CN113056303A - 使用图像对神经调制编程的工具 - Google Patents

Abstract

系统可以与医学成像系统和编程系统一起使用。医学成像系统可以被配置为显示医学图像，并且编程系统可以被配置为实施用于对神经调制设备进行编程的程序。该系统可以包括具有至少一个处理器、照相机和包括显示器的用户界面的移动设备。移动设备可以被配置为从医学成像系统获取所显示的医学图像、基于所获取的医学图像位置数据来确定指示所述电极中的至少一个相对于所述解剖结构中的至少一个或所述电极中的至少另一个的位置、并提供位置数据供由编程系统实施的程序使用。

Description

使用图像对神经调制编程的工具

相关申请

本申请要求于2018年9月27日提交的美国临时专利申请序列号62/737,222的根据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

本公开总体上涉及医疗设备，并且更具体地，涉及用于对神经调制(neuromodulation)进行编程的系统、设备和方法。

背景技术

已经提出了将神经调制作为针对许多病症的治疗。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兴奋性刺激。神经调制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)。借由示例而非限制，SCS已被用于治疗慢性疼痛综合症。在复杂的三维环境中，某些神经目标可能是具有不同类型的神经纤维的复杂结构。期望提高神经靶向和场形状的精度，以将神经调制递送到这些复杂结构内的靶向区域。

发明内容

该概述包括示例，这些示例提供了本申请的一些教导的概述，并且不旨在是本主题的排他性或穷举性处理。关于本主题的进一步的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之后，本公开的其他方面对于本领域技术人员将是显而易见的，每个附图不应以限制性的意义来理解。本公开的范围由所附权利要求及其合法等同物限定。

主题(诸如系统、设备、装置或机器)的示例(例如示例1)可与医学成像系统和编程系统一起使用。所述医学成像系统可以被配置为显示医学图像，并且所述编程系统可以被配置为实施用于对神经调制设备进行编程的程序。所述系统可以包括具有至少一个处理器、照相机和包括显示器的用户界面的移动设备。所述移动设备可以被配置为：从所述医学成像系统获取所显示的医学图像，其中所显示的医学图像包括解剖结构的表示和至少一根引线的表示，并且其中所述至少一根引线包括电极；基于所获取的医学图像，确定指示所述电极中的至少一个相对于所述解剖结构中的至少一个或所述电极中的至少另一个的定位的位置数据；并且提供所述位置数据以供由所述编程系统实施的程序使用，其中，所述编程系统被配置为在对所述神经调制设备进行编程中使用所述位置数据。

在示例2中，示例1的主题可以可选地被配置为使得所述移动设备被配置为：使用所述用户界面来接收对所获取的图像进行注释的用户输入以提供带注释的图像。

在示例3中，示例1-2的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所述移动设备被配置为：使用所述至少一个处理器来通过在解剖学模板图像上重构包括电极的至少一根引线的表示而提供由所述编程系统使用的重构图像。

在示例4中，示例1-3的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所述医学成像系统包括荧光透视成像系统，并且所显示的图像是荧光透视图像，所述荧光透视图像包括植入到脊柱附近的至少一根引线的表示。

在示例5中，示例1-4的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所述移动设备包括电话。

在示例6中，示例1-5的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所获取的图像包括来自由所述移动设备的照相机拍摄的照片的图像。

在示例7中，示例1-6的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所获取的图像是所述移动设备上的暂时图像，所述暂时图像可用于注释所述图像并确定所述位置数据，但是不能检索地存储在所述移动设备上。

在示例8中，示例1-7的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所述移动设备被配置为与所述编程系统直接通信来提供所述位置数据以供由所述编程系统实施的程序使用。

在示例9中，示例1-8的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所述移动设备被配置为向所述神经调制设备提供所述位置数据，并且所述编程系统被配置为接收来自所述神经调制设备的位置数据。

在示例10中，示例1-9的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所述系统被配置为将所述位置数据从所述移动设备移动到云位置，并且从所述云位置移动到所述编程系统。

在示例11中，示例1-10的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所述系统被配置为显示具有可调整标记物的带注释的图像，并且所述可调整标记物被配置为由所述用户调整以适应独立的脊柱解剖结构。

在示例12中，示例1-11的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所述带注释的图像包括至少一个标记物，以标识所述带注释的图像内的椎体水平或偏侧性中的至少一个。

在示例13中，示例1-12的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所述移动设备被配置为使用所述带注释的图像来确定指示所述电极和所述解剖结构的定位的位置数据。

在示例14中，示例1-13的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所述系统包括云设备，所述云设备被配置为使用所述带注释的图像来确定指示所述电极和所述解剖结构的定位的位置数据。

在示例15中，示例1-14的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所述位置数据可被所述编程系统用来确定所述电极的能量贡献。

可以使用医学成像系统和编程系统来执行主题(例如，用于执行动作的方法、装置、或包括指令的机器可读介质，该指令在由机器执行时致使机器执行动作)的示例(例如，示例15)。医学成像系统可以被配置为显示医学图像，并且编程系统可以被配置为实施用于对神经调制设备进行编程的程序。该主题可以包括：从医学成像系统获取所显示的医学图像，其中所显示的医学图像包括解剖结构的表示和至少一根引线的表示，其中所述至少一根引线包括电极；接收注释所获取的图像的用户输入以提供带注释的图像；基于所获取的医学图像，确定指示电极中的至少一个相对于解剖结构中的至少一个或电极中的至少另一个的定位的位置数据；通过在解剖学模板图像上重构包括电极的至少一根引线的表示来提供由编程系统使用的重构图像；并提供位置数据以由编程系统使用来对神经调制设备进行编程。

在示例17中，示例16的主题可以可选地被配置为使得编程系统被配置为使用位置数据来确定电极的能量贡献。

在示例18中，示例16-17中的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得医学成像系统包括荧光透视成像系统，并且所显示的图像是所显示的荧光透视图像，并且所显示的图像包括植入到脊柱附近的至少一根引线的表示。

在示例19中，示例16-18的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得获取所显示的图像包括接收裁剪的图像以捕获所显示的荧光透视图像的一部分。

在示例20中，示例16-19的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得获取所显示的图像包括接收来自所显示的荧光透视图像的拍摄的照片的图像，其中该照片使用来自移动设备的照相机拍摄。

在示例21中，示例16-20的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所获取的图像是所述移动设备上的暂时图像，所述暂时图像可用于注释所述图像并确定所述位置数据，但是不能检索地存储在所述移动设备上。

在示例22中，示例16-21的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得接收为所获取的图像加注释的用户输入包括：使用移动设备接收为所获取的图像加注释的用户输入。

在示例23中，示例16-22的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得使用带注释的图像确定位置数据包括：使用移动设备从带注释的图像确定位置数据或使用编程系统从带注释的图像确定位置数据。

在示例24中，示例16-23的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得使用带注释的图像提供重构图像包括：使用移动设备从带注释的图像提供重构图像或者使用编程系统从带注释的图像提供重构图像。

在示例25中，示例16-24的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得编程系统具有照相机，并且照片使用编程系统的照相机拍摄。

在示例26中，示例16-25的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得接收为所获取图像加注释的用户输入包括以下至少一项：接收为所获取图像中表示的解剖结构的取向加注释的用户输入，或接收为所获取图像中表示的解剖结构中的特征的至少一个标签加注释的用户输入。

主题(例如，包括指令的非暂时性计算机可读存储介质，该指令在使用系统内的至少一个处理器执行时致使系统执行动作、用于执行动作的装置或方法)的示例(例如，示例27)可以：从医学成像系统获取所显示的医学图像，其中所显示的医学图像包括解剖结构的表示和至少一根引线的表示，其中至少一根引线包括电极；接收注释所获取的图像的用户输入以提供带注释的图像；基于获取的医学图像，确定指示电极中的至少一个相对于解剖结构中的至少一个或电极中的至少另一个的定位的位置数据；并提供位置数据以由至少一种编程算法使用来对神经调制设备进行编程。

在示例28中，示例27的主题可以可选地被配置为使得编程系统被配置为使用位置数据来确定电极的能量贡献。

在示例29中，示例27-28的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得获取显示的医学图像包括接收来自所显示的图像的拍摄的照片的图像。

在示例30中，示例27-29的任何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具有照相机的电话，并且所显示的图像的拍摄的照片由电话拍摄。

在示例31中，示例27-30的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得所获取的图像是所述移动设备上的暂时图像，所述暂时图像可用于注释所述图像并确定所述位置数据，但是不能检索地存储在所述移动设备上。

在示例32中，示例27-31的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为致使电话接收注释获取的图像的用户输入以提供带注释的图像。

在示例33中，示例27-32的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为使得该指令在使用至少一个处理器执行时致使电话使用带注释的图像来提供重构图像。

在示例34中，示例27-33的任何一个或任何组合的主题可以可选地被配置为致使电话使用带注释的图像来确定指示电极和解剖结构的定位的位置数据。

附图说明

在附图的图中借由示例示出了各种实施例。这样的实施例是说明性的，并且不旨在是本主题的穷举性或排他性实施例。

图1借由示例示出了神经调制系统的实施例。

图2示出了诸如可以在图1的神经调制系统中实施的调制设备的实施例。

图3示出了诸如编程设备之类的编程系统的实施例，其可以被实施为图2的神经调制系统中的编程设备。

图4借由示例示出了可植入的神经调制系统以及其中可以使用该系统的环境的一部分。

图5借由示例示出了SCS系统的实施例。

图6借由示例示出了神经调制引线和波形发生器的一些特征。

图7借由示例示出了用于编程系统的常规用户界面内的引线表示与荧光透视图像内的引线表示之间的一些差异。

图8A-图8B借由示例示出了将医学图像用于神经调制编程的工具的实施例。

图9借由示例示出了注释工具的实施例的一些功能，诸如可以在图8A-图8B中示出的工具内实施。

图10借由示例示出了被配置为用于将信息输入到编程系统中的用户界面的实施例。

图11借由示例示出了用于确定细分以实现目标函数的实施例。

图12借由示例更详细地示出了用于确定细分以实现目标函数的实施例。

图13示出了医学成像系统、用于对诸如脊髓刺激(SCS)系统之类的神经调制器进行编程的编程系统、以及由图8A-图8B中示出的工具所提供的用于基于医学成像系统中显示的图像(例如荧光透视图像)向编程系统提供信息的桥接功能。

图14示出了其中使用医学成像系统执行图像捕获功能的系统的示例。

图15示出了其中编程系统被配置为执行桥接功能的系统的示例。

图16示出了系统的示例，该系统包括诸如电话之类的移动设备，其利用应用程序(app)进行编程或者被配置为在医学成像系统中显示的图像(例如，荧光透视图像)和编程系统之间执行桥接功能。

图17示出了系统的示例，该系统包括诸如电话或平板电脑之类的移动设备，其利用应用程序进行编程或者被配置为在医学成像系统中显示的图像(例如，荧光透视图像)和编程系统之间执行桥接功能的一部分，并且该编程系统被配置为执行桥接功能的另一部分。

图18示出了在各种系统实施例中可能发生的数据流的示例。

图19A-图19B借由示例示出了将靶电场映射到电极阵列。

图20示出了用于确定组成电流源的相对强度的m x n转移矩阵。

图21示出了靶多极的实施例，包括细分靶阳极和细分靶阴极，其被设计为最大化区域中的电场，同时最小化由场生成的细胞外电位的第二差异表示的“激活函数”(即背柱、神经突出(axons of passage)的激活)。

图22A-图22F大体示出了具有第一靶阳极和第二靶阳极以及第一靶阴极和第二靶阴极的相同靶多极。

具体实施方式

对本主题的以下详细描述参考附图，其借由图示示出了可以实践本主题的特定方面和实施例。对这些实施例进行了足够详细的描述，以使能本领域技术人员实践本主题。在不脱离本主题的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构、逻辑和电气改变。在本公开中对“一”、“一个”或“各种”实施例的引用不一定是同一实施例，并且这样的引用设想了多于一个实施例。因此，以下详细描述不应视为限制意义上的，并且范围仅由所附权利要求书以及该权利要求书所赋予的合法等同物的全部范围来定义。

本文描述的各种实施例涉及脊髓调制。复杂的脊髓结构位于复杂的三维环境中。例如，在脊髓和硬膜外腔之间的脑脊液(CSF)的厚度沿脊柱变化。因此，脊髓和硬膜外腔内的一个或多个神经调制引线之间的距离很可能变化。此外，引线和脊髓都不形成简单的直线。植入的神经调制引线的位置也可能发生变化，并非完全平行于脊髓。另外，脊髓区域的神经解剖结构因患者而异。期望准确地说明电极位置以改善治疗编程。

本文提供了脊髓生理的简要描述以帮助读者。脊髓包括白质和灰质。灰质包括细胞体、突触、树突和轴突终末。白质包括连接灰质区域的有髓鞘轴突。脊髓的典型横截面包括中央的“蝴蝶”状灰质中央区域，其基本上被椭圆形的白质外部区域围绕。背柱(DC)的白质主要包括大的有髓鞘轴突，其形成沿轴向延伸的传入纤维。“蝴蝶”状灰质中心区域的背侧部分称为背角(DH)。与沿轴向延伸的DC纤维相反，DH纤维可以沿许多方向定向，包括垂直于脊髓纵轴的方向。脊神经的示例包括背根(DR)、背根神经节和腹根。背根大部分将感觉信号承载到脊髓，并且腹根用作传出运动根。背根和腹根结合以形成混合的脊神经。

SCS已经用于减轻疼痛。常规SCS编程的治疗目标是使在白质中沿脊髓纵轴延伸的DC纤维的刺激(即募集)最大化，并使垂直于脊髓纵轴延伸的其他纤维(主要是背根纤维)的刺激最小化。DC的白质主要包括形成传入纤维的大的有髓鞘轴突。虽然尚未完全理解疼痛缓解的完整机制，但据信经由疼痛的门控理论抑制了疼痛信号的感知，这表明经由电刺激的增强的无害触摸或压力传入的活动会在脊髓的DH内产生神经元间活动，该神经元间活动释放抑制性神经递质(γ-氨基丁酸(GABA)、甘氨酸)，其继而降低宽动态范围(WDR)感觉神经元对从支配患者疼痛区域的背根(DR)神经纤维传播的疼痛信号的有害传入输入的超敏性，以及治疗一般的WDR异位症。因此，DC神经纤维的大的感觉传入已常规地靶向用于提供疼痛缓解的幅度处的刺激。当前的可植入神经调制系统典型地包括电极，其邻近患者脊髓的背柱(即停靠在硬脑膜附近或在其上)并沿着患者脊髓的纵轴植入。

大的感觉DC神经纤维的激活典型地还产生通常伴随常规SCS治疗的感觉异常的感觉。尽管相对于疼痛的感觉，可替选的或人为的感觉诸如感觉异常通常是可容忍的，但患者有时会报告这些感觉不舒服，并且因此，在某些情况下，它们可被视为对神经调制治疗的不良副作用。例如，一些实施例递送了在治疗上对治疗疼痛有效的亚感知治疗。但是，患者在亚感知治疗期间不会感测到调制场的递送(例如感觉异常)。亚感知治疗可以使用相对高的频率调制(例如，大约1000Hz或更高)来调制脊髓。高频率调制可以包括1200Hz或以上，并且可以包括1500Hz或以上。本文的一些实施例在DC组织上选择性地调制DH组织。一些实施例在DC组织上选择性地刺激DR组织和/或背根神经节以提供亚感知治疗。这样的选择性调制可以以小于1,200Hz的频率来递送。在一些实施例中，可以以小于1,000Hz的频率来递送选择性调制。在一些实施例中，可以以小于500Hz的频率来递送选择性调制。在一些实施例中，可以以小于350Hz的频率来递送选择性调制。在一些实施例中，可以以小于130Hz的频率来递送选择性调制。可以以低频(例如低至2Hz)来递送选择性调制。选择性调制甚至可以在没有脉冲(例如0Hz)下来递送以调制某些神经组织。借由示例而非限制，还应注意，选择性调制可以以占空比递送，其中，在占空比的刺激开启部分期间递送刺激(例如脉冲串)，而在占空比的刺激关闭部分不递送刺激。所选调制可以以固定或可变的脉冲宽度来递送。

图1借由示例示出了神经调制系统的实施例。所示出的系统100包括电极101、调制设备102以及诸如编程设备103之类的编程系统。该编程系统可以包括多个设备。电极101被配置为放置在患者中的一个或多个神经目标上或附近。例如，电极101可以在植入在脊髓的硬膜下腔内的一根或多根引线上。调制设备102被配置为电连接到电极101，并且通过电极101将调制能量(诸如，以电脉冲的形式)递送到一个或多个神经目标。调制能量的递送使用多个调制参数来控制。调制参数可以指定电波形(例如，脉冲或脉冲图案或其他波形形状)以及通过其递送电波形的电极的选择。在各种实施例中，多个调制参数中的至少一些参数可由诸如医师或其他护理人员的用户编程。编程设备103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103被配置为经由有线或无线链路通信地耦合到调制设备。在各种实施例中，编程设备103包括图形用户界面(GUI)104，其允许用户设置和/或调整用户可编程调制参数的值。

图2示出了调制设备202的实施例，其诸如可以在图1的神经调制系统100中实施。调制设备202的示出的实施例包括调制输出电路205和调制控制电路206。本领域普通技术人员将理解，神经调制系统100可以包括附加组件，诸如用于患者监视和/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205产生并递送调制能量。在此提供神经调制脉冲作为示例。然而，本主题不限于脉冲，而是可以包括其他电波形(例如，具有不同波形形状的波形以及具有各种脉冲图案的波形)。调制控制电路206使用多个神经调制参数来控制神经调制脉冲或其他波形的递送。引线系统207包括每个被配置为电连接至调制设备202的一根或多根引线以及使用该一根或多根引线以电极布置分布的多个电极201-1至201-N。每根引线可具有由两个或更多个电极组成的电极阵列，其也可称为触点。多根引线可以提供多个电极阵列以提供电极布置。每个电极是在调制输出电路205和患者的组织之间提供电接口的单个导电触点，其中N≥2。神经调制脉冲每个通过从电极201-1至201-N中选出的一组电极从调制输出电路205递送。引线的数量和每根引线上的电极的数量可以取决于例如神经调制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，借由示例而非限制，引线系统包括两根引线，每根引线具有八个电极。一些实施例可以使用包括桨状引线的引线系统。

神经调制系统可以被配置为调制脊柱靶组织或其他神经组织。用于将电脉冲递送到靶向组织的电极配置构成电极配置，其中电极能够选择性地编程为充当阳极(正)、阴极(负)或被关闭(零)。换句话说，电极配置表示极性为正、负或零。可以控制或改变电波形以使用一个或多个电极配置进行递送。电波形可以是模拟信号或数字信号。在一些实施例中，电波形包括脉冲。可以以规则的重复图案来递送脉冲，或者可以使用看起来不规则的复杂的脉冲图案来递送脉冲。可以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都可以称为“调制参数集”。可以存储调制参数的每个集合，包括到电极的细分电流分布(作为百分比的阴极电流、百分比的阳极电流或关闭)，并将其组合到调制程序中，然后可以使用该调制程序对患者体内的多个区域进行调制。

可用电极的数量与生成各种复杂电波形(例如，脉冲)的能力组合，为临床医生或患者呈现了调制参数集的大量选择。例如，如果要编程的神经调制系统具有十六个电极，则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32个电极，其以指数方式增加了可用于编程的调制参数集的数量。为了促进这种选择，临床医生通常通过计算机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佳调制参数，并随后对所期调制参数集进行编程。

图3示出了诸如编程设备303之类的编程系统的实施例，其可以被实施为图1的神经调制系统中的编程设备103。编程设备303包括存储设备308、编程控制电路309以及GUI304。编程控制电路309生成多个调制参数，该多个调制参数根据神经调制脉冲的图案来控制神经调制脉冲的递送。在各种实施例中，GUI 304包括任何类型的呈现设备，诸如交互式或非交互式屏幕，以及允许用户对调制参数编程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。除了其他方面，存储设备308可以存储要编程到调制设备中的调制参数。编程设备303可以将多个调制参数发送到调制设备。在一些实施例中，编程设备303可以将功率发送到调制设备。编程控制电路309可以生成多个调制参数。在各种实施例中，编程控制电路309可以对照安全规则检查多个调制参数的值，以将这些值限制在安全规则的约束内。

在各个实施例中，包括本文档中讨论的各个实施例的神经调制的电路可以使用硬件、软件和固件的组合来实施。例如，包括本文档中讨论的其各个实施例的GUI的电路、调制控制电路和编程控制电路可以使用被构建为执行一个或多个特定功能的专用电路或者被编程以执行一个或多个这样的功能的通用电路来实施。这样的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和可编程逻辑电路或其一部分。

图4借由示例示出了可植入的神经调制系统以及其中可使用该系统的环境的一部分。该系统被示出用于在脊髓附近植入。所示出的系统410包括可植入系统411、外部系统412和提供在可植入系统411与外部系统412之间进行无线通信的遥测链路413。系统410被示出为被植入患者体内。可植入系统411包括可植入神经调制设备(也称为可植入脉冲发生器，或IPG)402、引线系统407和电极401。引线系统407包括一根或多根引线，每根引线被配置为电连接到调制设备402以及分布在一根或多根引线中的多个电极401。在各种实施例中，外部系统412包括一个或多个外部(不可植入)设备，每个外部(不可植入)设备允许用户(例如临床医生或其他护理人员和/或患者)与可植入系统411通信。在一些实施例中，外部系统412包括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411的设置的编程设备以及用于由患者使用的远程控制设备。例如，远程控制设备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407的一个或多个神经调制引线可以放置为邻近硬脑膜(即停靠在其附近或在其上)而邻近要刺激的脊髓区域。例如，一个或多个神经调制引线可以沿着患者的脊髓的纵轴植入。由于一个或多个神经调制引线离开脊柱的位置附近缺乏空间，因此可将可植入调制设备402植入腹部中或臀部上方的外科手术制成的口袋中，或者植入患者身体的其他位置。一个或多个引线延伸部可以用于促进可植入调制设备402远离一个或多个神经调制引线的出口点的植入。

图5借由示例示出了SCS系统的实施例，其也可以称为脊髓调制(SCM)系统。SCS系统514通常可包括多个(示出为两个)可植入神经调制引线515、电波形发生器516(诸如可植入脉冲发生器(IPG))、外部遥控器RC 517、临床医生编程器(CP)518和外部试验调制器(ETM)519。IPG在此用作电波形发生器的示例。然而，明确指出的是，波形发生器可以被配置为递送脉冲的重复图案、脉冲的不规则图案(其中脉冲具有不同的幅度、脉冲宽度、脉冲间隔以及具有不同数量脉冲的突发(burst))。还明确指出的是，波形发生器可以被配置为递送除脉冲之外的电波形。波形发生器516可以经由一个或多个经皮引线延伸部520物理地连接到神经调制引线515，该神经调制引线515承载多个电极521。如示出的，神经调制引线515可以是经皮引线，其中电极沿着神经调制引线成直线布置。可以提供任意数量的神经调制引线，包括仅一个。可以使用外科手术桨状引线代替经皮引线中的一个或多个。在一些实施例中，波形发生器516可以包括脉冲发生电路，该脉冲发生电路根据调制参数集以脉冲电波形(即，电脉冲的时间序列)的形式向电极递送电调制能量。

ETM 519还可以经由经皮引线延伸部522和外部电缆523物理连接到神经调制引线515。ETM 519可以具有与波形发生器516类似的波形发生电路，以根据调制参数集将电调制能量递送到电极。ETM 519是不可植入的设备，其在神经调制引线515已被植入之后并且在波形发生器516的植入之前在试验的基础上使用，以测试要提供的调制的响应性。本文关于波形发生器516描述的功能同样可以关于ETM 519执行。

RC 517可用于经由双向RF通信链路524遥测控制ETM519。RC 517可用于经由双向RF通信链路525遥测控制波形发生器516。这种控制允许打开或关闭波形发生器516，并利用不同的调制参数集对其进行编程。波形发生器516也可以被操作以修改所编程的调制参数以主动控制由波形发生器516输出的电调制能量的特性。临床医生可以在手术室和后续会话中使用CP 518将调制参数编程到波形发生器516和ETM 519中。

CP 518可以经由IR通信链路526或其他链路通过RC 517与波形发生器516或ETM519间接通信。CP 518可以经由RF通信链路或其他链路(未示出)与波形发生器516或ETM519直接通信。由CP 518提供的调制参数也可以用于对RC 517进行编程，使得随后可以通过在独立模式下(即，无需CP 518的帮助)由RC 517的操作来修改调制参数。各种设备可以用作CP 518。此类设备可以包括便携式设备，诸如膝上型个人计算机、小型计算机、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，可以通过执行CP 518中包含的软件指令来执行编程方法。可替选地，可以使用固件或硬件来执行这样的编程方法。在任何情况下，CP 518都可以主动控制由波形发生器516生成的电调制的特性，以允许基于患者反馈或其他反馈来确定所期参数，并随后利用所期调制参数对波形发生器516进行编程。为了允许用户执行这些功能，CP 518可以包括用户输入设备(例如，鼠标和键盘)以及容纳在壳体中的编程显示屏。除鼠标之外或代替鼠标，可以使用其他定向编程设备，诸如轨迹球、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定向键。可以对外部设备(例如CP)进行编程，以提供一个或多个显示屏，该一个或多个显示屏允许临床医生：除其他功能外选择或输入患者简档信息(例如姓名、出生日期、患者身份、医师、诊断和地址)、输入程序信息(例如，编程/跟进、植入物试验系统、植入物波形发生器、植入物波形发生器和一根或多根引线、替换波形发生器、替换波形发生器和引线、替换或修改引线、外植体等)、生成患者的疼痛映射图、定义引线的配置和取向、发起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选择IPG并对其进行编程。

外部充电器527可以是用于经由诸如感应式链路528之类的无线链路对波形发生器进行经皮充电的便携式设备。一旦对波形发生器进行了编程，并且其电源已经由外部充电器充电或以其他方式补充，则波形发生器可以在不存在RC或CP的情况下如编程那样的运行。

图6借由示例示出了神经调制引线615和波形发生器616的一些特征。波形发生器616可以是可植入设备或可以是外部设备，诸如可以用于在植入程序期间测试电极。在示出的示例中，神经调制引线之一具有八个电极(标记为E1-E8)，并且另一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能会因预期应用而异。可植入波形发生器可以包括用于容纳电子器件和其他组件的外壳。外壳可由导电的生物相容性材料(诸如钛)组成，其形成气密的隔室，在其中保护内部电子器件不受人体组织和液体的影响。在某些情况下，外壳可以用作电极(例如，壳体电极)。波形发生器可以包括电子组件，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。微控制器执行被存储在存储器中的适当程序，用于引导和控制由波形发生器执行的神经调制。根据编程到脉冲发生器中的调制参数集，将电调制能量提供给电极。借由示例而非限制，电调制能量可以呈脉冲式电波形的形式。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，其定义了脉冲幅度(取决于脉冲发生器向电极阵列供应恒定电流还是恒定电压而以毫安或伏特为单位测量)、脉冲宽度(以微秒为单位测量)、脉率(以每秒脉冲数为单位测量)和突发频率(被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”。

电调制发生在多个被激活的电极之间或当中，其中之一可以是波形发生器的情况。该系统可能能够以单极或多极(例如，双极、三极等)方式将调制能量发送至组织。当引线电极的选出的一个与波形发生器的壳体一起被激活时，会发生单极调制，使得调制能量在选出的电极和壳体之间发送。电极E1-E16和壳体电极中的任何一个都可以分配给至多k个可能的群组或定时“通道”。在一个实施例中，k可等于四。定时通道识别选择了哪些电极以同步地拉电流或灌电流以在要刺激的组织中产生电场。通道上电极的幅度和极性可能会有所不同。特别地，在k个定时通道中的任何一个中，可以将电极选择为正极(阳极、拉电流)、负极(阴极、灌电流)或关闭(无电流)极性。波形发生器可以在一种模式下操作以递送以下电调制能量，其在治疗上有效且致使患者感知到能量的递送(例如，在感知到感觉异常下对缓解疼痛在治疗上有效)，并且可以在亚感知模式下操作以递送以下电调制能量，其在治疗上有效且不会致使患者感知到能量的递送(例如，在没有感知到感觉异常的情况下对缓解疼痛在治疗上有效)。

波形发生器可以被配置为独立控制流经每个电极的电流的大小。例如，电流发生器可以被配置为针对每个电极从独立的电流源选择性地生成独立的电流调节的幅度(current-regulated amplitude)。在一些实施例中，脉冲发生器可以具有电压调节的输出。尽管独立可编程的电极幅度是期望的以实现精细控制，但也可以使用跨电极切换的单个输出源，尽管在编程中控制不太精细。神经调制器可以设计成具有混合的电流和电压调节的设备。校准技术用于确定正确的电流细分。在将电流细分到电调制引线上的多个电极的情况下，可以通过叠加由递送到每个电极的电流生成的场来计算所得场。

本主题的实施例涉及用于编程神经调制的系统、设备和方法。图7借由示例示出了用于编程系统的常规用户界面内的引线表示与荧光透视图像内的引线表示之间的一些差异。当前的用于将信息输入到编程系统中的用户界面(诸如在729处总体示出的)假设引线是平行的。因此，可以在解剖学模板(例如，脊柱水平T8-T10)上包括一个或多个平行引线的简化表示。然而，在现实世界中，引线很少平行，而是看起来类似于730处示出的荧光透视图像。因此，常规的用户界面无法提供在医学图像(诸如，荧光透视图像、计算机断层扫描(CT)图像或磁共振成像(MRI)图像)中找到的真实引线位置信息。因此，由常规用户界面提供给编程系统的坐标不能准确地描绘出真实的引线位置。另外，常规用户界面中的解剖学模板忽略了患者特定的解剖学变化(例如，脊柱水平的差异)和解剖学位置(例如，背角(DH)和背柱(DC)位置)。因此，即使开发了引线检测的改进，也不可能开发可靠的编程系统，这是因为收集图像的方式在本领域中还没有标准化。例如，诸如荧光透视图像之类的医学图像通常会错过关键信息，诸如脊柱的偏侧性(什么是右，什么是左)以及图像中包含的椎体水平(例如，T9-10的标识)。图像可以被翻转，使得稍后的观看者将不知道哪一侧表示患者的左侧和右侧。而且，如果图像被放大，则它可能不再包括解剖学界标的表示，使得观看者可能无法确定图像内的椎体水平。而且，由于脊柱的图像可以变化，因此一些实施例提供了可伸展的标签(例如，可伸展的尺子)或独立的标记物来注释椎体水平。标记物可以是可变形的，以适应独立的解剖学变化、椎体水平、偏侧性、引线类型和诸如此类。可以向用户呈现预定义的标签，用户可以将其放置到图像上以对其进行注释。通常，用户能够注释图像中的2-3个椎体水平。但是，本主题不限于特定数量的椎体水平。该系统可以被配置为使能用户注释一根或多根引线或一个或多个电极触点或一个或多个电极触点的位置信息。

本主题的各种实施例能够向编程系统呈现精确的电极触点位置信息，该编程系统可以包括解剖学上引导的场算法。借由示例，可以拍摄照片以捕获荧光透视图像的至少一部分，可以对所捕获的图像进行注释。可以执行图像处理以检测图像中的引线(在注释之前或之后)并确定坐标，然后可以将其诸如经由蓝牙或其他无线或有线通信手段传送到ETM或IPG(参见图5中的519和516)。可以将现实的荧光透视表示投影到CP中的模板上(参见图5中的518)。由于提供给CP的现实解剖信息，因此SCS编程得到了改进。在一些实施例中，可以将触点位置(例如，来自荧光透视图像的精确确定出的坐标)馈送到解剖学引导的场算法中。

图8A-图8B借由示例示出了将医学图像用于神经调制编程的工具的实施例。在831处，捕获显示的医学图像。例如，可以在手术室内的程序期间显示医学图像。所捕获的图像可以是医学图像(诸如，荧光透视图像)的一部分。当医学图像被显示在医学成像系统上时，图像可以由照相机捕获。诸如电话或平板电脑之类的移动设备中的照相机可用于捕获图像。编程器可以具有照相机，当图像被显示在医学成像系统上时，该照相机可以用于捕获图像。在一些实施例中，成像系统可以具有图形控件以裁剪或剪切图像的一部分。在832处，可以对图像进行注释。例如，当图像被诸如电话之类的移动设备捕获时，该移动设备的用户界面(例如，触摸屏)可以用于注释该图像。该系统被配置为显示具有可调整标记物的带注释的图像，并且可调整标记物被配置为由用户调整以适应独立的脊柱解剖结构。带注释的图像包括至少一个标记物，以标识带注释的图像内的椎体水平(例如，T8、T9、T10)或偏侧性(左或L、右或R)中的至少一个。在833处，执行图像处理。如844处所示出的，图像处理可以检测捕获的图像内的一根或多根引线和一个或多个解剖学界标，并且可以确定一根或多根引线和一个或多个解剖学界标的坐标，以用于标识一根或多根引线和一个或多个解剖学界标的实际位置或一根或多根引线相对于彼此和一个或多个解剖学界标的相对位置，如在835处示出的。可以对捕获的图像或带注释的图像执行图像处理。在836处，一根或多根引线可以在图像模板上重构，其可以在被配置用于将信息输入到编程系统中的一个或多个用户界面中使用。这样的用户界面可以允许用户还选择引线的类型或引线所连接的神经调制设备的端口。用户界面能够向编程系统(例如，图8A中的837A或图8B中的837B)提供关于一个或多个位置和一个或多个所期场的数据。编程系统837A或837B可以实施程序，其被配置为在对神经调制设备进行编程中使用数据中的至少一些。例如，程序可以帮助临床医生选择合适的刺激配置以实现所期场。编程系统837B的一些实施例可以实施算法，如图8B中总体示出的，该算法被配置为接收诸如精确的电极触点位置和所期刺激场之类的输入，并确定活跃电极和由活跃电极提供的能量贡献以及刺激的强度。刺激的强度被示为幅度，但是诸如脉冲宽度、频率、突发频率、突发持续时间和诸如此类的其他刺激参数可以用于调整强度。编程系统可以使用由算法输出的这个信息来确定适当的神经调制参数集，以编程到神经调制设备中。注意，所示出的功能可以以其他顺序来实施。例如，可以在注释功能之前或期间执行图像处理的一部分或全部。

图9借由示例示出了注释工具的实施例的一些功能，诸如可以在图8A-图8B中示出的工具内实施。例如，注释工具可以诸如通过电话或平板电脑上的应用程序在移动设备上实施，其可能已经用于捕获图像。但是，注释工具可以在访问图像的其他设备上实施。如示出的，系统被配置为显示具有可调整标记物的带注释的图像，其中可调整标记物被配置为由用户调整以适应独立的脊柱解剖结构。带注释的图像包括至少一个标记物，以标识带注释的图像内的椎体水平或偏侧性中的至少一个。更具体地，所示出的实施例包括具有椎体标记物的可伸展的尺子。所示出的实施例还包括可互换的左右标记物。该应用程序还可以能够标识去往神经调制设备的引线端口、引线类型、图像处理算法，其可用于自动检测引线并提取触点坐标，并且与编程系统内的其他设备进行通信。例如，位置数据可以经由通信协议(例如，蓝牙)传送到先前在图5中示出的ETM或IPG。

图10借由示例示出了用户界面的实施例，该用户界面被配置为用于将信息输入到编程系统中，诸如在图8A中在836处所示出的。所示出的用户界面包括脊柱的模板，具有标记的椎体水平，其中一根或多根引线的表示准确地定位在模板上。这样的用户界面可以允许用户还选择引线的类型(示出为“1x8”、“1x16”、“2x8”)或引线所连接的神经调制设备的端口，示出为“连接”，以及可能对利用刺激配置对神经调制设备进行编程有用的其他信息。

图11借由示例示出了用于确定细分(例如，如图8B中示出的活跃电极的百分比和极性)以实现目标函数的实施例。目标函数是指具有用于调制靶组织的期望特性的函数。目标函数也可以称为目标靶函数。对于给定体积的组织，识别出用于宽而均匀的调制场的目标函数1138。目标函数的示例包括常数E(电场)、常数|E|、(电场幅度)和恒定电压。还识别出包括相对于生理中线的相对位置的引线和电极配置1139、以及电极组织耦合1140。执行函数1141，其取决于目标函数、电极位置和电极组织耦合。该函数的结果是每个电极的调制能量(例如电流)1142的细分，以实现目标函数。对于每个电极，调制能量的细分可以表示为在给定时间递送到引线上的多个电极的极性(例如，阴极或阳极)和的总阴极能量或总阳极能量的百分比。此外，可以将幅度提升或缩放因子应用于细分值。

图12借由示例更详细地示出了用于确定细分以实现目标函数的实施例。提供目标靶函数1243(例如常数E)作为过程的输入。该过程的其他输入包括配置选项1244、引线配置1245和电极触点状态1246、以及阈值1247(诸如像单极电流阈值的电流阈值)。引线配置1245和触点状态1246标识电极布置，标识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1244涉及单极(所有激活电极的极性相同)和多极选项(场中组合的阳极和阴极)。该阈值用于补偿电极/组织耦合差异。

可以从引线配置和触点状态自动或手动地确定用于刺激的触点1248。所选场模型可用于估计由来自触点的单位电流感应的场1249。可以使用阈值来校准该场1250。例如，可以对单位电流场进行加权。可以基于所选触点来形成组成力1251，并且可以构造转移矩阵1252以用于使用来自组成源的贡献并且使用指定的靶场1253来计算最小均方解1254。该解可用于计算每个触点上的电流细分1255。

图13示出了医学成像系统1356、用于对诸如脊髓刺激(SCS)系统之类的神经调制器进行编程的编程系统1357、以及诸如可以由图8A-图8B中示出的工具提供的以基于医学成像系统中的所显示图像(例如，荧光透视图像)向编程系统提供信息的桥接功能1358。桥接功能1358提供医学成像系统1356和编程系统1357之间的信息桥。编程系统1357可以包括单个设备，诸如CP，或者可以包括两个或更多个设备，借由示例而不是限制，诸如RC、CP和基于云的系统中的两个或多个，它们可以一起工作以对神经调制器进行编程。编程系统1357可以包括校准特征1359，其被配置为使用位置信息(例如，坐标)来确定电极触点和生理特征的相对或实际位置。编程系统1357可以包括用户界面1360，诸如例如图10中示出的界面，其可以被配置用于选择引线和调制场。编程系统1357可以包括用于生成刺激配置的解剖学上引导的场算法1361，包括用于独立电极触点的能量贡献以提供调制场的形状和大小。

桥接功能1358确定包含在医学图像内的信息，并基于医学图像信息提供数据，以供编程系统1357使用以提高编程能力。桥接功能1358可以包括图像捕获功能1362、注释功能1363、图像处理功能1364和图像重构功能1364。这些桥接功能1358可以使用一个设备来执行，或者可以跨两个或更多个设备分布。可以使用与医学成像系统1356和编程系统1357分开的一个或多个设备来实施桥接功能1358，或者可以使用医学成像系统1356或编程系统中的至少一个来实施桥接功能1358中的一些。

图14示出了其中使用医学成像系统1456执行图像捕获功能1462的系统的示例。例如，医学成像系统1456可具有图形编辑工具，诸如裁剪/剪切/复制工具，以允许用户选择所显示的图像的一部分，诸如可以通过拖动光标在所显示的图像上创建选择窗口来完成。所选部分是捕获的图像。然后图像可以与其他桥接功能1458共享，并由其他桥接功能1458使用来确定医学图像内包含的信息，并基于医学图像信息提供数据以提高编程系统1457的编程能力。

图15示出了系统的示例，其中，编程系统1557被配置为执行桥接功能，其基于医学成像系统1556中显示的图像(例如，荧光透视图像)。桥接功能可以由一个设备执行或分布在编程系统1557内的两个或多个设备上。例如，CP可以包括设备照相机1562和用于提供图像注释1563、图像处理1564和图像重构1565的应用程序或其他程序。CP可以使用照相机从图像显示器捕获图像，并被配置为使能用户注释图像并执行图像处理以确定坐标，并被配置为执行图像重构以提供关于有益于对神经调制设备编程的解剖特征的电极触点位置的准确表示。

图16示出了系统的示例，该系统包括移动设备1666，诸如电话，其利用应用程序编程，或另被配置为在医学成像系统1656中的显示的图像(例如，荧光透视图像)和编程系统1657之间执行桥接功能。因此，电话可以使用照相机从图像显示器捕获图像，并且可以被配置为使能用户注释图像并执行图像处理以确定坐标，并且可以被配置为执行图像重构以提供关于有益于对神经调制设备编程的解剖特征的电极触点位置的准确表示。移动设备不限于电话，这是因为它可以包括平板电脑、笔记本电脑和其他设备。

图17示出了系统的示例，该系统包括：移动设备1766，诸如电话或平板电脑，其利用应用程序编程，或者另被配置为在医学成像系统1756中的所显示的图像(例如，荧光透视图像)和编程系统1757之间执行桥接功能的一部分；并且编程系统1757被配置为执行桥接功能的另一部分。因此，借由示例而非限制，操作电话的应用程序可以使用电话的照相机从来自医学成像系统的所显示的图像中捕获图像，并且可以被配置为使能用户使用电话触摸屏界面来注释捕获的图像。编程系统1757可以被配置为执行图像处理以确定坐标，并且被配置为执行图像重构以提供相对于有益于对神经调制设备进行编程的解剖特征的电极触点位置的准确表示。

在各个组件之间移动的数据的类型取决于由组件执行的桥接功能。该数据可以包括指示所捕获的图像的数据。该数据可以包括指示带注释的图像的数据。该数据可以包括指示电极触点的位置、一根或多根引线的位置以及一个或多个解剖特征的位置的数据。位置数据可以包括用于建立一个或多个电极触点到一个或多个解剖特征的绝对位置或相对位置的坐标。解剖特征的示例可以包括处于一个或多个靶向椎体水平的DC或DH纤维或神经根或神经节。

一些实施例明确地排除了个人可识别信息(PII)和受保护的健康信息(PHI)能够可检索地存储或传送到编程系统。PII的示例包括但不限于姓名、社会安全号码、驾驶执照或其他身份证号码、国籍、性别、种族、出生日期和电话号码。例如，荧光透视图像可以包括元数据，该元数据可以标识患者的姓名、医院和诸如此类。PHI的示例包括但不限于实验室测试结果、健康史、诊断和诸如此类。各种实施例有意地从根据荧光透视图像拍摄的捕获图像中排除PII/PHI信息。各种实施例有意地防止PII/PHI信息可检索地存储在系统内的移动设备或其他设备中。防止PII/PHI数据被可检索地存储可以允许以临时或短暂的方式暂时拥有数据。但是，用户无法在正常操作过程中访问该数据。例如，移动设备应用程序不会保存当前会话以外的图像，而只会保存坐标和不符合PII或PHI数据的标识符。

图18示出了在各种系统实施例中可能发生的数据流的示例。例如，如在1867处所示出的，移动设备1866可以被配置为与编程系统1857直接通信以提供由编程系统实施的程序使用的数据(例如，指示位置的数据，诸如坐标或与图像有关的数据，可以从中确定位置)。附加地或可替选地，如在1868和1869处所示出的，可以通过诸如可植入脉冲发生器(IPG)1870之类的神经调制器、或者通过患者遥控器或其他设备1871、或者通过一个或多个基于云的服务和/或存储1872而将数据间接地提供给编程系统1857。借由示例，将数据存储在神经调制器(IPG或ETS)中的实施例可有助于数据的去识别，这是因为它希望数据去往设备而不是直接去往患者。该系统可以被设计为使用所示出的方式中的任何一种或任何两种或更多种将数据提供给编程系统。因此，例如，移动设备可以被配置为将位置数据直接提供给编程系统，并且也可以被配置为将位置数据提供给神经调制设备，并且编程系统被配置为接收来自神经调制设备的位置数据。在一些实施例中，移动设备可以向一个或多个基于云的服务/存储提供数据(例如，指示位置的数据，诸如坐标或与图像有关的数据，可以从中确定位置)，并且编程系统可以从一个或多个基于云的服务/存储中接收指示位置的数据，诸如坐标或图像相关数据，可以从中确定位置。一些实施例可以在云位置处使用基于云的平台来提供图像处理和/或注释和/或图像重构功能。指示被提供给编程系统(例如，CP)的位置的数据可以包括：指示电极到电极的距离和电极到解剖特征的距离的数据。

编程系统(例如，CP)可以实施被配置为使用指示电极和解剖结构的定位的位置数据来对神经调制设备进行编程的程序。参考图19A-图19B，CP可以实施编程算法以通过估计多个空间观察点处的靶场的场电位值(或一些其他线性电参数，诸如激活函数、电流密度等)来将靶电场映射到电极阵列。CP可以通过确定靶电流源极相对于电极阵列的所期位置来实现这一点，并对由靶电流源极生成的电场进行建模以确定空间观察点处的所期场电位值(例如，使用分析和/或数值模型)。

尽管靶电流源极是表示“靶电场”的一种方式，但是可以使用靶场的其他表示。靶电流源极的位置可以以将所产生的电场置于要刺激的患者的识别出的区域上的方式来确定。空间观察点可以以至少覆盖要刺激的整个组织区域和/或不覆盖不应刺激的组织区域的方式间隔开。靶电流源极的位置可以由用户定义，并且可以与电极位置一起显示给用户，如上面简要讨论的，该电极位置可以基于在电极处进行的电测量来确定。CP可以选择或允许用户选择电极的位置处的多个组成电流源。可以至少部分地基于医学成像系统内的所显示的图像来确定电极的位置。附加地或可替选地，一些实施例可以响应于在电极之间发送的亚阈值电信号，基于在电极处进行的测量来确定电极位置。

一旦选择了组成源，则CP可以确定组成电流源的相对强度，当组合时，其导致与在空间观察点处的所期场电位值最佳匹配的空间观察点处的估计电场电位值。特别地，CP可以对组成电流源进行建模(例如，使用分析和/或数值模型)，并估计由组成电流源中的每个在空间观察点处生成的每单位电流的场电位值(V/mA)，并且可以根据估计的每单位电流的场电位值生成m x n转移矩阵(如图20中示出的)，其中m等于空间观察点的数量，并且n等于组成源的数量。可以使用包括转移矩阵A和所期场电位值的优化函数来确定组成电流源的相对强度。

优化函数可以是表达为

的最小二乘(超确定)函数，其中

是所期场电位值的m元向量，A是转移矩阵，并且

是该组成电流源的强度的n元向量。可以求解该组成电流源强度

使得优化函数

最小化。如果

则使平方差最小化。解决该问题的一种方法可以是将转移矩阵A求逆并预乘，使得

其得出解

一旦确定了组成电流源的强度，CP就会将这些强度转换为以极性和百分比形式的电极上的电流分布。

提高输入到这些算法中的电极和一个或多个解剖学目标的位置数据的精度增强了被编程的刺激配置的有效性。这样的改进对于在DC组织上递送DH或DR组织的亚感知调制可以是有用的。然而，一些实施例可以用于递送其他调制治疗。

脊髓区域中的神经组织具有不同的特性。例如，DC纤维(主要是有髓鞘轴突)沿轴向延伸，而DH(例如神经元细胞终末、神经元细胞体、树突和轴突)纤维沿许多方向定向。从典型放置的硬膜外SCS引线到DH纤维的距离不同于从这些引线到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，其与电压沿脊柱纵轴的二阶空间导数成正比

这是部分因为DC中的大的有髓鞘轴突主要沿脊柱纵向对准。另一方面，通过激活函数来描述在DH纤维和神经元中生成动作电位的可能性，该激活函数与电压沿着脊柱的一阶空间导数成正比

其另外被称为电场。因此，DH激活函数与电压沿纤维轴的一阶导数成正比，而DC激活函数与电压沿纤维轴的二阶导数成正比。因此，距电场轨迹的距离对DH激活函数

的影响小于对背柱激活函数

的影响。通过最小化神经调制引线沿DC生成的电场的纵向梯度，DH中的神经元元件(例如，神经元、树突、轴突、细胞体和神经元细胞终末)可以比DC神经元元件优先受到刺激，从而以疼痛缓解的形式提供治疗，而不会产生感觉异常的感觉。DH纤维和DC纤维对电调制的响应(激活函数)不同。

用于增强调制场的各种实施例选择性地调制DC组织上的DH和/或DR组织。常规的SCS激活DC纤维轴突，并且动作电位的顺行传播会引起大脑中感觉异常的感知，并且动作电位向纤维侧支和以DH结尾的终末的逆行传播会唤起DH中的疼痛控制机制。各个实施例使刺激场成形为优选地刺激以DH和/或DR结尾的纤维终末，以在不引起感觉异常的情况下提供疼痛缓解。例如，电压的一阶梯度中的均匀性(即，电场中的均匀性)在刺激DH纤维终末和/或刺激DR纤维方面可以更有效。跨更大场的均匀性可以消除寻找最佳刺激部位的需求，并可以创造更广泛的疼痛覆盖范围。例如，均匀性可以在电极的布置内的两个或更多个电极之间或当中延伸。在其他示例中，均匀性可以在电极的布置内的三个、四个、五个、六个或更多个电极当中延伸，从而消除了需要寻找最佳刺激部位并创建更广泛的治疗范围。因此，均匀性在引线的大部分上延伸。一些实施例被配置为确定调制参数集以创建场形状来提供宽而均匀的调制场以增强对靶向神经组织(例如DH组织或DR组织)的调制。一些实施例被配置为确定调制参数集以创建场形状以减小或最小化非靶向组织(例如，DC组织)的调制。

本文公开的各种实施例针对使调制场成形以增强一些神经结构的调制并减小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对调制场进行整形，以引导多个电极当中的电流细分的估计并估计提供所期强度的总幅度。例如，调制场可以被成形为增强DH神经组织的调制并且最小化DC组织的调制。MICC的受益是，MICC说明了每个独立触点处的电极-组织耦合效率和感知阈值的各个方面。MICC的这种功能以及根据捕获的图像确定出的精确位置数据提高了将具有期望形状的调制场精确施加于精确地靶向神经解剖结构的能力。

例如，调制场可以被成形为在DH组织处在选出方向上提供恒定的电场(E)。在任何方向上DH处的电场(E)是该方向上标量电位场(V)的负梯度(负变化率)。由于场叠加的线性关系，可以形成传递函数来估计由位于(x0，y0，z0)处的单个电极的单位电流所诱导的所选方向上的EDH(x，y，z)，总E场是由电流细分加权的每个活跃电极的电流所诱导的E场的线性组合。在示例中，调制场可以是沿着DC组织的恒定V场。由于场叠加的线性关系，可以形成传递函数来估计由位于(x0，y0，z0)处的单个电极的单位电流所诱导的所选方向上的VDC(x，y，z)，总V场是由电流细分加权的每个活跃电极的电流所诱导的V场的线性组合。

各种实施例可以设计场，以针对在前后(AP)方向上定向的终末的亚阈值和超阈值激活而最大化喙尾方向(rostral-caudal direction)上的细胞外电压的线性进展。本主题的各种实施例通过以定向、渐进的方式堆叠靶极的细分来产生线性场。

作为特定示例，图21示出了靶多极的实施例，其包括细分靶阳极和细分靶阴极，其被设计为最大化区域中的电场，同时最小化由场生成的细胞外电位的第二差异表示的“激活函数”(即背柱、神经突出的激活)。图21中示出的靶多极渐进地堆叠靶极的细分。所示出的靶多极可以称为基础场设计，这是因为它可以用作从中调整场长、宽度和取向的基础，并且作为可以从中添加诸如侧面电极的特征的基础。在所示出的实施例中，靶多极包括第一靶阳极和第二靶阳极，其中第一靶阳极2173表示总阳极电流的33％，并且第二靶阳极2174表示总阳极电流的67％；并进一步包括第一靶阴极和第二靶阴极，其中第一靶阴极2175表示总阴极电流的33％，并且第二靶阳极2176表示总阴极电流的67％。其他百分比可以用来渐进地增加远离靶多极中心移动的百分比和/或改变靶场的长度。一些实施例可以包括多于两个的靶阳极，其中阳极电流的百分比远离靶多极的中心渐进地增加。一些实施例可以包括多于两个的靶阴极，其中阴极电流的百分比远离靶多极中心渐进地增加。一些实施例可以包括一个靶阳极(100％)和一个以上的靶阴极。一些实施例可以包括一个靶阴极(100％)和一个以上的靶阳极。

作为更具体的示例，图22A-图22F总体上示出了具有第一靶阳极和第二靶阳极以及第一靶阴极和第二靶阴极的相同靶多极。第二靶阳极大于第一靶阳极，并且第二靶阴极大于第一靶阴极。借由示例而不是限制，可以调整递送到下层物理电极的细分电流以精确地移动靶多极，使其：在电极的左柱上横向居中，其中靶极在距电极顶部25％处纵向居中(图22A)；在电极的左柱上横向居中，其中靶极在电极的左柱中的行之间纵向居中(图22B)；在电极的左柱上横向居中，其中靶极在电极的左柱中的电极上纵向居中(图22C)；在列之间的中线上横向居中，并且与电极行纵向居中(图22D)；在列之间的中线上横向居中，其中靶极在距电极行顶部25％处纵向居中(图22E)；并在列之间的中线上横向居中，其中靶极在电极的行之间纵向居中(图22F)。

本文公开的各种实施例可以使用计算机系统，在其中可以执行指令集或指令序列以致使机器执行本文讨论的方法。在可替选实施例中，该机器作为独立设备操作，或者可以连接(例如，联网)到其他机器。在网络部署中，机器可以在服务器-客户端网络环境中以服务器或客户端机器的身份操作，或者其可以在对等(或分布式)网络环境中充当对等机器。该机器可以是个人计算机(PC)、平板PC、混合平板、个人数字助理(PDA)、移动电话、可植入脉冲发生器(IPG)、外部遥控器(RC)、用户编程器(CP)或能够执行指令(顺序或以其他方式)的任何机器，这些指令指定了该机器要进行的动作。此外，术语“机器”也应被认为包括独立地或共同地执行指令的集合(或多个集合)以执行本文讨论的方法中的任何一个或多个的机器的任何收集。由一个或多个处理器(例如，计算机)控制或操作的一个或多个机器，以独立地或联合执行指令以执行本文讨论的方法中的任何一种或多种。

计算机系统的示例包括至少一个处理器(例如，中央处理器(CPU)、图形处理单元(GPU)或两者、处理器核、计算节点等)、主存储器和静态存储器，它们经由链路(例如，总线)相互通信。该计算机系统可以进一步包括视频显示单元、字母数字输入设备(例如，键盘)和用户界面(UI)导航设备(例如，鼠标)。在一个实施例中，视频显示单元、输入设备和UI导航设备被合并到触摸屏显示器中。该计算机系统可以另外包括存储设备(例如，驱动单元)、信号发生设备(例如，扬声器)、网络接口设备以及一个或多个传感器(未示出)，诸如全球定位系统(GPS)传感器、指南针、加速度计或其他传感器。将理解的是，能够实施本公开中讨论的方法的其他形式的机器或装置(诸如IPG、RC、CP设备和诸如此类)可能不合并或利用这些组件中的每一个(诸如GPU、视频显示单元、键盘等)。该存储设备可以包括机器可读介质，在其上存储由本文描述的方法或功能体现或利用的数据结构和指令(例如，软件)的一个或多个集合。在计算机系统执行指令期间，指令还可以全部或至少部分地驻留在主存储器、静态存储器和/或处理器内，其中主存储器、静态存储器和处理器也构成机器可读介质。尽管在示例实施例中将机器可读介质示出为单个介质，但是术语“机器可读介质”可以包括单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和服务器)，其存储一条或多条指令。术语“机器可读介质”也应被认为包括任何有形(例如，非暂时性)介质，其能够存储、编码或承载由机器执行的指令并且致使机器执行本公开的方法中的任何一个或多个，或者能够存储、编码或承载由此类指令使用或与之相关联的数据结构。因此，术语“机器可读介质”应被认为包括但不限于固态存储器以及光和磁介质。机器可读介质的特定示例包括非易失性存储器，借由示例，包括但不限于：半导体存储器设备(例如，电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))和闪速存储器设备；诸如内部硬盘和可移动磁盘之类的磁盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM磁盘。还可以经由利用多种公知的传输协议(例如，HTTP)中的任一种的网络接口设备通过传输介质使用通信网络来发送或接收指令。通信网络的示例包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网、电话网络、普通老式电话(POTS)网络和无线数据网络(例如，Wi-Fi、3G和4G LTE/LTE-A或5G网络)。术语“传输介质”应被认为包括能够存储、编码或承载由机器执行的指令的任何无形介质，并且包括数字或模拟通信信号或其他无形介质以促进这种软件的通信。

上面的详细描述意图是说明性的，而不是限制性的。因此，本公开的范围应参考所附权利要求书以及这些权利要求书所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims (15)

1.一种与医学成像系统和编程系统一起使用的系统，其中，所述医学成像系统被配置为显示医学图像，并且所述编程系统被配置为实施在对神经调制设备进行编程中使用的程序，所述系统包括移动设备，其具有至少一个处理器、照相机和包括显示器的用户界面，其中，所述移动设备被配置为：

从所述医学成像系统获取所显示的医学图像，其中所显示的医学图像包括解剖结构的表示和至少一根引线的表示，其中所述至少一根引线包括电极；

基于所获取的医学图像，确定指示所述电极中的至少一个相对于所述解剖结构中的至少一个或所述电极中的至少另一个的定位的位置数据；并且

提供所述位置数据以供由所述编程系统实施的程序使用，其中，所述编程系统被配置为在对所述神经调制设备进行编程中使用所述位置数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，

所述移动设备被配置为：使用所述用户界面来接收用户输入，所述用户输入对所获取的图像进行注释以提供带注释的图像。

3.根据权利要求1-2中的任一项所述的系统，其中，

所述移动设备被配置为：使用所述至少一个处理器来通过在解剖学模板图像上重构包括电极的至少一根引线的表示而提供重构图像以供所述编程系统使用。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，

所述医学成像系统包括荧光透视成像系统，并且所显示的图像是荧光透视图像，所述荧光透视图像包括植入到脊柱附近的至少一根引线的表示。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，其中，

所述移动设备包括电话。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的系统，其中，

所获取的图像包括来自由所述移动设备的照相机拍摄的照片的图像。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的系统，其中，

所获取的图像是所述移动设备上的暂时图像，所述暂时图像可用于对图像进行注释并确定所述位置数据，但是不能检索地存储在所述移动设备上。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的系统，其中，

所述移动设备被配置为与所述编程系统直接通信来提供所述位置数据以供由所述编程系统实施的程序使用。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中，

所述移动设备被配置为向所述神经调制设备提供所述位置数据，并且所述编程系统被配置为接收来自所述神经调制设备的位置数据。

10.根据权利要求1-9中的任一项所述的系统，其中，

所述系统被配置为将所述位置数据从所述移动设备移动到云位置，并且从所述云位置移动到所述编程系统。

11.根据权利要求1-10中的任一项所述的系统，其中，

所述系统被配置为显示具有可调整标记物的带注释的图像，并且所述可调整标记物被配置为由所述用户调整以适应独立的脊柱解剖结构。

12.根据权利要求1-11中的任一项所述的系统，其中，

所述带注释的图像包括至少一个标记物，以标识所述带注释的图像内的椎体水平或偏侧性中的至少一个。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的系统，其中，

所述移动设备被配置为使用所述带注释的图像来确定指示所述电极和所述解剖结构的定位的位置数据。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的系统，其中，

所述系统包括云设备，所述云设备被配置为使用所述带注释的图像来确定指示所述电极和所述解剖结构的定位的位置数据。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的系统，其中，所述位置数据能被所述编程系统用来确定所述电极的能量贡献。

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