JP2016521606A - 外部試験刺激フェーズ中に決定された情報を使用して患者のための最適埋込可能医療デバイスを決定するための外部デバイス - Google Patents

外部試験刺激フェーズ中に決定された情報を使用して患者のための最適埋込可能医療デバイスを決定するための外部デバイス Download PDF

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Abstract

埋込可能医療デバイスのための外部試験刺激器(ETS)と通信するための外部コントローラを開示する。外部コントローラは、インプラントの埋め込みに先行する外部試験刺激フェーズ中にいくつかのインプラントに対して推定したバッテリ性能パラメータに基づいて、患者にとって適切なインプラントを選択する際に臨床医を助けることができるバッテリアルゴリズムを用いてプログラムされる。アルゴリズムは、患者のための再充電可能バッテリインプラント又は1次バッテリインプラントの間で選択する際に臨床医を助けるのに特に有用である。【選択図】図5

Description

〔関連出願への相互参照〕
この国際(PCT)出願は、共にその全体が引用によって本明細書に組み込まれている2014年5月6日出願の米国特許出願第14/271,176号及び2013年6月4日出願の米国特許仮出願第61/831,037号に対する優先権を主張するものである。
本発明は、埋込可能医療デバイスシステム、特に、埋込可能刺激器を伴うシステムに関する。
埋込可能刺激デバイスは、心不整脈を処置するペースメーカー、心細動を処置する除細動器、難聴を処置する蝸牛刺激器、盲目を処置する網膜刺激器、協働四肢運動を引き起こす筋肉刺激器、慢性疼痛を処置する脊髄刺激器、運動疾患及び精神疾患を処置する脳皮質及び脳深部刺激器、及び尿失禁、睡眠時無呼吸、肩亜脱臼、その他を処置する他の神経刺激器のような様々な生物学的疾患を治療するために電気刺激を発生させて体内神経及び組織へ送出するデバイスである。以下の説明は、一般的に、米国特許第6,516,227号明細書に開示されているような「脊髄刺激(SCS)」システム内で本発明を使用することに着目することになる。しかし、本発明は、あらゆる埋込可能医療デバイスシステムに適用性を見出すことができる。
図1に示すように、SCSシステムは、典型的には、「埋込可能パルス発生器(IPG)」10を含み、これは、例えば、チタンのような導電材料で形成された生体適合性デバイスケース12を含む。ケース12は、典型的には、IPGが機能するのに必要な回路及びバッテリ14を保持する。IPG10は、患者組織に接触するように設計された遠位電極16に結合される。遠位電極16は、電極16が電極アレイ22を形成するように、1つ又はそれよりも多くの電極リード(2つのそのようなリード18及び20を示す)を通じてIPG10に結合される。電極16は、各電極に結合された個々の信号線26も収容する可撓性本体24上に担持される。図示の実施形態において、E1〜E8としてラベル付けした8つの電極がリード18上に及びE9〜E16としてラベル付けした8つの電極がリード20上に存在するが、リード及び電極の数は用途特定のものであり、従って、異なる場合がある。リード18、20は、エポキシのような非導電性ヘッダ材料30に固定されたリードコネクタ28を使用してIPG10に結合する近位電極接点29を含有する。
図2A及び図2Bの断面に示すように、IPG10は、典型的には、プリント基板(PCB)32をPCBに装着された様々な電子構成要素34と共に含む電子基板アセンブリを含む。テレメトリコイル36が、データを外部コントローラ(図示せず)へ/から送信/受信するために使用される。それらの例では、テレメトリコイル36は、米国特許第8,577,474号明細書に開示するようにケース12内にあるが、それは、他の例ではヘッダ30に置くこともできる。
IPGは、使用するバッテリ14のタイプが異なる可能性がある。図2Aは、再充電可能な2次バッテリ14aを含有するIPG10aを示している。バッテリ14aの再充電を容易にするために、IPG10aは、追加の充電コイル38を含有する。図3に示すように、充電コイル38は、必要に応じて外部充電器50がバッテリ14aを再充電する電力90を供給することを可能にする。当業者が理解するように、外部充電器50を使用してバッテリ14aを充電するそのような手段は、磁気誘導を通じて経皮的に行われ、外部充電器50がオンにされ、AC電流が、外部充電器内のコイル52に発生される。これは、IPG10a内の充電コイル38にAC電流を誘導するAC磁場90を生成する。この電流は、IPG10aにおいてDCレベルに整流され、バッテリ14aを再充電するのに使用される。再充電可能バッテリ14aは、異なる化学物質を使用して形成することができるが、リチウムイオンポリマーバッテリは、埋込可能医療デバイスに使用するのに一般的であり、約4.2ボルトの電圧を生成する。
図2Bは、それに反して、再充電不能1次バッテリ14b、すなわち、充電電流を通過させることによって電気化学反応が可逆性であるものではないものを含有するIPG10bを示している。バッテリ14bは再充電可能ではないので、IPG10bには充電コイルの必要はない(図2Aの38と比較されたい)。しかし、1次バッテリは、それらの電極の一方又は両方で材料を使い尽くし、従って、限られた使用寿命を有する。バッテリ14bが消耗した状態で、バッテリ14bを交換してIPG10bを再び埋め込むことができるように、又は新しいバッテリ14aを備えた新しいIPG10bを埋め込むことができるように、患者からIPG10bを外植することが必要であることになる。1次バッテリ14bは、異なる化学物質を使用して形成することができるが、リチウムCFxバッテリ又はリチウム/CFx−SVO(酸化銀バナジウム)ハイブリッドバッテリは、埋込可能医療デバイスに使用するのに一般的であり、1.2〜3.2ボルトの電圧を生成する。
外植の必要なく必要に応じて充電を可能にするように患者には再充電可能バッテリを備えたインプラントを常に設けるべきであると仮定することは容易であるが、充電不能1次バッテリを備えたインプラントを好むそれ相応の理由も存在する。1次バッテリは、典型的には、再充電可能バッテリよりも安く、再充電可能バッテリに固有の信頼性問題を抱えなくてよい。更に、インプラント内の1次バッテリの使用は、他の方法でも費用を低減し、すなわち、インプラントは、充電コイル(図2Aの38)の諸コストを含む必要はなく、外部充電器50(図3)は、全く省くことができる。更に、患者は、1次バッテリを備えたインプラントを有することにより、それを再充電するという自分自身の心配をしなくてもよいことになるので都合がよい。1次バッテリインプラントのケースも、再充電可能バッテリインプラントよりも小さくすることができ、これも患者に利便性を与えると考えられる。
米国特許第6,516,227号明細書 米国特許第8,577,474号明細書 米国特許第8,498,716号明細書 米国特許出願公開第2012/0101551号明細書
本発明者が認識するように、臨床医は、所与の患者が再充電可能バッテリ14aを備えたインプラントを有することから、又は、1次バッテリ14bを備えたインプラントを有することから、最大の利益を受けるであろうかということについて、予め知るためのガイダンスを現在ほとんど有していない。本発明の開示は、解決法を提供する。
従来技術による埋込可能医療デバイス、具体的には「埋込可能パルス発生器(IPG)」を示す図である。 従来技術による再充電可能バッテリIPGを示す図である。 従来技術による1次バッテリIPGを示す図である。 従来技術による再充電可能バッテリIPGにおいてバッテリを充填するのに使用する外部充電器を示す図である。 従来技術によりIPGの埋め込み前に使用する外部試験刺激器(ETS)及びETSと連通している外部コントローラを示す図である。 外部試験刺激フェーズ中に再充電可能バッテリIPG及び1次バッテリIPGに対するバッテリ性能パラメータを推定し、かつ任意的にどちらのIPGが患者内への埋め込みに最も適すると考えられるかを臨床医に自動的に推奨することができるバッテリアルゴリズムを含む改良型外部コントローラを示す図である。 図6Aはバッテリアルゴリズムを実行するオプションを含む改良型外部コントローラのユーザインタフェースを示す図であり、図6Bは臨床医に提供する時のそのアルゴリズムの出力を示す図である。 バッテリアルゴリズムの一例の流れ図である。 ETSが改良型外部コントローラにおいてバッテリアルゴリズムに電流引き込み情報を提供する変形を示す図である。 臨床医が1つよりも多い再充電可能バッテリIPGから及び1つよりも多い1次バッテリIPGから選択することを可能にするバッテリアルゴリズムの変形を示す図である。 臨床医が1つよりも多い再充電可能バッテリIPGから及び1つよりも多い1次バッテリIPGから選択することを可能にするバッテリアルゴリズムの変形を示す図である。 臨床医が複数のIPGからそれらのバッテリタイプ及び臨床医がたとえ適合しなくても又はそれらの回路がETS内の回路にたとえ適合しなくても一般的に選択することを可能にするバッテリアルゴリズムの別の変形を示す図である。
上述のように、所与の患者が再充電可能又は1次バッテリを備えたインプラントを有することで利益を受けるか否かは臨床医に常に明らかであるわけではない。本発明者は、少なくともIPGとの関連において、この決定を行う上で臨床医を助けるために情報を外部試験刺激フェーズから判別することができると気が付いた。
外部試験刺激フェーズは、IPGの実際の埋め込みに先行するものであり、図4に示されている。図示のように、このステージの患者は、臨床医によって脊髄40の中に埋め込まれた電極リード18及び20を有する。典型的であるように、リード18及び20は、脊髄40の右側及び左側に埋め込まれ、IPG10の可撓性が、異なる神経を動員して刺激することを可能にし、これは、患者の疼痛又は他の症状を引き起こす場合がある。リード18及び20の埋め込み後に、リードの近位端は、開口部27を通じて患者の皮膚25を通って突出する。
患者には外部試験刺激器(ETS)70が提供され、これは、リード延長部54及び60を通じて埋め込まれたリード18及び20に結合される。それらのリード延長部54及び60は、コネクタ52及び58を通じてETS70に結合し、リードコネクタ28(図1)と同様にリード18及び20(図1)の近位電極接点29を受け入れるように設計されたリードアクセプタ56及び62を通じてリード18及び20に結合する。従って、リード延長部54及び60は、各リード上に電極が存在するのと少なくとも同数のワイヤを含有する。次に、外部試験刺激器70は、例えば、2週間かその付近にわたって持続する場合がある外部試験刺激フェーズの継続時間中に従来の様式で患者に固定することができる。典型的には、外部試験刺激器70は、患者によって着用されるベルトの中に置かれる。
ETS70は、IPGが、それが埋め込まれた状態で最終的に行うのとほとんど同じ方法で患者に刺激を与える。基本的に、ETS70は、IPGの実際の埋め込み前に治療を試行して調節することができるようにIPGの作動を模倣する。治療は、典型的には、刺激するためにどの電極を選択するか、そのような活性電極がアノードであるか又はカソードであるか(c/ax)、活性電極における刺激の大きさ(例えば、電流Ax)、並びにそのような刺激が典型的であるように刺激パルスを含むと仮定して活性電極における刺激の周波数(fx)及び継続時間(dx)のようないくつかの刺激パラメータを指定する刺激プログラム(SP)を含む。図4に示すように、電極の各々のためにそれらの刺激パラメータの各々を定める刺激プログラムが示されているが、刺激プログラムは、更に簡単に表すことができる。例えば、特定の電極の振幅がAx=0として指定される場合に、電極は活性ではなく、その電極の他のパラメータ(例えば、c/ax、fx、dx)は関係ないか又は無視されることは理解されるであろう。
外部試験刺激フェーズ中に使用する刺激プログラムを無線で修正して、患者のために有効な治療を試行して決定することができる。図4に示すように、そのような制御は、ETS70によって患者に提供される刺激プログラムを無線100で調節する外部コントローラ110に設けることができる。外部コントローラ110及び外部試験刺激器110は、こうして両方とも無線テレメトリ手段(例えば、アンテナ、送受信機回路)を含み、あらゆる適切なテレメトリ方式及びハードウエアを使用して行うことができるそのような無線通信100を容易にする。図示のように、外部コントローラ110は、臨床医が使用して刺激プログラムを修正し、それをETS70に送信することができる表示スクリーン82及びタッチ操作可能なボタン84を含む臨床医のためのユーザインタフェースを含むことができる。
図示のような外部コントローラ110は、手持ち式及び携帯式であり、従って、患者によって彼らの刺激プログラムを調節するために使用される外部コントローラに類似している。例えば、米国特許第8,498,716号明細書、米国特許出願公開第2012/0101551号明細書を参照されたい。しかし、外部コントローラ110はまた、臨床医が彼らのオフィス又は手術室の環境のいずれかで使用するタイプの臨床医のプログラマーの形態を取ることができる。一般的には、外部コントローラ110は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータなどのあらゆる適切なコンピュータ装置を含むことができる。従って、外部コントローラ110のユーザインタフェース(例えば、ディスプレイ82、ボタン84)は、その計算及び通信ハードウエアから分離することができ、従って、外部コントローラ110は、図示のような全ての必要な構成要素を収容する集積デバイスを含む必要はない。更に、外部コントローラ110及びETS70が無線100で通信することは有利であるが、それらはまた、ケーブル配線によって物理的にリンクすることができる。ETS70は、刺激プログラムを実施して電極16において規定の刺激を与えるのに必要な電力を供給するバッテリを一般的にそのハウジング内に含有する。
患者の症状を緩和する適切な刺激プログラムが外部試験刺激フェーズ中に決定される場合に、これは、IPGの埋め込みを正当化することを示唆することができる。IPGは、こうして患者に(典型的には、患者の上側臀部区域に)埋め込まれ、リード18及び20は、患者組織を通過して近位電極接点29をIPGのヘッダ30のリードコネクタ28に接続する。更に、外部試験刺激フェーズ中に決定された刺激プログラムは、埋め込み後にIPGに無線テレメトリすることができ(図2A及び図2Bのテレメトリコイル36を通じて)、これは、上述のように、患者外部コントローラを使用して後で患者が無線で調節することができる有効治療の基礎を患者に与える。
それに反して、適切な刺激プログラムが外部試験刺激フェーズ中に決定されない場合に、又は患者が厄介な副作用を体験する場合に、これは、神経刺激がその患者には無効であることを示唆する場合がある。この場合に、IPGは埋め込まれず、リード18及び20が外植される。これに代えて、リード18及び20の埋め込みは、更に別の手術により臨床医が調節することができ、かつ適切な刺激プログラムを次に決定することができるか否かを確かめるために外部試験刺激継続時間が延長される。要するに、外部試験刺激は、患者がIPGの埋め込みの不便さや、治療成功に達することができない場合のIPGを外植する潜在的必要性を被る前に、治療の有効性を綿密に調べることを可能にする。
外部試験刺激フェーズ中に収集される情報は、患者が再充電可能バッテリ(図2A)を有するIPG10a又は1次バッテリ(図2B)を有するIPG10bのどちらを受け入れることで最良の利益を受けるのかを臨床医が決定するのに役立つということを本発明者は気付いた。
図5は、この1次バッテリ対再充電可能バッテリの決定を行う上で臨床医の助けになる改良型外部コントローラ110のための回路のブロック図である。図示のように、外部コントローラ110は、上述のディスプレイ82及びボタン84のようなユーザインタフェース130を含む。ユーザインタフェース130を使用して、臨床医は、所与の患者のための刺激プログラムを修正することができる。例えば、図6Aに示すように、臨床医は、表示されたオプションを選択して現在実行中の刺激プログラムのための特定の刺激パラメータ(電極、極性、振幅、周波数、継続時間、その他)を変化させることができ、又は予め外部コントローラ110に格納された別の刺激プログラムをロードすることができる。
更に図5を参照すると、ユーザインタフェース130は、刺激プログラムモジュール140とインタフェースで接続してそれらの選択から結果として刺激プログラムを形成するか又はそれをメモリから検索する。刺激プログラムモジュール140は、外部コントローラ110内の制御回路150に関連付けられるか又はそれに属することができ、それは、例えば、マイクロコントローラ、又はメモリを含む論理ブロックの他の組合せを含むことができる。送受信機回路160は、上述のように、刺激プログラムSP1をETS70に無線で送信する。これに代えて、送受信機回路160は、無線である必要はなく、上述のように、有線接続を通じてETS70との間で情報を送り及び/又は送信することができる。次に、ETS70は、この刺激プログラムSP1を実行して患者に治療を行い、次に、患者が良好な症状の緩和を報告する時にこの刺激プログラムSP1は最適であると仮定され、外部コントローラ110内に格納される可能性が高い。最適刺激プログラムSP1の格納は、上述のように、それをIPG10a又は10bにそれが最終的に患者に埋め込まれた状態で無線送信することができるように有用であることになる。
患者に対して最適刺激プログラムSP1を決定した後に、埋め込まれる1次バッテリIPG10a又は再充電可能バッテリIPG10bを有することのいずれから患者が最良の利益を受けるかの疑問が残る。この決定を行う上で臨床医を助けるために、更に図6Aを参照すると、バッテリアルゴリズムを実行するオプションが与えられ、バッテリアルゴリズムは、選択されると(CMD、図5)、両タイプのIPGの電力性能に関する推定、並びにどちらが患者に対して最も適切であるかに関する任意的な自動推奨を臨床医に提供する。また、バッテリアルゴリズムは、例えば、刺激プログラムを変化させる時に、ユーザインタフェース130における選択の必要なく自動実行することができる。
臨床医がバッテリアルゴリズムを実行することを選択する(又はそれがそうでなければ自動で作動する)時に、図5を再度参照すると、制御回路150に関連付けられたバッテリアルゴリズム155が作動し、これはまた、図7に流れ図形式に示されている。第1の段階として、アルゴリズム155は、最適刺激プログラムSP1を受信する(図7の200)。次に、電流引き込みモジュール165は、その刺激プログラムから結果として生じる予想電流引き込みI1、すなわち、刺激プログラムSP1を仮に実行したらIPGが引き込むと予想される電流を推定する(図7の202)。また、I1は、予想電流引き込みを示す情報を表すことができ、例えば、予想電力引き込み(ワットで)を含むことができる。
この機能を実行するために、電流引き込みモジュール165は、埋め込まれるIPGの回路の予想作動に関する情報によってプログラムされており、それは、IPG10a及び10bに対して同じにすることができ(バッテリは別として)、これはまた、上述のようにETS70の回路と同じにすることができる。従って、電流引き込みモジュール165は、活性電極の数、それらの電極における電流の振幅(A)、電流パルスの継続時間(d)、及びそれらの周波数(f)、すなわち、刺激プログラムSP1の刺激パラメータに基づいてI1を決定することができる。そのような情報は、IPGの回路のシミュレーションに基づいて、又は例示的なIPGの回路から取得した実験測定値に基づくことができる。電流引き込みモジュール165がI1を決定する方法は、変えることができ、かついくつかの仮定に基づくことができることを当業者は認めるであろう。例えば、振幅A、継続時間d、及び周波数fの刺激パルスがIPGに1mAを引き込むことを理解するように電流引き込みモジュール165がプログラムされると仮定されたい。これに代えて、刺激プログラムSP1が、0.6Aの結合振幅、継続時間1.3d、及び周波数0.7fのパルスを定める場合に、電流引き込みモジュール165は、I1が0.6*1.3*0.7*1mAであると決定することができる。電流引き込みモジュール165のI1を決定又は推定するための他の方法が存在する場合があることを当業者は認めるであろう。
電流引き込みI1が決定された状態で、次に、アルゴリズム155は、この値を再充電可能バッテリモジュール170a及び1次バッテリモジュール170bに受け渡す。それらのモジュール170a及び170bは、再充電可能バッテリIPG10aのバッテリ14a及び1次バッテリIPG10bのバッテリ14bの予想作動に関する情報でそれぞれプログラムされる。バッテリ14aと14bの差が正当化されると、モジュール170a及び170bは、どちらが埋め込まれるべきかという臨床医の決定に関連する両タイプのIPGに対する異なる情報を決定しようとする。
再充電可能バッテリモジュール170aは、IPGがI1の電流を引き込むと仮定した場合に、外部充電器50(図2)を使用してどの位の頻度でIPG10aの再充電可能バッテリ14aを再充電する必要があるかに関する情報を臨床医に提供する。より具体的には、モジュール170aは、各充電セッションの予想継続時間(D)及びそのような充電セッションの頻度(F)について臨床医に通知する。これらのパラメータは、最終的に外部充電器50を使用してバッテリ14aを充電する役割を担う患者に影響を与えるので、考慮するのに関連があるであろう。
充電継続時間D及び頻度Fの決定は、いかに効率的に又は迅速に外部充電器50がバッテリ14aを充電するかに関するシミュレーション又は実験結果に基づくことができる。例えば、再充電可能バッテリモジュール170aは、外部充電器50とIPG10aの間の特定の結合又は位置合わせを仮定してプログラムすることができる。この仮定は、外部充電器50とIPG10aの間の位置合わせがIPG10aのバッテリ14aを充電するのに向いていると考えられるが、それでもなお最適ではないという「最悪のケース」を含む場合がある。
一般的に、充電の頻度(F)と充電の継続時間(D)は反比例するが、両パラメータはI1に正比例する。従って、再充電可能バッテリモジュール170aは、様々な電流引き込み(I)において頻度(F)と継続時間(D)の間の関係の情報を用いてプログラムすることができる。決定された電力引き込みI1を使用して、図5の左下に重なるグラフに示すように、FとDの間の適切な関係を「検索」又は「補間する」ことができる。このグラフは、決定された電流引き込みI1に対してFとDの間の反比例関係を示し、F及びDの両方に対する許容値の窓182を更に示している。窓182のそのような許容値は、恐らく患者フィードバックに基づいて設計者の選好の対象になり、例えば、患者は週3回以上それらのIPG10aを再充電したくない場合があり、短すぎず又は長過ぎない充電の継続時間を望む場合がある。図示の例では、患者は週1〜3回(すなわち、1/週<F<3/週)IPG10aを再充電したいだけであり、充電継続時間は10〜30分(すなわち、10分<D<30分)としなければならないと考えられる。
このようにして設定された窓182を用いて、再充電可能バッテリモジュール170aは、バッテリ14aの予想再充電性能に関して臨床医に報告する論理的な値をかくして決定しようとする。毎日所定回数を行うとして患者が充電を論理的に見るので、一般的には、窓182に対して以前に定めた制約に従って週当たり1、2又は3充電セッションのみを含むことができる充電頻度Fの整数値を臨床医に提供することが望ましい。次に、再充電可能バッテリモジュール170aは、Fのそれらの値のいずれかで窓182内に充電継続時間Dが現れるか否かを評価する。図示の例示的なグラフでは、F1=2のみが窓182内に継続時間D1、具体的には週当たりF1=2の充電セッションでD1=13分を提供し、従って、そのような値は、再充電可能バッテリIPG10aに対する推定バッテリ性能パラメータを含む(図7の段階206)。従って、この情報は、後でより詳細に説明するように、臨床医に報告されることになる。
Fについての許容値に対して、1つよりも多いDの値がの窓182に現れる場合に、再充電可能バッテリモジュール170aは、いずれが臨床医に報告するのに最も適するかを決定することができる。デフォルトとして、患者に最も好都合と仮定される表示を提供するために、Fの最低値(及びその対応するD)を有する結果を臨床医に提供することができる。これは、厳密には必須ではなく、これに代えて、Dの最低値(及びその対応するF)を代わりに提供することができる。窓182内に現れるF及びDの全ての値も報告することができる。
それに反して1次バッテリモジュール170bは、再充電事項に関係がなく、これに代えて、IPG10bの1次バッテリ14bが推定電流引き込みI1から判断してどれくらい機能すると予想することができるかの決定に関連している。これに関して、1次バッテリモジュール170bは、一般的にアンペア−時間で表されるバッテリ14bの容量(C)を用いてプログラムされる。容量及び推定電流引き込みが分かると、バッテリ14bの寿命(LT1)を推定することができ(LT1=C/I1)、寿命(LT1)は、図5の右下にグラフで示されている(図7の段階204)。これに代えて、バッテリ14bの寿命を示す指標も決定され、臨床医によって解釈することができる。
それらのバッテリ性能パラメータ(LT1、F1、D1)が、モジュール170a及び170bによって決定された状態で、それらは、図6Bに示すように、外部コントローラ110のユーザインタフェース130を通じて臨床医に提供することができる(図7の段階208)。モジュール165と同様に、モジュール170a及び170bは、外部コントローラ110における制御回路150の一部として示されており、制御回路にファームウエア又はマイクロコードを含むことができる。しかし、これは厳密には必須ではなく、これに代えて、そのようなモジュールは、制御回路150と通信状態でメモリ回路に格納することができる。
同様に図6Bに示すように、バッテリアルゴリズム155は、任意的に、報告されたバッテリ性能パラメータを前提として、IPG10a又は10bのいずれが患者に最良であるかということについての推奨156を臨床医に更に提供するように作用することができる。推奨156は、アルゴリズム155の中にプログラムされた論理に従って自動的に生成することができ、1つの簡単な非限定的な例が図7に示されている。図示の例では、アルゴリズム155は、1次バッテリ14bの推定寿命LT1が、2年のような最小時間閾値を満たすか否かを最初に決定し、その閾値は、使用済み1次バッテリIPG10bの外植及び新しいIPG10bの再埋め込みの最小の許容可能な時間間隔として選択することができる(段階210)。この閾値を超える場合に、再充電可能バッテリIPG10aのバッテリ性能パラメータ(F1、D1)を評価して、以前に定めた窓182内にあるかを確認する(段階212)。なければ、再充電可能バッテリIPG10aは、患者が充電することが不便であるとして許容できない場合があり、すなわち、1次バッテリIPG10b(その寿命LT1が最小限に許容される)が推奨される(段階214)。F1及びD1が窓182にある場合に、再充電可能バッテリIPG10aも許容可能であることを示唆し、1次バッテリIPG10bの寿命は、その寿命が5年のような最大時間閾値を超えるか否かを確かめるために評価される(段階218)。たとえ再充電可能バッテリIPG10aも許容可能であっても、この閾値が寿命として選択するのに有意であるので、1次バッテリIPG10bが必然的に推奨される(段階214)。それに反して、1次バッテリIPG10bの最大寿命閾値を超えない場合(段階218)、再充電可能バッテリIPG10aを選択することができ(段階204)、許容されると同様に5年を遥かに超えて持続すると予想される。
段階210に戻ると、推定寿命LT1が最小時間閾値を超えない場合に、再充電可能バッテリIPG10aのバッテリ性能パラメータ(F1、D1)を評価して、窓182内に有るかを確認する(段階216)。有る場合、再充電可能バッテリIPG10aを選択することができる(段階204)。無い場合、これは、恐らく推定電流引き込みI1が非常に大きく、従って、1次バッテリIPG10bは非常に迅速に枯渇し、再充電可能バッテリIPG10aは過度の量の再充電を必要とするので、IPG10a及び10bのいずれも許容できないことを示す。すなわち、臨床医は、この事実を知らされ(段階220)、又はこれに代えて異なるIPG、恐らくはより大容量の1次又は再充電可能バッテリを有するものを考慮することが示唆される。
また、バッテリアルゴリズム155における自動推奨段階は、患者の平均余命又は年齢のような様々な要因の評価を含むことができ、それらは、あるバッテリ性能パラメータが許容できるか又は受忍可能かを、利用するか又は修正することが有り得る。
図8は、上記技術の変形を示しており、この変形ではETS70から送られるか又はテレメトリされた情報に基づいてバッテリ性能パラメータを決定する。この代替例において、予想電流引き込みI1は、以前に行われたように刺激プログラムSP1に基づいて外部コントローラ70で推定されることはない。これに代えて、予想電流引き込みI1は、刺激プログラムSP1を実行する時にETS70で測定される。これは、所与の刺激プログラムSP1のために埋め込まれるIPGにおいて(特に、ETS内の回路が、よくあることであるが、IPG10a又は10bの回路に適合するように作られる場合に)、電流引き込みI1を測定するための有用な手段である。
これにはETS70の回路の少しの修正を伴い、これは、一般的に、バッテリ250及びそれが電力を供給する負荷270を含む。負荷270は、ETS70内の全ての回路を含んでおり、SP1に従って電極に電流を駆動するためのバイアス回路(図示せず)、制御回路260、及び、外部コントローラ110と無線で通信するための送受信機295を含み、これら全ては、IPG10a及び10bに存在するものと同じにすることができる。ETS70に追加されるのは、ETS70内の電流引き込みI1を測定するように設計された回路であり、スイッチ280、測定レジスタR、及び差動増幅器290を含む。他の電流引き込み測定回路も使用することができ、これは一例に過ぎない。
臨床医がバッテリアルゴリズム155(図6A)を実行することを選択するとき、外部コントローラ110の制御回路150は、ETS70に無線で送信する指令(CMD)を生成し、次にETS70は電流引き込みI1を測定する。これは、スイッチ280a及び280bを制御することにより、図示した例において行われる。ETS70の通常作動中(すなわち、CMDがETS70で受信されていない時に)、スイッチ280aは閉じ、スイッチ280bは開いており、すなわち、ETSバッテリ250は、電流引き込みI1を負荷270にそれが正常に給電されるように送出することができる。指令CMDが受信されると、スイッチ280bは閉じ、スイッチ280aは開き、これは、レジスタRを電流引き込みI1と一線上に置く。これは、レジスタRにわたって小電圧(V)を低下させ、小電圧(V)は差動増幅器290によって検出される。Rの値は既知であるので、電流引き込みI1は、制御回路260によって決定され(V/R)、外部コントローラ110にテレメトリして戻すことができる。ETS70(及びそれを置換する最終的なIPG10a及び10b)の電流引き込みは、特にETSがパルスを発している場合に、一定でないことがあることに注意されたい。従って、いくつかのパルス期間のような有意な時間期間にわたって電圧低下を測定し、電流引き込みI1の正確な又は平均的な理解を得る必要がある場合がある。
外部コントローラ110によって受信されると、電流引き込みI1は、上述のようにアルゴリズム155によって処理され、バッテリ性能パラメータ(LT1、F1、D1)を決定し、それらを臨床医に表示し、かつ適切なIPGを推奨することができる。技術のこの代替案において、電流引き込みI1が直接測定されて刺激プログラムSP1から推測する必要がないので、電流引き込みモジュール165(図5)を省略することができることに注意されたい。
本発明の開示のこの時点まで、開示する技術は、所与の患者に対して再充電可能IPG10a又は1次IPG10bのいずれが埋め込みに最良であるかを選択するのに臨床医に役立つと仮定した。更に、それらのIPG10a及び10bの作動回路は、同じであると考えられる(それらのバッテリ14及び14bに関する相違点以外は)。しかし、この技術は、図9A及び図9Bに示すようにそのように限定されるものではない。それらの図は、外部コントローラ110のバッテリアルゴリズム155’の変形を示しており、ここでは2つよりも多いIPGが埋め込みのための可能な候補として選択可能である。
図9Aでは、臨床医は、各々のバッテリ(14a_1、14a_2、14a_3)の容量のみが異なる3つの異なる再充電可能バッテリIPG(10a_1、10a_2、10a_3)、及び、同じく各々のバッテリ(14b_1、14b_2、14b_3)の容量のみが異なる3つの異なる1次バッテリIPG(10b_1、10b_2、10b_3)から選択することができると考えられる。全てのIPGは、それ以外はそれらのバッテリを除き同じ回路を有すること、及びより高い番号を有するIPGはより高いバッテリ容量を有すること(例えば、バッテリ14a_2は、バッテリ14a_1よりも高い容量を有する等)を更に仮定している。
この例では、電流引き込みI1は、ここでもまた決定され、選択可能なIPGの各々に対応するバッテリモジュールに送られる。これは、図示のように追加のバッテリ性能パラメータ値(Fx、Dx、LTx)をもたらす。
それらのバッテリ性能パラメータが決定されると、アルゴリズム155’は、図9Bの流れ図に示すように、どのIPGが患者に最も適すると考えられるかの推奨156’を行うことができる。(アルゴリズム155’の以前の段階は、以前の議論から明らかであり、再び議論しない。)図9Bの推奨156’を生成するための図示の自動工程は、例示目的のためにかなり簡単であるが、勿論、考えられる多数のバッテリ性能パラメータから決定する時には遥かに複雑である可能性がある。段階300は、2年以上の許容可能な推定寿命LTxを有する最低容量の1次バッテリIPG10b_xを単に決定するものである。この決定は、必要以上の大きい容量のIPG10b_xを患者が受け入れる必要がないという前提に基づいており、これは、IPG費用を低減し、患者の必要性に適するより小さいIPG10b_xを受け入れることができる患者の利益を更に与えることができる。この最小容量のIPG10b_xを選択し、低すぎるか又は高すぎる容量の他のものは、推奨から除外される。同様の段階302は、再充電可能バッテリIPG10a_xに対しても同じ評価を行い、上述の窓182内の許容可能な電力パラメータFx及びDxを有する最低容量の再充電可能バッテリIPG10a_xを決定する。この最小容量のIPG10a_xを選択し、低すぎるか又は高すぎる容量の他のものは、推奨から除外される。次に、2つの残りのIPG10a_x及び10b_xのうちのいずれを選択すべきかの決定が行われ、これは、図示の例では、単に、1次バッテリIPG10b_xの推定寿命がそのインプラントの選択(段階306)を認可又は保証する程度に十分長い(>5年;段階304)か否かであり、十分長くない場合には再充電可能バッテリIPG10a_xとなる(段階308)。
アルゴリズム155’は、推奨156’を提供する時に他の要因を考慮することができる。例えば、アルゴリズム155’は、再充電可能IPG及び1次バッテリIPGの間で最も論理的なものの選択を単に強制しない場合がある。これに代えて、他の決定により、1つのタイプのIPGの全て(例えば、全ての1次バッテリIPG10b_x)を推奨から除外させることができ、2つの再充電可能バッテリIPG10a_xの間で推奨の最終選択が行われる。
バッテリアルゴリズム155’は、図8を参照して説明するものと同様に、ETS70から電流引き込みI1を無線で通信することによって作動かつ修正することができることに注意されたい。
図10は、バッテリアルゴリズム155”の別の修正を示しており、アルゴリズム155’のように、臨床医が3つの異なる再充電可能バッテリIPG(10a_1、10a_2、10a_3)及び3つの異なる1次バッテリIPG(10b_1、10b_2、10b_3)から選択することを可能にする。しかし、この例では、様々なIPGが同じ回路を有することは仮定されず、ETS70の回路がIPGのいずれにおけるものとも同じであることも仮定されない。実質的に、アルゴリズム155”は、それらがどれだけ異なっているかに関係なく、かつそれらがETS70とどれだけ異なっているかに関係なく、埋め込みに利用することができる任意の異なるIPGの間で臨床医が一般的に評価して選択することを可能にする。
IPGの各々における回路は異なる場合があるので、単一の電流引き込みモジュール165を用いて、与えられた刺激プログラムについてIPGの全てに適用可能な単一の電流引き込みI1を予想することはできず、その理由は、それらの特有の回路がそのプログラムを実行する時に異なる量の電流を引き込む場合があるからである。これに代えてかつ図示のように、刺激プログラムSP1は、対応するIPGの電流引き込みIa_x又はIb_xを推定するように特別にプログラムされた電流引き込みモジュール165a_x及び165b_xに入力される。各IPGの回路は異なる場合があるので、各電流引き込みモジュール165の中にプログラムされる模擬又は実験データは、異なる場合がある。
再充電可能バッテリを有するIPGに対して、得られるIa_xは、対応する再充電可能バッテリモジュール170a_xに入力され、それは、以前と同様に、各再充電可能バッテリIPG10a_xに対する再充電可能バッテリ14a_xの予想作動に関する情報を用いてプログラムされており、それは、ここでもまた、外部充電器によっていかに効率的にそのようなバッテリを再充電することができるかに関する仮定を含む場合がある。各再充電可能バッテリモジュール170a_xは、バッテリ性能パラメータFx及びDxを出力する。
1次バッテリを有するIPGに対して、得られるIb_xは、対応する1次バッテリモジュール170b_xに入力され、それは、以前と同様に、各IPG10b_xに対する1次バッテリ14b_xの容量に関する情報を用いてプログラムされる。各1次バッテリモジュール170b_xは、バッテリ性能パラメータLTxを出力する。
バッテリ性能パラメータFx、Dx、及びLTxが決定されると、それらは、推奨156’を提供するようにアルゴリズム155”によって更に考慮することができ、これは、上述のアルゴリズム155’の同じ段階を使用して行うことができる(図9B)。すなわち、適正にプログラムされた外部コントローラ110により、それらのIPGが、それらの回路、それらのバッテリタイプ(再充電可能対1次)、及びそれらのバッテリ容量において異なることがあっても、アルゴリズム155”は、臨床医が患者にとって最良のIPGを選択することを可能にする。
外部コントローラ110及びETS70は、別々のものとして示されているが、当業者は、それらを単一ユニットに組み合わせることができることを理解するであろう。すなわち、ETS70は、それ自体ユーザインタフェースを有し、臨床医を助けるために図示のように機能するように開示したバッテリアルゴリズムのいずれかを用いてプログラムすることができる。更に、当業者は、開示した技術が、ETS70と通信するのに通常使用される外部コントローラ110上で作動することは実用にかなっているが、これは厳密には必須ではないことを認めるであろう。これに代えて、バッテリアルゴリズムを実行してそのアルゴリズムの出力を表示するのに使用される外部デバイスは、バッテリアルゴリズムを実行する外部デバイスが外部コントローラ又はETSから必要な情報をいくらか別の方法で知らされる限り、刺激プログラムをETS70に送るのに使用されるのと同じデバイスである必要はない。
本発明の特定の実施形態を図示して説明したが、以上の説明は、本発明をそれらの実施形態に限定するように考えていないことを理解しなければならない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者には明らかであろう。すなわち、本発明は、特許請求の範囲によって定められるような本発明の精神及び範囲に入る代替物、修正物、及び均等物を網羅するように意図している。
110 外部コントローラ
140 刺激プログラムモジュール
155 バッテリアルゴリズム
I1 電流引き込み
SP1 刺激プログラム

Claims (32)

  1. 埋込可能医療デバイス(IMD)システムに使用可能である外部デバイスであって、
    アルゴリズムを用いてプログラムされており、IMD刺激プログラムと患者に埋込可能な複数のバッテリ電源式IMDに関する情報とを含む制御回路、
    を含み、
    前記アルゴリズムは、前記複数のIMDの各々についての少なくとも1つのバッテリ性能パラメータを前記刺激プログラムと該複数のIMDの各々に関する前記情報とに従って決定するように構成されている、
    ことを特徴とする外部デバイス。
  2. 前記刺激プログラムは、外部試験刺激器を使用する外部試験刺激フェーズ中に患者に対して決定されることを特徴とする請求項1に記載の外部デバイス。
  3. 前記外部デバイスは、前記刺激プログラムを前記外部試験刺激器に提供するように更に構成されていることを特徴とする請求項2に記載の外部デバイス。
  4. 前記制御回路は、前記複数のIMDの各々についての前記少なくとも1つのバッテリ性能パラメータを外部デバイスのユーザに示すように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の外部デバイス。
  5. 前記アルゴリズムは、前記患者に埋め込むための前記複数のIMDのうちの1つを前記バッテリ性能パラメータに従って決定するように更に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の外部デバイス。
  6. 前記制御回路は、前記IMDのうちの決定された1つを外部デバイスのユーザに示すように構成されていることを特徴とする請求項5に記載の外部デバイス。
  7. 前記複数のIMDは、再充電可能バッテリを有する少なくとも1つのIMDと1次バッテリを有する少なくとも1つのIMDとを含むことを特徴とする請求項1に記載の外部デバイス。
  8. 前記1次バッテリを有する少なくとも1つのIMDについての前記少なくとも1つのバッテリ性能パラメータは、該1次バッテリの推定寿命を示す情報を含み、
    前記再充電可能バッテリを有する少なくとも1つのIMDについての前記少なくとも1つのバッテリ性能パラメータは、該再充電可能バッテリの推定再充電性能を示す情報を含む、
    ことを特徴とする請求項7に記載の外部デバイス。
  9. 前記推定再充電性能は、推定充電頻度及び推定充電継続時間を含むことを特徴とする請求項8に記載の外部デバイス。
  10. 前記アルゴリズムは、予想される電流引き込みを前記刺激プログラムから決定するように更に構成され、
    前記アルゴリズムは、前記複数のIMDの各々についての前記少なくとも1つのバッテリ性能パラメータを前記電流引き込みと該複数のIMDの各々に関する前記情報とに従って決定するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載の外部デバイス。
  11. 前記アルゴリズムは、前記複数のIMDの各々についての予想される電流引き込みを前記刺激プログラムから決定するように更に構成され、
    前記アルゴリズムは、前記複数のIMDの各々についての前記少なくとも1つのバッテリ性能パラメータを該複数のIMDの各々についての前記電流引き込みと該複数のIMDの各々に関する前記情報とに従って決定するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載の外部デバイス。
  12. 前記刺激プログラムは、選択された電極がアノード又はカソードであるかにかかわらず刺激のために選択された前記IMDの1つ又はそれよりも多くの電極と、該刺激の大きさと、該刺激の頻度と、該刺激の継続時間とを含むことを特徴とする請求項1に記載の外部デバイス。
  13. ユーザが、外部デバイスで前記刺激プログラムを修正することができることを特徴とする請求項1に記載の外部デバイス。
  14. 前記刺激プログラムを送信デバイスから受信するように構成された送受信機回路を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の外部デバイス。
  15. 前記送信デバイスは、外部試験刺激フェーズ中に前記刺激プログラムに従って刺激を患者に与えるように構成された外部試験刺激器を含むことを特徴とする請求項14に記載の外部デバイス。
  16. 前記送受信機回路は、前記刺激プログラムを前記外部試験刺激器に無線で供給するように更に構成されていることを特徴とする請求項15に記載の外部デバイス。
  17. 前記アルゴリズムは、外部デバイスのユーザインタフェースを通じてユーザによって実行可能であることを特徴とする請求項1に記載の外部デバイス。
  18. 患者内への埋込可能医療デバイス(IMD)の埋め込みに先行する外部試験刺激期間中に、IMD刺激プログラムに従って患者に刺激を与えるように構成された外部試験刺激器と、
    外部デバイスと、
    を備え、
    前記外部デバイスは、アルゴリズムを用いてプログラムされており、前記IMD刺激プログラムと患者に埋込可能な複数のバッテリ電源式IMDに関する情報とを含む制御回路を含み、
    前記アルゴリズムが、前記複数のIMDの各々についての少なくとも1つのバッテリ性能パラメータを前記刺激プログラムと該複数のIMDの各々に関する前記情報とに従って決定するように構成されている、
    ことを特徴とするシステム。
  19. 前記外部試験刺激器は、患者に前記刺激を与えるため該患者内に埋込可能な少なくとも1つのリードに結合されるように構成されていることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
  20. 前記外部デバイスは、前記刺激プログラムを前記外部試験刺激器に供給するように更に構成されていることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
  21. 前記制御回路は、前記複数のIMDの各々についての前記少なくとも1つのバッテリ性能パラメータを前記外部デバイスのユーザに示すように構成されていることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
  22. 前記アルゴリズムは、患者に埋め込むための前記複数のIMDのうちの1つを前記バッテリ性能パラメータに従って決定するように更に構成されていることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
  23. 前記制御回路は、前記IMDのうちの決定された1つを前記外部デバイスのユーザに示すように構成されていることを特徴とする請求項22に記載のシステム。
  24. 前記複数のIMDは、再充電可能バッテリを有する少なくとも1つのIMDと1次バッテリを有する少なくとも1つのIMDとを含むことを特徴とする請求項18に記載のシステム。
  25. 前記1次バッテリを有する少なくとも1つのIMDについての前記少なくとも1つのバッテリ性能パラメータは、該1次バッテリの推定寿命を示す情報を含み、
    前記再充電可能バッテリを有する少なくとも1つのIMDについての前記少なくとも1つのバッテリ性能パラメータは、該再充電可能バッテリの推定再充電性能を示す情報を含む、
    ことを特徴とする請求項24に記載のシステム。
  26. 前記推定再充電性能は、推定充電頻度及び推定充電継続時間を含むことを特徴とする請求項25に記載のシステム。
  27. 前記アルゴリズムは、予想される電流引き込みを前記刺激プログラムから決定するように更に構成され、
    前記アルゴリズムは、前記複数のIMDの各々についての前記少なくとも1つのバッテリ性能パラメータを前記電流引き込みと該複数のIMDの各々に関する前記情報とに従って決定するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項18に記載のシステム。
  28. 前記アルゴリズムは、前記複数のIMDの各々についての予想される電流引き込みを前記刺激プログラムから決定するように更に構成され、
    前記アルゴリズムは、前記複数のIMDの各々についての前記少なくとも1つのバッテリ性能パラメータを該複数のIMDの各々についての前記電流引き込みと該複数のIMDの各々に関する前記情報とに従って決定するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項18に記載のシステム。
  29. 前記刺激プログラムは、選択された電極がアノード又はカソードであるかにかかわらず刺激のために選択された前記IMDの1つ又はそれよりも多くの電極と、該刺激の大きさと、該刺激の頻度と、該刺激の継続時間とを含むことを特徴とする請求項18に記載のシステム。
  30. ユーザが、前記外部デバイスで前記外部試験刺激器に対する前記刺激プログラムを修正することができることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
  31. 前記外部デバイスは、前記外部試験刺激器から前記刺激プログラムを受信するように構成された送受信機回路を更に含むことを特徴とする請求項18に記載のシステム。
  32. 前記アルゴリズムは、前記外部デバイスのユーザインタフェースを通じてユーザによって実行可能であることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
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