KR20210119465A - 생리학적 마커들에 기초한 테라피 전달의 관리 - Google Patents

생리학적 마커들에 기초한 테라피 전달의 관리 Download PDF

Info

Publication number
KR20210119465A
KR20210119465A KR1020217026614A KR20217026614A KR20210119465A KR 20210119465 A KR20210119465 A KR 20210119465A KR 1020217026614 A KR1020217026614 A KR 1020217026614A KR 20217026614 A KR20217026614 A KR 20217026614A KR 20210119465 A KR20210119465 A KR 20210119465A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
physiological
stimulation
bladder
patient
phase
Prior art date
Application number
KR1020217026614A
Other languages
English (en)
Inventor
타데우스 에스 브링크
토마스 아담스키
스캇 알. 스탠슬라스키
랜스 지르펠
제프리 헤론
Original Assignee
메드트로닉 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 메드트로닉 인코포레이티드 filed Critical 메드트로닉 인코포레이티드
Publication of KR20210119465A publication Critical patent/KR20210119465A/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/36007—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation of urogenital or gastrointestinal organs, e.g. for incontinence control
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/20—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons for measuring urological functions restricted to the evaluation of the urinary system
    • A61B5/202—Assessing bladder functions, e.g. incontinence assessment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/389—Electromyography [EMG]
    • A61B5/391—Electromyography [EMG] of genito-urinary organs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4836—Diagnosis combined with treatment in closed-loop systems or methods
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6847—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
    • A61B5/686—Permanently implanted devices, e.g. pacemakers, other stimulators, biochips
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/7264—Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems
    • A61B5/7267—Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems involving training the classification device
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271—Specific aspects of physiological measurement analysis
    • A61B5/7282—Event detection, e.g. detecting unique waveforms indicative of a medical condition
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/025—Digital circuitry features of electrotherapy devices, e.g. memory, clocks, processors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/05—Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/08—Arrangements or circuits for monitoring, protecting, controlling or indicating
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/3606—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system adapted for a particular treatment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36128—Control systems
    • A61N1/36135—Control systems using physiological parameters
    • A61N1/36139—Control systems using physiological parameters with automatic adjustment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36128—Control systems
    • A61N1/36146—Control systems specified by the stimulation parameters
    • A61N1/36167—Timing, e.g. stimulation onset
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1113—Local tracking of patients, e.g. in a hospital or private home
    • A61B5/1114—Tracking parts of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/20—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons for measuring urological functions restricted to the evaluation of the urinary system
    • A61B5/202—Assessing bladder functions, e.g. incontinence assessment
    • A61B5/204—Determining bladder volume
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/20—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons for measuring urological functions restricted to the evaluation of the urinary system
    • A61B5/202—Assessing bladder functions, e.g. incontinence assessment
    • A61B5/205—Determining bladder or urethral pressure

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

환자에게 전기적 자극을 제공하기 위한 적응적 시스템으로서, 시스템은 하나 이상의 프로그램들을 저장하도록 구성된 메모리, 및 메모리에 커플링되고 하나 이상의 프로그램들을 실행하도록 구성된 프로세서 회로부를 포함하고, 프로세서 회로부는, 센서 신호를 모니터링하고 센서 신호에 기초하여 환자의 생리학적 마커를 분류하도록 - 생리학적 마커는 생리학적 사이클의 단계를 나타냄 -; 환자의 분류된 생리학적 마커에 기초하여 제어 신호를 생성하도록 - 제어 신호는 환자 내의 표적 부위에서, 괄약근이 열리게 하여 배뇨 이벤트를 허용하는 것 또는 괄약근을 수축시켜 배뇨 이벤트를 억제하게 하는 것 중 하나 이상을 하게 하기 위해 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들에 따라 전기적 자극을 제공하도록 이식가능 자극 디바이스를 제어함 -; 그리고 전기적 자극의 전달 타이밍 또는 전기적 자극의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 자동으로 조정하기 위해, 프로세서 회로부가 생리학적 마커들을 분류하고 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 분류된 생리학적 마커들 또는 환자 입력에 기초한 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키도록 구성되는 시스템이 개시된다. 이식가능 의료 디바이스를 제어하는 대응하는 방법이 개시된다.

Description

생리학적 마커들에 기초한 테라피 전달의 관리
본 출원은 2020년 1월 16일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/744,784호, 2019년 1월 23일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/795,624호, 그리고 2019년 10월 25일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/926,012호의 이익을 주장하며, 이들 모두의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 의료 디바이스, 더 구체적으로는 환자에게 테라피를 전달하는 의료 디바이스들에 관한 것이다.
질병, 연령, 및 부상은 환자의 생리학적 기능들을 손상시킬 수 있다. 일부 상황들에서, 생리학적 기능들은 완전히 손상된다. 다른 예들에서, 생리학적 기능은 일부 시간들에서 또는 일부 조건들 하에서 충분히 동작할 수 있고, 다른 시간들에서 또는 다른 조건들에서 부적절하게 동작할 수 있다. 일례에서, 방광 기능장애, 예컨대 과민성 방광(overactive bladder, OAB), 긴박증, 또는 요실금은 모든 연령, 성별, 및 인종의 사람들을 괴롭힐 수 있는 문제이다. 골반저 내의 다양한 근육, 신경, 기관 및 도관이 협력하여 소변을 수집, 보존 및 방출한다. 다양한 장애가 요로 성능을 손상시킬 수 있고, 정상적인 생리학적 기능을 방해하는 과민성 방광, 긴박증, 또는 요실금에 기여한다. 많은 장애가 노화, 부상 또는 질병과 연관될 수 있다.
요실금은 긴박 실금 및 스트레스 실금을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 긴박 실금은 방광 배뇨 반사를 제어하는 말초신경계 또는 중추신경계의 장애에 의해 야기될 수 있다. 일부 환자들은 또한, 과민성 방광 활동 또는 긴박 실금을 유발하는 방광, 괄약근 근육 또는 신경 장애의 적절한 트리거링 및 동작을 방지하는 신경 장애에 시달릴 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 요실금은 체내 비뇨기 괄약근 또는 체외 비뇨기 괄약근 중 어느 하나에서의 부적절한 괄약근 기능에 기인될 수 있다.
전기적 신경 자극이 요실금의 치료를 비롯한 여러 테라피 및 진단 목적들로 사용될 수 있다. 전기적 신경 자극은 제한된 전원을 갖는 디바이스들(예컨대, 배터리를 사용하는 이식가능 디바이스들)에 의해 전달될 수 있다. 전력 소비는 그러한 디바이스들의 유효성 및 실행가능성에 있어서의 제한 요인일 수 있다. 추가적으로, 신체가 연속적인 자극에 적응할 수 있다. 따라서, 자극을 비연속적으로 전달하는 것이 바람직할 수 있다.
대체적으로, 본 발명은 생리학적 마커들에 기초하여 테라피 전달을 관리하기 위한 디바이스들, 시스템들, 및 기법들에 관한 것이다. 시스템은 하나 이상의 검출가능한 생리학적 마커들 및 이들 생리학적 마커들에 대한 시간 전달에 기초하여 환자에게로의 신경자극 테라피의 전달을 제어할 수 있다. 따라서, 시스템은 하나 이상의 생리학적 마커들을 검출한 후 특정 기간에 대해 표적화된 신경자극 테라피의 전달의 타이밍을 맞출 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은, 시스템이 신경자극이 전달되어야 한다고 결정할 때까지 생리학적 사이클의 소정 시간들 또는 단계들 동안 환자에게로의 신경자극 테라피 전달을 보류할 수 있다. 대안적으로, 시스템은 표적화된 신경자극이 생리학적 사이클에서 나중에 전달되어야 하는 때와 검출된 생리학적 마커 사이의 기간 동안 상이한 신경자극을 전달할 수 있는데, 예컨대, 시스템은 생리학적 마커가 검출된 후의 일정 시간에 신경자극을 정의하는 하나 이상의 파라미터들을 변경하거나 변화시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템은 생리학적 마커를 검출한 것에 응답하여 또는 생리학적 마커로부터 시간적으로 나중의 단계 동안 신경자극의 전달을 제어할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 시간 경과에 따라 수집된 데이터에 기초하여 신경자극을 정의하는 파라미터들 중 하나 이상의 파라미터들 및/또는 신경자극의 전달 타이밍을 동적으로 적응시킬 수 있다.
예를 들어, 시스템은 환자에 대한 방광 충전 사이클을 모니터링할 수 있고 충전 사이클의 특정 단계 동안 발생할 신경자극의 전달 시간을 제어할 수 있다. 배뇨 이벤트(예컨대, 생리학적 마커의 유형)가 검출된 후, 시스템은 충전 사이클의 제1 단계 동안 신경자극을 보류할 수 있으며, 신경자극이 요실금과 같은 방광의 기능장애 상태를 감소시키거나 제거하는 데 더 효과적일 수 있는 충전 사이클의 나중의 제2 단계에 대한 신경자극의 전달을 시작할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템은 신경자극이 전달되어야 하는 충전 사이클의 단계를 예측할 수 있고, 이러한 단계 동안 신경자극을 전달할 수 있다.
일례에서, 본 발명은 환자에게 전기적 자극을 제공하기 위한 적응적 시스템에 관한 것으로, 시스템은 하나 이상의 프로그램들을 저장하도록 구성된 메모리, 및 메모리에 커플링되고 하나 이상의 프로그램들을 실행하도록 구성된 프로세서 회로부를 포함하고, 프로세서 회로부는, 센서 신호를 모니터링하고 센서 신호에 기초하여 환자의 생리학적 마커를 분류하도록 - 생리학적 마커는 생리학적 사이클의 단계를 나타냄 -; 환자의 분류된 생리학적 마커에 기초하여 제어 신호를 생성하도록 - 제어 신호는 환자 내의 표적 부위에서, 괄약근이 열리게 하여 배뇨 이벤트를 허용하는 것 또는 괄약근을 수축시켜 배뇨 이벤트를 억제하게 하는 것 중 하나 이상을 하게 하기 위해 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들에 따라 전기적 자극을 제공하도록 이식가능 자극 디바이스를 제어함 -; 그리고 전기적 자극의 전달 타이밍 또는 전기적 자극의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 자동으로 조정하기 위해, 프로세서 회로부가 생리학적 마커들을 분류하고 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 분류된 생리학적 마커들 또는 환자 입력에 기초한 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키도록 구성된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 방법에 관한 것으로, 본 방법은, 센서 신호를 모니터링하고 센서 신호에 기초하여 환자의 생리학적 마커를 분류하는 단계 - 생리학적 마커는 생리학적 사이클의 단계를 나타냄 -, 환자의 분류된 생리학적 마커에 기초하여 제어 신호를 생성하는 단계 - 제어 신호는 환자 내의 표적 부위에서, 괄약근이 열리게 하여 배뇨 이벤트를 허용하는 것 또는 괄약근을 수축시켜 배뇨 이벤트를 억제하게 하는 것 중 하나 이상을 하게 하기 위해 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들에 따라 전기적 자극을 제공하도록 이식가능 자극 디바이스를 제어함 -, 및 전기적 자극의 전달 타이밍 또는 전기적 자극의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 자동으로 조정하기 위해, 프로세서 회로부가 생리학적 마커들을 분류하고 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 분류된 생리학적 마커들 또는 환자 입력에 기초한 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키는 단계를 포함한다.
추가 태양에서, 본 발명은 명령어들을 포함하는 비일시적 저장 매체에 관한 것으로, 명령어들은, 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행될 때, 하나 이상의 프로세서들로 하여금, 센서 신호를 모니터링하고 센서 신호에 기초하여 환자의 생리학적 마커를 분류하게 하고 - 생리학적 마커는 생리학적 사이클의 단계를 나타냄 -, 환자의 분류된 생리학적 마커에 기초하여 제어 신호를 생성하게 하고 - 제어 신호는 환자 내의 표적 부위에서, 괄약근이 열리게 하여 배뇨 이벤트를 허용하는 것 또는 괄약근을 수축시켜 배뇨 이벤트를 억제하게 하는 것 중 하나 이상을 하게 하기 위해 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들에 따라 전기적 자극을 제공하도록 이식가능 자극 디바이스를 제어함 -, 전기적 자극의 전달 타이밍 또는 전기적 자극의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 자동으로 조정하기 위해, 프로세서 회로부가 생리학적 마커들을 분류하고 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 분류된 생리학적 마커들 또는 환자 입력에 기초한 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키게 한다.
하나 이상의 실시예들의 세부사항들이 첨부 도면 및 하기의 설명에서 기재된다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들, 및 이점들이 설명 및 도면으로부터, 그리고 청구범위로부터 명백할 것이다.
상기의 발명의 내용은 본 발명의 각각의 예시된 실시예 또는 모든 구현예를 설명하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 과민성 방광, 긴박증, 또는 요실금과 같은 방광 기능장애를 관리하기 위해 환자에게로의 신경자극의 전달을 관리하는 예시적인 시스템을 도시하는 개념도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 도 1의 시스템에서 활용될 수 있는 이식가능 의료 디바이스(implantable medical device, IMD)들의 예시적인 구성들을 도시하는 블록도들이다.
도 3은 도 1의 시스템에서 활용될 수 있는 외부 프로그래머의 예시적인 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 생리학적 마커에 기초하여 테라피 전달을 위한 타이밍을 결정하기 위한 예시적인 기법을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 방광 기능장애를 관리하기 위해 신경자극을 전달 및 보류하기 위한 단계들을 결정하기 위한 예시적인 기법을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 방광 배뇨를 센서 신호들 내의 생리학적 마커들과 자동으로 연관시키기 위해 디바이스를 트레이닝하기 위한 예시적인 기법을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 테라피의 파라미터들 또는 타이밍을 자동으로 적응시키기 위한 예시적인 기법을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 방광 충전 사이클 및 방광 충전 사이클의 단계에 타이밍이 맞춰진 신경자극의 전달의 예시적인 타이밍도이다.
도 9a 및 도 9b는 방광 충전 사이클의 상이한 단계들 동안 전달되는 신경자극에 대한 예시적인 방광 체적들을 도시하는 그래프들이다.
도 10a 및 도 10b는 도 9a 및 도 9b에 도시된 신경자극 전달 이전의 예시적인 방광 체적들을 도시하는 그래프들이다.
도 11a 및 도 11b는 방광 충전 사이클의 상이한 단계들 동안 전달되는 신경자극에 대한 예시적인 방광 체적들을 도시하는 그래프들이다.
도 12a 및 도 12b는 도 9a 및 도 9b에 도시된 신경자극 전달 이전의 예시적인 방광 체적들을 도시하는 그래프들이다.
도 13은 실험적 범용 신경조절 시스템의 개념도이다.
도 14는 방광 충전 사이클의 상이한 단계들 동안 전달되는 신경자극에 기초한 예시적인 방광 체적 변화들을 도시하는 그래프이다.
도 15a 및 도 15b는 생리학적 사이클의 기능장애 상태를 회피시키기 위해 생리학적 사이클 및 신경자극의 예측 전달 동안의 예시적인 생리학적 이벤트들을 도시하는 그래프들이다.
본 발명은 하나 이상의 생리학적 마커들에 기초한 신경자극의 선택적 전달이 기능장애 상태를 감소시키거나 제거할 수 있도록 환자에게로의 전기적 자극의 전달을 관리하기 위한 디바이스들, 시스템들 및 기법들에 관한 것이다. 본 기법들은 다양한 기능장애, 질환 또는 장애에 대한 테라피를 제공하는 데 사용될 수 있다. 예시의 목적들로, 그러나 제한 없이, 기법들의 사용이 방광 기능장애와 관련하여 후술될 것이다. 방광 기능장애는 대체적으로 방광 또는 요로의 부적절한 기능의 질환을 지칭하며, 예를 들어, 과민성 방광, 긴박증, 또는 요실금을 포함할 수 있다. 과민성 방광(OAB)은 요실금이 있든 없든, 긴박증과 같은 증상을 포함할 수 있는 환자 질환이다. 긴박증은 배뇨하는 것에 대한 갑작스럽고 강렬한 긴박이며, 항상은 아니지만 종종, 요실금과 연관될 수 있다. 요실금은 소변의 불수의적 손실의 질환을 지칭하며, 긴박 실금, 스트레스 실금, 또는 스트레스 실금과 긴박 실금 둘 모두 - 이는 혼합 요실금으로 지칭될 수 있음 - 를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "요실금"이라는 용어는 요구되지 않을 때 배뇨가 일어나는 장애, 예컨대 스트레스 실금 또는 긴박 실금을 포함한다. 다른 방광 기능장애는 비폐쇄성 요폐와 같은 장애를 포함할 수 있다.
방광 기능장애를 치료하기 위한 한 가지 유형의 테라피는 전기적 자극의 전달 동안 테라피 효과를 야기하기 위해 환자 내의 표적 조직 부위로의 연속적인 전기적 자극의 전달을 포함한다. 예를 들어, 이식가능 의료 디바이스(IMD)로부터 표적 테라피 부위, 예컨대 척추 신경(예컨대, 천골 신경), 음부 신경, 배부 생식기 신경, 경골 신경, 하직장 신경, 회음 신경, 또는 전술된 신경들 중 임의의 신경의 가지의 활동을 조절하기 위해 자극을 전달하는 조직 부위로의 전기적 자극의 전달은 방광 수축의 빈도의 원하는 감소와 같은 방광 기능장애에 대한 즉각적인 테라피 효과를 제공할 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 천골 신경의 전기적 자극은 전기적 자극 동안 비뇨기 기능을 회복하기 위해 구심성 신경 활동을 조절할 수 있다. 그러나, 연속적인 전기적 자극 또는 다른 유형들의 신경자극(예컨대, 약물 전달 테라피)은 바람직하지 않은 부작용, 조절, 덜 집중적인 테라피, 및 의료 디바이스 전달 테라피에 의한 증가된 에너지 사용량을 야기할 수 있는 생리학적 사이클의 불필요한 단계들 동안 신경자극을 제공할 수 있다.
이러한 유형의 연속적인 신경자극 테라피와는 대조적으로, 본 명세서에 기술된 예시적인 디바이스들, 시스템들, 및 기법들은 하나 이상의 생리학적 마커와의 타이밍에 기초한 신경자극 테라피의 전달을 관리하여, 신경자극이 하나 이상의 생리학적 마커들에 기초하여 전달되고 보류되게 하는 것에 관한 것이다. 예를 들어, 생리학적 마커들은 생리학적 사이클 내의 하나 이상의 지점들을 나타낼 수 있다. 시스템은 생리학적 마커들을 생리학적 사이클 내의 하나 이상의 지점들과 연관시키도록 기계-학습할 수 있다. 시스템은, 신경자극 테라피의 전달을 자동으로 중단하거나, 신경자극 테라피를 시작하거나, 또는 생리학적 사이클 내의 나중의 지점에서 시작할 신경자극의 전달의 타이밍을 맞추기 위한 트리거로서 생리학적 마커 또는 마커들의 발생에 대해 환자를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 환자가 전형적으로 아침에 커피를 소비하여, 더 짧은 충전 사이클을 유발할 수 있음을 학습할 수 있으며, 그것이 달리 아침에 하는 것보다 더 일찍 신경자극을 시작하도록 타이밍을 조정할 수 있다.
전달의 타이밍을 맞추는 것은 하나 이상의 이전 생리학적 사이클들에 기초하여 신경자극의 전달을 위해 생리학적 사이클 내의 적절한 단계를 예측하는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 기능장애 상태가 생리학적 사이클 동안 전형적으로 발생하는 기능장애 단계 이전에 시작하는 단계 동안 신경자극을 전달할 수 있고, 또한, 그 기능장애 단계 이전에 종료될 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템은, 신경자극을 선제적으로 전달하고 신경자극이 기능장애 상태를 치료하는 것에 대해 불필요하거나 심지어 유해한 생리학적 사이클의 하나 이상의 단계들 동안 신경자극을 보류하는 것에 의해 기능장애 단계를 효과적으로 감소시키거나 제거할 수 있다. 환자의 생리학적 사이클을 나타내는 하나 이상의 생리학적 마커들에 기초하여 신경자극을 전달 및 보류함으로써, 시스템은 신경자극 및/또는 신경자극 전달의 연장된 기간들로부터 이익이 되지 않는 사이클의 단계들 동안 전달된 신경자극으로부터 바람직하지 못한 부작용을 감소시킬 수 있고/있거나, 신경자극 테라피의 효능을 증가시킬 수 있고/있거나, 테라피의 지속력을 증가시킬 수 있고/있거나, 테라피에 대한 조직 수용을 감소시킬 수 있고/있거나, (예컨대, 전기적 자극 테라피 동안) 에너지 사용량을 감소시킬 수 있고/있거나, 재료 사용량(예컨대, 약물 전달 테라피)을 감소시킬 수 있다.
일례에서, 시스템은, 압력 센서와 같은 센서를 통해, 환자에 대한 방광 충전 사이클(예컨대, 일 유형의 생리학적 사이클)을 모니터링할 수 있고, 충전 사이클의 특정 단계(예컨대, 복수의 단계들 중 하나의 단계) 동안에 발생할 신경자극의 시간 전달의 타이밍을 맞출 수 있다. 배뇨 이벤트(예컨대, 생리학적 마커의 유형)가 검출된 후, 시스템은 충전 사이클의 제1 단계 동안 신경자극을 견딜 수 있으며, 신경자극이 요실금과 같은 방광의 기능장애 상태를 감소시키거나 제거하는 데 더 효과적일 수 있는 충전 사이클의 나중의 제2 단계에 대한 신경자극의 전달을 시작할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템은 신경자극이 전달되어야 하는 충전 사이클의 단계를 예측할 수 있고, 이러한 단계 동안 신경자극을 전달할 수 있다.
본 발명은 다양한 예들, 태양들, 및 특징부들의 논의를 포함한다. 달리 언급되지 않는 한, 다양한 예들, 태양들, 및 특징부들은 상이한 조합들로 함께 사용되는 것으로 고려된다. 논의의 용이함을 위해 그리고 실제적인 사항으로서, 특징부들의 각각의 가능한 조합이 명확하게 열거되지 않는다. 예를 들어, 본 발명은 센서들(예컨대, 압력 센서들)과 관련하여 사용되는 자극 디바이스들에 관한 태양들을 언급한다. 시스템은 상이한 유형들의 센서들(예컨대, 온도 센서들, 또는 전기 센서들)을 가질 수 있고, 이들 센서들의 상이한 조합들을 가질 수 있다는 것이 이해된다.
본 발명의 다양한 예들은 폐루프 신경조절 솔루션을 제공하는 시스템에 관한 것이다. 예를 들어, 시스템은 전기적 자극(천골 신경조절(sacral neuromodulation, SNM))을 사용하여 천골 신경을 표적화하도록 구성될 수 있다. 천골 신경의 자극은 다양한 골반 기능장애, 특히 골반저 기능의 장애에 대한 테라피를 제공할 수 있다. 골반 기능장애의 예들은 과민성 방광, 비폐쇄성 요폐, 대변 실금, 변비, 골반통, 및 성기능장애를 포함하지만, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
전술된 바와 같이, 일정한 테라피가 실금을 처리하도록 전달되는 일부 기법들에서, 의료 디바이스의 전력 소비에 부정적인 영향이 있을 수 있다. 예를 들어, SNM이 환자에게 능동적으로 전달되고 있는 시간은 전달 디바이스의 전력 소비에 대한 상관관계를 갖는다. 본 발명의 다양한 예들은 임의의 주어진 순간에 환자의 요구들에 응답하는 방식으로 SNM을 제공하여 연속적인 전력이 전달될 필요가 없도록 구성된 시스템들에 관한 것이다. 시스템들은 적절한 바이오마커들 또는 생리학적 마커들을 모니터링하는 센서들로부터의 입력들에 응답하여 적응적 자극을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 생리학적 단계와 연관된 환자의 생리학적 마커들을 모니터링할 수 있고, 생리학적 마커들에 기초하여 전기적 자극의 타이밍 또는 전기적 자극의 파라미터들을 자동을 조정할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템들은 폐루프 SNM 시스템으로 간주될 수 있다. 이론에 의해 제한됨이 없이, 그러한 폐루프 시스템들은 전력 사용량, 환자 적응에 유용할 수 있고, 환자 질환에서의 순간(moment-to-moment) 변동에 더 강건할 수 있다.
일부 예들에서, 시스템은 영향을 받고 있는 말단 기관으로부터 멀리 떨어진 부위에 위치된 신경 표적에 자극을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 천골 자극 부위들은 방광 또는 창자로부터 비교적 먼 거리에 위치될 수 있다. 시스템은 감지 또는 테라피 자극을 제공할 수 있는, 디바이스들 사이의 정보의 무선 통신을 허용하는 무선 통신 회로부를 갖는 다수의 디바이스들(예컨대, 이식가능 센서들 및 이식가능 자극 디바이스들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 회로부는 근거리 통신(Near Field Communication), Bluetooth®, 또는 다른 무선 프로토콜들을 사용하여 통신하도록 설계될 수 있다.
논의의 용이함을 위해, 방광 기능과 관련하여 다양한 예들이 논의된다. 그러나, 방광 기능은 하나의 가능한 응용임이 인식될 것이다. 본 발명의 다양한 태양들이 또한, 비뇨기, 창자, 및 일반적인 골반저 기능장애와 관련하여 사용될 수 있다. 간결함을 위해, 각각의 유형의 기능장애는 본 명세서에 논의된 각각의 특징부 또는 예에 대해 반복되지 않는다.
상기에 논의된 바와 같이, 일정한 자극은 바람직하지 않은 부작용, 조절, 덜 집중적인 테라피, 및 의료 디바이스 전달 테라피에 의한 증가된 에너지 사용량을 초래할 수 있다.
소정의 경우들에 있어서, 정시(on-time) 자극의 감소는 더 적은 전력 소비를 초래하며, 이는 더 긴 재충전 간격들, 더 긴 교체 간격들, 더 작은 디바이스들, 또는 이들의 조합들로 변환될 수 있다.
소정 예들이 무선 통신을 사용하여 분산 플랫폼(하기 참조)과 관련하여 논의되지만, 다른 예들은 방광압과 같은 생리학적 마커를 감지하고, 배뇨를 분류하고, 그에 따라 자극을 조절할 수 있는 단일(올인원) 디바이스를 허용한다.
하기에서 추가로 논의되는 바와 같이, 방광 충전 사이클 동안 소정 시간에 전달되는 신경자극은 증가된 방광 용적 및 요폐의 원인이 된다. 따라서, 시스템은 방광 충전 사이클의 일부분 동안, 방광 수축을 감소시키도록, 그리고 방광 충전 사이클의 제2 절반, 제3 사분위 또는 제4 사분위와 같은, 신경자극 테라피에 더 많이 수용적인 방광 충전의 단계들 동안의 전달을 표적화하도록 구성된 테라피와 같은 신경자극 테라피를 보류할 수 있다. 시스템은 검출된 배뇨 이벤트를 사용하여, 충전 사이클 동안 이들 단계들이 발생하는 때를 예측하고 이에 따라 신경자극 전달의 타이밍을 맞추거나, 또는 하나 이상의 센서들을 사용하여 충전 사이클의 단계들을 직접적으로 검출할 수 있다. 신경자극 테라피가 대체적으로, 전기적 자극 테라피를 포함하는 것으로 논의되지만, 신경자극 테라피는 대안적으로 또는 또한, 약물 전달 테라피를 포함할 수 있다.
이식가능 의료 디바이스(IMD)와 같은 의료 디바이스는 본 명세서에 기술된 기법들을 구현하여, 적어도 하나의 신경(예컨대, 척수 신경 또는 골반저 신경)에 자극 테라피를 전달하여, IMD에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 전극을 통해 신경의 활동을 조절할 수 있다. 전기적 자극은 (실금을 감소시키기 위한) 방광 수축의 빈도의 감소 또는 (배뇨를 촉진시키기 위한) 방광 수축의 빈도의 증가를 야기하기 위해 환자의 배뇨근의 수축을 조절하도록 구성될 수 있다. 방광 수축의 빈도의 감소는 배뇨의 긴박증을 감소시킬 수 있고, 긴박증 및/또는 요실금을 감소시킬 수 있으며, 이에 의해, 방광 기능장애를 적어도 부분적으로 완화시킬 수 있다.
본 명세서에 기술된 신경자극은 과민성 방광, 긴박증, 요실금, 또는 심지어 비폐쇄성 요폐와 같은 방광 기능장애를 관리하도록 표적화될 수 있다. 예를 들어, 자극은 이들 유형들의 기능장애를 완화시키기 위해 일반적으로 사용되는 표적 조직 부위들로 전달될 수 있다. 기법들이 주로, 방광 기능장애를 관리하는 것에 대해 본 발명에서 기술되지만, 이 기법들은 또한, 다른 골반저 장애 또는 환자의 다른 기관, 조직 또는 신경과 관련된 장애를 관리하도록 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 기술된 디바이스들, 시스템들, 및 기법들은 대안적으로 또는 추가적으로, 성기능장애, 골반통, 배변 긴박증 또는 배변 실금을 관리하는 데 활용될 수 있다. 테라피를 위해 표적화될 수 있는 예시적인 신경은 천골 신경, 음부 신경, 음경 또는 음핵의 배부 신경, 경골 신경, 비복 신경, 좌골 신경, 하직장 신경, 및 비골 또는 회음 신경을 포함한다. 기능장애를 위해 치료될 수 있는 예시적인 기관계는 대장 및 소장, 위 및/또는 장, 간장, 및 비장을 포함할 수 있으며, 이는 기관, 기관에 분포된 하나 이상의 신경, 및/또는 기관에 도달하는 혈액 공급에 직접적으로 신경자극을 전달함으로써 조절될 수 있다.
배변 실금의 예에서, IMD는 배변 실금(예컨대, 증가된 환자 활동 레벨) 또는 창자 충전 레벨 또는 활동 레벨의 발생의 증가된 확률을 나타내는 생리학적 마커의 검출의 타이밍에 맞춰진 신경자극 테라피를 전달할 수 있다. 생리학적 마커는, 예를 들어 항문 괄약근의 수축 크기, 환자 활동 레벨, 또는 환자 자세 상태를 포함할 수 있다.
다양한 예들이 하나 이상의 자극 디바이스들에 대해 논의된다. 자극 디바이스들은 전기적 자극에 더하여 특징부들 및 기능성을 포함할 수 있다는 것이 인식된다. 이들 추가적인 특징부들 중 많은 것이 본 명세서에서 명확히 논의된다. 몇몇 예시적인 특징부들은 상이한 유형들의 감지 능력들 및 상이한 유형들의 무선 통신 능력들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 논의의 용이함을 위해, 본 발명은, 예컨대 자극 디바이스들의 상이한 예들 및 사용들이 논의될 때마다 모든 특징부를 반복함으로써, 추가적인 특징부들의 모든 인지가능한 조합을 명확하게 열거하지는 않는다.
도 1은 과민성 방광, 긴박증, 또는 요실금과 같은 방광 기능장애를 관리하기 위해 환자(14)에게로의 신경자극의 전달을 관리하는 예시적인 시스템(10)을 도시하는 개념도이다. 전술된 바와 같이, 시스템(10)은 하나 이상의 생리학적 마커들의 검출에 기초하여 생리학적 사이클 동안 타이밍에 맞춰 환자에게 신경자극을 전달하도록 구성될 수 있다. 시스템(10)은 하나 이상의 검출된 생리학적 마커들에 기초하여 테라피의 전달을 종료하고/하거나, 테라피의 전달을 시작하고/하거나, 테라피의 전달을 보류할 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)은 환자 내에서 재발하는 생리학적 사이클의 상이한 단계들을 추적하고/하거나 예측하기 위해 하나 이상의 생리학적 마커들을 모니터링할 수 있다. 이어서, 시스템(10)은 생리학적 사이클에 관련된 하나 이상의 기능장애 상태들을 감소시키거나 제거하기 위해 생리학적 사이클의 적절한 단계 동안에 발생할 신경자극의 전달을 제어할 수 있다.
도 1의 예에 도시된 바와 같이, 테라피 시스템(10)은 리드들(18, 20, 28) 및 센서(22)에 커플링되는 이식가능 의료 디바이스(IMD)(16)(예컨대, 예시적인 의료 디바이스)를 포함한다. 시스템(10)은 또한, 무선 통신을 통해 IMD(16)와 통신하도록 구성된 외부 프로그래머(24)를 포함한다. IMD(16)는 대체적으로, 예를 들어, 척수 신경, 천골 신경, 음부 신경, 배부 생식기 신경, 경골 신경, 하직장 신경, 회음 신경, 또는 다른 골반 신경, 또는 전술된 신경들 중 임의의 신경의 가지에 근접한 표적 조직 부위로 신경자극(예컨대, 도 1의 예에서의 전기적 자극)을 전달하는 테라피 디바이스로서 동작한다. IMD(16)는 리드(28)에 가까운, 및 더 구체적으로, 리드(28)의 원위 단부에 근접하게 배치된 전극들(29A 내지 29D)("전극들(29)"로 총칭됨)에 가까운 테라피 부위를 표적화하도록 프로그래밍가능 전기적 자극 신호를 (예컨대, 전기 펄스들 또는 전기 파형의 형태로) 생성 및 전달함으로써 환자(14)에게 전기적 자극을 제공한다.
IMD(16)는 환자(14) 내의 임의의 적합한 위치에서, 예컨대 골반 가까이에서 환자(14)에게 외과적으로 이식될 수 있다. 일부 예들에서, IMD(16)는 하복부 측 또는 아래쪽 등 또는 위쪽 엉덩이 측 내의 피하 위치에 이식될 수 있다. IMD(16)는 티타늄, 스테인리스 강, 액정 중합체 등으로부터 형성될 수 있는 생체적합성 하우징을 갖는다. 리드들(18, 20, 28)의 근위 단부들은, 예컨대 각자의 리드 연장부들을 통해, 직접적으로 또는 간접적으로, IMD(16)에 전기적 및 기계적 둘 모두로 커플링된다. 리드들(18, 20, 28)의 리드 본체들 내에 배치된 전기 도체들은, 감지 전극들(예컨대, 전극들(19A, 19B, 21A, 21B)) 및 전극들(29)과 같은 자극 전극들을 IMD(16) 내의 감지 회로부 및 자극 전달 회로부(예컨대, 자극 발생기)에 전기적으로 접속시킨다. 도 1의 예에서, 리드들(18, 20)은 전극들(19A, 19B)("전극들(19)"로 총칭됨) 및 전극들(21A, 21B)("전극들(21)"로 총칭됨)을 각각 전달한다. 하기에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 전극들(19, 21)은 방광(12) 내의 소변의 체적이 증가함에 따라 증가할 수 있는 방광(12)의 임피던스를 감지하기 위해 포지셔닝될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(10)은 전극들(예컨대, 전극들(19, 21)), 스트레인 게이지, 하나 이상의 가속도계들, 초음파 센서들, 광 센서들, 또는 방광(12)의 수축, 방광(12)의 압력 또는 체적, 또는 방광(12)의 충전 사이클 및/또는 가능한 방광 기능장애 상태의 임의의 다른 표시를 검출할 수 있는 임의의 다른 센서를 포함할 수 있다.
다른 예들에서, 시스템(10)은 방광 체적을 감지하기 위해 전극들(19, 21) 이외의 센서들을 사용할 수 있거나, 또는 어떠한 센서들도 전혀 사용하지 않을 수 있다. 예를 들어, 외부 프로그래머(24)는 배뇨 이벤트를 식별하는 사용자 입력, 인지된 충만도(fullness) 레벨, 또는 생리학적 사이클의 단계와 연관된 생리학적 마커의 임의의 다른 표시를 수신할 수 있다. 사용자 입력은 외부 프로그래머(24) 또는 IMD(16)에 의해 분석된 배뇨 일기(voiding journal), 또는 각자의 배뇨 이벤트들, 누출, 또는 생리학적 사이클의 단계에 관련된 임의의 다른 이벤트와 연관된 개별 사용자 입력들의 형태의 것일 수 있다. 외부 프로그래머(24) 및/또는 IMD(16)는 이러한 사용자 입력을 사용하여, 추정된 충전 사이클들을 생성하고, 충전 사이클의 단계들을 결정하여 신경자극을 전달하고 자극을 보류할 수 있다. 다시 말하면, 하나 이상의 생리학적 마커들이 사용자 입력으로부터 식별될 수 있다. 사용자 입력은 생리학적 마커를 검출하기 위한 전극들(19A, 21A)과 같은 센서들에 추가되거나 그들을 대신할 수 있다.
하나 이상의 의료 리드들, 예컨대 리드들(18, 20, 28)이 IMD(16)에 접속될 수 있고, 외과적으로 또는 경피적으로 터널링되어, 원하는 신경 또는 근육 부위, 예컨대 척추(예컨대, 천골) 또는 음부 신경에 근접한 조직 부위와 같은 이전에 열거된 표적 테라피 부위들 중 하나의 표적 테라피 부위에 각자의 리드의 원위 단부에 의해 전달되는 하나 이상의 전극들을 배치할 수 있다. 예를 들어, 리드(28)는 전극들(29)이 전기적 자극을 척추, 천골 또는 음부 신경에 전달하여 방광(12)의 수축의 빈도 및/또는 크기를 감소시키도록 포지셔닝될 수 있다. 리드(28)의 추가적인 전극들 및/또는 다른 리드의 전극들이 또한, 다른 신경 또는 조직에 추가적인 자극 테라피를 제공할 수 있다. 도 1에서, 리드들(18, 20)은 각각 제1 및 제2 위치들에서 방광(12)의 벽의 외부 표면에 근접하게 배치된다. 테라피 시스템(10)의 다른 예들에서, IMD(16)는, 예컨대 상이한 신경들을 표적화하기 위해, 환자(14) 내의 상이한 자극 부위들로의 전기적 자극의 전달을 위한 전극들을 포함하는 하나 초과의 리드에 커플링될 수 있다.
도 1에 도시된 예에서, 리드들(18, 20, 28)은 원통형이다. 리드들(18, 20, 28)의 전극들(19, 20, 29)은, 각각, 링 전극들, 세그먼트 전극들, 부분 링 전극들 또는 임의의 적합한 전극 구성일 수 있다. 세그먼트 전극들 및 부분 링 전극들 각각은 각자의 리드(18, 20, 28)의 외주연부 주위에서 360도 미만(예컨대, 90 내지 120도)의 호를 따라 연장된다. 일부 예들에서, 리드(28)의 세그먼트 전극들(29)은 상이한 생리학적 효과들(예컨대, 테라피 효과들)을 생성하기 위해 동일한 또는 상이한 신경들의 상이한 섬유들을 표적화하는 데 유용할 수 있다. 예들에서, 리드들(18, 20, 28) 중 하나 이상의 리드는, 적어도 부분적으로, 패들 형상(예컨대, "패들" 리드)일 수 있으며, 실질적으로 편평할 수 있거나 편평하지 않을 수 있는 공통 표면 상의 전극들의 어레이를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 전극들(19, 20, 29) 중 하나 이상의 전극은, 적어도 부분적으로 신경 주위에서 연장되도록(예컨대, 신경의 외측 표면 주위에서 축방향으로 연장되도록) 구성되는 커프(cuff) 전극일 수 있다. 하나 이상의 커프 전극들 및/또는 세그먼트 전극들을 통해 전기적 자극을 전달하는 것은 신경에 대한 더 균일한 전기장 또는 활동성 필드 분포를 달성하는 데 도움을 줄 수 있으며, 이는 전기적 자극의 전달로부터 기인하는, 환자(14)에 대한 불편함을 최소화하는 것을 도울 수 있다. 전기장은 전극들(19, 20, 29)이 활성화될 때 영향을 받는 조직의 체적을 한정할 수 있다. 활동성 필드는 활성화된 전극들에 근접한 신경 조직 내의 전기장에 의해 활성화될 뉴런(neuron)들을 나타낸다.
리드들(18, 20, 28) 및 리드들(18, 20, 28)에 의해 전달되는 전극들의 예시된 개수들 및 구성들은 단지 예시적인 것이다. 리드들 및 전극들의 다른 구성들, 예컨대 개수들 및 포지션들이 또한 고려된다. 예를 들어, 다른 구현들에서, IMD(16)는 척수에 근접한 상이한 위치들에 또는 환자(14)의 골반 영역 내에 포지셔닝된 하나 이상의 전극들을 갖는 추가적인 리드들 또는 리드 세그먼트들에 커플링될 수 있다. 추가적인 리드들은 환자(14) 내의 각자의 자극 부위들에 상이한 자극 테라피들 또는 다른 전기적 자극들을 전달하기 위해 또는 환자(14)의 적어도 하나의 생리학적 마커를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 일부 예들에 따르면, IMD(16)는 척수 신경(예컨대, 천골 신경), 음부 신경, 배부 생식기 신경, 경골 신경, 하직장 신경, 또는 회음 신경 중 적어도 하나로 전기적 자극을 전달하여, 과민성 방광과 같은 기능장애 상태를 감소시키거나 제거하는 테라피 효과를 제공한다. 원하는 테라피 효과는 원하는 레벨 또는 정도(예컨대, 백분율)만큼의 방광 수축 빈도의 감소와 같은, 환자(14)의 배뇨와 관련된 억제 생리학적 반응일 수 있다. 특히, IMD(16)는 신경 또는 표적화된 조직이 자극 테라피에 유효하게 반응하는 방광 충전 사이클의 제2 단계 동안 전극들(29) 중 적어도 하나의 전극을 통해 자극을 전달할 수 있다. IMD(16)는 이전 배뇨 이벤트 이래로 방광 충전 레벨(예컨대, 체적 또는 압력) 또는 시간과 같은 하나 이상의 생리학적 마커들에 기초하여 이러한 제2 단계를 결정할 수 있다. 이어서, IMD(16)는 배뇨 이벤트에 후속하는 제1 단계와 같은 다른 단계들 동안 그리고 자극이 전달되는 제2 단계 전에 자극 전달을 보류하도록 테라피 전달 회로부를 제어할 수 있다. IMD(16)는 하나 이상의 생리학적 마커들을 모니터링할 수 있고, 자극의 전달의 타이밍 또는 자극의 파라미터들을 자동으로 조정할 수 있다.
자극 프로그램은 자극 파형 및 전극 구성의 다양한 파라미터들을 정의할 수 있으며, 이들은 미리결정된 자극 세기가 표적화된 신경 또는 조직에 전달되게 한다. 일부 예들에서, 자극 프로그램은 자극 신호의 전류 또는 전압 진폭, 자극의 주파수 또는 펄스 속도, 자극 파형의 형상, 자극의 듀티 사이클, 자극의 펄스 폭, 및/또는 자극을 전달하는 데 사용되는 전극들(29)의 서브세트의 각자의 극성들과 전극들(29)의 조합 중 적어도 하나에 대한 파라미터들을 정의한다. 동시에, 이들 자극 파라미터 값들은, 자극 세기(본 명세서에서 자극 세기 레벨로도 지칭됨)를 정의하는 데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 자극 펄스들이 버스트들로 전달되는 경우, 버스트 듀티 사이클이 또한 자극 세기에 기여할 수 있다. 또한, 세기와 관계없이, 특정 펄스 폭 및/또는 펄스 속도는, 자극이 종료된 후에, 그리고 선택적으로 자극 동안, 원하는 테라피 효과를 야기하기에 적합한 범위로부터 선택될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 자극이 전달되는 기간은 온 및 오프 기간들(예컨대, 듀티 사이클 또는 펄스들의 버스트들)을 포함할 수 있으며, 여기서 펄스가 전달되지 않을 때의 심지어 짧은 펄스간 지속 시간들도 여전히 자극의 전달의 일부로 간주된다. 시스템(10)이 자극 전달을 보류하는 기간은 IMD(16)에 대해 어떠한 자극 프로그램도 활성이 아닌 기간이다(예컨대, IMD(16)는 전기적 자극 전달 스킴의 일부로서 발생하는 펄스 지속기간들 또는 펄스간 지속기간들을 추적하고 있지 않음). 다시 말하면, 보류 기간은 미리정의된 펄스 주파수, 버스트 주파수, 또는 전기적 자극 신호 또는 펄스들의 세트에 대한 듀티 사이클 대신에 하나 이상의 생리학적 마커들에 기초한다. 전형적으로, 시스템(10)이 신경자극을 보류하는 기간은 수십 초 또는 수 초가 아니라, 수 분 또는 수 시간 정도이다.
상기 자극 파라미터들에 더하여, 자극은 자극이 전달되는 시간, 자극이 종료되는 시간, 및 자극이 보류되는 시간들과 같은 다른 특성들에 의해 정의될 수 있다. 이들 시간들은 절대적일 수 있거나, 또는 생리학적 사이클 및/또는 생리학적 사이클과 연관된 하나 이상의 생리학적 마커들에 연결될 수 있다. 일부 예들에서, IMD(16)는 생리학적 사이클 동안 상이한 시간들에 상이한 유형들의 자극 테라피를 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, IMD(16)는, 요폐 및/또는 증가된 방광 용적을 촉진시키기 위해 방광 수축을 감소시키거나 제거하도록 구성된 자극을 전달할 수 있고, 이어서, 사용자 요청 배뇨 이벤트의 경우에 또는 일단 배뇨 이벤트가 시작했다고 검출되면, 배뇨(예컨대, 방광 수축의 증가된 빈도 또는 크기)를 촉진하도록 구성된 자극을 전달할 수 있다.
시스템(10)은 또한, 도 1에 도시된 바와 같이 외부 프로그래머(24)를 포함할 수 있다. 외부 프로그래머(24)는 임상의 프로그래머 또는 환자 프로그래머일 수 있다. 일부 예들에서, 외부 프로그래머(24)는 웨어러블 통신 디바이스일 수 있으며, 이때 테라피 요청 입력은 전자 열쇠(key fob) 또는 손목시계, 핸드헬드 컴퓨팅 디바이스, 스마트폰, 컴퓨터 워크스테이션, 또는 네트워킹된 컴퓨팅 디바이스 내에 통합된다. 외부 프로그래머(24)는 사용자(예컨대, 환자(14), 환자 보호자 또는 임상의)로부터 입력을 수신하도록 구성되는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 사용자 인터페이스는, 예를 들어 키패드 및 디스플레이를 포함하며, 이들은, 예를 들어, 액정 디스플레이(LCD) 또는 발광 다이오드(LED) 디스플레이일 수 있다. 키패드는 숫자문자 키패드 또는 특정 기능들과 연관된 키들의 감소된 세트의 형태를 취할 수 있다. 외부 프로그래머(24)는 추가적으로 또는 대안적으로, 마우스와 같은 주변기기 포인팅 디바이스를 포함할 수 있으며, 이를 통해 사용자가 사용자 인터페이스와 상호작용할 수 있다. 일부 예들에서, 외부 프로그래머(24)의 디스플레이는 터치 스크린 디스플레이를 포함할 수 있고, 사용자는 디스플레이를 통해 외부 프로그래머(24)와 상호작용할 수 있다. 사용자는 또한, 네트워킹된 컴퓨팅 디바이스를 통해 원격으로 외부 프로그래머(24) 및/또는 ICD(16)와 상호작용할 수 있다는 것에 유의해야 한다.
의사, 기술자, 외과의사, 전기물리학자, 또는 다른 임상의와 같은 사용자는 또한, 외부 프로그래머(24) 또는 임상의 프로그래머와 같은 다른 별개의 프로그래머(도시되지 않음)와 상호작용하여 IMD(16)와 통신할 수 있다. 그러한 사용자는 IMD(16)로부터 생리학적 또는 진단 정보를 취출하기 위해 프로그래머와 상호작용할 수 있다. 사용자는 또한, IMD(16)를 프로그래밍하도록, 예컨대 IMD(16)가 자극을 생성하고 전달하는 자극 파라미터 값들 및/또는 IMD(16)의 다른 동작 파라미터들, 예컨대 자극 에너지의 크기들, 자극에 대한 사용자 요청 기간들 또는 자극을 방지하기 위한 기간들, 또는 임의의 다른 그러한 사용자 맞춤 테라피에 대한 값들을 선택하도록 프로그래머와 상호작용할 수 있다. 본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 사용자는 또한, (생리학적 마커들에 대한) 생리학적 이벤트들, 예컨대 방광 충전 레벨 인식 및 배뇨 이벤트들을 나타내는 입력을 외부 프로그래머(24)에 제공할 수 있다.
예를 들어, 사용자는 프로그래머를 사용하여 IMD(16)로부터 방광(12)의 수축 빈도 및/또는 배뇨 이벤트들에 관한 정보를 취출할 수 있다. 다른 예로서, 사용자는 프로그래머를 사용하여, IMD(16)로부터 IMD(16)의 성능 또는 무결성 또는 시스템(10)의 다른 컴포넌트들, 예컨대 리드들(18, 20, 28), 또는 IMD(16)의 전원에 관한 정보를 취출할 수 있다. 일부 예들에서, 이러한 정보는 테라피의 효능에 영향을 미칠 수 있는 시스템 조건이 검출되는 경우에 경보로서 사용자에게 제시될 수 있다.
환자(14)는, 예를 들어, 외부 프로그래머(24)의 키패드 또는 터치 스크린을 사용하여, 예컨대 환자(14)가 누출 에피소드가 임박할 수 있음을 감지할 때 또는 다가오는 배뇨가 요폐를 촉진하는 테라피를 종료하는 것으로부터 이익을 얻을 수 있을 때 전기적 자극을 전달하거나 종료할 것을 IMD(16)에게 요청할 수 있다. 이러한 방식으로, 환자(14)는 외부 프로그래머(24)를 사용하여, 예컨대 환자(14)가 제2 자극 테라피를 바람직한 것으로 간주할 때, 전기적 자극의 전달을 "온 디맨드(on demand)"로 제어하라는 테라피 요청을 제공할 수 있다. 이러한 요청은 전기적 자극을 종료하는 데 사용되는 테라피 트리거 이벤트일 수 있다. 환자(14)는 또한, 외부 프로그래머(24)를 사용하여, 다른 정보, 예컨대 배뇨 이벤트의 발생과 같은 생리학적 사이클의 단계를 나타내는 정보를 IMD(16)에 제공할 수 있다.
외부 프로그래머(24)는 전기적 자극이 전달되고 있을 때 환자(14)에게 통지를 제공할 수 있거나, 또는 전기적 자극의 다가오는 종료를 환자(14)에게 통지할 수 있다. 또한, 종료의 통지는, 배뇨 이벤트가 더 개연성이 있을 수 있고/있거나 충전 사이클의 끝이 가까워지고 있어서 방광이 비워져야 함(예컨대, 환자가 화장실을 방문해야 함)을 환자(14)가 알도록 하는 데 도움이 될 수 있다. 그러한 예들에서, 외부 프로그래머(24)는 가시적 메시지를 디스플레이할 수 있거나, 가청 경보 신호를 방출할 수 있거나, 또는 (예컨대, 외부 프로그래머(24)의 하우징이 진동하게 함으로써) 신체감각 경보를 제공할 수 있다. 다른 예들에서, 통지는 생리학적 사이클 동안 테라피가 언제 이용가능한지(예컨대, 분 단위의 카운트다운, 또는 테라피가 준비되었다는 표시)를 나타낼 수 있다. 이러한 방식으로, 외부 프로그래머(24)는 방광 수축을 감소시키거나 아니면 달리 요폐를 촉진시키는 전기적 자극을 종료하기 전에 환자(14)로부터의 입력을 기다릴 수 있다. 환자(14)는, 배뇨 목적으로 테라피가 중단되도록 전기적 자극의 종료를 확인하고/하거나, 환자(14)가 배뇨할 수 있을 때까지 시스템이 테라피 전달을 유지해야 함을 확인하고/하거나, 환자(14)가 배출 이벤트 동안 배뇨를 촉진시키는 다른 상이한 자극 테라피를 준비함을 확인하는 입력을 입력할 수 있다.
배뇨 이벤트가 예측될 때의 특정 시간 범위 내에 어떠한 입력도 수신되지 않는 이벤트에서, 외부 프로그래머(24)는 IMD(16)로의 환자 입력의 부재를 나타내는 신호를 무선으로 송신할 수 있다. 이어서, IMD(16)는 환자 입력이 수신될 때까지 자극을 계속할 것, 또는 IMD(16)의 프로그래밍에 기초하여 조직 손상을 회피시키도록 자극을 종료할 것을 선택할 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 전기적 자극의 종료 또는 계속은 다른 생리학적 마커들에 반응할 수 있다.
IMD(16) 및 외부 프로그래머(24)는 당업계에 공지된 임의의 기법들을 사용하여 무선 통신을 통해 통신할 수 있다. 통신 기법의 예들은, 예를 들어 저주파수 또는 무선주파수(RF) 원격측정(telemetry)을 포함할 수 있지만, 다른 기법들이 또한 고려된다. 일부 예들에서, 외부 프로그래머(24)는 IMD(16)와 외부 프로그래머(24) 사이의 통신의 품질 또는 보안을 개선하기 위해 IMD(16) 이식 부위에 가까운 환자의 신체에 근접하게 배치될 수 있는 프로그래밍 리드를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 일례에서, 시스템(10)은 환자(14)의 방광(12)의 충전 사이클을 모니터링하도록 구성된 외부 프로그래머(24) 및/또는 IMD(16)에 포함된 하나 이상의 프로세서들(예컨대, 프로세서 또는 제어 회로부)을 포함하고, 여기서 충전 사이클은 제1 배뇨 이벤트의 완료 후에 시작하고 제2 배뇨 이벤트의 완료 시에 종료된다. 다른 예에서, 충전 사이클은 배뇨 이벤트의 시작 시에 시작하여 다음 충전 사이클의 종료의 검출 시에 종료되는 것으로 기술될 수 있다. 프로세서는 충전 사이클의 시작을 포함하는 제1 단계 동안 환자(14)에게로의 신경자극 테라피의 전달을 보류하도록 IMD(16)를 제어할 수 있으며, 여기서 신경자극 테라피는 방광(12)의 수축을 억제하도록 구성된다. 도 9 내지 도 14와 관련하여 이하에서 논의되는 바와 같이, 방광(12)(또는 연관된 배뇨근 또는 관련 신경)이 충전 사이클의 제1 단계 동안 신경자극에 반응하지 않을 수 있기 때문에, IMD(16)는 이러한 제1 단계 동안 자극을 보류할 수 있다. 이어서, 프로세서는 충전 사이클과 연관된 하나 이상의 생리학적 마커들(예컨대, 이전 배뇨 이벤트 또는 현재의 방광 충전 레벨의 표시)에 기초하여, 신경자극 테라피가 환자(14)로 전달될 충전 사이클의 제2 단계를 결정할 수 있다. 이러한 결정은 제2 단계의 지속기간, 및 제2 단계가 충전 사이클 내에서 시작할 시기(예컨대, 배뇨 이벤트 이후의 또는 다음 예측된 배뇨 이벤트 이전의 제2 단계의 타이밍)를 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 신경자극 전달을 위한 제2 단계는 IMD(16)가 자극을 보류하는 제1 단계 바로 뒤에 올 수 있다. 이어서, 시스템(10)의 프로세서는 충전 사이클의 제2 단계 동안 환자(14)에게 신경자극 테라피를 전달하기 위해 IMD(16)를 제어할 수 있다.
시스템(10)은 다음 배뇨 이벤트 이전에 충전 사이클의 제2 단계를 종료할 수 있다. 이러한 종료는 환자(14)가 배뇨 이벤트를 완료하는 것 및 방광(12)으로부터 소변을 배뇨하는 것을 도울 수 있다. 그러나, 제2 단계 및 자극 전달은, 일부 예들에서, 배뇨 이벤트의 끝까지 계속될 수 있다. 제2 단계는, 빈번하고/하거나 조정되고/되거나 강한 배뇨근 수축과 같은, 충전 사이클과 관련된 기능장애 이벤트들의 예측된 시작 이전에 적어도 시작하도록 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, 제2 단계 동안 전달되는 자극은 실금을 초래할 수 있는 이들 기능장애 이벤트들을 선제적으로 감소시키거나 심지어 제거할 수 있다. 시스템(10)은 기능장애가 발생할 것으로 예측될 때의 기능장애 단계 동안 중첩할 제2 단계를 결정할 수 있다. 다른 예에서, 시스템(10)은 제2 단계 동안 자극을 전달할 수 있으며, 자극이 방광 활동을 효과적으로 진정시킬 수 있을 때 예측된 기능장애 이전에 제2 단계를 종료할 수 있다.
도 9a 내지 도 14와 관련하여 하기에서 추가로 논의되는 바와 같이, 충전 사이클 내의 제2 단계의 배치가 자극의 효과적인 전달을 위해 이루어질 수 있다. 일례에서, 충전 사이클의 제3 사분위는 제2 단계를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 다른 예에서, 충전 사이클의 제4 사분위는 제2 단계를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 따라서, 제2 단계는 충전 사이클의 이들 사분위들 내에 적어도 부분적으로 또는 그들 내에 완전히 위치될 수 있다. 다른 예들에서, 충전 사이클의 제1 절반은 시스템(10)이 자극을 보류하는 제1 단계를 포함할 수 있고, 충전 사이클의 제2 절반은 시스템(10)이 환자(14)에게 자극 테라피를 전달하는 제2 단계를 포함할 수 있다. 시스템(10)은, 일부 예들에서, 배뇨 이벤트 동안 방광 수축을 촉진시키도록 구성된 자극과 같은, 제2 단계 이후의 추가적인 유형들의 신경자극을 전달할 수 있다.
일부 예들에서, 시스템(10)은 배뇨 이벤트들을 검출하도록 그리고 검출에 응답하여, 신경자극 테라피의 전달을 종료하기 위해 IMD(16)를 제어하도록 구성된다. 따라서, 충전 사이클의 제1 단계는 환자(14)에게 전달되는 신경자극을 포함하지 않을 것이다. 그러나, 상기에 논의된 바와 같이, 외부 프로그래머(24) 및/또는 IMD(16)는 제2 단계 자극이 종료된 후에 상이한 유형들의 신경자극의 전달을 제어할 수 있다. 예를 들어, IMD(16)는 배뇨를 촉진시키는 배뇨 이벤트, 예컨대 배뇨근 수축의 촉진 동안 테라피를 전달할 수 있다.
시스템(10)은 상이한 인자들에 기초하여 그리고 상이한 예들에서 상이한 입력들을 사용하여 생리학적 사이클(예컨대, 방광 충전 사이클)의 상이한 단계들을 결정할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템(10)은 생리학적 마커들에 대한 자극 테라피의 전달 및 보류의 타이밍을 맞추기 위해, 생리학적 사이클의 지속기간들 및 시간들, 및 향후 사이클들에 대한 상이한 단계들의 지속기간들 및 시간들을 예측할 수 있다. 일례에서, 시스템(10)은 하나 이상의 이전의 생리학적 사이클들에 기초하여 생리학적 사이클의 다양한 단계들을 결정한다. 이전의 생리학적 사이클들로부터의 이러한 이력 데이터는, 사이클과 연관된 하나 이상의 기능장애 이벤트들을 치료하기 위해, 시스템이 자극의 전달을 보류할 때 및 자극을 전달할 때를 예측할 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)의 프로세서는 검출되었던 마지막 배뇨 이벤트로부터의 기간을 추적함으로써 방광 충전 사이클의 제2 단계가 시작될 때(예컨대, 자극이 전달될 때)를 결정하도록 구성될 수 있다. 시스템(10)은 그 기간을, 제2 단계가 시작될 충전 사이클 내의 임계치인 충전 시간 임계치와 비교한다. 충전 시간 임계치를 초과하는 기간에 응답하여, 시스템(10)은 충전 사이클의 제2 단계를 개시할 수 있다. 충전 시간 임계치는 충전 사이클의 총 충전 시간의 백분율 또는 분율, 또는 사이클의 시작으로부터의 또는 충전 사이클의 예측된 종료까지의 절대 시간일 수 있다.
일부 예들에서, 시스템(10)은 환자(14)의 하나 이상의 이전 충전 사이클들의 각자의 지속기간들에 기초하여 충전 시간 임계치를 추정하도록 구성된다. 이전의 충전 사이클들은 전형적인 사이클 지속기간들을 확립하는 데 사용될 수 있으며, 이들로부터 충전 시간 임계치가 계산될 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)은, 복수의 이전 충전 사이클들의 각자의 지속기간들의 평균을 계산하는 것, 추정된 제2 단계 지속기간을 평균에 기초하여 결정하는 것, 및 복수의 이전 충전 사이클들의 각자의 지속기간들의 평균에 기초하여 제2 단계에 대한 개시 지점으로서 충전 시간 임계치를 결정하는 것에 의해 충전 시간 임계치를 계산할 수 있다. 다른 예들에서, 충전 사이클의 전형적인 지속기간의 중위, 롤링 평균, 가중 평균, 또는 일부 다른 추정이 시스템(10)에 의해 사용될 수 있다. 제2 단계 지속기간은 충전 사이클의 추정된 지속기간의 백분율로서 계산될 수 있고, 사이클의 시작, 사이클의 종료, 또는 기능장애 이벤트가 발생할 것으로 예측되는 예측된 기능장애 단계로부터의 시간의 백분율들 또는 그로부터의 절대 시간들에 기초하여 향후의 사이클 내에 배치될 수 있다. 시스템(10)은 또한, 이전에 검출된 기능장애 이벤트들에 기초하여 생리학적 사이클 내의 하나 이상의 기능장애 단계들의 지속기간들 및 타이밍을 추정할 수 있다.
일부 예들에서, 시스템(10)은 추정된 충전 시간을 연장할 수 있는데, 이는 환자의 불충분한 자극 테라피 충전 사이클 시간들이 시간 경과에 따라 증가하는 이월 효과가 있을 수 있기 때문이다. 예를 들어, 비교적 적은 시간 동안, 예를 들어 충전 사이클의 90%보다는 충전 사이클의 50% 동안 자극할 때, 환자는 배뇨와 배뇨 사이에 점점 더 긴 시간들을 경험할 수 있다. 이러한 방식으로, 하나의 충전 사이클 동안의 자극의 테라피 이익들이 다음 충전 사이클로 이월할 수 있다. 시스템(10)은, 예를 들어, 이전 충전 사이클들의 길이들에 기초하여 추정된 충전 시간을 연장할 수 있다.
환자(14)의 이전 사이클들에 기초하여 생리학적 사이클의 향후 단계들을 예측하는 것에 대한 대안으로서, 시스템(10)은 (예컨대, 배뇨 이벤트들 대신에 또는 그들에 더하여) 생리학적 마커들로서 방광(12)의 충전 레벨의 직접적인 검출을 활용할 수 있다. 시스템(10)은 충전 레벨의 크기를 검출하는 것, 충전 레벨의 크기를 임계치와 비교하는 것, 및 임계치를 초과하는 충전 레벨의 크기에 응답하여, 충전 사이클의 제2 단계를 개시하는 것에 의해 신경자극 전달을 위한 방광 충전 사이클의 제2 단계를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방광 충전 사이클의 중간점에 있을 때 제2 단계가 시작되어야 하는 경우, 시스템(10)은 전체 충전 사이클 동안 충전 사이클에 대한 크기 변화의 절반이 되도록 임계치를 결정할 수 있다. 임계치는 총 충전 레벨의 백분율, 예컨대 방광 체적, 압력, 직경과 같은 단일 치수의 백분율일 수 있다. 임계치는 또한, 근전도(electromyogram, EMG), 신경 활동, 또는 다른 표시를 통한 근육 활동과 같은 충전 레벨을 나타내는 생리학적 파라미터에 연결될 수 있다.
충전 레벨의 크기는 방광 충전 사이클에 대한 생리학적 마커일 수 있다. 일례에서, 시스템(10)은 (예컨대, 센서(22)를 통해) 방광(14)의 압력 레벨을 검출함으로써 충전 레벨의 크기를 검출할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 압력 또는 신장(stretch) 센서들이 방광(14)의 외부에 부착되거나 방광 내에 이식될 수 있다. 다른 예로서, 시스템(10)은 방광(14)의 임피던스 레벨을 검출함으로써, 예컨대 도 1의 전극들(19, 21) 사이의 임피던스를 모니터링함으로써, 충전 레벨의 크기를 검출할 수 있다.
IMD(16)는 임의의 적합한 기법을 사용하여, 예컨대 생리학적 사이클에 대한 생리학적 마커일 수 있는 감지된 생리학적 파라미터에 기초하여, 방광(12)의 수축을 검출할 수 있다. 일례에서, 생리학적 마커는 방광(12)의 임피던스이다. 도 1에 도시된 예에서, IMD(16)는 4-와이어(또는 켈빈(Kelvin)) 측정 기법을 사용하여 방광(12)의 임피던스를 결정할 수 있다. 다른 예들에서, IMD(16)는 2-와이어 감지 배열물을 사용하여 방광 임피던스를 측정할 수 있다. 어느 경우든, IMD(16)는 리드들(18, 20)을 거쳐 방광(12)을 통해 전류와 같은 전기적 측정 신호를 송신할 수 있고, 송신된 전기적 신호에 기초하여 방광(12)의 임피던스를 결정할 수 있다. 그러한 임피던스 측정치는 전기적 자극 동안 또는 전기적 자극의 종료 후에 방광(12)의 수축의 응답을 결정하는 데, 방광(12)의 충만도를 결정하는 데, 또는 등등을 하는 데 활용될 수 있다. 충만도가 원하는 테라피 효과에 대한 필요성을 나타내는 생리학적 마커일 수 있지만, 충만도는 또한, 방광 수축의 빈도가 방광(12)을 배뇨시키도록 증가할 것임을 나타낼 수 있다.
도 1에 도시된 예시적인 4-와이어 배열물에서, 전극들(19A, 21A) 및 전극들(19B, 21B)은 방광(12)의 중심에 대해 실질적으로 서로 대향하여 위치될 수 있다. 예를 들어, 전극들(19A, 21A)은 방광(12)의 대향 측면들 상에서, 전후 및 좌우 중 어느 하나에 배치될 수 있다. 도 1에서, 전극들(19, 21)은 방광(12)의 벽의 외부 표면에 근접하게 배치된 것으로 도시되어 있다. 일부 예들에서, 전극들(19, 21)은 방광 벽에 봉합되거나 달리 부착될 수 있다. 다른 예들에서, 전극들(19, 21)은 방광 벽 내에 이식될 수 있다. 방광(12)의 임피던스를 측정하기 위해, IMD(16)는 전류와 같은 전기적 신호를 리드(18)를 거쳐 전극(19A)으로 소싱할 수 있는 한편, 리드(20)를 거쳐 전극(21A)은 전기적 신호를 싱크(sink)시킨다. 이어서, IMD(16)는 각각 리드들(18, 20)을 거친 전극(19B)과 전극(21B) 사이의 전압을 결정할 수 있다. IMD(16)는 결정된 전압으로부터 소싱된 전기적 신호의 알려진 값을 사용하여 방광(12)의 임피던스를 결정한다.
다른 예들에서, 전극들(19, 21)은 배뇨근 근육의 EMG를 검출하는 데 사용될 수 있다. 이러한 EMG는 환자(14)의 생리학적 마커 및 방광 수축의 빈도를 결정하는 데 사용될 수 있다. EMG는 또한, 일부 예들에서 방광 수축의 강도를 검출하는 데 사용될 수 있다. EMG에 대한 대안으로서 또는 그에 더하여, 스트레인 게이지 또는 다른 디바이스가, 예컨대 방광 수축을 나타내는 힘들을 감지함으로써, 방광(12)의 상태를 검출하는 데 사용될 수 있다.
도 1의 예에서, IMD(16)는 또한, 방광(12)의 수축의 변화들을 검출하기 위한 센서(22)를 포함한다. 센서(22)는, 예를 들어, 방광압의 변화들을 검출하기 위한 압력 센서, 음부 또는 천골 구심성 신경 신호들을 감지하기 위한 전극들, 비뇨기 괄약근 EMG 신호들을 감지하기 위한 전극들(또는 시스템(10)이 배변 긴박증 또는 배변 실금을 관리하기 위한 테라피를 제공하는 예들에서, 항문 괄약근 EMG 신호들), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 센서(22)가 압력 센서인 예들에서, 압력 센서는 IMD(16)로 신호들을 무선으로 송신하는 원격 센서일 수 있거나, 또는 리드들(18, 20, 또는 28) 중 하나의 리드 또는 IMD(16)에 커플링된 추가적인 리드 상에서 전달될 수 있다. 일부 예들에서, IMD(16)는 센서(22)에 의해 생성된 압력 신호에 기초하여 방광(12)의 수축 빈도가 발생했는지 여부를 결정할 수 있다.
센서(22)가 구심성 신경 신호들을 감지하기 위한 하나 이상의 전극들을 포함하는 예들에서, 감지 전극들은 리드들(18, 20, 또는 28) 중 하나의 리드 또는 IMD(16)에 커플링된 추가적인 리드 상에서 전달될 수 있다. 센서(22)가 비뇨기 괄약근 EMG를 생성하기 위한 하나 이상의 감지 전극들을 포함하는 예들에서, 감지 전극들은 리드들(18, 20, 또는 28) 중 하나의 리드 또는 IMD(16)에 커플링된 추가적인 리드들 상에서 전달될 수 있다. 어느 경우든, 일부 예들에서, IMD(16)는 센서(22)로부터 수신된 입력에 기초하여 전기적 자극의 전달의 타이밍을 제어할 수 있다.
센서(22)는 환자 활동 레벨 또는 자세 상태를 나타내는 신호를 생성하는 환자 모션 센서를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, IMD(16)는 모션 센서로부터의 신호에 기초하여 특정 임계치를 초과하는 환자 활동 레벨을 검출할 시에 환자(14)에게로의 전기적 자극의 전달을 종료할 수 있다. (IMD(16)의 메모리에 저장될 수 있는) 임계치 이상인 환자 활동 레벨은 불수의적 배뇨 이벤트가 발생할 확률의 증가가 있음을 나타낼 수 있고, 따라서, 시스템(10)은 제2 단계 동안 전기적 자극을 전달해야 하거나 또는 심지어 일부 예들에서 제2 단계를 조기에 시작해야 한다. 다른 예들에서, IMD(16)는 센서(22)를 사용하여, 원하는 테라피 효과를 필요로 하는 것으로 알려진 자세 상태들을 식별할 수 있다. 예를 들어, 환자(14)는, 환자(14)가 누워 있는 자세 상태에 비해, 직립 자세 상태에 있을 때 불수의적 배뇨 이벤트에 더 취약할 수 있다. 임의의 이벤트에서, 전극들(19, 21) 및 센서(22)는 충전 사이클 동안 방광(12)의 충전 레벨의 크기 및/또는 배뇨 이벤트들을 검출하도록 구성될 수 있다. 환자(14)로부터의 이들 검출된 특징부들 중 임의의 것은 자극 테라피를 전달 및 보류할 때를 결정하기 위해 시스템(10)에 의해 사용되는 생리학적 마커일 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 시스템은 시간 경과에 따라 후속 배뇨 이벤트들을 검출함으로써 방광(12)의 충전 사이클을 모니터링할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(10)은 배뇨 이벤트의 발생을 나타내는 사용자 입력의 표시를 (예컨대, 외부 프로그래머(24)를 통해) 수신함으로써 배뇨 이벤트들을 검출할 수 있다. 다시 말하면, 외부 프로그래머(24)는 배뇨 이벤트가 발생했음, 배뇨 이벤트의 시작, 및/또는 배뇨 이벤트의 끝을 식별하는 입력을 사용자로부터 수신할 수 있다. 다른 예들에서, 시스템(10)은 외부 프로그래머(24)를 통해 사용자 입력을 수신하지 않고서 배뇨 이벤트들을 자동으로 검출할 수 있다. 시스템(10)은 그 대신, 방광의 압력, 방광으로부터의 소변의 흐름, 환자 외부의 물품의 습윤성, 방광의 체적, 근전도(EMG) 신호, 신경 기록, 자세 변화, 집 또는 건강관리 시설과 같은 구조물 내의 환자의 물리적 위치, 또는 변기 사용 이벤트 중 적어도 하나를 검출함으로써 배뇨 이벤트들을 검출할 수 있다. 환자(14) 외부의 일부 센서들은 외부 프로그래머(24) 및/또는 IMD(16)와 통신하여, 가능성 있는 배뇨 이벤트들을 나타내는 이러한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 습윤성은 환자에 의해 착용된 속옷 내에 임베드된 습기 센서(예컨대, 전기적 임피던스 또는 화학 센서)에 의해 검출되고 IMD(16) 또는 외부 프로그래머(24)로 송신될 수 있다. 유사하게, 변기는, 환자가 변기를 사용하고 있는 때를 검출하고 환자의 존재를 나타내는 신호를 IMD(16) 또는 외부 프로그래머(24)에게로 송신하는 존재 센서(예를 들어, 적외선 센서, 열 센서, 또는 압력 센서)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 비침습성으로 획득된 데이터는 이식된 센서들이 없이 배뇨 이벤트들을 나타내는 정보를 제공할 수 있다.
도 1에 기술된 방광 테라피의 이들 예들은 생리학적 사이클의 기능장애 상태를 치료하기 위한 생리학적 사이클의 단계와 연관된 생리학적 마커에 기초하여 전달되는 테라피의 예들이다. 그러나, 그러한 프로세스들은 또한, 환자(14)의 다른 기능장애 및 질환을 치료하기 위해 시스템(10)에 의해 사용될 수 있다. 일례에서, 시스템(10)의 하나 이상의 프로세서들은 시간적으로 생리학적 사이클의 기능장애 단계 이전에 발생하는 생리학적 마커를 검출하도록 구성될 수 있으며, 여기서 생리학적 사이클의 기능장애 상태는 치료 없이 기능장애 단계 동안 발생한다(예컨대, 자극 테라피가 부재한 경우, 기능장애 상태는 기능장애 단계 동안 발생할 수 있음). 생리학적 마커를 검출한 것에 응답하여, 시스템(10)은 일정 지속시간을 갖는 생리학적 사이클의 제1 단계를 결정할 수 있고, 제1 단계의 지속시간 동안 신경자극 테라피의 전달을 보류할 수 있다. 제1 단계가 경과한 것에 응답하여, 시스템(10)의 프로세서는 기능장애 단계 전에 시작되는 제2 단계 동안 신경자극 테라피를 전달하기 위해 테라피 전달 회로부(예컨대, IMD(16)의 테라피 전달 회로부)를 제어할 수 있다. 이러한 방식으로, 신경자극 테라피는 기능장애 상태를 치료하도록 구성된다.
일부 예들에서, 제2 단계는 기능장애 단계와 적어도 부분적으로 중첩된다. 다른 예들에서, 제2 단계는 기능장애 단계 이전에 종료되고, 제2 단계 종료에 응답하여, 시스템(10)은 신경자극 테라피의 전달을 종료하도록 구성된다. 대체적으로, 생리학적 사이클의 제2 단계 동안의 신경자극 테라피의 전달은 생리학적 사이클의 기능장애 상태를 감소시키거나 제거한다. 일부 예들에서, 제1 생리학적 사이클 동안의 신경자극 테라피의 전달은 심지어, 제2 생리학적 사이클 동안의 신경자극 테라피의 전달 없이 제1 생리학적 사이클에 후속하는 제2 생리학적 사이클의 기능장애 상태를 감소시키거나 제거할 수 있다. 다시 말하면, 생리학적 사이클에서의 적절한 시간 동안, 예컨대 제2 단계 동안, 신경자극 테라피의 전달은 기관 및/또는 신경을 리트레이닝하여 다시 적절하게 기능하게 할 수 있다.
상기에 논의된 바와 같이, 기능장애 상태는 방광 기능장애를 포함할 수 있다. 방광 기능장애의 경우, 생리학적 마커는 방광의 충전 레벨, 생리학적 사이클의 제1 단계 동안의 배뇨근 수축, 및/또는 배뇨 이벤트를 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 기능장애 상태는 결장 기능장애를 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 신경자극 테라피는 전기적 자극 또는 약물 테라피 중 적어도 하나를 포함한다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 도 1의 시스템에서 활용될 수 있는 상이한 유형들의 이식가능 의료 디바이스(IMD)들의 예시적인 구성들을 도시하는 블록도들이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, IMD(16)는 센서(22), 프로세서 회로부(53), 테라피 전달 회로부(52), 임피던스 회로부(54), 메모리(56), 원격측정 회로부(58), 및 전원(60)을 포함한다. 다른 예들에서, IMD(16)는 더 많은 또는 더 적은 수의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, IMD(16)가 개루프 방식으로 전기적 자극을 전달하는 예들과 같은 일부 예들에서, IMD(16)는 센서(22)(예컨대, 압력 센서 또는 전기적 신호 센서들) 및/또는 임피던스 회로부(54)를 포함하지 않을 수 있다. 일부 예들에서, 어떠한 센서들(예컨대, 센서(22) 및/또는 임피던스 회로부(54))도 IMD(16)와 함께 포함되지 않는 경우, 생리학적 마커들이 외부 프로그래머 상에서 환자 입력을 통해 제공될 수 있다.
소정 예들은 분류기 알고리즘(34)과 같은 폐루프 알고리즘을 활용하는 프로세서 회로부(53)를 갖는 시스템에 관한 것이다. 분류기 알고리즘(34)은 메모리(56)에 저장될 수 있다. 분류기 알고리즘(34)은 프로세서 회로부(53)에 의해 실행될 때 센서 입력(센서(22) 및/또는 IMD(16) 외부의 센서(들))에 응답하도록 구성될 수 있다. 센서 입력은 환자의 생리학적 사이클의 일정 단계에 연결되는 생리학적 마커에 관한 정보를 제공할 수 있다.
일부 예들에 따르면, 프로세서 회로부(53)(예컨대, 분류기 알고리즘(34)을 활용함)는 (예컨대, 생리학적 사이클의 상이한 단계를 나타내는) 신경자극의 원하는 변화들과 관련된 환자의 생리학적 상태에 대한 변화들을 식별한다. 예를 들어, 방광의 배뇨는 자극이 소정 시간 동안 또는 센서 입력이 달리 지시할 때까지 요구되지 않음을 나타낼 수 있다. 시스템은 관련 생리학적 상태(들)의 변화를 나타내는 바이오마커들을 감지하는 하나 이상의 센서들, 예컨대 센서(22) 및/또는 IMD(16) 외부의 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압력 센서는 방광압의 양을 검출할 수 있는 한편, 분류기 알고리즘(34)은 감지된 압력으로부터 방광 배뇨(환자 상태 변화)를 식별하도록 구성된다. 따라서, 프로세서 회로부(53)는 (예컨대, 감지된 신호들이 파라미터들의 하나 이상의 세트들과 매칭될 때) 방광압의 소정 변화들을 배뇨에 대응하는 것으로 분류하도록 구성될 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 또한, 후속으로 검출된 압력 레벨들로부터 방광의 상대적 충만도를 분류할 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 프로세서 회로부(53)에 의해 결정되는 바와 같은 분류된 생리학적 마커들에 기초하여 어떤 액션이 취해지는지에 영향을 주는 제어 정책(36)을 활용할 수 있다. 제어 정책(36)은 메모리(56)에 저장될 수 있다. 액션들은 자극을 인에이블시킬 시기 및 자극을 디스에이블시킬 시기, 또는 자극 파라미터들, 예컨대 세기, 빈도 또는 펄스 폭을 변화시키는 방법을 포함할 수 있다.
방광압 신호의 특정 파라미터들은 배뇨 이벤트들이 발생했던 시기를 식별하도록 프로세서 회로부(53)에 통지하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어 그리고 제한 없이, 프로세서 회로부(53)는 방광압, 방광압의 변화량, 방광압의 변화의 지속기간, 및 방광압의 변화 속도 중 하나 이상을 모니터링할 수 있다. 이러한 데이터는 배뇨 이벤트에 대한 테라피의 변화들을 트리거하기 위한 생리학적 바이오마커(들)로서의 역할을 할 수 있다. 다른 신경 표적들이 경골 신경, 음부 신경, 음경의 배부 신경, 및 음핵의 배부 신경과 같은 천골 신경들과 유사한 방식으로 비뇨기 기능을 변경할 수 있다는 것에 유의해야 한다. 시스템들은 폐루프 자극 솔루션의 일부로서 그러한 자극 표적들에 자극을 제공하도록 구성될 수 있다.
다양한 예들에 따르면, 시스템은 감지된 데이터의 분류에 기초하는 제어 정책을 적용하도록 구성된다. 제어 정책(36)은 시스템이 어떤 액션(들)을 취하는지를 명시할 수 있다. 방광 기능장애와 관련하여, 마취된 설치류(쥐)로부터의 생리학적 데이터는, 도 9a 내지 도 12b와 관련하여 본 명세서에서 나중에 추가로 논의되는 바와 같이, 방광 충전 사이클의 초기 단계가 아니라 후기 단계 동안 적용된 SNM이 연속적인 테라피 전달에 상응하는 방광 용적의 증가를 가져옴을 입증한다. 생리학적 데이터는 배뇨 직후 기간 동안 적용된 SNM이 방광 용적에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않음을 시사한다. 일부 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 배뇨 이후에 SNM을 턴오프시킨다(또는 감소시킴). 이어서, 프로세서 회로부(53)는 소정 기간 후에, 또는 감지된 생리학적 마커에 응답하여, 또는 이들의 조합으로 테라피를 턴온시킨다. 기간은, 예를 들어, 예컨대 연속적인 테라피 전달 솔루션에 비해 효과적이라고 결정되는 배뇨간 간격의 백분율 또는 분율로서 설정될 수 있다. 기간은, 예를 들어, 기계 학습 알고리즘(68)을 통해 결정될 수 있다.
일부 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 센서로부터의 입력 및 배뇨 이래로 경과된 시간에 기초하여 방광의 상대적 충전 상태를 결정하도록 구성될 수 있다.
자극이 환자(14)를 위한 테라피가 될 수 있기 때문에, 배뇨와 배뇨 사이의 시간은 대체적으로 시간 경과에 따라 증가할 수 있다. 따라서, 자극의 전달 타이밍 및 자극 전달의 보류를 조정함으로써 추가의 전력 절감이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 자극은 환자(14)가 경험할 수 있는 배뇨에 대한 긴박감을 감소시킬 수 있다. 긴박감의 감소는 배뇨와 배뇨 사이에 긴 시간을 가져올 수 있다. 따라서, 배뇨와 배뇨 사이의 지속기간의 증가는 IMD(16)의 전력 소비를 추가로 감소시킬 수 있다. 이와 같이, IMD(16)는 기계 학습 알고리즘(68)을 포함할 수 있다. 기계 학습 알고리즘(68)은 센서 신호들 내의 정보를 환자(14)의 생리학적 상태들과 연관시키도록 학습할 수 있으며, 자극의 전달 타이밍 및 자극의 전달 보류를 변화시키도록 분류기 알고리즘(34), 제어 정책(36), 또는 테라피 프로그램들(66) 중 하나 이상을 적응시킬 수 있다.
본 발명의 일부 예들은 기계 학습 알고리즘(68)과 같은 적응적 알고리즘을 사용하도록 구성된 시스템에 관한 것이다. 적응적 알고리즘은 시간 경과에 따라 수집되는 데이터에 기초하여 테라피-오프 시간들(자극의 전달을 보류하는 시기)의 조절을 허용할 수 있다. 예를 들어, IMD(16)는 적응적 알고리즘(예컨대, 기계 학습 알고리즘(68))을 가질 수 있으며, 테라피가 특정 환자 및/또는 그 환자의 현재 상황에 맞춰지도록 분류기 알고리즘(34), 제어 정책(36) 또는 테라피 프로그램들(66) 중 하나 이상을 적응시킬 수 있다. 맞춤(tailoring)은, 예를 들어, 일주기 리듬들로 인한 감지된 생리학적 상태의 변동들, 변화하는 환경, 활동 레벨, 또는 다른 인자들에 기초하여 테라피가 조정될 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 적응적 알고리즘은 환자가 전형적으로 아침에 커피를 소비하여, 더 짧은 충전 사이클을 유발할 수 있음을 학습할 수 있으며, 그것이 달리 아침에 하는 것보다 더 일찍 자극을 제공하도록 분류기 알고리즘(34), 제어 정책(36) 또는 테라피 프로그램들(66) 중 하나 이상을 조정할 수 있다.
일부 예들에 따르면, 시스템은, 시스템이 환자에 의해 처음 사용될 때 사용되는 기준 제어 정책을 사용하도록 구성될 수 있다. 이러한 기준 제어 정책은, 예를 들어, 제어 정책(36)일 수 있다. 기계 학습 알고리즘(68)은, 예를 들어 특정 환자에 관련된 입력에 기초하여, 기준 제어 정책을 적응시킬 수 있다. 일부 예들에서, 기준 제어 정책을 조정하기보다는, 기계 학습 알고리즘(68)은 분류기 알고리즘(34) 또는 자극 프로그램들(66) 중 하나 이상을 적응시킬 수 있다. 기준 제어 정책은, 예를 들어, (평균이든, 중위값이든 또는 최빈값이든) 전형적인 또는 일반적인 환자에 대한 제어 정책 설정들의 최적 세트를 나타낼 수 있다. 기준 제어 정책은 또한, 최악의 경우의 상황(예컨대, 끊임없는 자극이 요구되는 상황)을 고려하도록 설정될 수 있다. 이어서, 기계 학습 알고리즘(68)은 (예컨대, 조정된 기준 제어 정책이 더 정확해지는 것에 응답하여 배뇨 상태의 검출에 대한 임계치를 점진적으로 증가시킴으로써) 특정 환자에 대한 기준 제어 정책을 적응시킬 수 있다. 기계 학습 알고리즘(68)은 또한, 예컨대 외부 프로그래머(24)로부터의 사용자 입력 및/또는 센서 신호들 내의 정보에 기초하여 조정을 행할 수 있다.
대체적으로, IMD(16)는, 임의의 적합한 배열의 하드웨어를 포함하여, 단독으로 또는 소프트웨어 및/또는 펌웨어와 조합하여, IMD(16) 및 IMD(16)의 프로세서 회로부(53), 테라피 전달 회로부(52), 임피던스 회로부(54), 및 원격측정 회로부(58)에 기인한 기법들을 수행할 수 있다. 다양한 예들에서, IMD(16)는 하나 이상의 프로세서들, 예컨대 하나 이상의 마이크로프로세서들, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor, DSP)들, 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC)들, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA)들, 또는 임의의 다른 등가의 집적 또는 개별 로직 회로부뿐만 아니라, 그러한 컴포넌트들의 임의의 조합들을 포함할 수 있다. IMD(16)는, 또한, 다양한 예들에서, 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM), 판독 전용 메모리(read only memory, ROM), 프로그래밍가능 판독 전용 메모리(programmable read only memory, PROM), 소거가능 프로그래밍가능 판독 전용 메모리(erasable programmable read only memory, EPROM), 전자적 소거가능 프로그래밍가능 판독 전용 메모리(electronically erasable programmable read only memory, EEPROM), 플래시 메모리(flash memory)와 같은 메모리(56)를 포함할 수 있는데, 이는 하나 이상의 프로세서들이 그들에 기인한 액션들을 수행하게 하기 위한 실행가능 명령어들을 포함한다. 게다가, 프로세서 회로부(53), 테라피 전달 회로부(52), 임피던스 회로부(54), 및 원격측정 회로부(58)가 별개의 회로부로서 기술되어 있지만, 일부 예들에서, 프로세서 회로부(53), 테라피 전달 회로부(52), 임피던스 회로부(54), 및 원격측정 회로부(58)는 기능적으로 통합된다. 일부 예들에서, 프로세서 회로부(53), 테라피 전달 회로부(52), 임피던스 회로부(54), 및 원격측정 회로부(58)는 마이크로프로세서들, ASIC들, DSP들, FPGA들, 또는 다른 하드웨어 유닛들과 같은 개별 하드웨어 유닛들에 대응한다. 추가 예들에서, 프로세서 회로부(53), 테라피 전달 회로부(52), 임피던스 회로부(54), 및 원격측정 회로부(58) 중 임의의 것이 마이크로프로세서들, ASIC들, DSP들, FPGA들, 또는 다른 하드웨어 유닛들과 같은 다수의 개별 하드웨어 유닛들에 대응할 수 있다.
메모리(56)는 IMD(16)에 의해 제공되는 전기적 자극에 대한 자극 파라미터 값들을 특정하는 테라피 프로그램들(66)을 저장한다. 테라피 프로그램들(66)은 또한, 생리학적 마커들을 결정하고 사용하는 것에 관한 정보, 생리학적 사이클들 및/또는 기능장애 상태들에 관한 정보, 또는 하나 이상의 생리학적 마커들에 기초하여 자극 테라피를 전달하기 위해 IMD(16)에 의해 요구되는 임의의 다른 정보를 저장할 수 있다. 일부 예들에서, 메모리(56)는 또한, 방광 데이터(69)를 저장하고, 프로세서 회로부(53)는 전기적 자극의 전달 타이밍(예컨대, 자극을 전달 및 보류할 시기를 정의하는 생리학적 사이클들의 단계들)을 제어하기 위해 방광 데이터(69)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 방광 데이터(69)는 연관된 생리학적 사이클에 대한 생리학적 마커들로서의 사용을 위해 방광 임피던스, 방광압, 천골 또는 음부 구심성 신경 신호들, 방광 수축 빈도, 또는 외부 비뇨기 괄약근 EMG 템플릿들 중 적어도 하나에 대한 임계 값들 또는 기준 값들을 포함할 수 있다. 방광 데이터(69)는 또한, 배뇨 이벤트와 같은 생리학적 이벤트들과 연관된 생리학적 마커들 및 타이밍 정보를 포함할 수 있다.
메모리(56)는 또한, 기계 학습 알고리즘(68)을 저장할 수 있다. 예를 들어, 기계 학습 알고리즘(68)은 (예를 들어, 외부 프로그래머(24)를 통해) 환자 표시 배뇨에 기초하여 트레이닝될 수 있고, 표시된 배뇨와 동시에 발생하는 생리학적 마커들을 감지할 수 있다. 예를 들어, 기계 학습 알고리즘(68)은 특정 환자에 대한 소정 양의 방광압 변화, 방광압 변화의 속도, 또는 방광압 변화의 지속기간이 배뇨를 나타낸다고 결정할 수 있다.
환자(14)의 감지된 방광 수축, 방광 임피던스 및/또는 자세에 관련된 정보는 사용자에 의한 장기 저장 및 취출을 위해 기록될 수 있고/있거나, 자극 파라미터들(예컨대, 진폭, 펄스 폭, 및 펄스 속도)의 조정을 위해 또는 생리학적 마커로서의 사용을 위해 프로세서 회로부(53)에 의해 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 메모리(56)는 명령어들, 전기적 신호 정보, 자극 프로그램들(66), 기계 학습 알고리즘(68), 방광 데이터(69), 분류기 알고리즘(34) 및 제어 정책(36)을 저장하기 위한 별개의 메모리들을 포함한다.
일부 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 전기적 자극의 종료 후의 환자 입력 및/또는 모니터링된 생리학적 마커들에 기초하여 전기적 자극의 전달 시에 사용하기 위해 자극 프로그램(66) 또는 자극 프로그램들(66)로부터의 새로운 자극 프로그램에 대한 새로운 자극 파라미터들을 선택한다.
대체적으로, 테라피 전달 회로부(52)는 프로세서 회로부(53)의 제어 하에서 전기적 자극을 생성 및 전달한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전기적 자극의 전달을 제어하는 것은 또한, 생리학적 사이클의 상이한 자극 및 비자극 단계들을 달성하기 위해 자극의 종료를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 메모리(56)에 액세스하여 자극 프로그램들(66) 중 적어도 하나의 자극 프로그램에 선택적으로 액세스하고 그를 테라피 전달 회로부(52)에 로딩함으로써 테라피 전달 회로부(52)를 제어한다. 예를 들어, 동작 시에, 프로세서 회로부(53)는 메모리(56)에 액세스하여 자극 프로그램들(66) 중 하나의 자극 프로그램을 테라피 전달 회로부(52)에 로딩할 수 있다. 다른 예들에서, 테라피 전달 회로부(52)는 메모리(56)에 액세스하고 자극 프로그램들(66) 중 하나의 자극 프로그램을 로딩할 수 있다.
예로서, 프로세서 회로부(53)는 전기적 자극을 환자(14)에게 전달하기 위해, 메모리(56)에 액세스하여 자극 프로그램들(66) 중 하나의 자극 프로그램을 테라피 전달 회로부(52)에 로딩할 수 있다. 임상의 또는 환자(14)는 외부 프로그래머(24) 또는 임상의 프로그래머와 같은 프로그래밍 디바이스를 사용하여 일정 리스트로부터 자극 프로그램들(66) 중 특정 자극 프로그램을 선택할 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 원격측정 회로부(58)를 통해 선택을 수신할 수 있다. 테라피 전달 회로부(52)는 연장된 기간 동안, 예컨대 수 분, 수 시간, 수 일, 수 주, 또는 환자(14) 또는 임상의가 프로그램을 수동으로 정지시키거나 변화시킬 때까지, 선택된 프로그램에 따라 환자(14)에게 전기적 자극을 전달한다.
테라피 전달 회로부(52)는 자극 파라미터들에 따라 전기적 자극을 전달한다. 일부 예들에서, 테라피 전달 회로부(52)는 전기적 펄스들의 형태로 전기적 자극을 전달한다. 그러한 예들에서, 관련 자극 파라미터들은 전압 진폭, 전류 진폭, 펄스 속도, 펄스 폭, 듀티 사이클, 또는 자극 신호를 전달하기 위해 테라피 전달 회로부(52)가 사용하는 전극들(29)의 조합을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 테라피 전달 회로부(52)는 연속적인 파형들의 형태로 전기적 자극을 전달한다. 그러한 예들에서, 관련 자극 파라미터들은 자극 신호를 전달하기 위해 테라피 전달 회로부(52)가 사용하는 전압 또는 전류 진폭, 주파수, 자극 신호의 형상, 자극 신호의 듀티 사이클, 또는 전극들(29)의 조합을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 자극 프로그램들(66)에 대한 자극 파라미터들은, 예컨대 전기적 자극의 종료 후에, 방광(12)의 수축 빈도를 감소시키기 위해, 방광(12)을 이완시키도록 선택될 수 있다. 방광 기능장애를 치료함에 있어서, 예컨대 척추, 천골, 음부, 경골, 배부 생식기, 하직장, 또는 회음 신경에 대한 적용 시, 효과적일 가능성이 있는 전기적 자극에 대한 자극 파라미터들의 예시적인 범위는 하기와 같다:
1. 주파수 또는 펄스 속도: 약 0.5 ㎐ 내지 약 500 ㎐, 예컨대 약 1 ㎐ 내지 약 250 ㎐, 약 1 ㎐ 내지 약 20 ㎐, 또는 약 10 ㎐.
2. 진폭: 약 0.1 볼트 내지 약 50 볼트, 예컨대 약 0.5 볼트 내지 약 20 볼트, 또는 약 1 볼트 내지 약 10 볼트. 대안적으로, 진폭은 약 0.1 밀리암페어(mA) 내지 약 50 mA, 예컨대 0.5 mA 내지 약 20 mA, 또는 약 1 mA 내지 약 10 mA일 수 있다.
3. 펄스 폭: 약 10 마이크로초(μs) 내지 약 5000 μs, 예컨대 약 100 μs 내지 약 1000 μs, 또는 약 100 μs 내지 약 200 μs.
IMD(16)가 방광 충전 사이클의 상태를 결정하기 위해 방광의 충전 레벨을 모니터링하고 있을 때, 프로세서 회로부(53)는 방광(12)의 수축을 검출하기 위해 미리결정된 지속 시간 동안 방광(12)의 임피던스를 모니터링할 수 있고, 미리결정된 지속 시간 내에 방광(12)의 수축 횟수를 결정함으로써 방광(12)의 기준 수축 빈도를 결정할 수 있다. 다른 예들에서, 전극들(19 또는 21)은 배뇨근 근육의 EMG를 검출하여 방광 수축 빈도를 식별하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 스트레인 게이지 센서 신호 출력 또는 방광 수축 변화의 다른 측정이 방광(12)의 생리학적 마커를 검출하는 데 사용될 수 있다. 방광(12)의 충전 레벨 및/또는 배뇨 이벤트를 모니터링하는 이들 대안적인 방법들 각각이 일부 예들에서 사용될 수 있다.
도 2a에 도시된 예에서, 임피던스 회로부(54)는 전압 측정 회로부(62) 및 전류원(64)을 포함하고, 교류 신호를 생성하기 위한 발진기(도시되지 않음) 등을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도 1과 관련하여 전술된 바와 같이, 임피던스 회로부(54)는 4-와이어 또는 켈빈 배열물을 사용할 수 있다. 일례로서, 프로세서 회로부(53)는 전류원(64)을 주기적으로 제어하여, 예를 들어 전극(19A)을 통해 전류 신호를 소싱하고 전극(21A)을 통해 전류 신호를 싱크시킬 수 있다. 일부 예들에서, 임피던스 측정치들의 수집을 위해, 전류원(64)은, 예를 들어 그러한 신호들의 진폭들 또는 폭들 및/또는 그러한 신호들의 전달 타이밍으로 인해, 자극 테라피를 방광(12)에 전달하지 않는 전류 신호들, 예컨대 하위-임계치 신호들을 전달할 수 있다. 임피던스 회로부(54)는 또한, 전극들(19A, 19B, 21A, 21B)을 전류원(64) 및 전압 측정 회로부(62)에 선택적으로 커플링하기 위한 스위칭 회로부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 전압 측정 회로부(62)는 전극들(19B, 21B) 사이의 전압을 측정할 수 있다. 전압 측정 회로부(62)는 샘플-앤드-홀드 회로부, 또는 전압 진폭들을 측정하기 위한 다른 적합한 회로부를 포함할 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 전압 측정 회로부(52)로부터 수신된 측정 전압 값들로부터 임피던스 값을 결정한다.
다른 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 센서(22)로부터 수신된 신호들을 모니터링하여 방광(12)의 수축을 검출하고 기준 수축 빈도를 결정할 수 있다. 일부 예들에서, 센서(22)는 방광(12)의 압력 변화들을 검출하기 위한 압력 센서일 수 있고, 프로세서 회로부(53)는 이를 방광(12)의 수축에 상관시킬 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 센서(22)로부터 수신된 신호들에 기초하여 압력 값을 결정할 수 있고, 결정된 압력 값을 방광 데이터(69)에 저장된 임계값과 비교하여 신호가 방광(12)의 수축을 나타내는지 여부를 결정할 수 있다. 일부 구현예들에서, 프로세서 회로부(53)는 방광(12)의 압력을 모니터링하여 미리결정된 지속 시간 동안 방광(12)의 수축을 검출하고, 미리결정된 기간 내에 방광(12)의 수축 횟수를 계산함으로써 방광(12)의 수축 빈도를 결정한다.
일부 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 수축 빈도 정보가 메모리(56) 내에 방광 데이터(69)로서 저장되게 할 수 있고, 수축 빈도의 변화들을 활용하여 방광 충전 사이클의 충전 레벨을 추적하거나 달리 충전 사이클의 단계를 추적할 수 있다. 일부 구현예들에서, 프로세서 회로부(53)는, 자동으로 또는 사용자의 제어 하에서, 충전 사이클에 걸친 수축 빈도를 결정할 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 수축 빈도의 증가가 충전 사이클의 나중의 단계를 나타낸다고 결정할 수 있다. 일부 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 환자(14)의 EMG 신호들을 사용하여 방광 수축을 추적할 수 있다. 일부 구현예들에서, 센서(22)는 EMG 센서를 포함할 수 있고, 프로세서 회로부(53)는 센서(22)에 의해 생성된 수신된 신호들로부터 EMG를 생성할 수 있다. 센서(22)는 방광(12)이 수축하고 있을 때 활성인 근육, 예컨대 배뇨근에 근접하게 이식될 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 방광(12)의 수축이 방광 충전 사이클의 특정 단계들을 나타내는지 여부를 결정하기 위해, 제2 기간 동안 수집된 EMG를 방광 데이터(69)(예컨대, 단기 실행 평균)로서 저장된 EMG 템플릿들과 비교할 수 있다.
다른 예들에서, 센서(22)는 압력 센서일 수 있고, 프로세서 회로부(53)는 방광(12)의 수축을 검출하기 위해 제2 기간의 적어도 일부분 동안 센서(22)로부터 수신된 신호들을 모니터링할 수 있다. 일부 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 적어도 제2 기간 동안에 방광(12)의 압력을 실질적으로 연속적으로 모니터링하여 방광(12)의 수축을 검출하며, 특정 기간 내에 방광(12)의 수축 횟수를 결정함으로써 방광(12)의 수축 빈도를 결정한다. 센서(22)는 또한, 방광 충전 상태를 추적하기 위해 압력의 장기간 변화들을 제공할 수 있다(예컨대, 증가된 방광 체적은 증가된 방광압에 대응할 수 있음).
도 2a의 예에서, 테라피 전달 회로부(52)는 단일 리드(28) 상의 전극들을 구동한다. 구체적으로, 테라피 전달 회로부(52)는 리드(28)에 의해 전달되는 선택된 전극들(29A 내지 29D)을 통해 환자(14)의 조직에 전기적 자극을 전달한다. 리드(28)의 근위 단부는 IMD(16)의 하우징으로부터 연장되고, 리드(28)의 원위 단부는 표적 테라피 부위, 예컨대 척수 신경(예컨대, S3 신경), 또는 골반저 내의 테라피 부위, 예컨대 천골 신경, 음부 신경, 경골 신경, 배부 생식기 신경, 하직장 신경, 회음 신경, 하복 신경, 비뇨기 괄약근, 또는 이들의 임의의 조합에 근접한 조직 부위들로 연장된다. 다른 예들에서, 테라피 전달 회로부(52)는 하나 초과의 리드 상의 전극들로 전기적 자극을 전달할 수 있고, 리드들 각각은 하나 이상의 전극들을 전달할 수 있다. 리드들은 링 전극들, 또는 2차원 어레이로 배열된 전극 패드들을 갖는 세그먼트 전극들 및/또는 패들 리드(paddle lead)들을 갖는 축방향 리드(axial lead)로서 구성될 수 있다. 전극들은 다른 전극들을 구비한 양극성 또는 다극성 구성으로 동작할 수 있거나, 또는 디바이스 하우징 또는 IMD(16)의 "캔"에 의해 전달되는 전극에 대해 언급되는 단극성 구성으로 동작할 수 있다.
전술된 바와 같이, 센서(22)는 방광압의 변화들을 검출하도록 구성된 압력 센서, 음부 또는 천골 구심성 신경 신호들을 감지하기 위한 전극들, 또는 외부 비뇨기 괄약근 EMG 신호들(또는 IMD(16)가 배변 긴박증 또는 배변 실금 테라피를 제공하는 예들에서의 항문 괄약근 신호들)을 감지하기 위한 전극들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 센서(22)는 모션 센서, 예컨대 2-축 가속도계, 3-축 가속도계, 하나 이상의 자이로스코프들, 압력 트랜스듀서들, 압전 결정체들, 또는 환자 활동 레벨 또는 자세 상태가 변화함에 따라 변화하는 신호를 생성하는 다른 센서들을 포함할 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 방광 충전 사이클 동안의 지점을 나타내는 생리학적 마커를 검출할 수 있다. 센서(22)는 또한, IMD(16)보다 우수한, 피부 상에서의 (예컨대, 환자(14)에 의한) 탭핑에 응답하는 모션 센서일 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 이러한 탭핑 방법을 사용하여 환자 입력을 로깅하도록 구성될 수 있다(예컨대, 탭핑은 배뇨 이벤트가 발생하고 있음을 나타낼 수 있음). 대안적으로 또는 추가적으로, 프로세서 회로부(53)는 탭핑 또는 소정 패턴의 탭핑에 응답하여 전기적 자극 전달을 전달하거나 종료하도록 테라피 회로부(52)를 제어할 수 있다.
센서(22)가 모션 센서를 포함하는 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 센서(22)에 의해 생성된 신호에 기초하여 환자 활동 레벨 또는 자세 상태를 결정할 수 있다. 이러한 환자 활동 레벨은, 예를 들어, 환자(14)의 앉기, 운동하기, 일하기, 달리기, 걷기, 또는 임의의 다른 활동일 수 있다. 예를 들어, 프로세서 회로부(53)는 센서(22)로부터의 신호를 샘플링하고 샘플링 기간 동안 활동 카운트들의 수를 결정함으로써 환자 활동 레벨을 결정할 수 있으며, 여기서 복수의 활동 레벨들의 각각의 활동 레벨은 각자의 활동 카운트들과 연관된다. 일례에서, 프로세서 회로부(53)는 센서(22)에 의해 생성된 신호를 메모리(56) 내에 저장된 하나 이상의 진폭 임계치들과 비교하고, 각각의 임계치 교차점을 활동 카운트로서 식별한다. 신체 활동은 충전 레벨, 배뇨 이벤트, 또는 방광 충전 사이클에 관련된 임의의 다른 생리학적 마커를 나타낼 수 있다.
일부 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 원격측정 회로부(58)를 통해 수신된 환자 입력에 기초하여 전기적 자극을 전달하거나 종료하기 위해 테라피 전달 회로부(52)를 제어할 수 있다. 원격측정 회로부(58)는 외부 프로그래머(24)(도 1)와 같은 다른 디바이스와 통신하기 위한 임의의 적합한 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 프로세서 회로부(53)의 제어 하에서, 원격측정 회로부(58)는 내부 및/또는 외부에 있을 수 있는 안테나의 도움으로, 외부 프로그래머(24)로부터 다운링크 원격측정, 예컨대 환자 입력을 수신할 수 있고, 외부 프로그래머(24)로 업링크 원격측정, 예컨대 경보를 전송할 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 외부 프로그래머(24)에 업링크될 데이터 및 원격측정 회로부(58) 내의 원격측정 회로에 대한 제어 신호들을 제공할 수 있고, 원격측정 회로부(58)로부터 데이터를 수신할 수 있다.
대체적으로, 프로세서 회로부(53)는 외부 프로그래머(24) 및/또는 IMD(16) 외부의 다른 디바이스와 정보를 교환하기 위해 원격측정 회로부(58)를 제어할 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 동작 정보를 송신할 수 있고, 원격측정 회로부(58)를 통해 자극 프로그램들 또는 자극 파라미터 조정들을 수신할 수 있다. 또한, 일부 예들에서, IMD(16)는 원격측정 회로부(58)를 통해 자극자(stimulator)들, 제어 디바이스들, 또는 센서들과 같은 다른 이식된 디바이스들과 통신할 수 있다.
전원(60)은 IMD(16)의 컴포넌트들에 동작 전력을 전달한다. 전원(60)은 배터리 및 전력 발생 회로를 포함하여 동작 전력을 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 배터리는 연장된 동작을 허용하도록 재충전가능할 수 있다. 재충전은 IMD(16) 내의 유도성 충전 코일과 외부 충전기 사이의 근위 유도성 상호작용을 통해 달성될 수 있다. 다른 예들에서, 외부 유도성 전력 공급부는 전기적 자극이 발생할 때마다 IMD(16)에 경피적으로 전력을 공급할 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, IMD(70)는 도 2a의 IMD(16)와 유사하지만, IMD(70)는 전기적 자극 대신에 약물의 형태로 환자(14)에게 신경자극을 전달한다. IMD(70)는 프로세서 회로부(73)(예컨대, 프로세서 회로부(53)와 유사함), 카테터(75)에 커플링된 테라피 전달 모듈(74), 센서(76)(예컨대, 도 2a의 센서(22)와 유사한 압력 센서), 원격측정 회로부(78)(예컨대, 원격측정 회로부(58)와 유사함), 메모리(80)(예컨대, 메모리(56)와 유사함), 및 전원(86)(예컨대, 전원(60)과 유사함)을 포함한다. IMD(70)가 임피던스 회로부(54)를 포함하지 않지만, 이러한 또는 다른 회로부가 일부 예들에서 제공될 수 있다.
테라피 전달 모듈(74)은 약물 저장소, 및 약물을 저장소로부터 카테터(75)를 통해 이동시켜 환자(14)에게 출력하는 약물 펌프를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, IMD(70)는 약물 펌프 및 전기적 자극 생성기 둘 모두를 포함할 수 있다. 메모리(80)는 테라피 프로그램들(82), 기계 학습 알고리즘(83), 방광 데이터(84), 분류기 알고리즘(85)을 포함할 수 있다. 테라피 프로그램들(82)은 방광 데이터(84)로서 저장된 하나 이상의 생리학적 마커들에 기초할 수 있는 약물 전달을 위한 명령어들을 포함할 수 있다. 프로세서 회로부(73)는, 예를 들어, 자극의 전달과 관련하여 도 2a의 프로세서 회로부(53)의 것과 유사한 방식으로, 방광 충전 사이클과 같은 생리학적 사이클의 단계에 기초하여 환자(14)에게 1회분의 약물을 전달할 시기를 예측할 수 있다.
도 2c는 도 2a의 IMD(16)와 유사한 IMD(59)를 도시한 블록도이다. 이러한 예에서, 분류기 디바이스(35)는 도 2a의 분류기 알고리즘(34)을 실행하는 프로세서 회로부(53)와 유사한 방식으로 기능할 수 있다. 예를 들어, 분류기 디바이스(35)는 센서(22)로부터의 센서 신호를 수용할 수 있고, 센서 신호에 기초하여 환자(14)의 생리학적 마커, 예컨대 방광 배뇨를 분류할 수 있다. 제어 정책 디바이스(37)는 도 2a의 제어 정책(53)을 실행하는 프로세서 회로부(53)와 유사한 방식으로 기능할 수 있다. 분류기 디바이스(35)는 제어 정책 디바이스(37)에 생리학적 마커의 분류를 시그널링할 수 있고, 제어 정책 디바이스(37)는 분류에 기초하여 테라피 전달 회로부(52)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 정책 디바이스(37)는 테라피 전달 회로부(52)를 제어하여 배뇨 이벤트 후에 자극을 턴오프할 수 있다. 도 2c의 예에서, 프로세서 회로부(57)는 기계 학습 알고리즘(68)을 실행할 수 있다. 기계 학습 알고리즘은 센서 신호들 내의 정보를 환자(14)의 생리학적 상태들과 연관시키도록 학습할 수 있으며, 자극의 전달 타이밍 및 자극의 전달 보류를 변화시키도록 분류기 디바이스(35), 제어 정책 디바이스(37), 또는 테라피 프로그램들(66) 중 하나 이상을 적응시킬 수 있다. 일부 예들에서, 분류기 디바이스(35) 및 제어 정책 디바이스(37)는 단일 디바이스일 수 있다. 일부 예들에서, 도 2a, 도 2b 및 도 2c의 요소들은 다양한 방식들로 조합될 수 있다. 예를 들어, IMD는, 분류 알고리즘을 실행하고 제어 정책 디바이스에 분류를 시그널링하도록 구성될 수 있는 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다.
도 3은 외부 프로그래머(24)의 예시적인 구성을 도시하는 블록도이다. 외부 프로그래머(24)가 대체적으로 핸드헬드 컴퓨팅 디바이스로서 기술될 수 있지만, 외부 프로그래머(24)는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 스마트폰, 또는 워크스테이션일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 외부 프로그래머(24)는 프로세서 회로부(90), 메모리(92), 사용자 인터페이스(94), 원격측정 회로부(96), 및 전원(98)을 포함할 수 있다. 메모리(92)는, 프로세서 회로부(90)에 의해 실행될 때, 프로세서 회로부(90) 및 외부 프로그래머(24)로 하여금, 본 개시내용 전체에 걸쳐 외부 프로그래머(24)에 할당된 기능을 제공하게 하는 프로그램 명령어들을 저장할 수 있다.
대체적으로, 외부 프로그래머(24)는, 임의의 적합한 배열의 하드웨어를 포함하여, 단독으로 또는 소프트웨어 및/또는 펌웨어와 조합하여, 외부 프로그래머(24), 및 외부 프로그래머(24)의 프로세서 회로부(90), 사용자 인터페이스(94), 및 원격측정 회로부(96)에 기인한 기법들을 수행한다. 다양한 예들에서, 외부 프로그래머(24)는 하나 이상의 프로세서들, 예컨대 하나 이상의 마이크로프로세서들, DSP들, ASIC들, FPGA들, 또는 임의의 다른 등가의 집적 또는 개별 로직 회로부뿐만 아니라, 그러한 컴포넌트들의 임의의 조합들을 포함할 수 있다. 외부 프로그래머(24)는 또한, 다양한 예들에서, RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, 하드 디스크, CD-ROM과 같은 메모리(92)를 포함할 수 있는데, 이는 하나 이상의 프로세서들로 하여금 그들에 기인한 액션들을 수행하게 하기 위한 실행가능 명령어들을 포함한다. 게다가, 프로세서 회로부(90) 및 원격측정 회로부(96)가 별개의 회로부로서 기술되어 있지만, 일부 예들에서, 프로세서 회로부(90) 및 원격측정 회로부(96)는 기능적으로 통합된다. 일부 예들에서, 프로세서 회로부(90), 원격측정 회로부(96), 및 원격측정 회로부(58)는 마이크로프로세서들, ASIC들, DSP들, FPGA들, 또는 다른 하드웨어 유닛들과 같은 개별 하드웨어 유닛들에 대응한다. 다른 예들에서, 프로세서 회로부(90), 원격측정 회로부(96), 및 원격측정 회로부(58) 중 임의의 것이 마이크로프로세서들, ASIC들, DSP들, FPGA들, 또는 다른 하드웨어 유닛들과 같은 다수의 개별 하드웨어 유닛들에 대응할 수 있다.
메모리(92)는, 프로세서 회로부(90)에 의해 실행될 때, 프로세서 회로부(90) 및 외부 프로그래머(24)로 하여금, 본 개시내용 전체에 걸쳐 외부 프로그래머(24)에 할당된 기능을 제공하게 하는 프로그램 명령어들을 저장할 수 있다. 일부 예들에서, 메모리(92)는 IMD(16)의 메모리(56)에 저장된 것들과 유사한 프로그램 정보, 예컨대, 신경자극을 정의하는 자극 프로그램들을 추가로 포함할 수 있다. 메모리(92)에 저장된 자극 프로그램들은 IMD(16)의 메모리(56) 내로 다운로드될 수 있다.
소정 예들에서, 시스템은 환자가 입력을 제공할 수 있게 하는 사용자 인터페이스(94)를 포함한다. IMD(16)는 테라피를 변경함으로써 사용자 인터페이스로부터의 환자 공급 데이터에 응답할 수 있다. 예를 들어, 환자는 외부 프로그래머(24)(예컨대, 핸드헬드 디바이스)를 사용하여, 관심있는 생리학적 이벤트를 (버튼을 누름으로써) 기록할 수 있다. IMD(16)의 프로세서 회로부(53)는 테라피를 턴온 또는 턴오프시킴으로써, 또는 테라피(예컨대, 자극 강도)를 조정함으로써, 또는 테라피 프로그램을 변화시킴으로써 응답할 수 있다. 본 명세서에서 논의된 비뇨기 응용들을 참조하여, 환자는 방광이 배뇨될 때 외부 프로그래머(24)(예컨대, 그들의 스마트폰) 상의 버튼을 누를 수 있다. 이는, 환자의 배뇨 특성들에 기초하여 사전프로그래밍되거나 또는 환자가 "배뇨" 신호를 전송하는 주파수를 해석하는 알고리즘, 예컨대 기계 학습 알고리즘(68)에 의해 (휴리스틱으로) 결정되는 기간 동안 턴오프하도록 일정 신호를 IMD(16)로 전송한다. 그러한 예들에서, 환자 입력은 테라피에 의해 영향을 받는 관심있는 생리학적 이벤트에 관한 데이터의 소스로서 분산형 "폐루프" 시스템에 의해 사용된다.
다양한 예들과 일관되게, 환자 공급 데이터는 분류기 알고리즘(34)과 같은 분류기 알고리즘을 구성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 기계 학습 알고리즘(68)은 환자 표시 배뇨에 기초하여 트레이닝될 수 있고, 표시된 배뇨와 동시에 발생하는 생리학적 마커들을 감지한다. 예를 들어, 기계 학습 알고리즘(68)은 특정 환자에 대한 소정 양의 방광압 변화, 방광압 변화의 속도, 또는 방광압 변화의 지속기간이 배뇨를 나타낸다고 결정할 수 있다.
사용자 인터페이스(94)는 버튼 또는 키패드, 조명, 음성 커맨드용 스피커, 디스플레이, 예컨대 액정(LCD), 발광 다이오드(LED), 또는 음극선관(CRT)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 디스플레이는 터치 스크린일 수 있다. 본 개시내용에서 논의된 바와 같이, 프로세서 회로부(90)는 사용자 인터페이스(94)를 통해 전기적 자극 및 결과적인 테라피 효과에 관한 정보를 제시 및 수신할 수 있다. 예를 들어, 프로세서 회로부(90)는 사용자 인터페이스(94)를 통해 환자 입력을 수신할 수 있다. 입력은, 예를 들어, 키패드 상의 버튼을 누르거나 터치 스크린으로부터 아이콘을 선택하는 형태일 수 있다.
프로세서 회로부(90)는 또한, 사용자 인터페이스(94)를 통해, 하기에 더 상세히 기술되는 바와 같이, 환자(14) 또는 보호자에게로의 전기적 자극의 전달과 관련된 경보들의 형태로 환자에게 정보를 제시할 수 있다. 도시되어 있지 않지만, 외부 프로그래머(24)는 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 컴퓨팅 디바이스에 대한 데이터 또는 네트워크 인터페이스를 포함하여, 다른 디바이스와의 통신, 및 전기적 자극 및 다른 디바이스를 통한 전기적 자극의 종료 후의 테라피 효과에 관한 정보의 제시를 용이하게 할 수 있다.
원격측정 회로부(96)는 프로세서 회로부(90)의 제어 하에서 IMD(16)와 외부 프로그래머(24) 사이의 무선 통신을 지원한다. 원격측정 회로부(96)는 또한, 무선 통신 기법들, 또는 유선 접속을 통한 직접 통신을 통해 다른 컴퓨팅 디바이스와 통신하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 원격측정 회로부(96)는 전술된 IMD(16)의 원격측정 회로부(58)와 실질적으로 유사하여, RF 또는 근위 유도성 매체를 통한 무선 통신을 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 원격측정 회로부(96)는 내부 또는 외부 안테나와 같은 다양한 형태들을 취할 수 있는 안테나를 포함할 수 있다.
외부 프로그래머(24)와 다른 컴퓨팅 디바이스 사이의 통신을 용이하게 하기 위해 채용될 수 있는 근거리 무선 통신 기법들의 예들은, 802.11 또는 블루투스 사양 세트들에 따른 RF 통신, 예컨대 IrDA 표준에 따른 적외선 통신, 또는 다른 표준 또는 독점 원격측정 프로토콜들을 포함한다. 이러한 방식으로, 다른 외부 디바이스들이 보안 무선 접속을 확립할 필요 없이 프로그래머(24)와 통신할 수 있다.
전원(98)은 프로그래머(24)의 컴포넌트들에 동작 전력을 전달한다. 전원(98)은 배터리 및 전력 발생 회로를 포함하여 동작 전력을 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 배터리는 연장된 동작을 허용하도록 재충전가능할 수 있다.
도 4는 생리학적 마커에 기초하여 테라피 전달을 위한 타이밍을 결정하기 위한 예시적인 기법을 도시하는 흐름도이다. 도 4의 기법은 예시의 목적을 위해 IMD(16)의 프로세서 회로부(53)와 관련하여 기술될 것이다. 그러나, 다른 예들에서, IMD(70)의 프로세서 회로부(73) 또는 외부 프로그래머(24)의 프로세서 회로부(90)는 유사한 기능들을 수행할 수 있거나 또는 다른 디바이스들과의 분배 기능(예컨대, 외부 프로그래머(24)와 IMD(16) 사이의 기능 분할)을 채용할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 프로세서 회로부(53)는 생리학적 마커에 대해 환자(14)를 모니터링할 수 있다(100). 생리학적 마커는 환자(14)의 기능장애 상태와 연관될 수 있다. 프로세서 회로부(53)가 생리학적 마커를 검출하지 않는 경우(블록(102)의 "아니오" 분기), 프로세서 회로부(53)는 생리학적 마커에 대해 계속해서 모니터링할 수 있다(100). 프로세서 회로부(53)가 생리학적 마커를 검출하는 경우(블록(102)의 "예" 분기), 프로세서 회로부(53)는 생리학적 마커 후에 테라피 전달을 위한 타이밍을 결정할 수 있다(104). 예를 들어, 프로세서 회로부(53)는 생리학적 마커와 신경자극의 전달 사이의 지속 시간 및/또는 신경자극이 전달되는 단계의 지속기간을 결정할 수 있다. 본 명세서에 논의된 바와 같이, 프로세서 회로부(53)는, 이전에 검출되거나 기록된 기능장애 상태들에 기초하여 테라피 전달의 타이밍을 결정할 수 있고, 기능장애 상태 이전에 그리고/또는 그 동안에 신경자극이 전달되어야 하는지 여부를 결정할 수 있다.
이어서, 프로세서 회로부(53)는 결정된 타이밍에 따라 신경자극 테라피를 전달할 수 있다(106). 프로세서 회로부(53)가 다른 예측된 기능장애 상태를 치료하기 위해 테라피를 계속 전달해야 하는 경우(블록(108)의 "예" 분기), 프로세서 회로부(53)는 생리학적 마커에 대해 환자(14)를 계속 모니터링할 수 있다(100). 프로세서 회로부(53)가 테라피를 전달하는 것을 중단해야 하는 경우(블록(108)의 "아니오" 분기), 프로세서 회로부(53)는 테라피 전달 프로그램을 종료한다(110). 도 4의 프로세스는 실금에 시달리고 있는 환자(14)에 대한 방광 충전 사이클과 같은 기능장애 상태를 포함하는 생리학적 사이클들에 적용가능할 수 있다. 그러나, 프로세서 회로부(53)는 다른 생리학적 사이클들 또는 재발 이벤트들을 추적하여 다가오는 기능장애 상태를 치료하기 위해 신경자극을 전달할 시기를 예측할 수 있다. 도 5의 프로세스와 유사한 도 4의 프로세스는 일부 예들로서, 대장 및 소장, 위 및/또는 장, 간, 또는 비장과 같은 방광 이외의 기관과 연관된 기능장애를 치료하는 데 적합할 수 있다.
일부 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 생리학적 마커의 검출 후에 제1 단계 동안 신경자극 전달을 보류할 수 있다. 다른 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 생리학적 마커와 생리학적 마커에 타이밍이 맞춰진 신경자극 사이에 제1 신경자극 테라피(또는 다수의 상이한 테라피들)를 전달하도록 의료 디바이스를 제어할 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 제2 신경자극 테라피의 파라미터들에 따라 제1 신경자극 테라피의 하나 이상의 파라미터들을 변화시킴으로써 제1 신경자극 테라피로부터 생리학적 마커에 타이밍이 맞춰진 제2 신경자극으로 전환할 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 파라미터들, 예컨대 전압 진폭, 전류 진폭, 펄스 주파수, 자극 파형 주파수, 펄스 폭, 또는 전극 조합 중 적어도 하나를 변화시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 생리학적 마커는 신경자극에 대한 변경의 타이밍을 시그널링할 수 있다.
도 5는 방광 기능장애를 관리하기 위해 신경자극을 전달 및 보류하기 위한 단계들을 결정하기 위한 예시적인 기법을 도시하는 흐름도이다. 도 5의 기법은 예시의 목적을 위해 IMD(16)의 프로세서 회로부(53)와 관련하여 기술될 것이다. 그러나, 다른 예들에서, IMD(70)의 프로세서 회로부(73) 또는 외부 프로그래머(24)의 프로세서 회로부(90)는 유사한 기능들을 수행할 수 있거나 또는 다른 디바이스들과의 분배 기능(예컨대, 외부 프로그래머(24)와 IMD(16) 사이에 분할된 기능)을 채용할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 프로세서 회로부(53)는 환자(14)의 방광(12)의 방광 충전 사이클을 모니터링할 수 있다(120). 충전 사이클은, 배뇨 이벤트의 종료 직후에 시작되고 다음 배뇨 이벤트의 끝에서 종료됨으로써 정의될 수 있다. 그러나, 충전 사이클은 다른 예들에서, 사이클의 시작 시의 배뇨 이벤트를 포함할 수 있다. 프로세서 회로부(53)가 충전 사이클의 종료를 시그널링하는 배뇨 이벤트를 검출하지 않는 경우(블록(122)의 "아니오" 분기), 프로세서 회로부(53)는 방광의 충전 사이클을 계속 모니터링할 수 있다(120). 프로세서 회로부(53)가 충전 사이클의 종료를 검출하는 경우(블록(122)의 "예" 분기), 프로세서 회로부(53)는 충전 사이클의 제1 단계 동안 신경자극 테라피의 전달을 보류하도록 결정할 수 있다(124). 일부 예들에서, 신경자극은 배뇨 이벤트 전에 또는 그 동안에 종료될 수 있고, 따라서, 프로세서 회로부(53)는 단순히 계속해서 자극을 전달하지 않을 수 있다. 그러나, IMD(16)가 배뇨 이벤트의 종료 시에 자극을 여전히 전달하고 있는 경우, 프로세서 회로부(53)는 신경자극의 전달을 종료할 수 있고, 이어서, 제1 단계 동안 신경자극의 추가의 전달을 보류할 수 있다.
충전 사이클의 단계를 나타내는 생리학적 마커에 기초하여, 프로세서 회로부(53)는 충전 사이클에 대한 제2 단계를 결정할 수 있다(126). 제2 단계는 방광(14)의 예측된 기능장애 상태(예컨대, 과민성 방광 수축) 이전의 적절한 시간에서의 신경자극의 전달을 위해 정의된다. 제2 단계는, 기능장애를 감소시키거나 제거하기 위해 조직이 테라피에 대해 수용적일 때 테라피를 제공하는 것으로 결정된 지속기간 및 기능장애 이전의 시작점을 가질 수 있다. 제2 단계가 아직 시작되지 않은 경우(블록(128)의 "아니오" 분기), 프로세서 회로부(53)는 제1 단계가 종료될 때까지 계속해서 기다릴 수 있다. 프로세서 회로부(53)가 제2 단계가 시작되어야 한다고 결정하는 경우(블록(128)의 "예" 분기), 프로세서 회로부(53)는 제2 단계를 시작하고, 제2 단계 동안 방광(12)의 수축을 억제하거나 감소시키기 위해 환자(14)에게 신경자극 테라피를 전달하도록 테라피 전달 회로부(52)를 제어한다(130).
충전 사이클의 제2 단계 동안 전달되는 신경자극 테라피는 방광(12)의 수축을 감소 또는 제거하도록(예컨대, 방광을 이완시키고 실금의 가능성을 감소시키도록) 구성될 수 있다. 자극을 위한 단지 하나의 단계가 기술되어 있지만, 프로세서 회로부(53)는 신경자극이 전달되는 충전 사이클의 둘 이상의 단계들을 결정할 수 있다. 대체적으로, 제2 단계, 및 대응하는 신경자극은, 적어도, 그 방광 충전 사이클 동안 발생할 수 있는 기능장애 상태 이전에 시작된다. 그러나, 프로세서 회로부(53)는 다음의 배뇨 이벤트 때까지 신경자극을 전달하도록 테라피 전달 회로부(52)를 제어할 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 배뇨를 촉진시키는 다음 배뇨 이벤트 직전에 그리고/또는 그 동안에, 예컨대 제2 단계 동안 전달된 자극과는 상이한 자극 파라미터들로, 상이한 신경자극을 전달하도록 테라피 전달 회로부(52)를 제어할 수 있다. 배뇨 이벤트는 또한, 이러한 배뇨 촉진 자극에 대한 생리학적 마커로서 작용할 수 있다.
다른 예들에서, 프로세서 회로부(53)는 모든 신경자극 전달을 보류하는 대신에 도 5의 프로세스의 제1 단계 동안 신경자극을 전달할 수 있다. 예를 들어, 프로세서 회로부(53)는 제1 단계 동안 그리고 제2 단계 전에 제1 신경자극 테라피(또는 다수의 상이한 테라피들)를 전달하도록 테라피 전달 회로부(52)를 제어할 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 제1 신경자극 테라피를 정의하는 하나 이상의 자극 파라미터들을 변화시킴으로써 제1 단계의 제1 신경자극 테라피로부터 제2 단계의 제2 신경자극으로 전환하여, 제2 단계에 대한 제2 신경자극 테라피의 파라미터들을 달성할 수 있다. 프로세서 회로부(53)는 파라미터들, 예컨대 전압 진폭, 전류 진폭, 펄스 주파수, 자극 파형 주파수, 펄스 폭, 또는 전극 조합 중 적어도 하나를 변화시킬 수 있거나, 또는 테라피 프로그램을 변화시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 생리학적 마커는, 신경자극을 시작할 때만이 아니라, 신경자극에 대한 변경의 타이밍을 시그널링할 수 있다.
도 6은 방광 배뇨를 센서 신호들 내의 생리학적 마커들과 자동으로 연관시키기 위해 디바이스를 트레이닝하기 위한 예시적인 기법을 도시하는 흐름도이다. IMD(16)의 프로세서 회로부(53)는 센서 신호들 내의, 예컨대 센서(22) 또는 IMD(16) 외부의 센서(들)로부터의 신호 내의 생리학적 마커(들)를 모니터링할 수 있다(600). 일부 예들에서, 생리학적 마커(들)는 방광압, 방광압의 변화 속도, 방광압의 변화량 및/또는 방광압의 변화의 지속기간을 포함할 수 있다. 환자(14)는 환자(14)가 그의 방광을 막 배뇨시켰음을 (예컨대, 외부 프로그래머(24)의 원격측정 회로부(96) 및 IMD(16)의 원격측정 회로부(58)를 통해) IMD(16)에 경보할 수 있다(602). 이어서, IMD(16)는 메모리(56)의 방광 데이터(69)에 생리학적 마커(들)를 기록할 수 있고, 이들을 배뇨 이벤트와 연관시킬 수 있다(604). IMD(16)의 프로세서 회로부(53) 및 기계 학습 알고리즘(68)은 방광 데이터(69) 내의 생리학적 마커(들)를 배뇨 이벤트와 연관된 방광 데이터(69) 내의 이전에 저장된 생리학적 마커들과 비교하여, 생리학적 마커들 중 임의의 것이 배뇨 이벤트를 나타내는지 여부를 결정할 수 있다(606). 예를 들어, 방광압의 소정 변화 속도가 빈번하게 배뇨 이벤트와 연관되는 경우, 그 변화 속도는 배뇨 이벤트를 나타낼 수 있다. 생리학적 마커들 중 어느 것도 배뇨 이벤트를 나타내지 않는 경우, IMD(16)의 프로세서 회로부(53)는 생리학적 마커들을 계속해서 모니터링할 수 있다(600). 생리학적 마커들 중 임의의 것이 배뇨 이벤트를 나타내는 경우, 프로세서 회로부(53) 및 기계 학습 알고리즘(68)은, 예를 들어, 프로세서 회로부(53)가, 심지어 환자 입력의 부재 시에도, 센서 신호들 내의, 예컨대 센서(22) 또는 IMD(16) 외부의 센서(들)로부터의 신호 내의 배출 이벤트를 나타내는 생리학적 마커들을 수신할 때 환자(14)의 생리학적 상태를 배뇨로서 분류하도록 분류기 알고리즘(34)을 변경할 수 있다(608).
일부 예들에서, 도 6의 예는 배뇨 이외의 생리학적 상태들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 예는 어느 생리학적 마커들이 방광 누출을 나타낼 수 있는지를 학습하는 데 사용될 수 있다. 이러한 예에서, 환자(14)는 그가 방광 누출을 막 경험했음을 IMD(16)에 경보할 수 있으며, 기계 학습 알고리즘(68)은, 생리학적 마커들 중 임의의 것이 방광 누출을 나타내는지 여부를 결정할 수 있고, 프로세서 회로부(53)가 방광 누출 이벤트를 나타내는 생리학적 마커들을 수신할 때 환자(14)의 생리학적 상태를 방광 누출 이벤트로서 분류하도록 분류기 알고리즘(34)을 변경할 수 있다. 다른 예들에서, 도 6의 예는 어느 생리학적 마커들이 다가오는 배뇨 이벤트를 나타낼 수 있는지를 학습하는 데 사용될 수 있다.
도 7은 테라피의 파라미터들 또는 타이밍을 자동으로 적응시키기 위한 예시적인 기법을 도시하는 흐름도이다. IMD(16)의 프로세서 회로부(53)는 센서 신호들 내의, 예컨대 센서(22) 또는 IMD(16) 외부의 센서(들)로부터의 신호 내의 생리학적 마커(들)를 모니터링할 수 있다(700). 일부 예들에서, 생리학적 마커(들)는 방광압, 방광압의 변화 속도, 방광압의 변화량 및/또는 방광압의 변화의 지속기간을 포함할 수 있다. IMD(16)는 그것이 방광 충전 사이클의 종료인지 여부, 예를 들어 배뇨 이벤트가 발생했는지 여부를 결정할 수 있다(702). 예를 들어, 프로세서 회로부(53)는 센서 신호들 내의 생리학적 마커들에 기초하여 배뇨 이벤트가 발생했음을 결정할 수 있다. 대안적으로, IMD(16)는 환자(14)가 그의 방광을 막 배뇨시켰다는 표시를 (예컨대, 외부 프로그래머(24)의 원격측정 회로부(96) 및 IMD(16)의 원격측정 회로부(58)를 통해) 환자(14)로부터 수신할 수 있다. IMD(16)가 그것이 방광 충전 사이클의 종료라고 결정하지 않는 경우, IMD(16)의 프로세서 회로부(53)는 생리학적 마커들을 계속 모니터링할 수 있다(700).
IMD(16)가 그것이 방광 충전 사이클의 종료라고 결정하는 경우, IMD(16)는 방광 충전 사이클의 지속기간(예컨대, 마지막 배뇨로부터 현재 배뇨까지의 시간)을 기록할 수 있다(704). IMD(16)의 프로세서 회로부(53) 및 기계 학습 알고리즘(68)은, 예를 들어, 방광 충전 사이클의 지속기간을 메모리(56) 내의 방광 데이터(69)에 저장된 과거의 방광 충전 사이클들의 지속기간들과 비교할 수 있다. 이어서, 프로세서 회로부(53) 및 기계 학습 알고리즘(68)은 테라피의 파라미터들 또는 타이밍이 변화되어야 하는지 여부를 결정할 수 있다(708). 테라피의 파라미터들은 자극의 펄스 폭, 주파수, 및 세기(전압 또는 전류)를 포함할 수 있고, 테라피의 타이밍은 테라피를 전달할 시기 및 테라피의 전달을 보류할 시기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 프로세서 회로부(53) 및 기계 학습 알고리즘(68)은 방광 충전 사이클의 지속기간에 일정 경향이 있다고, 예컨대 방광 충전 사이클 지속기간이 대체적으로 주당 X분만큼 증가하고 있다고 결정할 수 있다. 자극의 전달을 보류하는 기간을 증가시킴으로써 추가적인 전력 절감이 얻어질 수 있기 때문에, 프로세서 회로부(53) 및 기계 학습 알고리즘(68)은 자극의 전달을 보류하는 기간을, 예컨대 X/2분만큼 증가시켜야 한다고 결정할 수 있다. 프로세서 회로부(53) 및 기계 학습 알고리즘(68)은 이어서, 테라피의 타이밍을 변화시킬 수 있다(710).
도 8은 방광 충전 사이클 및 방광 충전 사이클의 단계에 타이밍이 맞춰진 신경자극의 전달의 예시적인 타이밍도(140)이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 타이밍도(140)는 방광 충전 사이클 동안 시간 경과에 따라 증가하는 충전 레벨(142)(예컨대, 전체 방광 체적의 백분율)을 갖는 방광 충전 사이클을 도시한다. 부분(146)은 방광이 소변으로 충전되는 것을 보여주고, 충전 레벨(142)의 부분(148)은 방광(12)이 배뇨 이벤트 동안에 비워지고 있음을 보여준다. 자극 레벨(144)은 자극이 전달되고 있는지 여부를 보여준다.
단계(T1)는 시간(150)에서 시작하는 방광 충전 사이클의 제1 단계이고, 단계(T2)는 시간(152)에서 시작하여 시간(154)으로 이어지는 방광 충전 사이클의 제2 단계이다. 단계(T1) 동안, 시스템(10)은 자극 전달을 보류할 수 있다. 제1 단계(T1)가 시간(152)에서 완료될 때, 시스템(10)은 제2 단계(T2)를 시작하고, 이러한 제2 단계 동안 신경자극을 전달할 수 있다. 충전 사이클 동안의 제2 단계의 타이밍은 충전 레벨(142)이 증가함에 따라 방광의 기능장애 상태들을 감소시키거나 제거하도록 선택될 수 있다. 단계(T2)의 종료 시에, 환자는 시간(154)에 배뇨할 필요가 있을 수 있다. 기간(T3) 동안의 배뇨 이벤트의 시작은 시간(154)이고, 배뇨 이벤트의 끝은 시간(156)이다. 시스템(10)이 시간(154)에 신경자극의 전달을 종료했지만, 신경자극은 다른 예들에서, 배뇨 이벤트 동안 계속될 수 있다.
제2 단계(T2)가 방광 충전 사이클의 거의 전체 제2 절반을 점유하는 것으로 보여지지만, 제2 단계는 다른 예들에서, 충전 사이클의 다른 시간들에 그리고 다른 지속기간들로 발생할 수 있다. 예를 들어, T2의 지속기간은 충전 사이클의 1/4 동안에만 지속될 수 있고, T2는 방광 충전 사이클의 제3 사분위 또는 제4 사분위 동안에서만 발생할 수 있다. 어느 경우든, 제1 단계 및 제2 단계의 타이밍은 생리학적 사이클(예컨대, 충전 사이클) 동안 기능장애 상태(예컨대, 과민성 방광)를 감소시키거나 제거하기 위해 신경자극을 전달할 시기를 예측하기 위해 배뇨 이벤트(예컨대, 생리학적 마커) 및 이력상 충전 사이클들에 기초할 수 있다.
도 9a 내지 도 12b는 실험 데이터에 관한 것이며, 또한, 방광 기능장애를 감소시키기 위한 신경자극의 개념적 타이밍을 도시한다. 실험 데이터는 L6S1 루트(root)들의 쌍방향 양극성 전극 자극을 사용하여 쥐에게서 신규한 천골 신경자극(SCS) 모델을 사용하여 얻었다. 이러한 자극을 사용하여, 일부 다른 자극 파라미터들과 함께, 많은 동물들에서의 몸운동(somatomotor) 임계치 미만의 SNS의 조건들 하에서 방광 무반사(areflexia)(즉, 방광-방광 반사의 완전한 차단)를 생성하였다. 이들 자극 전달 패러다임들을 검사하여, (예컨대, 배뇨 직후의, 중간 사이클에 타이밍이 맞춰진, 또는 배뇨 직전의) 충전 사이클의 충전 부분 동안 소정 간격들에 타이밍이 맞춰진 자극의 간헐적 적용이 충전 사이클 전체에 걸쳐서 연속적인 자극에 의해 보여진 방광 용적을 증가시키는 유사한 효과를 생성할 수 있는지 여부를 결정하였다. 배뇨 이벤트들 및/또는 충전 사이클 레벨들에 기초한 타이밍이 맞춰진 접근법을 사용하는 간헐적 신경자극의 그러한 접근법에 의해 배터리 수명이 증가될 수 있고 환자 부작용이 감소될 수 있다.
에폭시 코팅을 갖는 50 마이크로미터 직경의 스테인리스 강 와이어로부터 전극들을 형성하였다. 전극들은 극(pole)들로서 쌍을 이루었고 자극자 단자들의 결박 포스트(binding post)에서 결합되었다. 문극(rostral pole)들을 양방향으로 신경 상에 부리모양으로 포지셔닝시켰고, 이어서, 리드들을 조합하여 FHC 펄서 6 bp 자극자의 출력 단자 결박 포스트 내로 삽입하였으며, 미극(caudal pole)들을 양방향으로 신경 상에 꼬리모양으로 포지셔닝시켰고, 이어서, 리드들을 조합하여 접지 단자 결박 포스트 내로 삽입하였다. 파라필름(parafilm)은 전극들을 전기적으로 격리시키도록 작용하였다. 암컷 스프라그-다울리(Sprague-Dawley) 쥐(250 내지 275 g BW, n=13)를 우레탄(1.2 g/㎏ s.c.)으로 마취시켰다. 경정맥 카테터(jugular vein catheter)들을 수화(hydration)를 위해 일방향으로 삽입하였고, 경방광 카테터(transvesical catheter)를 방광 원개의 정점에서 방광절개부로 삽입하였고 적소에 결찰시켰으며, L6-S1 트렁크(trunk)들을 그들이 복부로부터 배부 천골로 이동했을 때 격리시켰다. 파라필름의 작은 시트들을 신경 및 좌골, 하장골 정맥 및 다른 주변 조직 사이에 삽입하여, 그 영역 내의 척수의 L6-S1 트렁크들을 전기적으로 격리시켰다. 이어서, 자극자의 양극 내로의 공동 삽입을 위해 2개의 리드들을 결합시켰고, 척수의 노출된 L6-S1 트렁크의 문측 태양(rostral aspect)에서 양방향으로 배치하였다. 자극 디바이스의 음극 내로의 삽입을 위해 2개의 추가적인 리드들을 결합시켰고, 양극들에 대해 0.5 내지 1.0 cm 미측으로 양방향으로 배치하였다. 트렁크를 광유(mineral oil)로 커버하였고, 조직 접착제를 사용하여 정중선 조직들 상의 적소에 와이어들을 고정하였다. 후방 피부를 상처 클립으로 조심스럽게 닫았다. 동물들을 볼만 케이지(Ballman cage) 내에 장착하여, 방광 카테터가 충전 및 배뇨 동안에 자유롭게 움직임을 보장하였다. 가열등을 인근에 두어 체온을 유지시켰다. 방광 카테터를 4-방향 정지콕(stopcock)에 의해 주입 펌프 및 압력 트랜스듀서에 후크업(hook up)하고, 0.1 ml/min의 유량으로 1시간의 회복/조절 기간 동안 주입을 시작하였다. 제어되고 연속적인 방광절개술에 뒤이어, 방광을 비웠고, 안정적인 기준 참 방광 용적(True Bladder Capacity)을 확립할 때까지 단일 방광내압측정을 수행하였다.
도 9a 및 도 9b는 실험쥐에 대한 방광 충전 사이클의 상이한 단계들 동안 전달되는 신경자극에 대한 예시적인 방광 체적들을 도시하는 그래프들(160, 162)이다. 도 9a의 그래프(160)에 도시된 바와 같이, 이전 대조군 방광 충전 사이클 지속기간(n=10)의 25%, 50%, 75%, 또는 100% 동안 방광 충전의 시작 시에 천골 신경자극(SNS)(즉, 천골 신경에 전달되는 신경자극의 일 형태)을 전달하였다. 도 10a 및 도 10b의 그래프들(164, 166)에 각각 도시된 바와 같이, 사전-SNS 기준 대조군 방광 용적들에서 유의한 차이들은 없었다. 도 10a 및 도 10b의 그래프들(164, 166)은, 연속적인 SNS 응용들이 기준 조건들로의 복귀를 유의하게 변경시키지 않았고, SNS로 보이는 효과들이 기준 대조군 값들의 변경의 반영이 아니었음을 보여준다. 다시 말하면, 방광 용적의 후속 변화들은 각자의 시간에서의 자극 전달의 결과여야 한다.
도 9a의 그래프(160)는 SNS 지속기간을 증가시키는 조건들 하에서, 자극이 충전 사이클의 75 내지 100% 동안 전달되었을 때 방광 용적에 대한 SNS의 긍정적인 효과가 최대임을 보여준다. 그래프(160)는, SNS 자극이 충전 시간의 적어도 75% 지속기간 동안 전달되어야 하거나 또는 SNS가 충전 사이클의 최종 50% 동안 최대로 효과적임을 시사할 수 있다. 도 9b의 그래프(162)는, 충전 사이클이 시작될 때(예컨대, 이전 배뇨 이벤트의 완료 시에) 시작하는 각각의 자극 지속기간 동안의 샘플들의 변동을 보여준다. 이러한 방식으로, 대조군 충전 시간의 75% 및 100% 둘 모두의 SNS 지속기간은 대조군보다 유의하게 더 큰 방광 용적을 초래하였다.
도 11a 및 도 11b는 방광 충전 사이클의 상이한 단계들 동안 전달되는 신경자극에 대한 예시적인 방광 체적들을 도시하는 그래프들이다. 그래프들(168, 170)은 방광 용적에 대한 임의의 영향에 대해 충전 사이클의 개별적이고 상이한 영역들에 전달된 SNS를 평가했던 실험의 결과들을 보여준다. 대조군 충전 시간들의 첫 번째 25%, 두 번째 25%, 세 번째 25%, 네 번째 25% 및 첫 번째 및 두 번째 50% 동안 랜덤 순서(모든 기간들의 적용 순서가 랜덤화됨) 또는 의사랜덤 순서(순서가 랜덤화된 25% 모두, 뒤이어 순서가 랜덤화된 50%)로 SNS를 적용하였다. 랜덤화 접근법들의 차이들은 발견되지 않았다.
그래프(168)의 결과들은 충전 사이클의 마지막 절반 또는 마지막 1/4 동안 자극이 가해질 때 SNS의 최대 효과가 달성됨을 나타낸다. 그래프(168)에 도시된 바와 같이, 충전 사이클의 마지막 75% 동안의 방광 용적(바(25-4))은 충전 사이클 동안 자극을 전달하기 위한 가장 효과적인 시간인 것으로 보인다. 충전 사이클의 나머지 조기 기간들은, 시스템이 충전 사이클의 조기 기간들 동안 자극을 보류할 수 있고 여전히 실금에 대한 효과적인 치료를 달성할 수 있도록 자극되지 않을 수 있다. 유사하게, 충전 사이클의 마지막 50%(바(50-2))는 자극의 전달에 적절한 시간일 수 있으며, 이때 첫 번째 50%는 자극되지 않은 상태로 남아 있다. 그래프(170)는 실험에서 모든 샘플들에 대해 SNS로 인한 방광 용적의 변동들을 보여준다.
도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 그래프들(172, 174)은 각각의 연속적인 SNS 적용 이전의 기준 대조군 방광 용적으로서 신경자극 전달 전의 예시적인 방광 체적을 도시한다. 프리드만(Friedman) 테스트에 의해서는 어떠한 통계적 유의성도 검출되지 않았다. 따라서, 연속적인 SNS 적용들이 기준 조건들로의 복귀를 유의하게 변경시키지 않았고, SNS로 보이는 효과들이 기준 대조군 값들의 변경의 반영이 아니었다. 충전 사이클의 끝에서의 더 효과적인 자극 단계들은 충전 사이클 동안 타이밍이 맞춰진 그들 시간들에서의 자극의 결과인 것으로 보인다.
또한, 폐루프 천골 신경조절을 전달함으로써 암컷 양에 대해 실험 테스팅을 수행하였다. 실험 시스템 범용 신경조절 시스템을 사용하였다. 도 13은 실험적 범용 신경조절 시스템의 개념도이다. 시스템(200)의 이식가능 컴포넌트는, 최대 4개의 자극 리드들을 지원하고 16개의 채널들에 걸친 프로그래밍가능한 독립적 전극 제어를 전달할 수 있는 재충전가능 자극자(202)였다. 재충전가능 자극자(202)는 또한, 이식된 전극들로부터 (시간 및 주파수 도메인 둘 모두에서) 전기적 생체전위들의 최대 4개의 채널들을 측정하는 것 및 온-보드 가속도계로 신체 내의 디바이스의 관성 움직임을 측정하는 것을 포함한, 신체로부터의 2개의 상이한 신호들을 감지할 수 있었다.
실험 테스팅에서, 감지된 데이터를 시스템 내의 외부 기기들의 집합을 사용하여 거리 원격측정을 통해 외부 PC로 스트리밍하였다. 시스템(200)은 통신 및 이식된 디바이스(간략함을 위해 도시되지 않음)의 재충전 둘 모두를 위한 원격측정 기반 기구들을 포함하였다. 시스템(200)은 맞춤형 애플리케이션들의 개발을 허용하는 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(application programming interface, API)(222)를 포함하였다. API(222)는 연구자가 승인된 프로토콜들을 따르는 실험들을 설계할 수 있게 할 수 있다. API(222)는 또한, 애플리케이션 개발자들이, 전달된 테라피를 추가로 개선하고 추가적인 테스트 데이터를 제공하기 위해 테스팅 동안 사용될 수 있는 제3자 센서들을 그들의 실험에 통합시킬 수 있게 할 수 있다.
방광압에 대한 감지 부위가 테스팅에서 자극 부위로부터 멀리 떨어져 있기 때문에, 상이한 위치에 이식된 별개의 생리학적 센서(204)로부터 생리학적 센서 데이터를 제공하였다. 배뇨가 언제 발생했는지를 검출하는 데 사용될 수 있는 구성가능한 분류기 디바이스(210)(분류기 알고리즘(34)을 실행하는 프로세서 회로부(53)와 유사함)를 포함한 외부 PC 상의 외부 분류 시스템에 방광압 데이터를 무선으로 송신하도록 생리학적 센서(204)를 설계하였다. 이어서, 분류기 디바이스(210)는 (제어 정책(36)을 실행하는 프로세서 회로부(53)와 유사한) 제어 정책 디바이스(220)에 배뇨가 발생했음을 송신할 수 있는데, 이는 이어서, 미리정의된 시간 동안 자극을 턴오프시켰다. 테스팅에서, 미리결정된 시간은 방광 충전 사이클의 절반이었다. 미리정의된 시간이 경과한 후에, 자극을 다시 턴온시켰다. 전체 결과는, 생리학적 센서로부터의 데이터를 사용하여 테라피를 턴온 및 턴오프시키거나, 또는 자극 파라미터들(예컨대, 진폭, 주파수 또는 펄스 폭)을 조정함으로써 재충전가능 자극자(202)를 제어하는 것이었다.
시스템(200)이 데이터 프로세싱을 위한 외부 통신 링크를 사용하지만, 다양한 예들은 유선 또는 무선 데이터 통신 채널을 통해 서로 직접 통신하는 2개의 이식된 디바이스들(예컨대, IMD(16) 및 IMD(16) 외부에 있지만 환자(14) 내에 이식된 센서)에 관한 것이다. 이는, 외부 컴포넌트들에 대한 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있고, 인간 변환에 더 실용적일 수 있다.
다양한 예들은 다수의 시스템들 및 테라피 솔루션들과 함께 사용하도록 구성된 감지 이식물들에 관한 것이다. 예를 들어, 감지 이식물들은 여러 상이한 시스템들에 걸쳐 사용되는 표준화된 통신 프로토콜을 갖도록 설계될 수 있다.
방광 기능을 위해 실험 테스팅을 수행하였지만, 유사한 솔루션들 및 시스템들이 관련 생리학적 이벤트가 감지될 수 있는 다양한 비뇨기, 창자, 또는 골반저 장애에 적용될 수 있는 것으로 인식된다. 생리학적 신호들의 몇 가지 예들은 압력, 체적, EMG, EKG, 신경/전기적 활동, 움직임/모션, 임피던스, 체온, 혈압, 혈류 또는 뇨 흐름, 또는 위치를 포함한다. 시스템은 적절한 센서로부터의 급성 또는 만성 데이터 수집을 수행할 수 있으며, 이는 이어서, 잠재적으로 다양한 먼 신경조절 표적들에 테라피를 제공하는 표준화된 자극자, 예를 들어 IMD(16)에 분산 방법들을 사용하여 통신할 것이다.
도 14는 암컷 양을 연루시킨 실험에서 방광 충전 사이클의 상이한 단계들 동안 전달되는 신경자극에 기초한 예시적인 방광 체적 변화들을 도시하는 그래프이다. 그래프(176)는 방광 용적에 대한 임의의 영향들에 대해, 또는 단일 방광 충전 사이클 동안 방광에 의해 저장될 수 있는 소변의 양에 대해 방광 충전 사이클의 개별적이고 상이한 영역들에 전달되는 SNS를 평가한 실험의 결과들을 보여준다. IMD가 이식된 4마리의 충분히 의식이 있는 암컷 양에 대한 11회의 시험들로부터 그래프(176)의 결과들을 도출하였다. 각각의 시험에서, 동물이 방광의 내용물을 배뇨시킬 때까지 15 밀리리터(mL)의 비율로 유체를 방광에 추가시켰다. 배뇨 전에 추가된 유체의 총량을 각각의 조건에 대해 기록하였다. 3개의 기준 방광 충전 사이클들을 이행하여, 후속 및 개별 방광 충전 사이클들이 수행된 평균 방관 충전 시간을 확립하였고, 여기서 방광 충전 사이클의 제1 절반, 방광 충전 사이클의 제2 절반, 및 방광 충전 사이클의 전체 기간 동안 신경자극을 각각 전달하였다. 그래프(176)의 각각의 바는 각자의 에러 부분들을 갖는 것으로 도시되어 있다.
그래프(176)에 도시된 바와 같이, 기준 방광 충전 사이클들은 방광 사이클 동안 어떠한 신경자극도 전달되지 않았을 때 배뇨 전에 대략 40 mL의 체적을 유지시켰다. 방광 충전 사이클의 제1 절반 동안에만 신경자극이 전달되었을 때(즉, 방광 충전 사이클의 제2 절반 동안 어떠한 신경자극도 전달되지 않았음), 충전 체적은 대략 70 mL로 증가하였다. 그러나, 이러한 체적 증가는 기준에 비하여 통계적으로 유의미하지 않았다. 신경자극이 방광 충전 사이클의 제2 절반 동안에만 전달되었을 때(즉, 제1 절반 동안 어떠한 신경자극도 전달되지 않음), 기준 체적에 걸쳐 대략 100 mL까지 통계적으로 유의한 양으로 총 충전 체적을 증가시켰다. 전체 또는 완전 방광 충전 사이클 동안 신경자극 전달 동안 기준에 비해 방광 체적에 대한 유사한 증가를 관찰하였다. 따라서, 이들 결과들은, 신경자극이 방광 충전 사이클의 제1 절반 또는 제1 단계 대신에, 방광 충전 사이클의 제2 절반 또는 제2 단계 동안 전달될 수 있음을 나타낸다. 끊임없는 자극 전달을 회피시키기 위해 제1 단계 동안 자극을 보류하는 것은 장기간 효능을 증가시킬 수 있고, 효과적인 테라피를 유지하면서 조절 및/또는 근육 피로를 방지할 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 생리학적 사이클의 기능장애 상태를 회피시키기 위해 생리학적 사이클 및 신경자극의 예측 전달 동안의 예시적인 생리학적 이벤트들을 도시하는 그래프들이다. 전기 및 제약 기반 신경조절 테라피가 연속적으로 전달되는 대신에, 이들 테라피들은 기능장애 상태의 검출에 응답하여 전달될 수 있다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 이벤트 라인(190)은, 일례로서, 방광 수축이 기간들 B1 및 C1 동안 발생하는 2개의 방광 충전 사이클들 동안 방광 수축을 나타낼 수 있다. 방광 수축은, 기간 B1 및 C1 동안 자극으로부터 이익을 얻을 수 있는 기능장애 상태(예컨대, 요실금을 초래할 수 있는 과민성 방광)에 도달하기 위한 테라피 임계치를 초과한다. 그러나, 이러한 자극은 기능장애 상태를 방지하기에는 시간적으로 너무 늦다.
자극을 전달하기 전에 기능장애를 검출하기를 기다리는 대신에, 기능장애 이전에 생리학적 마커 A의 검출은, 기능장애가 발생하기 전에 자극이 전달되어야 하는 시기를 시스템이 예측할 수 있게 할 수 있다. 마커 A는 배뇨 이벤트와 같은 검출가능한 생리학적 이벤트, 방광 충전 레벨, 또는 실금의 경우에 대한 최소 배뇨근 수축일 수 있다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 이벤트 라인(192)은 또한 마커 A를 포함한다. 그러나, 생리학적 마커 A를 검출할 시, 시스템은 자극 테라피가 환자로부터 보류되는 제1 단계(194A)를 추적할 수 있다. 제1 단계(194A)의 만료 시에, 시스템은 기능장애 상태를 예상하여 제2 단계(B2) 동안 신경자극을 전달할 수 있다. 다음 충전 사이클의 C2 동안의 신경자극은 유사한 효과를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템은 자극이 테라피에 불필요할 때 자극을 전달하는 것을 억제할 수 있고, 가능하게는, 기관 또는 관련 조직을 사전치료함으로써 기능장애 상태가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 자극을 선제적으로 전달하는 것은 자극 전달에 필요한 시간을 감소시킬 수 있는데, 그 이유는 자극이 이미 발생한 기능장애에 대항할 필요가 없기 때문이다. 기능장애를 검출하기를 기다리는 대신에, 하나 이상의 생리학적 마커들에 대한 신경자극의 전달의 타이밍을 맞추는 것은 효능을 개선할 수 있고, 자극 지속기간들을 단축시키는 것으로부터 부작용을 감소시킬 수 있고, 조절을 감소시킬 수 있고, 배터리 수명 또는 약물 충전 간격들을 개선할 수 있다.
비뇨기 방광 응용의 예에서, 비뇨기 생리학은 소변 배출과 연관된 방광 수축의 단계들(예컨대, 배뇨 단계)과 커플링되는 방광 충전 및 뇨 저장의 단계들(예컨대, 충전 단계)에 의해 좌우된다. 추가적으로, 이들 2개의 넓은 단계들은 또한, 적어도 3개의 별개의 하위단계들로 세분될 수 있는데, 이는 배뇨 단계가 배뇨 개시, 배뇨 유지 및 배뇨 종료 단계들로 구성되기 때문이다. 이어서, 충전은 충전 개시, 충전 유지 및 충전 종료를 포함하는 적어도 3개의 하위단계들로 구성된다. 각각의 하위단계는 완전한 기능적 네트워크를 확립하는 특정 신경 감각 입력들 및 모터 출력들과 연관된다. 기능의 이들 특정 하위단계들에 대해 신경자극의 타이밍을 맞춤으로써, 시스템 및 방법은 이들 하위단계들 내의 그리고 이들과 연관된 상대적인 생리학적 및 일시적 신호들에 따라 개선된 네트워크 기능을 달성할 수 있다. 활동 또는 상태들의 단계들 및 하위단계들에서 생리학적 마커들 및 그들 마커들과의 시간적 관계들에 따라 다른 기관 시스템들에 대한 유사한 기능들이 또한 기술될 수 있다.
일부 예들에서, 방광 충전 및 비-배뇨 방광 수축의 단계들과 연관된 하나 이상의 비-배뇨(예컨대, 배뇨 배출이 없음) 방광 수축이 긴박증 감각들을 나타내는 생리학적 마커들로서 사용될 수 있다. 3개 유형들의 비-배뇨 방광 수축은 유형 I, 유형 II, 및 유형 III 수축들을 포함할 수 있다. 유형 I 수축은, 전형적으로 방광 체적 조절로 이어지는, 전파에서의 베이스-대-돔(base-to-dome), 작은 크기, 수축을 포함한다. 유형 I 수축은 방광이 소변으로 충전됨에 따라 방광의 정상적인 충전 및 조절(체적 증가)과 연관된다. 유형 II 수축은, 높은 방광 체적 및 압력 동안 또는 소정 유형들의 방광 자극(예컨대, 질환 상태) 동안 관찰되는, 전파에서의 돔-대-베이스(dome-to-base), 더 큰 크기, 역방향 수축이다. 유형 II 수축(또는 이들의 기능장애)은 충만도(긴박) 및 잠재적인 방광통 또는 골반통과 연관된다. 더 낮은 방광 체적들에서의 유형 II 수축의 존재는 다양한 특발성 긴박 빈도 및/또는 긴박 실금 질환과 연관될 수 있다. 또한, 방광통 증후군은 유형 II 수축의 증가를 포함할 수 있는 것이 가능하다. 유형 III 수축은 베이스-대-돔으로부터 유래하는 유형 I 수축과 유사하지만, 유형 III 수축은 돔 내로 침입하고 베이스를 향해 복귀한다. 이들 수축은 크기가 더 크며, 예를 들어, 나이든 쥐에게서 주로 관찰되었다. 이들 수축(또는 이들의 기능장애)은 나이든 환자들에게서 공통적인 긴박 및 빈도 증가 증상과 연관될 수 있다.
이들 유형들의 방광 수축은 만성 또는 급성 측정 기법들 중 어느 하나를 사용하여 식별될 수 있다. 예민하게도, 수축은 다채널 압력 카테터들을 사용하는 기법들, 또는 내시경 비디오 기록, 초음파 및/또는 기능적 MRI로부터의 다양한 이미징 기법들을 통해 사무실 내에서 측정될 수 있다. 충전 방광절개술은, 진단 목적을 위해 환자에게 존재하는 상이한 유형들의 수축뿐만 아니라 개별 환자에 대한 테라피 선택을 신속하게 식별하는 것을 돕는 데 사용될 수 있다. 만성적으로, 비-배뇨 수축을 기록하기 위한 기법들은 중점 EMG, 화학적 센서들, 또는 방광 내의 또는 방광 벽 외측의 로컬 압력 또는 기계적 센서들을 포함할 수 있다. 이들 장기 기록 방법들은 테라피가 적용된 후에 상이한 수축 유형들 및 주파수 또는 진폭의 변화들을 식별하는 것을 도울 수 있다.
다양한 방법들에 의해 이들 상이한 유형들의 방광 수축(특히, 유형들 II 및 III)을 구별하는 것은 이들 특정 기능장애에 기초하여 차등적인 진단 및 후속의 효과적인 각자의 테라피들을 허용할 수 있다. 예를 들어, 유형 II 및/또는 유형 III 수축의 검출은 또한, 특발성 과민성 방광에 대한 생리학적 마커로서의 역할을 하고, 잠재적으로, 방광 특이적(예컨대, 방광 근육 또는 신경 입력) 질환을 비뇨기 거동에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 일반화된 장애(예컨대, 불안, 우울증)로부터 구별할 것이다. 이러한 방식으로, 시스템은 상이한 수축을 마커로서 사용하여, 후속 테라피의 타이밍을 맞추고 과민성 방광과 같은 기능장애 이벤트들을 감소시킬 수 있다.
특정 요실금 특징들은 환자의 배뇨 감각, 환자의 공복 감각, 및/또는 방광 충전 단계에 관련된 신호로서 통증 또는 방광 충만도를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 배뇨의 환자 리포트들(예컨대, 사용자 입력) 또는 뇨 누출의 리포트들이 또한, 각각, 배뇨 단계 또는 이상 배뇨를 검출하는 데 사용될 수 있다. 이러한 사용자 입력은 생리학적 마커들이 식별될 수 있는 하나 이상의 신호들을 포함한다. 이러한 방식으로, 누출 또는 누출 이벤트는 배뇨 이벤트와 상이하다. 방광의 경우에, 누출은 방광의 완전히 비어있지 않은 방광에서 배출되는 소변의 양을 지칭하는 반면, 완전 비움(예컨대, 소변이 더 이상 방광에서 배출되지 않는 경우에 방광이 비어 있거나 실질적으로 비어있을 때까지 비우는 것)은 배뇨하는 이벤트 또는 배뇨 이벤트로 간주된다. 예를 들면, 누출은, 방광에서 배출되고, 이어서 소변의 나머지가 여전히 방광 내에 보유되도록 멈추는 적은 양의 소변을 지칭할 수 있다. 누출 이벤트들은 비정상적인 배뇨 및 불안정한 또는 비정상적인 충전 사이클을 초래할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 충전 사이클을 멈추고 시작하는 배뇨 이벤트를 결정할 때, 식별된 누출 이벤트들을 무시할 수 있다. 다른 예들에서, 시스템은 누출 이벤트를 식별한 것에 응답하여 불안정한 충전 사이클로서 충전 사이클을 특성화할 수 있고, 정상적인 충전 사이클과는 상이하게 그리고 임의의 식별된 누출 이벤트들 없이 충전 사이클을 처리할 수 있다.
디바이스에 기록된 특정 감각들 또는 이벤트들의 환자 발동작용(예컨대, 사용자 입력)은 충전 또는 배뇨 내의 특정 단계들을 나타내는 데 사용될 수 있다. 테라피 타이밍 시스템들은 테라피 전달이 지시된 신호들에 대해 적절하게 분배되고 전달될 수 있도록 환자 표시 신호들에 연결될 수 있다. 또한, 방광 생리학적 마커들의 자동화되고 객관적인 감지는, 압력 신호들, 및 배뇨 이벤트들을 나타내거나 긴박과 연결되는 방광압(즉, 배뇨시킬 필요성에 대한 환자 감각)의 큰 급속한 변화들과 같은 배뇨 단계와 연결하는 데 활용될 수 있다. 방광 움직임(가속도계들, 압전 센서들, 또는 유사한 센서들에 의해 검출됨)은 방광 충전의 불안전성 또는 배뇨의 생리학적 마커들로서 사용될 수 있다. 방광의 압력 스펙트럼들이 정상적인 충전의 기능장애를 식별하는 데 사용될 수 있다. 시스템은 방광 또는 요도 압력, 패턴들 또는 압력 스펙트럼들, 또는 방광 부근에서 검출된 외부 방광압을 활용할 수 있다. 다른 생리학적 신호들은 내부 또는 외부 요도 괄약근 또는 배뇨근으로부터 신경 활동, 소변 흐름, 및 EMG 활동들을 포함한다.
다양한 생리학적 마커들이 본 명세서에 기술되어 있으며, 생리학적 사이클 내의 시작, 끝, 및/또는 진행 지점을 결정하는 데 사용될 수 있다. 생리학적 마커들은 배뇨, 누출, 근육 활동과 같은 식별된 이벤트, 또는 소변 또는 배변 배뇨와 관련된 다른 이벤트들에 의해 나타내질 수 있다. 이들 이벤트들은 이식된 또는 외부 센서들에 의해 자동으로 검출될 수 있다. 예를 들어, 습윤 센서가 환자 외부의 누출 또는 배뇨를 검출할 수 있거나, 압력 센서가 이식된 또는 외부 포지션을 통해 방광압 및/또는 괄약근 압력을 검출할 수 있거나, 또는 전극들이 골반저 근육 활동을 나타내는 전기기록(electrogram)을 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 외부 및/또는 이식된 전극들은 전위기록도(electroencephalogram, EEG)를 생성할 수 있으며, 이로부터 골반 근육 수축을 나타내는 생리학적 마커가 생리학적 사이클의 하나 이상의 이벤트들과 관련된다. 다른 생리학적 마커들이 환자 거동, 환자 활동, 또는 심지어 환자 위치의 외부 모니터링으로부터 도출될 수 있다. 예를 들어, 방광 충전 사이클에 관련된 개별 이벤트들 또는 활동들(예컨대, 조율(pacing), 안절부절함(fidgeting), 흔들림(swaying), 또는 임박한 배뇨를 나타내는 다른 활동들)이 배뇨 또는 임박한 배뇨를 식별하는 데 사용될 수 있다. 다른 예로서, 이벤트들 또는 활동들의 패턴이, 비-모션 기간 동안 배뇨가 발생하고 있음을 나타낼 수 있는, 조율 또는 안절부절함이 바로 이어지는 비-모션의 기간과 같은 생리학적 사이클 내의 일정 지점, 또는 방광 충전 사이클이 끝에 다가가고 있음을 나타낼 수 있는, 조율 동안의 다리의 증가하는 사용, 엉덩이의 수축 또는 다른 근육 활동의 검출을 식별하는 데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 센서(예컨대, 근접 센서 및/또는 위치 센서)는, 환자가, 환자가 전형적으로 배뇨하는 화장실로서 식별된 영역 내에 있는 시기를 나타낼 수 있고, 이러한 영역 내의 존재를 환자가 배뇨하고 있는 것으로 해석할 수 있다. 프로그래머 또는 IMD는 (예컨대, 글로벌 포지션 시스템(GPS) 센서들 및/또는 하나 이상의 근접 센서들을 사용하여) 이들 영역들 또는 위치들을 직접 검출할 수 있거나, 또는 다른 센서 또는 디바이스로부터(예컨대, 변기의 시트 상의 압력 센서, 변기 플러싱 메커니즘 상의 트리거, 또는 임의의 다른 그러한 센서와 같은 스마트폰 또는 전용 존재 감응형 센서로부터) 환자 위치의 표시들을 수신할 수 있다. 다른 예들에서, 배뇨 이벤트를 방지하기 위해, 환자가 배뇨했거나, 배뇨할 필요가 있거나, 또는 추가적인 또는 대안적인 테라피를 요청하고 있다는 표시와 같은 환자로부터의 입력에 기초하여 생리학적 마커가 검출될 수 있다.
또한, 단일 생리학적 마커가 2개 이상의 신호들로부터 식별될 수 있다. 이들 신호들은, 각각의 동기화된 신호의 일 태양이 미리결정된 값과 매칭되거나 미리결정된 임계치를 초과할 때 생리학적 마커가 식별되도록 시간적으로 동기화될 수 있다. 예를 들어, 배뇨 이벤트에 대한 생리학적 마커는, 방광 수축 및 습윤 센서로부터의 습윤의 검출일 수 있다. 다른 예로서, 환자가 화장실 내에 있는 것으로 검출되고, 환자가 배뇨했음을 나타내는 적어도 소정 기간 동안 환자가 움직이고 있지 않을 때, 배뇨 이벤트가 검출될 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템은 2개 이상의 신호들을 분석함으로써 생리학적 마커를 검출할 수 있다.
방광 기능의 단계들이 검출될 수 있고, 테라피 전달이 이들 임계 단계들에 연결될 수 있다. 정상적인 기능 단계들이 존재하지 않거나 기능장애 이벤트들이 검출되는 경우, 테라피들은 원하는 정상 기능에 대해 전달될 수 있다. 타이밍은 주요 생리학적 이벤트들 또는 식별가능한 방광 스테이지들에 대한 자극을 적절하게 지연시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 배뇨 또는 불안정한 배뇨근 수축을 검출할 수 있고, 그러한 이벤트들을 신경자극 전달 또는 보류에 연결할 수 있다. 배뇨는, 환자 발동작용에 의해 기록되든 생리학적 기록에 의해 기록되든, 시스템에 의해 사용되어, 이러한 단계에 뒤이은 단계의 지속기간 동안 테라피가 중단되거나 보류될 수 있게 하는 타이머를 개시할 수 있고, 이어서 테라피는 이러한 단계에 뒤이어 재개시될 수 있다. 따라서, 테라피들의 개시는 배뇨 이벤트들에 연결된 더 짧은 지속기간들에 적용될 수 있으며, 이때 테라피 전달은, 예를 들어, 배뇨 이벤트 후 조기 단계 대신에 후기 충전 단계에서 필요하다.
시스템(10) 및 본 명세서에 기술된 기법들이 인간 환자의 치료 또는 모니터링으로 제한되지 않을 수 있음에 유의하여야 한다. 대안적인 예들에서, 시스템(10)은 비-인간 환자들, 예를 들어 영장류, 개, 말, 돼지, 및 고양이에서 구현될 수 있다. 이들 다른 동물들은 본 발명의 주제로부터 이익을 얻을 수 있는 임상 또는 연구 테라피들을 겪을 수 있다.
본 발명의 기법들은 매우 다양한 컴퓨팅 디바이스들, 의료 디바이스들, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 기술된 유닛들, 회로부 또는 컴포넌트들 중 임의의 것은 이산적이지만 상호운용가능한 로직 디바이스들로서 별개로 또는 함께 구현될 수 있다. 회로부 또는 유닛들로서의 상이한 특징부들의 묘사는 상이한 기능적 태양들을 강조하도록 의도되고, 그러한 회로부 또는 유닛들이 별개의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들에 의해 실현되어야 한다는 것을 반드시 암시하지는 않는다. 오히려, 하나 이상의 회로부 또는 유닛들과 연관된 기능은 별개의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들에 의해 수행될 수 있거나, 공통 또는 별개의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들 내에 통합될 수 있다.
본 발명은 프로세서가 본 명세서에 기술된 기능들 및 기법들 중 임의의 것을 수행하게 하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 고려한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 RAM, ROM, NVRAM, EEPROM, 또는 유형적(tangible)인 플래시 메모리와 같은 임의의 휘발성, 비휘발성, 자기, 광학, 또는 전기 매체의 예시적인 형태를 취할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 비일시적으로 지칭될 수 있다. 서버, 클라이언트 컴퓨팅 디바이스, 또는 임의의 다른 컴퓨팅 디바이스가 또한, 용이한 데이터 전송 또는 오프라인 데이터 분석을 가능하게 하기 위해 더 휴대성인 탈착가능 메모리 유형을 포함할 수 있다.
다양한 회로부 및 다양한 구성 컴포넌트들에 기인한 것들을 포함하는 본 명세서에 기술된 기법들은 적어도 부분적으로, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 기법들의 다양한 태양들은 하나 이상의 마이크로프로세서들, DSP들, ASIC들, FPGA들, 또는 임의의 다른 동등한 집적, 이산 로직 회로부, 또는 다른 프로세싱 회로부뿐만 아니라 그러한 컴포넌트들, 원격 서버들, 원격 클라이언트 디바이스들, 또는 다른 디바이스들의 임의의 조합들을 포함한 하나 이상의 프로세서들 내에서 구현될 수 있다. 용어 "프로세서 회로부" 또는 "프로세싱 회로부"는 대체적으로, 전술한 로직 회로부 - 단독 또는 다른 로직 회로부와 조합함 -, 또는 임의의 다른 동등한 회로부 중 임의의 것을 지칭할 수 있다.
이러한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어는 본 명세서에 기술된 다양한 동작들 및 기능들을 지원하기 위해 동일한 디바이스 내에서 또는 별개의 디바이스들 내에서 구현될 수 있다. 또한, 기술된 유닛들, 회로부 또는 컴포넌트들 중 임의의 것은 이산적이지만 상호운용가능한 로직 디바이스들로서 별개로 또는 함께 구현될 수 있다. 회로부 또는 유닛들로서의 상이한 특징부들의 묘사는 상이한 기능적 태양들을 강조하도록 의도되고, 그러한 회로부 또는 유닛들이 별개의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들에 의해 실현되어야 한다는 것을 반드시 암시하지는 않는다. 오히려, 하나 이상의 회로부 또는 유닛들과 연관된 기능은 별개의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들에 의해 수행될 수 있거나, 공통 또는 별개의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들 내에 통합될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 임의의 회로부는, 고정 기능 프로세싱 회로부, 프로그래밍가능 프로세싱 회로부, 또는 이들의 조합과 같은, 그 특정 회로부에 기인하는 특징들을 수행하도록 구성된 전기 회로부를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 기법들은 또한, 명령어들로 인코딩된 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함하는 제조 물품에서 구현되거나 인코딩될 수 있다. 인코딩된 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함하는 제조 물품 내에 임베드되거나 인코딩된 명령어들은, 하나 이상의 프로그래밍가능 프로세서들 또는 다른 프로세서들로 하여금, 예컨대 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 포함되거나 인코딩된 명령어들이 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행될 때, 본 명세서에 기술된 기법들 중 하나 이상을 구현하게 할 수 있다. 예시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 프로그래밍가능 판독 전용 메모리(PROM), 소거가능한 프로그래밍가능 판독 전용 메모리(EPROM), 전자적으로 소거가능한 프로그래밍가능 판독 전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리, 하드 디스크, 콤팩트 디스크 ROM(CD-ROM), 플로피 디스크, 카세트, 자기 매체, 광학 매체, 또는 임의의 다른 컴퓨터 판독가능 저장 디바이스들 또는 유형적 컴퓨터 판독가능 매체들을 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 저장 디바이스들로도 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 비일시적 매체를 포함한다. 용어 "비일시적"은 저장 매체가 반송파 또는 전파된 신호로 구현되지 않음을 나타낼 수 있다. 소정 예들에서, 비일시적 저장 매체는 시간 경과에 따라 변할 수 있는 데이터를 (예컨대, RAM 또는 캐시 내에) 저장할 수 있다.
하기 실시예들이 개시된다.
실시예 1. 환자에게 전기적 자극을 제공하기 위한 적응적 시스템으로서, 본 시스템은, 하나 이상의 프로그램들을 저장하도록 구성된 메모리, 및 메모리에 커플링되고 하나 이상의 프로그램들을 실행하도록 구성된 프로세서 회로부를 포함하고, 프로세서 회로부는, 센서 신호를 모니터링하고 센서 신호에 기초하여 환자의 생리학적 마커를 분류하도록 - 생리학적 마커는 생리학적 사이클의 단계를 나타냄 -; 환자의 분류된 생리학적 마커에 기초하여 제어 신호를 생성하도록 - 제어 신호는 환자 내의 표적 부위에서, 괄약근이 열리게 하여 배뇨 이벤트를 허용하는 것 또는 괄약근을 수축시켜 배뇨 이벤트를 억제하게 하는 것 중 하나 이상을 하게 하기 위해 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들에 따라 전기적 자극을 제공하도록 이식가능 자극 디바이스를 제어함 -; 그리고 전기적 자극의 전달 타이밍 또는 전기적 자극의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 자동으로 조정하기 위해, 프로세서 회로부가 생리학적 마커들을 분류하고 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 분류된 생리학적 마커들 또는 환자 입력에 기초한 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키도록 구성되는, 시스템.
실시예 2. 실시예 1에 있어서, 하나 이상의 프로그램들은 분류기 프로그램을 포함하고, 프로세서 회로부는 분류기 프로그램을 실행하여 센서 신호를 모니터링하고 환자의 생리학적 마커를 분류하도록 구성되는, 시스템.
실시예 3. 실시예 1 또는 실시예 2에 있어서, 하나 이상의 프로그램들은 제어 정책을 포함하고, 프로세서 회로부는 제어 정책을 실행하여 제어 신호를 생성하도록 구성되는, 시스템.
실시예 4. 실시예 3에 있어서, 제어 정책은 적응가능 기준 제어 정책을 포함하고, 적응가능 기준 제어 정책은 초기에, 이식가능 자극 디바이스를 제어하여 전기적 자극을 끊임없이 제공하도록 구성되는, 시스템.
실시예 5. 실시예 1 내지 실시예 4의 임의의 조합에 있어서, 하나 이상의 프로그램들은 기계 학습 알고리즘을 포함하고, 프로세서 회로부는 기계 학습 알고리즘을 실행하여, 프로세서 회로부가 생리학적 마커들을 분류하고 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키도록 구성되는, 시스템.
실시예 6. 실시예 1 내지 실시예 5의 임의의 조합에 있어서, 프로세서 회로부는 전기적 자극 신호의 타이밍에 기초하여 생리학적 사이클의 제1 단계 동안 전기적 자극을 보류하도록 추가로 구성되는, 시스템.
실시예 7. 실시예 6에 있어서, 프로세서 회로부는 제어 신호를 생성하여, 전기적 자극 신호의 타이밍에 기초하여 생리학적 사이클의 제2 단계 동안 전기적 자극을 제공하도록 추가로 구성되는, 시스템.
실시예 8. 실시예 7에 있어서, 프로세서 회로부는, 생리학적 마커에 적어도 부분적으로 기초하여 생리학적 사이클의 제1 단계 및 생리학적 사이클의 제2 단계를 결정하도록; 그리고 전기적 자극 신호의 타이밍을 자동으로 조정하여, 생리학적 사이클의 제1 단계 동안 전기적 자극을 보류하고 생리학적 사이클의 제2 단계 동안 전기적 자극을 제공하도록 추가로 구성되는, 시스템.
실시예 9. 실시예 8에 있어서, 프로세서 회로부는, 생리학적 마커 및 하나 이상의 이전 생리학적 사이클들의 지속기간에 적어도 부분적으로 기초하여 생리학적 사이클의 제1 단계 및 생리학적 사이클의 제2 단계를 결정하도록; 그리고 전기적 자극 신호의 타이밍을 자동으로 조정하여, 생리학적 사이클의 제1 단계 동안 전기적 자극을 보류하고 생리학적 사이클의 제2 단계 동안 전기적 자극을 제공하도록 추가로 구성되는, 시스템.
실시예 10. 실시예 1 내지 실시예 9의 임의의 조합에 있어서, 생리학적 마커는 방광 배뇨와 연관되는, 시스템.
실시예 11. 실시예 1 내지 실시예 10의 임의의 조합에 있어서, 센서 신호는 압력, 수축, 및 체적 중 적어도 하나를 나타내는, 시스템.
실시예 12. 실시예 11에 있어서, 센서 신호는 압력의 변화량, 압력 변화의 지속기간, 또는 압력의 변화 속도 중 적어도 하나를 나타내는, 시스템.
실시예 13. 방법으로서, 센서 신호를 모니터링하고 센서 신호에 기초하여 환자의 생리학적 마커를 분류하는 단계 - 생리학적 마커는 생리학적 사이클의 단계를 나타냄 -; 환자의 분류된 생리학적 마커에 기초하여 제어 신호를 생성하는 단계 - 제어 신호는 환자 내의 표적 부위에서, 괄약근이 열리게 하여 배뇨 이벤트를 허용하는 것 또는 괄약근을 수축시켜 배뇨 이벤트를 억제하게 하는 것 중 하나 이상을 하게 하기 위해 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들에 따라 전기적 자극을 제공하도록 이식가능 자극 디바이스를 제어함 -; 및 전기적 자극의 전달 타이밍 또는 전기적 자극의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 자동으로 조정하기 위해, 프로세서 회로부가 생리학적 마커들을 분류하고 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 분류된 생리학적 마커들 또는 환자 입력에 기초한 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 14. 실시예 13에 있어서, 센서 신호를 모니터링하고 생리학적 마커를 분류하는 단계는 분류기 프로그램을 실행하는 프로세서 회로부에 의해 수행되는, 방법.
실시예 15. 실시예 13 또는 실시예 14에 있어서, 제어 신호를 생성하는 단계는 제어 정책을 실행하는 프로세서 회로부에 의해 수행되는, 방법.
실시예 16. 실시예 15에 있어서, 제어 정책은 적응가능 기준 제어 정책을 포함하고, 적응가능 기준 제어 정책은 초기에, 이식가능 자극 디바이스를 제어하여 전기적 자극을 끊임없이 제공하도록 구성되는, 방법.
실시예 17. 실시예 13 내지 실시예 16의 임의의 조합에 있어서, 프로세서 회로부가 생리학적 마커들을 분류하고 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키는 단계는 기계 학습 알고리즘을 실행하는 프로세서 회로부에 의해 수행되는, 방법.
실시예 18. 실시예 13 내지 실시예 17의 임의의 조합에 있어서, 전기적 자극 신호의 타이밍에 기초하여 생리학적 사이클의 제1 단계 동안 전기적 자극을 보류하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
실시예 19. 실시예 18에 있어서, 제어 신호를 생성하여, 전기적 자극 신호의 타이밍에 기초하여 생리학적 사이클의 제2 단계 동안 전기적 자극을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
실시예 20. 실시예 19에 있어서, 생리학적 마커에 적어도 부분적으로 기초하여 생리학적 사이클의 제1 단계 및 생리학적 사이클의 제2 단계를 결정하는 단계; 및 전기적 자극 신호의 타이밍을 자동으로 조정하여, 생리학적 사이클의 제1 단계 동안 전기적 자극을 보류하고 생리학적 사이클의 제2 단계 동안 전기적 자극을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
실시예 21. 실시예 20에 있어서, 생리학적 사이클의 제1 단계 및 생리학적 사이클의 제2 단계를 결정하는 단계는 하나 이상의 이전 생리학적 사이클들의 지속기간에 추가로 기초하고; 전기적 자극 신호의 타이밍을 자동으로 조정하여, 생리학적 사이클의 제1 단계 동안 전기적 자극을 보류하고 생리학적 사이클의 제2 단계 동안 전기적 자극을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 22. 실시예 13 내지 실시예 21의 임의의 조합에 있어서, 생리학적 마커는 방광 배뇨와 연관되는, 방법.
실시예 23. 실시예 13 내지 실시예 22의 임의의 조합에 있어서, 센서 신호는 압력, 수축, 및 체적 중 적어도 하나를 나타내는, 방법.
실시예 24. 실시예 23에 있어서, 센서 신호는 압력의 변화량, 압력 변화의 지속기간, 또는 압력의 변화 속도 중 적어도 하나를 나타내는, 방법.
실시예 25. 명령어들을 포함하는 비일시적 저장 매체로서, 명령어들은, 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행될 때, 하나 이상의 프로세서들로 하여금, 센서 신호를 모니터링하고, 센서 신호에 기초하여 환자의 생리학적 마커를 분류하게 하고 - 생리학적 마커는 생리학적 사이클의 단계를 나타냄 -; 환자의 분류된 생리학적 마커에 기초하여 제어 신호를 생성하게 하고 - 제어 신호는 환자 내의 표적 부위에서, 괄약근이 열리게 하여 배뇨 이벤트를 허용하는 것 또는 괄약근을 수축시켜 배뇨 이벤트를 억제하게 하는 것 중 하나 이상을 하게 하기 위해 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들에 따라 전기적 자극을 제공하도록 이식가능 자극 디바이스를 제어함 -; 전기적 자극의 전달 타이밍 또는 전기적 자극의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 자동으로 조정하기 위해, 프로세서 회로부가 생리학적 마커들을 분류하고 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 분류된 생리학적 마커들 또는 환자 입력에 기초한 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키게 하는, 비일시적 저장 매체.
다양한 실시예들이 본 명세서에 기술되었다. 기술된 동작들 또는 기능들의 임의의 조합이 고려된다. 이들 및 다른 실시예가 하기 청구범위의 범주 내에 있다. 상기 논의 및 예시들에 기초하여, 본 명세서에 예시되고 기술된 실시예들 및 응용들에 대해 엄격하게 고수될 필요가 없는 방식으로 개시된 실시예들에 대해 다양한 변경들 및 변화들이 이루어질 수 있음이 인식된다. 그러한 변경들은 청구범위에 기재된 태양들을 포함하는, 본 발명의 다양한 태양들의 진정한 사상 및 범주로부터 벗어나지 않는다.

Claims (20)

  1. 환자에게 전기적 자극을 제공하기 위한 적응적 시스템으로서,
    하나 이상의 프로그램들을 저장하도록 구성된 메모리; 및
    상기 메모리에 커플링되고 상기 하나 이상의 프로그램들을 실행하도록 구성된 프로세서 회로부를 포함하며, 상기 프로세서 회로부는,
    센서 신호를 모니터링하고 상기 센서 신호에 기초하여 상기 환자의 생리학적 마커를 분류하도록 - 상기 생리학적 마커는 생리학적 사이클의 단계를 나타냄 -;
    상기 환자의 상기 분류된 생리학적 마커에 기초하여 제어 신호를 생성하도록 - 상기 제어 신호는 상기 환자 내의 표적 부위에서, 괄약근이 열리게 하여 배뇨 이벤트를 허용하는 것 또는 상기 괄약근을 수축시켜 상기 배뇨 이벤트를 억제하게 하는 것 중 하나 이상을 하게 하기 위해 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들에 따라 상기 전기적 자극을 제공하도록 이식가능 자극 디바이스를 제어함 -; 그리고
    상기 전기적 자극의 전달 타이밍 또는 상기 전기적 자극의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 자동으로 조정하기 위해, 상기 프로세서 회로부가 상기 생리학적 마커들을 분류하고 상기 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 상기 분류된 생리학적 마커들 또는 환자 입력에 기초한 상기 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키도록 구성되는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로그램들은 분류기 프로그램을 포함하고, 상기 프로세서 회로부는 상기 분류기 프로그램을 실행하여 상기 센서 신호를 모니터링하고 상기 환자의 상기 생리학적 마커를 분류하도록 구성되는, 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로그램들은 제어 정책을 포함하고, 상기 프로세서 회로부는 상기 제어 정책을 실행하여 상기 제어 신호를 생성하도록 구성되는, 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 정책은 적응가능 기준 제어 정책을 포함하고, 상기 적응가능 기준 제어 정책은 초기에, 상기 이식가능 자극 디바이스를 제어하여 상기 전기적 자극을 끊임없이 제공하도록 구성되는, 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로그램들은 기계 학습 알고리즘을 포함하고, 상기 프로세서 회로부는 상기 기계 학습 알고리즘을 실행하여, 상기 프로세서 회로부가 상기 생리학적 마커들을 분류하고 상기 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 상기 자극 프로그램의 상기 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키도록 구성되는, 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서 회로부는,
    상기 전기적 자극 신호의 타이밍에 기초하여 상기 생리학적 사이클의 제1 단계 동안 전기적 자극을 보류하도록; 그리고
    상기 제어 신호를 생성하여, 상기 전기적 자극 신호의 타이밍에 기초하여 상기 생리학적 사이클의 제2 단계 동안 상기 전기적 자극을 제공하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프로세서 회로부는,
    상기 생리학적 마커에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 생리학적 사이클의 상기 제1 단계 및 상기 생리학적 사이클의 상기 제2 단계를 결정하도록; 그리고
    상기 전기적 자극 신호의 상기 타이밍을 자동으로 조정하여, 상기 생리학적 사이클의 상기 제1 단계 동안 전기적 자극을 보류하고 상기 생리학적 사이클의 상기 제2 단계 동안 상기 전기적 자극을 제공하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 프로세서 회로부는,
    상기 생리학적 마커 및 하나 이상의 이전 생리학적 사이클들의 지속기간에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 생리학적 사이클의 상기 제1 단계 및 상기 생리학적 사이클의 상기 제2 단계를 결정하도록; 그리고
    상기 전기적 자극 신호의 상기 타이밍을 자동으로 조정하여, 상기 생리학적 사이클의 상기 제1 단계 동안 전기적 자극을 보류하고 상기 생리학적 사이클의 상기 제2 단계 동안 상기 전기적 자극을 제공하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  9. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생리학적 마커는 방광 배뇨와 연관되는, 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 신호는 압력, 수축, 체적, 압력의 변화량, 압력 변화의 지속기간, 또는 압력의 변화 속도 중 적어도 하나를 나타내는, 시스템.
  11. 방법으로서,
    센서 신호를 모니터링하고 상기 센서 신호에 기초하여 상기 환자의 생리학적 마커를 분류하는 단계 - 상기 생리학적 마커는 생리학적 사이클의 단계를 나타냄 -;
    상기 환자의 상기 분류된 생리학적 마커에 기초하여 제어 신호를 생성하는 단계 - 상기 제어 신호는 상기 환자 내의 표적 부위에서, 괄약근이 열리게 하여 배뇨 이벤트를 허용하는 것 또는 상기 괄약근을 수축시켜 상기 배뇨 이벤트를 억제하게 하는 것 중 하나 이상을 하게 하기 위해 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들에 따라 상기 전기적 자극을 제공하도록 이식가능 자극 디바이스를 제어함 -; 및
    상기 전기적 자극의 전달 타이밍 또는 상기 전기적 자극의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 자동으로 조정하기 위해, 프로세서 회로부가 상기 생리학적 마커들을 분류하고 상기 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 상기 분류된 생리학적 마커들 또는 환자 입력에 기초한 상기 자극 프로그램의 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 센서 신호를 모니터링하고 상기 생리학적 마커를 분류하는 단계는 분류기 프로그램을 실행하는 프로세서 회로부에 의해 수행되는, 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 제어 신호를 생성하는 단계는 제어 정책을 실행하는 프로세서 회로부에 의해 수행되는, 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서 회로부가 상기 생리학적 마커들을 분류하고 상기 제어 신호를 생성하는 방식, 또는 상기 자극 프로그램의 상기 하나 이상의 자극 파라미터들 중 하나 이상을 적응시키는 단계는 기계 학습 알고리즘을 실행하는 프로세서 회로부에 의해 수행되는, 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 자극 신호의 타이밍에 기초하여 상기 생리학적 사이클의 제1 단계 동안 전기적 자극을 보류하는 단계; 및
    상기 제어 신호를 생성하여, 상기 전기적 자극 신호의 타이밍에 기초하여 상기 생리학적 사이클의 제2 단계 동안 상기 전기적 자극을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 생리학적 마커에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 생리학적 사이클의 상기 제1 단계 및 상기 생리학적 사이클의 상기 제2 단계를 결정하는 단계; 및
    상기 전기적 자극 신호의 상기 타이밍을 자동으로 조정하여, 상기 생리학적 사이클의 상기 제1 단계 동안 전기적 자극을 보류하고 상기 생리학적 사이클의 상기 제2 단계 동안 상기 전기적 자극을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 생리학적 사이클의 상기 제1 단계 및 상기 생리학적 사이클의 상기 제2 단계를 결정하는 단계는 하나 이상의 이전 생리학적 사이클들의 지속기간에 추가로 기초하고;
    상기 전기적 자극 신호의 상기 타이밍을 자동으로 조정하여, 상기 생리학적 사이클의 상기 제1 단계 동안 전기적 자극을 보류하고 상기 생리학적 사이클의 상기 제2 단계 동안 상기 전기적 자극을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생리학적 마커는 방광 배뇨와 연관되는, 방법.
  19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 신호는 압력, 수축, 체적, 압력의 변화량, 압력 변화의 지속기간, 또는 압력의 변화 속도 중 적어도 하나를 나타내는, 방법.
  20. 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서들로 하여금, 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 명령어들을 포함하는 비일시적 저장 매체.
KR1020217026614A 2019-01-23 2020-01-22 생리학적 마커들에 기초한 테라피 전달의 관리 KR20210119465A (ko)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962795624P 2019-01-23 2019-01-23
US62/795,624 2019-01-23
US201962926012P 2019-10-25 2019-10-25
US62/926,012 2019-10-25
US16/744,784 US20200230406A1 (en) 2019-01-23 2020-01-16 Managing therapy delivery based on physiological markers
US16/744,784 2020-01-16
PCT/US2020/014565 WO2020154370A1 (en) 2019-01-23 2020-01-22 Managing therapy delivery based on physiological markers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210119465A true KR20210119465A (ko) 2021-10-05

Family

ID=71609570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217026614A KR20210119465A (ko) 2019-01-23 2020-01-22 생리학적 마커들에 기초한 테라피 전달의 관리

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20200230406A1 (ko)
EP (1) EP3914340A1 (ko)
JP (1) JP2022523658A (ko)
KR (1) KR20210119465A (ko)
CN (1) CN113438958A (ko)
WO (1) WO2020154370A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7314252B2 (ja) 2018-08-10 2023-07-25 シー・アール・バード・インコーポレーテッド 自動尿量測定システム
WO2022040452A1 (en) * 2020-08-19 2022-02-24 Augment Health, Inc. Urinary catheter systems and methods
KR102460829B1 (ko) * 2020-11-03 2022-10-28 재단법인대구경북과학기술원 방광 모니터링 장치 및 방광 모니터링 장치의 제어 방법
US11931151B2 (en) 2020-12-22 2024-03-19 C. R. Bard, Inc. Automated urinary output measuring system
US11642532B2 (en) * 2020-12-31 2023-05-09 Advanced Neuromodulation Systems, Inc. System and method for controlling neurostimulation according to user activity and automated rescheduling of stimulation programs
JP2024507880A (ja) * 2021-02-23 2024-02-21 シー・アール・バード・インコーポレーテッド 自己学習及び非侵襲性の膀胱監視システム及び方法
JP2024513688A (ja) * 2021-03-12 2024-03-27 アンバー セラピューティクス リミテッド 失禁制御のためのデバイス、システム、および方法
US20220395228A1 (en) * 2021-06-09 2022-12-15 HillMed, Inc. Devices, systems and methods of pelvic floor muscle examination
US20230414953A1 (en) * 2022-06-28 2023-12-28 Medtronic, Inc. Coordinating use of power-saving battery switch hardware feature by multiple firmware features
WO2024059191A2 (en) * 2022-09-16 2024-03-21 Apollo Neuroscience, Inc. Systems and methods of temperature and visual stimulation patterns

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7515965B2 (en) * 2005-02-23 2009-04-07 Medtronic, Inc. Implantable medical device providing adaptive neurostimulation therapy for incontinence
US9089699B2 (en) * 2010-06-07 2015-07-28 Medtronic, Inc. Adaptive stimulation for treating urgency or incontinence
US10456580B2 (en) * 2015-09-04 2019-10-29 Medtronic, Inc. Managing therapy delivery based on physiological markers
US11045649B2 (en) * 2016-02-19 2021-06-29 Medtronic, Inc. Incontinence therapy

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022523658A (ja) 2022-04-26
US20200230406A1 (en) 2020-07-23
CN113438958A (zh) 2021-09-24
EP3914340A1 (en) 2021-12-01
WO2020154370A1 (en) 2020-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200230406A1 (en) Managing therapy delivery based on physiological markers
US11376438B2 (en) Managing therapy delivery based on physiological markers
US11202908B2 (en) Selective termination of stimulation to deliver post-stimulation therapeutic effect
US10315031B2 (en) Electrical stimulation to inhibit bladder and/or bowel contraction
US9446235B2 (en) Low frequency electrical stimulation therapy for pelvic floor disorders
US20210299442A1 (en) Incontinence therapy
US9707396B2 (en) Cortical potential monitoring
US9186509B2 (en) Electrical stimulation therapy for lower urinary tract dysfunction and sexual reflex dysfunction
US9168374B2 (en) Intra-burst pulse variation for stimulation therapy
US10512427B2 (en) Bladder fullness level indication based on bladder oscillation frequency
US11744499B2 (en) Monitoring bladder dysfunction using a probability function
US20210316145A1 (en) Patient specific optimization algorithm
US20220409907A1 (en) Hibernation of electronics in an implantable stimulator
EP4299108A1 (en) Coordinating use of power-saving battery switch hardware feature by multiple firmware features
US20220331589A1 (en) Neurostimulation response and control
CN117138230A (zh) 通过多个固件特征来协调节电电池开关硬件特征的使用
CN117222448A (zh) 神经刺激响应和控制