JP2018519968A - Implantable pulse generator for generating spinal stimulation signals for the human body - Google Patents

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グローバス メディカル インコーポレイティッド
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Abstract

人体用の脊髄刺激信号を生成する埋込型パルス発生器(IPG)は、タイミング発生器と、高周波発生器と、を含む。タイミング発生器は、多重チャネル用の刺激信号を表すタイミング信号を生成する。高周波発生器は、タイミング信号を変調するか否かを判定し、その決定が肯定の場合、記憶されたバーストパラメータに従って、タイミング信号をバースト周波数で変調する。かくして、IPGは、ユーザのプログラミングに従って、異なるチャネルにおいて低周波刺激信号及び高周波刺激信号の両方を生成する能力を提供する。An implantable pulse generator (IPG) that generates a spinal cord stimulation signal for a human body includes a timing generator and a high-frequency generator. The timing generator generates a timing signal representing a multi-channel stimulus signal. The high frequency generator determines whether to modulate the timing signal and, if the determination is affirmative, modulates the timing signal at the burst frequency according to the stored burst parameter. Thus, IPG provides the ability to generate both low and high frequency stimulation signals in different channels according to user programming.

Description

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

関連出願の相互参照
本出願は、2013年3月15日に出願された米国仮出願第61/792,654号、名称「SPINAL CORD STIMULATOR SYSTEM」の優先権を主張する、2014年3月14日に出願された米国特許出願第14/213,186号の一部継続であり、そのすべては、その全体として参照することにより本明細書に組み込まれる。
[技術分野]
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is filed on March 14, 2014, claiming priority from US Provisional Application No. 61 / 792,654, entitled “SPINAL CORD STIMULATOR SYSTEM,” filed March 15, 2013. Is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 14 / 213,186, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
[Technical field]

本開示は、医療環境において電気パルスを使用する、より具体的には、疼痛を制御するために、電気刺激信号を脊髄に印加する、刺激装置に関する。
[背景技術]
The present disclosure relates to a stimulation device that uses electrical pulses in a medical environment, and more particularly applies an electrical stimulation signal to the spinal cord to control pain.
[Background technology]

脊髄刺激装置(SCS:Spinal Cord Stimulator)は、慢性疼痛を制御するために、パルス状電気信号を脊髄に及ぼすために使用される。脊髄刺激は、その最も簡単な形式において、硬膜外腔に埋め込まれた刺激電極、下腹部領域または臀部に埋め込まれた埋込型パルス発生器、電極を電気パルス発生器に接続する導電線、電気パルス発生器の遠隔制御装置、及び電気パルス発生器の充電器を備える。脊髄刺激は、顕著な鎮痛作用を有し、現今では、腰椎術後疼痛症候群、複合性局所疼痛症候群、及び虚血による癌性疼痛の治療に主に使用される。   A spinal cord stimulator (SCS) is used to apply a pulsed electrical signal to the spinal cord to control chronic pain. Spinal cord stimulation consists of, in its simplest form, a stimulation electrode embedded in the epidural space, an implantable pulse generator embedded in the lower abdominal region or buttocks, a conductive wire connecting the electrode to the electrical pulse generator, An electric pulse generator remote control device and an electric pulse generator charger are provided. Spinal cord stimulation has a pronounced analgesic effect and is now mainly used for the treatment of post-lumbar pain syndrome, complex regional pain syndrome, and cancer pain due to ischemia.

神経刺激による疼痛の電気療法は、1965年にMelzack及びWallがゲートコントロール説を唱えた直後に始まった。この説は、疼痛を伴う抹消刺激を伝達する神経ならびに触覚及び振動覚を伝達する神経の両方が、脊髄の後角(ゲート)で終端することを提唱した。脊髄の後角への入力が、神経への「ゲートを閉じる」ために操作される可能性があるとの仮説が立てられた。ゲートコントロール説の適用として、Shealyらは、1971年に慢性疼痛の治療のために脊髄後柱に直接、最初の脊髄刺激デバイスを埋め込んだ。   Neural stimulation pain electrotherapy began in 1965 shortly after Melzack and Wall advocated a gate control theory. This theory suggested that both nerves that transmit painful peripheral stimuli and nerves that transmit tactile and vibrational sensations terminate at the dorsal horn (gate) of the spinal cord. It was hypothesized that input to the dorsal horn of the spinal cord could be manipulated to “close the gate” to the nerve. As an application of the gate control theory, Sheary et al. Embedded the first spinal cord stimulation device directly in the posterior spinal column for the treatment of chronic pain in 1971.

脊髄刺激は、疼痛を取り除かない。刺激装置からの電気インパルスは、患者が激しく疼痛を感じないように、疼痛情報を無効化する。本質的に、刺激装置は疼痛をマスクする。試用埋め込みは、永久刺激装置を埋め込む前に実行される。医師は、最初に試行として刺激を実行するために、皮膚を通して(経皮的に)試用刺激装置を埋め込む。経皮的な試用刺激装置は、その原位置から移動する傾向にあるので、それは一時的と考えられる。試行が成功する場合、医師は次に永久刺激装置を埋め込むことができる。永久刺激装置は、腹部の皮膚の下に埋め込まれ、導線は、皮膚の下に挿入され、脊柱管に皮下的に送られて挿入される。腹部における刺激装置のこの配置は、より安定した効果的な位置である。導線は、電極の配列からなり、経皮型またはパドル型であることができる。経皮電極は、パドル型と比べてより簡単に挿入され、脊髄上の切開部及び椎弓切除を介して挿入される。   Spinal cord stimulation does not remove pain. The electrical impulse from the stimulator invalidates the pain information so that the patient does not feel intense pain. In essence, the stimulator masks pain. Trial embedding is performed before implanting the permanent stimulator. The physician first implants a trial stimulator through the skin (percutaneously) to perform the stimulation as a trial. Since the percutaneous trial stimulator tends to move away from its original position, it is considered temporary. If the trial is successful, the physician can then implant a permanent stimulator. The permanent stimulator is implanted under the skin of the abdomen and the lead is inserted under the skin and sent subcutaneously into the spinal canal. This arrangement of the stimulator in the abdomen is a more stable and effective position. The lead consists of an array of electrodes and can be percutaneous or paddle type. The percutaneous electrode is more easily inserted than the paddle type and is inserted through an incision on the spinal cord and a laminectomy.

有効性及び患者ユーザの使いやすさ観点から、脊髄後柱刺激の十分な利益を制限する、現在利用可能な埋込型パルス発生器に存在する、いくつかの問題がある。   There are several problems that exist with currently available implantable pulse generators that limit the full benefit of posterior spinal column stimulation in terms of effectiveness and patient user ease of use.

1つの問題は、電流発生器における回路は消費電力が大きすぎることである。これは頻繁な充電を必要とし、患者にとっては非常に不便となる。別の問題は、電流発生器は、同時に身体の異なる部位を治療するために、異なる刺激パターンを同時に生成するのに限界があることである。したがって、患者が身体の異なる部位に様々な疼痛度を有する場合、すべての疼痛領域を情動的に治療することは、不可能ではないにしても、難しい。   One problem is that the circuit in the current generator consumes too much power. This requires frequent charging and is very inconvenient for the patient. Another problem is that current generators are limited in generating different stimulation patterns simultaneously to treat different parts of the body at the same time. Thus, if a patient has varying degrees of pain at different parts of the body, it is difficult if not impossible to treat all pain areas emotionally.

したがって、上で論じた問題を解決する、刺激パターンを生成するためのシステム及び方法を提供することが望ましいであろう。
[発明の概要]
Therefore, it would be desirable to provide a system and method for generating stimulation patterns that solves the problems discussed above.
[Summary of Invention]

本発明の1つの態様により、人体用脊髄刺激信号を生成する、埋込型パルス発生器(IPG:Implantable Pulse Generator)が提供され、それは、IPGの全動作を制御する、プロセッサからのいかなる介入も伴わずに、記憶された信号パラメータに基づいた信号を生成することができる、プログラム可能信号発生器を有する。信号発生器が信号を生成している間、プロセッサは、実質的にバッテリ電源を省力化するために、スタンバイモードにあることができる。   According to one aspect of the present invention, an implantable pulse generator (IPG) that generates a spinal cord stimulation signal for the human body is provided, which does not involve any intervention from the processor that controls the overall operation of the IPG. Without it, it has a programmable signal generator that can generate a signal based on stored signal parameters. While the signal generator is generating a signal, the processor can be in a standby mode to substantially save battery power.

本発明の別の態様により、人体用脊髄刺激信号を生成する、埋込型パルス発生器(IPG)が提供され、これは、各チャネルが、少なくとも2つの電極と関連付けられ、関連した電極にとって特定の刺激信号パターンを表すことができる状態の、刺激チャネルのために刺激信号パラメータを記憶する、制御レジスタを有する。調停部は、刺激信号パターンを表すタイミング信号を連続的に受信し、2つのチャネルが同時に作動されるのを避けるために、動的治療チャネルとして多数のチャネルの中の1つのチャネルを選択する。調停部は、刺激信号パターンを生成する電源に負荷を掛け過ぎる可能性を伴わずに、多重刺激チャネルのために異なるパルスパラメータのプログラムを作る柔軟性を提供する。   According to another aspect of the present invention, an implantable pulse generator (IPG) is provided that generates a spinal cord stimulation signal for a human body, wherein each channel is associated with at least two electrodes and is specific to the associated electrode. A control register for storing stimulation signal parameters for the stimulation channel in a state capable of representing a plurality of stimulation signal patterns. The arbiter continuously receives the timing signal representing the stimulation signal pattern and selects one of the multiple channels as the dynamic treatment channel in order to avoid two channels being activated simultaneously. The arbiter provides the flexibility to program different pulse parameters for multiple stimulation channels without the possibility of overloading the power supply that generates the stimulation signal pattern.

本発明の別の態様により、人体用の脊髄刺激信号を生成する埋込型パルス発生器(IPG)が提供され、それはタイミング発生器及び高周波発生器を含む。タイミング発生器は、多重チャネル用の刺激信号を表すタイミング信号を生成する。高周波発生器は、タイミング信号を変調するか否かを判定し、その決定が肯定の場合、記憶されたバーストパラメータに従って、タイミング信号をバースト周波数で変調する。かくして、IPGは、ユーザのプログラミングに従って、異なるチャネルにおいて低周波刺激信号及び高周波刺激信号の両方を生成する能力を提供する。   In accordance with another aspect of the present invention, an implantable pulse generator (IPG) for generating a spinal cord stimulation signal for the human body is provided, which includes a timing generator and a high frequency generator. The timing generator generates a timing signal representing a multi-channel stimulus signal. The high frequency generator determines whether to modulate the timing signal and, if the determination is affirmative, modulates the timing signal at the burst frequency according to the stored burst parameter. Thus, IPG provides the ability to generate both low and high frequency stimulation signals in different channels according to user programming.

本発明の別の態様により、人体用の脊髄刺激信号を生成する埋込型パルス発生器(IPG)が提供され、それはタイミング発生器及び高周波発生器を含む。タイミング発生器は、多重チャネル用の刺激信号を表すタイミング信号を生成する。高周波発生器は、タイミング信号を変調するか否かを判定し、その決定が肯定の場合、記憶されたバーストパラメータに従って、タイミング信号をバースト周波数で変調する。高周波発生器は、記憶されたパラメータに従って、それぞれのチャネルのパルス周波数を独立して制御することもできる。かくして、IPGは、治療において最大の柔軟性を提供するために、ユーザのプログラミングに従って、異なるチャネルにおいて低周波刺激信号及び高周波刺激信号の両方を生成する能力を提供する。   In accordance with another aspect of the present invention, an implantable pulse generator (IPG) for generating a spinal cord stimulation signal for the human body is provided, which includes a timing generator and a high frequency generator. The timing generator generates a timing signal representing a multi-channel stimulus signal. The high frequency generator determines whether to modulate the timing signal and, if the determination is affirmative, modulates the timing signal at the burst frequency according to the stored burst parameter. The high frequency generator can also independently control the pulse frequency of each channel according to the stored parameters. Thus, IPG provides the ability to generate both low and high frequency stimulation signals in different channels according to user programming to provide maximum flexibility in therapy.

本発明の別の態様によれば、人体用の脊髄刺激信号を生成する埋込型パルス発生器(IPG)であって、それぞれの電極用の電極ドライバを含み、それぞれの刺激パターンチャネルに対する刺激信号の独立した振幅制御を可能にするために、関連の電極への送信用の調整された信号に対応する、出力電流を出力する、埋込型パルス発生器(IPG)が提供される。
[図面の簡単な説明]
According to another aspect of the present invention, an implantable pulse generator (IPG) for generating a spinal cord stimulation signal for a human body, comprising an electrode driver for each electrode, and a stimulation signal for each stimulation pattern channel In order to allow independent amplitude control, an implantable pulse generator (IPG) is provided that outputs an output current corresponding to a conditioned signal for transmission to the associated electrode.
[Brief description of drawings]

[図1]試用埋め込み及び永久埋め込み中、実施形態による、脊髄刺激システムにおいて含まれることができる、様々な構成要素を描写する。
[図2]実施形態による、埋込型パルス発生器(IPG)アセンブリの分解立体図を描写する。
[図3]実施形態による、埋込型パルス発生器(IPG)アセンブリのフィードスルーアセンブリを描写する。
[図4]実施形態による、埋込型パルス発生器(IPG)アセンブリの導線接触システムを描写する。
[図5]実施形態による、埋込型パルス発生器(IPG)アセンブリの導線接触アセンブリを描写する。
[図6]実施形態による、埋込型パルス発生器(IPG)アセンブリのヘッドユニットアセンブリを描写する。
[図7]実施形態による、埋込型パルス発生器(IPG)アセンブリのRFアンテナを描写する。
[図8]実施形態による、経皮型導線を描写する。
[図9]実施形態による、パドル型導線を描写する。
[図10]実施形態による、導線拡張部を描写する。
[図11]実施形態による、導線スプリッタを描写する。
[図12]実施形態による、スリーブアンカーを描写する。
[図13]実施形態による、機械的係止アンカーを描写する。
[図14]実施形態による、試用及び/または永久埋め込みの間、タブレット/臨床医プログラマ及びスマートフォン/携帯/患者プログラマとの無線ドングルを介した通信を示す。
[図15]実施形態による、チューヒー針を描写する。
[図16]実施形態による、スタイレットを描写する。
[図17]実施形態による、パッシングエレベータを描写する。
[図18]実施形態による、トンネリング器具を描写する。
[図19]実施形態による、トルクレンチを描写する。
[図20]実施形態による、埋込型パルス発生器におけるいくつかの構成要素の機能ブロック図である。
[図21]図20の信号発生器の機能ブロック図である。
[図22]図21の高周波発生器の機能ブロック図である。
[図23]図21の電極ドライバの機能ブロック図である。
[図24]図23の電流ドライバのうちの2つの機能図解である。
[図24]本発明の実施形態による、アクティブチャネル用の例示的な電極波形を示す。
[図25]本発明の実施形態による、異なるチャネル用の電極の分類を示す。
[図26]本発明の実施形態による、正パルスと負パルスとの間の非対称パルスパターンを示す、例示的な電極波形を示す。
[図27]本発明の実施形態による、2つの調停された刺激チャネル用の例示的な電極波形を示す。
[発明を実施するための形態]
FIG. 1 depicts various components that can be included in a spinal cord stimulation system, according to embodiments, during trial implantation and permanent implantation.
FIG. 2 depicts an exploded view of an implantable pulse generator (IPG) assembly, according to an embodiment.
FIG. 3 depicts a feedthrough assembly of an implantable pulse generator (IPG) assembly, according to an embodiment.
FIG. 4 depicts a lead contact system of an implantable pulse generator (IPG) assembly, according to an embodiment.
FIG. 5 depicts a lead contact assembly of an implantable pulse generator (IPG) assembly, according to an embodiment.
FIG. 6 depicts a head unit assembly of an implantable pulse generator (IPG) assembly, according to an embodiment.
FIG. 7 depicts an RF antenna of an implantable pulse generator (IPG) assembly, according to an embodiment.
FIG. 8 depicts a percutaneous lead according to an embodiment.
FIG. 9 depicts a paddle-type conductor according to an embodiment.
FIG. 10 depicts a conductor extension, according to an embodiment.
FIG. 11 depicts a conductor splitter, according to an embodiment.
FIG. 12 depicts a sleeve anchor, according to an embodiment.
FIG. 13 depicts a mechanical locking anchor, according to an embodiment.
FIG. 14 illustrates communication via a wireless dongle with a tablet / clinician programmer and a smartphone / portable / patient programmer during trial and / or permanent implantation, according to an embodiment.
FIG. 15 depicts a chewy needle, according to an embodiment.
FIG. 16 depicts a stylet, according to an embodiment.
FIG. 17 depicts a passing elevator according to an embodiment.
FIG. 18 depicts a tunneling device according to an embodiment.
FIG. 19 depicts a torque wrench according to an embodiment.
FIG. 20 is a functional block diagram of several components in an implantable pulse generator, according to an embodiment.
FIG. 21 is a functional block diagram of the signal generator of FIG.
FIG. 22 is a functional block diagram of the high frequency generator of FIG.
FIG. 23 is a functional block diagram of the electrode driver of FIG.
FIG. 24 is a functional illustration of two of the current drivers of FIG.
FIG. 24 illustrates an exemplary electrode waveform for an active channel, according to an embodiment of the present invention.
FIG. 25 shows the classification of electrodes for different channels according to an embodiment of the present invention.
FIG. 26 illustrates an exemplary electrode waveform showing an asymmetric pulse pattern between positive and negative pulses, according to an embodiment of the present invention.
FIG. 27 illustrates an exemplary electrode waveform for two arbitrated stimulation channels according to an embodiment of the present invention.
[Mode for Carrying Out the Invention]

埋込型パルス発生器(IPG)
図1は、試用及び永久設置の期間のために、SCSシステムに含まれることができる、様々な構成要素を示す。脊髄刺激装置(SCS)100は、慢性疼痛を治療するために、脊髄に電気パルス療法を送達するのに使用される埋込型デバイスである。システムの埋込型構成要素は、埋込型パルス発生器(IPG)102及び多数の刺激電極130からなる。IPG102は、患者にとって苦痛のない領域において、わずか30mmの深さで皮下に埋め込まれる一方で、刺激電極130は、硬膜外腔に直接埋め込まれる。電極130は、それぞれの個別の電極130に正しい療法を送達するために、互いから隔離された刺激パルスを保持する、導線140、141を介して、IPG102に配線接続される。
Implantable pulse generator (IPG)
FIG. 1 illustrates various components that can be included in an SCS system for trial and permanent installation periods. The spinal cord stimulator (SCS) 100 is an implantable device used to deliver electrical pulse therapy to the spinal cord to treat chronic pain. The implantable component of the system consists of an implantable pulse generator (IPG) 102 and a number of stimulation electrodes 130. The IPG 102 is implanted subcutaneously at a depth of only 30 mm in an area that is not painful for the patient, while the stimulation electrode 130 is implanted directly into the epidural space. The electrodes 130 are wired to the IPG 102 via leads 140, 141 that hold the stimulation pulses isolated from each other to deliver the correct therapy to each individual electrode 130.

送達される療法は、+12.7mAから12.7mAまでの範囲(電流範囲0〜25.4mA)の制御された電流振幅を有する、電気パルスからなる。これらのパルスは、10μSから2000μSまでの長さ及び0.5Hzから1200Hzまでの周波数の両方にプログラムされることができる。如何なる瞬間でも、陽極電極130から供給される電流の総和は、陰極電極130によって減衰した電流の総和と等しくなくてはならない。さらに、それぞれの個別のパルスは、二相性であり、初期パルスが終了した時点で、逆振幅の別のパルスが、設定オフ状態期間の後に生成されることを意味する。電極130は、より広範な領域に渡ってパルスを送達するために、または特定領域に的を絞るために、刺激セットに類別され得るが、いずれか1つの所与時点で発生した電流の総和は、20mAを超え得ない。ユーザはまた、異なる療法で異なる領域に標的化するために、異なるパラメータを伴う異なる刺激セット(最大8つ)をプログラムすることができる。   The therapy delivered consists of electrical pulses with a controlled current amplitude in the range from +12.7 mA to 12.7 mA (current range 0-25.4 mA). These pulses can be programmed for both a length of 10 μS to 2000 μS and a frequency of 0.5 Hz to 1200 Hz. At any moment, the sum of the currents supplied from the anode electrode 130 must be equal to the sum of the currents attenuated by the cathode electrode 130. Furthermore, each individual pulse is biphasic, meaning that another pulse of opposite amplitude is generated after the set off state period when the initial pulse is completed. The electrodes 130 can be categorized into stimulation sets to deliver pulses over a wider area or to target a specific area, but the sum of the currents generated at any one given time is Cannot exceed 20 mA. The user can also program different stimulation sets (up to 8) with different parameters to target different areas with different therapies.

図2は、IPG102の分解立体図を描写する。IPG102は、2つの主な動的構成要素104、106、バッテリ108、アンテナ110、いくつかのサポート回路、及び多数の出力コンデンサ112からなる。主なアクティブな構成要素のうちの第1は、マイクロコントローラ104トランシーバ104である。それは、外部リモートからのコマンド及び要求の両方の受信、復号、及び実行を担う。必要ならば、それは、第2の主な構成要素、ASIC106の方へそれらのコマンドまたは要求を渡す。ASIC106は、マイクロコントローラ104からデジタルデータを受信し、全信号処理を実行し、刺激に必要な信号を生成する。次に、これらの信号は、硬膜外腔における刺激電極130へ渡される。   FIG. 2 depicts an exploded view of the IPG 102. The IPG 102 consists of two main dynamic components 104, 106, a battery 108, an antenna 110, several support circuits, and a number of output capacitors 112. The first of the main active components is the microcontroller 104 transceiver 104. It is responsible for receiving, decrypting and executing both commands and requests from external remotes. If necessary, it passes those commands or requests to the second main component, ASIC 106. The ASIC 106 receives digital data from the microcontroller 104, performs all signal processing, and generates signals necessary for stimulation. These signals are then passed to the stimulation electrode 130 in the epidural space.

ASIC106は、デジタルセクション及びアナログセクションからなる。デジタルセクションは、タイミング発生器、調停制御装置、パルスバースト調整器、及び電極論理回路を含む、多重セクションに分けられる。アナログセクションは、デジタルセクションからの到来パルスを受信し、正確な療法を送達するために、それらを増幅する。デジタル及びアナログの両方の、それぞれのセクションが利用する、多数のデジタルレジスタ記憶素子もある。   The ASIC 106 includes a digital section and an analog section. The digital section is divided into multiple sections, including timing generators, arbitration controllers, pulse burst adjusters, and electrode logic. The analog section receives incoming pulses from the digital section and amplifies them to deliver the correct therapy. There are also a number of digital register storage elements utilized by the respective sections, both digital and analog.

ASIC106におけるデジタル素子はすべて、論理ゲート、タイマー、計数器、レジスタ、比較器、フリップフリップ、及び復号器を含む、デジタル論理回路の標準サブセットから構成される。これらの素子は、それらのすべてが、極めて速く、つまり必要とされるパルス幅より桁外れに速く機能することができるので、刺激パルスを処理するのに理想的である。素子はすべて、1つの単独の電圧で、通常は5.0、3.3、2.5、または1.8ボルトで、機能する。   All of the digital elements in ASIC 106 are made up of a standard subset of digital logic, including logic gates, timers, counters, registers, comparators, flip-flops, and decoders. These elements are ideal for processing stimulation pulses, since all of them can function very fast, that is, much faster than the required pulse width. All devices function at one single voltage, typically 5.0, 3.3, 2.5, or 1.8 volts.

タイミング発生器は、刺激セットのそれぞれのベースである。それは、二相性パルスのそれぞれの位相に対する、実際の立上り及び立下りエッジトリガを生成する。それは、マイクロコントローラ104から送られる入来クロックを取り、計数器にそれを送ることによって、これを達成する。この考察の目的で、計数器は、これらのクロック立上りエッジを際限なく数えると仮定する。計数器の出力は、6つの異なる比較器に送られる。比較器の他の入力は、マイクロコントローラ104によってプログラムされる、特定のレジスタに接続される。総計が、レジスタに記憶された値と等しい場合、比較器は正信号をアサートする。   The timing generator is the base of each of the stimulus sets. It generates actual rising and falling edge triggers for each phase of the biphasic pulse. It accomplishes this by taking the incoming clock sent from the microcontroller 104 and sending it to the counter. For the purposes of this discussion, assume that the counter counts these clock rising edges indefinitely. The output of the counter is sent to six different comparators. The other input of the comparator is connected to a specific register that is programmed by the microcontroller 104. If the grand total is equal to the value stored in the register, the comparator asserts a positive signal.

第1の比較器は、SRフリップフロップのセット信号に接続される。SRフリップフロップは、第2の比較器が接続される、リセット信号がアサートされるまで正のままである。SRフリップフロップの出力は、二相性パルスの第1の位相である。その立上り及び立下りエッジは、レジスタに記憶され、マイクロコントローラ104によってプログラムされた、値である。第3及び第4の比較器及びレジスタは、第2のSRフリップフロップを使用して二相性パルスの第2の位相を生み出すために、全く同じ方法で動作する。   The first comparator is connected to the set signal of the SR flip-flop. The SR flip-flop remains positive until the reset signal is asserted, to which the second comparator is connected. The output of the SR flip-flop is the first phase of the biphasic pulse. Its rising and falling edges are values stored in registers and programmed by the microcontroller 104. The third and fourth comparators and registers operate in exactly the same way to produce the second phase of the biphasic pulse using the second SR flip-flop.

第5の比較器は、タイミング発生器において最終SRフリップフロップのリセットに接続される。このフリップフロップは、第1のパルスの立上りエッジである、第1の比較器によってセットされる。次に、リセットは、比較器に接続されたレジスタの中に、プログラムされたマイクロプロセッサの値によってトリガされる。これは、第2のパルスの立下りエッジ後の「ホールドオフ」期間を可能にする。この第3のSRフリップフロップの出力は、この特定のタイミング発生器が有効であるときを示す、二相性パルスの包絡線として考えられ得る。   The fifth comparator is connected to the reset of the final SR flip-flop in the timing generator. This flip-flop is set by the first comparator, which is the rising edge of the first pulse. The reset is then triggered by the value of the programmed microprocessor in a register connected to the comparator. This allows a “hold-off” period after the falling edge of the second pulse. The output of this third SR flip-flop can be thought of as an envelope of a biphasic pulse that indicates when this particular timing generator is valid.

システムの最終比較器は、マイクロプロセッサからの周波数値を記憶する、レジスタに再度接続される。基本的に、総数がこの値に達すると、これは、カウンタにフィードバックされる比較器をトリガし、この値をゼロにリセットし、パルス生成周期全体を再び始める。ASIC106は、それぞれが同時にIPG102に接続された電極130のうちの2つからすべてまでの範囲を制御できるように、多数のこれらのタイミング発生器を含み得る。しかし、複数のタイミング発生器があり、複数チャネルが有効にプログラムされている場合、別のものが既に有効であるとき、オンにすることから第2のチャネルを抑制するための機構が必要とされる。   The final comparator of the system is again connected to a register that stores the frequency value from the microprocessor. Basically, when the total number reaches this value, it triggers a comparator that is fed back to the counter, resets this value to zero, and begins the entire pulse generation period again. The ASIC 106 may include a number of these timing generators so that each can control a range from two to all of the electrodes 130 connected to the IPG 102 at the same time. However, if there are multiple timing generators and multiple channels are effectively programmed, a mechanism is needed to suppress the second channel from turning on when another is already enabled. The

IPG102に含まれる次の回路ブロックは、調停部である。調停部は、タイミング発生器の包絡線信号のそれぞれを調べることによって機能し、その唯一つが同時に有効であり得ることを確かめる。その第2が起動を試みる場合、調停部はその信号を抑制する。   The next circuit block included in the IPG 102 is an arbitration unit. The arbiter works by examining each of the timing generator envelope signals to make sure that only one of them can be valid at the same time. If the second attempts to start, the arbitration unit suppresses the signal.

調停部は、チャネル包絡線信号のそれぞれを立上りエッジ検出回路に引き入れることによって、これを達成する。1つがトリガされると、それはSRフリップフロップのセットピンに送られる。このSRフリップフロップの出力は、それらをトリガから抑制するために、他の立上りエッジ検出器のすべてに送られる。チャネル包絡線信号は、次にSRフリップフロップのリセットに送られる、立下りエッジ検出器にも送られる。次に、SRフリップフロップの出力は、その出力がすべて結び合わされ、そのチャネルの特定の二相性パルス列のオン/オフを切り替える、スイッチに接続される。その結果、この回路素子の出力は、1つの二相性パルス列であり、特定のパルス列が出てきたのがいずれのタイミング発生器かを指し示す信号である。原則的に、回路は有効になるチャネルを探す。それが1つを見つけると、それは、そのチャネルが非有効になるまで、他のすべてを抑制する。   The arbiter accomplishes this by drawing each of the channel envelope signals into a rising edge detection circuit. When one is triggered, it is sent to the set pin of the SR flip-flop. The outputs of this SR flip-flop are sent to all other rising edge detectors to suppress them from triggering. The channel envelope signal is also sent to the falling edge detector which is then sent to reset the SR flip-flop. The output of the SR flip-flop is then connected to a switch that combines all of its outputs and switches on / off a particular biphasic pulse train for that channel. As a result, the output of this circuit element is one biphasic pulse train, and is a signal indicating which timing generator the specific pulse train has come out of. In principle, the circuit looks for a valid channel. If it finds one, it suppresses everything else until the channel becomes inactive.

回路の次のセクションは、次に、必要に応じてバーストされた二相性パルス列を作るために、刺激パルス列と組み合わされる、高速バーストパルス列を作るために、タイミング発生器と非常によく似たように働く。   The next section of the circuit is then very similar to the timing generator to create a fast burst pulse train, combined with the stimulation pulse train to create a bursty biphasic pulse train as needed. work.

それは、マイクロコントローラ104から送られる入来クロックを取り、計数器にそれを送ることによって、これを達成する。計数器は、これらの立上りクロックエッジを際限なく数えることができる。計数器は、二相性信号の1つの位相の期間にのみ有効であり、立上りエッジが検出されると直ぐに、数え始める。計数器の出力は、マイクロコントローラプログラム式レジスタとともに、比較器に送られ、その出力は計数器上のリセットピンに接続される。その結果、この計数器は、プログラム値及びリセットまで数えるだけだろう。このプログラム値は、バースト周波数である。   It accomplishes this by taking the incoming clock sent from the microcontroller 104 and sending it to the counter. The counter can count these rising clock edges indefinitely. The counter is only valid during the period of one phase of the biphasic signal and begins counting as soon as a rising edge is detected. The output of the counter, along with the microcontroller programmed register, is sent to the comparator, whose output is connected to a reset pin on the counter. As a result, this counter will only count up to the programmed value and reset. This program value is the burst frequency.

比較器の出力は、次にエッジ検出回路に送られ、次に単相バースト刺激パルスを作るために、それを実際の刺激パルス列に結合するフリップフロップに送られる。全回路は、所望のバーストされた二相性パルス列をもたらす、信号の第2の位相のために複製される。刺激信号は、電極論理回路段に直ぐにハンドオーバされる。   The output of the comparator is then sent to an edge detection circuit and then to a flip-flop that couples it to the actual stimulus pulse train to produce a single phase burst stimulus pulse. The entire circuit is replicated for the second phase of the signal resulting in the desired bursted biphasic pulse train. The stimulus signal is immediately handed over to the electrode logic stage.

電極論理回路は、ASIC106のアナログセクションに、二相性信号を条件付け、向かわせる。現時点では、二相性信号は、当該タイミング情報のすべてを含むが、必要とされる振幅情報はまったく含まない。入力信号は、二相性パルス列と、現在の有効列がいずれのタイミング発生器からなのかを指し示す別の信号と、を含む。それぞれの電極論理セルは、そのタイミング発生器に対してこの特定の電極130の振幅値を記憶する、それぞれのタイミング発生器のためのレジスタを有する。電極論理セルは、いずれのレジスタから振幅値を引き出すかを決定するために指定信号を使用し、例えば、第3のタイミング発生器が調停回路を通されると、電極論理回路は第3のレジスタから値を読み取るであろう。   The electrode logic circuit conditions and directs the biphasic signal to the analog section of the ASIC 106. Currently, the biphasic signal contains all of the timing information, but does not contain any needed amplitude information. The input signal includes a biphasic pulse train and another signal indicating which timing generator the current valid train is from. Each electrode logic cell has a register for each timing generator that stores the amplitude value of this particular electrode 130 for that timing generator. The electrode logic cell uses a designation signal to determine which register to derive the amplitude value from, for example, when the third timing generator is passed through the arbitration circuit, the electrode logic circuit is in the third register. Will read the value from

値がレジスタから引き出されると、それは一連の論理ゲートを通過する。ゲートは、電極130が有効であると最初に決定する。そうでないならば、さらなる動作は取られず、電極出力のアナログセクションは作動されず、したがって、貴重なバッテリ108電源を節約する。次に、特定の電極130が陽極または陰極である場合、決定がなされる。電極が陽極だと考えられる場合、電極論理回路は、ASIC106のアナログセクションにおける正電流のデジタルアナログ変換器(DAC:Digital to Analog Converter)に、振幅情報及び二相性信号を渡す。電極が陰極だと考えられる場合、電極論理回路は、ASIC106のアナログセクションにおける負電流のDACに、振幅情報及び二相性信号を渡す。電極論理回路は、電極130が陽極と陰極との間で切り替わる毎に、二相性信号の各位相に対してそれらの決定を下さなければならない。   When a value is pulled from a register, it passes through a series of logic gates. The gate first determines that electrode 130 is valid. If not, no further action is taken and the analog section of the electrode output is not activated, thus saving valuable battery 108 power. Next, a determination is made if the particular electrode 130 is an anode or a cathode. If the electrode is considered an anode, the electrode logic circuit passes amplitude information and a biphasic signal to a digital-to-analog converter (DAC) in the analog section of the ASIC 106. If the electrode is considered a cathode, the electrode logic passes amplitude information and a biphasic signal to the negative current DAC in the analog section of the ASIC 106. The electrode logic must make those decisions for each phase of the biphasic signal each time the electrode 130 switches between the anode and the cathode.

ASIC106におけるアナログ素子は、所望の信号を作るために、特殊設計される。アナログIC設計の基礎は、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)であり、SCS100において必要とされる高電流多重出力設計のタイプは、ASIC106におけるシリコンのバルクが、アナログセクション専用であることを意味する。   The analog elements in the ASIC 106 are specially designed to produce the desired signal. The basis of analog IC design is a field effect transistor (FET), and the type of high current multiple output design required in SCS100 means that the bulk of silicon in ASIC 106 is dedicated to the analog section. To do.

電極出力からの信号は、その特定の電極130が有効にされるべき場合、それぞれの電流DACに送られる。それぞれの電極130は、電極論理回路によってトリガされた、正及び負の電流DACを有し、その両方は同時に有効であることはない。それぞれの電流DACのジョブは、作動される場合、刺激電流振幅を表すデジタル値を取り、出力段に送られるこの値のアナログ表現を生成することである。この回路は、ASIC106のデジタルセクションとアナログセクションとの間でバリアの半分を形成する。   The signal from the electrode output is sent to the respective current DAC when that particular electrode 130 is to be enabled. Each electrode 130 has a positive and negative current DAC triggered by an electrode logic circuit, both of which are not active at the same time. The job of each current DAC, when activated, is to take a digital value representing the stimulation current amplitude and generate an analog representation of this value that is sent to the output stage. This circuit forms a half of the barrier between the digital and analog sections of the ASIC 106.

ASIC106のデジタルセクションは、小電圧が存在することを可能にするのみであるテクノロジーのもとに構築される。アナログセクションに移動する際、(低レベルアナログ信号である)電流DACの出力は、アナログセクションにおける使用のために高電圧まで増幅されなければならない。このタスクを実行する回路は、電力レベルシフタと呼ばれる。この回路は、2つの異なる製造技術のもとに作られ、デジタルベースのもとに作られる高精度アナログ回路を必要とするので、それは実装するのが難しいことがある。   The digital section of the ASIC 106 is built on technology that only allows a small voltage to exist. When moving to the analog section, the output of the current DAC (which is a low level analog signal) must be amplified to a high voltage for use in the analog section. The circuit that performs this task is called a power level shifter. Since this circuit is made under two different manufacturing technologies and requires a high precision analog circuit made under a digital base, it can be difficult to implement.

電圧がASIC106のアナログ部分における使用のために変換されると、電圧は出力電流段に渡される。電極出力ごとに2つの電流源がある。1つは正電流を供給し、もう1つは負電流を下げるが、その両方は、決して同時にはアクティブにならないであろう。電流源それ自体は、ハウランド電流源と類似しているアナログ素子から構成されている。入力段、及び、定電流を維持するために感知構成要素を通したフィードバックを有する増幅段がある。入力段は、電力レベルシフタからアナログ電圧値を取り、増幅器のために指定された出力パルスを生成する。次に、増幅器は可変電圧であるが定電流であるパルスを作る。電源は、1.2kオームまでの負荷に、0.1mA分解能における最大12.7mAをソースするかまたはシンクすることができる。これは、電流を一定に維持するために、負荷に応じて変わるようになる、15ボルトの範囲に移る。   As the voltage is converted for use in the analog portion of the ASIC 106, the voltage is passed to the output current stage. There are two current sources for each electrode output. One will supply positive current and the other will reduce negative current, but both will never be active at the same time. The current source itself is composed of analog elements that are similar to Howland current sources. There is an input stage and an amplification stage with feedback through the sensing component to maintain a constant current. The input stage takes an analog voltage value from the power level shifter and generates an output pulse designated for the amplifier. The amplifier then produces a pulse that is a constant voltage but a variable voltage. The power supply can source or sink up to 12.7 mA at 0.1 mA resolution for loads up to 1.2 k ohms. This moves to a 15 volt range that will vary depending on the load to keep the current constant.

ASIC106インタフェースへのマイクロコントローラ104は、バッテリ108の寿命を節約するために、最小バス「チャタ」で可能な限り単純であるように設計される。ASIC106は、ICまたはSPIバスを介してプログラムされたレジスタの集合であることができる。ASIC106が、全電力管理を統御しているので、電源投入することが安全な場合、マイクロコントローラ104に知らせるために、2つのチップ104、106間にパワーグッド(PG)ラインもあるだろう。ASIC106は、ASIC106において万一の場合に備え、ハードウェア割り込みを生成するために、マイクロコントローラ104に対してピンを使用する必要もある。最終接続は、刺激回路網のすべてに対して時間基準である。ASIC106は、2つのクロックを必要とし、1つのクロックは、マイクロコントローラ104クロック出力から直接的に送られる、その内部デジタル回路網に対して、もう1つのクロックは、マイクロコントローラ104によって統合される必要があり、ASIC106に送られる、すべての刺激を基礎付けるためである。ASIC106へのすべてのコマンド及び要求は、ICまたはSPIバス上で作られ、レジスタアドレスの読み出し、またはレジスタへの書き込みを伴うであろう。ASIC106がハードウェア割り込みを生成する場合でさえ、ASIC104をポーリングし、割り込みの原因を決定することは、マイクロコントローラ104の責任であろう。 The microcontroller 104 to the ASIC 106 interface is designed to be as simple as possible with a minimum bus “chatter” to conserve battery 108 life. The ASIC 106 can be a collection of registers programmed via an I 2 C or SPI bus. Since the ASIC 106 governs total power management, there will also be a power good (PG) line between the two chips 104, 106 to inform the microcontroller 104 if it is safe to power up. The ASIC 106 also needs to use a pin for the microcontroller 104 to generate a hardware interrupt in case of an emergency in the ASIC 106. The final connection is a time reference for all of the stimulation networks. The ASIC 106 requires two clocks, one clock is sent directly from the microcontroller 104 clock output, for its internal digital circuitry, another clock needs to be integrated by the microcontroller 104 This is to base all stimuli sent to the ASIC 106. All commands and requests to the ASIC 106 will be made on the I 2 C or SPI bus and will involve reading register addresses or writing to registers. Even if the ASIC 106 generates a hardware interrupt, it will be the responsibility of the microcontroller 104 to poll the ASIC 104 and determine the cause of the interrupt.

無線インタフェースは、テレメトリ用の10チャネルまで利用する、402〜405MHz範囲において動作する、FCCのMedRadio規格に基づいている。実施されるプロトコルは、伝送を最小化し、バッテリ108の寿命を最大化するように選ばれる。すべてのプロセシングは、遠隔のユーザ/プログラマに行われ、伝送されたデータのみが、まさにASIC106バスへのマイクロコントローラ104で使用されるようになるものである。すなわち、無線パケットのすべては、レジスタアドレスだけの他に必要なオーバーヘッド情報、レジスタに記憶するためのデータ、及び、データをどう扱うかをマイクロコントローラ104に指示するコマンドバイトを含むであろう。無線プロトコルのオーバーヘッドセクションは、同期ビット、開始バイト、IPG102のシリアル番号と同期するアドレス、及び、適切な伝送を確保するためのCRCバイトを含むであろう。パケット長は、バッテリ108の寿命を維持するために可能な限り短く保たれる。IPG102は、バッテリ108の寿命のせいで、パケットの全時間を待つことができないので、それは、その時間の0.05%より短いデューティサイクルで一巡する。この時刻値は、データパケットも短くなるのと同じ長さの短さに保たれ得る。システムを動かすのに必要なユーザコマンドは、フローを使用する全システムによって実行される。   The radio interface is based on FCC's MedRadio standard, operating in the 402-405 MHz range, utilizing up to 10 channels for telemetry. The protocol implemented is chosen to minimize transmission and maximize battery 108 life. All processing is done to the remote user / programmer so that only the transmitted data will be used by the microcontroller 104 to the ASIC 106 bus. That is, all of the wireless packets will contain not only the register address but also the necessary overhead information, the data to store in the register, and the command byte that instructs the microcontroller 104 how to handle the data. The overhead section of the wireless protocol will include a synchronization bit, a start byte, an address that is synchronized with the IPG 102 serial number, and a CRC byte to ensure proper transmission. The packet length is kept as short as possible to maintain the battery 108 life. Because the IPG 102 cannot wait for the entire time of the packet due to the battery 108 life, it makes a round with a duty cycle shorter than 0.05% of that time. This time value can be kept as short as the data packet is shortened. User commands required to run the system are executed by the entire system using the flow.

IPG102は、ゼロ電圧の215mAHrテクノロジーを用いた、埋込型グレードのリチウムイオンバッテリ108を使用する。全容量でのバッテリ108の電圧は、4.1Vであり、それは、100%放電と考えられる、3.3Vまで消費されるまでだけ電流を供給する。バッテリ108の残存容量は、端子間の電圧を測定することによって、いつでも推定されることができる。最大充電率は、107.5mAである。調整の定電流低電圧(CCCV:Constant Current Constant Voltage)タイプは、バッテリ108のより速い充電に適用されることができる。   The IPG 102 uses an embedded grade lithium ion battery 108 using zero voltage 215 mAHr technology. The voltage of battery 108 at full capacity is 4.1V, which supplies current only until it is consumed to 3.3V, which is considered 100% discharge. The remaining capacity of the battery 108 can be estimated at any time by measuring the voltage across the terminals. The maximum charging rate is 107.5 mA. The regulated constant current low voltage (CCCV) type can be applied to faster charging of the battery 108.

内部2次コイル109は、30本のAWG銅マグネットワイヤの最高30巻きから構成される。コイルのID、OD、及び厚みは、それぞれ30、32、及び2mmである。インダクタンスL2は、58uHであるように測定され、80nFコンデンサは、周波数74kHzで直列共振タンクを作るために、それに接続される。誘導充電の技術において、ブリッジ全波整流器または倍電圧全波整流器のいずれかの、2つのタイプの整流器は、誘導ACを使用可能なDCに変換すると考えられる。より高い電圧を得るために、倍電圧全波整流器は、この用途において使用される。整流器は、100kHzオーダーの高周波数でその機能を改善するために、高速ショットキーダイオードで構築される。ツェナーダイオード、及び5Vの電圧調整器も、調整のために使用される。この回路は、AC電圧を誘導し、DCに整流し、5Vに調整し、かつ、CCCV調整によって内部バッテリ108を充電する、電力管理ICに100mAの電流を供給することができるであろう。   The internal secondary coil 109 is composed of a maximum of 30 turns of 30 AWG copper magnet wires. The coil ID, OD, and thickness are 30, 32, and 2 mm, respectively. Inductance L2 is measured to be 58 uH and an 80 nF capacitor is connected to it to create a series resonant tank at a frequency of 74 kHz. In inductive charging technology, two types of rectifiers, either bridge full-wave rectifiers or voltage doubler full-wave rectifiers, are believed to convert inductive AC to usable DC. In order to obtain higher voltages, double voltage full wave rectifiers are used in this application. The rectifier is built with a fast Schottky diode to improve its function at high frequencies on the order of 100 kHz. Zener diodes and 5V voltage regulators are also used for regulation. This circuit would be able to supply 100 mA of current to the power management IC that induces AC voltage, rectifies to DC, regulates to 5V, and charges the internal battery 108 through CCCV regulation.

共振タンクからの調整された5V100mA出力は、例えば、電源管理用集積回路(PMIC:Power Management Integrated Circuit)MCP73843に送られる。この特定のチップは、CCCV調整によって、4.1Vまでリチウムイオンバッテリ108を充電するために、マイクロチップによって特別に設計された。高速充電電流は、レジスタを交換することによって調整されることができ、例の回路において96mAの閾値電流に設定される。チップは、受信された電流が96mAを超える限り、バッテリ108を4.1Vまで充電する。しかし、供給電流が96mAより低下する場合、それは、供給が再度96より高くなるまで、バッテリ108を充電することを止める。様々な実用的理由のため、コイル間の距離が増加する場合、内部2次コイル109は調整値より小さい電流を受信し、バッテリ108をゆっくり充電する代わりに、それは、96mAを超えて受信するまで、完全に充電を休止する。他の電源管理チップが使用されることができ、電源管理チップはPMIC MCP738432チップに限定されないことが、当業者には理解される。   The adjusted 5V 100 mA output from the resonant tank is sent to, for example, a power management integrated circuit (PMIC) MCP 73843. This particular chip was specially designed by the microchip to charge the lithium ion battery 108 to 4.1V by CCCV regulation. The fast charge current can be adjusted by replacing the resistor and is set to a 96 mA threshold current in the example circuit. The chip charges the battery 108 to 4.1 V as long as the received current exceeds 96 mA. However, if the supply current drops below 96 mA, it stops charging the battery 108 until the supply is again higher than 96. For various practical reasons, if the distance between the coils increases, the internal secondary coil 109 will receive a current less than the regulated value, and instead of slowly charging the battery 108, it will receive more than 96mA. Suspend charging completely. Those skilled in the art will appreciate that other power management chips can be used and the power management chip is not limited to the PMIC MCP 734432 chip.

IPG102のすべての機能は、特別にこのデバイス用に設計された、携帯遠隔制御装置を使用して、外部から制御される。遠隔制御装置が紛失または損害を受けた場合、遠隔制御装置に加え、追加制御がIPG102を動作することが望ましい。この目的のために、ホール効果ベースのマグネットスイッチは、マグネットの外部片を使用して、IPG102をオンまたはオフのいずれかにするために組み込まれた。マグネットスイッチは、オンまたはオフにするための、IPG102用の主幹制御として機能する。十分な強度のS極は、出力をオンにし、十分な強度のN極は、出力をオフにする。マグネットがその周辺から取り除かれた後でさえ、スイッチがその状態を保持し続けるように、出力はラッチされる。   All functions of the IPG 102 are externally controlled using a portable remote control specially designed for this device. If the remote control device is lost or damaged, it is desirable for additional controls to operate the IPG 102 in addition to the remote control device. For this purpose, a Hall effect based magnet switch was incorporated to either turn the IPG 102 on or off using an external piece of magnet. The magnet switch functions as a main control for the IPG 102 for turning on or off. A sufficiently strong south pole turns on the output and a sufficiently strong north pole turns off the output. The output is latched so that the switch continues to hold its state even after the magnet has been removed from its surroundings.

IPG102は、脊髄を刺激する電気信号を生成する、アクティブ医療用インプラントである。信号は、IPG102に直接的に差し込む、刺激導線140を通して伝えられる。IPG102は、誘導コイル109を通して無線で再充電し、刺激パラメータを変更するために、RF無線アンテナ110を介して通信する。IPG102は、表皮下の3cmまで埋め込まれ、エポキシ樹脂ヘッダ114の穴を通して2つの縫合糸を通すことによって、筋膜に固定させることができる。導線140は、導線接触システム116、つまり、内部接触シリコンシールを有する円筒状スプリングベースの接触システムを通して、IPG102に電気接続される。導線140は、係止ハウジング118内で作動させる、止めネジ117でIPG102に固定される。導線140の固定接触子上の止めネジ圧縮は、使い捨て可能なトルクレンチによって統制されることができる。無線再充電は、充電器上の外部誘導コイルをIPG102内の内部誘導コイル109と整列させることによって達成される。遠隔のドングル200内のRFアンテナは、IPG102のエポキシ樹脂ヘッダ114におけるRFアンテナ110と通信する。図2は、IPG102アセンブリの分解立体図を示す。   The IPG 102 is an active medical implant that generates electrical signals that stimulate the spinal cord. The signal is conveyed through a stimulation lead 140 that plugs directly into the IPG 102. The IPG 102 communicates via the RF wireless antenna 110 to recharge wirelessly through the induction coil 109 and change the stimulation parameters. The IPG 102 can be fixed to the fascia by being embedded up to 3 cm below the epidermis and passing two sutures through the holes in the epoxy header 114. Lead 140 is electrically connected to IPG 102 through lead contact system 116, a cylindrical spring-based contact system with an internal contact silicone seal. Conductor 140 is secured to IPG 102 with a set screw 117 that operates within locking housing 118. Set screw compression on the stationary contact of lead 140 can be governed by a disposable torque wrench. Wireless recharging is accomplished by aligning the external induction coil on the charger with the internal induction coil 109 in the IPG 102. The RF antenna in the remote dongle 200 communicates with the RF antenna 110 in the epoxy resin header 114 of the IPG 102. FIG. 2 shows an exploded view of the IPG 102 assembly.

IPG102は、バッテリ108、回路網104、106、及び充電コイル109を収容する、密封チタン(6Al−4V)筐体120のアセンブリである。IPG102は、導線接触アセンブリ116、係止ハウジング118、及びRFアンテナ110を収容する(図6及び7を参照)、エポキシ樹脂ヘッダ114(図6を参照)をさらに含む。内部電子装置は、図3に示されるように、密閉フィードスルー122を通して、エポキシ樹脂ヘッド内の構成要素に接続される。フィードスルー122は、アルミナ窓及び金覆輪を有するチタン(6Al−4V)フランジである。アルミナ窓内には、回路基板への直接ソルダと内部的にインタフェースで接続し、アンテナ110及び導線接触子126へのレーザ溶接された一連の白金イリジウムワイヤと外部的にインタフェースで接続する、34個の白金イリジウム(90−10)ピンがある。IPG102は、8個の接触子126の4つの列に配列される、32個の電気接触子126とインタフェースで接続する。フィードスルー122のピン124の32個は、接触子126とインタフェースで整合するが、2個は、その1つが接地面へ、もう1つがアンテナ110給電部への、アンテナ110とインタフェースで整合する。   The IPG 102 is an assembly of a sealed titanium (6Al-4V) housing 120 that houses a battery 108, circuitry 104, 106, and a charging coil 109. The IPG 102 further includes an epoxy resin header 114 (see FIG. 6) that houses the lead contact assembly 116, the locking housing 118, and the RF antenna 110 (see FIGS. 6 and 7). The internal electronics are connected to components in the epoxy resin head through hermetic feedthrough 122, as shown in FIG. The feedthrough 122 is a titanium (6Al-4V) flange having an alumina window and a gold ring. Within the alumina window, 34 interfaces internally with direct solder to the circuit board, and externally interfaces with a series of laser welded platinum iridium wires to the antenna 110 and conductor contact 126. Platinum iridium (90-10) pins. The IPG 102 interfaces with 32 electrical contacts 126 arranged in four rows of 8 contacts 126. Thirty-two of the pins 124 of the feedthrough 122 are interfaced with the contact 126, while two are interfaced with the antenna 110, one to the ground plane and the other to the antenna 110 feed.

図4及び5は、それぞれ導線接触システム115及びアセンブリ116を描写する。導線接触子126は、白金イリジウム90−10スプリング129を有するMP35Nハウジング128からなる。それぞれの接触子126は、シリコンシール127によって分離される。8個の接触子126のそれぞれのスタックの近位端において、導線140用の止め具として機能する、チタン(6Al−4V)キャップ125がある。遠位端において、導線固定用のチタン(6Al−4V)止めネジ119及びブロック118がある。導線入口ポイントにおいて、導線140がヘッドユニット114を出るにつれて、歪み緩和をもたらす、シリコンチューブ123があり、止めネジ119の上に、小さな内部管を有する別のシリコンチューブ131はトルクレンチが入ることを可能にするが、止めネジ119が後退することを可能にしない。接触子126及びアンテナ110に加えて、ヘッダ114も、蛍光透視下でデバイスの同定を可能にする、放射線不透過性チタン(6Al−4V)タグ132を含む。ヘッダ114のオーバーモールドは、Epotek301であり、2つの部分の、生体適合性エポキシである。図4、5、6、及び7は、それぞれ、導線接触システム115、導線接触アセンブリ116、ヘッドユニットアセンブリ114、及びRFアンテナ110の図を描写する。   4 and 5 depict the lead contact system 115 and assembly 116, respectively. Conductor contact 126 consists of MP35N housing 128 with platinum iridium 90-10 spring 129. Each contact 126 is separated by a silicon seal 127. At the proximal end of each stack of eight contacts 126 is a titanium (6Al-4V) cap 125 that serves as a stop for the lead 140. At the distal end, there is a titanium (6Al-4V) set screw 119 and a block 118 for securing the lead. At the lead entry point, there is a silicone tube 123 that provides strain relief as the lead 140 exits the head unit 114, and over the set screw 119, another silicone tube 131 with a small inner tube allows a torque wrench to enter. Allows but does not allow the set screw 119 to retract. In addition to contact 126 and antenna 110, header 114 also includes a radiopaque titanium (6Al-4V) tag 132 that allows for identification of the device under fluoroscopy. The overmold of the header 114 is Epotek 301, a two part, biocompatible epoxy. 4, 5, 6, and 7 depict views of lead contact system 115, lead contact assembly 116, head unit assembly 114, and RF antenna 110, respectively.

チタン(6Al−4V)容器120の内部は、回路基板105、バッテリ108、充電コイル109、及び内部プラスチック支持フレームである。回路基板105は、銅トレース及びソルダマスク被覆を有する、多層FR−4板であることができる。板の非ソルダマスク領域は、無電解ニッケル浸漬金であることができる。埋込型バッテリ108、すべての面実装構成要素、ASIC106、マイクロコントローラ104、充電コイル109、及びフィードスルー122は、回路基板105にはんだ付けされよう。ポリカーボネートまたはABSのいずれかからなる、プラスチックフレームは、バッテリ108の位置を維持し、移動を防止するために、回路網105と容器120との間で滑り嵌めを提供するであろう。充電コイル109は、巻き被覆銅である。   Inside the titanium (6Al-4V) container 120 are a circuit board 105, a battery 108, a charging coil 109, and an internal plastic support frame. The circuit board 105 can be a multilayer FR-4 board with copper traces and solder mask coating. The non-solder mask area of the plate can be electroless nickel immersion gold. The embedded battery 108, all surface mount components, ASIC 106, microcontroller 104, charging coil 109, and feedthrough 122 will be soldered to the circuit board 105. A plastic frame made of either polycarbonate or ABS will provide a sliding fit between the network 105 and the container 120 to maintain the position of the battery 108 and prevent movement. The charging coil 109 is a wound coated copper.

導線
図8に描写されるように、経皮的刺激導線140は、埋込型SCS100と併せて使用されるための、完全埋込型の電気医療付属装置である。導線の主要機能は、IPG102から脊髄上の目標とする刺激領域へ、電気信号を伝達することである。経皮的刺激導線140は、周縁刺激を提供する。経皮的刺激導線140は、IPG102と刺激領域との間で、強固で、柔軟で、かつ生体適合性の電気接続を提供する。導線140は、くも膜下穿刺針または硬膜外針を通して外科的に埋め込まれ、導線140の中央を貫通する、進行探り針を使用して、脊柱管を通して駆動される。導線140は、組織を貫通し、導線140の本体の周りに結び付けられた、アンカーまたは縫合糸のいずれかを使用して、患者に機械的に固定される。導線140は、半径方向圧力を近位接触子の遠位端上のブランク接触子に適用する、IPG102上の止めネジ119で、近位端に固定される。
Conductor As depicted in FIG. 8, the percutaneous stimulation lead 140 is a fully implantable electromedical accessory device for use with the implantable SCS 100. The primary function of the lead is to transmit electrical signals from the IPG 102 to the targeted stimulation area on the spinal cord. Percutaneous stimulation lead 140 provides peripheral stimulation. The percutaneous stimulation lead 140 provides a strong, flexible, and biocompatible electrical connection between the IPG 102 and the stimulation region. The lead 140 is surgically implanted through a subarachnoid puncture needle or epidural needle and is driven through the spinal canal using a progressive probe that penetrates the center of the lead 140. The lead 140 is mechanically secured to the patient using either anchors or sutures that penetrate tissue and are tied around the body of the lead 140. The lead 140 is secured to the proximal end with a set screw 119 on the IPG 102 that applies radial pressure to the blank contact on the distal end of the proximal contact.

経皮的刺激導線140は、埋込型材料の組合せからなる。遠位端における刺激電極130及び近位端における電気接触子は、90−10の白金イリジウム合金からできている。この合金は、その生物的適合性及び電気伝導率のために利用される。電極130は、幾何学的に円筒状である。導線140の重合体は、組織を貫通しながら摩擦を低減させるために、その生物的適合性、柔軟性、及び高潤滑性のために選ばれた、ポリウレタンである。ポリウレタン管材料は、1つの中央腔142及び8つの外部腔144を備える、多管腔横断面を有する。中央腔142は、埋め込み中に進行探り針を含むための管として機能するが、外部腔144は、近位接触子から遠位電極130に刺激を伝達する、ワイヤ146間で電気的かつ機械的な分離をもたらす。これらのワイヤ146は、28%の銀のコアを有するMP35N糸の束である。ワイヤ146は、付加的な非導電性バリアを提供するために、エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE:Ethylene TetraFluoroEthylene)で個別に被覆される。ワイヤ146は、接触子及び電極130にレーザ溶接され、近位端と遠位端上とのそれぞれの接触子の間で電気接続を作り出す。導線140は、進行探り針が導線140の遠位先端の穴を開けるのを防止するために、中央腔142の遠位先端の中に成形された、白金イリジウムプラグ148を採用する。導線140は、様々な、4個及び8個の電極130の構成において利用可能である。これらの導線140は、それぞれ4個及び8個の近位接触子(+1個の固定接触子)を有する。構成は、電極130の数、電極130の間隔、電極130の全長、及び全導線140の全長によって異なる。   Percutaneous stimulation lead 140 is comprised of a combination of implantable materials. The stimulation electrode 130 at the distal end and the electrical contact at the proximal end are made of 90-10 platinum iridium alloy. This alloy is utilized for its biocompatibility and electrical conductivity. The electrode 130 is geometrically cylindrical. The polymer of the lead 140 is a polyurethane, chosen for its biocompatibility, flexibility, and high lubricity to reduce friction while penetrating tissue. The polyurethane tubing has a multi-lumen cross section with one central lumen 142 and eight external lumens 144. The central cavity 142 functions as a tube for containing the progressive probe during implantation, while the external cavity 144 is electrically and mechanically between the wires 146 that transmits stimulation from the proximal contact to the distal electrode 130. Bring about separation. These wires 146 are bundles of MP35N yarn with a 28% silver core. The wires 146 are individually coated with ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) to provide an additional non-conductive barrier. Wire 146 is laser welded to contact and electrode 130 to create an electrical connection between the respective contacts on the proximal and distal ends. The lead 140 employs a platinum iridium plug 148 molded into the distal tip of the central cavity 142 to prevent the advancing probe from puncturing the distal tip of the lead 140. Conductor 140 is available in a variety of four and eight electrode 130 configurations. These leads 140 have 4 and 8 proximal contacts (+1 fixed contact), respectively. The configuration depends on the number of electrodes 130, the distance between the electrodes 130, the total length of the electrodes 130, and the total length of all the conductive wires 140.

図9に描写されるように、パドル刺激導線141は、埋込型SCS100と併せて使用されるための、完全埋込型の電気医療付属装置である。パドル導線141の主要機能は、IPG102から脊髄上の目標とする刺激領域へ、電気信号を伝達することである。パドル導線141は、電極130の2次元配列を渡って一方向刺激を提供し、刺激ゾーンをターゲットにする際により高い精度を可能にする。パドル刺激導線141は、IPG102と刺激領域との間で、強固で、柔軟で、かつ生体適合性の電気接続を提供する。導線141は、通常は椎弓切開または椎弓切除と併せて、小切開部を通して外科的に埋め込まれ、鉗子または小外科用具を使用して位置付けられる。導線141は、組織を貫通し、導線141の本体の周りに結び付けられた、アンカーまたは縫合糸のいずれかを使用して、患者に機械的に固定される。導線141は、半径方向圧力を近位接触子の遠位端上の固定接触子に適用する、IPG102上の止めネジで、近位端に固定される。   As depicted in FIG. 9, paddle stimulation lead 141 is a fully implantable electromedical accessory device for use with implantable SCS 100. The main function of the paddle lead 141 is to transmit electrical signals from the IPG 102 to the targeted stimulation area on the spinal cord. The paddle lead 141 provides unidirectional stimulation across the two-dimensional array of electrodes 130 and allows greater accuracy when targeting the stimulation zone. The paddle stimulation lead 141 provides a strong, flexible, and biocompatible electrical connection between the IPG 102 and the stimulation region. The lead 141 is surgically implanted through a small incision, usually in conjunction with a laminectomy or laminectomy, and positioned using forceps or a small surgical tool. Lead 141 is mechanically secured to the patient using either anchors or sutures that penetrate tissue and are tied around the body of lead 141. The lead 141 is secured to the proximal end with a set screw on the IPG 102 that applies radial pressure to the stationary contact on the distal end of the proximal contact.

パドル刺激導線141は、埋込型材料の組合せからなる。遠位端における刺激電極130及び近位端における電気接触子は、その生物的適合性及び電気伝導率のために利用される、90−10の白金イリジウム合金からできている。導線141の重合体は、組織を貫通しながら摩擦を低減させるために、その生物的適合性、柔軟性、及び高潤滑性のために選ばれた、ポリウレタンである。ポリウレタン管材料は、1つの中央腔142及び8つの外部腔144を備える、多管腔横断面を有する。中央腔142は、埋め込み中に進行探り針を含むための管として機能するが、外部腔144は、近位接触子から遠位電極130に刺激を伝達する、ワイヤ146間で電気的かつ機械的な分離をもたらす。これらのワイヤ146は、28%の銀のコアを有するMP35N糸の束である。ワイヤ146は、付加的な非導電性バリアを提供するために、エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE:Ethylene TetraFluoroEthylene)で個別に被覆される。パドル導線141の遠位先端において、平坦なシリコン体149に成形された平坦な長方形電極130の2次元配列がある。実施形態において、長方形電極130の片面は露出され、一方向刺激を提供する。ワイヤ146は、接触子及び電極130にレーザ溶接され、近位端と遠位端上とのそれぞれの接触子の間で電気接続を作り出す。ワイヤ146の配索を覆うことによって美観を向上させながら、成形体149に安定性を加えるポリエステルメッシュ147も、遠位シリコンパドルに成形される。それぞれのパドル141用に使用される、個々の8−接触導線141の数は、電極130の数によって統制される。8〜32までのパドル141範囲ごとの電極130は、1つの近位導線141端と4つの近位導線141端との間で分かれる。それぞれの近位導線141は、8個の接触子(+1個の固定接触子)を有する。構成は、電極130の数、電極130の間隔、電極の全長、及び全導線の全長によって異なる。   The paddle stimulation lead 141 is made of a combination of implantable materials. The stimulation electrode 130 at the distal end and the electrical contact at the proximal end are made of a 90-10 platinum iridium alloy that is utilized for its biocompatibility and electrical conductivity. The polymer of lead 141 is a polyurethane chosen for its biocompatibility, flexibility, and high lubricity to reduce friction while penetrating tissue. The polyurethane tubing has a multi-lumen cross section with one central lumen 142 and eight external lumens 144. The central cavity 142 functions as a tube for containing the progressive probe during implantation, while the external cavity 144 is electrically and mechanically between the wires 146 that transmits stimulation from the proximal contact to the distal electrode 130. Bring about separation. These wires 146 are bundles of MP35N yarn with a 28% silver core. The wires 146 are individually coated with ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) to provide an additional non-conductive barrier. At the distal tip of the paddle lead 141 there is a two dimensional array of flat rectangular electrodes 130 formed into a flat silicon body 149. In an embodiment, one side of the rectangular electrode 130 is exposed to provide a unidirectional stimulus. Wire 146 is laser welded to contact and electrode 130 to create an electrical connection between the respective contacts on the proximal and distal ends. A polyester mesh 147 that adds stability to the molded body 149 while improving aesthetics by covering the wire 146 routing is also molded into the distal silicon paddle. The number of individual 8-contact conductors 141 used for each paddle 141 is governed by the number of electrodes 130. The electrode 130 for each paddle 141 range from 8 to 32 divides between one proximal lead 141 end and four proximal lead 141 ends. Each proximal lead 141 has 8 contacts (+1 fixed contact). The configuration depends on the number of electrodes 130, the spacing between the electrodes 130, the total length of the electrodes, and the total length of all the conducting wires.

図10に描写されるように、導線拡張部150は、埋込型SCS100及び経皮的導線140またはパドル141導線のいずれかと併せて使用されるための、完全埋込型の電気医療付属装置である。導線拡張部150の主要機能は、IPG102から刺激導線140、141の近位端に電気信号を伝達することによって、導線140、141の全長を増加させることである。これは、提供された導線140、141の長さが不十分である場合、導線140、141の全範囲を拡張する。導線拡張部150は、IPG102と刺激導線140、141の近位端との間で、強固で、柔軟で、かつ生体適合性の電気接続を提供する。拡張部150は、組織を貫通し、拡張部150の本体の周りに結び付けられた、アンカーまたは縫合糸のいずれかを使用して、患者に機械的に固定され得る。拡張部150は、半径方向圧力を拡張部150の近位接触子の遠位端上の固定接触子に適用する、IPG102上の止めネジ119で、近位端に固定される。刺激導線140、141は、半径方向圧力を刺激導線140、141の近位端での固定接触子に適用するために、拡張部150の成形された先端の内部の止めネジ152を使用して、同様の方法で拡張部150に固定される。   As depicted in FIG. 10, the lead extension 150 is a fully implantable electromedical accessory device for use with the implantable SCS 100 and either the percutaneous lead 140 or the paddle 141 lead. is there. The primary function of the lead extension 150 is to increase the overall length of the leads 140, 141 by transmitting electrical signals from the IPG 102 to the proximal ends of the stimulation leads 140, 141. This extends the full range of conductors 140, 141 if the provided conductors 140, 141 are not long enough. Conductor extension 150 provides a strong, flexible, and biocompatible electrical connection between IPG 102 and the proximal end of stimulation leads 140, 141. The extension 150 can be mechanically secured to the patient using either anchors or sutures that penetrate tissue and are tied around the body of the extension 150. The extension 150 is secured to the proximal end with a set screw 119 on the IPG 102 that applies radial pressure to a stationary contact on the distal end of the proximal contact of the extension 150. The stimulation leads 140, 141 use set screws 152 inside the molded tip of the extension 150 to apply radial pressure to the stationary contact at the proximal end of the stimulation leads 140, 141, It is fixed to the expansion unit 150 in the same manner.

導線拡張部150は、埋込型材料の組合せからなる。拡張部150の遠位先端において、それぞれがMP35ハウジング128及び90−10の白金イリジウムスプリングからなる、埋込型電気接触子154の1×8配列がある。シリコンシール127は、ハウジング128のそれぞれを分ける。接触子の近位端において、導線のストップとして機能するチタン(6Al4V)キャップがあり、遠位先端において、チタン(6Al4V)ブロック及び導線固定のための止めネジ152がある。近位端での電気接触子は、その生物的適合性及び電気伝導率のために利用される、90−10の白金イリジウム合金からなる。導線150の重合体156は、組織を貫通しながら摩擦を低減させるために、その生物的適合性、柔軟性、及び高潤滑性のために選ばれた、ポリウレタンである。ポリウレタン管材料158は、1つの中央腔142及び8つの外部腔144を備える、多管腔横断面を有する。中央腔142は、埋め込み中に進行探り針を含むための管として機能するが、外部腔144は、近位接触子から遠位電極に刺激を伝達する、ワイヤ146間で電気的かつ機械的な分離をもたらす。これらのワイヤ146は、28%の銀のコアを有するMP35N糸の束である。ワイヤ146は、付加的な非導電性バリアを提供するために、エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE:Ethylene TetraFluoroEthylene)で個別に被覆される。それぞれの導線拡張部150は、8個の近位円筒状接触子(+1個の固定接触子)を有する。   The conductor extension 150 is made of a combination of embedded materials. At the distal tip of the extension 150, there is a 1 × 8 array of implantable electrical contacts 154, each consisting of an MP35 housing 128 and a 90-10 platinum iridium spring. A silicon seal 127 separates each of the housings 128. At the proximal end of the contact, there is a titanium (6Al4V) cap that serves as a conductor stop, and at the distal tip is a titanium (6Al4V) block and a set screw 152 for securing the conductor. The electrical contact at the proximal end consists of a 90-10 platinum iridium alloy utilized for its biocompatibility and electrical conductivity. The polymer 156 of the lead 150 is a polyurethane selected for its biocompatibility, flexibility, and high lubricity to reduce friction while penetrating tissue. Polyurethane tubing 158 has a multi-lumen cross section with one central lumen 142 and eight external lumens 144. The central cavity 142 functions as a tube for containing the progressive probe during implantation, while the external cavity 144 is electrically and mechanically between the wires 146 that transmits stimulation from the proximal contact to the distal electrode. Bring separation. These wires 146 are bundles of MP35N yarn with a 28% silver core. The wires 146 are individually coated with ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) to provide an additional non-conductive barrier. Each conductor extension 150 has eight proximal cylindrical contacts (+1 fixed contact).

図11に描写されるように、導線スプリッタ160は、SCS100及び通常一組の4−接触経皮的導線140と併せて使用される、完全埋込型の電気医療付属装置である。導線スプリッタ160の主要機能は、8つの接触子の1つの導線140を、一組の4接触導線140に分割することである。スプリッタ160は、IPG102から、2つの4−接触経皮的刺激導線140の近位端に、電気信号を伝達する。これは、利用可能な刺激導線140の数を増やすことによって、外科医がより刺激領域に到達することを可能にする。導線スプリッタ160は、IPG102と刺激導線140の近位端との間で、強固で、柔軟で、かつ生体適合性の電気接続を提供する。スプリッタ160は、組織を貫通し、スプリッタ160の本体の周りに結び付けられた、アンカーまたは縫合糸のいずれかを使用して、患者に機械的に固定され得る。スプリッタ160は、半径方向圧力をスプリッタ160の近位接触子の遠位端上の固定接触子に適用する、IPG102上の止めネジ119で、近位端に固定される。刺激導線140は、半径方向圧力をそれぞれの刺激導線140の近位端での固定接触子に適用するために、スプリッタ160の成形された先端の内部の一組の止めネジを使用して、同様の方法でスプリッタ160に固定される。   As depicted in FIG. 11, the lead splitter 160 is a fully implantable electromedical accessory device used in conjunction with the SCS 100 and usually a set of 4-contact percutaneous leads 140. The main function of the conductor splitter 160 is to divide one conductor 140 of eight contacts into a set of four contact conductors 140. The splitter 160 transmits electrical signals from the IPG 102 to the proximal ends of the two 4-contact percutaneous stimulation leads 140. This allows the surgeon to reach the stimulation area more by increasing the number of stimulation leads 140 available. Conductor splitter 160 provides a strong, flexible and biocompatible electrical connection between IPG 102 and the proximal end of stimulation lead 140. Splitter 160 may be mechanically secured to the patient using either anchors or sutures that penetrate tissue and are tied around the body of splitter 160. The splitter 160 is secured to the proximal end with a set screw 119 on the IPG 102 that applies radial pressure to a stationary contact on the distal end of the proximal contact of the splitter 160. The stimulation leads 140 are similar using a set of set screws inside the shaped tip of the splitter 160 to apply radial pressure to a stationary contact at the proximal end of each stimulation lead 140. It is fixed to the splitter 160 by this method.

導線スプリッタ160は、埋込型材料の組合せからなる。スプリッタ160の遠位先端において、それぞれの接触子162がMP35ハウジング128及び90−10の白金イリジウムスプリングからなる、埋込型電気接触子162の2×4配列がある。シリコンシール127は、ハウジング128のそれぞれを分ける。接触子162のそれぞれの列の近位端において、導線用のストップとして機能する、チタン(6Al4V)キャップがあり、遠位先端において、チタン(6Al4V)ブロック及び導線固定用の止めネジがある。スプリッタ160の近位端における電気接触子は、その生物的適合性及び電気伝導率のために利用される、90−10の白金イリジウム合金からなる。導線160の重合体164は、組織を貫通しながら摩擦を低減させるために、その生物的適合性、柔軟性、及び高潤滑性のために選ばれた、ポリウレタンである。ポリウレタン管材料166は、1つの中央腔142及び8つの外部腔144を備える、多管腔横断面を有する。中央腔142は、埋め込み中に進行探り針を含むための管として機能するが、外部腔144は、近位接触子から遠位電極130に刺激を伝達する、ワイヤ146間で電気的かつ機械的な分離をもたらす。これらのワイヤ146は、28%の銀のコアを有するMP35N糸の束である。ワイヤ146は、付加的な非導電性バリアを提供するために、エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE:Ethylene TetraFluoroEthylene)で個別に被覆される。それぞれの導線スプリッタ160は、8個の近位接触子(+1個の固定接触子)、及び、遠位端における4個の接触子162の2つの列を有する。   Conductor splitter 160 comprises a combination of embedded materials. At the distal tip of splitter 160, there is a 2 × 4 array of implantable electrical contacts 162, each contact 162 consisting of an MP35 housing 128 and a 90-10 platinum iridium spring. A silicon seal 127 separates each of the housings 128. At the proximal end of each row of contacts 162 there is a titanium (6Al4V) cap that serves as a lead stop, and at the distal tip there is a titanium (6Al4V) block and a lead screw set screw. The electrical contact at the proximal end of the splitter 160 consists of a 90-10 platinum iridium alloy that is utilized for its biocompatibility and electrical conductivity. The polymer 164 of the lead 160 is a polyurethane chosen for its biocompatibility, flexibility, and high lubricity to reduce friction while penetrating tissue. Polyurethane tubing 166 has a multi-lumen cross section with one central lumen 142 and eight external lumens 144. The central cavity 142 functions as a tube for containing the progressive probe during implantation, while the external cavity 144 is electrically and mechanically between the wires 146 that transmits stimulation from the proximal contact to the distal electrode 130. Bring about separation. These wires 146 are bundles of MP35N yarn with a 28% silver core. The wires 146 are individually coated with ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) to provide an additional non-conductive barrier. Each conductor splitter 160 has two rows of eight proximal contacts (+1 fixed contacts) and four contacts 162 at the distal end.

アンカー
図12及び13に描写されるように、導線アンカー170は、経皮的刺激導線140及びパドル刺激導線141の両方と併せて使用される、完全埋込型の電気医療付属装置である。導線アンカー170の主要機能は、導線140、141を組織に機械的に固定することによって、導線140、141の遠位先端の移動を防ぐことである。現在、図12に描写される、2タイプのアンカー170、1つのスリーブ171、及び、図13に描写される、係止機構172があり、それぞれはわずかに異なるインタフェースを有する。1つのスリーブタイプのアンカー171に対して、導線140、141は、アンカー171の中央スルーホール174を貫通し、次に、縫合糸は、アンカー171の外側の周りに回され、アンカー171内の導線140、141を固定するように締められる。次に、アンカー171は、筋膜に縫合されることができる。係止アンカー172は、係止目的用の止めネジ176、及び、係止及び係脱用の二方向の使い捨て可能なトルクレンチを使用する。触覚及び可聴フィードバックは、係止及び係脱の両方に提供される。
Anchor As depicted in FIGS. 12 and 13, the lead anchor 170 is a fully implantable electromedical accessory used in conjunction with both the percutaneous stimulation lead 140 and the paddle stimulation lead 141. The primary function of the lead anchor 170 is to prevent movement of the distal tip of the lead 140, 141 by mechanically securing the lead 140, 141 to the tissue. There are currently two types of anchors 170 depicted in FIG. 12, one sleeve 171, and a locking mechanism 172 depicted in FIG. 13, each having a slightly different interface. For one sleeve type anchor 171, the conductors 140, 141 pass through the central through hole 174 of the anchor 171, and then the suture is turned around the outside of the anchor 171 and the conductor in the anchor 171. 140, 141 are fastened to fix. The anchor 171 can then be sutured to the fascia. The locking anchor 172 uses a set screw 176 for locking purposes and a bi-directional disposable torque wrench for locking and disengaging. Tactile and audible feedback is provided for both locking and disengaging.

両アンカー171、172は、埋込型シリコンから成形されることができるが、係止アンカー172は、係止用に内部チタンアセンブリを使用する。3部分機構は、係止止めネジが後退することを防ぐために、ハウジング175、係止止めネジ176、及び閉塞止めネジ177からなる。3つの構成要素のすべては、チタン(6Al4V)であることができる。二方向トルクレンチは、プラスチック本体及びステンレス鋼六角シャフトを有することができる。   Both anchors 171, 172 can be molded from embedded silicon, but the locking anchor 172 uses an internal titanium assembly for locking. The three-part mechanism includes a housing 175, a locking screw 176, and an occlusion locking screw 177 to prevent the locking screw from moving backward. All three components can be titanium (6Al4V). The two-way torque wrench can have a plastic body and a stainless steel hex shaft.

無線ドングル
無線ドングル200は、図14に示されるように、試用発生器107またはIPG102と、スマートフォン/携帯デバイス202またはタブレット204との間で通信することが可能である、スマートフォン/携帯202またはタブレット204へのハードウェア接続である。試用または永久埋め込み段階の間、無線ドングル200は、タブレット204固有の接続ピンを通してタブレット204に接続され、タブレット204上の臨床医プログラマのソフトウェアは、刺激パラメータを制御するのに使用される。臨床医プログラマのソフトウェアからのコマンドは、次にRF信号を使用する無線ドングル200から試用発生器107またはIPG102へ伝達される、無線ドングル200に伝達される。臨床医プログラマ上のパラメータが設定されていると、パラメータは、タブレット204に記憶され、スマートフォン/携帯デバイス202上の患者プログラマのソフトウェアに伝達されることができる。無線ドングル200は、アンテナ、マイクロコントローラ(IPG102及び試用発生器107と同じ仕様を有する)、ならびに、スマートフォン/携帯デバイス202及びタブレット204と接続するピンコネクタからなる。
Wireless dongle The wireless dongle 200 is capable of communicating between a trial generator 107 or IPG 102 and a smartphone / portable device 202 or tablet 204, as shown in FIG. Is a hardware connection to. During the trial or permanent implantation phase, the wireless dongle 200 is connected to the tablet 204 through connection pins specific to the tablet 204, and the clinician programmer's software on the tablet 204 is used to control the stimulation parameters. Commands from the clinician programmer software are communicated to the wireless dongle 200 which is then transmitted from the wireless dongle 200 using the RF signal to the trial generator 107 or IPG 102. Once the parameters on the clinician programmer have been set, the parameters can be stored on the tablet 204 and communicated to the patient programmer's software on the smartphone / portable device 202. The wireless dongle 200 includes an antenna, a microcontroller (having the same specifications as the IPG 102 and the trial generator 107), and a pin connector that connects to the smartphone / portable device 202 and the tablet 204.

充電器
IPG102は、その活動に電力供給する、再充電可能なリチウムイオンバッテリ108を有する。外部誘導型充電器210(図1)は、IPG102内部の付属バッテリ108を無線で再充電する。充電器210は、ハウジングに詰められ、再充電可能バッテリ、ワイヤの一次コイル、及び電子機器を含むプリント回路基板(PCB:Printed Circuit Board)からなる。動作中、充電器210は、磁場を生成し、IPG102の二次コイル109の中に電圧を引き起こす。次に、引き起こされた電圧は、整流され、IPG102内部のバッテリ108を充電するのに使用される。コイル間の結合を最大化するために、内部コイルと外部コイルの両方は、それらを特定の共用周波数で共振させるために、コンデンサと組み合わせられる。誘導子Lとして機能するコイルは、LC共振タンクを形成する。充電器は、共振周波数を中心にして一次コイルにおいて交流を生成するために、E級増幅器トポロジーを使用する。充電器210の特徴は、以下に限定されないが、
●IPG102を無線で充電すること
●30mmの最大深さまで充電すること
●一体型位置合わせセンサは、高電力伝達効率をもたらす、充電器とIPG102との間で位置合わせを示す
●位置合わせセンサは、ユーザに可聴及び可視フィードバックを提供する
●小型かつ携帯型、を含む。
Charger IPG 102 has a rechargeable lithium ion battery 108 that powers its activities. The external induction charger 210 (FIG. 1) recharges the attached battery 108 inside the IPG 102 wirelessly. The charger 210 is packed in a housing and includes a printed circuit board (PCB) including a rechargeable battery, a primary coil of wires, and an electronic device. In operation, the charger 210 generates a magnetic field and causes a voltage in the secondary coil 109 of the IPG 102. The induced voltage is then rectified and used to charge the battery 108 inside the IPG 102. In order to maximize the coupling between the coils, both the inner and outer coils are combined with a capacitor to resonate them at a specific shared frequency. The coil that functions as the inductor L forms an LC resonant tank. The charger uses a class E amplifier topology to generate an alternating current in the primary coil around the resonant frequency. The features of the charger 210 are not limited to the following,
● Charging the IPG 102 wirelessly ● Charging to a maximum depth of 30 mm ● The integrated alignment sensor provides high power transfer efficiency, indicating alignment between the charger and the IPG 102 ● The alignment sensor is Includes small and portable to provide audible and visual feedback to the user.

円筒状リチウムイオンバッテリの保護タイプは、充電器210のバッテリとして使用される。E級電力増幅器トポロジーは、誘導充電器用に、特に埋込型電気医療デバイス用に、多く使用されるタイプの増幅器である。E級電力増幅器の比較的高い理論効率のために、それは、高効率電力伝達が必要であるデバイス用にしばしば使用される。0.1オームの高ワット数抵抗器は、この回路を通して電流を感知するために、直列で使用される。   The cylindrical lithium ion battery protection type is used as a battery for the charger 210. Class E power amplifier topologies are a commonly used type of amplifier for inductive chargers, especially for implantable electromedical devices. Because of the relatively high theoretical efficiency of class E power amplifiers, it is often used for devices that require high efficiency power transfer. A 0.1 ohm high wattage resistor is used in series to sense current through this circuit.

一次コイルL1は、それぞれ44AWGのリッツ線型100/44−100糸の60巻きによって作られる。リッツ線は、表皮効果の問題を解決し、高周波数でそのインピーダンスを低く保つ。このコイルのインダクタンスは、181uHで初期設定されたが、それをフェライト板で裏打ちさせることは、インダクタンスを229.7uHまで増加させる。取り付けられたフェライト板は、生成された磁場をインプラントの方向に向けて集中させる。このような仕組みは、二次コイルがより多くの磁場を受信することを助け、それが高電力を誘起するのを支援する。
スイッチがオンのとき、共振は以下の周波数であり、

スイッチがオフのとき、周波数は次に移り、

連続動作において、共振周波数は以下の範囲であろう。
The primary coil L1 is made of 60 turns of 44 AWG litz linear 100 / 44-100 yarn each. The litz wire solves the skin effect problem and keeps its impedance low at high frequencies. The inductance of this coil was initially set at 181 uH, but lining it with a ferrite plate increases the inductance to 229.7 uH. The attached ferrite plate concentrates the generated magnetic field toward the implant. Such a mechanism helps the secondary coil to receive more magnetic field, which helps to induce high power.
When the switch is on, the resonance is at the following frequency:

When the switch is off, the frequency moves to the next

In continuous operation, the resonant frequency will be in the following range.

オン及びオフの共振周波数を近づけるために、C1の比較的に大きな値は、以下のように簡単な基準によって選ばれることができる。
C1=nC2であり、n=4の値が上の例において使用されたが、ほとんどの場合は、3<n<10である。
In order to approximate the on and off resonant frequencies, a relatively large value of C1 can be chosen by a simple criterion as follows.
C1 = nC2 and a value of n = 4 was used in the above example, but in most cases 3 <n <10.

これらのE級増幅器における電圧は、約300VACまで通常上昇する。選択されたコンデンサは、これらの高電圧に耐え、高電流を持続し、かつ、低い等価直列抵抗(ESR:Effective Series Resistance)をさらに維持することができなければならない。より高いESRは、熱の形式で不必要な電力損失をもたらす。回路は、チョークとして機能する誘導子を通して、バッテリに接続される。チョークは、回路への供給を滑らかにするのを手助けする。NチャネルMOSFETは、このE級電力増幅器においてスイッチとして機能する。低いオン抵抗及び高ドレイン電流Iを有するFETが望ましい。 The voltage in these class E amplifiers typically rises to about 300 VAC. The selected capacitor must be able to withstand these high voltages, sustain high currents, and further maintain a low equivalent series resistance (ESR). Higher ESR results in unnecessary power loss in the form of heat. The circuit is connected to the battery through an inductor that functions as a choke. The choke helps to smooth the supply to the circuit. The N-channel MOSFET functions as a switch in this class E power amplifier. FET having a low on-resistance and high drain current I d is preferable.

要約すれば、回路は、コイル間の距離が29mmで、約2時間45分のうちに、0%から100%までIPG102のバッテリ108を再充電することができる。一次コイル及びE級増幅器は、このタスクを実現するために、0.866AのDC電流を取り出す。回路の効率を向上させるために、フィードバック閉ループ制御は、損失を低減するために実装される。MOSFETがオンに切り替えられる場合、また、ドレイン側の電圧がゼロに近づく場合、損失は最小である。   In summary, the circuit can recharge the battery 108 of the IPG 102 from 0% to 100% in about 2 hours and 45 minutes with a distance between the coils of 29 mm. The primary coil and class E amplifier draw 0.866A of DC current to accomplish this task. In order to improve the efficiency of the circuit, feedback closed loop control is implemented to reduce losses. Loss is minimal when the MOSFET is switched on and when the drain side voltage approaches zero.

コントローラは、出力が基準を満たす場合、演算増幅器から出力を取り出し、確認し、その後、次のサイクルでMOSFETをオンに切り替えるようにドライバをトリガする。コントローラは、ドライバ用に信号を条件付けるために、単安定構成において、遅延タイマー、ORゲート、及び555タイマーを使用することができる。デバイスがオンに切り替えられる場合、回路は、アクティブなフィードバックループがないように、すぐに機能しないであろう。回路が機能し始めると、フィードバックはアクティブになる。アクティブなフィードバックループを提供するために、初期の外部トリガは、システムをジャンプスタートするために適用される。   If the output meets the criteria, the controller retrieves and verifies the output from the operational amplifier and then triggers the driver to turn on the MOSFET in the next cycle. The controller can use a delay timer, an OR gate, and a 555 timer in a monostable configuration to condition the signal for the driver. If the device is switched on, the circuit will not function immediately, so that there is no active feedback loop. When the circuit begins to function, feedback becomes active. In order to provide an active feedback loop, an initial external trigger is applied to jump start the system.

位置合わせセンサ
外部充電器210と内部IPG102との間の電力伝達の効率は、充電器210及びIPG102が正しく位置合わせされているときのみ、最大になるであろう。位置合わせセンサは、外部回路の一部としての正しい位置合わせを確実にするために提供され、射インピーダンスの原理に基づく。外部コイルが内部コイルに近づけられると、両方の回路のインピーダンスが変わる。感知は、反射インピーダンスを測定し、それが閾値を超えているかどうかを検査することに基づく。ビーパーは、患者に可聴フィードバックを与え、LEDは、可視フィードバックを与える。
Alignment Sensor The efficiency of power transfer between the external charger 210 and the internal IPG 102 will be maximized only when the charger 210 and the IPG 102 are correctly aligned. An alignment sensor is provided to ensure correct alignment as part of the external circuit and is based on the principle of firing impedance. When the external coil is brought close to the internal coil, the impedance of both circuits changes. Sensing is based on measuring the reflected impedance and checking if it exceeds a threshold. The beeper provides audible feedback to the patient and the LED provides visual feedback.

回路のインピーダンスが変わると、それを通過する電流も変わる。電流の変化をモニタするのに、一連の回路において、高電力0.1オーム抵抗器が使用され得る。抵抗器に渡る電圧降下が、40倍に増幅され、次に、演算増幅器の電圧比較器を使って、固定閾値と比較される。出力は、タイマーチップに送られ、今度は、タイマーチップが、ユーザにフィードバックを与えるように、ビーパー及びLEDを作動させる。   As the circuit impedance changes, so does the current passing through it. A high power 0.1 ohm resistor can be used in a series of circuits to monitor the change in current. The voltage drop across the resistor is amplified by a factor of 40 and then compared to a fixed threshold using an operational amplifier voltage comparator. The output is sent to the timer chip, which in turn activates the beeper and LED so as to provide feedback to the user.

回路は、約30mmの距離まで、位置合わせを感知することができる。回路における電流変動は、反射インピーダンスのみではなく、より多くの要因に左右され、回路は、回路の他のパラメータにも同様に敏感である。他のパラメータに対する感度を下げるために、1つの選択肢は、すべての他の要因の干渉を排除し、反射インピーダンスセンサの機能性を向上させることであり、それは、回路網用に使用可能な限られたスペース内で実施することが非常に困難である。別の選択肢は、反射インピーダンスを測定するのに、専用のセンサチップを使用することである。   The circuit can sense alignment up to a distance of about 30 mm. Current fluctuations in the circuit depend on many factors, not just the reflected impedance, and the circuit is sensitive to other parameters of the circuit as well. To reduce sensitivity to other parameters, one option is to eliminate the interference of all other factors and improve the functionality of the reflective impedance sensor, which is the limited available for the network. It is very difficult to carry out in a space. Another option is to use a dedicated sensor chip to measure the reflected impedance.

第2の設計は、位置合わせ感知のために、近接検出器または金属検出器用に設計されたセンサを使用する。コイルのHF損失における渦電流の影響によって、金属体を検出するように設計されたチップが、この用途に使用され得る。TDE0160は、このようなチップの例である。   The second design uses sensors designed for proximity detectors or metal detectors for alignment sensing. Tips designed to detect metal bodies due to the effect of eddy currents on the HF loss of the coil can be used for this application. TDE0160 is an example of such a chip.

外部充電器は、75〜80kHzで働くように設計されるが、近接センサは、1MHz用に設計されている。センサ回路は、外部の残りのものと互換性があるように設計され、約30mmの距離から内部IPG102を検出するように微調整される。   The external charger is designed to work at 75-80 kHz, while the proximity sensor is designed for 1 MHz. The sensor circuit is designed to be compatible with the rest of the exterior and is fine tuned to detect the internal IPG 102 from a distance of about 30 mm.

プログラマ
臨床医プログラマは、タブレット204にインストールされるアプリケーションである。臨床医プログラマは、手術室における試用及び永久埋め込み中、試用発生器107またはIPG102に刺激パラメータを設定するのに、臨床医によって使用される。臨床医プログラマは、複数の患者に対する複数の設定を保存することができ、手術室の外側で、刺激パラメータを調整するのに使用され得る。臨床医プログラマは、患者に埋め込まれている試用発生器107またはIPG102が、RF範囲内にあるとき、RF無線ドングル200を通して、刺激パラメータを変えることができる。これに加え、臨床医プログラマは、タブレット204、及びスマートフォン/携帯デバイス202上の患者プログラマの両方が、インターネットにアクセスすると、インターネットを通して、試用発生器107及び/またはIPG102上の刺激パラメータを設定または変更することもできる。
Programmer The clinician programmer is an application installed on the tablet 204. The clinician programmer is used by the clinician to set stimulation parameters on the trial generator 107 or IPG 102 during trial and permanent implantation in the operating room. A clinician programmer can save multiple settings for multiple patients and can be used to adjust stimulation parameters outside the operating room. The clinician programmer can change the stimulation parameters through the RF wireless dongle 200 when the trial generator 107 or IPG 102 implanted in the patient is within the RF range. In addition, the clinician programmer can set or change stimulation parameters on the trial generator 107 and / or IPG 102 via the Internet when both the tablet 204 and the patient programmer on the smartphone / portable device 202 access the Internet. You can also

患者プログラマは、スマートフォン/携帯デバイス202にインストールされるアプリケーションである。患者プログラマは、手術室の外側の試用及び永久埋め込み後、試用発生器107またはIPG102に刺激パラメータを設定するのに、患者によって使用される。臨床医プログラマは、複数の患者に対する複数の設定を保存することができ、臨床医プログラマタブレット204及び患者プログラマスマートフォン/携帯デバイス202が、互いにBluetooth(登録商標)などの無線範囲内にあるとき、無線で患者プログラマに伝達され得る。臨床医プログラマタブレット204及び患者プログラマスマートフォン/携帯デバイス202が、互いに無線範囲外にある場合、データは、両方のデバイス202、204がWi−Fiなどの無線アクセスを有する場合のインターネットを通して伝達され得る。患者プログラマは、患者に埋め込まれている試用発生器107またはIPGがRF範囲内にあるとき、RF無線ドングル200を通して、試用発生器107またはIPG102上の刺激パラメータを変更することができる。   The patient programmer is an application that is installed on the smartphone / portable device 202. The patient programmer is used by the patient to set stimulation parameters in the trial generator 107 or IPG 102 after trial and permanent implantation outside the operating room. The clinician programmer can save multiple settings for multiple patients and when the clinician programmer tablet 204 and the patient programmer smartphone / portable device 202 are within a wireless range such as Bluetooth® with each other, the wireless Can be communicated to the patient programmer. If the clinician programmer tablet 204 and the patient programmer smartphone / portable device 202 are out of radio range of each other, data may be communicated over the internet where both devices 202, 204 have wireless access such as Wi-Fi. The patient programmer can change the stimulation parameters on the trial generator 107 or IPG 102 through the RF wireless dongle 200 when the trial generator 107 or IPG implanted in the patient is within the RF range.

チューヒー針
図15に描写されたようなチューヒー針240は、脊柱管中への導線140配置の際に、抵抗消失針配置用の生理的食塩水充填の注射器、及び経皮の刺激導線140と併せて使用される。チューヒー硬膜外針240は、針240の深さを測るために、抵抗消失技法を使用して、脊柱管中にゆっくり挿入される。適切な深さまで挿入されると、経皮の刺激導線140は、針240を通って、脊椎間中に通される。
The Chewy needle 240 as depicted in FIG. 15 is used in conjunction with a saline-filled syringe for placement of a resistance disappearance needle and a percutaneous stimulation lead 140 during placement of the lead 140 in the spinal canal. Used. The Chuchy epidural needle 240 is slowly inserted into the spinal canal using a resistance loss technique to measure the depth of the needle 240. When inserted to the proper depth, the percutaneous stimulation lead 140 is passed through the needle 240 and between the vertebrae.

硬膜外針240は、ノンコアリングの14Gステンレス鋼くも膜下穿刺針240であり、5インチ(127mm)及び6インチ(152.4)の長さで使用可能となる。針240の遠位先端242は、脊柱管中に刺激導線140を向けるように、わずかに湾曲している。近位端246は、標準ルアーロック接続248である。   The epidural needle 240 is a non-coring 14G stainless steel subarachnoid puncture needle 240 that can be used in lengths of 5 inches (127 mm) and 6 inches (152.4). The distal tip 242 of the needle 240 is slightly curved to direct the stimulation lead 140 into the spinal canal. Proximal end 246 is a standard luer lock connection 248.

探り針
図16に描写されたような探り針250は、剛性及び操作性を加えることによって、所望の刺激ゾーンに経皮の刺激導線140の先端を入れ込むのに使用される。探り針250のワイヤ252は、経皮の導線140の中央腔142を貫通し、導線140の遠位先端において、閉塞プラグで止まる。探り針250の先端は、真っすぐな先端及び湾曲した先端の両方を備えている。小型ハンドル254は、中央腔142内で探り針250を回して、入れ込みを補助するために、探り針250の近位端において使用される。このハンドル254は、着脱自在であり、探り針250がまだ所定位置にある間に、アンカー170が導線140を通り越すことを可能にする。探り針250のワイヤ252は、PTFE被覆のステンレス鋼ワイヤであり、ハンドル254はプラスチックである。
Probe The probe 250 as depicted in FIG. 16 is used to insert the tip of the percutaneous stimulation lead 140 into the desired stimulation zone by adding rigidity and operability. The wire 252 of the probe 250 passes through the central lumen 142 of the percutaneous lead 140 and stops at the distal tip of the lead 140 with an occlusion plug. The tip of the probe 250 has both a straight tip and a curved tip. A small handle 254 is used at the proximal end of the probe 250 to rotate the probe 250 within the central cavity 142 to assist in insertion. This handle 254 is detachable and allows the anchor 170 to pass over the conductor 140 while the probe 250 is still in place. The wire 252 of the probe 250 is a PTFE-coated stainless steel wire, and the handle 254 is plastic.

パッシングエレベータ
図17に描写されたようなパッシングエレベータ260は、脊柱管内の組織を取り除き、外科医が解剖学的構造に対して導線の寸法を調整するのを手助けするために、パドル導線141の配置の前に使用される。パッシングエレベータ260は、脊柱管から障害物を取り除くように柔軟なバドル形状の先端262を備える。柔軟な先端は、外科用ハンドル264に取り付けられている。
Passing Elevator A passing elevator 260 as depicted in FIG. 17 removes tissue in the spinal canal and helps the surgeon adjust the size of the lead relative to the anatomy. Used before. The passing elevator 260 includes a paddle-shaped tip 262 that is flexible to remove obstructions from the spinal canal. The flexible tip is attached to the surgical handle 264.

パッシングエレベータ260は、高潤滑性を有する柔軟な高強度材料で作られた一体型使い捨てプラスチック器具である。柔軟性は、器具が脊柱管の角度に容易に適合するのを可能にし、潤滑性は、器具が組織を容易に貫通するのを可能にする。   The passing elevator 260 is an integral disposable plastic appliance made of a flexible high strength material having high lubricity. Flexibility allows the instrument to easily adapt to the angle of the spinal canal, and lubricity allows the instrument to easily penetrate tissue.

トンネリング器具
図18に描写されたようなトンネリング器具270は、脊柱管中の入口ポイントからIPG埋め込み部位まで、刺激導線140を通すための皮下導管を生成するのに使用される。トンネリング器具270は、近位端274においてリングレットハンドル272を有する長い串形状の器具である。器具270は、器具270が組織を容易に貫通するのを可能にする先細先端278を有するプラスチックシース276によって覆われている。IPG102埋め込みゾーンが脊柱管中の導線140入口ポイントに架橋されると、内側コア275が取り除かれ、シース276が残る。次に、導線140が、IPG102埋め込み部位まで、シース276に貫通され得る。トンネリング器具270は、組織中を進行するのを補助するように曲がっていることが多い。
Tunneling Instrument The tunneling instrument 270 as depicted in FIG. 18 is used to create a subcutaneous conduit for passing the stimulation lead 140 from the entry point in the spinal canal to the IPG implantation site. Tunneling instrument 270 is a long skewer shaped instrument having a ringlet handle 272 at the proximal end 274. Instrument 270 is covered by a plastic sheath 276 having a tapered tip 278 that allows instrument 270 to easily penetrate tissue. When the IPG 102 implantation zone is bridged to the lead 140 entry point in the spinal canal, the inner core 275 is removed and the sheath 276 remains. A lead 140 can then be penetrated through the sheath 276 to the IPG 102 implantation site. Tunneling device 270 is often bent to assist in traveling through tissue.

トンネリング器具270は、フッ化エチレンプロピレン(FEP:Fluorinated Ethylene Propylene)シース276を有する304ステンレス鋼コアで作られている。304ステンレス鋼は、曲がっている間のその強度及び延性により使用され、シース276は、その強度及び延性により使用される。   The tunneling device 270 is made of a 304 stainless steel core having a fluorinated ethylene propylene (FEP) sheath 276. 304 stainless steel is used due to its strength and ductility while bent, and sheath 276 is used due to its strength and ductility.

トルクレンチ
刺激導線140、141の摩擦接触に対する半径方向力を生み出す、内部止めネジ119を締め付け、導線140、141が外れるのを防ぐために、図19に示されたようなトルクレンチ280が、IPG102、導線拡張部150、及び導線スプリッタ160と併せて使用される。トルクレンチ280は、アンカー170を係止、係脱するのにも使用される。トルクレンチ280は、あらゆるSCS100ケースにおいて使用される、小型で使い捨ての医療器具である。トルクレンチ280は、導線140、141がIPG102、拡張部150、またはスプリッタ160に固定されている、あるいは、アンカー170が係止または係脱位置にあるという可聴及び触覚フィードバックを、外科医に与える。
Torque Wrench In order to tighten the internal set screw 119 and create a radial force against the frictional contact of the stimulation leads 140, 141 and prevent the leads 140, 141 from coming off, a torque wrench 280 as shown in FIG. It is used in combination with the conductor extension 150 and the conductor splitter 160. The torque wrench 280 is also used to lock and disengage the anchor 170. Torque wrench 280 is a small, disposable medical instrument used in any SCS100 case. Torque wrench 280 provides the surgeon with audible and tactile feedback that leads 140, 141 are fixed to IPG 102, extension 150, or splitter 160, or anchor 170 is in the locked or disengaged position.

トルクレンチ280は、プラスチック体284で組み立てられた0.9mmステンレス鋼6角軸282である。レンチ280のトルク定格は、主に、アンカー170が係止または係脱されたというフィードバックを与えるように、双方向性である。トルク定格は、過剰に締め付けることなく、刺激導線140、141に対する止めネジ119、152の強固な固定を可能にする。   The torque wrench 280 is a 0.9 mm stainless steel hexagonal shaft 282 assembled with a plastic body 284. The torque rating of the wrench 280 is bi-directional, primarily to provide feedback that the anchor 170 has been locked or disengaged. The torque rating allows for a firm fixation of the set screws 119, 152 to the stimulation leads 140, 141 without overtightening.

試用パッチ
脊柱管における刺激導線140、141の入口ポイントの清潔な人間工学的保護カバーを提供するのに、試用パッチが、試用中のパルス発生器107と併せて使用される。パッチは、試用発生器107を覆い、含むことも意図される。パッチは、試用段階中、手術後に患者に施される大型の接着性包帯である。パッチは、導線140、141、及び発生器107を完全に覆い、抗菌性接着剤で患者に定着する。
Trial patch Trial patches are used in conjunction with the pulse generator 107 under trial to provide a clean ergonomic protective cover at the entry point of the stimulation leads 140, 141 in the spinal canal. The patch also covers and includes the trial generator 107. The patch is a large adhesive bandage that is applied to the patient after surgery during the trial phase. The patch completely covers the wires 140, 141 and the generator 107 and is anchored to the patient with an antimicrobial adhesive.

パッチは、水密の150mm×250mm抗菌接着性パッチである。水密パッチは、患者が、試用段階中にシャワーを浴びるのを可能にし、抗菌接着剤は、感染の危険を下げる。パッチは、ポリエチレン、シリコン、ウレタン、アクリレート、及びレーヨンで作られる。   The patch is a watertight 150 mm × 250 mm antibacterial adhesive patch. The watertight patch allows the patient to take a shower during the trial phase and the antibacterial adhesive reduces the risk of infection. The patch is made of polyethylene, silicone, urethane, acrylate, and rayon.

磁気スイッチ
磁気スイッチは、IPG102の近くに置かれると、IPG102をオンかまたはオフに切り替えることができる硬貨の大きさの磁石である。磁石がIPG102に向いている方向は、磁気スイッチが、IPGをオンに切り替えるかまたはオフに切り替えるかを決定する。
Magnetic Switch A magnetic switch is a coin-sized magnet that, when placed near the IPG 102, can switch the IPG 102 on or off. The direction in which the magnet faces the IPG 102 determines whether the magnetic switch switches the IPG on or off.

図20に示されたように、埋め込み型パルス発生器(IPG)102は、RFトランシーバモジュール103、マイクロコントローラ104などのプロセッサ、及びASIC106などのプログラム可能な信号発生器を含む。トランシーバモジュール103は、マイクロコントローラ104と外部リモコン(例えば、スマートフォン/携帯202またはタブレット204のいずれかに接続されたドングル200)との間の無線通信を管理する。   As shown in FIG. 20, the implantable pulse generator (IPG) 102 includes an RF transceiver module 103, a processor such as the microcontroller 104, and a programmable signal generator such as the ASIC 106. The transceiver module 103 manages wireless communication between the microcontroller 104 and an external remote control (eg, a dongle 200 connected to either the smartphone / mobile 202 or tablet 204).

図20に示された実施形態において、マイクロコントローラ104のフラッシュメモリ13に記憶されている処置制御モジュール14は、バッテリ108を充電する、独立動作の充電器(図示せず)を除き、IPG102のあらゆる構成要素及び回路の動作を中心に制御するように、マイクロコントローラによって実行される。具体的には、処置制御モジュール14は、数ある機能の中でも、RFトランシーバモジュール103及び信号発生器106のプログラミングを扱う。マイクロコントローラ104、RFトランシーバモジュール103、及び信号発生器106の間の通信は、シリアルペリフェラルインターフェース(SPI:Serial Peripheral Interface)バスなどのバス16に渡って行われる。   In the embodiment shown in FIG. 20, the treatment control module 14 stored in the flash memory 13 of the microcontroller 104 has any of the IPGs 102 except for a stand-alone charger (not shown) that charges the battery 108. It is executed by the microcontroller to control the operation of the components and circuits. Specifically, the treatment control module 14 handles the programming of the RF transceiver module 103 and the signal generator 106, among other functions. Communication between the microcontroller 104, the RF transceiver module 103, and the signal generator 106 is performed over a bus 16, such as a serial peripheral interface (SPI) bus.

1つの代表的なマイクロコントローラ104は、非常に少ない電力使用、大量のメモリ、一体型周辺機器、及び小さな物理的サイズを有することから、テキサス州ダラスのテキサス・インスツルメンツからのMSP430F5328であり得る。   One exemplary microcontroller 104 may be the MSP430F5328 from Texas Instruments, Dallas, Texas, because it has very low power usage, large amounts of memory, integrated peripherals, and small physical size.

図21により詳細に示されたように、信号発生器106は、すべてが互いに結合されている、メモリ(制御レジスタ18)、タイミング発生器20、調停部回路22、高周波発生器24、及び電極ドライバ26を含む。図21におけるすべての構成要素は、レジスタバス28を通して、制御レジスタ18に記憶されている信号パラメータにアクセスし、それを備えている。   As shown in more detail in FIG. 21, the signal generator 106 includes a memory (control register 18), a timing generator 20, an arbitration circuit 22, a high frequency generator 24, and an electrode driver, all coupled together. 26. All of the components in FIG. 21 access and provide signal parameters stored in the control register 18 through the register bus 28.

IPG102の多くの新規の特徴のうちの1つは、信号発生器106内の制御レジスタ18が、マイクロコントローラ104とは無関係に、電極E1〜E32を駆動するのに必要である信号パラメータのすべてを記憶するのに十分なメモリを有することである。結果として、マイクロコントローラ104が、制御レジスタ18においてパルスパラメータのすべてをプログラムし、かつ処置制御モジュール14が、信号発生器に、刺激対応ピンSTIM−EMをロジックハイに設定することによって、刺激信号を生成するよう命令した時点で、マイクロコントローラ104は待機モードに置かれ得る。マイクロコントローラがMSP430F5328である、示された実施形態では、処置制御モジュール14は、マイクロコントローラをLPM3待機モードに置く。LPM3モードでは、マイクロコントローラ104の命令実行ユニットを駆動するマスタクロック(主クロック)が停止され、基本的に、バッテリ電力を節約するために、マイクロコントローラを停止する。   One of the many new features of the IPG 102 is that the control register 18 in the signal generator 106 has all of the signal parameters required to drive the electrodes E1-E32, independent of the microcontroller 104. Having enough memory to store. As a result, the microcontroller 104 programs all of the pulse parameters in the control register 18 and the treatment control module 14 sets the stimulus signal to the signal generator by setting the stimulus enabled pin STIM-EM to logic high. When instructed to generate, the microcontroller 104 may be placed in a standby mode. In the illustrated embodiment where the microcontroller is MSP430F5328, the treatment control module 14 places the microcontroller in LPM3 standby mode. In the LPM3 mode, the master clock (main clock) that drives the instruction execution unit of the microcontroller 104 is stopped, and basically the microcontroller is stopped to save battery power.

マイクロコントローラは、それが遠隔制御デバイスから適切な命令を受信すると、トランシーバモジュール103によって送信され得る、割り込み信号IRQによって、待機モードから起動され得る。   The microcontroller can be activated from standby mode by an interrupt signal IRQ that can be transmitted by the transceiver module 103 when it receives the appropriate instructions from the remote control device.

先に述べられたように、IPG102では、電極E1〜E32は、刺激セット(刺激チャネル)にグループ化され得る。各刺激チャネルは、関連の電極に印加される1つの特定の刺激信号/パターンに相当する。示された実施形態において、IPG102は、最高16個のチャネル(ch1〜ch16)を収容することができる。各電極は、最大個数のチャネルまで、1つ以上のチャネルに属することができ、各チャネルは、最大32個の電極まで、少なくとも2個の電極に関連付けられ得る。したがって、1つの電極は、16個の電極すべてに属することができる。   As previously mentioned, in IPG 102, electrodes E1-E32 may be grouped into stimulation sets (stimulation channels). Each stimulation channel corresponds to one specific stimulation signal / pattern applied to the associated electrode. In the illustrated embodiment, the IPG 102 can accommodate up to 16 channels (ch1-ch16). Each electrode can belong to one or more channels, up to a maximum number of channels, and each channel can be associated with at least two electrodes, up to a maximum of 32 electrodes. Thus, one electrode can belong to all 16 electrodes.

例えば、図25に示されたように、チャネル1は、電極E1及びE2を含み、チャネル2は、E2及びE3を含むが、チャネル3は、E2〜E4及びE6〜E8を含む。したがって、電極E2は、チャネル1、2、及び3に属し、電極E3は、チャネル2及び3に属するが、電極E4及びE5〜E8は、チャネル3にのみに属し、電極E1は、チャネル1のみに属する。図25では、電極E5は使用されず、したがって、いずれのチャネルにも属さない。電極を特定の刺激チャネルに関連付けるデータが、制御レジスタ18に記憶される。   For example, as shown in FIG. 25, channel 1 includes electrodes E1 and E2, channel 2 includes E2 and E3, while channel 3 includes E2-E4 and E6-E8. Therefore, the electrode E2 belongs to channels 1, 2, and 3, and the electrode E3 belongs to channels 2 and 3, whereas the electrodes E4 and E5 to E8 belong only to channel 3, and the electrode E1 only belongs to channel 1. Belonging to. In FIG. 25, electrode E5 is not used and therefore does not belong to any channel. Data relating the electrodes to a particular stimulation channel is stored in the control register 18.

後に本明細書において、さらに十分に述べられるように、各チャネルに対し、IPG102は、刺激チャネルのすべてに対する、二相性パルス(例えば、図26を参照)の第1の相パルス(パルス1)及び第2の相パルス(パルス2)両方の振幅、周波数及び持続時間をプログラミングすることができる。図26に見られるように、アクティブチャネル(ch_act)のパルス1及びパルス2を含む二相性パルスの波形は、組み合わされて、E1やE2などのアクティブチャネルに属する電極に印加される信号パルスパターンになる。図26は、パルス幅及び振幅のバラツキを示す。見て分かるように、パルス1の幅は、パルス2の幅より広いが、パルススケーラ38によって拡大縮小されたようなパルス1(例えば、E1の正のパルスを参照)についての振幅は、パルス2(例えば、E1の負のパルスを参照)の振幅よりも低い。   As will be described more fully later herein, for each channel, the IPG 102 has a first phase pulse (pulse 1) of biphasic pulses (see, eg, FIG. 26) for all of the stimulation channels and The amplitude, frequency and duration of both second phase pulses (pulse 2) can be programmed. As seen in FIG. 26, the waveforms of the biphasic pulses including pulse 1 and pulse 2 of the active channel (ch_act) are combined into a signal pulse pattern applied to electrodes belonging to the active channel such as E1 and E2. Become. FIG. 26 shows variations in pulse width and amplitude. As can be seen, the width of pulse 1 is wider than that of pulse 2, but the amplitude for pulse 1 as scaled by pulse scaler 38 (see, for example, the positive pulse of E1) is pulse 2 (See, for example, the negative pulse at E1).

パルス1用のパルスパラメータは、痛みに対処する際の最大限の柔軟性に対して、パルス2用のパラメータとは無関係である例として、また図25を参照して、電極E1とE2との間の電流路(チャネル1)が、左脚への神経路に影響を及ぼす一方、電極E2とE3との間の電流路(チャネル2)が、右脚への神経路に影響を及ぼすと仮定する。患者が、左脚よりも右脚により痛みを訴える場合、IPG102をプログラミングする医者は、チャネル1への電極E1及びE2を、100Hzの周波数を有する刺激パルスパターンに関連付け得、チャネル2への電極E2及びE3を、1000Hzの周波数、及びチャネル1より高い電流振幅を有するパルスパターンに関連付け得る。このようにして、より小さな電流が、左脚用のチャネル1に印加され、より大きな電流が右脚用のチャネル2に印加される。IPG102の柔軟性は、ちょうどよい量の電流を、患者のそれぞれの患部に与えるのが有利である。   As an example that the pulse parameters for pulse 1 are independent of the parameters for pulse 2 for maximum flexibility in dealing with pain, and with reference to FIG. 25, the electrodes E1 and E2 The current path between (channel 1) affects the nerve path to the left leg, while the current path between electrodes E2 and E3 (channel 2) affects the nerve path to the right leg To do. If the patient complains of pain with the right leg rather than the left leg, the physician programming IPG 102 may associate electrodes E1 and E2 to channel 1 with a stimulation pulse pattern having a frequency of 100 Hz and electrode E2 to channel 2 And E3 may be associated with a pulse pattern having a frequency of 1000 Hz and a higher current amplitude than channel 1. In this way, a smaller current is applied to the left leg channel 1 and a larger current is applied to the right leg channel 2. The flexibility of the IPG 102 advantageously provides the right amount of current to each affected area of the patient.

制御レジスタ18は、SPIバス16及びレジスタバス28によってアクセスされ得る、標準読み取り/書き込みレジスタ18を含む。制御レジスタ18は、それぞれが一意のアドレスを有する、8ビットレジスタ配列として構成される。制御レジスタ18は、信号発生器106が、マイクロコントローラからのいかなる介入も伴わずに、刺激チャネルパターンを生成するのに必要である、すべてのパルスパラメータを記憶するように、マイクロコントローラ104によってプログラムされる。パルスパラメータは、刺激チャネルタイミング設定、電流(パルス振幅)スケーラ設定、較正データ、及び電極群パラメータを含む。   The control register 18 includes a standard read / write register 18 that can be accessed by the SPI bus 16 and the register bus 28. The control register 18 is configured as an 8-bit register array, each having a unique address. The control register 18 is programmed by the microcontroller 104 so that the signal generator 106 stores all the pulse parameters that are necessary to generate the stimulation channel pattern without any intervention from the microcontroller. The Pulse parameters include stimulation channel timing settings, current (pulse amplitude) scaler settings, calibration data, and electrode group parameters.

各チャネルに対し、制御レジスタ18は、チャネル自体の立上り及び立下りエッジ、2つのパルス(パルス1及びパルス2)のそれぞれの立上り及び立下りエッジ、二相性パルスの周期、アクティブチャネル周期(チャネル包絡線)、ならびに両方のパルス(パルス1及びパルス2)に対する電流スケーリング(パルス振幅)値を記憶する。各チャネルに対し、制御レジスタ18は、両方のパルス(パルス1及びパルス2)に対するバースト周期などのバースト周波数データ(本明細書において後で説明されるような)も記憶する。各チャネルに対し、制御レジスタ18は、いずれの電極E1〜E32がそのチャネルに属するかに関するデータも記憶する。各チャネルに対し、またそのチャネル内の各チャネルに対し、制御レジスタ18は、二相性パルス(パルス1及びパルス2)の両方のパルス用のソース/シンクデータ、すなわち、各電極が、パルス1及びパルス2の間、電流をソースすることになるか、または電流をシンクすることになるか、も記憶する。すべてのパラメータは、起点に関連して規定され、マイクロ秒の単位である。   For each channel, the control register 18 has the rising and falling edges of the channel itself, the rising and falling edges of each of the two pulses (pulse 1 and pulse 2), the period of the biphasic pulse, the active channel period (channel envelope). Line), and current scaling (pulse amplitude) values for both pulses (pulse 1 and pulse 2). For each channel, control register 18 also stores burst frequency data (as described later herein), such as the burst period for both pulses (pulse 1 and pulse 2). For each channel, the control register 18 also stores data regarding which electrodes E1-E32 belong to that channel. For each channel, and for each channel within that channel, the control register 18 provides source / sink data for both pulses of the biphasic pulse (pulse 1 and pulse 2), ie, each electrode is pulse 1 and It also remembers whether it will source current or sink current during pulse 2. All parameters are defined in relation to the origin and are in microseconds.

タイミング発生器20は、制御レジスタ18に記憶されているパルスタイミングパラメータに基づき、パルス1、パルス2、及び全16個のチャネル用のチャネルパルス「ch」(チャネル包絡線波形)を含む、刺激タイミング信号を生成する。全16個のチャネルが、臨床医によってプログラムされると、タイミング発生器20は、パルス1、パルス2、及び全16個のチャネル用のチャネルパルスデータchを生成する。   The timing generator 20 is based on the pulse timing parameters stored in the control register 18 and includes pulse 1, pulse 2, and channel pulse “ch” (channel envelope waveform) for all 16 channels. Generate a signal. When all 16 channels are programmed by the clinician, the timing generator 20 generates channel 1, pulse 2, and channel pulse data ch for all 16 channels.

例として、図26のパルス1及びパルス2の波形は、特定のチャネルの代表的な二相性パルスに対する、タイミング発生器20からの出力波形を示す。チャネル包絡線データch_actは、各チャネルのアクティブな部の始まり及び終わりとともに、チャネルの2つの隣接する立上りエッジ間の時間として定義され得る、チャネル周期も定義する。パルス1及びパルス2は、二相性パルスの2つの相のそれぞれの始まり及び終わりを定義する。   As an example, the pulse 1 and pulse 2 waveforms of FIG. 26 show the output waveform from the timing generator 20 for a typical biphasic pulse for a particular channel. The channel envelope data ch_act, along with the beginning and end of the active part of each channel, also defines the channel period, which can be defined as the time between two adjacent rising edges of the channel. Pulse 1 and pulse 2 define the beginning and end of each of the two phases of the biphasic pulse.

IPG102の柔軟性により、複数のチャネルの刺激パターンがプログラムされると、1つより多いチャネルが、いつでもアクティブになる可能性がある。調停部22は、任意のある時点で、ただ1つのチャネルがアクティブであることを確実にすることによって、重複するチャネル(チャネル競合)問題を解決するように設計される。とりわけ、調停部22内の回路は、2つの規則を用いて設計される。第1の規則は、アクティブなチャネルが選択されているとき(すなわち、現在進行中のチャネル)、アクティブになろうとしている他のすべてのチャネルが、抑制され、捨てられることである。第2の規則は、2つ以上のチャネルが、chの同時立上りエッジでまさにアクティブなになろうとしているとき、アクティブなチャネルが所定のチャネル優先度に基づき、決定されるようになることである。   Due to the flexibility of the IPG 102, more than one channel may be active at any time when multiple channel stimulation patterns are programmed. The arbiter 22 is designed to solve the overlapping channel (channel contention) problem by ensuring that only one channel is active at any given time. In particular, the circuit in the arbitration unit 22 is designed using two rules. The first rule is that when an active channel is selected (ie, a channel that is currently in progress), all other channels that are going to become active are suppressed and discarded. The second rule is that when two or more channels are about to become active on the simultaneous rising edges of ch, the active channel will be determined based on a predetermined channel priority. .

示された実施形態において、調停部22は、最小番号のチャネルに優先権が与えられることになり、残りの同時チャネルが捨てられることになるように、プログラムされている。IPG102には16個のチャネル(ch1〜ch16)があることから、チャネル1は、最も高い優先度を有する一方、チャネル16は、最も低い優先度を有する。   In the illustrated embodiment, the arbitrator 22 is programmed so that the lowest numbered channel will be given priority and the remaining simultaneous channels will be discarded. Since IPG 102 has 16 channels (ch1 to ch16), channel 1 has the highest priority while channel 16 has the lowest priority.

調停部22の出力は、アクティブチャネルのパルス1及びパルス2と同じ波形である、パルスタイミング信号p1_act及びp2_actを含む。調停部22は、高周波発生器24による使用のためのアクティブチャネル(例えば、図26に示されたようなch_act)のチャネル包絡線とともに、また本明細書において後で説明されるような、電極ドライバ26によって使用されることになる、アクティブチャネルのチャネル番号(ch_code)も出力する。示された実施形態において、チャネル番号は、アクティブチャネルの番号を特定する、4ビットコードである。例えば、「0001」は、チャネル2を表す一方、「1111」は、チャネル16を表す。   The output of the arbitration unit 22 includes pulse timing signals p1_act and p2_act having the same waveform as that of the active channel pulse 1 and pulse 2. The arbiter 22 is an electrode driver, as well as the channel envelope of the active channel (eg, ch_act as shown in FIG. 26) for use by the high frequency generator 24 and as described later herein. 26 also outputs the channel number (ch_code) of the active channel that will be used by H.26. In the illustrated embodiment, the channel number is a 4-bit code that identifies the number of the active channel. For example, “0001” represents channel 2 while “1111” represents channel 16.

図27は、調停部22によるチャネル調停の例を提供する。図27では、チャネル番号1は、3個の電極E1〜E3を有し、チャネル番号2は、2個の電極E1及びE2を有する。2つのチャネルに対するチャネル周期が異なるので、それらは、時折、重複するようになる。図では、チャネル2がアクティブになろうとしているときに、チャネル1が、アクティブである(ch1_active)。その時点で、調停部は、第1の規則を実行し、チャネル2を抑制し、それがアクティブになるのを防ぐことになる。したがって、チャネル1(アクティブなチャネル)用の電極を駆動する、パルス1/パルス2信号のみが、調停部22によって出力されることになる。パルス1/パルス2信号、及びチャネル2(ch2_active)用のチャネル包絡線信号が、それらが、調停部22によって抑制されていることを示す、点線で示される。   FIG. 27 provides an example of channel arbitration by the arbitration unit 22. In FIG. 27, channel number 1 has three electrodes E1 to E3, and channel number 2 has two electrodes E1 and E2. Since the channel periods for the two channels are different, they will sometimes overlap. In the figure, channel 1 is active (ch1_active) when channel 2 is about to become active. At that point, the arbiter will execute the first rule, suppress channel 2 and prevent it from becoming active. Therefore, only the pulse 1 / pulse 2 signal for driving the electrode for channel 1 (active channel) is output by the arbitration unit 22. The pulse 1 / pulse 2 signal and the channel envelope signal for channel 2 (ch2_active) are indicated by dotted lines indicating that they are suppressed by the arbitration unit 22.

高周波発生器24は、調整部22から、p1_act及びp2_actの波形を受信し、制御レジスタ18に記憶されているパラメータに基づき、受信信号を変調するか否かを決定する。決定が否定である場合、高周波発生器24は、変更されていない受信パルス信号を、電極ドライバ26に渡す。   The high frequency generator 24 receives the waveforms of p1_act and p2_act from the adjustment unit 22, and determines whether to modulate the received signal based on the parameters stored in the control register 18. If the determination is negative, the high frequency generator 24 passes the unchanged received pulse signal to the electrode driver 26.

しかし、決定が肯定の場合、高周波発生器24は、制御レジスタ18の中でプログラムされたバースト周波数に受信信号を変調する。バースト周波数は、受信信号p1_act及びp2_actの周波数より高い。   However, if the decision is affirmative, the high frequency generator 24 modulates the received signal to the burst frequency programmed in the control register 18. The burst frequency is higher than the frequency of the received signals p1_act and p2_act.

電極ドライバ26は、高周波発生器24の出力(p1、p2、及びch_code)を受信し、制御レジスタ18に記憶されているパルス振幅パラメータに従って受信信号を増幅し、電極E1〜E32を通して適用される、各チャネル用の最終刺激パターンを出力する。上述のように、制御レジスタ18に記憶されているバーストパルスパラメータは、正のパルスと負のパルスとが異なる周波数値を有する、非対称のパルス形が、電極ドライバ26によって生成され得るような、パルス1とパルス2とで、別々の周波数値を有する。   The electrode driver 26 receives the output (p1, p2, and ch_code) of the high frequency generator 24, amplifies the received signal according to the pulse amplitude parameter stored in the control register 18, and is applied through the electrodes E1 to E32. Output the final stimulus pattern for each channel. As described above, the burst pulse parameters stored in the control register 18 are such that an asymmetric pulse shape can be generated by the electrode driver 26, with positive and negative pulses having different frequency values. 1 and pulse 2 have different frequency values.

図22は、図21の高周波発生器のより詳細な機能ブロック図である。高周波発生器24は、バースト発生器30及びバーストマルチプレクサ32を含む。   FIG. 22 is a more detailed functional block diagram of the high-frequency generator of FIG. The high frequency generator 24 includes a burst generator 30 and a burst multiplexer 32.

バーストマルチプレクサ32は、全チャネル用の制御レジスタ18に記憶されているバーストパラメータを受信し、アクティブチャネルに関連付けられたバーストパラメータを選択し、選択されたバーストパラメータをバースト発生器30に出力する。具体的には、バースト選択肢用に、各チャネルに対してパルス1/パルス2バーストレジスタ対があり、示された実施形態では、16個の可能なチャネルに対して合計32個のレジスタがある。バーストマルチプレクサ32は、アクティブなチャネル番号に対応する、パルス1/パルス2レジスタ対を選択する、ベクトルMUXである。バーストマルチプレクサ32への選択ライン34は、任意の所与の時点でアクティブなチャネルを特定する、調停部22からのアクティブなチャネル番号(ch_code)である。パルス1/パルス2に対して選択されたバーストパラメータは、バースト発生器30に送信される。   The burst multiplexer 32 receives the burst parameter stored in the control register 18 for all channels, selects the burst parameter associated with the active channel, and outputs the selected burst parameter to the burst generator 30. Specifically, for burst options, there are pulse 1 / pulse 2 burst register pairs for each channel, and in the illustrated embodiment, there are a total of 32 registers for 16 possible channels. The burst multiplexer 32 is a vector MUX that selects the pulse 1 / pulse 2 register pair corresponding to the active channel number. The select line 34 to the burst multiplexer 32 is the active channel number (ch_code) from the arbitration unit 22 that identifies the active channel at any given time. The selected burst parameter for pulse 1 / pulse 2 is transmitted to the burst generator 30.

バースト発生器30内には、パルス1用に1つ、パルス2用に1つの2つの個々のバースト発生器回路がある。アクティブなチャネルに属するパルス1及びパルス2の信号は、調停部22からバースト発生器回路に通される。制御レジスタ18に記憶されているパルス1/パルス2バーストパラメータデータがゼロである(したがって、バースト発生器30への選択されたバーストパラメータもゼロである)場合、バーストは何も起きず、この場合、調停部22からのパルス1/パルス2信号は、変更されずに電極ドライバ26に送信される。制御レジスタ18に記憶されている、パルス1/パルス2バーストレジスタがプログラムされる場合、パルス1/パルス2持続時間は、バーストマルチプレクサ32から選択されたバーストパラメータに基づき、対応するプログラムされたバースト信号に取って代わられることになる(バースト信号に変調されことになる)。   Within burst generator 30 there are two individual burst generator circuits, one for pulse 1 and one for pulse 2. The pulse 1 and pulse 2 signals belonging to the active channel are passed from the arbitration unit 22 to the burst generator circuit. If the pulse 1 / pulse 2 burst parameter data stored in the control register 18 is zero (and therefore the selected burst parameter to the burst generator 30 is also zero), no burst occurs, in this case The pulse 1 / pulse 2 signal from the arbitration unit 22 is transmitted to the electrode driver 26 without being changed. When the pulse 1 / pulse 2 burst register stored in the control register 18 is programmed, the pulse 1 / pulse 2 duration is based on the burst parameter selected from the burst multiplexer 32 and the corresponding programmed burst signal. Will be replaced (it will be modulated into a burst signal).

例として、図27は、チャネル1に対するパルス1が、高周波変調でプログラムされている一方、同チャネルに対するパルス2がプログラムされていないことを示す。具体的には、1つのパルス1のパルスは、5だけ高い周波数のバーストパルスに変調されている(取って代わられている)。したがって、新規の変調パルス1の周波数は、元のパルス1信号の5倍の周波数である。   As an example, FIG. 27 shows that pulse 1 for channel 1 is programmed with high frequency modulation, while pulse 2 for the channel is not programmed. Specifically, one pulse 1 pulse is modulated (replaced) by a burst pulse with a frequency 5 higher. Therefore, the frequency of the new modulation pulse 1 is five times that of the original pulse 1 signal.

図23は、図21の電極ドライバ26のより詳細な機能ブロック図である。電極ドライバ26は、パルス振幅マルチプレクサ36、パルススケーラ38、及び電流ドライバ40を含む。   FIG. 23 is a more detailed functional block diagram of the electrode driver 26 of FIG. The electrode driver 26 includes a pulse amplitude multiplexer 36, a pulse scaler 38, and a current driver 40.

パルス振幅マルチプレクサ36は、全チャネル用の制御レジスタ18に記憶されている振幅パラメータを受信し、アクティブチャネルに関連付けられた振幅パラメータを選択し、選択された振幅パラメータをパルススケーラ38に出力する。   The pulse amplitude multiplexer 36 receives the amplitude parameter stored in the control register 18 for all channels, selects the amplitude parameter associated with the active channel, and outputs the selected amplitude parameter to the pulse scaler 38.

具体的には、パルス振幅データを記憶するために、制御レジスタ18に512バイト(16×32バイト−各チャネルに対して32バイト)が保存される。16個のチャネルのそれぞれは、各バイトが、32個の電極E1〜E32のそれぞれのパルス1及びパルス2についてのパルス振幅情報を表す、32バイトに関連付けられる。パルス1及びパルス2についての振幅情報を記憶するのに、1バイトからの7ビットが使用され、残りのビット(MSB)は、本明細書において後で述べられるような関連の電極におけるパルスの極性を定義する。   Specifically, 512 bytes (16 × 32 bytes—32 bytes for each channel) are stored in the control register 18 to store the pulse amplitude data. Each of the 16 channels is associated with 32 bytes, each byte representing pulse amplitude information for each pulse 1 and pulse 2 of the 32 electrodes E1-E32. 7 bits from 1 byte are used to store the amplitude information for pulse 1 and pulse 2 and the remaining bits (MSB) are the polarity of the pulse at the relevant electrode as described later in this specification. Define

バーストマルチプレクサ32と同様に、パルス振幅マルチプレクサ36は、アクティブチャネル番号に対応するパルス1/パルス2に対する、振幅パラメータの32バイトを選択するベクトルMUXである。振幅マルチプレクサ36への選択ライン34は、任意の所与の時点において、アクティブなチャネルを特定する、調停部22からのアクティブなチャネル番号(ch_code)である。全32個の電極E1〜E32に対する、パルス1/パルス2の選択された振幅パラメータは、パルススケーラ38に送信される。パルススケーラ38は、アクティブなチャネルの全電極に対する振幅倍率を出力する。したがって、パルススケーラ38は、32個の電極E1〜E32に対応する32個の同一のスケーラを含む。示された実施形態において、各スケーラは、デジタル振幅値を、対応するアナログ値I1〜I32に変換する、D/A変換器を含む。   Similar to burst multiplexer 32, pulse amplitude multiplexer 36 is a vector MUX that selects 32 bytes of the amplitude parameter for pulse 1 / pulse 2 corresponding to the active channel number. The select line 34 to the amplitude multiplexer 36 is the active channel number (ch_code) from the arbiter 22 that identifies the active channel at any given time. The selected amplitude parameters of pulse 1 / pulse 2 for all 32 electrodes E1-E32 are transmitted to the pulse scaler 38. The pulse scaler 38 outputs the amplitude magnification for all electrodes of the active channel. Therefore, the pulse scaler 38 includes 32 identical scalers corresponding to the 32 electrodes E1 to E32. In the illustrated embodiment, each scaler includes a D / A converter that converts the digital amplitude values into corresponding analog values I1-I32.

上述のように、信号発生器106は、パルス1とパルス2とに対する振幅が異なり得ることを意味する、非対称のパルス振幅特徴に対応している。振幅スケーリングデータは、制御レジスタ18に記憶される。示された実施形態において、各電極に対し、パルス1及びパルス2用の倍率を明示するのに、パルス1用に2ビット、パルス2用に2ビットの4ビットが使用される。さらに、信号発生器106は、パルス1とパルス2との間の非対称のパルス幅のバラツキに対応することができる。   As mentioned above, the signal generator 106 supports asymmetric pulse amplitude features, which means that the amplitude for pulse 1 and pulse 2 can be different. The amplitude scaling data is stored in the control register 18. In the embodiment shown, 4 bits, 2 bits for pulse 1 and 2 bits for pulse 2, are used to specify the scaling factor for pulse 1 and pulse 2 for each electrode. Further, the signal generator 106 can accommodate asymmetric pulse width variations between pulse 1 and pulse 2.

パルススケーラ38は、パルス1及びパルス2に対して、関連の2ビットで記憶されている関連の倍率によって、振幅パラメータを調整する。示された実施形態において、パルススケーラ38は、対応する2ビット倍率で記憶されている数だけ、選択された振幅パラメータ(振幅マルチプレクサ36からの7ビットのデータ)の内容を、右にシフトすることによって、スケーリング機能を果たす。2ビット数において4つの可能性があることから(0、1、2、または3)、振幅は、1/2、1/4、または1/8に縮小され得る。   The pulse scaler 38 adjusts the amplitude parameter for pulse 1 and pulse 2 by the associated magnification stored in the associated 2 bits. In the illustrated embodiment, the pulse scaler 38 shifts the contents of the selected amplitude parameter (7-bit data from the amplitude multiplexer 36) to the right by the number stored at the corresponding 2-bit magnification. To perform the scaling function. Since there are four possibilities in a 2-bit number (0, 1, 2, or 3), the amplitude can be reduced to 1/2, 1/4, or 1/8.

例えば、アクティブチャネルがチャネル1であると仮定すると、制御レジスタ18におけるチャネル1用の電極E1に対する振幅パラメータは、二進数の「1111111」(十進数の127)である一方、関連の2ビット倍率は、パルス1では二進数の「11」、パルス2では二進数の「01」である。数127は、12.7mAの電流を表す。パルス1では、7ビット振幅内容は、パルス1に対し3ビット(二進数の「11」)、またパルス2に対し1ビット(二進数の「01」)、右にシフトされることになる。したがって、パルススケーラ38は、127の振幅を、パルス1に対し1.5mAの電流、パルス2に対し6.3mAの電流に対応する、パルス1では15(二進数の「1111」)に、パルス2では63(二進数の「111111」)に、縮小することになる。   For example, assuming that the active channel is channel 1, the amplitude parameter for channel 1 electrode E1 in control register 18 is binary "1111111" (decimal 127), while the associated 2-bit magnification is In pulse 1, the binary number is “11”, and in pulse 2, the binary number is “01”. Equation 127 represents a current of 12.7 mA. In pulse 1, the 7-bit amplitude content is shifted to the right by 3 bits (binary "11") for pulse 1 and 1 bit (binary "01") for pulse 2. Therefore, the pulse scaler 38 pulses the amplitude of 127 to 15 (binary “1111”) in pulse 1 corresponding to 1.5 mA current for pulse 1 and 6.3 mA current for pulse 2. 2 is reduced to 63 (binary number “111111”).

示された実施形態において、倍率パラメータは、使用されていないビットのバーストパラメータで記憶され、バーストマルチプレクサ32からパルススケーラ38に渡される。しかし、制御レジスタ18には専用のメモリが割り当てられ得る。刺激プログラミングソフトウェアが、任意の所与の瞬間において、全電極電流の代数和がゼロであり、各電極における1周期当たり電流のdc平均もゼロであることを確実する必要があることに留意されたい。   In the illustrated embodiment, the scale factor parameter is stored with the unused bit burst parameter and passed from the burst multiplexer 32 to the pulse scaler 38. However, a dedicated memory can be assigned to the control register 18. Note that the stimulus programming software needs to ensure that at any given moment, the algebraic sum of all electrode currents is zero and the dc average of the current per cycle at each electrode is also zero. .

パルススケーラ38によって果たされる別の機能は、拡大縮小された振幅デジタル値を、デジタル値の値に対して線形比例する、アナログ出力電流に変換することである。各電極に対するアナログ出力電流は、電流ドライバ40に供給される。示された実施形態において、アナログ出力電流は、関連の電極に供給される実際の電流の1/20に相当する。   Another function performed by the pulse scaler 38 is to convert the scaled amplitude digital value to an analog output current that is linearly proportional to the value of the digital value. The analog output current for each electrode is supplied to the current driver 40. In the embodiment shown, the analog output current corresponds to 1/20 of the actual current supplied to the associated electrode.

電流ドライバ40は、パルススケーラ38からのアナログ出力電流を増幅し、制御レジスタ18に記憶されているパルスパラメータに基づき、増幅された電流を適切な電極E1〜E32に切り替える。32個の電極があるため、示された実施形態には32個の電極ドライバ40がある。示された実施形態において、各電流ドライバ40は、パルススケーラ38からの入力信号を20倍増幅する、電流ドライバである。   The current driver 40 amplifies the analog output current from the pulse scaler 38, and switches the amplified current to the appropriate electrodes E1 to E32 based on the pulse parameters stored in the control register 18. Since there are 32 electrodes, there are 32 electrode drivers 40 in the illustrated embodiment. In the illustrated embodiment, each current driver 40 is a current driver that amplifies the input signal from the pulse scaler 38 by a factor of 20.

図24は、図23の電流ドライバのうちの2つの機能図である。各電極ドライバ40は、その振幅がパルススケーラ38から来る制御電流信号に基づいている、電流をシンクするか、またはソースすることができる電流源とすることができる。示された実施形態において、電流源は、電圧供給とアースとの間に、直列で結合されている、一対のNMOS電流源42、及びPMOS電流源44を含む。PMOS及びNMOS電流源のそれぞれは、よく知られているように電流ミラーとして実装され得る。NMOS電流源44は、電流を、関連の電極からアースへシンクする一方、PMOS電流源44は、電流を、正の電圧供給から関連の電極へソースする。各電極ドライバ40は、電流をソースする、またはシンクするために、電圧供給とアースとの間に直列に接続されたスイッチ46及び48を含む。   FIG. 24 is a functional diagram of two of the current drivers of FIG. Each electrode driver 40 can be a current source capable of sinking or sourcing current whose amplitude is based on a control current signal coming from a pulse scaler 38. In the illustrated embodiment, the current source includes a pair of NMOS current source 42 and PMOS current source 44 coupled in series between the voltage supply and ground. Each of the PMOS and NMOS current sources can be implemented as a current mirror as is well known. NMOS current source 44 sinks current from the associated electrode to ground, while PMOS current source 44 sources current from the positive voltage supply to the associated electrode. Each electrode driver 40 includes switches 46 and 48 connected in series between a voltage supply and ground to source or sink current.

制御レジスタ18は、特定の電極が電流をソースすることになるか、または電流をシンクすることになるかに関するパルスパラメータを記憶する。示された実施形態において、バーストマルチプレクサ32に供給されるパルス振幅パラメータの各バイトのうちのビット7(MSB)は、特定の電流源40が、電流をシンクすることになるか、または電流をソースすることになるかを明示するのに使用される。ビットがゼロである場合、パルス1の間、スイッチ46は、オンにされることになる一方、スイッチ48は、オフにされることになり、パルス2の間、スイッチ46は、オフにされることになる一方、スイッチ48は、オンにされることになる。ビットが設定される(すなわち、ビットが、「1」である)場合、パルス1の間、スイッチ46は、オフにされることになる一方、スイッチ48は、オンにされることになり、パルス2の間、スイッチ46は、オンにされることになる一方、スイッチ48は、オフにされることになる。   The control register 18 stores pulse parameters relating to whether a particular electrode will source or sink current. In the illustrated embodiment, bit 7 (MSB) of each byte of the pulse amplitude parameter supplied to burst multiplexer 32 indicates that a particular current source 40 will sink current or source current. Used to specify what will be done. If the bit is zero, switch 46 will be turned on during pulse 1, while switch 48 will be turned off, and switch 46 will be turned off during pulse 2. On the other hand, the switch 48 will be turned on. If the bit is set (ie, the bit is “1”), during pulse 1, switch 46 will be turned off while switch 48 will be turned on and the pulse During 2, switch 46 will be turned on while switch 48 will be turned off.

図24は、Ej=0の場合のビット7、Ek=1の場合のビット7のときの2つの電極Ej及びEk用の電流路を示す。パルス1の間、Ej用のスイッチ46、及びEk用のスイッチ48がオンになり、電流路50を作り出す。その場合、Ej用のPMOS電流源42は、電流をソースすることになる一方、Ek用のNMOS電流源44は、アースに電流をシンクすることになる。これに対し、パルス2の間、Ek用のスイッチ46、及びEj用のスイッチ48がオンになり、電流路52を作り出す。その場合、Ek用のPMOS電流源42は、電流をソースすることになる一方、Ej用のNMOS電流源44は、アースに電流をシンクすることになる。   FIG. 24 shows current paths for two electrodes Ej and Ek when bit 7 is set when Ej = 0 and bit 7 is set when Ek = 1. During pulse 1, Ej switch 46 and Ek switch 48 are turned on, creating a current path 50. In that case, the Ej PMOS current source 42 will source current, while the Ek NMOS current source 44 will sink current to ground. On the other hand, during the pulse 2, the switch 46 for Ek and the switch 48 for Ej are turned on, and a current path 52 is created. In that case, the PMOS current source 42 for Ek will source current, while the NMOS current source 44 for Ej will sink current to ground.

電極Ejにおけるパルス形は、図26に示されたようなE1波形と同様に見えるようになる一方、電極Ekにおけるパルス形は、E2波形と同様に見えるようになる。   The pulse shape at electrode Ej will appear similar to the E1 waveform as shown in FIG. 26, while the pulse shape at electrode Ek will appear similar to the E2 waveform.

上記の具体的な実施形態は、本発明を実施する方法のうちのほんの一部を表す。本発明の趣旨内で、多くの他の実施形態が考えられる。したがって、本発明の範囲は、上記の明細書に限定されず、代わりに、それらの対応特許の全範囲とともに、添付の特許請求の範囲によって示される。   The specific embodiments described above represent only a portion of the methods of practicing the present invention. Many other embodiments are possible within the spirit of the invention. Accordingly, the scope of the invention is not limited to the above specification, but instead is indicated by the appended claims, along with the full scope of their corresponding patents.

試用埋め込み及び永久埋め込み中、実施形態による、脊髄刺激システムにおいて含まれることができる、様々な構成要素を描写する。FIG. 6 depicts various components that can be included in a spinal cord stimulation system, according to embodiments, during trial implantation and permanent implantation. 実施形態による、埋込型パルス発生器(IPG)アセンブリの分解立体図を描写する。FIG. 3 depicts an exploded view of an implantable pulse generator (IPG) assembly, according to an embodiment. 実施形態による、埋込型パルス発生器(IPG)アセンブリのフィードスルーアセンブリを描写する。1 depicts a feedthrough assembly of an implantable pulse generator (IPG) assembly, according to an embodiment. 実施形態による、埋込型パルス発生器(IPG)アセンブリの導線接触システムを描写する。1 depicts a lead contact system of an implantable pulse generator (IPG) assembly, according to an embodiment. 実施形態による、埋込型パルス発生器(IPG)アセンブリの導線接触アセンブリを描写する。1 depicts a lead contact assembly of an implantable pulse generator (IPG) assembly, according to an embodiment. 実施形態による、埋込型パルス発生器(IPG)アセンブリのヘッドユニットアセンブリを描写する。1 depicts a head unit assembly of an implantable pulse generator (IPG) assembly, according to an embodiment. 実施形態による、埋込型パルス発生器(IPG)アセンブリのRFアンテナを描写する。1 depicts an RF antenna of an implantable pulse generator (IPG) assembly, according to an embodiment. 実施形態による、経皮型導線を描写する。1 depicts a percutaneous lead according to an embodiment. 実施形態による、パドル型導線を描写する。1 depicts a paddle-type lead according to an embodiment. 実施形態による、導線拡張部を描写する。Figure 8 depicts a conductor extension, according to an embodiment. 実施形態による、導線スプリッタを描写する。1 depicts a conductor splitter, according to an embodiment. 実施形態による、スリーブアンカーを描写する。Figure 3 depicts a sleeve anchor, according to an embodiment. 実施形態による、機械的係止アンカーを描写する。1 depicts a mechanical locking anchor, according to an embodiment. 実施形態による、試用及び/または永久埋め込みの間、タブレット/臨床医プログラマ及びスマートフォン/携帯/患者プログラマとの無線ドングルを介した通信を示す。FIG. 4 illustrates communication via a wireless dongle with a tablet / clinician programmer and a smartphone / portable / patient programmer during trial and / or permanent implantation, according to an embodiment. 実施形態による、チューヒー針を描写する。1 depicts a chuhe needle, according to an embodiment. 実施形態による、スタイレットを描写する。Figure 8 depicts a stylet, according to an embodiment. 実施形態による、パッシングエレベータを描写する。1 depicts a passing elevator, according to an embodiment. 実施形態による、トンネリング器具を描写する。1 depicts a tunneling device, according to an embodiment. 実施形態による、トルクレンチを描写する。1 depicts a torque wrench, according to an embodiment. 実施形態による、埋込型パルス発生器におけるいくつかの構成要素の機能ブロック図である。2 is a functional block diagram of several components in an implantable pulse generator, according to an embodiment. FIG. 図20の信号発生器の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the signal generator of FIG. 図21の高周波発生器の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the high frequency generator of FIG. 図21の電極ドライバの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the electrode driver of FIG. 図23の電流ドライバのうちの2つの機能図解である。本発明の実施形態による、アクティブチャネル用の例示的な電極波形を示す。FIG. 24 is a functional illustration of two of the current drivers of FIG. Fig. 4 illustrates an exemplary electrode waveform for an active channel, according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、異なるチャネル用の電極の分類を示す。Fig. 4 shows the classification of electrodes for different channels according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態による、正パルスと負パルスとの間の非対称パルスパターンを示す、例示的な電極波形を示す。FIG. 4 illustrates an exemplary electrode waveform showing an asymmetric pulse pattern between positive and negative pulses, according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施形態による、2つの調停された刺激チャネル用の例示的な電極波形を示す。FIG. 4 illustrates an exemplary electrode waveform for two arbitrated stimulation channels according to an embodiment of the present invention.

Claims (18)

人体用の脊髄刺激信号を生成する埋込型パルス発生器(IPG)であって、
複数のチャネルに対する刺激信号パラメータを記憶する制御レジスタであって、各チャネルは、複数の電極のうちの少なくとも2つの電極と関連付けられることが可能であり、各チャネルは、前記関連付けられた電極の刺激信号パターンを表し、前記信号パラメータは、バーストパラメータを含む、制御レジスタと、
前記記憶された信号パラメータに従って、前記複数のチャネルに対する刺激信号を表すタイミング信号を生成するように適合されている、タイミング発生器と、
前記タイミング発生器から受信された前記タイミング信号を変調するかどうか、及び前記記憶されたバーストパラメータに従って、バースト周波数において、前記受信されたタイミング信号を変調するかどうかを判定するように適合されている、高周波発生器と、を備える、埋込型パルス発生器(IPG)。
An implantable pulse generator (IPG) for generating a spinal cord stimulation signal for a human body,
A control register that stores stimulation signal parameters for a plurality of channels, wherein each channel can be associated with at least two electrodes of the plurality of electrodes, each channel stimulating the associated electrode A signal pattern, wherein the signal parameter includes a burst parameter;
A timing generator adapted to generate a timing signal representing a stimulation signal for the plurality of channels according to the stored signal parameters;
Adapted to determine whether to modulate the timing signal received from the timing generator and whether to modulate the received timing signal at a burst frequency according to the stored burst parameters; An implantable pulse generator (IPG) comprising: a high frequency generator;
前記高周波発生器が前記受信されたタイミング信号を変調しないと判定したとき、前記高周波発生器は、周波数が変更されていない前記受信されたタイミング信号を出力する、請求項1に記載のIPG。   The IPG of claim 1, wherein when the high frequency generator determines that the received timing signal is not modulated, the high frequency generator outputs the received timing signal whose frequency is not changed. 前記高周波発生器は、
前記制御レジスタに記憶された前記バーストパラメータを受信することと、
アクティブなチャネルに関連付けられた前記バーストパラメータを選択することと、
前記選択されたバーストパラメータを出力することと、を行う、バーストマルチプレクサを含む、請求項1に記載のIPG。
The high-frequency generator is
Receiving the burst parameter stored in the control register;
Selecting the burst parameter associated with an active channel;
The IPG of claim 1, comprising a burst multiplexer that outputs the selected burst parameter.
前記高周波発生器は、前記バーストマルチプレクサから前記選択されたバーストパラメータを受信し、かつ前記受信されたバーストパラメータに従って、前記受信されたタイミング信号を変調する、バースト発生器を含む、請求項3に記載のIPG。   4. The high frequency generator includes a burst generator that receives the selected burst parameter from the burst multiplexer and modulates the received timing signal in accordance with the received burst parameter. IPG. メモリを有するプロセッサと、
前記メモリに記憶されており、かつ前記プロセッサによって実行可能な処置制御モジュールであって、前記処置制御モジュールは、前記刺激信号パラメータを前記制御レジスタに伝送するように、かつ前記プロセッサをスタンバイモードにするように適合されており、前記タイミング発生器は、前記プロセッサが前記スタンバイモードにある間に、前記プロセッサからの介入を伴わずに、前記記憶された信号パラメータに従って、前記タイミング信号を生成するように適合されている、処置制御モジュールと、をさらに備える、請求項1に記載のIPG。
A processor having memory;
A treatment control module stored in the memory and executable by the processor, the treatment control module transmitting the stimulation signal parameters to the control register and placing the processor in a standby mode Adapted to generate the timing signal according to the stored signal parameters without intervention from the processor while the processor is in the standby mode. The IPG of claim 1, further comprising a treatment control module adapted.
遠隔制御装置と無線通信するように、かつ割り込み信号を前記プロセッサに伝送して、前記プロセッサを前記スタンバイモードから起動させるように適合されている、トランシーバモジュールをさらに備える、請求項5に記載のIPG。   The IPG of claim 5, further comprising a transceiver module adapted to wirelessly communicate with a remote control and to transmit an interrupt signal to the processor to wake up the processor from the standby mode. . 前記生成されたタイミング信号を連続的に受信し、かつアクティブな処置チャネルとして前記複数のチャネルのうちの1つのチャネルを選択する、調停部をさらに備える、請求項1に記載のIPG。   The IPG according to claim 1, further comprising: an arbitration unit that continuously receives the generated timing signal and selects one of the plurality of channels as an active treatment channel. 前記1つのチャネルが前記アクティブな処置チャネルとして選択されているとき、前記調停部は、すべての他のチャネルを抑制するように適合されている、請求項7に記載のIPG。   The IPG according to claim 7, wherein when the one channel is selected as the active treatment channel, the arbitrator is adapted to suppress all other channels. 前記生成されたタイミング信号が、いずれのアクティブなチャネルも選択されていないときに、2つ以上のチャネルが同時にアクティブになろうとしているということを示すとき、前記調停部は、前記2つ以上のチャネルの所定の優先度に基づいて、前記アクティブな処置チャネルとして、前記1つのチャネルを選択するように適合されている、請求項7に記載のIPG。   When the generated timing signal indicates that two or more channels are about to be active at the same time when no active channel is selected, the arbitration unit is configured to The IPG of claim 7, wherein the IPG is adapted to select the one channel as the active treatment channel based on a predetermined priority of the channel. 人体用の脊髄刺激信号を生成する方法であって、
複数のチャネルに対する刺激信号パラメータを制御レジスタに記憶することであって、各チャネルは、複数の電極のうちの少なくとも2つの電極と関連付けられることが可能であり、各チャネルは、前記関連付けられた電極の刺激信号パターンを表し、前記信号パラメータは、バーストパラメータを含む、記憶することと、
前記記憶された信号パラメータに従って、前記複数のチャネルに対する刺激信号を表すタイミング信号を生成することと、
前記タイミング発生器から受信された前記タイミング信号を変調するかどうかを判定することと、
前記タイミング信号が変調されるべきであると判定される場合、前記記憶されたバーストパラメータに従って、バースト周波数において、前記受信されたタイミング信号を変調することと、を含む、方法。
A method of generating a spinal cord stimulation signal for a human body,
Storing stimulation signal parameters for a plurality of channels in a control register, wherein each channel can be associated with at least two of the plurality of electrodes, each channel being associated with the associated electrode A stimulation signal pattern of the signal, wherein the signal parameter includes a burst parameter;
Generating a timing signal representing a stimulation signal for the plurality of channels according to the stored signal parameters;
Determining whether to modulate the timing signal received from the timing generator;
Modulating the received timing signal at a burst frequency according to the stored burst parameter if it is determined that the timing signal is to be modulated.
前記タイミング信号が変調されるべきではないと判定される場合、周波数が変更されていない前記受信されたタイミング信号を出力する、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein if it is determined that the timing signal should not be modulated, the received timing signal is output without changing frequency. 前記複数のチャネルのうちのアクティブなチャネルに関連付けられた前記バーストパラメータを選択することをさらに含み、前記変調するステップは、前記選択されたバーストパラメータに従って、前記受信されたタイミング信号を変調することを含む、請求項10に記載の方法。   Further comprising selecting the burst parameter associated with an active channel of the plurality of channels, wherein the modulating step comprises modulating the received timing signal according to the selected burst parameter. 11. The method of claim 10, comprising. プロセッサによって、前記刺激信号パラメータを前記制御レジスタに伝送することと、
前記プロセッサをスタンバイモードにすることと、をさらに含み、前記タイミング信号は、前記プロセッサが前記スタンバイモードにある間に、前記プロセッサからの介入を伴わずに生成される、請求項10に記載の方法。
Transmitting the stimulus signal parameter to the control register by a processor;
11. The method of claim 10, further comprising: placing the processor in standby mode, wherein the timing signal is generated without intervention from the processor while the processor is in the standby mode. .
前記プロセッサを前記スタンバイモードから起動させるように、前記プロセッサによって、トランシーバモジュールから割り込み信号を受信することをさらに含む、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, further comprising receiving an interrupt signal from a transceiver module by the processor to wake the processor from the standby mode. 前記生成されたタイミング信号を連続的に受信することと、アクティブな処置チャネルとして前記複数のチャネルのうちの1つのチャネルを選択することと、をさらに含む、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, further comprising: continuously receiving the generated timing signal; and selecting one of the plurality of channels as an active treatment channel. 前記1つのチャネルが前記アクティブな処置チャネルとして選択されているとき、すべての他のチャネルを抑制することをさらに含む、請求項15に記載の方法。   16. The method of claim 15, further comprising suppressing all other channels when the one channel is selected as the active treatment channel. 前記生成されたタイミング信号が、いずれのアクティブなチャネルも選択されていないときに、2つ以上のチャネルが同時にアクティブになろうとしているということを示すとき、前記2つ以上のチャネルの所定の優先度に基づいて、前記アクティブな処置チャネルとして、前記1つのチャネルを選択することをさらに含む、請求項15に記載の方法。   A predetermined priority of the two or more channels when the generated timing signal indicates that two or more channels are about to be active at the same time when no active channel is selected; The method of claim 15, further comprising selecting the one channel as the active treatment channel based on degree. 前記信号パラメータは、各チャネルに属するすべての電極の識別を含み、各電極は、2つ以上のチャネルに関連付けられ得る、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein the signal parameter includes an identification of all electrodes belonging to each channel, and each electrode can be associated with more than one channel.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020511775A (en) * 2017-02-16 2020-04-16 ローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ・コリア・リミテッド Organic electroluminescent compound and organic electroluminescent device containing the same

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7006864B2 (en) * 2003-06-17 2006-02-28 Ebr Systems, Inc. Methods and systems for vibrational treatment of cardiac arrhythmias
US8655453B2 (en) * 2008-08-14 2014-02-18 Medtronic, Inc. Connecting electrical sources to electrode nodes in a medical device
US8504160B2 (en) * 2008-11-14 2013-08-06 Boston Scientific Neuromodulation Corporation System and method for modulating action potential propagation during spinal cord stimulation
US20100274115A1 (en) * 2009-04-24 2010-10-28 Medtronic, Inc. Lead extension with physiological data recorder
US8615306B2 (en) * 2009-12-30 2013-12-24 Boston Scientific Neuromodulation Corporation System and method for independently operating multiple neurostimulation channels
US20130184794A1 (en) * 2012-01-16 2013-07-18 Boston Scientific Neuromodulation Corporation Architectures for an Implantable Stimulator Device Having a Plurality of Electrode Driver Integrated Circuits with Shorted Electrode Outputs
JP2016507334A (en) * 2013-02-22 2016-03-10 ボストン サイエンティフィック ニューロモデュレイション コーポレイション Multi-channel neuromodulation system with means for combining pulse trains
EP2958619B1 (en) * 2013-02-22 2016-12-14 Boston Scientific Neuromodulation Corporation Neurostimulation system having increased flexibility for creating complex pulse trains
US9174053B2 (en) * 2013-03-08 2015-11-03 Boston Scientific Neuromodulation Corporation Neuromodulation using modulated pulse train
US9887574B2 (en) * 2013-03-15 2018-02-06 Globus Medical, Inc. Spinal cord stimulator system
US9694183B2 (en) * 2013-03-15 2017-07-04 Boston Scientific Neuromodulation Corporation Neuromodulation system and method for providing multiple modulation patterns in a single channel
US9440076B2 (en) * 2013-03-15 2016-09-13 Globus Medical, Inc. Spinal cord stimulator system
EP3003472B1 (en) * 2013-06-06 2021-07-28 Que T. Doan System for delivering modulated sub-threshold therapy

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020511775A (en) * 2017-02-16 2020-04-16 ローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ・コリア・リミテッド Organic electroluminescent compound and organic electroluminescent device containing the same

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