其可以包括：脊髓刺激器，包括刺激电路，所述刺激电路被编程为向多个电极中的至少一个电极生成包括频率和脉冲宽度的形状的刺激脉冲，其中频率和脉冲宽度基于以下信息来选择，其与形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度相关。
刺激脉冲可以被配置为在患者的组织中形成双极。刺激电路可以被编程为向多个电极中的至少三个电极生成刺激脉冲，以在患者的组织中形成虚拟双极。脊髓刺激器还可以包括控制电路，其中信息被存储在控制电路中。频率可以被提供到控制电路，并且脉冲宽度可以使用该信息来确定。脉冲宽度可以被提供到控制电路，并且频率可以使用该信息来确定。
该系统还可以包括外部设备，其包括控制电路，其中信息被存储在控制电路中。控制电路可以被配置为使用该信息来确定形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率或脉冲宽度中的至少一个，并且其中控制电路还被配置为将频率或脉冲宽度中的至少一个无线地发送到脊髓刺激器。
使用该信息将频率和脉冲宽度选择为针对刺激脉冲需要最低功率量的频率和脉冲宽度。
刺激脉冲中的每个可以包括双相脉冲，其具有：第一相位，具有第一极性；和第二相位，具有与第一极性相反的第二极性；其中第一相位和第二相位由脊髓刺激器中的刺激电路主动驱动。刺激脉冲中的每个可以包括对称的双相脉冲，其中第一相位的持续时间等于第二相位的持续时间，并且其中第一相位的幅度等于第二相位的幅度但具有与第二相位的幅度相反的极性。脉冲宽度可以包括(i)第一相位和第二相位的总持续时间，或者(ii)第一相位或第二相位的持续时间。
频率可以为1kHz或者低于1kHz。形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度由以下点定义的线性界定区域之上或之内：
(10Hz,265μs)、(10Hz,435μs)、(50Hz,370μs)和(50Hz,230μs)、(50Hz,230μs)、(50Hz,370μs)、(100Hz,325μs)和(100Hz,195μs)、(100Hz,195μs)、(100Hz,325μs)、(200Hz,260μs)和(200Hz,160μs)、(200Hz,160μs)、(200Hz,260μs)、(400Hz,225μs)和(400Hz,140μs)、(400Hz,140μs)、(400Hz,225μs)、(600Hz,200μs)和(600Hz,120μs)、(600Hz,120μs)、(600Hz,200μs)、(800Hz,175μs)和(800Hz,105μs)、或者(800Hz,105μs)、(800Hz,175μs)、(1000Hz,150μs)和(1000Hz,90μs)。
形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度不包括与在10Hz至1kHz范围内恒定的频率和脉冲宽度相关的占空比。
该频率可以在1kHz至10kHz的范围内。形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的一个或多个线性界定区域之上或之内：
(i)(1kHz,98.3μs)、(1kHz,109μs)、(4kHz,71.4μs)和(4kHz,64.6μs)；或
(ii)(4kHz,71.4μs)、(4kHz,64.6μs)、(7kHz,44.2μs)和(7kHz,48.8μs)；或
(iii)(7kHz,44.2μs)、(7kHz,48.8μs)、(10kHz,29.9μs)和(10kHz,27.1μs)。或者
(i)(1kHz,96.3μs)、(1kHz,112μs)、(4kHz,73.8μs)和(4kHz,62.2μs)；或
(ii)(4kHz,73.8μs)、(4kHz,62.2μs)、(7kHz,43.6μs)和(7kHz,49.4μs)；或
(iii)(7kHz,43.6μs)、(7kHz,49.4μs)、(10kHz,30.0μs)和(10kHz,27.0μs)。或者
(i)(1kHz,69.6μs)、(1kHz,138.4μs)、(4kHz,93.9μs)和(4kHz,42.1μs)；或
(ii)(4kHz,93.9μs)、(4kHz,42.1μs)、(7kHz,33.4μs)和(7kHz,59.6μs)；或
(iii)(7kHz,33.4μs)、(7kHz,59.6μs)、(10kHz,35.2μs)和(10kHz,21.8μs)。或者
(i)(1kHz,50.0μs)、(1kHz,200.0μs)、(4kHz,110.0μs)和(4kHz,30.0μs)；或
(ii)(4kHz,110.0μs)、(4kHz,30.0μs)、(7kHz,30.0μs)和(7kHz,60.0μs)；或
(iii)(7kHz,30.0μs)、(7kHz,60.0μs)、(10kHz,40.0μs)和(10kHz,20.0μs)。
刺激电路可以被配置为对多个电极之间的电流进行导向以调节向患者施加刺激脉冲的位置。刺激电路还可以被配置为基于经调节的向患者施加刺激脉冲的位置来调节刺激脉冲的幅度。
频率、脉冲宽度和幅度可以包括被用于生成刺激脉冲的一组刺激参数中的三个刺激参数，其中刺激电路可被配置为响应于指令来使刺激参数中的至少一个降低到一定量或百分比、或者使刺激参数中的至少一个降低一定量或百分比。
频率和脉冲宽度可以包括被用于生成一组刺激脉冲的两个刺激参数，并且其中，刺激电路可被配置为响应于患者的位置或活动的改变来调节刺激参数中的至少一个。
脊髓刺激器可以被配置为可在编程会话期间编程，并且其中，脊髓刺激器被配置为在编程会话期间的一小时或更少的一段时间中洗入刺激脉冲，以向患者提供疼痛缓解而无感觉异常。
在第三示例中，公开了一种用于对具有包括阵列的多个电极的脊髓刺激器编程的方法，其可以包括：(a)向脊髓刺激器提供多个不同的第一刺激参数组，其中每个第一刺激参数组导致脊髓刺激器在电极中的至少两个处形成双相测试脉冲，其中每个双相测试脉冲包括具有第一极性的第一相位和具有与第一极性相反的第二极性的第二相位，其中第一脉冲相位和第二脉冲相位都由脊髓刺激器中的刺激电路主动驱动，并且其中每个第一刺激参数组导致超感知刺激在相对于阵列的不同位置处发生；(b)确定治疗患者的疼痛症状的一组第一刺激参数，所确定的第一刺激参数组对应于相对于阵列的治疗位置；以及(c)向脊髓刺激器提供用于导致脊髓刺激器在电极中的至少两个处形成治疗脉冲的一组第二刺激参数，其中第二刺激参数组导致亚感知刺激在治疗位置处发生。
双相测试脉冲被形成在130Hz或更低处。第一相位的电荷可以等于第二相位的电荷。第一相位的持续时间可以不同于第二相位的持续时间，并且第一相位的幅度可以不同于第二相位的幅度。双相测试脉冲可以包括对称的双相脉冲，其中第一相位的持续时间等于第二相位的持续时间，并且其中第一相位的幅度等于第二相位的幅度但具有与第二相位的幅度相反的极性。第一相位的电荷可以不等于第二相位的电荷。
治疗脉冲可以包括双相脉冲，其具有：第一相位，具有第一极性；和第二相位，具有与第一极性相反的第二极性。治疗脉冲可以包括对称双相脉冲，其中第一相位的持续时间等于第二相位的持续时间，并且其中第一相位的幅度等于第二相位的幅度但具有与第二相位的幅度相反的极性。
可以在不相对于阵列调节刺激位置的情况下通过调节所确定的第一刺激参数组的刺激参数中的至少一个来确定第二刺激参数组。所确定的第一刺激参数组可以包括：患者使用其对疼痛症状的治疗有利地响应的一组刺激参数。
每个第一刺激参数组可以导致超感知刺激在不同位置处作为多极发生。第一刺激参数组中的至少一些或全部可以导致超感知在不同位置处作为双极发生。第一刺激参数组中的至少一些可以导致超感知在不同位置处作为虚拟双极发生。第二刺激参数可以导致亚感知刺激在治疗位置处作为多极发生。第二刺激参数可以导致亚感知刺激在治疗位置处作为双极发生。第二刺激参数可以导致亚感知刺激在治疗位置处作为虚拟双极发生。
所确定的第一刺激参数组可以通过使用来自患者的反馈来确定。所确定的第一刺激参数组可以包括测试脉冲的幅度，并且其中第二刺激参数组包括治疗脉冲的幅度，并且其中治疗脉冲的幅度低于测试脉冲的幅度。所确定的第一刺激参数组与第二刺激参数组的不同之处可以在于仅测试脉冲与治疗脉冲的幅度。
每个第一刺激参数组和第二刺激参数组可以包括：至少两个电极中的哪个是激活的的指示，至少两个电极的极性的指示以及在至少两个电极处的电流的幅度的指示。
第二刺激参数组可以包括治疗脉冲的频率和脉冲宽度，其中频率为10kHz或更低，并且选择频率和脉冲宽度中的至少一个以导致亚感知刺激发生。所选择的频率和脉冲宽度可以处于由以下点定义的一个或多个线性界定区域之上或之内：
(i)(10Hz,265μs)、(10Hz,435μs)、(50Hz,370μs)和(50Hz,230μs)；或者
(ii)(50Hz,230μs)、(50Hz,370μs)、(100Hz,325μs)和(100Hz,195μs)；或者
(iii)(100Hz,195μs)、(100Hz,325μs)、(200Hz,260μs)和(200Hz,160μs)；或者
(iv)(200Hz,160μs)、(200Hz,260μs)、(400Hz,225μs)和(400Hz,140μs)；或者
(v)(400Hz,140μs)、(400Hz,225μs)、(600Hz,200μs)和(600Hz,120μs)；或者
(vi)(600Hz,120μs)、(600Hz,200μs)、(800Hz,175μs)和(800Hz,105μs)；或者
(vii)(800Hz,105μs)、(800Hz,175μs)、(1000Hz,150μs)和(1000Hz,90μs)。
所选择的频率和脉冲宽度可以处于由以下点定义的一个或多个线性界定区域之上或之内：
(i)(1kHz,98.3μs)、(1kHz,109μs)、(4kHz,71.4μs)和(4kHz,64.6μs)；或
(ii)(4kHz,71.4μs)、(4kHz,64.6μs)、(7kHz,44.2μs)和(7kHz,48.8μs)；或
(iii)(7kHz,44.2μs)、(7kHz,48.8μs)、(10kHz,29.9μs)和(10kHz,27.1μs)。或者
(i)(1kHz,96.3μs)、(1kHz,112μs)、(4kHz,73.8μs)和(4kHz,62.2μs)；或
(ii)(4kHz,73.8μs)、(4kHz,62.2μs)、(7kHz,43.6μs)和(7kHz,49.4μs)；或
(iii)(7kHz,43.6μs)、(7kHz,49.4μs)、(10kHz,30.0μs)和(10kHz,27.0μs)。或者
(i)(1kHz,69.6μs)、(1kHz,138.4μs)、(4kHz,93.9μs)和(4kHz,42.1μs)；或
(ii)(4kHz,93.9μs)、(4kHz,42.1μs)、(7kHz,33.4μs)和(7kHz,59.6μs)；或
(iii)(7kHz,33.4μs)、(7kHz,59.6μs)、(10kHz,35.2μs)和(10kHz,21.8μs)。或者
(i)(1kHz,50.0μs)、(1kHz,200.0μs)、(4kHz,110.0μs)和(4kHz,30.0μs)；或
(ii)(4kHz,110.0μs)、(4kHz,30.0μs)、(7kHz,30.0μs)和(7kHz,60.0μs)；或
(iii)(7kHz,30.0μs)、(7kHz,60.0μs)、(10kHz,40.0μs)和(10kHz,20.0μs)。
频率和脉冲宽度可以基于以下信息来选择，该消息与形成用以导致亚感知刺激在治疗位置处发生的治疗脉冲所处的频率和脉冲宽度相关。第一刺激参数组和第二刺激参数组可以通过外部设备提供到脊髓刺激器，并且其中该信息被存储在外部设备上。该信息可以被存储在脊髓刺激器中。频率和脉冲宽度可以使用该信息而被选择为针对治疗脉冲需要最低功率量的频率和脉冲宽度。
该方法还可以包括对多个电极之间的电流进行导向，以相对于阵列将治疗位置调节到新治疗位置。该方法还可以包括基于新治疗位置调节治疗脉冲的幅度。
所确定的第一刺激参数组可以包括测试脉冲的第一幅度，并且该方法还可以包括：响应于指令，通过针对治疗脉冲将第一幅度降低到第二幅度来从所确定的第一刺激参数组导出第二刺激参数组。第一幅度可以被降低到第二幅度，减少到一定量或百分比或减少一定量或百分比。
该方法还可以包括响应于患者的位置或活动的改变来调节第二刺激参数组中的刺激参数中的至少一个。脊髓刺激器可以在编程会话期间被编程，并且治疗脉冲可以在编程会话期间的一小时或更少的一段时间中洗入，以导致亚感知刺激发生在治疗位置处。
在第四示例中，一种用于对具有包括阵列的多个电极的脊髓刺激器进行编程的系统，其可以包括：外部系统，非暂时性计算机可读介质，其包含在执行时允许向脊髓刺激器提供多个不同刺激参数组的指令，其中每个第一刺激参数组导致脊髓刺激器在电极中的至少两个处形成双相测试脉冲，其中每个双相测试脉冲包括具有第一极性的第一相位和具有与第一极性相反的第二极性的第二相位，其中第一脉冲相位和第二脉冲相位都由脊髓刺激器中的刺激电路主动驱动，并且其中每个第一刺激参数组导致超感知刺激在相对于阵列的不同位置处发生；其中在确定治疗患者的疼痛症状的一组第一刺激参数后，所确定的第一刺激参数组对应于相对于阵列的治疗位置，该指令在执行时还允许外部设备向脊髓刺激器提供一组第二刺激参数，以导致脊髓刺激器在电极中的至少两个处形成治疗脉冲，其中第二刺激参数组导致亚感知刺激在治疗位置处发生。
双相测试脉冲被形成在130Hz或更低处。第一相位的电荷可以等于第二相位的电荷。第一相位的持续时间可以不同于第二相位的持续时间，并且第一相位的幅度可以不同于第二相位的幅度。双相测试脉冲可以包括对称的双相脉冲，其中第一相位的持续时间等于第二相位的持续时间，并且其中第一相位的幅度等于第二相位的幅度但具有与第二相位的幅度相反的极性。第一相位的电荷可以不等于第二相位的电荷。
治疗脉冲可以包括双相脉冲，其具有：第一相位，具有第一极性；和第二相位，具有与第一极性相反的第二极性。治疗脉冲可以包括对称双相脉冲，其中第一相位的持续时间等于第二相位的持续时间，并且其中第一相位的幅度等于第二相位的幅度但具有与第二相位的幅度相反的极性。
非暂时性计算机可读解释可以被配置为在不调节相对于阵列的治疗位置的情况下通过调节所确定的第一刺激参数组中的刺激参数的至少一个来确定第二刺激参数组。所确定的第一刺激参数组可以包括患者对疼痛症状的治疗有利地响应所针对的一组刺激参数。
每个第一刺激参数组可以导致超感知刺激在不同位置处作为为多极发生。第一刺激参数组中的至少一些或全部可以导致超感知在不同位置处作为双极发生。第一刺激参数组中的至少一些可以导致超感知在不同位置处作为虚拟双极发生。第二刺激参数可以导致亚感知刺激在治疗位置处作为多极发生。第二刺激参数可以导致亚感知刺激在治疗位置处作为双极发生。第二刺激参数可以导致亚感知刺激在治疗位置处作为虚拟双极发生。
所确定的第一刺激参数组可以通过使用来自患者的反馈来确定。所确定的第一刺激参数组可以包括测试脉冲的幅度，并且其中第二刺激参数组包括治疗脉冲的幅度，并且其中治疗脉冲的幅度低于测试脉冲的幅度。所确定的第一刺激参数组与第二刺激参数组的不同之处可以在于仅测试脉冲与治疗脉冲的幅度。
每个第一刺激参数组和第二刺激参数组可以包括：至少两个电极中的哪个是激活的的指示，至少两个电极的极性的指示以及在至少两个电极处的电流的幅度的指示。
第二刺激参数组可以包括治疗脉冲的频率和脉冲宽度，其中频率为10kHz或更低，并且选择频率和脉冲宽度中的至少一个由计算机可读介质来选择以导致亚感知刺激发生。所选择的频率和脉冲宽度可以处于由以下点定义的一个或多个线性界定区域之上或之内：
(i)(10Hz,265μs)、(10Hz,435μs)、(50Hz,370μs)和(50Hz,230μs)；或
(ii)(50Hz,230μs)、(50Hz,370μs)、(100Hz,325μs)和(100Hz,195μs)；或
(iii)(100Hz,195μs)、(100Hz,325μs)、(200Hz,260μs)和(200Hz,160μs)；或
(iv)(200Hz,160μs)、(200Hz,260μs)、(400Hz,225μs)和(400Hz,140μs)；或
(v)(400Hz,140μs)、(400Hz,225μs)、(600Hz,200μs)和(600Hz,120μs)；或
(vi)(600Hz,120μs)、(600Hz,200μs)、(800Hz,175μs)和(800Hz,105μs)；或
(vii)(800Hz,105μs)、(800Hz,175μs)、(1000Hz,150μs)和(1000Hz,90μs)。
所选择的频率和脉冲宽度可以处于由以下点定义的一个或多个线性界定区域之上或之内：
(i)(1kHz,98.3μs)、(1kHz,109μs)、(4kHz,71.4μs)和(4kHz,64.6μs)；或
(ii)(4kHz,71.4μs)、(4kHz,64.6μs)、(7kHz,44.2μs)和(7kHz,48.8μs)；或
(iii)(7kHz,44.2μs)、(7kHz,48.8μs)、(10kHz,29.9μs)和(10kHz,27.1μs)。或者
(i)(1kHz,96.3μs)、(1kHz,112μs)、(4kHz,73.8μs)和(4kHz,62.2μs)；或
(ii)(4kHz,73.8μs)、(4kHz,62.2μs)、(7kHz,43.6μs)和(7kHz,49.4μs)；或
(iii)(7kHz,43.6μs)、(7kHz,49.4μs)、(10kHz,30.0μs)和(10kHz,27.0μs)。或者
(i)(1kHz,69.6μs)、(1kHz,138.4μs)、(4kHz,93.9μs)和(4kHz,42.1μs)；或
(ii)(4kHz,93.9μs)、(4kHz,42.1μs)、(7kHz,33.4μs)和(7kHz,59.6μs)；或
(iii)(7kHz,33.4μs)、(7kHz,59.6μs)、(10kHz,35.2μs)和(10kHz,21.8μs)。或者
(i)(1kHz,50.0μs)、(1kHz,200.0μs)、(4kHz,110.0μs)和(4kHz,30.0μs)；或
(ii)(4kHz,110.0μs)、(4kHz,30.0μs)、(7kHz,30.0μs)和(7kHz,60.0μs)；或
(iii)(7kHz,30.0μs)、(7kHz,60.0μs)、(10kHz,40.0μs)和(10kHz,20.0μs)。
频率和脉冲宽度可以由计算机可读介质基于以下信息来选择，所述信息与形成用以导致亚感知刺激在治疗位置处发生的治疗脉冲所处的频率和脉冲宽度相关。频率和脉冲宽度可以使用该信息而被选择为针对治疗脉冲需要最低功率量的频率和脉冲宽度。
计算机可读介质可以包含以下指令，其在执行时允许外部设备对多个电极之间的电流进行导向以相对于阵列将治疗位置调节到新治疗位置。计算机可读介质还可以包含以下指令，其在执行时允许外部设备基于新治疗位置而调节治疗脉冲的幅度。计算机可读介质还可以包括以下指令，其在执行时允许外部设备将第二刺激参数组中的刺激参数中的至少一个降低到一定量或百分比或者将其降低一定量或百分比。
计算机可读介质还可以包括以下指令，其在执行时允许外部设备响应于患者的位置或活动的改变来调节第二刺激参数组中的刺激参数中的至少一个。计算机可读介质还可以包含以下指令，其在执行时允许外部设备在编程会话期间对脊髓刺激器编程，并且其中该指令被配置为在编程会话期间的一小时或更少的一段时间中洗入治疗脉冲，以致使亚阈值刺激在治疗位置处发生。
附图说明
图1示出了根据现有技术的可用于脊髓刺激(SCS)的植入式脉冲发生器(IPG)。
图2示出了根据现有技术的可由IPG产生刺激脉冲的示例。
图3示出了根据现有技术的可用于在IPG植入之前提供刺激的外部试验刺激器(ETS)的使用。
图4示出了根据现有技术的能够与IPG和ETS进行通信并且对IPG和ETS中的刺激进行编程的各种外部设备。
图5示出了根据现有技术的用于设置或调节刺激参数的临床医师编程器外部设备的图形用户界面(GUI)。
图6示出了用于使用可移动亚感知双极确定针对患者的有效电极的甜点(sweetspot)搜索。
图7A至图7D示出了用于使用可移动超感知双极确定针对患者的有效电极的甜点搜索。
图8示出了可在IPG或ETS中使用的刺激电路，其能够提供用于在各电极中的每个电极处独立设置电流的多个独立电流控制。
图9示出了对有背痛的各种患者进行的研究的流程图，该研究被设计为在1kHz至10kHz的频率范围内确定最佳亚感知SCS刺激参数。
图10A至图10C示出了作为在1kHz至10kHz频率范围内的刺激频率的函数的各种研究结果，包括：平均最佳脉冲宽度(图10A)、每秒的平均电荷和最佳刺激幅度(图10B)、以及背痛分数(图10C)。
图11A至图11C还示出了对平均最佳脉冲宽度与1KHz至10kHz频率范围内的频率之间的关系的分析，以及识别这些参数的优化的具有统计学显著性(statistically-significant)的区域。
图12A示出了在1kHz频率或低于1kHz频率下利用亚感知治疗测试的患者的结果，并且示出了在被测频率下确定的最佳脉冲宽度范围、以及针对亚感知治疗的最佳脉冲宽度v.频率的区域。
图12B示出了在平均最佳脉冲宽度与1kHz或低于1kHz的频率之间的各种建模的关系。
图12C示出了对作为1kHz或低于1kHz下的频率的函数的最佳脉冲宽度的占空比的研究。
图12D示出了在作为1kHz或低于1kHz下的频率的函数的最佳脉冲宽度处的平均电池电流和电池放电时间。
图13示出了拟合模块，其示出了可以如何将有关最佳脉冲宽度和频率(≤10kHz)确定的关系和区域用于设置针对IPG或ETS的亚感知刺激参数。
图14示出了被用于在亚感知治疗之前的超感知甜点搜索的算法，以及使用拟合模块对亚感知治疗的可能优化。
图15示出了针对使用拟合模块对亚感知治疗进行优化的替代算法。
具体实施方式
虽然脊髓刺激(SCS)治疗可以作为缓解患者疼痛的有效手段，但是此类刺激也可以导致感觉异常。感觉异常(有时被称为“超感知(supra-perception)”治疗)是一种可以伴随SCS治疗的感觉，诸如发麻、刺痛、热、冷等。通常，感觉异常的影响是轻微的，或者至少不过度涉及患者。此外，针对其慢性疼痛现已由SCS治疗得到控制的患者，感觉异常通常是适度折衷的。一些患者甚至发现感觉异常是舒适和令人宽慰的。
尽管如此，至少针对一些患者，SCS治疗将理想地提供彻底的疼痛缓解而无感觉异常——这通常被称为患者无法感受的“亚感知(sub-perception)”或亚阈值治疗。有效的亚感知治疗可以通过在更高频率下发出刺激脉冲来提供无感觉异常情况下的疼痛缓解。不幸地，此类更高频率的刺激可能需要更多功率，其趋向于耗尽IPG 10的电池14。见例如美国专利申请公开2016/0367822。如果IPG的电池14为一次电池并且不可再充电的，则高频刺激意味着将需要更快速地更换IPG 10。可替选地，如果IPG电池14是可再充电的，则将需要更频繁地在更长的时间段内对IPG 10进行充电。无论哪种方式，都会给患者造成不便。
在SCS应用中，期望的是确定将对每个患者有效的刺激程序。确定有效刺激程序的重要部分是确定用于在每个患者中刺激的“甜点”，即，选择哪个电极应该是激活的(E)以及利用什么极性(P)和相对幅度(X％)来募集并且因此治疗在患者中疼痛源起所在的神经部位。选择邻近疼痛的该神经部位的电极可能难以确定，并且通常进行试验来选择电极的最佳组合以提供患者的治疗。
如序列号为62/680,539，于2018年6月4日提交的美国临时专利申请中所描述的，当使用亚感知治疗时，针对给定患者选择电极可能甚至是更加困难的，这是因为患者没有感受到刺激，并且因此患者可能很难感受到刺激是否正在“覆盖”他的疼痛并且因此难以感受到选定电极是否有效。此外，亚感知刺激治疗在其能够变得有效之前可能需要“洗入(wash in)”期。洗入期可能占用一天或更多，并且因此亚感知刺激可能不会立即有效，这使电极选择更加困难。
图6简要说明了针对甜点搜索的‘539申请的技术，即，当使用亚感知刺激时，可以如何选择邻近患者中的疼痛的神经部位298的电极。图6中的技术在患者首次被植入电极阵列之后(即，在接收他们的IPG或ETS之后)的试验设置中尤其有用。
在所示示例中，假定疼痛部位298有可能在组织区域299内。则可以由临床医师基于患者症状(例如，通过理解哪些电极邻近特定椎骨(未示出)，诸如在T9至T10间隙内)推导出此类区域299。在所示示例中，区域299由电极E2、E7、E15以及E10界定，这意味着此区域外的电极(例如，E1、E8、E9、E16)不太可能对患者的症状有影响。因此，这些电极可以不在图6中描述的甜点搜索期间选择，如以下进一步描述的。
在图6中，选择亚感知双极297a，在其中一个电极(例如，E2)被选择作为将产生到患者的组织的正电流(+A)的阳极，而另一电极(例如，E3)被选择作为将吸收来自组织的负电流(-A)的阴极。这类似于先前关于图2说明的内容，并且可以采用有效电荷恢复来使用双相刺激脉冲。因为双极297a提供亚感知刺激，所以在甜点搜索期间使用的幅度A被向下滴定(titrated)直到患者不再感受到感觉异常。该亚感知双极297a在一段持续时间(诸如几天)内被提供给患者，这允许亚感知双极的潜在有效性进行“洗入”，并且允许患者提供关于双极297a有多好地帮助患者的症状的反馈。此类患者反馈可以包括疼痛量表排名。例如，患者可以使用数字评价量表(NRS)或视觉模拟量表(VAS)以从1至10的尺度对他们的疼痛进行排名，其中1表示无痛或几乎无痛，并且10表示可想象到的最痛。如‘539申请中所讨论的，此类疼痛量表排名可以被输入到患者的外部控制器45中。
在此第一位置测试双极297a之后，选择电极的不同组合(阳极电极E3、阴极电极E4)，其将在患者的组织内移动双极297的位置。再次，电流A的幅度可能需要被滴定到适当的亚感知水平。在所示示例中，将双极297a沿一个电极引线向下移动，并且沿另一电极引线向上移动，如在希望发现覆盖疼痛部位298的电极的组合路径296所示。在图6中的示例中，给定疼痛部位298邻近电极E13和E14，可以预期在那些电极处的双极297将为患者提供最好的缓解，如患者的疼痛分数排名所反映的。在形成双极297a时选定的特定刺激参数可以在临床医师编程器50或其他外部设备(诸如患者外部控制器45)的GUI 64处选择并且无线地用遥测发射器传送到患者的IPG或ETS以用于执行。
虽然图6中的甜点搜索可以是有效的，但在使用亚感知刺激时，也可能花费相当长的时间。如已指出的，在每个双极297处提供亚感知刺激若干天，并且因为选择大量的双极位置，所以整个甜点搜索可能花费多达一个月来完成。
发明人已经经由SCS患者的测试确定了即使期望在甜点搜索之后最终继续对患者使用亚感知治疗，在甜点搜索期间使用超感知刺激来针对患者选择激活电极也是有益的。与使用亚感知刺激相比(其需要被测试的电极的每个集合处的洗入期)，在甜点搜索期间使用超感知刺激大幅加速了针对患者的激活电极的确定。在使用超感知治疗确定用于患者的电极之后，治疗可以被滴定至保持了在甜点搜索期间针对患者确定的相同电极的亚感知水平。由于已知了选定电极正在募集患者的疼痛的神经部位，因此对那些电极应用亚感知治疗更有可能立即产生效果，从而减少或潜在地消除了对在随后的亚感知治疗进行洗入的需要。总之，当利用超感知甜点搜索时，可以针对患者更快速地实现有效的亚感知治疗。优选地，使用诸如在一个示例中40Hz与200Hz之间的低频率下发生的对称双相脉冲来发生超感知甜点搜索。
根据所公开技术的一个方面，患者将被提供亚感知治疗。用于确定可以在亚感知治疗期间使用的电极的甜点搜索可以在此类亚感知治疗之前。在一些方面，当针对患者使用亚感知治疗时，甜点搜索可以使用作为亚感知的双极297a(图6)，如刚才所描述的。这可以是相关的，因为亚感知甜点搜索可以匹配患者将接收的最终亚感知治疗。
然而，发明人已经确定了，即使最终将针对患者使用亚感知治疗，在甜点搜索期间使用超感知刺激(即，具有伴随的感觉异常的刺激)也可以是有益的。这在图7A中示出，其中可移动双极301a提供了可以被患者感受到的超感知刺激。在与图6中的亚感知双极297a相比时，提供双极301a作为超感知刺激可以仅包含增大其幅度(例如，电流A)，虽然其他刺激参数也可以是可调节的——诸如通过提供更长的脉冲宽度。
发明人已经确定了，即使最终将针对患者使用亚感知治疗，但是在甜点搜索期间采取超感知刺激也是有好处的。
第一，如上所述，按照定义使用超感知治疗允许患者感受刺激，这使患者能够本质上立即向临床医师提供是否感觉异常似乎很好地覆盖其疼痛部位298的反馈。换句话说，不必花费时间来在沿路径296移动时的每个位置处洗入双极301a。因此，可以更加快得多地建立邻近患者的疼痛部位298的适当双极301a，诸如在单次临床医师的就诊内，而不是在几天或几周时间内。在一个示例中，当以超感知甜点搜索前于亚感知治疗时，洗入亚感知治疗所需的时间可以是1小时或更短、10分钟或更短，或甚至几秒钟左右。这允许洗入在对患者的IPG或ETS进行编程的单次编程会话期间发生，并且不需要患者离开临床医师的办公室。
第二，在甜点搜索期间使用超感知刺激确保了确定很好地募集疼痛部位298的电极。结果是，在甜点搜索完成并且针对患者滴定最终亚感知治疗之后，该亚感知治疗的洗入可能不长时间进行，这是因为已经确信地确定了良好募集所需的电极。
图7B至图7D示出了可以使用的其他超感知双极301b至301d，并且特别地示出了如何可以通过激活电极16中的三个或更多个来使用虚拟极点形成虚拟双极。在于2017年12月13日提交的序列号为62/598,114的美国临时专利申请中进一步讨论了虚拟极点，并且因此在此仅简要说明虚拟极点。辅助形成了虚拟极点，如果在IPG或ETS中使用的刺激电路28或44能够在各电极中的任一个电极处独立设置电流的话——这有时被称为多个独立电流控制(MICC)，下面关于图8对其进行进一步说明。
当使用虚拟双极时，临床医师编程器50(图4)中的GUI 64(图5)可以被用于在可能不一定与物理电极16的位置对应的位置291(图7B)处定义阳极极点(+)和阴极极点(-)。临床医师编程器50中的控制电路70可以从这些位置291和从其他组织建模信息中计算出将需要选择哪些物理电极16以及在指定位置291处以什么幅度来形成虚拟阳极和虚拟阴极。如先前所描述的，在选定电极处的幅度可以被表示为在临床医师编程器50的GUI 64处指定的总电流幅度A的百分比X％。
例如，在图7B中，虚拟阳极极点被定位在电极E2、E3与E10之间的位置291处。临床医师编程器50然后可以基于该位置计算这些电极中的每个(在第一脉冲相位30a期间)将接收总阳极电流+A的适当份额(X％)以将虚拟阳极定位在该位置处。因为虚拟阳极的位置最靠近电极E2，所以该电极E2可以接收最大份额的指定阳极电流+A(例如，75％*+A)。邻近于虚拟阳极极点的位置但是距离较远的电极E3和E10接收较少份额的阳极电流(例如，分别为15％*+A和10％*+A)。同样地，可以看出，根据邻近于电极E4、E11和E12的虚拟阴极极点的指定位置291，这些电极将接收适当份额的指定阴极电流-A(例如，再次在第一脉冲相位30a期间，分别为20％*-A、20％*-A和60％*-A)。这些极性然后将在脉冲的第二相位30b期间翻转，如图7B中的波形中所示。无论如何，在双极301b的形成中使用虚拟极点允许对组织中的场定形，并且可以在甜点搜索期间尝试电极的许多不同组合。在这方面，不是严格必需将(虚拟)双极沿着针对各电极的路径296依次移动，并且该路径可以是随机的，也许通过来自患者的反馈来引导。
图7C示出了可以在甜点搜索期间使用的有用的虚拟双极301c配置。此虚拟双极301c再次定义了目标阳极和阴极，其位置不对应于物理电极的位置。沿着引线(基本上跨越从E1至E5四个电极的长度)形成虚拟双极301c。这在组织中创建了能更好地募集患者的疼痛部位298的更大的场。当沿着路径296移动时，与图7A中的较小双极配置301a相比，该双极配置301c可能需要被移动到更少的位置，因此加速了疼痛部位298的检测。图7D在图7C的双极配置上进行扩展，以使用在两个引线上形成的电极来创建虚拟双极301d，例如，从电极E1至E5以及从电极E9至E13。该双极301d配置需要仅沿着与这些引线平行的单个路径296移动，这是因为它的场大到足以募集邻近于两个引线的神经组织。这可以进一步加速疼痛部位检测。
在一些方面，甜点搜索期间使用的超感知双极301a至301d包括对称的双相波形，其具有主动驱动(例如，由刺激电路28或44)的相同脉冲宽度PW和相同幅度的脉冲相位30a和30b(在各相位期间具有翻转的极性)(例如，A30a＝A30b，并且PW30a＝PW30b)。这是有益的，因为第二脉冲相位30b提供了激活电荷恢复，其中在该情况下在第一脉冲相位30a期间提供的电荷(Q30a)等于第二脉冲相位30b的电荷(Q30b)，以便这些脉冲是电荷平衡的(chargebalanced)。双相波形的使用也被认为是有益的，这是因为，如所知的，阴极被很大地引入神经组织募集中。当使用双相脉冲时，(虚拟)阳极和阴极的位置将在脉冲的两个相位期间翻转。这有效地使针对刺激募集的神经组织加倍，并且因此增加了疼痛部位298将被正确位置处的双极覆盖的可能性。
超感知双极301a至301b然而不需要包括如刚才所述的对称双相脉冲。例如，两个相位30a和30b的幅度和脉冲宽度可以不同，而保持两个相位的电荷(Q)是平衡的(例如，Q30a＝A30a*PW30a＝A30b*PW30b＝Q30b)。可替选地，两个相位30a和30b可以是电荷非平衡的(例如，Q30a＝A30a*PW30a>A30b*PW30b＝Q30b，或Q30a＝A30a*PW30a<A30b*PW30b＝Q30b)。总之，在双极301至301d中的脉冲可以是双相对称的(并且因此固有的电荷平衡)、双相非对称但仍是电荷平衡的、或双相非对称并且电荷非平衡的。
在优选示例中，在超感知甜点搜索期间使用的超感知脉冲301a至301d的频率F可以是10kHz或更低、1kHz或更低、500Hz或更低、300Hz或更低、200Hz或更低、130Hz或更低、或者100Hz或更低，或者由这些频率中的两个所界定的范围(例如，100至130Hz、或者100至200Hz)。在特定示例中，可以使用90Hz、40Hz或10Hz的频率，其中脉冲包括为优选对称的双相脉冲。然而，也可以使用单个主动驱动的脉冲相位随后跟着被动恢复相位。脉冲宽度PW也可以包括在数百微秒范围内的值，诸如150微秒至400微秒。因为超感知甜点搜索的目的仅仅是确定适当覆盖患者的疼痛的电极，所以在此阶段频率和脉冲宽度可能没那么重要。一旦针对亚感知刺激选定了电极，频率和脉冲宽度就可以被优化，如下面进一步讨论的。
应该理解的是，在甜点搜索期间所使用的超感知双极301a至301d并非必须是在后续向患者提供亚感知治疗时被选择的相同电极。相反，在该搜索期间受关注的双极的最佳位置可以被用作修正所选电极的基础。假定例如在甜点搜索期间使用双极301a(图7A)，并且确定出双极在位于电极E13和E14处时提供最佳疼痛缓解。在那时，可以继续针对患者尝试使用那些电极E13和E14进行亚感知治疗。可替选地，可以明智的是，在尝试亚感知治疗之前修改所选电极以查看是否患者的症状可以被进一步改善。例如，通过使用如已经描述的虚拟极点，可以变化阴极与阳极之间的距离(焦点)。或者，可以尝试由电极E12/E13/E14或E13/E14/E15组成的三极(阳极/阴极/阳极)。见(讨论三极的)于2017年12月13日提交的序列号为62/598,114的美国临时专利申请。或者可以结合E13和E14尝试在不同引线上的电极。例如，因为电极E5和E6通常邻近于电极E13和E14，所以将E5或E6添加为阳极电流或阴极电流的源可以是有用的(再次创建虚拟极点)。这些类型的调节中的全部也应该被理解为包括“导向”或对施加治疗的“位置”的调节，即使刺激的中心点没有改变也是如此(因为可以例如在变化阴极与阳极之间的距离或焦点时发生)。
在一个示例中关于图8说明多个独立电流控制(MICC)，在图8中示出了被用于在患者的组织处形成规定刺激的IPG或ETS中的刺激电路28(图1)或44(图3)。刺激电路28或44可以独立控制在每个电极处的电流或电荷，并且使用GUI 64(图5)允许电流或电荷被导向到不同电极，这例如在甜点搜索期间沿着路径296移动双极301i时是有用的(图7A至图7D)。刺激电路28或44包括一个或多个电流源440i和一个或多个电流汇442i。源440i和汇442i可以包括数模转换器(DAC)，并且可以根据它们分别发出的正(所产生的，阳极的)电流和负(所吸收的，阴极的)电流将其称为PDAC 440i和NDAC 442i。在所示示例中，一对NDAC 440i/PDAC 442i被专用于(硬连线到)特定电路节点ei 39。每个电极节点ei 39经由DC阻断电容器Ci 38优选地连接到电极Ei 16，其在可能发生例如在刺激电路28或44中存在电路故障时充当用于防止DC电流注入到患者中的安全措施。PDAC 440i和DNAC 442i也可以包括电压源。
经由GUI 64对PDAC 440i和NDAC 442i的适当控制允许电极16和壳体电极Ec 12中的任意一个充当阳极或阴极以产生通过患者组织的电流。此类控制优选地以在每个电极Ei处设置阳极电流和阴极电流的数字信号Iip和Iin的形式出现。如果例如期望将电极E1设置为电流为+3mA的阳极，并且将电极E2和E3设置为各自具有电流为-1.5mA的阴极，则控制信号I1p将被设置为具有3mA数字等同物以使PDAC 4401产生+3mA，并且控制信号I2n和I3n将被设置为具有1.5mA数字等同物以使NDAC 4422和4423各自产生-1.5mA。注意，也可以使用在GUI 64中设置的被编程的幅度A和百分比X％来出现这些控制信号的定义。例如，A可以被设置为3mA，其中E1被表示为具有X＝100％的阳极，并且其中E2和E3被表示为具有X＝50％的阴极。可替选地，可以不以百分比来设置控制信号，并且替代地GUI 64可以简单规定电流将在任一时间点出现在每个电极处。
总之，GUI 64可以被用于独立地设置在每个电极处的电流，或对不同电极之间的电流进行导向。这在形成虚拟双极中是特别有用的，其在先前被解释为包括激活多于两个电极。MICC也允许在患者的组织中形成更精细的电场。
其他刺激电路28也可以被用于实施MICC。在未示出的示例中，开关矩阵可以介于一个或多个PDAC 440i与电极节点ei 39之间、以及一个或多个NDAC442i与电极节点之间。开关矩阵允许PDAC中的一个或多个和NDAC中的一个或多个在给定时间被连接到一个或多个电极节点。刺激电路的各种示例可以在以下文献中找到：USP 6,181,969、8,606,362、8,620,436；美国专利申请公开2018/0071513、2018/0071520；以及于2017年9月15日提交的序列号为62/559,247的美国临时专利申请。
刺激电路28或44中的许多(包括PDAC 440i和NDAC 442i、开关矩阵(如果存在)、以及电极节点ei 39)可以被集成在一个或多个专用集成电路(ASIC)上，如以下中描述的：美国专利申请公开2012/0095529、2012/0092031以及2012/0095519。如在这些文献中所说明的，一个或多个ASIC也可以包含：可在IPG 10中使用的其他电路，诸如遥测电路(用于对断开芯片与IPG或ETS的遥测天线进行接口)、用于生成给刺激电路供电的恒流输出电压(compliance voltage)VH的电路、各种测量电路等。
虽然优选的是使用甜点搜索(并且特别地超感知甜点搜索)来确定将在后续的亚感知治疗期间使用的电极，但是应该指出的是这并不是严格必须的。亚感知治疗可以由亚感知甜点搜索来引领，或可以完全不由甜点搜索引领。总之，如接下来描述的亚感知治疗不依赖任何甜点搜索的使用。
在本发明的另一方面中，发明人已经经由对SCS患者的测试确定了在SCS患者将经历背痛的减少而无感觉异常(亚感知)的脉冲宽度(PW)与频率(F)之间存在着具有统计学显著性的相关性。使用此信息可以帮助基于特定频率决定针对给定SCS患者什么脉冲宽度有可能是最佳的，并且基于特定脉冲宽度决定针对给定SCS患者什么频率有可能是最佳的。有益地，该信息建议了无感觉异常的亚感知SCS刺激可以在10kHz并且低于10kHz的频率下发生。此类低频的使用允许以在患者的IPG或ETS中的低得多的功率消耗来使用亚感知治疗。
图9至图11C示出了从在1kHz至10kHz范围内的频率下测试患者中导出的结果。图9说明了数据是怎样从实际SCS患者中收集的，以及针对在该研究中患者包含的标准。首先标识了具有背痛但还没接收SCS治疗的患者。所包括的关键患者包含标准具有：持久的下背痛超过90天；NRS疼痛量表为5或更高(在下面说明NRS)；稳定阿片类药物治疗30天；以及基线功能障碍指数分数大于或等于20且低于或等于80。所包括的关键患者排除标准具有：在前6个月内的进行过背部手术；存在其他混杂的医疗/心理状况；以及未治疗的主要精神疾病或严重的药物相关表现问题。
在这样的初期筛选之后，患者定期将其疼痛的定性指标(即，疼痛分数)输入到便携式电子日记设备中，该设备可以包括患者外部控制器45，并且外部控制器45可以转而将其数据传送到临床医师编程器50(图4)。此类疼痛分数可以包括从1至10的数字评定量表(NRS)分数，并且可以每日三次地将其输入到电子日记。如图10C中所示，最终未从该研究中排除且还未接收亚感知刺激治疗的患者的基线NRS分数和约为6.75/10，其中标准误差SE(sigma/SQRT(n))为0.25。
回到图9，患者然后将引线15’(图3)植入到脊柱的左侧和右侧，并且如先前所说明的向患者提供外部试验刺激。临床医师编程器50被用于将刺激程序提供到每个患者的ETS40，如先前所说明的。这样做是为了确认SCS治疗对于给定患者缓解其疼痛是有帮助的。如果SCS治疗对给定患者没有帮助，则将试验引线15’移出，并且然后将该患者从研究中排除。
外部试验刺激对其有帮助的那些患者最终接收永久性IPG 10的完全植入，如先前所描述的。在治愈期之后，并且再次使用临床医师编程器50，针对刺激的“甜点”被定位在每个患者中，即，哪个电极应该是激活的(E)以及用什么极性(P)和相对幅度(X％)来募集并且因此治疗患者中的神经部位的部位298。甜点搜索可以以先前关于图6至图7D所描述的任何方式出现，但是在优选实施例中由于先前所描述的益处将包括超感知刺激(例如，诸如，7A至7D)。然而，这并不是严格必须的，并且也可以在甜点搜索期间使用亚感知刺激。在图9的示例中，甜点搜索出现在10kHz处，但是再次地可以变化在甜点搜索期间使用的频率。在甜点搜索期间使用对称双相脉冲，但是再次地，这不是严格必须的。从选择在胸椎T9和T10之间存在的电极16开始决定应该激活哪些电极。然而，如有必要也可以激活远至T8与T11的电极。使用每个患者内的引线15的荧光检查图像来确定哪些电极邻近于椎骨T8、T9、T10和T1。
在甜点搜索期间，使用仅两个电极的双极刺激被用于每个患者，并且在单个引线15上使用仅相邻的电极，类似于在图6和图7A中描述的内容。因此，一个患者的甜点可能包含对左引线15上相邻的电极E4(作为阴极)和E5(作为阳极)的刺激，如先前在图2中示出的(电极可以在T9与T10之间)，而另一患者的甜点可能包含对右引线15上的相邻电极E9(作为阳极)和E10(作为阴极)的刺激(电极可以在T10与T11之间)。希望仅使用相邻电极双极刺激并且仅在椎骨T8至T11之间使用，以在研究中最小化不同患者之间的治疗和症状的变化。然而，更复杂的双极诸如关于图7B至图7D描述的那些也可以在甜点搜索期间使用。如果患者在期望的胸位置具有甜点电极，并且如果他们经历了每NRS分数30％或更大的疼痛缓解，则此类患者继续在研究中；不满足这些标准的患者从进一步研究中排除。而该研究最初以39个患者开始，到图9为止从研究中排除了19个患者，留下总共20个剩余患者。
剩余的20个患者然后经受“洗出(washout)”期，这意味着他们的IPG在一段时间内不提供刺激。特别地，监视患者的NRS疼痛分数直到其疼痛达到其初始基线疼痛的80％。这是为了确保先前的刺激的益处不持续到下一分析期。
然后，剩余的患者使用在先前确定的甜点激活电极在1kHz至10kHz范围内的不同频率下经受亚感知SCS治疗。然而这不是严格必须的，因为如前所述的在每个电极处的电流也被独立控制为帮助在组织中的电场的定形。如图9中所示，各自使用具有10kHz、7kHz、4kHz和1kHz的频率的刺激脉冲测试患者。为简单起见，图9示出了针对每个患者依次测试这些频率，但是实际上这些频率以随机顺序应用于每个患者。在给定频率下的测试一旦完成，接着在另一频率下的测试开始之前是洗出期。
在每个被测频率处，针对每个患者调节和优化刺激的幅度(A)和脉冲宽度(PW)(第一脉冲相位30a；图2)，以便每个患者经历可能的良好疼痛缓解而无感觉异常(亚感知)。特别地，使用临床医师编程器50，并且使先前确定的相同甜点电极保持激活(虽然再次这不是严格必须的)，在低幅度(例如，0)下刺激每个患者，该幅度被增加到可由患者注意到感觉异常的最大点(感知阈值)。然后在最大幅度的50％处针对患者选择初始刺激，即，使得刺激为亚感知并且因此无感觉异常。然而，也可以选择最大幅度的其他百分比(80％、90％等)，并且可以随患者活动或位置而变化，如下面进一步说明的。在一个示例中，IPG或ETS中的刺激电路28或44可以被配置为经由可选择的选项(未示出)从GUI64接收指令，以将刺激脉冲的幅度降低至一定量或百分比、或者降低一定量或百分比来进行呈现，使得脉冲可被制成亚感知(如果其尚未制成亚感知的话)。其他刺激参数(例如，脉冲宽度、电荷)也可以被降低到相同效果。
患者然后将离开临床医师的办公室，并且此后并且与临床医师(或其技术人员或程序员)通信将使用其外部控制器45(图4)对其刺激(幅度和脉冲宽度)作出调节。同时，患者将在其电子日记(例如，外部控制器)中输入NRS疼痛分数，再次地每天三次。对幅度和脉冲宽度的患者调节通常是迭代过程，但是本质上是基于来自患者的反馈来尝试调节，以将治疗调节为减小他们的疼痛，同时仍确保刺激是亚感知的。在每个频率下的测试持续了大约3个星期，并且可能每两天左右就进行刺激调节。在给定频率下的测试期结束时，针对每个患者已经确定了并且针对每个患者记录了最佳幅度和脉冲宽度、连同在其电子日记中输入的针对那些最佳参数的患者NRS疼痛分数。
在一个示例中，被用于提供亚感知刺激的最大幅度的百分比可以取决于患者的活动水平或位置来选择。在这方面，IPG或ETS可以包括用于确定患者活动或位置的装置，诸如加速度计。如果加速度计指示高度的患者活动或电极将更远离脊髓的位置(例如，躺下)，则幅度可以被增大到更高百分比以增加电流(例如，最大幅度的90％)。如果患者正经历较低度的活动或电极将更靠近脊髓的位置(例如，站立)，则幅度可以被降低(例如，至最大幅度的50％)。虽然未示出，但是外部设备的GUI 64(图5)可以包括将最大幅度的百分比设置在感觉异常对患者变得显而易见处，从而允许患者调节亚感知电流幅度。
优选地，多个独立电流控制(MICC)被用于提供或调节亚感知治疗，如先前关于图8所讨论的。这允许独立设置在每个电极处的电流，以促进电极之间的电流或电荷的导向，有助于形成虚拟双极，并且更一般地允许在患者的组织中定形电场。特别地，MICC可以被用于将亚感知治疗导向至电极阵列中的不同位置并且因此的脊髓。例如，一旦已经针对患者选择了一组亚感知刺激参数，则可以改变刺激参数中的一个或多个。此类改变可由治疗位置保证或支配。患者的生理机能可以在不同脊椎位置处变化，并且组织在不同治疗位置处可能或多或少地具有导电性。因此，如果亚感知治疗位置沿着脊髓导向至新位置(其位置变化可以包括改变阳极/阴极距离或焦点)，则可以保证调节刺激参数中的至少一个，诸如幅度。如在先指出的，进行亚感知调节是被促进的，并且可以在编程会话中发生，这是因为实质的洗入期可以是不必要的。
对亚感知治疗的调节也可以包括变化其他刺激参数，诸如脉冲宽度、频率、并且甚至相间周期(IP)的持续时间(图2)。相间持续时间可以影响神经剂量、或电荷输注的速率，使得将以更短的相间持续时间使用更高的亚感知幅度。在一个示例中，相间持续时间可以在0至3ms之间变化。在洗出期之后，可以正如所述的那样使用相同方案来测试新频率。
所使用的亚感知刺激脉冲是对称双相恒定电流幅度脉冲，具有第一脉冲相位30a和第二脉冲相位30b(具有相同持续时间)(见图2)。然而，也可以使用恒定电压幅度脉冲。也可以使用不同形状(三角形、正弦波等)的脉冲。当提供亚感治疗时，也可以发生预脉冲(即在提供主动驱动的脉冲相位之前提供小电流)以影响神经组织的极化或去极化。见例如USP9,008,790。
图10A至图10C示出了在10kHz、7kHz、4Hz和1kHz下测试患者的结果。作为在每个频率处针对20个剩余患者的平均值的数据被示出在每个图中，其中误差条(error bar)反映患者之间的标准误差(SE)。
以图10B开始，在被测频率处示出了针对20个剩余患者的经优化幅度A。有趣的是，在每个频率处的最佳幅度本质上是恒定的，约为3mA。图10B也示出了在每个频率处消耗的能量的量，更特别地示出了可归因于脉冲的每秒平均电荷(MCS)(以mC/s为单位)。MCS通过采用最佳脉冲宽度(图10A，在下面讨论)并将其乘以最佳幅度(A)和频率(F)来计算，该MCS值可以包括神经剂量。MCS与IPG 10中的电池必须消耗以形成最佳脉冲的电流或功率相关。值得注意的是，MCS在较低频率下显著降低：例如，在F＝1kHz处的MCS为在较高频率(例如，F＝7kHz或10kHz)下其值的近似1/3。这意味着缓解背痛而无感觉异常的最佳SCS治疗可在类似F＝1kHz的较低频率下实现，其中较低功率汲取的附加益处为更考虑IPG 10的(或ETS 40的)电池。
图10A示出了以测试的1kHz至10kHz频率范围内的频率为函数的最佳脉冲宽度。如所示，该关系遵循具有统计学显著性的趋势：当使用线性回归98a建模时，PW＝-8.22F+106，其中脉冲宽度以微秒为单位测量并且频率以千赫兹为单位测量，其中相关系数R2为0.974；当使用多项式回归98b建模时，PW＝0.486F2–13.6F+116，再次其中脉冲宽度以微秒为单位测量并且频率以千赫兹为单位测量，其中甚至更好的相关系数为R2＝0.998。其他拟合方法可以被用于建立以下其他信息，其与被形成用以在1kHz至10kHz的频率范围内提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所在的频率和脉冲宽度相关。
注意最佳脉冲宽度与频率之间的关系不单单是频率与占空比(DC)(即，由其周期(1/F)划分脉冲为“开”的持续时间)之间的预期关系。在这方面，注意给定频率具有对脉冲宽度的自然效应：将预期的是更高的频率脉冲将具有更小的脉冲宽度。因此，可以预期例如具有100微秒脉冲宽度的1kHz波形将具有与具有10微秒频率的10kHz波形相同的临床结果，这是因为这两个波形的占空比都为10％。图11A示出了使用在1kHz至10kHz的频率范围内的最佳脉冲宽度的刺激波形的产生的占空比。这里，占空比通过仅考虑第一脉冲相位30a(图2)的总‘开’时间来计算；忽略对称第二脉冲相位的持续时间。该占空比在1kHz至10kHz频率范围内不是恒定的：例如，在1kHz下的最佳脉冲宽度(104微秒)不仅仅是在10kHz下的最佳脉冲宽度的10倍(28.5微秒)。因此最佳脉冲宽度超出仅对频率的缩放有重要意义。
图10C示出了在针对1kHz至10kHz的范围内的每个频率，在最佳刺激参数(最佳幅度(图7B)和脉冲宽度(图7A))下的平均患者疼痛分数。如在先指出的，在该研究中的患者在接收SCS治疗之前，初始报告的疼痛分数具有6.75的平均值。在SCS植入之后并且在研究期间，并且利用在临时的亚感知治疗期间被优化的幅度和脉冲宽度，他们的平均疼痛评分显著下降至针对所有被测频率的平均疼痛分数约为3。
图11A提供了对在1kHz至10kHz的频率范围内的最佳脉冲宽度与频率之间的产生的关系的深入分析。在图11A中的图表示出了在每个频率下针对研究中的20个患者的平均最佳脉冲宽度，连同从它们之间的变化中产生的标准误差。这些通过将标准误差除以最佳脉冲宽度而在每个频率下进行归一化，在每个频率下的变化范围在5.26％与8.51％之间。由此，可以将5％的变化(低于所有被计算的值)假定为在所有被测频率处具有统计学显著性的变化。
根据这5％的变化，可以针对每个频率计算最大平均脉冲宽度(PW+5％)和最小平均脉冲宽度(PW+5％)。例如，在1kHz处的最佳平均脉冲宽度PW为104微秒，并且高于该值5％(1.05*104μs)为109微秒；低于该值5％(0.95*104)为98.3微秒。同样地，在4kHz处的最佳平均脉冲宽度AVG(PW)为68.0微秒，并且高于该值5％(1.05*68.0μs)为71.4微秒；低于该值5％(0.95*68.0μs)为64.6微秒。因此，具有统计学显著性的疼痛的降低而无感觉异常出现在点102为(1kHz,98.3μs)、(1kHz,109μs)、(4kHz,71.4μs)和(4kHz,64.6μs)的线性界定区域100a之内或之上。围绕点102的线性界定区域100b也针对大于或等于4kHz并且小于或等于7kHz的频率来定义：(4kHz,71.4μs)、(4kHz,64.6μs)、(7kHz,44.2μs)、(7kHz,48.8μs)。围绕点102的线性界定区域100c也针对大于或等于7kHz并且小于或等于10kHz的频率来定义：(7kHz,44.2μs)、(7kHz,48.8μs)、(10kHz,29.9μs)、(10kHz,27.1μs)。这样的区域100因此包括以下信息，该信息与被形成用以在1kHz至10kHz的频率范围内提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度相关。
图11B提供了对最佳脉冲宽度与频率之间的作为结果的关系的替代分析。在该示例中，区域100a至100c基于在每个频率处计算的准误差(SE)来定义。因此，定义区域100a至100c的各角的点102仅位于在每个频率处的SE误差条的范围内(PW+SE，以及PW-SE)，虽然这些误差条在每个频率处具有不同的大小。因此，具有统计学显著性的疼痛的降低而无感觉异常出现在点(1kHz,96.3μs)、(1kHz,112μs)、(4kHz,73.8μs)和(4kHz,62.2μs)的线性界定区域100a之内或之上。线性界定区域100b和100c是类似的，并且因为定义它们的点102在图11B的顶部处的图表中阐述，所以在此不再重复。
图11C提供了对最佳脉冲宽度与频率之间的作为结果的关系的另一分析。在该示例中，区域100a至100c基于在每个频率处计算的标准偏差(SD)来定义，其大于被用于该点的标准误差(SE)度量。定义区域100a至100c的各角的点102位于在每个频率处的SD误差条的范围内(PW+SD，以及PW-SD)，虽然点102也可以被设置在误差条内，类似于关于图11A所描述的内容。在任何情况下，具有统计学显著性的疼痛的降低而无感觉异常出现在点(1kHz,69.6μs)、(1kHz,138.4μs)、(4kHz,93.9μs)和(4kHz,42.1μs)的线性界定区域100a之内或之上。线性界定区域100b和100c是相似的，并且因为定义它们的点102在图11C的顶部处的图表中阐述，所以在此不再重复。
更一般地，虽然未示出，但是实现亚感知疗效的1kHz至10kHz的频率范围内的区域包括线性界定区域100a(1kHz，50.0μs)、(1kHz，200.0μs)、(4kHz,110.0μs)以及(4kHz，30.0μs)；和/或线性界定区域100b(4kHz,110.0μs)、(4kHz，30.0μs)、(7kHz，30.0μs)，以及(7kHz，60.0μs)；和/或线性界定区域100c(7kHz，30.0μs)、(7kHz，60.0μs)、(10kHz，40.0μs)、以及(10kHz，20.0μs)。
总之，一个或多个具有统计学显著性的区域100可以针对以下最佳脉冲宽度和频率数据来定义，其针对研究中的患者采取，以到达在1kHz至10kHz的频率范围内降低疼痛而无感觉异常副作用的脉冲宽度和频率的组合，并且误差的不同统计量度可以被用于如此定义一个或多个区域。
图12A至图12D示出了利用在1kHz或低于1kHz的频率下的亚感知刺激治疗测试其他患者的结果。对患者的测试通常发生在用于针对每个患者选择适当电极(E)、极性(P)和相对幅度(X％)的超感知甜点搜索(见图7A至图7D)发生之后，虽然此外所使用的亚感知电极可以根据超感知甜点搜索期间所使用的那些电极而变化(例如，使用MICC)。虽然在亚感知治疗期间使用的脉冲的形式可能变化，但是仍使用对称双相双极以亚感知刺激来测试患者。
图12A示出了患者针对1kHz和低于1kHz的频率报告了有效亚感知治疗所处的频率和脉冲宽度之间的关系。注意先前(图9)描述的相同的患者选择和测试标准可以在评估1kHz或低于1kHz下的频率时使用，其中频率视情况而调节。
如可以看出的，在每个被测频率处，最佳脉冲宽度再次落入某个范围内。例如，在800Hz处，当脉冲宽度落入105至175微秒范围内时患者报告好的结果。在每个频率处的脉冲宽度范围的上端记为PW(高)，而在每个频率处的脉冲宽度范围的下端记为PW(低)。PW(中)表示在每个频率处PW(高)和PW(低)的中间(例如，平均)。在被测频率的每个频率处，所提供电流的幅度(A)被向下滴定到亚感知水平，以便患者无法感受到感觉异常。通常，电流被滴定到可以感测到感觉异常的阈值的80％。因为每个患者的解剖学都是唯一的，所以亚感知幅度A可以因患者而异。所描绘的脉冲宽度数据包括刺激脉冲的仅第一相位的脉冲宽度。
下面的表1针对1kHz或低于1kHz的频率以表格形式表示了图12A中的最佳宽度宽度与频率数据，其中脉冲宽度以微秒为单位表示：
Figure BDA0002445502600000381
Figure BDA0002445502600000391
表1
正如先前针对1kHz至10kHz范围内的频率所描述的分析(图10A至图11C)，数据可以被分解为定义不同的区域300i，在该区域处实现低于1kHz的有效亚感知治疗。例如，有效亚感知治疗的区域可以被线性界定在定义了有效性的各个频率与高和低脉冲宽度之间。例如，在10Hz处，PW(低)＝265微秒并且PW(高)＝435微秒。在50Hz处，PW(低)＝230微秒并且PW(高)＝370微秒。因此，提供良好亚感知治疗的区域300a由点(10Hz,265μs)、(10Hz,435μs)、(50Hz,370μs)和(50Hz,230μs)的线性界定区域来定义。表2定义了线性地约束在图12A中示出的区域300a至300g中的每个区域的点：
区域 由点(Hz,μs)界定
300a (10,265),(10,435),(50,370),(50,230)
300b (50,230),(50,370),(100,325),(100,195)
300c (100,195),(100,325),(200,260),(200,160)
300d (200,160),(200,260),(400,225),(400,140)
300e (400,140),(400,225),(600,200),(600,120)
300f (600,120),(600,200),(800,175),(800,105)
300g (800,105),(800,175),(1000,150),(1000,90)
表2
在1kHz或低于1kHz的频率处的亚感知治疗有效性的区域可以以其他具有统计学显著性的方式来定义，诸如先前针对1kHz至10kHz范围内的频率所描述的那些方式(图11A-11C)。例如，区域300i可以通过参考在每个频率处的各范围的中间处的脉冲宽度PW(中)来定义。PW(中)可以包括例如由在每个频率处的患者报告的平均最佳脉冲宽度，而不是由那些患者报告的有效范围的严格中间。PW(高)和PW(低)然后可以被确定为与每个频率处的平均PW(中)的统计方差，并且可以被用于设置有效亚感知区域的上边界和下边界。例如，PW(高)可以包括平均PW(中)加上标准偏差或标准误差，或此类统计量度的倍数；PW(低)同样可以包括平均PW(中)减去标准偏差或标准误差，或此类统计学量度的倍数。PW(高)和PW(低)还可以以其他方式从平均PW(中间)确定。例如，PW(高)可以包括平均PW(中)加上一定百分比，而PW(低)可以包括PW(中)减去一定百分比。总之，可以在使用亚感知刺激降低疼痛而无感觉异常副作用的1kHz或低于1kHz的频率下针对最佳脉冲宽度和频率数据定义一个或多个具有统计学显著性的区域300。
此外在图12A中示出的是针对在1kHz或低于1kHz的不同频率使用最佳脉冲宽度时由患者报告的平均患者疼痛分数(NRS分数)。在接收SCS治疗之前，患者初始报告的疼痛分数平均为7.92。在SCS植入之后，并且在最佳脉冲宽度处(具有在每个频率下示出的范围)使用亚感知刺激，患者的平均疼痛分数显著下降。在1kHz、200Hz以及10Hz处，患者报告的平均疼痛分数分别为2.38、2.17、和3.20。因此关于疼痛缓解的临床显著性在1kHz或低于1kHz下利用亚感知治疗使用最佳宽度时展现。
在图12B中从每个频率(F)处的中间脉冲宽度PW(中)的角度针对1kHz或低于1kHz的频率分析了图12A中的最佳脉冲宽度与频率数据。如所示，关系310a至310d遵循具有统计学显著性的趋势，如通过在图12B中示出并且在下面表3中总结的各种回归模型所证明的：
Figure BDA0002445502600000401
Figure BDA0002445502600000411
表3
其他拟合方法可以被用于建立以下其他信息，所述信息与被形成以提供亚感知疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所在的频率和脉冲宽度相关。
回归分析也可以被用于定义在统计学相关的区域，诸如300a至300g，其中亚感知治疗在1kHz或低于1kHz下有效。例如，并且虽然未示出在图12B中，但是可以针对PW(低)v.F执行回归以设置相关区域300i的下边界，并且可以针对PW(高)v.F执行回归以设置相关区域300i的上边界。
注意图12A中描绘的最佳脉冲宽度与频率之间的关系不单单是如图12C所示的预期的频率与占空比(DC)之间的关系。与测试1kHz至10kHz频率范围时的情况(图11A)一样，最佳脉冲宽度的占空比在1kHz及1kHz以下不是恒定的。再次，最佳脉冲宽度超出仅对频率的缩放有重要意义。尽管如此，在1kHz及低于1kHz被观察为最佳的大多数脉冲宽度都大于100微秒。这样的脉冲宽度在更高的频率下甚至是不可能的。例如，在10kHz处，两个脉冲相位务必在100微秒时间段内拟合，这样PW长于100甚至是不可能的。
图12D示出了在1kHz及低于1kHz的频率下使用亚感知治疗实现的更多好处，即降低功率消耗。绘制了两组数据。第一数据组包括由在患者的IPG或ETS中的电池使用针对该患者的最佳脉冲宽度(图12A)在每个频率处汲取的平均电流(AVG Ibat)，以及针对该患者实现亚感知刺激所需的电流幅度A(再次，该幅度可以针对患者中的每个而变化)。在1kHz处，该平均电池的电流约为1700微安。然而，随着频率降低，该平均电池电流下降至在10Hz处约200微安。第二数据组根据不同的有利点来考虑功率消耗，即具有充满电的可再充电电池的IPG或ETS在需要再充电之前可以工作的天数(“放电时间”)。基于平均电池电流数据将预期的是，当平均电池电流较高时，放电时间在更高的频率处是较低的(例如，在1kHz处约3.9天，取决于各种充电参数和设置)，并且当平均电池电流较低时，放电时间在较低频率处是较高的(例如，在10Hz处约为34天，取决于各种充电参数和设置)。这很重要：使用最佳脉冲宽度时，不仅可以在1kHz及低于1kHz的频率下提供有效的亚感知治疗；功率消耗大幅降低，这可以在IPG或ETS上放置较小的压力，并且允许其长时间操作。如以上指出的，当按惯例在较高频率下使用亚感知治疗时，过大的功率消耗是一个严重的问题。注意图12D中的数据也可以根据每秒平均电荷(MSC)来分析，如先前针对1kHz至10kHz的数据所描述的(图10B)。
一经确定，与针对无感觉异常的最佳亚感知治疗的频率和脉冲宽度相关的信息350可以被存储在用于对IPG 10或ETS 40编程的外部设备中，诸如先前所描述的临床医师编程器50或外部控制器45。这在图13中示出，在其中临床医师编程器或外部控制器的控制电路70或48与以下各项相关联：针对1kHz至10kHz范围内的频率的区域信息100i或关系信息98i，以及针对1kHz或低于1kHz的区域信息300i或关系信息310i。此类信息可以被存储在控制电路内的存储器或与控制器相关联的存储器中。利用外部设备存储该信息对帮助临床医师进行亚感知优化是有用的，如下面进一步描述的。可替选地，并且虽然未示出，但是与频率和脉冲宽度相关的信息可以被存储在IPG 10或ETS 40中，因此允许IPG或ETS在没有临床医师或患者输入的情况下对其自身进行优化。
信息350可以被并入拟合模块。例如，拟合模块350可以操作为临床医师编程器软件66内的软件模块，并且也许可以被实施为在在临床医师编程器GUI64(图6)中可选择的高级菜单88或模式菜单90的选项内可选择的选项。拟合模块350也可以在IPG 10或ETS 40的控制电路中操作。
拟合模块350可以被用于在频率已知时优化脉冲宽度，或反之亦然。如图13的顶部所示，临床医师或患者可以将频率F输入到临床医师编程器50或外部控制器45中。该频率F被传递到拟合模块350以确定针对患者的脉冲宽度PW，其在统计上有可能提供适当疼痛缓解而无感觉异常。频率F可以例如被输入到关系98i或310i以确定脉冲宽度PW。或者，该频率可以与频率落入的相关区域100i或300i比较。一旦正确区域100i或300i被确定，F就可以与区域中的数据进行比较以确定脉冲宽度PW，这也许可以作为在给定频率处的PW+X与PW–X边界之间的脉冲宽度，如先前所描述的。可以以其他方式诸如下面描述的那些方式确定其他刺激参数(诸如幅度A、激活电极E，它们的相对百分比X％和电极极性P)，以到达针对患者的完整刺激程序(SP)。基于来自图10B的数据，接近3.0mA的幅度可以作为逻辑起始点，这是因为示出了该幅度是患者在1kHz至10kHz范围内优选的。然而，也可以选择其他初始起始幅度，针对亚感知治疗的幅度可以取决于频率。图13中的顶部以相反的方式(即给定脉冲宽度挑选频率)示出了拟合模块350的使用。注意，在随后的算法中，甚至在任何算法之外使用的算法中，在一个示例中，系统可以允许用户将频率和脉冲宽度进行关联，以便当频率或脉冲宽度改变时，脉冲宽度或频率中的另一个被自动改变为对应于最佳设置。在一个实施例中，以该方式关联频率与脉冲宽度可以包括可在期望进行亚感知编程时使用的(例如，在GUI64中的)可选特征，并且关联频率与脉冲宽度可以不选择或者不可选择用于与其他刺激模式一起使用。
图14示出了可以被用于在10kHz或更低的频率下向SCS患者提供亚感知治疗的算法355，并且总结了以上已经讨论过的步骤中的一些。步骤320至328描述了超感知甜点搜索。用户(例如，临床医师)例如通过使用临床医师编程器的GUI选择电极以创建针对患者的双极(320)。此双极优选地为对称双相双极并且可以包括虚拟双极，如先前所描述的。
该双极与其他刺激参数一起用遥测发射器传送到IPG或ETS以用于执行(321)。也可以使用GUI在临床医师编程器中选择此类其他刺激参数。作为默认，频率F可以等于90Hz并且脉冲宽度(PW)可以等于200微秒，虽然这并不是严格必须的并且这些值可以被修改。在该点处，如果由IPG或ETS提供的双极不是超感知的，即，如果患者未感受到感觉异常，则可以调节幅度A或其他刺激参数以使其变得那样(322)。然后由患者计量双极的有效性(324)以了解双极正覆盖患者的疼痛部位的程度。NRS或其他分数评级系统可以被用于判定有效性。
如果双极是无效的，或者如果仍需要对其进行搜索，则可以尝试新的双极(326)。即，新的电极可以优选地以沿着路径296将双极移动到新位置的方式来选择，如先前关于图7A至图7D所描述的。该新的双极可以然后再次用遥测发射器传送到IPG或ETS(321)并且如有必要作出调节以呈现双极超感知(322)。如果双极是有效的，或者如果已完成搜索并且已经定位了最有效的双极，则可以在亚感知治疗之前可选地修改该双极(328)。如上面描述的此类修改可以涉及：选择邻近于所选双极的电极的其他电极，以修改在组织中的场形状来可能更好地覆盖患者的疼痛。因此，步骤328的修改可以将搜索期间所使用的双极改变为虚拟双极，或三极等。
其他刺激参数的修改也可以发生在该点处。例如，可以修改频率与脉冲宽度。在一个示例中，可以选择提供了良好、舒适的感觉异常覆盖(>80％)的工作脉冲宽度。这可以通过使用例如200Hz的频率来发生，并且以例如120微秒的脉冲宽度开始。可以在该频率下增大脉冲宽度直到感觉到良好的感觉异常覆盖。可以使用例如在4mA至9mA范围内的幅度。
在该点处，针对刺激所选择的电极(E)、它们的极性(P)、以及它们将接收的电流的分数(X％)(以及可能的工作脉冲宽度)是已知的并且将被用于提供亚感知治疗。为了确保提供亚感知治疗，刺激的幅度A被向下滴定到亚感知、无感觉异常水平(330)，并且用遥测发射器传送到IPG或ETS。如上所述，可以设置幅度A低于幅度阈值(例如阈值的80％)，在此处患者可以刚好开始感受感觉异常。
在该点处，对正向患者提供的亚感知治疗的频率和脉冲宽度进行优化(332)可以是有用的。虽然可以针对亚感知治疗使用甜点搜索期间所使用的频率(F)和脉冲宽度(PW)，但是另外地根据在1kHz至10kHz范围内的频率下建立的区域100i或关系98i、或者在1kHz或低于1kHz的频率下建立的区域300i或关系310i来将这些参数调节到最佳值也有好处。这样的优化可以使用图13中的拟合模块350，并且可以以不同方式发生，并且优化的一些方法332a至332c被示出在图14中。选项332a例如允许在临床医师编程器或者IPG或ETS中的软件使用将频率与脉冲宽度相关的区域或关系数据来自动选择频率(≤10kHz)与脉冲宽度。选项332a可以使用先前确定的工作脉冲宽度(328)，并且使用区域或关系选择频率。相比之下，选项332b允许用户(临床医师)(使用临床医师程序的GUI)指定频率(≤10kHz)或脉冲宽度。该软件然后可以针对其他参数(脉冲宽度或频率(≤10kHz))再次使用区域或关系来选择适当的值。此外，该选项可以使用先前确定的工作脉冲宽度来选择适当的频率。选项332c允许用户输入频率(≤10kHz)和脉冲宽度PW，但是以受区域或关系约束的方式进行。此外，该选项允许用户输入适合用于该工作频率的工作脉冲宽度和频率，这取决于区域或关系。临床医师编程器的GUI 64可以在该示例中不接受未落入区域内或未沿着该关系的F和PW的输入，这是因为此类值不会提供最佳亚感知治疗。
频率或脉冲宽度优化可以以更有效地搜索参数空间的所需部分的其他方式发生。例如，梯度下降、二进制搜索、单纯形方法、遗传算法等可以被用于搜索。也可以考虑已经使用来自患者的数据进行训练的机器学习算法。
优选地，当在步骤332处优化频率(≤10kHz)和脉冲宽度时，以降低功率消耗的方式来选择这些参数。在这方面，优选的是选择最低频率，因为这将降低每秒平均电荷(MCS)，降低从IPG或ETS中的电池汲取的平均电流，并且因此增加放电时间，如先前关于图10B和图12D所讨论的。降低脉冲宽度(如果可能的话)也将降低电池汲取并且增加放电时间。
在该点处，确定所有相关刺激参数(E、P、X、I、PW、和F(≤10kHz))并且可以从临床医师编程器发送到IPG或ETS以用于执行(334)来针对患者提供亚感知刺激治疗。可能最佳脉冲宽度和频率(≤10kHz)的调节(332)可以导致这些刺激参数提供感觉异常。因此，如有必要则电流A的幅度可以再一次被向下滴定到亚感知水平(336)。如有必要，则可以允许规定的亚感知治疗进行一段时间的洗入(338)，尽管如前所述这可能不是必需的，这是因为超感知甜点搜索(320-328)已经针对很好地募集患者的疼痛部位的情况选择了电极。
如果亚感知治疗是无效的，或者可以使用调节，则算法可以回到步骤332，以根据先前所定义的区域或关系来选择新的频率(≤10kHz)和/或脉冲宽度。
应该指出的是，图14中的算法的步骤的并非所有部分需要在实际实施中执行。例如，如果有效电极(即，E、P、X)已知的，则该算法可以使用相关于频率和脉冲宽度的信息以亚感知优化开始。
图15示出了另一方式，在其中拟合模块350(图13)可以被用于在10kHz或更少的频率下确定针对患者的最佳亚感知刺激。在图15中，拟合模块350被再次并入算法150内或由算法150使用，这再次可以在外部设备的控制电路上作为其软件的一部分执行、或者在IPG10中执行。在算法105中，拟合模块350被用于给定的特定频率下挑选初始脉冲宽度。然而，算法105是更全面的，这是因为其将测试和优化幅度并且还在不同频率下优化脉冲宽度。如下面进一步说明的，算法105还可选地帮助挑选被优化的刺激参数，该参数将造成IPG的电池14最关注的最低功率要求。针对算法105在图15中示出的一些步骤是可选的，并且也可以增加其他步骤。假定通过算法105测试患者的甜点搜索已经发生，并且电极(E、P、X)已经被选定并且优选地将在整个算法的操作中保持恒定。然而，这不是严格要求的，这是因为这些电极参数也可以被修改，如以上所描述的。
算法105通过在感兴趣的范围内(例如，≤10kHz)挑选初始频率(例如，F1)而开始。算法105然后将该频率传送到拟合模块350，其使用先前确定的关系和/或区域挑选初始脉冲宽度PW1。为简单起见，在图15中拟合模块350被示出为脉冲宽度与频率的简单查询表，其可以包括与被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度相关的另一形式的信息。使用拟合模块350进行的脉冲宽度的选择可以是更精细的，如先前所述。
在针对给定频率选择脉冲宽度之后，优化刺激幅度A(120)。这里，选择多个幅度并且将其施加到患者。在该示例中，所选择的幅度优选地使用在每个频率处确定的最佳幅度A(见例如图10B)来确定。因此，由患者在一段时间(例如，每两天)内尝试A＝A2、低于(A1)并且高于(A3)的幅度。这些中的最佳由患者挑选。在该点处，可以尝试对幅度的进一步调节以在针对患者的最佳幅度上进行尝试和磨炼。例如，如果A2是优选的，则可以在一段时间内尝试略高于此的幅度(A2+Δ)和略低于此的幅度(A2-Δ)。如果A1的较低值是优选的，则可以尝试甚至更低的幅度(A1-Δ)。如果A3的较高值是优选的，则可以尝试甚至更高的幅度(A3+Δ)。最后，此类幅度的迭代测试到达针对患者的不引起感觉异常的有效幅度。
接下来，可以针对患者优化脉冲宽度(130)。与幅度一样，这可以通过略降低或增大先前所选的脉冲宽度来发生(350)。例如，在频率为F1并且初始脉冲宽度为PW1处，脉冲宽度可以降低(PW1-Δ)和增大(PW1+Δ)以看见此类由患者进行的设置是否是优选的。在该点处可以发生对幅度和脉冲宽度的进一步迭代调节，虽然这并未示出。
总之，在给定频率处，针对患者选择初始脉冲宽度(350)(并且优选地也是初始幅度(120))，这是因为期望的是这些值将有可能提供有效的并且无感觉异常的疼痛缓解。尽管如此，因为每个患者都是不同的，所以也根据针对每个患者的初始值来调节幅度(120)和脉冲宽度(130)。
此后，在被测频率下针对患者确定的最佳刺激参数被存储在软件中(135)。可选地，也计算并且也存储指示患者接收的神经给药的每秒平均电荷(MCS)、或指示功率汲取的其他信息(例如，平均Ibat，放电时间)。如果仍未测试感兴趣的范围内的又其他频率(例如，F2)，则如上述那样对其进行测试。
一旦一个或多个频率已经被测试，就可以使用先前在每个频率处针对患者存储的最佳刺激参数(135)来选择针对患者的刺激参数(140)。因为在每个频率处刺激参数都适用于患者，所以所选刺激参数可以包括造成最低功率汲取(例如，最低)MSC的刺激参数。这是期望的，因为这些刺激参数对IPG的电池而言将是最容易的。可以预期由算法105确定的具有最低MCS的刺激参数将包括在最低频率处采取的那些刺激参数。但是，每个患者都是不同的，并且因此情况可能并非如此。一旦已经选择了刺激参数，就可以采取进一步的幅度优化(150)，其中选择最小幅度的目的是提供亚感知疼痛缓解而无感觉异常。
应该指出的是，所公开的技术的使用应该并不一定限于所测试的特定频率。其他数据暗示所公开技术在低至2Hz的频率下提供疼痛缓解而无感觉异常的适用性。
所公开技术的各个方面包括可在IPG或ETS中、或在外部设备(诸如用于呈现和操作GUI 64的临床医师编程器或外部控制器)中实施的过程，其可以用公式表示并且作为指令存储在与此类设备相关联的计算机可读介质中，诸如被存储在磁存储器、光学存储器、或固态存储器中。具有此类被存储指令的计算机可读介质也可以包括可由临床医师编程器或外部控制器读取的设备，诸如在记忆棒或可移动盘中，并且可以驻留在别处。例如，计算机可读介质可以与服务器或任何其他计算机设备相关联，因此允许经由例如英特网将指令下载到临床医师编程器系统或外部系统或者下载到IPG或ETS。

Claims (32)

1.一种系统，包括：
脊髓刺激器，包括：
刺激电路，其被编程为向多个电极中的至少一个电极生成包括频率和脉冲宽度的形状的刺激脉冲，
其中，所述频率和所述脉冲宽度基于以下信息来选择，该信息与被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度相关。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述刺激脉冲被配置为在患者的组织中形成双极。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述刺激电路被编程为向所述多个电极中的至少三个电极生成刺激脉冲以在患者的组织中形成虚拟双极。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述脊髓刺激器还包括控制电路，其中所述信息被存储在所述控制电路中。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述频率被提供到所述控制电路，并且其中使用所述信息来确定所述脉冲宽度。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述脉冲宽度被提供到所述控制电路，并且其中使用所述信息来确定所述频率。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，还包括外部设备，其包括控制电路，其中所述信息被存储在所述控制电路中。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制电路被配置为使用所述信息来确定被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率或脉冲宽度中的至少一个，并且其中所述控制电路还被配置为将所述频率或所述脉冲宽度中的至少一个无线地发送到所述脊髓刺激器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，所述频率和所述脉冲宽度使用所述信息而被选择为针对所述刺激脉冲需要最低功率量的频率和脉冲宽度。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，所述刺激脉冲中的每个包括双相脉冲，其具有：第一相位，具有第一极性；以及第二相位，具有与所述第一极性相反的第二极性；其中所述第一相位和所述第二相位由所述脊髓刺激器中的刺激电路主动驱动。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述刺激脉冲中的每个包括对称的双相脉冲，其中所述第一相位的持续时间等于所述第二相位的持续时间，并且其中所述第一相位的幅度等于所述第二相位的幅度但具有与所述第二相位的幅度相反的极性。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述脉冲宽度包括(i)所述第一相位和所述第二相位的总持续时间，或(ii)所述第一相位或所述第二相位的持续时间。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中，所述频率为1kHz。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中，所述频率低于1kHz。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的线性界定区域之上或之内：(10Hz，265μs)、(10Hz，435μs)、(50Hz,370μs)以及(50Hz，230μs)。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的线性界定区域之上或之内：(50Hz，230μs)、(50Hz，370μs)、(100Hz,325μs)以及(100Hz，195μs)。
17.根据权利要求14所述的系统，其中，被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的线性界定区域之上或之内：(100Hz，195μs)、(100Hz，325μs)、(200Hz,260μs)以及(200Hz，160μs)。
18.根据权利要求14所述的系统，其中，被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的线性界定区域之上或之内：(200Hz，160μs)、(200Hz，260μs)、(400Hz,225μs)以及(400Hz，140μs)。
19.根据权利要求14所述的系统，其中，被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的线性界定区域之上或之内：(400Hz，140μs)、(400Hz，225μs)、(600Hz,200μs)以及(600Hz，120μs)。
20.根据权利要求14所述的系统，其中，被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的线性界定区域之上或之内：(600Hz，120μs)、(600Hz，200μs)、(800Hz,175μs)以及(800Hz，105μs)。
21.根据权利要求14所述的系统，其中，被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的线性界定区域之内：(800Hz，105μs)、(800Hz，175μs)、(1000Hz,150μs)以及(1000Hz，90μs)。
22.根据权利要求14所述的系统，其中，被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度不包括与在10Hz至1kHz范围内恒定的频率和脉冲宽度相关的占空比。
23.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中，所述频率在1kHz至10kHz的范围内。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的一个或多个线性界定区域之上或之内：
(i)(1kHz,98.3μs)、(1kHz,109μs),(4kHz,71.4μs)和(4kHz,64.6μs)；或者
(ii)(4kHz,71.4μs)、(4kHz,64.6μs)、(7kHz,44.2μs)和(7kHz,48.8μs)；或者
(iii)(7kHz,44.2μs)、(7kHz,48.8μs)、(10kHz,29.9μs)和(10kHz,27.1μs)。
25.根据权利要求23所述的系统，其中，被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的一个或多个线性界定区域之上或之内：
(i)(1kHz,96.3μs)、(1kHz,112μs)、(4kHz,73.8μs)和(4kHz,62.2μs)；或者
(ii)(4kHz,73.8μs)、(4kHz,62.2μs)、(7kHz,43.6μs)和(7kHz,49.4μs)；或者
(iii)(7kHz,43.6μs)、(7kHz,49.4μs)、(10kHz,30.0μs)和(10kHz,27.0μs)。
26.根据权利要求23所述的系统，其中，被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的一个或多个线性界定区域之上或之内：
(i)(1kHz,69.6μs)、(1kHz,138.4μs)、(4kHz,93.9μs)和(4kHz,42.1μs)；或者
(ii)(4kHz,93.9μs)、(4kHz,42.1μs)、(7kHz,33.4μs)和(7kHz,59.6μs)；或者
(iii)(7kHz,33.4μs)、(7kHz,59.6μs)、(10kHz,35.2μs)和(10kHz,21.8μs)。
27.根据权利要求23所述的系统，其中，被形成用以提供疼痛缓解而无感觉异常的刺激脉冲所处的频率和脉冲宽度在由以下点定义的一个或多个线性界定区域之上或之内：
(i)(1kHz,50.0μs)、(1kHz,200.0μs)、(4kHz,110.0μs)和(4kHz,30.0μs)；或
(ii)(4kHz,110.0μs)、(4kHz,30.0μs)、(7kHz,30.0μs)和(7kHz,60.0μs)；或
(iii)(7kHz,30.0μs)、(7kHz,60.0μs)、(10kHz,40.0μs)和(10kHz,20.0μs)。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的系统，其中，所述刺激电路能被配置为对所述多个电极之间的电流进行导向以调节向所述患者施加所述刺激脉冲的位置。
29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述刺激电路还被配置为基于经调节的向所述患者施加所述刺激脉冲的位置来调节所述刺激脉冲的幅度。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的系统，其中，所述频率、脉冲宽度和幅度包括被用于生成所述刺激脉冲的一组刺激参数中的三个参数，其中所述刺激电路能被配置为响应于指令来使所述刺激参数中的至少一个降低至一定量或百分比、或者使所述刺激参数中的至少一个降低一定量或百分比。
31.根据权利要求1至30中任一项所述的系统，其中，所述频率和所述脉冲宽度包括被用于生成所述刺激脉冲的一组刺激参数中的两个参数，并且其中，所述刺激电路能被配置为响应于所述患者的位置或活动的改变来调节所述刺激参数中的至少一个。
32.根据权利要求1至31中任一项所述的系统，其中，所述脊髓刺激器被配置为在编程会话期间是能编程的，并且其中，所述脊髓刺激器被配置为在所述编程会话期间的一小时或更少的一段时间内对所述刺激脉冲洗入，以向所述患者提供疼痛缓解而无感觉异常。
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