JP2017500120A - 患者組織の電気刺激にデューティサイクルを採用する方法及びシステム - Google Patents

患者組織の電気刺激にデューティサイクルを採用する方法及びシステム Download PDF

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Abstract

電気刺激エネルギを送出する方法は、刺激パラメータを受信する段階を含み、刺激パラメータは、1又は2以上の電極の選択、刺激振幅、及び刺激周波数を含む。刺激パラメータは、刺激周波数における一連の電気パルスとして送出可能な電気刺激エネルギを少なくとも部分的に定める。方法は、更に、抑制すべき電気パルスの相対的な数を示すデューティサイクルパラメータを受信する段階と、電気刺激エネルギを、刺激リードを介して患者組織に送出する段階を含む。電気パルスのパーセンテージは、デューティサイクルパラメータに従って抑制される。選択的に、分布パラメータを受信する段階を更に含み、分布パラメータは、抑制すべき電気パルスが電気パルスの中で分配される仕方を示す。選択的に、抑制レベルパラメータを受信する段階を含み、抑制レベルパラメータは、抑制される電気パルスの刺激振幅の減少を指示する。

Description

本出願は、2013年12月19日出願の米国仮特許出願第61/918,219号の「35 U.S.C.§119(e)」の下での利益を主張し、この米国仮特許出願を本明細書に援用する。
本発明は、埋込み可能な電気刺激システム、並びにシステムの製造及び使用方法の分野に関する。本発明はまた、デューティサイクルを採用する埋込み可能な電気刺激システム、並びに電気刺激システムの製造及び使用方法に関する。
埋込み可能な電気刺激システムは、様々な病気及び疾患を治療することを示している。例えば、脊髄刺激システムは、慢性疼痛症候群の処置に対する治療法として使用されている。末梢神経刺激は、調査中のいくつかの他の適用と共に慢性疼痛症候群及び失禁を処置するのに使用されている。機能的電気刺激システムは、脊髄損傷患者の麻痺した四肢に対して何らかの機能を回復させるために適用されている。
刺激器が、様々な処置に対して治療を提供するために開発されてきた。刺激器は、制御モジュール(パルス発生器を備えた)と、1又は2以上のリードと、各リード上の刺激器電極のアレイを含むことができる。刺激器電極は、刺激すべき神経、筋肉、又は他の組織と接触しているか又はその近くにある。制御モジュール内のパルス発生器は、電極によって身体組織に送出される電気パルスを発生させる。
米国特許第6,181,969号明細書 米国特許第6,516,227号明細書 米国特許第6,609,029号明細書 米国特許第6,609,032号明細書 米国特許第6,741,892号明細書 米国特許第7,949,395号明細書 米国特許第7,244,150号明細書 米国特許第7,672,734号明細書 米国特許第7,761,165号明細書 米国特許第7,974,706号明細書 米国特許第8,175,710号明細書 米国特許第8,224,450号明細書 米国特許第8,364,278号明細書 米国特許出願公開第2007/0150036号明細書 米国特許第5,139,539号明細書 米国特許第5,239,540号明細書 米国特許第5,312,39号明細書 米国特許第6,051,017号明細書 米国特許第6,609,032号明細書 米国特許第7,203,548号明細書 米国特許第7,330,756号明細書 米国特許第7,437,193号明細書 米国特許第7,444,180号明細書 米国特許第7,702,385号明細書 米国特許第7,706,892号明細書 米国特許第7,860,570号明細書 米国特許第7,957,805号明細書 米国特許第8,165,696号明細書 米国特許第8,175,710号明細書
一実施形態は、電気刺激エネルギを、埋込み可能な電気刺激システムの少なくとも1つの電極を介して送出するためのプロセッサ実行可能命令を有する、非一時的でコンピュータが読込み可能なストレージ媒体である。プロセッサ実行可能命令は、それをシステムにインストールしたとき、システムがアクションを行うことを可能にする。アクションは、刺激パラメータの受信することを含み、刺激パラメータは、1又は2以上の電極の選択、刺激振幅、及び刺激周波数を含む。刺激パラメータは、刺激周波数における一連の電気パルスとして送出可能な電気刺激エネルギを少なくとも部分的に定める。アクションは、更に、抑制すべき電気パルスの相対的な数を指示するデューティサイクルパラメータを受信することと、電気刺激エネルギを1又は2以上の電極を介してて患者組織に送出することを含む。電気パルスのパーセンテージが、デューティサイクルパラメータに従って抑制される。
別の実施形態は、埋込み可能な電気刺激システムを使用して電気刺激エネルギを送出する方法である。方法は、刺激パラメータを受信する段階を含み、刺激パラメータは、1又は2以上の電極の選択、刺激振幅、及び刺激周波数を含む。刺激パラメータは、刺激周波数における一連の電気パルスとして送出可能な電気刺激エネルギを少なくとも部分的に定める。方法は、更に、抑制すべき電気パルスの相対的な数を示すデューティサイクルパラメータを受信する段階と、電気刺激エネルギを1又は2以上の電極を介して患者組織に送出する段階を含む。電気パルスのパーセンテージが、デューティサイクルパラメータに従って抑制される。
更に別の実施形態は、電気刺激システムであり、電気刺激システムは、複数の電極を含む電気刺激リードと、電気刺激リードに結合可能な制御モジュールと、制御モジュールと通信するプロセッサを含み、プロセッサは、複数のアクションを可能にし且つプロセッサが読込み可能な命令を実行する。複数のアクションは、複数の刺激パラメータを受信するアクションを含み、刺激パラメータは、電気刺激リードの複数の電極のうちの1つ又は2つ以上の選択、刺激振幅、及び刺激周波数を含む。刺激パラメータは、刺激周波数における一連の電気パルスとして送出可能な電気刺激エネルギを少なくとも部分的に定める。アクションは、更に、抑制すべき電気パルスの相対的な数を指示するデューティサイクルパラメータを受信するアクションと、電気刺激エネルギを電気刺激リードの複数の電極を介して患者組織に送出するアクションを含む。電気パルスのパーセンテージが、デューティサイクルパラメータに従って抑制される。
上述の実施形態のいずれも、分布パラメータを受信することを選択的に含み、分布パラメータは、抑制すべき電気パルスが電気パルスの中で分配される仕方を指示する。
上述の実施形態のいずれも、抑制レベルパラメータを受信することを選択的に含み、抑制レベルパラメータは、デューティサイクルパラメータに従って抑制される各電気パルスの刺激振幅の減少を指示する。
以下の図面を参照して本発明の非限定的及び非網羅的実施形態を説明する。図面では、同様の参照番号は、別に定めない限り、様々な図全体を通じて同様の部分を意味する。
本発明をより良く理解するために、添付図面に関連して読まれることになる以下の「発明を実施するための形態」を参照する。
本発明により制御モジュールに電気的に結合されたパドルリードを含む電気刺激システムの一実施形態の概略図である。 本発明により制御モジュールに電気的に結合された経皮リードを含む電気刺激システムの一実施形態の概略図である。 本発明により細長いデバイスに電気的に結合するように構成され且つ配置された図1の制御モジュールの一実施形態の概略図である。 本発明により図2の細長いデバイスを図1の制御モジュールに電気的に結合するように構成され且つ配置されたリード延長部の一実施形態の概略図である。 本発明により制御モジュール内に配置された電子サブアセンブリを含む刺激システムの構成要素の一実施形態の概略的な全体図である。 0%のデューティサイクルでの一連の電気パルスの一実施形態の概略図である。 本発明により2%のデューティサイクルで一様な分布を有する一連の電気パルスの一実施形態の概略図である。 本発明により33%のデューティサイクルで一様な分布を有する一連の電気パルスの一実施形態の概略図である。 本発明により50%のデューティサイクルで一様な分布を有する一連の電気パルスの一実施形態の概略図である。 本発明により30%のデューティサイクルで連続的な分布を有する一連の電気パルスの一実施形態の概略図である。 本発明により30%のデューティサイクルでランダムな分布を有する一連の電気パルスの一実施形態の概略図である。 本発明により33%のデューティサイクルで一様な分布と50%の抑制レベルを有する一連の電気パルスの一実施形態の概略図である。 本発明による埋込み可能な電気刺激システムを使用して電気刺激エネルギを送出する1つの方法の流れ図である。
本発明は、埋込み可能な電気刺激システム、及びかかる電気刺激システムの製造及び使用方法の分野に関する。本発明はまた、デューティサイクルを採用する埋込み可能な電気刺激システム、並びにかかる電気刺激システムの製造及び使用方法に関する。
適切な埋込み可能な電気刺激システムは、限定するわけではないが、少なくとも1つのリードを含み、リードは、その遠位端部に沿って配置された1又は2以上の電極と、その1又は2以上の近位端部に沿って配置された1又は2以上の端子とを有する。リードは、例えば、経皮リード、パドルリード、及びカフリードを含む。リードを有する電気刺激システムの例は、例えば、特許文献1〜14に見出され、それらの内容を本明細書に援用する。本明細書に説明する方法及びシステムはまた、埋込み可能なマイクロ刺激器の形態を取る電気刺激システムに利用することができる。適切な埋込み可能なマイクロ刺激器の例は、限定するわけではないが、特許文献15〜29に説明するものを含み、それらの内容を本明細書に援用する。
図1は、電気刺激システム100の一実施形態を概略的に示している。電気刺激システムは、制御モジュール(例えば、刺激器又はパルス発生器)102と制御モジュール102に結合可能なリード103とを含む。リード103は、パドル本体104及び1又は2以上のリード本体106を含む。図1では、2つのリード本体106を有するリード103が示されている。リード103は、例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、又はそれよりも多くのリード本体106を含む任意適当な数のリード本体を含むことができることを理解すべきである。電極134のような電極のアレイ133は、パドル本体104上に配置され、端子(例えば、図3A〜3Bの310)のアレイは、1又は2以上のリード本体106の各々に沿って配置される。
電気刺激システムは、より多い、より少ない、又は異なる構成要素を含むことができ、かつ本明細書に援用した電気刺激システムの文献に開示する構成を含む様々な異なる構成を含むことができることを理解すべきである。例えば、パドル本体の代わりに、電極は、経皮リードを形成するリード本体の遠位端部又はその近くにアレイに配置することができる。別の例として、パドルリードは、単一電極を有するパドル本体を含むことができ、又は経皮リードは、単一電極を含むことができる。いくつかの実施形態において、制御モジュールはまた、電極を含むことができる。
図2は、リード103が経皮リードである電気刺激システム100の別の実施形態を概略的に示している。図2では、1又は2以上のリード本体106に沿って配置された電極134が示されている。少なくともいくつかの実施形態において、リード103は、リード本体106の長手方向長さに沿って等直径である。
リード103は、任意適当な方法で制御モジュール102に結合することができる。図1では、制御モジュール102に直接に結合しているリード103が示されている。少なくとも一部の他の実施形態において、リード103は、1又は2以上の中間デバイス(図3Bの324)を介して制御モジュール102に結合する。例えば、少なくともいくつかの実施形態において、1又は2以上のリード延長部324(例えば、図3Bを参照)が、リード103と制御モジュール102の間に配置され、リード103と制御モジュール102の間の距離を延ばすことができる。1又は2以上のリード延長部に加えて又はその代わりに、例えば、スプリッタ又はアダプタなど、又はその組合せを含む他の中間デバイスを使用することができる。電気刺激システム100が、リード103と制御モジュール102の間に配置された複数の細長いデバイスを含む場合に、中間デバイスは、任意適当な配置に構成することができることを理解すべきである。
図2では、リード103の制御モジュール102への結合を容易にするように構成され且つ配置されたスプリッタ107を有する電気刺激システム100が示されている。スプリッタ107は、リード103の近位端部に結合するように構成されたスプリッタコネクタ108と、制御モジュール102(又は別のスプリッタ、リード延長部、アダプタなど)に結合するように構成され且つ配置された1又は2以上のスプリッタテール109a及び109bとを含む。
図1及び図2を参照すると、制御モジュール102は、典型的にはコネクタハウジング112及び密封電子機器ハウジング114を含む。電子サブアセンブリ110及び選択的な電源120は、電子機器ハウジング114に配置される。制御モジュールコネクタ144は、コネクタハウジング112に配置される。制御モジュールコネクタ144は、リード103と制御モジュール102の電子サブアセンブリ110の間で電気的接続を作るように構成され且つ配置される。
電気刺激システム、又はパドル本体104、リード本体106のうちの1又は2以上、及び制御モジュール102を含む電気刺激システムの構成要素は、典型的には患者の体内に埋込まれる。電気刺激システムは、限定するわけではないが、脳深部刺激、神経刺激、脊髄刺激、及び筋刺激などを含む様々な用途に使用することができる。
電極134は、任意の導電性生体適合材料を使用して形成することができる。適切な材料の例は、金属、合金、導電性ポリマー、及び導電性炭素など、並びにその組合せを含む。少なくともいくつかの実施形態において、電極134のうちの1又は2以上は、プラチナ、プラチナイリジウム、パラジウム、パラジウムロジウム、又はチタンのうちの1又は2以上から形成される。
例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、14、16、24、32、又はそれよりも多くの電極134を含む任意適当な数の電極134をリード上に配置することができる。パドルリードの場合に、電極134は、任意適当な配置でパドル本体104上に配置することができる。図1では、電極134は、各縦列が8つの電極134を有する2つの縦列で配置される。
パドル本体104(又は1又は2以上のリード本体106)の電極は、典型的には、例えば、シリコーン、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン(「PEEK」)、及びエポキシなど、又はその組合せのような非導電性生体適合材料に配置されるか、又はそれによって分離される。1又は2以上のリード本体106、及び適用可能な場合にパドル本体104は、例えば、成形(射出成形を含む)及び鍛造などを含む任意の工程によって望ましい形状に形成される。非導電材料は、典型的には、1又は2以上のリード本体106の遠位端部から1又は2以上のリード本体106の各々の近位端部まで延びる。
パドルリードの場合に、非導電材料は、典型的には、パドル本体104から1又は2以上のリード本体106の各々の近位端部まで延びる。更に、パドル本体104及び1又は2以上のリード本体106の非導電性生体適合材料は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。更に、パドル本体104及び1又は2以上のリード本体106は、単体構造とすることができ、又は恒久的に又は取外し可能に互いに結合された2つの個別の構造体として形成することができる。
端子(例えば、図3A〜3Bの310)は、典型的には、対応するコネクタ接点(例えば、図3Aの314)に電気接続するために電気刺激システム100の1又は2以上のリード本体106(並びに任意のスプリッタ、リード延長部、及びアダプタなど)の近位端部に沿って配置される。コネクタ接点は、コネクタ(例えば、図1〜3Bの144及び図3Bの322)に配置され、それは、次に、例えば、制御モジュール102(又はリード延長部、スプリッタ、又はアダプタなど)上に配置される。導電ワイヤ又はケーブルなど(図示せず)は、端子から電極134まで延びる。典型的には、1又は2以上の電極134は、各端子に電気的に結合される。少なくともいくつかの実施形態において、各端子は、1つの電極134に接続されるに過ぎない。
導電ワイヤ(「導体」)は、リード本体106の非導電材料に埋込むことができ、又はリード本体106に沿って延びる1又は2以上の内腔(図示せず)に配置することができる。いくつかの実施形態において、各導体に対して個々の内腔がある。他の実施形態において、2又は3以上の導体が、内腔を通って延びる。例えば、患者の体内での1又は2以上のリード本体106の設置を容易にするようにスタイレットを挿入するために1又は2以上のリード本体106の近位端部に又はその近くで開口する1又は2以上の内腔(図示せず)がある場合もある。これに加えて、例えば、1又は2以上のリード本体106の埋込み部位の中に薬剤又は薬物を注入するために1又は2以上のリード本体106の遠位端部に又はその近くで開口する1又は2以上の内腔(図示せず)がある場合がある。少なくとも1つの実施形態において、1又は2以上の内腔は、生理食塩水又は硬膜外液体などで連続的に又は定期的に洗い流される。少なくともいくつかの実施形態において、1又は2以上の内腔は、遠位端部で恒久的に又は取外し可能に密封可能である。
図3Aは、制御モジュールコネクタ144の一実施形態に結合するように構成され且つ配置された1又は2以上の細長いデバイス300の近位端部の一実施形態の概略的な側面図である。1又は2以上の細長いデバイスは、例えば、図1のリード本体106のうちの1又は2以上、1又は2以上の中間デバイス(例えば、スプリッタ、図3Bのリード延長部324、又はアダプタなど、又はその組合せ)、又はその組合せを含むことができる。
制御モジュールコネクタ144は、方向矢印312a及び312bに示すように、細長いデバイス300の近位端部が挿入される少なくとも1つのポートを有する。図3Aでは(及び他の図では)、2つのポート304a及び304bを有するコネクタハウジング112が示されている。コネクタハウジング112は、例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、又はそれよりも多くのポートを含む任意適当な数のポートを定めることができる。
制御モジュールコネクタ144はまた、各ポート304a及び304b内に配置されたコネクタ接点314のような複数のコネクタ接点を含む。細長いデバイス300がポート304a及び304bの中に挿入される時に、コネクタ接点314は、細長いデバイス300の近位端部に沿って配置された複数の端子310に位置合わせされ、制御モジュール102をリード103のパドル本体104上に配置された電極(図1の134)に電気的に結合することができる。制御モジュールのコネクタの例は、特許文献7及び12に見出され、それらの内容は、本明細書に引用によって組込まれている。
図3Bは、電気刺激システム100の別の実施形態の概略的な側面図である。電気刺激システム100は、1又は2以上の細長いデバイス300(例えば、図1及び2のリード本体106のうちの1つ、図2のスプリッタ107、アダプタ、又は別のリード延長部など、又はその組合せ)を制御モジュール102に結合するように構成され且つ配置されたリード延長部324を含む。図3Bでは、制御モジュールコネクタ144に定められた単一ポート304に結合されたリードコネクタ324が示されている。これに加えて、単一細長いデバイス300に結合するように構成され且つ配置されたリード延長部324が示されている。代替実施形態において、リード延長部324は、制御モジュールコネクタ144に定められた複数のポート304に結合するか、又は複数の細長いデバイス300を受け入れるか、又はその両方であるように構成され且つ配置される。
リード延長部コネクタ322は、リード延長部324上に配置される。図3Bでは、リード延長部324の遠位端部326に配置されたリード延長部コネクタ322が示されている。リード延長部コネクタ322は、コネクタハウジング328を含む。コネクタハウジング328は、方向矢印338に示すように、細長いデバイス300の端子310が挿入される少なくとも1つのポート330を定める。コネクタハウジング328はまた、コネクタ接点340のような複数のコネクタ接点を含む。細長いデバイス300がポート330の中に挿入される時に、コネクタハウジング328に配置されたコネクタ接点340は、細長いデバイス300の端子310に位置合わせされ、リード延長部324をリード(図1及び2の103)に沿って配置された電極(図1及び図2の134)に電気的に結合することができる。
少なくともいくつかの実施形態において、リード延長部324の近位端部は、リード103(又は他の細長いデバイス300)の近位端部と同様に構成され且つ配置される。リード延長部324は、コネクタ接点340を遠位端部326の反対側であるリード延長部324の近位端部348に電気的に結合する複数の導電ワイヤ(図示せず)を含むことができる。少なくともいくつかの実施形態において、リード延長部324に配置された導電ワイヤは、リード延長部324の近位端部348に沿って配置された複数の端子(図示せず)に電気的に結合することができる。少なくともいくつかの実施形態において、リード延長部324の近位端部348は、別のリード延長部(又は別の中間デバイス)に配置されたコネクタの中に挿入されるように構成され且つ配置される。代替実施形態では(かつ図3Bに示すように)、リード延長部324の近位端部348は、制御モジュールコネクタ144の中に挿入されるように構成され且つ配置される。
図4は、電気刺激システム400の構成要素の一実施形態の概略的な全体図であり、電気刺激システム400は、制御モジュール内に配置された電子サブアセンブリ410を含む。電気刺激システムは、より多い、より少ない、又は異なる構成要素を含むことができ、本明細書に引用した刺激器の文献に開示する構成を含む様々な異なる構成を含むことができることを理解すべきである。
電気刺激システムの構成要素(例えば、電源412、アンテナ418、受信機402、及びプロセッサ404)のうちの一部は、必要に応じて埋込み可能なパルス発生器又は制御モジュールの密封ハウジング内、又はマイクロ刺激器のハウジング内で1又は2以上の回路基板などの担体上に位置決めすることができる。例えば、1次バッテリ又は再充電可能バッテリのようなバッテリを含む任意の電源412を使用することができる。他の電源の例は、本明細書に引用によって組込まれている特許文献22に説明する電源を含む超コンデンサ、核又は原子力バッテリ、機械共振器、赤外線コレクター、熱エネルギ源、曲げエネルギ源、バイオエネルギ電源、燃料電池、生体電気電池、及び浸透圧ポンプなどを含む。
変形例として、電力は、選択的なアンテナ418又は2次アンテナを介して誘導結合により外部電源によって供給することができる。外部電源は、ユーザの皮膚上に装着されたデバイス、又は恒久的又は定期的にユーザの近くに設けられるユニット内にある場合がある。
電源412が再充電可能バッテリである場合に、バッテリは、必要に応じて選択的なアンテナ418を使用して再充電することができる。バッテリをユーザの外部の再充電ユニット416にアンテナを介して誘導結合することにより、電力は、再充電するためにバッテリに供給することができる。そのような配置の例は、上述の文献に見出すことができる。
一実施形態において、電流は、パドル又はリード本体又はマイクロ刺激器ハウジング上の電極134によって放出され、神経繊維、筋繊維、又は電気刺激システムの近くの他の身体組織を刺激する。プロセッサ404は、一般的に、電気刺激システムのタイミング及び電気特性を制御するために含まれる。例えば、プロセッサ404は、必要に応じてパルスのタイミング、周波数、強度、持続時間、及び波形のうちの1又は2以上を制御することができる。更に、プロセッサ404は、必要に応じてどの電極を使用して刺激を供給することができるかを選択することができる。いくつかの実施形態において、プロセッサ404は、どの電極がカソードであるか、及びどの電極がアノードであるかを選択する。いくつかの実施形態において、プロセッサ404を使用して、どの電極が望ましい組織の最も有用な刺激を提供するかを識別する。
任意のプロセッサを使用することができ、例えば、規則的間隔でパルスを生成する電子デバイスのような簡単なものにすることができ、又はプロセッサは、例えば、パルス特性の修正を可能にする外部プログラミングユニット408からの命令を受信して解釈することができる。図示の実施形態において、プロセッサ404は、受信機402に結合され、これは、次に、選択的なアンテナ418に結合される。これは、プロセッサ404が外部源から命令を受信し、例えば、必要に応じてパルス特性及び電極の選択を命令することを可能にする。
一実施形態において、アンテナ418は、プログラミングユニット408によってプログラムされた外部遠隔測定ユニット406から信号(例えば、RF信号)を受信することができる。プログラミングユニット408は、遠隔測定ユニット406の外部又はその一部とすることができる。遠隔測定ユニット406は、ユーザの皮膚上に着用されたデバイスとすることができ、又はユーザが担持することができ、必要に応じてポケットベル、携帯電話、又はリモコンと同様の形態を有することができる。別の代替として、遠隔測定ユニット406は、ユーザが着用するか又は担持することはできないが、ホームステーション又は臨床医のオフィスにおいてのみ利用可能にすることができる。プログラミングユニット408は、電気刺激システム400に送信するために遠隔測定ユニット406に情報を提供することができる任意のユニットとすることができる。プログラミングユニット408は、遠隔測定ユニット406の一部とすることができ、又は無線又は有線接続を介して遠隔測定ユニット406に信号又は情報を提供することができる。好ましいプログラミングユニットの一例は、信号を遠隔測定ユニット406に送信するようにユーザ又は臨床医が作動させるコンピュータである。
アンテナ418及び受信機402を介してプロセッサ404に送信された信号を使用して、電気刺激システムの作動を修正又はそうでなければ命令することができる。例えば、信号を使用して、パルス持続時間、パルス周波数、パルス波形、及びパルス強度のうちの1又は2以上を修正するなどで電気刺激システムのパルスを修正することができる。信号はまた、電気刺激システム400に命令して作動を停止、作動を開始、バッテリの充電を開始、又はバッテリの充電を停止することができる。他の実施形態において、刺激システムは、アンテナ418又は受信機402を含まず、プロセッサ404は、プログラムされたように作動する。
選択的に、電気刺激システム400は、プロセッサ404と、遠隔測定ユニット406又は信号を受信することができる別のユニットに信号を送信して戻すためのアンテナ418とに結合された送信機(図示せず)を含むことができる。例えば、電気刺激システム400は、電気刺激システム400が適正に作動しているか又は作動していないかを示し、又はバッテリを充電する必要がある時又はバッテリの残りの電荷のレベルを示す信号を送信することができる。プロセッサ404はまた、パルス特性に関する情報をユーザ又は臨床医がその特性を決定又は検証することができるように送信することができる場合がある。
刺激エネルギは、制御モジュール102からリード103及びその電極134を介して(又はマイクロ刺激器からマイクロ刺激器のハウジングに配置された電極を介して)患者組織に送出される。刺激エネルギは、典型的には、図5Aに示すように、一連の電気パルス550として送出される。一連の電気パルスは、刺激又はパルス振幅、及び刺激又はパルス周波数(又はパルス周期)を含む刺激パラメータ、並びにどの電極134を刺激エネルギの送出に使用すべきかの指示によって記述される。少なくともいくつかの実施形態において、刺激又はパルス振幅は、0〜25mAの範囲又は0〜50mAの範囲にある。少なくともいくつかの実施形態において、刺激又はパルス周波数は、1〜15000Hzの範囲又は1〜2000Hzの範囲又は1〜1200Hzの範囲にある。
電極のうちの1又は2以上は、アノードとして使用することができ、電極のうちの1又は2以上は、カソードとして、又はその任意の組合せ(例えば、アノードとして使用する1又は2以上の電極及びカソードとして使用する1又は2以上の電極)で使用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、刺激パラメータは、単一パルス振幅及び単一パルス周波数、並びにアノード又はカソードとして指定された1又は2以上の電極を含む。
しかし、より複雑なパルス駆動スキームを使用することができることを理解すべきである。例えば、一連の電気パルスは、パルスの2又は3以上のサブセットの組合せであり、各サブセットは、刺激パラメータを有していてもよく、刺激パラメータは、例えば、刺激振幅(又はパルス振幅)、刺激周波数(又はパルス周波数又はパルス周期)、及びアノード又はカソード(又はアノード及びカソードの任意の組合せ)の選択である。他の刺激パラメータは、パルス幅又はパルス形状などを含むことができる。各サブセットは、これらの刺激パラメータのうちの少なくとも1つを有し、かかる刺激パラメータは、他のサブセットと異なる。別の例として、パルスのサブセットは、異なる(例えば、交互する)振幅又は異なるパルス周波数又はアノード/カソードとして選択された異なる電極又はその任意の組合せ、又は異なるパルス幅又は異なるパルス形状又はこれらの差異の任意の組合せを有することができる。パルスのサブセットは、連続的に、同時に、時間的に重ねて、又はその任意の組合せで提供されてもよい。
患者組織に送出される電気刺激エネルギの経時的減少は、バッテリ寿命を延ばし、再充電可能な電源の場合、再充電セッションの頻度又は持続時間(又は両方)を減少するのに有用である。しかし、そのようなエネルギの減少は、望ましい治療効果をもたらすべきである。一連の電気パルスのデューティサイクルを管理することによって、ほとんど又は全く副作用なしに、そのような減少を達成することができる。以下に詳細に説明するように、一連の電気パルスの実際の遮断又は減少は比較的短時間であるので、副作用を最小にすることができる。デューティサイクルは、デューティサイクルが課せられなかった場合に提供されたであろう元の振幅からパルスの一部又は全てを抑制するために提供される。
デューティサイクルパラメータは、ユーザによって又は医療施術者によって電気刺激システムの中に入力される。デューティサイクルパラメータは、抑制すべき電気パルスの相対的な数の指示(例えば、パーセンテージ)である。抑制は、抑制される電気パルスの完全な排除であってもよいし、パルスの振幅の減少であってもよい。デューティサイクルパラメータは、パーセンテージ(例えば、0〜100の範囲の整数値)として又小数(例えば、0〜1の範囲)として又は分数として又は任意その他の適切な表現によって表すことができる。以下の考察では、デューティサイクルパラメータはパーセンテージとして示されることになるが、任意その他の適切な表現を使用することができることを認識すべきである。いくつかの実施形態において、定められた範囲の任意適当なデューティサイクルを選択することができる。他の実施形態において、選択は、2又は3以上の選択肢に限定することができる。例えば、デューティサイクルパラメータは、パーセンテージの整数値の選択に、又は5又は10の倍数であるパーセンテージ値に限定することができる。デューティサイクルパラメータの選択の任意適当な制限を使用することができる。
一例として、図5Aに示すように、0%のデューティサイクルパラメータは、電気パルスの抑制なしを示すことができ、100%のデューティサイクルパラメータは、電気パルスの全ての抑制を示す。図5Bは、100個のパルス550のうちの2つのパルス552を抑制する2%のデューティサイクルパラメータの1つの例を示している。図5Cは、3つのパルス550のうちの1つのパルス552を抑制する33%のデューティサイクルパラメータの1つの例を示している。図5Dは、2つのパルス550のうちの1つのパルス552を抑制する50%のデューティサイクルパラメータの1つの例を示している。いくつかの実施形態において、デューティサイクルパラメータは、0〜100%の範囲(又は任意その他の適切な範囲)で、選択的に、例えば、1%、2%、5%、又は10%の漸次的変化(又は任意その他の適切な漸次的変化)で選択可能である。
別のパラメータ、すなわち、抑制分布パラメータを使用して、一連の電気パルス内の抑制パルスの分布を指示することができる。図5B〜図5Dは、抑制パルスの一様な分布を指示している。そのような一様な分布では、規則的な間隔で抑制パルスが発生する。
抑制パルスはまた、例えば、図5Eに示すように、電気パルス550の30%のデューティサイクルパラメータに対して、連続的な分布で配置されてもよい。連続的な分布では、2又は3以上の(例えば、2、3、4、5、8、10、12、16、20、25、30、33、50、又はそれよりも多くの)連続パルス554が、規則的な間隔で抑制される(例えば、5、10、20、25、50、100、又はそれよりも多くのパルス毎に)。そのような抑制が電気刺激の治療的送出に与える影響により、抑制された連続パルスの数は、制限される場合がある。いくつかの実施形態において、連続的な分布を選択する場合、ユーザ又は施術者は、抑制パルスが発生する間隔を選択することもできる。
抑制パルスはまた、例えば、図5Fに示すように、抑制パルス522のランダム(疑似ランダムを含む)な分布として配置されてもよい。この例では、デューティサイクルパラメータは、電気パルス550の30%である。
抑制されたパルス及び抑制されていないパルスの任意その他の適切な分布を使用してもよい。例えば、指数的、等差数列的、又は等比数列的な分布を使用することができる。指数的な分布の1つの例は、1つのパルスを抑制せずに、それに続く2つのパルスを抑制し、それに続く4つのパルスを抑制せずに、それに続く8つのパルスを抑制する等の配置を有する。等差数列的な分布の1つの例は、1つのパルスを抑制せずに、それに続く2つのパルスを抑制し、それに続く3つのパルスを抑制せずに、それに続く4つのパルスを抑制する等の配置を有する。等比数列的な分布の1つの例は、2つのパルスを抑制せずに、それに続く20のパルスを抑制し、それに続く200のパルスを抑制しない等の配置を有する。それらの特定のパルス配置は、単なる例に過ぎないことを理解すべきである。本明細書に説明する分布の任意の組合せを使用することもできることを理解すべきである。
いくつかの実施形態において、抑制分布パラメータは、少なくとも以下のオプション:一様な分布、連続的な分布、及びランダムな分布から選択可能である。他の実施形態において、抑制分布パラメータは、以下のオプション:一様な分布、連続的な分布、ランダムな分布、指数的な分布、等差数列的な分布、又は等比数列的な分布のうちの2つ、3つ、4つ、5つ、又は6つから選択可能である。
パルス552、554を、(図5B〜図5Fに示すように)完全に抑制する代わりに、更に別のパラメータ、すなわち、抑制レベルパラメータを使用することができる。抑制レベルパラメータは、抑制すべき電気パルスの振幅の減少の指示である。抑制レベルパラメータは、パーセンテージ(例えば、0〜100の範囲の整数値)として又は小数(例えば、0〜1の範囲)として又は分数として又は任意その他の表現によって表すことができる。以下の考察では、抑制レベルパラメータは、パーセンテージとして示されることになるが、任意その他の適切な表現を使用することができることを認識すべきである。いくつかの実施形態において、定められた範囲の任意適当な抑制レベルを選択することができる。他の実施形態において、2又は3以上の選択肢に選択を限定することができる。例えば、抑制レベルパラメータは、整数パーセンテージ値の選択又は5又は10の倍数のパーセンテージ値に限定することができる。抑制レベルパラメータの選択の任意適当な制限を使用することができる。
例えば、0%の抑制レベルパラメータは、電気パルスを抑制しないことを指示する。図5B〜図5Fの例は、抑制電気パルスを完全に排除する100%の抑制レベルパラメータを指示する。図5Gは、33%のデューティサイクルパラメータと一様な分布を有する50%の抑制レベルパラメータの1つの例を示している。この例では、3回目の電気パルス毎に振幅が50%減少している。いくつかの実施形態において、抑制レベルパラメータは、0〜100%の範囲で、選択的に、例えば、1%、2%、5%、又は10%の漸次的変化で選択可能である。
デューティサイクルパラメータを利用するシステムはまた、抑制分布パラメータ又は抑制レベルパラメータのいずれか又は両方を組込むことができる。いくつかの実施形態において、それら3つのパラメータのいずれも、初期又はその後の設定値から変更することができる。デューティサイクルパラメータ、抑制分布パラメータ、又は抑制レベルパラメータ、又はその任意の組合せの選択又は変更は、例えば、プログラミングユニット408(図4)又はプロセッサ404(図4)又は電気刺激システムの任意その他のプロセッサをプログラムする施術者又は任意その他のユーザによって行うことができる。いくつかの実施形態において、患者は、それらのパラメータのいずれをも選択又は変更することを可能にされる場合がある。
図6は、電気刺激を患者組織に送出する方法の一例を示している。段階602では、電極選択、刺激振幅(又はパルス振幅)、刺激周波数(又はパルス周波数又はパルス周期)、パルス幅、パルス形状、又はその任意の組合せのような刺激パラメータを、施術者又は患者又は任意その他の適切なユーザによって選択する。この段落又は以下に説明するパラメータのいずれかを選択する許可は、施術者、患者、又は他の者のいずれかのサブセットに限定される。例えば、いくつかの実施形態において、患者にはパラメータを設定又は変更することの許可が与えられる。他の実施形態において、患者にはパラメータの1又は2以上(あるいは、更に全て)を設定又は変更することの許可は与えられない。他の刺激パラメータを選択することができること、及びより複雑な刺激パターンは、各パラメータに対する1よりも多い値の選択を含むことができることを理解すべきである。
段階604では、デューティサイクルパラメータを、患者又は任意その他の適切なユーザによって選択する。デューティサイクルパラメータは、抑制される電気パルスの相対的な数の指示である。
選択的段階606では、抑制分布パラメータを、施術者又は患者又は他のユーザによって選択する。抑制分布パラメータは、一連の電気パルス内の抑制パルスの分布を記述する。
選択的段階608では、抑制レベルパラメータを、施術者又は患者又は他のユーザによって選択する。抑制レベルパラメータは、抑制される電気パルスの振幅の減少の指示である。
段階610では、電気刺激エネルギを、段階602及び604及び選択的段階606及び608において選択されたパラメータに従って、埋込まれた刺激リードの電極を介して制御モジュールから一連のパルスとして患者組織に送出する。少なくともいくつかの実施形態において、それらの選択されたパラメータのうちの1又は2以上(あるいは、更に全て)は、電気刺激エネルギの送出中に変更してもよいことを認識すべきである。
流れ図の各ブロック及び流れ図のブロックの組合せ、並びに電気刺激システムの任意適当な部分、外部遠隔測定ユニット、プログラミングユニット、制御モジュール、マイクロ刺激器、及び本明細書に開示する他のシステム及び方法は、コンピュータプログラム命令によって実施することができることを理解すべきである。これらのプログラム命令は、プロセッサ上で実行される命令が、1つ又は複数の流れ図ブロックで指定されるか又は外部遠隔測定ユニット、プログラミングユニット、制御モジュール、マイクロ刺激器、本明細書に開示する他のシステム及び方法に関して説明されるアクションを実施するための要素を生じるような機械を生成するようにプロセッサに提供することができる。コンピュータプログラム命令は、プロセッサによって実行され、一連の作動段階をプロセッサによって行わせてコンピュータ実施式処理を生成することができる。コンピュータプログラム命令はまた、作動段階の少なくとも一部を並行に実施させることができる。更に、段階の一部は、マルチプロセッサコンピュータシステムで生じる可能性があるような1よりも多いプロセッサ(例えば、外部遠隔測定ユニット、プログラミングユニット、制御モジュール、マイクロ刺激器、又はそれらの何らかの組合せにおけるプロセッサ)にわたって実施することもできる。これに加えて、1又は2以上の処理はまた、他の処理と同時に、又は本発明の範囲又は精神から逸脱することなく示されたものとは異なる順序でさえも実施することができる。
コンピュータプログラム命令は、限定するわけではないが、RAM、ROM、EEPROM、フラッシュメモリ又は他のメモリ技術、CD−ROM、デジタル多用途ディスク(「DVD」)又は他の光学ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又は他の磁気ストレージデバイス、又は望ましい情報を格納するのに使用することができ、かつコンピュータデバイスによってアクセスすることができる任意の非一時的コンピュータ読込み可能な媒体を含む任意その他の媒体を含む任意適当なコンピュータ読込み可能な媒体に格納することができる。
本明細書に説明する方法、システム、及びデバイスは、多くの異なる形態に具現化することができ、本明細書に説明する実施形態に限定すると解釈すべきではない。従って、本明細書に説明する方法、システム、及びデバイスは、完全ハードウエア実施形態、完全ソフトウエア実施形態、又はソフトウエア態様とハードウエア態様を組み合わせた実施形態の形態を取ることができる。本明細書に説明するシステム及びデバイスは、典型的に、大容量メモリを含み、かつデバイス間の通信を含むことができる。大容量メモリは、あるタイプのコンピュータ読込み可能な媒体、つまり、コンピュータストレージ媒体を示している。コンピュータストレージ媒体は、コンピュータ読込み可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータのような情報のストレージのための任意の方法又は技術によって実施される揮発性、不揮発性、非一時的、取外し可能、又は取外し不能媒体を含むことができる。
システムのデバイス又は構成要素間の通信の方法は、有線又は無線(例えば、RF、光、又は赤外線)通信方法又はその任意の組合せを含むことができ、そのような方法は、別のタイプのコンピュータ読込み可能な媒体、つまり、通信媒体を提供する。通信媒体は、典型的に、コンピュータ読込み可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータを搬送波、データ信号、又は他の搬送機構のような変調データ信号に具現化し、かつ任意の情報送出媒体を含む。用語「変調データ信号」及び「搬送波信号」は、情報、命令、及びデータなどを信号に符号化するようにその特性のうちの1又は2以上を設定又は変化させた信号を含む。一例として、通信媒体は、ツイストペア、同軸ケーブル、光ファイバ、導波管、及び他の有線媒体のような有線媒体と、音響、RF、赤外線、及び他の無線媒体のような無線媒体とを含む。
以上の仕様、例、及びデータは、本発明の構成物の製造及び使用説明を提供するものである。本発明の多くの実施形態は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行うことができ、本発明はまた、以下に添付された特許請求の範囲に属するものである。

Claims (20)

  1. 電気刺激エネルギを、埋込み可能な電気刺激システムの少なくとも1つの電極を介して送出するためのプロセッサ実行可能命令を有する、非一時的でコンピュータが読込み可能なストレージ媒体であって、
    前記プロセッサ実行可能命令は、それをシステムにインストールしたとき、システムがアクションを行うことを可能にし、
    前記プロセッサ実行可能命令は、
    複数の刺激パラメータを受信する命令を有し、前記複数の刺激パラメータは、1つ又は2つ以上の電極の選択、刺激振幅、及び刺激周波数を含み、刺激周波数における一連の電気パルスとして送出可能な電気刺激エネルギを少なくとも部分的に定め、
    更に、抑制すべき前記電気パルスの相対的な数を指示するデューティサイクルパラメータを受信する命令と、
    電気刺激エネルギを前記1つ又は2つ以上の電極を介して患者組織に送出する命令を含み、前記電気パルスのパーセンテージが、前記デューティサイクルパラメータに従って抑制される、ストレージ媒体。
  2. 前記デューティサイクルパラメータは、抑制すべき前記電気パルスのパーセンテージである、請求項1に記載のストレージ媒体。
  3. 前記プロセッサ実行可能命令は、更に、分布パラメータを受信する命令を含み、前記分布パラメータは、抑制すべき電気パルスが前記電気パルスの中で分配される仕方を指示する、請求項1に記載のストレージ媒体。
  4. 前記分布パラメータは、一様な分布を指示し、
    電気刺激エネルギを送出する前記命令は、電気刺激エネルギを、刺激リードを介して患者組織に送出する命令を含み、
    前記電気パルスのいくつかが、前記デューティサイクルパラメータに従って、一様なパターンに抑制される、請求項3に記載のストレージ媒体。
  5. 前記分布パラメータは、ランダムな分布を指示し、
    電気刺激エネルギを送出する前記命令は、電気刺激エネルギを、刺激リードを介して患者組織に送出する命令を含み、
    前記電気パルスのいくつかが、前記デューティサイクルパラメータに従って、ランダムなパターンに抑制される、請求項3に記載のストレージ媒体。
  6. 前記分布パラメータは、連続的な分布を指示し、
    電気刺激エネルギを送出する前記命令は、電気刺激エネルギを、刺激リードを介して患者組織に送出する命令を含み、
    前記電気パルスのいくつかが、前記デューティサイクルパラメータに従って、周期的な間隔に抑制され、前記周期的な間隔の各周期において、抑制された少なくとも2つの連続する電気パルスを有する、請求項3に記載のストレージ媒体。
  7. 前記プロセッサ実行可能命令は、更に、抑制レベルパラメータを受信する命令を含み、前記抑制レベルパラメータは、前記デューティサイクルパラメータに従って抑制される電気パルスの刺激振幅の減少を指示する、請求項1に記載のストレージ媒体。
  8. 前記抑制レベルパラメータは、前記デューティサイクルパラメータに従って抑制される各電気パルスに対して前記刺激振幅が減少されるパーセンテージである、請求項7に記載のストレージ媒体。
  9. 埋込み可能な電気刺激システムを使用して電気刺激エネルギを送出する方法であって、
    複数の刺激パラメータを受信する段階を有し、前記複数の刺激パラメータは、1又は2以上の電極の選択、刺激振幅、及び刺激周波数を含み、刺激周波数における一連の電気パルスとして送出可能な電気刺激エネルギを少なくとも部分的に定め、
    更に、抑制すべき前記電気パルスの相対的な数を指示するデューティサイクルパラメータを受信する段階と、
    電気刺激エネルギを、前記1又は2以上の電極を介して患者組織に送出する段階と、を含み、前記電気パルスのパーセンテージが、前記デューティサイクルパラメータに従って抑制される、方法。
  10. 更に、分布パラメータを受信する段階を含み、前記分布パラメータは、抑制される電気パルスを前記電気パルスの中で分配する仕方を指示する、請求項9に記載の方法。
  11. 前記分布パラメータは、一様な分布を指示し、
    電気刺激エネルギを送出する前記段階は、電気刺激エネルギを、刺激リードを介して患者組織に送出する段階を含み、
    前記電気パルスのいくつかが、前記デューティサイクルパラメータに従って、一様なパターンに抑制される、請求項10に記載の方法。
  12. 前記分布パラメータは、ランダムな分布を指示し、
    電気刺激エネルギを送出する前記段階は、電気刺激エネルギを、刺激リードを介して患者組織に送出する段階を含み、
    前記電気パルスのいくつかが、前記デューティサイクルパラメータに従って、ランダムなパターンに抑制される、請求項10に記載の方法。
  13. 前記分布パラメータは、連続的な分布を指示し、
    電気刺激エネルギを送出する前記段階は、電気刺激エネルギを、刺激リードを介して患者組織に送出する段階を含み、
    前記電気パルスのいくつかが、前記デューティサイクルパラメータに従って、周期的な間隔に抑制され、前記周期的な間隔の周期ごとに、少なくとも2つの連続する電気パルスが抑制される、請求項10に記載の方法。
  14. 更に、抑制レベルパラメータを受信する段階を含み、前記抑制レベルパラメータは、前記デューティサイクルパラメータに従って抑制すべき電気パルスごとの刺激振幅の減少を指示する、請求項9に記載の方法。
  15. 電気刺激システムであって、
    複数の電極を含む電気刺激リードと、
    前記電気刺激リードに結合可能な制御モジュールと、
    前記制御モジュールと通信するプロセッサと、を含み、
    前記プロセッサは、複数のアクションを可能にし且つプロセッサが読込み可能な命令を実行し、
    前記複数のアクションは、
    複数の刺激パラメータを受信するアクションを含み、前記刺激パラメータは、前記の電気刺激リードの複数の電極のうちの1つ又は2つ以上の選択、刺激振幅、及び刺激周波数を含み、前記刺激パラメータは、前記刺激周波数における一連の電気パルスとして送出可能な電気刺激エネルギを少なくとも部分的に定め、
    更に、デューティサイクルパラメータを受信するアクションを含み、前記デューティサイクルパラメータは、抑制すべき前記電気パルスの相対的な数を指示し、
    更に、電気刺激エネルギを前記電気刺激リードの複数の電極を介して患者組織に送出するアクションを含み、前記電気パルスのパーセンテージが、前記デューティサイクルパラメータに従って抑制される、電気刺激システム。
  16. 前記アクションは、更に、分布パラメータを受信するアクションを含み、前記分布パラメータは、抑制すべき電気パルスが前記電気パルスの中で分配される仕方を指示する、請求項15に記載の電気刺激システム。
  17. 前記分布パラメータは、一様な分布を指示し、
    電気刺激エネルギを送出する前記アクションは、電気刺激エネルギを、前記電気刺激リードを介して患者組織に送出するアクションを含み、
    前記電気パルスのいくつかは、前記デューティサイクルパラメータに従って、均一なパターンに抑制される、請求項16に記載の電気刺激システム。
  18. 前記分布パラメータは、ランダムな分布を指示し、
    電気刺激エネルギを送出する前記アクションは、電気刺激エネルギを、前記電気刺激リードを介して患者組織に送出するアクションを含み、
    前記電気パルスのいくつかは、前記デューティサイクルパラメータに従って、ランダムなパターンに抑制される、請求項16に記載の電気刺激システム。
  19. 前記分布パラメータは、連続的な分布を指示し、
    電気刺激エネルギを送出する前記アクションは、電気刺激エネルギを、前記電気刺激リードを介して患者組織に送出するアクションを含み、
    前記電気パルスのいくつかは、前記デューティサイクルパラメータに従って、周期的な間隔に抑制され、前記周期的な間隔の周期ごとに、少なくとも2つの連続する電気パルスが抑制される、請求項16に記載の電気刺激システム。
  20. 前記アクションは、更に、抑制レベルパラメータを受信するアクションを含み、前記抑制レベルパラメータは、前記デューティサイクルパラメータに従って抑制される各電気パルスの刺激振幅の減少を指示する、請求項15に記載の電気刺激システム。
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