JP2017513684A - 埋込可能医療デバイスキャパシタンス負荷効果に対する電気パルス電荷補償のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、引用によって本明細書に組み込まれる2014年4月25日出願の米国仮特許出願第61/984,699号の「35 U.S.C.§119(e)」の下での利益を主張するものである。
V=Z1・i1=Z2・i2;I=i1+i2⇒
i1=(Z2 -1Z1+I)-1・I;
i2=(Z1 -1Z2+I)-1・I;
I=(Z2 -1Z1+I)-1・i1;
V=Z1(Z2 -1Z1+I)-1・I;
式中のIは単位行列である。
50 刺激出力回路
52 制御論理部
82 発振器及びクロック回路
E1 電極
Claims (45)
- 患者の組織内に埋め込まれた複数の刺激電極にそれぞれ結合されるように構成された複数の電気端子と、
それぞれの少なくとも1つの前記電気端子を通じて前記電極のうちの少なくとも1つに時変電流を送出するように構成された刺激出力回路であって、補償なしでは送出された前記電流の時変変化に応答して前記組織から電荷を吸収するか又は該組織内に電荷を注入し、それによって未補償電気波形を該1つの電極に隣接する該組織に送出させる、該それぞれの1つの電気端子を通じて該電極のうちの1つに結合されたシャントキャパシタンスを含む、前記刺激出力回路と、
吸収又は注入された前記電荷を少なくとも部分的に補償し、それによって前記1つの電極に隣接する前記組織に、補償された電気波形を送出させるように前記刺激出力回路に指示するように構成されたコントローラと、
を含むことを特徴とする神経刺激デバイス。 - 前記未補償電気波形と望ましい電気波形の間の特性が、第1の誤差値を有し、前記補償された電気波形と該望ましい電気波形の間の同じ前記特性は、該第1の誤差値よりも小さい第2の誤差値を有することを特徴とする請求項1に記載の神経刺激デバイス。
- 前記特性は、期間にわたる合計電荷であることを特徴とする請求項2に記載の神経刺激デバイス。
- 前記特性は、期間内の電流の大きさであることを特徴とする請求項2に記載の神経刺激デバイス。
- 前記電流は、前記期間にわたる平均電流であることを特徴とする請求項4に記載の神経刺激デバイス。
- 前記特性は、波形形状であることを特徴とする請求項2に記載の神経刺激デバイス。
- 前記補償された電気波形の前記波形形状は、前記未補償電気波形が前記望ましい電気波形の該波形形状に適合するよりも良好に該望ましい電気波形の該波形形状に適合することを特徴とする請求項6に記載の神経刺激デバイス。
- 前記第1の誤差値は、実質的であり、前記第2の誤差値は、ごく僅かであることを特徴とする請求項2に記載の神経刺激デバイス。
- 前記望ましい電気波形は、ヌル電気波形であることを特徴とする請求項2に記載の神経刺激デバイス。
- 送出電気刺激エネルギは、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとを有する電気パルスを有するパルス電気エネルギを含み、
前記シャントキャパシタンスは、補償なしでは、前記電気パルスの立ち上がりエッジに応答して前記組織から電荷を吸収し、かつ該電気パルスの立ち下がりエッジに応答して該組織内に電荷を注入する、ことを特徴とする請求項1に記載の神経刺激デバイス。 - 前記シャントキャパシタンスは、電磁干渉(EMI)キャパシタンス及びリードキャパシタンスのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1に記載の神経刺激デバイス。
- 前記刺激出力回路は、それぞれの他の電気端子を通じて前記電極のうちの別の1つに結合された別のシャントキャパシタンスを含み、該別のシャントキャパシタンスは、補償なしでは送出電気エネルギの時変変化に応答して前記組織から電荷を吸収するか又は該組織内に電荷を注入し、それによって該別の1つの電極に隣接する該組織に別の未補償電気波形を送出し、
前記コントローラは、吸収又は注入された前記電荷を少なくとも部分的に補償し、それによって該別の1つの電極に隣接する該組織に別の補償された電気波形を送出させるように該刺激出力回路に指示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に記載の神経刺激デバイス。 - 前記コントローラは、前記シャントキャパシタンスが補償なしでは前記組織から電荷を除去する場合に該シャントキャパシタンス内に電荷を能動的に注入し、及び/又は、該シャントキャパシタンスが補償なしでは該組織内に電荷を注入する場合に該シャントキャパシタンスから電荷を能動的に除去することにより、吸収又は注入された前記電荷を少なくとも部分的に補償するように前記刺激出力回路に指示するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の神経刺激デバイス。
- 前記刺激出力回路は、それぞれの1つの前記電気端子を通じて前記1つの電極に結合されるように構成された電源を含み、
前記コントローラは、電流を発生させることによって吸収又は注入された前記電荷を少なくとも部分的に補償するように前記電源に指示するように構成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の神経刺激デバイス。 - 前記電流源は、前記コントローラによって制御可能である任意パルス成形機能を有することを特徴とする請求項14に記載の神経刺激デバイス。
- 前記シャントキャパシタンスと前記望ましい電流値との関数である微分方程式に基づいて、前記電源によって発生される前記電流の値を計算するように構成されたプロセッサを含むことを特徴とする請求項14に記載の神経刺激デバイス。
- 前記時変電流の送出中に前記1つの電極での電圧変化を測定するように構成された感知デバイスと、
前記1つの電極に隣接する前記組織を通って流れる電流の大きさ及び極性を測定された前記電圧変化に基づいて計算し、該1つの電極に隣接する該組織を通って流れる該電流の計算された前記大きさ及び極性と前記望ましい電流値とに基づいて補償電流の大きさ及び極性を計算し、該補償電流の該大きさ及び極性の関数を該望ましい電流値に加算して前記コントローラが前記電源に発生させるように指示する電流の大きさ及び極性を取得するように構成されたプロセッサと、
を更に含むことを特徴とする請求項14に記載の神経刺激デバイス。 - 前記関数は、利得、利得が乗じられた前記補償電流の時間微分、及び、利得が乗じられた該補償電流の時間積分のうちの1つであることを特徴とする請求項17に記載の神経刺激デバイス。
- 前記少なくとも1つの電極は、前記1つの電極を含むことを特徴とする請求項1に記載の神経刺激デバイス。
- 前記望ましい電気波形の特性を定めるプログラムされた電気パラメータを格納するように構成されたメモリを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の神経刺激デバイス。
- 前記電気パラメータは、電流値であることを特徴とする請求項20に記載の神経刺激デバイス。
- 前記プログラムされた電気パラメータを外部コントローラから受信するように構成された遠隔測定回路を更に含むことを特徴とする請求項20に記載の神経刺激デバイス。
- 前記複数の電気端子、刺激出力回路、及びコントローラを収容するハウジングを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の神経刺激デバイス。
- 患者の組織内に埋め込まれるように構成された複数の電極を有する少なくとも1つの神経刺激リードと、
前記電極のうちの1つに結合されたシャントキャパシタンスと、
前記電極のうちの少なくとも1つに時変電流を送出するように構成された神経刺激デバイスであって、前記シャントキャパシタンスが、補償なしでは送出された前記電流の時変変化に応答して前記組織から電荷を吸収するか又は該組織内に電荷を注入し、それによって該1つの電極に隣接する該組織に未補償電気波形を送出させ、該神経刺激デバイスが、吸収又は注入された前記電荷を少なくとも部分的に補償し、それによって該1つの電極に隣接する該組織に補償された電気波形を送出させるように更に構成された、前記神経刺激デバイスと、
を含むことを特徴とする神経刺激システム。 - 前記未補償電気波形と望ましい電気波形の間の特性が、第1の誤差値を有し、前記補償された電気波形と該望ましい電気波形の間の同じ前記特性は、該第1の誤差値よりも小さい第2の誤差値を有することを特徴とする請求項24に記載の神経刺激システム。
- 前記特性は、期間にわたる合計電荷であることを特徴とする請求項25に記載の神経刺激システム。
- 前記特性は、期間内の電流の大きさであることを特徴とする請求項25に記載の神経刺激システム。
- 前記電流は、前記期間にわたる平均電流であることを特徴とする請求項27に記載の神経刺激システム。
- 前記特性は、波形形状であることを特徴とする請求項25に記載の神経刺激システム。
- 前記補償された電気波形の前記波形形状は、前記未補償電気波形が前記望ましい電気波形の該波形形状に適合するよりも良好に該望ましい電気波形の該波形形状に適合することを特徴とする請求項29に記載の神経刺激システム。
- 前記第1の誤差値は、実質的であり、前記第2の誤差値は、ごく僅かであることを特徴とする請求項25に記載の神経刺激システム。
- 前記望ましい電気波形は、ヌル電気波形であることを特徴とする請求項25に記載の神経刺激システム。
- 送出電気刺激エネルギは、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとを有する電気パルスを有するパルス電気エネルギを含み、
前記シャントキャパシタンスは、補償なしでは、前記電気パルスの立ち上がりエッジに応答して前記組織から電荷を吸収し、かつ該電気パルスの立ち下がりエッジに応答して該組織内に電荷を注入する、ことを特徴とする請求項24に記載の神経刺激システム。 - 前記シャントキャパシタンスは、電磁干渉(EMI)キャパシタンス及びリードキャパシタンスのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項24に記載の神経刺激システム。
- 前記電極のうちの別の1つに結合された別のシャントキャパシタンスを更に含み、該別のシャントキャパシタンスは、補償なしでは送出電気エネルギの時変変化に応答して前記組織から電荷を吸収するか又は該組織内に電荷を注入し、それによって該別の1つの電極に隣接する該組織に別の未補償電気波形を送出し、
前記神経刺激デバイスは、該吸収又は注入された電荷を少なくとも部分的に補償し、それによって該別の1つの電極に隣接する該組織に別の補償された電気波形を送出させるように更に構成されるていことを特徴とする請求項24に記載の神経刺激システム。 - 前記神経刺激器は、前記シャントキャパシタンスが補償なしでは前記組織から電荷を除去する場合に該シャントキャパシタンス内に電荷を能動的に注入し、及び/又は、該シャントキャパシタンスが補償なしでは該組織内に電荷を注入する場合に該シャントキャパシタンスから電荷を能動的に除去することにより、吸収又は注入された前記電荷を少なくとも部分的に補償するように構成されていることを特徴とする請求項24に記載の神経刺激システム。
- 前記神経刺激器が、それぞれの1つの前記電気端子を通じて前記1つの電極に結合されるように構成された電源を含み、
前記神経刺激器が、電流を発生させることによって前記吸収又は注入された電荷を少なくとも部分的に補償するように前記電源に指示するように構成されている、ことを特徴とする請求項24に記載の神経刺激システム。 - 前記電流源は、コントローラによって制御可能である任意パルス成形機能を有することを特徴とする請求項37に記載の神経刺激システム。
- 前記神経刺激デバイスは、前記シャントキャパシタンスと前記望ましい電流値との関数である微分方程式に基づいて、前記電源によって発生される前記電流の値を計算するように構成されていることを特徴とする請求項37に記載の神経刺激システム。
- 前記時変電流の送出中に前記1つの電極での電圧変化を測定するように構成された感知デバイスを更に含み、
前記神経刺激デバイスは、前記1つの電極に隣接する前記組織を通って流れる電流の大きさ及び極性を測定された前記電圧変化に基づいて計算し、該1つの電極に隣接する該組織を通って流れる該電流の計算された前記大きさ及び極性と前記望ましい電流値とに基づいて補償電流の大きさ及び極性を計算し、該補償電流の該大きさ及び極性の関数を該望ましい電流値に加算して前記電源が発生させる電流の大きさ及び極性を取得するように構成されている、ことを特徴とする請求項37に記載の神経刺激システム。 - 前記関数は、利得、利得が乗じられた前記補償電流の時間微分、及び、利得が乗じられた該補償電流の時間積分のうちの1つであることを特徴とする請求項40に記載の神経刺激システム。
- 前記少なくとも1つの電極は、前記1つの電極を含むことを特徴とする請求項24に記載の神経刺激システム。
- 前記神経刺激デバイスは、前記望ましい電気波形の特性を定めるプログラムされた電気パラメータを格納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24に記載の神経刺激システム。
- 前記電気パラメータは、電流値であることを特徴とする請求項43に記載の神経刺激システム。
- ユーザからプログラムされた電流を受信するように構成された外部コントローラを更に含み、
前記神経刺激デバイスは、前記外部コントローラからプログラムされた電流値を受信するように構成されている、ことを特徴とする請求項43に記載の神経刺激システム。
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