JP2019162508A - 電気刺激の時間パターンに基づいて脊髄刺激を施すシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2013年3月13日に出願された「脊髄刺激を最適化するシステム及び方法(SYSTEMS AND METHODS FOR OPTIMIZING SPINAL CORD STIMULATION)」という名称の米国仮特許出願第61/779,554号明細書の利益を主張するものであり、この仮特許出願の開示内容全体を参照により本明細書に援用する。
計算モデルを使用して有効性最適化及び効率最適化のうちの一方に関して、所定のニューロン出力及び刺激活動を生じさせる1つ又は複数の非定期的時間パターンを決定することと、
前記非定期的時間パターンのうちの前記決定される1つ又は複数に基づいて、対象者に脊髄刺激を施すことと、
を含む、方法。
〔付記2〕
電気刺激の前記非定期的時間パターンを対象者の標的神経組織領域に適用することを更に含む、付記1に記載の方法。
〔付記3〕
前記決定される1つ又は複数の非定期的時間パターンを適用する為に、少なくとも1つの電極を前記標的神経組織領域と電気的に連通させることを更に含む、付記2に記載の方法。
〔付記4〕
電気刺激の非定期的時間パターンを適用することは、電気刺激の前記非定期的時間パターンを、前記対象者の脊柱神経線維、後根、後根神経節、又は末梢神経のうちの少なくとも1つの部分母集団に適用することを含む、付記2に記載の方法。
〔付記5〕
前記非定期的時間パターンのうちの1つ又は複数を決定することは、
ニューロン出力及び刺激出力周波数を最適化する費用関数を生成することと、
ニューロン出力と刺激器出力周波数との所定又は患者固有のバランスに関して前記費用関数を調整することと、
前記費用関数に基づいて、前記非定期的時間パターンのうちの1つ又は複数を選択することと、
を含む、付記2に記載の方法。
〔付記6〕
前記適用される時間パターンを変更することと、
前記適用される時間パターンを変更しながら、前記費用関数の閾値が得られるときを判断することと、
前記閾値が得られるときに適用される前記時間パターンが、所定のニューロン出力及び刺激活動を生じさせる前記非定期的時間パターンのうちの前記1つ又は複数であると判断することと、
を更に含む、付記5に記載の方法。
〔付記7〕
1つ又は複数の非定期的時間パターンを決定することは、ニューロン発射抑制の最大化及び平均刺激周波数の最小化のうちの一方に関して、他のパターンの中から前記1つ又は複数の非定期的時間パターンを選択することを含む、付記1に記載の方法。
〔付記8〕
最適化有効性の測定値として、WDRニューロンの計算モデルの出力を使用することを含む、付記1に記載の方法。
〔付記9〕
最適化有効性の代わりとして、前記計算モデルにおいて脊髄刺激(SCS)刺激周波数を使用することを含む、付記1に記載の方法。
〔付記10〕
前記1つ又は複数の非定期的時間パターンを選択する為の費用関数を生成することを更に含む、付記9に記載の方法。
〔付記11〕
1つ又は複数の非定期的時間パターンを決定することは、検索ヒューリスティックを使用して、前記所定のニューロン出力及び刺激器出力周波数を生じさせる前記1つ又は複数の非定期的時間パターンを決定することを含む、付記1に記載の方法。
〔付記12〕
前記検索ヒューリスティックを使用することは、遺伝的アルゴリズム法、勾配降下法、及びシミュレーテッドアニーリング法のうちの1つを使用することを含む、付記11に記載の方法。
〔付記13〕
少なくとも1つのプロセッサ及びメモリを備え、前記少なくとも1つのプロセッサ及びメモリは、
少なくとも1つのニューロンの計算モデルを使用して、有効性最適化及び効率最適化のうちの一方に関して、所定のニューロン出力及び刺激活動を生じさせる1つ又は複数の非定期的時間パターンを決定することと、
前記非定期的時間パターンのうちの前記決定される1つ又は複数に基づいて、対象者に脊髄刺激を施すパルス生成器及び1つ又は複数の電極を制御することと、
を実行するように構成される、システム。
〔付記14〕
電気刺激の前記非定期的時間パターンを対象者の標的神経組織領域に適用するよう前記パルス生成器及び前記1つ又は複数の電極を制御するように構成される脊髄刺激(SCS)装置を更に備える、付記13に記載のシステム。
〔付記15〕
前記標的神経組織領域と電気的に連通して、前記決定される1つ又は複数の非定期的時間パターンを適用する少なくとも1つの電極を更に備える、付記13に記載のシステム。
〔付記16〕
前記SCS装置は、電気刺激の前記非定期的時間パターンを、前記対象者の脊柱神経線維、後根、後根神経節、又は末梢神経のうちの少なくとも1つの部分母集団に適用するように構成される、付記13に記載のシステム。
〔付記17〕
前記少なくとも1つのプロセッサ及びメモリは、
前記ニューロン出力及び刺激出力周波数を最適化する費用関数を生成することと、
ニューロン出力と刺激器出力周波数との所定又は患者固有のバランスに関して前記費用関数を調整することと、
前記費用関数に基づいて、前記非定期的時間パターンのうちの前記1つ又は複数を選択することと、
を実行するように構成される、付記13に記載のシステム。
〔付記18〕
前記少なくとも1つのプロセッサ及びメモリは、
前記適用される時間パターンを変更することと、
前記適用される時間パターンを変更しながら、前記費用関数の閾値が得られるときを判断することと、
前記閾値が得られるときに適用される前記時間パターンが、所定のニューロン出力及び刺激活動を生じさせる前記非定期的時間パターンのうちの前記1つ又は複数であると判断することと、
を実行するように構成される、付記17に記載のシステム。
〔付記19〕
前記少なくとも1つのプロセッサ及びメモリは、最適化有効性の測定値として、WDRニューロンの計算モデルの出力を使用するように構成される、付記13に記載のシステム。
〔付記20〕
前記少なくとも1つのプロセッサ及びメモリは、最適化有効性の代わりとして、前記計算モデルにおいて脊髄刺激(SCS)刺激周波数を使用するように構成される、付記13に記載のシステム。
〔付記21〕
前記少なくとも1つのプロセッサ及びメモリは、前記1つ又は複数の非定期的時間パターンを選択する為の費用関数を生成するように構成される、付記20に記載のシステム。
〔付記22〕
前記少なくとも1つのプロセッサ及びメモリは、検索ヒューリスティックを使用して、前記所定のWDRニューロン出力及び刺激器出力周波数を生じさせる前記1つ又は複数の非定期的時間パターンを決定するように構成される、付記13に記載のシステム。
〔付記23〕
前記少なくとも1つのプロセッサ及びメモリは、遺伝的アルゴリズム法、勾配降下法、及びシミュレーテッドアニーリング法のうちの1つを使用するように構成される、付記22に記載のシステム。
Claims (26)
- 脊髄刺激(SCS)の最適化された時間パターンを識別する方法であって、
所定の性能基準に基づく最適化アルゴリズムを使用して、SCSの複数の非定期的時間パターンを生成し、
脊髄ニューロンのネットワークを表す計算モデル内の少なくとも1つのモデルニューロンの発射率または発射パターンと、前記脊髄ニューロンに対するSCSの効果とを使用して、有効性最適化のためのSCSの前記複数の非定期的時間パターンを評価し、
平均刺激周波数を使用して、効率最適化のためのSCSの前記複数の非定期的時間パターンを評価し、
有効性最適化のためのモデルニューロン活動の最適化された発射率または発射パターンと、効率最適化のための最適化された刺激周波数とをもたらす、SCSの少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを識別すること、
を含む、方法。 - SCSの少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを識別することは、有効性最適化のためのモデルニューロン活動の発射率を最小にすること、および、効率最適化のための平均刺激周波数を最小にすること、のうちの1つのために、他のパターンの中からSCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを識別することを選択することを含む、
請求項1に記載の方法。 - 有効性最適化のためのモデル脊髄ニューロン発射率または発射パターンの尺度として、広ダイナミックレンジ(WDR)ニューロンの前記計算モデルの出力を使用することを含む、
請求項1に記載の方法。 - 効率最適化のための前記最適化された刺激周波数の代わりとして、前記計算モデルにおいて脊髄刺激(SCS)刺激周波数を使用することを含む、
請求項1に記載の方法。 - SCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを識別するための費用関数を生成することを含む、
請求項4に記載の方法。 - SCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを識別することは、検索ヒューリスティックを使用して、有効性最適化のためのモデルニューロン活動の前記最適化された発射率または発射パターンと、効率最適化のための最適化された刺激周波数とをもたらす、SCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを決定することを含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記検索ヒューリスティックを使用することは、遺伝的アルゴリズム法、勾配降下法、及びシミュレーテッドアニーリング法のうちの1つを使用することを含む、
請求項6に記載の方法。 - 前記計算モデルの前記脊髄ニューロンは、広ダイナミックレンジ(WDR)ニューロンを含む、
請求項1に記載の方法。 - 識別されたSCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを、対象者に投与することを含む、
請求項1に記載の方法。 - 対象者に投与することは、識別された前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを、前記対象者の標的神経組織領域に適用することを含む、
請求項9に記載の方法。 - 対象者に投与することは、識別されたSCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを適用するために、少なくとも1つの電極を、前記標的神経組織領域と電気的に連通させるように配置することを含む、
請求項10に記載の方法。 - 識別された前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを適用することは、識別された前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを、前記対象者の脊柱神経線維、後根、後根神経節、又は末梢神経のうちの少なくとも1つの部分母集団に適用することを含む、
請求項10に記載の方法。 - SCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを識別することは、
脊髄ニューロンの発射率または発射パターンを最適化し、出力周波数を刺激するための、費用関数を生成することと、
有効性最適化のためのモデルニューロン活動の最適化された発射率または発射パターンの所定のまたは患者固有のバランスのために、および効率最適化のための最適化された刺激周波数のために、前記費用関数を調整することと、
前記費用関数に基づいて、SCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを選択することと、を含む、
請求項10に記載の方法。 - 適用される前記非定期的時間パターンを変更することと、
適用される前記非定期的時間パターンを変更しながら、前記費用関数の閾値が得られるときを判断することと、
前記閾値が得られたときに適用される前記非定期的時間パターンが、有効性最適化のためのモデルニューロン活動の最適化された発射率または発射パターンおよび効率最適化のための最適化された刺激周波数をもたらす1つまたは複数の前記非定期的時間パターンであると判定することと、を含む、
請求項13に記載の方法。 - 脊髄刺激(SCS)の最適化された時間パターンを識別するシステムであって、
所定の性能基準に基づく最適化アルゴリズムを使用して、SCSの複数の非定期的時間パターンを生成し、
脊髄ニューロンのネットワークを表す計算モデル内の少なくとも1つのモデルニューロンの発射率または発射パターンと、前記脊髄ニューロンに対するSCSの効果とを使用して、有効性最適化のためのSCSの前記複数の非定期的時間パターンを評価し、
平均刺激周波数を使用して、効率最適化のためのSCSの前記複数の非定期的時間パターンを評価し、
有効性最適化のためのモデルニューロン活動の最適化された発射率または発射パターンと、効率最適化のための最適化された刺激周波数とをもたらす、SCSの少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを識別する、
ように構成された少なくとも1つのプロセッサおよびメモリを備える、
システム。 - 識別されたSCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを適用するために、標的神経組織領域と電気的に連通している少なくとも1つの電極を備える、
請求項15に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサおよびメモリは、
有効性最適化のためのモデルニューロン活動の発射率または発射パターンと、効率最適化のために最適化された刺激周波数とを最適化するための費用関数を生成し、
有効性最適化のためのモデルニューロン活動の発射率または発射パターンの所定のまたは患者固有のバランスのために、および効率最適化のための最適化された刺激周波数のために、前記費用関数を調整し、
前記費用関数に基づいて、SCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを選択する、ように構成された、
請求項15に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサおよびメモリは、
適用される前記非定期的時間パターンを変更し、
適用される前記非定期的時間パターンを変更しながら、前記費用関数の閾値が得られるときを判断し、
前記閾値が得られたときに適用される前記非定期的時間パターンが、有効性最適化のためのモデルニューロン活動の最適化された発射率または発射パターンおよび効率最適化のための最適化された刺激周波数をもたらす1つまたは複数の前記非定期的時間パターンであると判定する、ように構成された、
請求項17に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサおよびメモリは、
有効性最適化のためのモデルニューロン活動の最適化された発射率または発射パターンの尺度として、広ダイナミックレンジ(WDR)ニューロンの前記計算モデルの出力を使用する、ように構成された、
請求項15に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサおよびメモリは、
効率最適化のための前記最適化された刺激周波数の代わりとして、前記計算モデルにおいて脊髄刺激(SCS)刺激周波数を使用する、ように構成された、
請求項15に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサおよびメモリは、
識別されたSCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを選択するための費用関数を生成する、ように構成された、
請求項20に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサおよびメモリは、
検索ヒューリスティックを使用して、有効性最適化のためのモデルニューロン活動の前記最適化された発射率または発射パターンと、効率最適化のための最適化された刺激周波数とをもたらす、SCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを決定する、ように構成された、
請求項15に記載のシステム。 - 前記検索ヒューリスティックは、遺伝的アルゴリズム法、勾配降下法、及びシミュレーテッドアニーリング法のうちの1つを含む、
請求項22に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサおよびメモリは、
SCSの識別された前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンに基づいて、対象者に脊髄刺激を与えるように、パルス生成器および1つまたは複数の電極を制御する、ように構成された、
請求項15に記載のシステム。 - SCSの前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを対象者の標的神経組織領域に適用するように、前記パルス生成器および前記1つまたは複数の電極を制御するように構成された、脊髄刺激(SCS)装置、を備える、
請求項24に記載のシステム。 - 前記SCS装置は、
識別された前記少なくとも1つの候補の非定期的時間パターンを、前記対象者の脊柱神経線維、後根、後根神経節、又は末梢神経のうちの少なくとも1つの部分母集団に適用するように構成された、
請求項25に記載のシステム。
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