(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的後根神経節の少なくとも一部を、前記標的後根神経節に関連した前根を刺激することなしに刺激し、それによって望ましくない知覚可能な運動応答を引き起こすことなしに標的処置を行うためのシステムであって、
複数の電極を含む電極部分を有するリード線であって、前記リード線の電極部分が、前記電極の少なくとも１つが、前記標的後根神経節の少なくとも一部を刺激できるように配置されるように構成されている、リード線と、
前記リード線に接続可能な植え込み型パルス発生器であって、
前記パルス発生器が、前記標的後根神経節の少なくとも一部を刺激するための調整された刺激プロフィールの識別を可能にするように５０μＡ以下の増分で調整可能な振幅を有する刺激プロフィールを有する刺激信号を前記リード線に供給し、
前記調整された刺激プロフィールが、前記標的後根に関連した前根が刺激されて望ましくない知覚可能な運動応答を引き起こすエネルギ閾値よりも低い前記調整された刺激プロフィールによって供給されるエネルギレベルに維持することによって、望ましくない知覚可能な運動応答を引き起こすことなしに標的処置を達成する、パルス発生器と、を備える、システム。
【請求項２】
前記刺激信号が、４ｍＡ以下の電流振幅を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電流振幅が、８００μＡ以下である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの電極の少なくとも１つが、６ｍｍ２以下の平均電極表面積を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記平均電極表面積が、４ｍｍ２以下である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記パルス発生器が、電流振幅が特定の電流振幅レベルを超える場合には５０μＡ以下の増分で、電流振幅が特定の電流振幅レベル以下である場合には２５μＡ以下の増分で調整可能な電流振幅を有する刺激プロフィールを有する刺激信号を前記リード線に供給する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
少なくとも１つの電極を有する第２のリード線をさらに備え、前記第２のリード線が、その電極の少なくとも１つが第２の標的後根の少なくとも一部を刺激できるように配置されるように構成されており、前記第２のリード線が、刺激信号を前記第２のリード線に供給する前記植え込み型パルス発生器に接続可能であり、前記第２のリード線に対する前記刺激信号が、前記第２のリード線がそのように配置されたときに前記第２の標的後根に関連した前根が刺激されて望ましくない知覚可能な運動応答を引き起こすエネルギ閾値よりも低いエネルギを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記標的後根と前記第２の標的後根が、異なる脊髄のレベルにある、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記リード線に対する前記刺激信号と前記第２のリード線に対する前記刺激信号が異なる、請求項７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）の規定により、参照により本明細書に組み入れられる２００８年１０月２７日出願の「Selective Stimulation System and Signal Parameters for Pain Management」という名称の米国仮特許出願第６１／１０８，８３６号の優先権を主張するものである。
【０００２】
（連邦政府が支援する研究開発の下でなされた本発明の権利に関する陳述）
該当なし。
【０００３】
（コンパクトディスクで提出される付属の「配列表」、表、またはコンピュータプログラムのリストの参照）
該当なし。
【背景技術】
【０００４】
米国では、あらゆる種類の痛みが、医師の診断を受ける最も一般的な理由であり、１年間に、全アメリカ人の半分が診察を受ける。痛みは、多くの医学的状態の主な症状であり、個人の生活の質および全般的な機能を著しく妨げる。診断は、痛みの期間、痛みの強さ、痛みの種類（鈍い痛み、妬けつく痛み、ズキズキする痛み、または刺すような痛み）、痛みの源、または体の位置によって様々な方法での痛みの特徴付けに基づいている。通常は、痛みが、治療なしで止まる、または休息または鎮痛薬の摂取などの単純な手段に応える場合は、このような痛みは、いわゆる「急性の」痛みと呼ばれる。しかし、痛みは、治りにくくなって、痛みが症状とは呼ばれなくなり、それ自体が病気である慢性痛と呼ばれる状態になることがある。
【０００５】
痛みを管理するために脊髄に特定の電気エネルギを加えることが、１９６０年代から積極的に行われてきた。脊髄神経組織に電場を加えることにより、刺激された神経組織に関連した体の部位から伝達される特定の種類の痛みを効果的に覆い隠すことができることが知られている。このような覆い隠しは、罹患した体の部位における錯感覚、麻痺の自覚的感覚、または刺痛として知られている。このような脊髄の電気刺激は、かつては脊髄後索刺激として知られていたが、現在は、脊髄電気刺激またはＳＣＳと呼ばれている。
【０００６】
図１Ａおよび図１Ｂは、ＳＣＳシステム１０の従来の配置を示している。従来のＳＣＳシステムは、植え込み型電源または植え込み型パルス発生器（ＩＰＧ）１２および植え込み型リード線１４を備えている。このようなＩＰＧ１２は、心臓ペースメーカに大きさおよび重量が類似し、典型的には、患者Ｐの臀部または腹部に植え込まれる。蛍光透視法を使用して、リード線１４が、脊柱の硬膜外腔Ｅ内に植え込まれ、図１Ｂに例示されているように、脊髄Ｓの硬膜層Ｄに配置される。リード線１４は、硬膜外針（経皮リード線の場合）によって皮膚に通されて植え込まれるか、または小規模椎弓切開術（パドル型リード線または経皮リード線の場合）によって直接外科的に植え込まれる。椎弓切開術は、椎弓板の一部を除去する神経外科処置である。椎弓切開術は、１つ以上のリード線を通すのに十分な大きさの開口を骨に形成する。
【０００７】
図２は、従来のパドル型リード線１６および経皮リード線１８の例を例示している。パドル型リード線１６は、典型的には、表面に１つ以上の電極２０を備えたシリコンゴムのスラブの形態を有する。パドル型リード線１６の寸法の例が図３に例示されている。経皮リード線１８は、典型的には、周りに１つ以上の電極２０が延在するチューブまたはロッドの形態を有する。経皮リード線１８の寸法の例が図４に例示されている。
【０００８】
経皮リード線１８の植え込みでは、典型的には、腰部の切開（背および脚の傷みの管理の場合）または上背および頚部の切開（腕の痛みの場合）が行われる。硬膜外針は、切開部を介して硬膜外腔内に配置され、リード線は、電気的に刺激されると患者の痛む部位に渡って刺痛感覚（錯感覚）を生成する脊髄の部位に達するまで、脊髄を進められ案内される。この部位の位置を求めるために、患者が刺激の範囲についてフィードバックしている間に、リード線が動かされ、オン・オフされる。患者がこの手術に参加して、術者を脊髄の正しい部位に案内するため、この医療行為は、意識下鎮静で行われる。
【０００９】
パドル型リード線１６の植え込みでは、典型的には、リード線を植え込むために小規模椎弓切開術が行われる。切開は、刺激される脊髄セグメントのやや下または上で行われる。骨の開口を介して硬膜外腔に直接挿入され、パドル型リード線１６が、脊髄を刺激する部位に渡って配置される。刺激の標的部位は、通常は、この医療行為の前に、経皮リード線１８での脊髄刺激の試験の間に位置が決定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このようなＳＣＳシステムは、一部の患者では効果的に痛みを緩和するが、これらのシステムには、多数の問題がある。まず、図５に例示されているように、リード線１４が、電極２０が脊髄の幅広い部分および関連する脊髄神経組織（境界線２１によって示されている）を刺激するように、脊髄硬膜層Ｄに配置されている。脊髄は、連続体であり、脊髄の３つの脊髄レベルが例示されている。例示目的で、脊髄レベルは、後根ＤＲおよび前根ＶＲが脊髄Ｓにつながっている部分を示す脊髄Ｓの小区分である。脊髄神経Ｎは、後根ＤＲ、後根神経節ＤＲＧ、および前神経根ＶＲに分かれていて、それぞれが脊髄Ｓまで延びている。一般に、後根ＤＲは、脊髄Ｓの後側に延びており、前根ＶＲは、脊髄Ｓの前側に延びている。単純にするために、示されている各レベルは、一側のみの神経を例示し、正常な解剖学的構造は、脊髄の反対側にも同様の神経を有し得る。
【００１１】
図６は、ある脊髄レベルにおける図５のリード線１４の断面図を例示している。したがって、図示されているように、リード線１４は、脊髄Ｓの正中線近傍の硬膜層Ｄに配置されている。電極２０が、脊髄の広い部分を刺激する。この例では、リード線１４は、一方向パドル型リード線であるため、刺激エネルギ１５（境界線２１によって示されている）がリード線１４の一側に延びている。硬膜層Ｄおよび脳脊髄液ＣＳＦを透過して、後根に対してシナプスの後側である脊髄Ｓの後側の範囲内に延在する脊柱の線維を活性化するために、大きなエネルギ１５が使用される。そして、全方向リード線の場合には、標的から離れる方向のエネルギの喪失によってさらに多くのエネルギが必要であろう。脊髄感覚神経組織、または後神経根からの神経組織が、痛みの信号を伝達する。したがって、このような刺激は、患者の痛みの感覚を覆い隠す刺痛感覚（錯感覚）の生成によって、痛みの信号の脳への伝達を遮断すること意図している。しかし、過度の刺痛は、望ましくないと見なされ得る。さらに、エネルギ１５はまた、典型的には、脊髄Ｓの前側を透過し、前角を刺激し、最終的に脊髄Ｓの前側の範囲内に延在する前根を刺激する。脊髄運動神経組織、または前神経根からの神経組織が、筋肉／運動制御信号を伝達する。したがって、リード線１４による電気刺激は、脊髄感覚神経組織に加えて、運動神経の望ましくない刺激をもたらす場合が多い。その結果が、望ましくない筋収縮である。
【００１２】
電極がいくつかのレベルに跨り、電極が内側から脊髄神経根の入口を刺激するため、生成された刺激エネルギ１５は、２つ以上のレベルにおける２種類以上の神経組織を刺激する、またはこれらの神経組織に加えられる。さらに、これらおよび他の従来の非特異的刺激システムも、脊髄および意図する刺激標的の先の他の神経組織に刺激エネルギを加える。本明細書で使用される非特異的刺激は、刺激エネルギが、神経および脊髄を含む複数の脊髄レベルに全体的かつ無差別に供給されるという事実を意味する。これは、電極のサブセットのみが刺激に使用されるプログラム可能な電極構造を使用する場合も当てはまる。実際、たとえ硬膜外電極が１つのレベルのみを単純に刺激するために大きさが縮小されたとしても、電極は、加えられるエネルギの範囲内で非特異的かつ無差別に（すなわち、多くまたはすべての神経線維および他の組織に）刺激エネルギを加えることになる。
【００１３】
したがって、刺激エネルギのより正確かつ効果的な送達を可能にする改善された刺激システム、デバイス、および方法が要望されている。これらの目的の少なくとも一部は、本発明によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、様々な状態、特に神経系に関連した状態または神経系によって影響を受ける状態の標的処置のためのデバイス、システム、および方法を提供する。このような状態の例には、例えば、痛み、かゆみ、パーキンソン病、多発性硬化症、脱髄性（demylenating）運動障害、脊髄傷害、喘息、慢性心疾患、肥満、および発作（特に急性虚血）が含まれる。本発明は、有害な副作用、例えば、望ましくない運動応答または影響を受けていない体の部位の望ましくない刺激が最小限で、このような状態の標的処置を提供する。これは、状態に関連した標的の解剖学的構造を直接神経調節する一方、他の解剖学的構造の望ましくない神経調節を最小限にする、または排除することによって達成される。殆どの実施形態では、神経調節は刺激を含むが、神経調節が、標的部位に電気または医薬品を送達することによって神経活動を変更または調節する様々な形態を含み得ることを理解できよう。単なる例示目的として、本明細書の説明は、刺激および刺激パラメータについて行われるが、このような説明は、そのように限定されるものではなく、任意の形態の神経調節および神経調節パラメータを含み得ることを理解できよう。
【００１５】
典型的には、本システムおよびデバイスは、中枢神経系の神経組織の一部を刺激するために使用され、中枢神経系は、脊髄、および脊髄神経として知られている脊髄に沿った神経対を含む。この脊髄神経は、脊椎椎間孔で融合して末梢神経系の一部である混合神経を形成する後根および前根の両方を含む。少なくとも１つの後根神経節（ＤＲＧ）は、混合点の前に各後根に沿って位置している。したがって、中枢神経系の神経組織は、後根神経節を含み、後根神経節の先の神経系の部分、例えば、末梢神経系の混合神経を含まないと見なされる。典型的には、本発明のシステムおよびデバイスは、１つ以上の後根神経節、後根、後根進入部、またはそれらの一部を刺激する一方で、他の組織、例えば、周囲または近傍組織、前根、および処置の標的ではない体の部位に関連した解剖学的構造の部分の望ましくない刺激を最小限にする、または排除するために使用される。しかし、他の組織の刺激も企図されることを理解できよう。
【００１６】
本発明の第１の態様では、標的後根の少なくとも一部を刺激するシステムが提供される。一部の実施形態では、このシステムは、少なくとも１つの電極を有するリード線であって、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが、標的後根の少なくとも一部を刺激できるように配置されるように構成されている、リード線と、このリード線に接続可能な植え込み型パルス発生器であって、リード線がそのように配置されたときに標的後根に関連した前根を刺激するためのエネルギ閾値よりも低いエネルギを有する刺激信号をリード線に供給する、パルス発生器と、を備えている。一部の実施形態では、標的後根の少なくとも一部は、後根神経節を含む。
【００１７】
一部の実施形態では、刺激信号は、約４ｍＡ以下の電流振幅を有する。任意選択で、電流振幅は、約８００μＡ以下とすることができる。一部の実施形態では、少なくとも１つの電極の少なくとも１つは、約６ｍｍ２以下の平均電極表面積を有する。任意選択で、平均電極表面積が、約４ｍｍ２以下である。
【００１８】
一部の実施形態では、このシステムは、少なくとも１つの電極を有する第２のリード線をさらに備え、この第２のリード線は、その電極の少なくとも１つが第２の標的後根の少なくとも一部を刺激できるように配置されるように構成されており、第２のリード線は、刺激信号を第２のリード線に供給する植え込み型パルス発生器に接続可能であり、第２のリード線に対する刺激信号が、第２のリード線がそのように配置されたときに第２の標的後根に関連した前根を刺激するためのエネルギ閾値よりも低いエネルギを有する。一部の実施形態では、標的後根と第２の標的後根は、異なる脊髄レベルにある。任意選択で、リード線に対する刺激信号と第２のリード線に対する刺激信号が異なる。
【００１９】
本発明の第２の態様では、中枢神経系の標的神経組織を刺激するためのシステムが提供される。一部の実施形態では、このシステムは、少なくとも１つの電極を有するリード線であって、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが、標的神経組織を刺激できるように配置されるように構成されている、リード線と、このリード線に接続可能な植え込み型パルス発生器であって、１００μＡ未満の電流振幅を有する刺激信号を供給する、パルス発生器と、を備えている。典型的には、標的脊髄神経組織は、後根神経節を含む。
【００２０】
本発明の第３の態様では、標的後根の少なくとも一部を刺激するためのシステムが提供され、このシステムは、少なくとも１つの電極を有するリード線を備え、このリード線は、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが、刺激信号が供給されたときに標的後根の少なくとも一部を刺激できるように配置されるように構成されている。このシステムは、リード線に接続可能な植え込み型パルス発生器も含み、このパルス発生器は、約１００ｎＪ／パルス未満のエネルギを有する刺激信号を供給する。一部の実施形態では、刺激信号は、約５０ｎＪ／パルス未満のエネルギを有する。任意選択で、刺激信号は、約１０ｎＪ／パルス未満のエネルギを有することができる。典型的には、標的後根の少なくとも一部は、後根神経節を含む。
【００２１】
本発明の第４の態様では、標的後根の少なくとも一部を刺激するためのシステムが提供され、このシステムは、少なくとも１つの電極を有するリード線を備え、このリード線は、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが、刺激信号が供給されたときに標的後根の少なくとも一部を刺激できるように配置されるように構成されている。このシステムは、リード線に接続可能な植え込み型パルス発生器も備え、このパルス発生器は、４ｍＡ未満の電流振幅を有する刺激信号を供給する。
【００２２】
本発明の第５の態様では、標的後根の少なくとも一部を刺激するためのシステムが提供され、このシステムは、少なくとも１つの電極を有するリード線を備え、このリード線は、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが、標的後根の少なくとも一部の表面または近傍に配置可能であるように構成されている。このシステムは、リード線に接続可能な植え込み型パルス発生器も備え、このパルス発生器は、少なくとも１つの信号パラメータにより標的後根の少なくとも一部を選択的に刺激する少なくとも１つの電極の少なくとも１つに刺激信号を供給する。一部の実施形態では、少なくとも１つの信号パラメータは、電流振幅を含む。これらの実施形態では、電流振幅は、約４ｍＡ以下とすることができる。同様に、一部の実施形態では、この少なくとも１つの信号パラメータは、パルス幅を含み、このパルス幅は、５００μｓ未満である。典型的には、標的後根の少なくとも一部は、後根神経節を含む。
【００２３】
本発明の第６の態様では、少なくとも１つの電極を有するリード線を備えた標的後根神経節を刺激するためのシステムが提供され、このリード線は、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが、標的後根神経節の表面または近傍に配置可能であるように構成されている。このシステムは、リード線に接続可能な植え込み型パルス発生器も備え、このパルス発生器は、標的後根神経節への近接により標的後根神経節を選択的に刺激する少なくとも１つの電極の少なくとも１つにエネルギを供給する。
【００２４】
本発明の第７の態様では、中枢神経系の標的神経組織を刺激するためのシステムにおいて、少なくとも１つの電極を有するリード線であって、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが、標的神経組織を刺激できるように配置されるように構成されている、リード線と、このリード線に接続可能な植え込み型パルス発生器であって、５０μＡ以下の増分で調整可能な電流振幅を有する刺激信号を供給する、パルス発生器と、を備える、システムが提供される。一部の実施形態では、電流振幅は、２５μＡ以下の増分で調整可能である。
【００２５】
本発明の別の態様では、標的後根の少なくとも一部を刺激する方法であって、少なくとも１つの電極を有するリード線を、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが、標的後根の少なくとも一部の表面または近傍に位置するように配置するステップと、リード線がそのように配置されたときに標的後根に関連した前根を刺激するためのエネルギ閾値よりも低いエネルギレベルで少なくとも１つの電極の少なくとも１つにエネルギを供給するステップと、を含む、方法が提供される。一部の実施形態では、エネルギを供給するステップは、約４ｍＡ以下の電流振幅を有する刺激信号を供給することを含む。任意選択で、電流振幅は、約１．０ｍＡ以下である。一部の実施形態では、リード線を配置するステップは、硬膜外アプローチを用いてリード線を前進させることを含む。これらの実施形態では、リード線を配置するステップは、順行性アプローチまたは逆行性アプローチを用いてリード線を前進させることを含む。リード線は、脊柱の外側から経椎間孔アプローチ（transforamenal approach）を用いてリード線を前進させることによって配置できることを理解できよう。典型的には、後根の少なくとも一部が、後根神経節を含む。一部の実施形態では、平均電極表面積は、約４ｍｍ２以下である。
【００２６】
一部の実施形態では、この方法は、少なくとも１つの電極を有する第２のリード線を、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが、第２の標的後根の少なくとも一部の表面または近傍に位置するように配置するステップと、第２のリード線がそのように配置されたときに第２の標的後根に関連した前根を刺激するためのエネルギ閾値よりも低いエネルギレベルで第２のリード線の少なくとも１つの電極の少なくとも１つにエネルギを供給するステップと、をさらに含む。一部の実施形態では、標的後根と第２の標的後根は、異なる脊髄レベルにある。同様に、一部の実施形態では、リード線のエネルギレベルと第２のリード線のエネルギレベルは異なる。
【００２７】
本発明の別の態様では、硬膜外腔内の標的脊髄神経組織を刺激する方法であって、少なくとも１つの電極を有するリード線を、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが標的脊髄神経組織を刺激できるように配置するステップと、１００μＡ未満である電流振幅を有する刺激信号で少なくとも１つの電極の少なくとも１つにエネルギを供給するステップと、を含む、方法が提供される。
【００２８】
本発明の別の態様では、標的後根の少なくとも一部を刺激する方法であって、少なくとも１つの電極を有するリード線を、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが標的後根の少なくとも一部を刺激できるように配置するステップと、約１００ｎＪ／パルス未満のエネルギを有する刺激信号で少なくとも１つの電極の少なくとも１つにエネルギを供給するステップと、を含む、方法が提供される。
【００２９】
本発明の別の態様では、標的後根の少なくとも一部を刺激する方法であって、少なくとも１つの電極を有するリード線を、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが標的後根の少なくとも一部を刺激できるように配置するステップと、４ｍＡ未満の電流振幅を有する刺激信号で少なくとも１つの電極の少なくとも１つにエネルギを供給するステップと、を含む、方法が提供される。
【００３０】
本発明の別の態様では、標的後根の少なくとも一部を刺激する方法であって、少なくとも１つの電極を有するリード線を、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが標的後根の少なくとも一部の表面または近傍に位置するように配置するステップと、少なくとも１つの信号パラメータにより標的後根の少なくとも一部を選択的に刺激する刺激信号で少なくとも１つの電極の少なくとも１つにエネルギを供給するステップと、を含む、方法が提供される。
【００３１】
本発明のさらに別の態様では、中枢神経系の標的神経組織を刺激する方法であって、少なくとも１つの電極を有するリード線を、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが標的神経組織を刺激できるように配置するステップと、５０μＡ以下の増分で調整可能な電流振幅を有する刺激信号で少なくとも１つの電極の少なくとも１つにエネルギを供給するステップと、を含む、方法が提供される。
【００３２】
例えば、患者の解剖学的構造、痛みのプロフィール、痛みの知覚、およびリード線の配置などのばらつきにより、信号パラメータの設定が、患者によって、および同じ患者の体内でのリード線によって異なり得る。信号パラメータには、例えば、電圧、電流振幅、パルス幅、および繰り返し数が含まれる。本発明の刺激システムの一部の実施形態では、供給される電圧は、約０〜７Ｖの範囲である。一部の実施形態では、供給される電流振幅は、約４ｍＡ未満、具体的には約０．５〜２．０ｍＡの範囲、より具体的には０．５〜１．０ｍＡ、０．１〜１．０ｍＡ、または０．０１〜１．０ｍＡの範囲である。さらに、一部の実施形態では、供給されるパルス幅は、約２０００μｓ未満、具体的には約１０００μｓ未満、より具体的には約５００μｓ未満、より具体的には１０〜１２０μｓである。そして、一部の実施形態では、繰り返し数は、約２〜１２０Ｈｚの範囲であり、最大２００Ｈｚまたは最大１０００Ｈｚである。
【００３３】
典型的には、刺激パラメータは、満足のいく臨床結果に至るまで調整される。したがって、患者ごとにどのＤＲＧに近接して配置されるどのリード線に対するＤＲＧ刺激の閾値と前根刺激の閾値との間にも刺激パラメータ値の組み合わせの包絡線が存在する。患者を正常に処置するために使用できる特定の組み合わせまたは可能な組み合わせは、典型的には、生体内で術中に決定され、生体外で術後に決定され、様々な因子によって決まる。１つの因子は、リード線の配置である。望ましい電極がＤＲＧに近ければ近いほど、ＤＲＧを刺激するのに必要なエネルギが少なくなる。他の因子には、例えば、電極の選択、患者の解剖学的構造、処置されている痛みのプロフィール、および患者による痛みの心理的な知覚などが含まれる。時間が経過すると、患者を処置するどのリード線のパラメータ値も、リード線の配置の変化、インピーダンスの変化、または他の身体的もしくは心理的な変化によって変動し得る。いずれの場合も、パラメータ値の包絡線は、患者の痛みの状態を処置するために少なくとも一桁大きいエネルギ供給を必要とする従来の刺激システムの包絡線よりも非常に低い。
【００３４】
パラメータ値が低い範囲であることから、制御の粒度が、従来の刺激システムと比較するとより小さい。例えば、従来の刺激システムの電流は、典型的には、０．１ｍＡの増分で調整可能である。本発明の一部の実施形態では、この増分は、患者を処置するために使用できる電流振幅値の全範囲よりも大きい。したがって、信号パラメータ値を循環して状態を処置する適切な値の組み合わせを決定するために、より小さい増分が必要である。一部の実施形態では、本発明のシステムは、特に、例えば、２ｍＡの電流振幅が使用される場合は、約２５μＡの分解能での電流振幅の制御を実現するが、約１０μＡ、５μＡ、または１μＡなどのより小さい増分も使用できることを理解できよう。他の実施形態では、電流振幅の制御は、特に、例えば、２ｍＡ以上の電流振幅が使用される場合は、約５０μＡの分解能で提供される。このような分解能の変化は、１ｍＡなどの他のレベルでも起こり得ることを理解できよう。同様に、従来の刺激システムの電圧は、典型的には１００ｍＶの増分で調整可能である。対照的に、本発明の一部の実施形態は、５０ｍＶの分解能で電圧の制御を提供する。同様に、本発明の一部の実施形態は、１０μｓの分解能でパルス幅の制御を提供する。したがって、本発明は、パラメータ値の低い範囲により、刺激パラメータの高い粒度の制御を提供することを理解できよう。
【００３５】
場合によっては、さらに低いレベルのエネルギを使用しても、本発明の刺激システムを用いて患者を正常に処置することができることを理解できよう。配置されるリード線が標的ＤＲＧに近ければ近いほど、標的ＤＲＧを選択的に刺激するのに必要となり得るエネルギのレベルが低い。したがって、信号パラメータ値は、制御の粒度が相応に高い本明細書に記載された信号パラメータ値よりも低いであろう。
【００３６】
このようなエネルギの減少により、いくつか利点が得られるが、特に電極のサイズの縮小が可能となる。一部の実施形態では、平均電極表面積は、約１〜６ｍｍ２、具体的には約２〜４ｍｍ２、より具体的には３．９３ｍｍ２であり、従来の脊髄刺激装置は、典型的には、格段に広い平均電極表面積、例えば、ある種のリード線の場合は７．５ｍｍ２、従来のパドル型リード線の場合は１２．７ｍｍ２の表面積を有する。同様に、一部の実施形態では、平均電極長さは、１．２５ｍｍであり、従来の脊髄刺激装置は、典型的には、３ｍｍの平均電極長さを有する。このような電極サイズの縮小により、電極をＤＲＧの近傍により近接して配置することが可能となり、標的神経組織、特にＤＲＧの直接かつ選択的な刺激を提供するためにＩＰＧが様々な制御および性能パラメータを有することが可能となる。加えて、一部の実施形態では、１つ以上の電極の全体寸法および電極の間隔は、刺激標的の全体寸法又は大きさに一致またはほぼ一致するように選択される。
【００３７】
状態の有効な処置は、状態に関連した標的の解剖学的構造を直接刺激すると共に、他の解剖学的構造の望ましくない刺激を最小限にする、または排除することによって達成することができる。このような状態が、１つの真皮節に限定される、または主に１つの真皮節に影響を与える場合は、本発明により、１つの真皮節または真皮節内の部位の刺激が可能となる（真皮節下（subdermatomal）刺激とも呼ばれる）。
【００３８】
本発明の一態様では、処置が１つの真皮節内で実質的に行われる、脊髄神経組織に関連した状態を処置する方法が提供される。一部の実施形態では、この方法は、少なくとも１つの電極を有するリード線を、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが硬膜外腔内の脊髄神経組織の近傍に位置するように配置するステップと、脊髄神経組織を刺激して１つの真皮節内に処置効果を与え、１つの真皮節外の体の部位が実質的に影響を受けないままであるように、少なくとも１つの電極の少なくとも１つにエネルギを供給するステップと、を含む。一部の実施形態では、少なくとも１つの電極にエネルギを供給するステップが、脊髄神経組織を刺激して１つの真皮節内の特定の体の部位内に処置効果を与え、特定の体の部位外の体の部位が実質的に影響を受けないままであるように、少なくとも１つの電極の少なくとも１つにエネルギを供給することを含む。典型的には、脊髄神経組織は後根神経節を含み、処置効果は錯感覚を含む。一部の実施形態では、特定の体の部位は足を含む。
【００３９】
本発明の別の態様では、患者の状態が、後根神経節の一部に関連し、前記後根神経節の他の部分には実質的に関連しない、患者の状態を処置する方法が提供される。一部の実施形態では、この方法は、少なくとも１つの電極を有するリード線を、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが後根神経節の一部の近傍に位置するように配置するステップと、状態に影響を与えるが他の部分を実質的に刺激しないように後根神経節の一部を刺激するように、少なくとも１つの電極の少なくとも１つに刺激信号を供給するステップと、を含む。一部の実施形態では、この状態は痛みを含む。このような実施形態では、状態に影響を与えることが、知覚可能な運動応答を引き起こさずに痛みを緩和することを含む。
【００４０】
一部の実施形態では、この状態は、真皮節内のある位置で患者によって感じられ、後根神経節の他の部分は、真皮節内の他の位置に関連する。刺激信号は、約４ｍＡ以下の電流振幅を有することができることを理解できよう。任意選択で、刺激信号は、１ｍＡ以下の電流振幅を有することができる。典型的には、リード線を配置するステップは、硬膜外アプローチを用いて、リード線を前進させることを含むが、これに限定されるものではない。
【００４１】
本発明の別の態様では、真皮節下刺激を提供する方法であって、少なくとも１つの電極を有するリード線を、その少なくとも１つの電極の少なくとも１つが真皮節内の後根神経節の近傍に位置するように配置するステップと、真皮節の真皮節下部位の状態に影響を与えるように後根神経節を刺激するように少なくとも１つの電極の少なくとも１つに刺激信号を供給するステップと、を含む、方法が提供される。
【００４２】
本発明の別の態様では、後根神経節の一部を刺激するためのシステムであって、後根神経節の一部が、真皮節内の特定の部位に関連している、システムが提供される。一部の実施形態では、このシステムは、少なくとも１つの電極を有するリード線であって、少なくとも１つの電極の少なくとも１つが、後根神経節の一部を刺激できるように配置されるように構成されている、リード線と、リード線に接続可能なパルス発生器であって、後根神経節の一部を刺激して真皮節の特定の部位内に影響を与える少なくとも１つの電極の少なくとも１つに刺激信号を供給する、パルス発生器と、を備えている。
【００４３】
一部の実施形態では、少なくとも１つの電極の少なくとも１つと刺激信号の組み合わせが、後根神経節の一部の刺激を可能にする形状を有するが後根神経節の他の部分を実質的に含まない電場を生成する。一部の実施形態では、少なくとも１つの電極の少なくとも１つは、各電極のおおよその中心間が０．２５０インチ（６．３５ｍｍ）離隔した２つの電極を備えている。一部の実施形態では、刺激信号は、約４ｍＡ以下の電流振幅を有する。任意選択で、刺激信号は、１ｍＡ以下の電流振幅を有することができる。一部の実施形態では、刺激信号は、約１００ｎＪ／パルス未満のエネルギを有する。
【００４４】
本発明の別の態様では、患者の体内で真皮節下刺激を行うためのシステムにおいて、少なくとも１つの電極を有するリード線であって、その少なくとも１つの電極が、真皮節に関連した後根神経節の近傍に配置可能であるように構成されている、リード線と、このリード線に接続可能なパルス発生器と、を備える、システムが提供される。一部の実施形態では、パルス発生器は、後根神経節を刺激して真皮節の第１の体の部位内に第１の影響を与える第１の電場を生成するために、少なくとも１つの電極の少なくとも１つに第１の刺激信号を供給し、パルス発生器は、後根神経節を刺激して真皮節の第２の体の部位内に第２の影響を与える第２の電場を生成するために、少なくとも１つの電極の少なくとも１つに第２の刺激信号を供給する。場合によっては、第１の刺激信号と第２の刺激信号は、異なる刺激パラメータを有する。一部の実施形態では、第１の刺激信号を受け取る少なくとも１つの電極の少なくとも１つが、第２の刺激信号を受け取る少なくとも１つの電極の少なくとも１つとは異なる。
【００４５】
一部の実施形態では、第１の電場と第２の電場は、異なる形状を有する。同様に、第１の電場と第２の電場が異なる大きさを有することができる。一部の実施形態では、第１の影響は痛みの緩和を含む。一部の実施形態では、第１の体の部位は、患者の足に沿って延在し、第２の体の部位は、患者の背に沿って延在する。
【００４６】
本発明のさらに別の実施形態では、患者の体内に真皮節下刺激を供給する方法であって、少なくとも１つの電極を有するリード線を真皮節に関連した後根神経節の近傍に配置するステップと、後根神経節を刺激して真皮節の第１の体の部位内に影響を与える少なくとも１つの電極に刺激信号を供給するステップと、刺激信号の少なくとも１つの電極への供給が、後根神経節が刺激されて真皮節の第２の体の部位内に第２の影響を与えるように、リード線を後根神経節に沿って再配置するステップと、を含む、方法が提供される。一部の実施形態では、第１の影響は、痛みの緩和を含む。一部の実施形態では、第１の体の部位は、患者の足に沿って延在し、第２の体の部位は、患者の背に沿って延在する。
【００４７】
本発明の他の目的および利点は、添付の図面を参照しながら、以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】従来技術を例示している。
【図１Ｂ】従来技術を例示している。
【図２】従来技術を例示している。
【図３】従来技術を例示している。
【図４】従来技術を例示している。
【図５】従来技術を例示している。
【図６】従来技術を例示している。
【図７】本発明の刺激システムの実施形態を例示している。
【図８】本発明の植え込み型パルス発生器の実施形態の斜視図である。
【図９】ハウジングの一部が除去されて内部の構成要素が示されている図８のＩＰＧを例示している。
【図１０】ＩＰＧの一実施形態の電子回路の一部であるプリント回路基板の簡易ブロック図である。
【図１１】テレメトリを用いてＩＰＧと通信する少なくとも１つの外部プログラミングデバイスを例示している。
【図１２】変更することができる刺激信号の可能なパラメータの例を例示している。
【図１３】ＩＰＧの電子回路の可能な構成要素を例示する簡易ブロック図である。
【図１４】臨床プログラマなどの外部プログラマの可能な構成要素を例示する簡易ブロック図である。
【図１５Ａ】臨床プログラマの実施形態の拡大斜視図である。
【図１５Ｂ】臨床プログラマのスクリーンショットの実施形態を例示している。
【図１５Ｃ】臨床プログラマのスクリーンショットの実施形態を例示している。
【図１６】患者プログラマなどの別の外部プログラマの可能な構成要素を例示する簡易ブロック図である。
【図１７】患者の解剖学的構造内の図７の実施形態のリード線の配置の例を例示している。
【図１８】標的ＤＲＧの近傍に配置された刺激システムのリード線を示す個々の脊髄レベルの断面図を例示している。
【図１９Ａ】本発明の刺激信号を表すトレースの実施形態を例示している。
【図１９Ｂ】生体組織を刺激する複合インピーダンスに対する電圧応答を示す対応トレースの実施形態を例示している。
【図２０Ａ】従来の脊髄刺激装置の刺激信号の例を表すトレースの実施形態を例示している。
【図２０Ｂ】生体組織を刺激する複合インピーダンスに対する電圧応答を示す対応トレースの実施形態を例示している。
【図２１】ＤＲＧを選択的に標的にする刺激信号パラメータを示すデータを例示し、前根が刺激されるエネルギ閾値よりも低い、ＤＲＧが刺激されるエネルギ閾値が存在する。
【図２２】真皮節の配置、または患者に沿った真皮節の「地図」を例示している。
【図２３】個々のＤＲＧの選択的な刺激によって影響を受け得る体の部位に関連した様々な脊髄レベルのＤＲＧを模式的に例示している。
【図２４Ａ】下半身の真皮節を含む患者の後側を例示し、ＤＲＧの全体的な領域の略図である。
【図２４Ｂ】下半身の真皮節を含む患者の前側を例示している。
【図２５】本発明の態様によるＤＲＧの選択的な刺激を模式的に例示している。
【図２６Ａ】真皮節内の特定の部位に影響を与えるためにＤＲＧの一部を刺激するリード線の斜視図を例示している。
【図２６Ｂ】真皮節内の特定の部位に影響を与えるためにＤＲＧの一部を刺激するリード線の斜視図を例示している。
【図２６Ｃ】真皮節内の特定の部位に影響を与えるためにＤＲＧの一部を刺激するリード線の斜視図を例示している。
【図２６Ｄ】真皮節内の特定の部位に影響を与えるためにＤＲＧの一部を刺激するリード線の斜視図を例示している。
【図２７】患者番号１からの臨床データの表である。
【図２８】患者番号２からの臨床データの表である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
一部の実施形態では、標的ＤＲＧは、表面に少なくとも１つの電極を備えたリード線で刺激される。リード線は、少なくとも１つの電極が標的ＤＲＧの表面、近傍、または周囲に配置されるように患者の解剖学的構造を介して進められる。リード線は、電極（複数可）が他の解剖学的構造の望ましくない刺激を最小限にする、または排除することができる大きさおよび構造である。このような構造は、本明細書に記載される信号パラメータを含む様々なデザインの特徴を有することができる。
【００５０】
図７は、本発明の植え込み型刺激システム１００の実施形態を例示している。システム１００は、植え込み型パルス発生器（ＩＰＧ）１０２およびこのＩＰＧに接続可能な少なくとも１つのリード線１０４を備えている。好ましい実施形態では、システム１００は、図示されているように４本のリード線１０４を備えているが、１本、２本、３本、４本、５本、６本、７本、８本、最大５８本、又はそれ以上を含む任意の数のリード線１０４を使用することができる。各リード線１０４は、少なくとも１つの電極１０６を備えている。好ましい実施形態では、各リード線１０４は、図示されているように４個の電極１０６を備えているが、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、又はそれ以上を含む任意の数の電極１０６を備えることができる。各電極は、オフ、陽極、または陰極として構成することができる。一部の実施形態では、各リード線および電極は、たとえ個々に構成することができたとしても、どんな時でも、ソフトウエアは、常に１本のリード線だけが刺激されるようにする。他の実施形態では、一度に２本以上のリード線が刺激される、またはリード線による刺激が交互もしくは重複して行われる。
【００５１】
再び図７を参照すると、ＩＰＧ１０２は、電子回路１０７、および充電式バッテリまたは非充電式バッテリなどのバッテリである電源１１０を備えているため、プログラムされて電源がオンにされると、ＩＰＧ１０２が、外部ハードウエアと独立して動作することができる。一部の実施形態では、電子回路１０７は、プロセッサ１０９、およびメモリ１０８に保存されたプログラム可能な刺激情報を有する。
【００５２】
図８は、本発明のＩＰＧ１０２の実施形態の斜視図である。この図では、電子回路１０７および電源１１０は、ハウジング１０５（「ケース」または「缶」とも呼ばれる）内に収容されている。別法では、誘導結合、ＲＦ、または光活性化などによって電力をＩＰＧ１０２に供給する外部装置内などのハウジング１０５の外部に電源を配置できることを理解できよう。一部の実施形態では、ＩＰＧ１０２は、容積が約３２ｃｃ以下、厚みが約１．２ｃｍ以下、または重量が約３０ｇ以下である。他の実施形態では、ＩＰＧ１０２は、約０．２ｃｃ、５ｃｃ、１０ｃｃ、１５ｃｃ、２０ｃｃ、３０ｃｃ、４０ｃｃ、５０ｃｃ、６０ｃｃ、または７０ｃｃ以下の容積を有することを理解できよう。ＩＰＧ１０２は、卵形、円形、角が丸い正方形、または角が丸い長方形を含む様々な形状を有することができる。一部の実施形態では、ＩＰＧ１０２は、高さが約６１ｍｍ、幅が約４８ｍｍ、そして厚みが約１１ｍｍである。
【００５３】
一部の実施形態では、ＩＰＧ１０２のハウジング１０５は導電性である。このような実施形態では、ハウジング１０５は、詳細に後述されるように電極として機能することができる。少なくとも１つの電極１０６は、リード線１０４をＩＰＧ１０２のコネクタ１１１に接続することによって電子回路１０７に電気的に接続されている。この実施形態では、各リード線１０４は、各リード線１０４を電気的に接続するためにＩＰＧ１０２の別個のポート１１５に挿入可能である。
【００５４】
図９は、図８のＩＰＧ１０２内の構成要素を例示している。この実施形態では、内部構成要素には、電源１１０、電子回路１０７、アンテナ１３２、およびリード線コネクタ１１１が含まれる。この実施形態では、電子回路１０７は、回路を狭い空間内に配置できるように３つのプリント回路基板を備えている。図１０は、ＲＦ基板１３６、ＭＣＵ基板１３８、および電極基板１４０を含むこれらの基板の簡易ブロック図である。ＭＣＵ基板は、水晶発信器、タイマ、直列およびアナログＩ／Ｏなどのサポート機能と組み合わせられたＣＰＵを含む単一集積回路上の小型コンピュータであるマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）を備えている。ＮＯＲフラッシュまたはＯＴＰ  ＲＯＭの形態などのプログラムメモリは、チップおよびＲＡＭに含めても良い。電子回路１０７は、他の構成および構成要素を含み得ることを理解できよう。
【００５５】
図１１を参照すると、ＩＰＧ１０２は、経皮電磁リンク、ＲＦリンク、または送信コイルなどのテレメトリを使用して、少なくとも１つの外部プログラミングデバイスから望ましい刺激パルスを生成するようにオン・オフされ、プログラムされている。一部の実施形態では、ＭＩＣＳ規格に適合したＲＦリンクが使用される。この規格は、植え込み型医療デバイス用の４０２〜４０５ＭＨｚの周波数スペクトルを割り当てる。他の実施形態では、ＲＦリンクは、４００ＭＨｚ以上の周波数を利用する。なお他の実施形態では、ＲＦリンクは、２．４５ＧＨｚの周波数を利用する。一部の実施形態では、テレメトリは、外部プログラマ内の磁石または外部プログラマに結合された磁石によって起動される。磁石は、植え込まれたものの真上または植え込まれたものの適切な範囲内の皮膚に配置されると、植え込まれたＩＰＧ１０２内の磁気センサを作動させる。加えて、一部の実施形態では、ＩＰＧ１０２は、外部プログラマによって試みられるすべてのチャンネルの通信を傍受する。一部の実施形態では、このような傍受は、所定の間隔、例えば、１０分ごとに行われ、このような間隔はプログラム可能とすることができる。これは、ＩＰＧが磁石の検出に失敗した時のバックアップ通信リンクである。ＩＰＧが外部プログラマの存在を検出すると、ＩＰＧは、典型的には、３０秒以内、１５秒以内、又はそれ以下以内にプログラマに応答する。
【００５６】
一部の実施形態では、少なくとも１つの外部プログラミングデバイスは、臨床プログラマ２００および患者プログラマ３００を含む。臨床プログラマ２００は、臨床医または検査者によって決定されるＩＰＧ１０２の刺激情報をプログラムするために使用される。刺激情報には、電圧、電流、パルス幅、繰り返し数、およびバースト率などの信号パラメータが含まれる。図１２は、変動し得る刺激信号の可能なパラメータの例を例示している。本発明の実施形態を使用して、最適な治療効果をもたらす振幅、電流、パルス幅、および繰り返し数（周波数とも呼ばれる）を決定することができる。振幅が変動する一定の電流にしても良いし、電流が変動する一定の振幅にしても良いことを理解できよう。
【００５７】
図１１を再び参照すると、患者プログラマ３００により、患者が、臨床医によってプリセットされた範囲内でＩＰＧ１０２の刺激設定を調節することができる。また、患者プログラマ３００により、患者が、必要に応じて刺激をオフにすることもできる。臨床プログラマ２００および患者プログラマ３００は、電源コンセントに差し込むことができる、または内部バッテリから電力が供給される携帯型ハンドヘルドデバイスである。バッテリは、典型的には、電源および電源コンセントを使用して再充電可能である。一部の実施形態では、プログラマ２００、３００は、ＩＰＧ１０２との通信を開始するために内部磁石を備えている。患者プログラマ３００は、使いやすいようにデザインされ、刺激を制御するためにＩＰＧ１０２と双方向通信する。植え込み型刺激システム１００、臨床プログラマ２００、および患者プログラマ３００がまとまって、詳細に後述されるように、各患者に対して専用の処置を行うように動作するシステム１０００を形成する。
【００５８】
図８〜図１１の実施形態は、例示目的であり、構成要素を変更することができることを理解できよう。例えば、図１３は、ＩＰＧの電子回路の可能な構成要素を例示する簡易ブロック図である。この実施形態では、電子回路４１８は、図示されているように、バッテリ４３０、パルス発生器４３２、制御装置４３４、スイッチング装置４３６、テレメトリ回路４３８、およびメモリ４３９を含むとして示されている。
【００５９】
バッテリ４３０は、電子回路４１８の様々な他の構成要素に電力を供給するために使用することができる。さらに、バッテリ４３０は、刺激パルスを生成するために使用することができる。したがって、バッテリは、パルス発生器４３２、制御装置４３４、スイッチング装置４３６、テレメトリ回路４３８、およびメモリ４３９に接続することができる。電圧レギュレータ（不図示）が、電子回路４１８のこのような構成要素に電力を供給するのに有用な１つ以上の所定の電圧を生成するために、バッテリ４３０によって供給される電圧を段階的に上昇または低下させることができる。コンデンサ、抵抗、およびトランジスタなどの追加の電子回路素子を、当技術分野で周知のように、刺激パルスを生成するために使用することができる。
【００６０】
パルス発生器４３２は、スイッチング装置４３６を介してリード線（複数可）１０４の電極１０６に結合することができる。パルス発生器４３２は、単一チャンネルまたは多チャンネルパルス発生器とすることができ、単一電極の組み合わせによって所定の時間に単一刺激パルスまたは複数の刺激パルスを送達する、または複数の電極の組み合わせによって所定の時間に複数の刺激パルスを送達することができる。一実施形態では、パルス発生器４３２およびスイッチング装置１３６は、刺激パルスを複数のチャンネルに時間インターリーブ方式（time-interleaved basis）で送達するように構成されており、この場合、スイッチング装置４３６は、異なる時間における異なる電極の組み合わせに渡ってパルス発生器４３２の出力を時分割多重化して、複数のプログラムまたはチャンネルの刺激エネルギを患者に送達する。
【００６１】
制御装置４３４は、刺激パルスを生成するためにパルス発生器４３２を制御することができ、刺激エネルギを選択された電極に結合するためにスイッチング装置４３６を制御することができる。より具体的には、制御装置４３４は、メモリ４３９内に保存された１つ以上の刺激パラメータのセットによって指定されたパラメータに従って刺激エネルギを送達するためにパルス発生器４３２およびスイッチング装置４３６を制御することができる。指定され得る例示的なプログラム可能なパラメータには、刺激波形（刺激信号としても知られている）のパルス振幅、パルス幅、およびパルスレート（繰り返し数または周波数としても知られている）が含まれる。加えて、制御装置４３４は、パルス発生器４３２からの刺激エネルギの送達のための異なる電極構成を選択するためにスイッチング装置４３６を制御することができる。言い換えれば、指定され得る追加のプログラム可能なパラメータには、どのリード線（複数可）１０４のどの電極１０６が刺激エネルギ送達のために使用されるか、および選択された電極１０６の極性が含まれる。各電極１０６は、陽極（正の極性を有する）、陰極（負の極性を有する）、または中性電極（この場合、電極は刺激エネルギの送達に使用されない、すなわち非活動状態）として接続することができる。パラメータのセットは、患者に送達される刺激治療を規定するため、刺激パラメータのセットと呼ぶことができる。ある刺激パラメータのセットは、患者の体のある位置における状態を処置するのに有用であり得、第２の刺激パラメータのセットは、第２の位置における状態を処置するのに有用であり得る。個々のリード線上の各電極は、同じ信号パラメータを有する信号を供給することができ、または、リード線上の１つ以上の電極は、異なる信号パラメータを有する信号を供給することができることを理解できよう。同様に、個々の電極は、時間によって異なる信号パラメータを有する信号を供給することができる。
【００６２】
制御装置４３４には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向き集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、状態遷移機械、または同様のディスクリートおよび／または集積論理回路が含まれ得る。スイッチング装置４３６には、スイッチングアレイ、スイッチングマトリックス、マルチプレクサ、および／または刺激エネルギを選択された電極に選択的に結合するのに適した任意の他の種類のスイッチング装置が含まれ得る。メモリ４３９には、限定されるものではないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、またはフラッシュメモリが含まれ得る。例が本明細書に記載されている様々なプログラムおよび／または刺激パラメータのセットは、メモリ４３９に保存することができる。
【００６３】
望ましい刺激パラメータのセットが決定されると、ＩＰＧ１０２を、最適なパラメータのセットでプログラムすることができる。次いで、リード線１０４上の適切な電極（複数可）１０６が、決定された刺激信号で神経組織を刺激する。
【００６４】
図１４は、臨床プログラマ２００などの外部プログラマの可能な構成要素を例示する簡易ブロック図である。図１４を参照すると、臨床プログラマ２００は、電源４４０、ユーザインターフェイス４４２、制御装置４４４、入出力（Ｉ／Ｏ）回路４４６、テレメトリ回路４４８、およびメモリ４４９を含むとして示されている。
【００６５】
バッテリを含み得る電源４４０は、外部プログラマの様々な他の構成要素に電力を供給するために使用することができる。したがって、電源４４０は、ユーザインターフェイス４４２、制御装置４４４、入出力（Ｉ／Ｏ）回路４４６、テレメトリ回路４４８、およびメモリ４４９に接続することができる。電圧レギュレータ（不図示）は、外部プログラマのこのような構成要素に電力を供給するのに有用な１つ以上の所定の電圧を生成するために、バッテリまたは外部電源から供給される電圧を段階的に上昇または低下させることができる。
【００６６】
臨床医または他の操作者は、様々な機能を果たすために臨床プログラマ２００を利用することができる。例えば、一部の実施形態では、臨床プログラマ２００は、次のために使用することができる：
・すべての刺激をオフにする。
・最大４本のリード線の刺激をオンにし、リード線のインピーダンスを測定する。
・各リード線に対して体の部位、電極の構成、および刺激設定を割り当てる。
・患者およびリード線の識別情報、臨床医の氏名、診療所の名称、連絡先、および臨床医の注記を入力する。
・各リード線に対する患者の刺激応答を評価するためにリアルタイムで試験を行う。
・患者管理治療を可能にし、各リード線に対する患者管理治療設定を構成する。
・ＩＰＧ１０２についての識別、診断、および履歴の情報を取得する。
・ＩＰＧ１０２デバイスに、構成された治療設定ならびに患者および臨床医の情報をプログラムする。
【００６７】
臨床医は、様々な刺激パラメータのセットを試験するため、ユーザのフィードバックを入力するため、および好ましいまたは最適なプログラムを選択するためなどのためにユーザインターフェイス４４２を介して制御装置４４４と対話することができる。ユーザインターフェイス４４２には、ディスプレイ、キーパッド、タッチスクリーン、および１つ以上の周辺ポインティングデバイス（例えば、マウス、タッチパッド、ジョイスティック、トラックボールなど）などが含まれ得る。制御装置４４４は、臨床医との対話を容易にするためにユーザインターフェイス４４２によってグラフィカル・ユーザ・インターフェイス（ＧＵＩ）を提供することができる。制御装置４４４には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向き集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、状態遷移機械、または同様のディスクリートおよび／または集積論理回路が含まれ得る。入出力回路４４６には、無線通信用のトランシーバ、有線通信用および／または取り外し可能な電子メディアによる通信用のポート、および／または取り外し可能な磁気または光学メディアによる通信に適したドライブが含まれ得る。テレメトリ回路４４８は、上記したテレメトリ回路、または別個であるが同様のテレメトリ回路とすることができる。
【００６８】
図１５Ａは、臨床プログラマ２００の実施形態の拡大斜視図である。この実施形態では、臨床プログラマ２００は、個人用デジタル補助装置（ＰＤＡ）などのハンドヘルドコンピュータ２０２、アンテナ２０４、接地平面２０６、およびテレメトリコントローラ２０８または「基地局」（マイクロ）とＲＦ基板を備えている。図示されているように、ハンドヘルドコンピュータ２０２は、タッチ・スクリーン・ユーザ・インターフェイス２１０および入出力（Ｉ／Ｏ）ポート２１２を備えている。この実施形態では、これらの構成要素は、図示されているように、クレードル２１４およびフェースプレート２１６を含むハウジング内に配置されている。
【００６９】
再び図１４を参照すると、制御装置４４４は、試験された電極のパラメータ（例えば、組み合わせ）および刺激信号のパラメータに関する情報を収集し、１つ以上の好ましい刺激パラメータのセットの識別を容易にするべく、臨床医または制御装置４４４が後で検索及び検討するためにメモリ４４９にこれらの情報を保存することができる。制御装置４４４は、様々な刺激パラメータのセットが試験されるようにテレメトリ回路４４８を介してＩＰＧ１０２に命令を送信することができる。例えば、制御装置４４４は、ＩＰＧ１０２に対して制御装置４４４または臨床医によって作成された刺激パラメータのセットの試験を実施可能にすることができる。
【００７０】
メモリ４４９は、制御装置４４４によって実行されると、プログラマ４２２に本明細書に記載された少なくとも一部の機能を果たさせるプログラム命令を含むことができる。例えば、制御装置４４４は、様々な刺激パラメータのセットを試験し、１つ以上の好ましい刺激パラメータのセットを選択するためのプロトコルを指定するプログラム命令を実行することができる。メモリ４４９は、患者の特定の状態を処置するために決定された１つ以上の刺激パラメータのセットを患者についての情報と共に保存することもできる。メモリ４４９には、あらゆる揮発性、不揮発性、固定、取り外し可能、磁気、光学、または電子メディア、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、取り外し可能な磁気ディスク、メモリカードまたはスティック、ＮＶＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリなどが含まれ得る。
【００７１】
一部の実施形態では、臨床プログラマ２００は、治療設定を見てプログラムするため、および診断情報を取得するために使用される「作業スペース」を備えている。プログラムされた設定および診断情報の記録は、各セッション後に作成される。一部の実施形態では、「患者」、「リード線」、「治療」、および「刺激装置」の４つの作業スペースが設けられている。図１５Ｂは、臨床プログラマ２００の例示的なスクリーンショット２５０を示している。４つの作業スペースは、スクリーンショット２５０の上部付近の作業スペースタブ２５２として示されている。
【００７２】
一部の実施形態では、患者作業スペースは、患者の識別情報を入力するため；ＩＰＧデバイスの情報を入力するため；臨床医の氏名、診療所の名称、および連絡先を入力するため；および臨床医の注記を入力するために使用される。一部の実施形態では、患者作業スペースは、「患者情報」、「臨床医」、および「注記」の３つのタブに分割されている。患者情報タブでは、患者の氏名、生年月日、患者の住所、患者のＩＤ番号、刺激装置のシリアル番号、植え込みの日付、リード線のシリアル番号などの１つ以上の情報を入力することができる。臨床タブでは、臨床医の氏名、診療所の名称、診療所の住所、診療所の電話番号、診療所のＥメールアドレスなどの１つ以上の情報を入力することができる。注記タブでは、自由に文書を入力できるテキストフィールドが設けられている。任意選択で、テキストフィールドに既に入力された以前のどの情報も、テキストフィールドが更新されると削除される。
【００７３】
一部の実施形態では、リード線作業スペースは、最大４本のリード線を作動させる（オンにする）ため；電極の構成を調整するため；インピーダンスを測定するため；刺激を開始するために公称値を設定するため；トライアルマッピングを行うため；刺激されるべき特定の体の部位を確認し、指定するために使用される。各リード線に対して１つのリード線タブが存在し、各リード線タブは、刺激を受ける対応する体の部位の名前を付けることができる。それぞれの体の部位は、本明細書に記載されているように調整された刺激を有することができる。図１５Ｂは、４つの体の部位のタブ２５４を例示し、それぞれのタブは、右足、左踝、左足、および腰を示している。上述したように、一部の実施形態では、各リード線は４つの電極を有する。電極のそれぞれを、正または負のパルスでプログラムするか、または中性（neutral）（オフ）としてプログラムすることができる。各リード線に対して、パルスパラメータもプログラム可能である。典型的には、パルスパラメータには、パルス振幅（μＡ）、パルス幅（μｓ）、パルス繰り返し数（Ｈｚ）、および許容インピーダンス範囲（Ω）が含まれる。許容インピーダンス範囲は、電圧と振幅の組み合わせに依存する。一部の実施形態では、各パルスパラメータは、ドロップ・ダウン・テーブルから選択される。パラメータの選択は、解剖学的標的を含む様々な因子によって決まり、以下のセクションに記載される。
【００７４】
典型的には、各リード線は、最大許容電荷を有する。各リード線によって送られる最大許容電荷の計算値を、その関連するリード線タブに表示することができる。この値は、指定されたパルスパラメータの設定およびリード線の電極構成に基づいて計算される。したがって、振幅およびパルス幅の選択の組み合わせは、典型的には、最大許容電荷によって制限される。したがって、特定の振幅設定では、特定のパルス幅設定のみを選択可能とすることができる。同様に、特定のパルス幅設定では、特定の振幅設定のみを選択可能とすることができる。
【００７５】
一部の実施形態では、インピーダンス測定ボタンが含まれる。インピーダンス測定ボタンは、リード線のインピーダンスを測定するために作動される。作動されると、インピーダンス値を表示することができる。
【００７６】
一部の実施形態では、臨床プログラマ２００は、トライアルマッピングに使用される。トライアルマッピングにより、臨床医は、各リード線の標的または体の部位に対する患者の刺激応答をリアルタイムで試験し、確認することができる。典型的には、トライアルマッピングは、比較的低い設定に設定された信号パラメータの使用で開始する。パラメータ設定は、「上向き」矢印ボタンを押すことによって増加し、「下向き」矢印ボタンを押すことによって減少する。図１５Ｃは、パラメータ設定を変更するときの選択可能なステップ・サイズ・ボタン２６２を示すスクリーンショット２６０の実施形態を例示している。後のセクションで記載されるように、システム１００のパラメータ値が従来の刺激システムよりも小さいため、制御の粒度またはステップサイズも小さい。したがって、症状の処置に適切な値の組み合わせを決定するべく、信号パラメータ値を循環するために、より細かい増分が必要である。しかし、臨床医は、パラメータ値の範囲を狭めるために様々なステップサイズを望むであろう。例えば、臨床医は、パラメータ値を大きく変化させるための大きいステップサイズ（＞＞＞）で開始し、次いで小さいステップサイズ（＞＞）に移動し、望ましいパラメータ値に近づいたら、さらに小さいステップサイズ（＞）に移動する。望ましい応答が達成されるまで、それぞれの使用可能なリード線のパルスパラメータ設定を調整する。選択可能なステップ・サイズ・ボタン２６２に一致する実際のステップサイズは、プログラマ２００に事前にプログラムされている。臨床医が異なる範囲のパラメータ値をスクロールすると、ステップサイズが、その範囲に適した粒度に自動的に替わることを理解できよう。次いで、この設定が、ＩＰＧのプログラミングに備えてメモリに保存される。次いで、トライアルマッピング作業が、作動されたそれぞれの体の部位に対して繰り返される。
【００７７】
一部の実施形態では、治療作業スペースは、各リード線の患者管理治療を可能または無効にするため；および患者が調整のためにアクセス可能な最大電流振幅を設定するために使用される。「ＯＮ」が選択されると、患者管理治療が可能となる。これにより、患者が、それらの患者プログラマを用いて治療設定を調整することができる。「ＯＦＦ」が選択されると、患者の患者管理治療へのアクセスが無効となり妨げられる。最大刺激振幅設定を設定するときに、臨床医は、典型的には、患者が各リード線に対して設定することができる臨床設定振幅、例えば、最大４．０ｍＡなどから最大刺激振幅を入力する。
【００７８】
一部の実施形態では、刺激装置作業スペースは、ＩＰＧについての識別、診断、および履歴情報を取得するため；ＩＰＧを治療設定でプログラムするため；ならびに患者および臨床医の情報をプログラムするために使用される。一部の実施形態では、刺激装置作業スペースは、「情報」および「プログラム」の２つのタブを有する。「情報」タブが選択されると、表示されるスクリーンは、読み取り専用であり、神経刺激装置のシリアル番号（ＩＰＧのシリアル番号を表示する）；ＮＳファームウエアのバージョン（刺激装置ファームウエアのバージョンを表示する）；リード線のシリアル番号（各リード線のシリアル番号を表示する）；神経刺激装置クロック情報（ＩＰＧが特定の治療セッションについて最初に問い合わせられたときの時間を表示する）；および植え込みバッテリの情報の１つ以上を表示することができる。
【００７９】
「プログラム」タブは、リード線設定および患者管理治療設定を含む構成された設定でＩＰＧをプログラムするために使用される。一部の実施形態では、患者および刺激装置の識別情報が、「プログラム」タブに表示される。このような情報には、患者の氏名、患者の生年月日、刺激装置のシリアル番号、および刺激装置治療の一覧表が含まれ得る。刺激治療の一覧表は、「刺激設定」とも呼ばれ、構成された刺激治療設定を表示する。一部の実施形態では、パラメータの名称を列記する第１の列；臨床プログラマに維持されている値を列記する第２の列；およびＩＰＧにおけるプログラムされた値を列記する第３の列の３つの列が存在する。任意選択で、刺激治療パラメータは、最後の刺激治療がＩＰＧにプログラムされているため、変更されたパラメータを示すために赤色の文字などで強調することができる。データは、患者、リード線、および治療の順で提示することができる。垂直スクロールバーを使用して、異なるパラメータを表示することができる。
【００８０】
加えて、一部の実施形態では、「プログラム刺激装置」ボタンは、「プログラム」タブに設けられる。「プログラム刺激装置」ボタンは、プログラムされた値をＩＰＧに転送するために使用される。「プログラム刺激装置」ボタンの下の表は、構成された刺激治療設定の一覧を表示する。ＩＰＧのプログラムを望むか否かを確認するために確認ウインドウを表示することができる。「Ｙｅｓ」ボタンが選択されると、表示された設定がプログラムされる。「Ｎｏ」ボタンが選択されると、ＩＰＧのプログラミングがキャンセルされる。
【００８１】
典型的には、患者によって使用される患者プログラマ３００は、患者が刺激設定を微調整できるようにするために患者のＩＰＧに特異的に結合される。同様に、患者プログラマ３００は、患者に２つ以上のＩＰＧが植え込まれている場合は、患者の体内の複数のＩＰＧに結合することができる。
【００８２】
図１６は、患者プログラマ３００などの外部プログラマの可能な構成要素を例示する簡易ブロック図である。図１６を参照すると、患者プログラマ３００は、電源４５０、ユーザインターフェイス４５２、制御装置４５４、入出力（Ｉ／Ｏ）回路４５６、テレメトリ回路４５８、およびメモリ４５９を含むとして示されている。バッテリを含み得る電源４５０は、患者プログラマ３００の様々な他の構成要素に電力を供給するために使用することができる。したがって、電源４５０は、ユーザインターフェイス４５２、制御装置４５４、入出力（Ｉ／Ｏ）回路４５６、テレメトリ回路４５８、およびメモリ４５９に接続することができる。電圧レギュレータ（不図示）は、患者プログラマ３００のこのような構成要素に電力を供給するのに有用な１つ以上の所定の電圧を生成するために、バッテリまたは外部電源から供給される電圧を段階的に上昇または低下させることができる。
【００８３】
患者は、刺激治療の送達を選択するため、変更するため、または他の方法で制御するために、ユーザインターフェイス４５２を介して制御装置４５４と対話することができる。例えば、患者は、メモリ４５９に保存されている様々な刺激パラメータのセットの中から選択することができる。加えて、または別法では、患者は、そのときに起きている症状に治療を合わせるために、振幅などの特定の刺激信号パラメータを増減することができる。ユーザインターフェイス４４２には、ディスプレイ、キーパッド、タッチスクリーン、および１つ以上の周辺ポインティングデバイス（例えば、マウス、タッチパッド、ジョイスティック、トラックボールなど）などが含まれ得る。制御装置４５４は、患者との対話を容易にするためにユーザインターフェイス４５２によってグラフィカル・ユーザ・インターフェイス（ＧＵＩ）を提供することができる。制御装置４５４には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向き集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、状態遷移機械、または同様のディスクリートおよび／または集積論理回路が含まれ得る。入出力回路４４６には、無線通信用のトランシーバ、有線通信用および／または取り外し可能な電子メディアによる通信用のポート、および／または取り外し可能な磁気または光学メディアによる通信に適したドライブが含まれ得る。
【００８４】
一部の実施形態では、メモリ４５９は、患者の体内に植え込まれたＩＰＧ１０２を用いた患者への刺激治療の送達のために患者によって選択される利用可能な刺激パラメータのセットに関連したデータを保存することができる。一部の実施形態では、制御装置４５４は、使用法情報を記録し、メモリ４５９に使用法情報を保存することができる。メモリ４５９は、制御装置４５４によって実行されると、患者プログラマ４２６に、患者プログラマ３００に属する機能を果たさせるプログラム命令を含み得る。メモリ４５９には、あらゆる揮発性、不揮発性、固定、取り外し可能、磁気、光学、または電子メディア、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、取り外し可能な磁気ディスク、メモリカードまたはスティック、ＮＶＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリなどが含まれ得る。ＩＰＧのメモリは、例えば、インピーダンスデータ、電流、電圧、時刻、治療変更の時間、ビルトイン回路の試験、バッテリデータを記録することができる。外部プログラマに接続されると、プログラマは、ＩＰＧが記録したデータを記録することができる。次いで、このデータを、ＩＰＧを再プログラムするために使用することができる。
【００８５】
テレメトリ回路４５８が、制御装置とＩＰＧ１０２との通信を可能にし、入出力回路４５６が、制御装置４５４と臨床医外部プログラマ２００との通信を可能にすることができる。制御装置４５４は、ユーザインターフェイス４５２を介して患者によって作成された刺激パラメータセットに対する選択または調整を受け取ることができ、テレメトリ回路４５８を介してＩＰＧ１０２にこの選択および調整を送信することができる。患者プログラマ３００が、メモリ４５９の刺激パラメータセットに関連したデータを保存する場合は、制御装置４５４が、臨床医または内科医によるプログラミング中に入出力回路４５６を介して臨床医プログラマ２００からこのようなデータを受け取ることができる。さらに、患者プログラマ３００は、テレメトリ回路４５８を介して刺激パラメータセットに関連したデータをＩＰＧ１０２に送信することができる。
【００８６】
患者は、様々な機能を果たすために患者プログラマ３００を利用することができる。例えば、一部の実施形態では、患者プログラマ３００は、次のために使用することができる：
・所望に応じて、すべての刺激をオフにする。
・刺激されるそれぞれの体の部位に対する刺激をオンまたはオフにする。
・それぞれの体の部位に対する刺激の量を調整する。
・刺激装置のシリアル番号、各リード線のシリアル番号、およびＩＰＧが最後にプログラムされたときの日付を含むＩＰＧの識別情報を見る。
・患者の氏名（任意選択で、研究ＩＤ番号）を見る。
・リード線の配置の日付を見る。
・臨床医の氏名、診療所の名称、および連絡先を見る。
【００８７】
典型的には、患者プログラマ３００は、刺激設定の調整およびプログラマの設定の２つの主な機能を表示するメインメニューを備えている。刺激設定の調整により、使用者が、ＩＰＧとの通信を設定し、刺激設定を調整することができる。プログラマの設定により、患者が、患者プログラマの日付および時刻を設定し、ＩＰＧおよび患者プログラマの制御についての情報を見ることができる。メインメニューは、デバイスを識別するある種の基本情報を有する場合が多い。加えて、臨床医、診療所、および診療所の電話番号が、典型的には、プログラマのシリアル番号、ソフトウエアのバージョン、おおび基地局ファームウエアのバージョンと共に表示される。さらに、メインメニューは、ＩＰＧの接続状態、バッテリの充電レベル、および時間を含み得る。
【００８８】
一部の実施形態では、患者は、ＩＰＧに、患者プログラマ３００内の磁石または患者プログラマ３００に結合された磁石を使用して患者プログラマ３００からの通信をチェックさせることができる。患者は、一定時間、例えば、５秒以上の間、ＩＰＧの近傍、例えば、６フィート（約１．８３ｍ）以内に磁石を配置することができる。
【００８９】
４本のリード線が植え込まれ、使用のために臨床医によってプログラムされている場合、患者は、最大４つの体の部位の刺激治療をオンまたはオフにすることができ、臨床プログラマによって許容される範囲でこれらのいずれかの部位が受け取る刺激の量を調整することができる。このような機能は、植え込まれて使用のためにプログラムされたあらゆる数のリード線にも適用されることを理解できよう。刺激治療をオンまたはオフにするために、患者プログラマ３００が、刺激するためにリード線が配置されている１〜４の指定された体の部位の名称を表示することができ、患者が、各部位の刺激を個別にオンまたはオフする。
【００９０】
一部の実施形態では、刺激がオンであるときに、患者が、体の部位への刺激の量を調整することができる。例えば、調整されるべき特定の体の部位の修正タブが選択されると、患者が、「Ｄｏｗｎ」ボタンを押して刺激レベルを下げる、または「Ｕｐ」ボタンを押して刺激レベルを上げることができる。一部の実施形態では、「Ｕｐ」ボタンと「Ｄｏｗｎ」ボタンとの間にある刺激レベルの表示は、患者が選択された体の部位の刺激レベルを変更すると上昇または低下する。さらに、刺激レベルの表示は、現在の刺激レベルを示すこともでき、この刺激レベルが、臨床医によって設定された最大値と比較される。次いで、調整を保存することができ、患者は、引き続いて他の特定の体の部位への刺激を調整することができる。
【００９１】
上記の植え込み型刺激システム１００は、患者の体内の様々な解剖学的位置を刺激するために使用することができる。好ましい実施形態では、システム１００は、１つ以上の後根、特に１つ以上の後根神経節を刺激するために使用される。図１７は、図７の実施形態のリード線１０４の患者の解剖学的構造内への配置を例示している。この例では、各リード線１０４は、脊柱Ｓ内を個々に順行方向に進められている。各リード線１０４は、標的ＤＲＧに向かって案内可能な遠位端部を有し、この遠位端部は、その電極１０６が標的ＤＲＧに近接するように配置可能である。特に、各リード線１０４は、その電極１０６が、後のセクションで詳細が後述される位置、電極の構成、電極の形状、電場の形状、刺激信号のパラメータ、またはこれらの組み合わせによってＤＲＧを選択的に刺激できるように配置可能である。図１７は、４つのＤＲＧの刺激を例示し、各ＤＲＧは、１つのリード線１０４によって刺激される。これら４つのＤＲＧは、３つのレベルに位置し、２つのＤＲＧが同じレベルで刺激される。任意の数のＤＲＧおよび任意の組み合わせのＤＲＧを本発明の刺激システム１００で刺激できることを理解できよう。また、１つのＤＲＧを刺激するために２つ以上のリード線１０４を配置することができ、かつ２つ以上のＤＲＧを刺激するために１つのリード線１０４を配置することができることを理解できよう。
【００９２】
図１８は、標的ＤＲＧの表面、近傍、または周囲に配置された刺激システム１００のリード線１０４を示す１つの脊髄レベルの断面図の例を例示している。リード線１０４は、適切な脊髄レベルまで脊髄Ｓに沿って進められてから、標的ＤＲＧに向かって横方向に進められている。場合によっては、リード線１０４は、椎間孔を完全または部分的に通って進められる。電極１０６の少なくとも１つ、一部、またはすべてが、ＤＲＧの表面、周囲、または近傍に配置される。好ましい実施形態では、リード線１０４は、図１８に例示されているように、電極１０６が前根ＶＲの反対側のＤＲＧの表面に沿って位置するように配置される。前根ＶＲの反対側のＤＲＧの表面は、前根ＶＲの一部の正反対であり得るが、これに限定されるものではないこと理解できよう。このような表面は、前根ＶＲから一定距離離隔したＤＲＧの様々な部位に沿って存在し得る。
【００９３】
場合によっては、このような電極１０６は、点線１１０によって示された刺激領域を形成することができ、ＤＲＧは、刺激領域内で刺激エネルギを受け取るが、前根ＶＲは、刺激領域外であるため刺激エネルギを受け取らない。したがって、リード線１０４のこのような配置は、前根ＶＲの刺激の可能性を距離によって低減するのに役立ち得る。しかし、電極１０６は、ＤＲＧに対して様々な位置に配置することができ、例えば、刺激プロフィールの形状および刺激信号のパラメータなどの距離以外の因子によって、または距離に加えてこれらの因子によってＤＲＧを選択的に刺激することができることを理解できよう。また、標的ＤＲＧに、逆行性硬膜外アプローチなどの他の方法によって到達できることを理解できよう。リード線１０４を脊柱に向かって周辺方向から前進させ、任意選択で椎間孔を通し、または部分的に通し、少なくとも一部の電極１０６がＤＲＧの表面、周囲、または近傍に配置されるように植え込んで、同様に、ＤＲＧに、脊柱の外部から到達することができる。
【００９４】
リード線１０４をこのようにＤＲＧに近接して配置するために、リード線１０４は、解剖学的構造内を案内するのに適した大きさおよび構造である。このような案内には、脊髄Ｓに沿ってＤＲＧに向かって急カーブに通し、任意選択で椎間孔に通す非外傷性の硬膜外前進が含まれ、この場合、リード線１０４の遠位端部が、ＤＲＧなどの小さい標的に近接して配置されるように構成されている。結果として、リード線１０４は、従来の脊髄刺激装置リード線よりも著しく小さく、より容易に案内可能である。リード線をＤＲＧなどの標的に送達するためのリード線および送達システムの例が、２００９年１月１４日出願のＦｒｅｄ  Ｉ．Ｌｉｎｋｅｒらによる「STIMULATION LEAD, DELIVERY SYSTEM AND METHOD OF USE」という名称の米国特許仮出願第６１／１４４，６９０号に記載されており、この特許出願は、あらゆる点で、参照により本明細書に組み入れられる。
【００９５】
加えて、電極１０６を標的組織に近接して配置することにより、刺激に必要なエネルギが減少する。このエネルギの減少により、いくつか利点が得られるが、特に電極のサイズの縮小が可能となる。一部の実施形態では、平均電極表面積は、約１〜６ｍｍ２、具体的には約２〜４ｍｍ２、より具体的には３．９３ｍｍ２であり、従来の脊髄刺激装置は、典型的には、格段に広い平均電極表面積、例えば、ある種のリード線の場合は７．５ｍｍ２、従来のパドル型リード線の場合は１２．７ｍｍ２の表面積を有する。同様に、一部の実施形態では、平均電極長さは、１．２５ｍｍであり、従来の脊髄刺激装置は、典型的には、３ｍｍの平均電極長さを有する。このような電極サイズの縮小により、電極をＤＲＧの近傍により近接して配置することが可能となり、標的神経組織、特にＤＲＧの直接かつ選択的な刺激を提供するためにＩＰＧが様々な制御および性能パラメータを有することが可能となる。加えて、一部の実施形態では、１つ以上の電極の全体寸法および電極の間隔は、刺激標的の全体寸法又は大きさに一致またはほぼ一致するように選択される。標的神経組織が後根神経節の相当な部分である実施形態では、リード線に沿って整列される１つまたは複数の電極は、電極の大部分が後根神経節の全体寸法に沿って延在するような大きさおよび間隔である。例えば、約８ｍｍの長さを有する後根神経節を刺激するために４つの電極がリード線に存在する場合は、リード線の電極部分の全長は、約６〜１０ｍｍとすべきである。図１８は、リード線上の４つすべての電極が、図示されているようにＤＲＧの横寸法の範囲内にある一例を例示している。電極の大きさおよび間隔は、他のＤＲＧの寸法にも一致させることができる。特定の一態様では、電極の間隔は、標的後根神経節の近傍に配置されたときに、２つ以上の電極が治療エネルギを標的後根神経節に供給する位置にくるようにする。後根神経節の大きさが脊髄レベルおよび他の因子に依存するため、選択された後根神経節に電極部分を合わせるために多種多様な電極の大きさおよび間隔を使用することができる。また、一部の実施形態では、電極１０６は、直接かつ選択的な刺激を供給するために指向性であり、刺激に必要なエネルギをさらに低減することを理解できよう。
【００９６】
一部の実施形態では、電極１０６は、リード線１０４の遠位端部に沿って５ｍｍ離隔している。他の実施形態では、電極１０６は、中心間が０．２５０インチ（６．３５ｍｍ）、内縁と内縁とが０．２００インチ（５．０８ｍｍ）離隔している。殆どの患者では、ＤＲＧは、５〜１０ｍｍの大きさである。したがって、典型的な間隔では、２つの電極１０６が標的ＤＲＧと接触することが可能であり、残りの２つの電極は標的ＤＲＧの近傍である。場合によっては、ＤＲＧと接触している２つの電極１０６は、ＤＲＧを刺激するために使用され、残りの２つの電極１０６は、刺激エネルギを供給しない。別の場合、４つすべての電極１０６がＤＲＧに刺激エネルギを供給するが、２つの電極は、他の２つの電極よりもＤＲＧに近い距離からＤＲＧにエネルギを供給する。電極１０６のどの組み合わせでも、刺激エネルギを供給することができ、各電極１０６は、異なるレベルまたは種類の刺激信号を供給することができることを理解できよう。結果として、様々な電場の形状を形成することができ、各形状は、異なる処置効果をもたらす可能性がある。多くの実施形態では、電場の形状は楕円形である。同様に、解剖学的構造に対する電場の位置は、異なる処置効果をもたらし得るように調整することもできる。このような効果は、詳細を後述する。また、電極１０６が供給する刺激エネルギは、時間と共に変化し得ることを理解できよう。例えば、リード線１０４が移動したら、電極１０６の異なる組み合わせを用いて、新しいリード線位置で標的ＤＲＧを刺激することができる。
【００９７】
上述したように、本発明のリード線１０４の密接配置により、刺激システム１００が、様々な追加の有利な特徴を有することが可能となる。例えば、リード線１０４の標的組織に対するこのような近接した配置により、より小さな刺激領域が可能となる。この結果、より小さな電極表面積が可能となり、エネルギの必要量が減少する。エネルギの必要量の減少により、より小さいバッテリサイズ、バッテリの長寿命化、およびバッテリ交換や充電の排除の実現が可能となる。典型的には、従来のシステムが植え込まれた患者は、バッテリが切れたときにＩＰＧが外科的に交換される標準バッテリを備えたＩＰＧ、または２、３週間ごとに２、３時間に渡って外部デバイスによってバッテリが充電される充電式バッテリを備えたＩＰＧを有する。対照的に、本発明のシステム１００は、バッテリの寿命がデバイスの寿命に対して十分であるこのような低エネルギを実現する。したがって、患者は、バッテリを交換するために追加の外科手術を受ける必要がなく、このため外科合併症のあらゆるリスクが低下する。患者はまた、バッテリを充電する必要がないため、生活の質が改善され、より連続的な治療が得られる。いずれの場合も、少ない臨床経過観察で済ませることができ、コストが削減され、患者の満足度が向上する。しかし、充電式バッテリを使用してもよいことを理解できよう。
【００９８】
本発明の刺激システム１００に必要なエネルギが、特に従来の脊髄刺激システムと比較すると非常に低い。エネルギは、電位差（ｖ）のある２点間の電荷（ｑ）の移動で果たされる仕事である。（ｑ）が電荷であるとすると、時間（ｔ）と共に変化し、得られる電流が、ｉ＝ｄｑ／ｄｔで表されることを想起されたい。電流の単位はアンペアである。電力は、仕事が行われる割合である。時間間隔（ｄｔ）で点Ａから点Ｂに移動する電荷（ｄｑ）を考え、ＡとＢとの間の電位差を（ｖ）とする。次いで、電荷（ｄｑ）で行われる仕事は次の式で表される。
ｄｗ＝ｖ  ｄｑ＝ｖ（ｉ  ｄｔ）
次いで、電力は次の式で表される。
ｐ＝ｄｗ／ｄｔ＝ｖｉ
電力の単位はワットである。１ワットは、１ジュール／秒に等しい。上述したように、エネルギは、電位差のある２点間の電荷（ｑ）の移動で果たされる仕事である。電力がエネルギの微分に等しいため、エネルギは、電力の積分に等しい。時間（ｔ）で構成要素によって送達または受け取られるエネルギは、次の式で表される。
ｗ（ｔ）＝∫ｐ（ｔ）ｄｔ
エネルギの単位はジュールである。２点間の電荷（ｑ）の移動は、抵抗Ｒによって決まる。
Ｒ＝ｖ（ｔ）／ｉ（ｔ）
抵抗の単位はオーム（Ω）である。したがって、１オームは１ボルト／アンペアに等しい。したがって、次の式で表される。
ｐ（ｔ）＝Ｒ［ｉ（ｔ）］２
したがって、時間（ｔ）で構成要素によって送達または受け取られるエネルギは、抵抗に関連する。
【００９９】
本発明の刺激システム１００と従来の脊髄刺激システムとの間のエネルギの必要量の差を決定するために、それぞれの刺激信号を比較することができる。一実施形態では、本発明の刺激信号は、図１９Ａに示されているトレース１２０によって例示されているような長方形の波形を有しており、パルス幅は、約８０μｓであり、電流振幅は約２００μＡである。この曲線の積分（すなわち、この曲線の下の面積）は、エネルギに一致し、かつ組織のインピーダンスに関係する全電荷である。この例では、送られる電荷は、（２００μＡ）×（８０μｓ）＝１６ｎＣ／パルスである。図１９Ｂは、生体組織を刺激する複合インピーダンスに対する電圧応答を示すトレース１２２の実施形態を例示している。したがって、使用される全エネルギは７ｎＪであり、ワールブルグ（Ｗａｒｂｕｒｇ）抵抗は６５０オームであり、ワールブルグ静電容量は０．２μＦであり、組織の抵抗は１０００Ωである。
【０１００】
図２０Ａは、従来の脊髄刺激装置の刺激信号の例を表すトレース１２４を例示している。ここでは、パルス幅は約２００μｓであり、電流振幅は、本発明の刺激システム１００の電流振幅よりもほぼ一桁大きい約１．７ｍＡ（または１７００μＡ）である。したがって、送られる電荷は、（２００μｓ）×（１．７ｍＡ）＝３４０ｎＣである。図２０Ｂは、生体組織を刺激する複合インピーダンスに対する電圧応答を表すトレース１２６の実施形態を例示している。したがって、使用される全エネルギは１２９４ｎＪであり、ワールブルグ抵抗は２００Ωであり、ワールブルグ静電容量は０．５μＦであり、組織の抵抗は１０００Ωである。この例では、本発明の刺激システム１００によって供給されるエネルギは、従来の刺激システムによって供給されるエネルギの０．５４％（７ｎＪ／１２９４ｎＪ）である。エネルギのこの著しい減少は、標的解剖学的構造、特にＤＲＧの選択的な刺激に必要なエネルギが少ないことによるものである。典型的には、本発明の刺激システム１００によって供給されるエネルギは、従来のシステムの１０％未満、具体的には５％未満、より具体的には１％未満である。
【０１０１】
上の例は例示目的であることを理解できよう。図２１は、ＤＲＧを選択的に標的にした刺激信号パラメータを示す追加のデータを例示している。図示されているように、前根が刺激されるエネルギ閾値よりも低い、ＤＲＧが刺激されるエネルギ閾値が存在する。前根閾値よりも低い刺激信号を供給することにより、患者の痛みの感覚を、前根刺激のマイナスの副作用なしに遮断することができる。
【０１０２】
例えば、患者の解剖学的構造、痛みのプロフィール、痛みの知覚、およびリード線の配置などのばらつきにより、信号パラメータの設定が、患者によって、および同じ患者の体内のリード線によって異なり得る。信号パラメータには、例えば、電圧、電流振幅、パルス幅、および繰り返し数などが含まれる。本発明の刺激システム１００の一部の実施形態では、供給される電圧は、約０〜７Ｖの範囲である。一部の実施形態では、供給される電流振幅は、約４ｍＡ未満、具体的には約０．５〜２．０ｍＡの範囲、より具体的には約０．５〜１．０ｍＡ、０．１〜１．０ｍＡ、または０．０１〜１．０ｍＡの範囲である。さらに、一部の実施形態では、供給されるパルス幅は、約２０００μｓ未満、具体的には約１０００μｓ未満、より具体的には約５００μｓ未満、より具体的には１０〜１２０μｓである。そして、一部の実施形態では、繰り返し数は、約２〜１２０Ｈｚの範囲であり、最大２００Ｈｚまたは最大１０００Ｈｚである。
【０１０３】
典型的には、刺激パラメータは、満足のいく臨床結果に至るまで調整される。したがって、患者ごとにどのＤＲＧに近接して配置されるどのリード線に対するＤＲＧ刺激の閾値と前根刺激の閾値との間にも刺激パラメータ値の組み合わせの包絡線が存在する。患者を正常に処置するために使用できる特定の組み合わせまたは可能な組み合わせは、典型的には、生体内で術中に決定され、生体外で術後に決定され、様々な因子によって決まる。１つの因子は、リード線の配置である。望ましい電極がＤＲＧに近ければ近いほど、ＤＲＧを刺激するのに必要なエネルギが少なくなる。他の因子には、例えば、電極の選択、患者の解剖学的構造、処置されている痛みのプロフィール、および患者による痛みの心理的な知覚などが含まれる。時間が経過すると、患者を処置するどのリード線のパラメータ値も、リード線の配置の変化、インピーダンスの変化、または他の身体的もしくは心理的な変化によって変動し得る。いずれの場合も、パラメータ値の包絡線は、患者の痛みの状態を処置するために少なくとも一桁大きいエネルギ供給を必要とする従来の刺激システムの包絡線よりも非常に低い。
【０１０４】
本発明のシステム１００のパラメータ値が低い範囲であることから、制御の粒度が、従来の刺激システムと比較するとより小さい。例えば、従来の刺激システムの電流は、典型的には、０．１ｍＡの増分で調整可能である。本発明の一部の実施形態では、この増分は、患者を処置するために使用できる電流振幅値の全範囲よりも大きい。したがって、信号パラメータ値を循環して状態を処置する適切な値の組み合わせを決定するために、より小さい増分が必要である。一部の実施形態では、本発明のシステム１００は、特に、例えば、２ｍＡの電流振幅が使用される場合は、約２５μＡの分解能での電流振幅の制御を実現するが、約１０μＡ、５μＡ、または１μＡなどのより小さい増分も使用できることを理解できよう。他の実施形態では、電流振幅の制御は、特に、例えば、２ｍＡ以上の電流振幅が使用される場合は、約５０μＡの分解能で提供される。このような分解能の変化は、１ｍＡなどの他のレベルでも起こり得ることを理解できよう。同様に、従来の刺激システムの電圧は、典型的には１００ｍＶの増分で調整可能である。対照的に、本発明の一部の実施形態は、５０ｍＶの分解能で電圧の制御を提供する。同様に、本発明の一部の実施形態は、１０μｓの分解能でパルス幅の制御を提供する。したがって、本発明は、パラメータ値の低い範囲により、刺激パラメータの高い粒度の制御を提供することを理解できよう。
【０１０５】
場合によっては、さらに低いレベルのエネルギを使用しても、本発明の刺激システム１００を用いて患者を正常に処置することができることを理解できよう。配置されるリード線が標的ＤＲＧに近ければ近いほど、標的ＤＲＧを選択的に刺激するのに必要となり得るエネルギのレベルが低い。したがって、信号パラメータ値は、制御の粒度が相応に高い本明細書に記載された信号パラメータ値よりも低いであろう。
【０１０６】
これらの信号パラメータ値を利用して、刺激プロフィールが、患者に対してカスタマイズされ、ＩＰＧ１０２のメモリ１０８にプログラムされる。上述したように、ＩＰＧ１０２は、典型的には、コンピュータ化プログラミングステーションまたはプログラミングシステムによってプログラムされる。このプログラミングシステムは、典型的には、内臓型ハードウエアおよび／またはソフトウエアシステムであるか、または一般的なパソコン（ＰＣ）上の動作するソフトウエアによって主に定義することができる。ＰＣまたはカスタムハードウエアは、インプラントのプログラミングを可能にする送信コイル装置もしくはアンテナ、または外部ユニットをプログラムする他の装置を有することができる。患者は、一般に、臨床医プログラミングシステム（臨床プログラマ２００）よりも範囲が限定されているハンドヘルドプログラマ（患者プログラマ３００）が与えられ、このようなハンドヘルドプログラマは、患者に、選択されたパラメータに対する一定の制御を提供する。したがって、これにより、必要に応じて刺激プロフィールを時間と共に容易に変更することが可能となる。
【０１０７】
既に述べたように、状態の有効な処置は、状態に関連した標的の解剖学的構造を直接刺激すると共に、他の解剖学的構造の望ましくない刺激を最小限にする、または排除することによって達成することができる。このような状態が、１つの真皮節に限定される、または主に１つの真皮節に影響を与える場合は、本発明により、１つの真皮節または真皮節内の各部位の刺激が可能となる（真皮節下刺激とも呼ばれる）。真皮節は、１つの脊髄レベルによって神経支配される体の部位と見なされる。図２２は、真皮節の配置、または患者Ｐに沿った真皮節の「地図」を例示している。真皮節は、躯幹の周りにバンドを形成するが、肢では、その構成は、胎生発育中に肢芽が形成されて肢に発達するため、真皮節が「引張られる」ことからより複雑である。各真皮節は、その関連する脊髄レベルによって名称が付けられている。上側の体の部位は、頚部の脊髄分節を走る神経によって神経支配され、神経支配パターンが後方に延びているため、真皮節を神経支配している頚部の脊髄分節も後方に延びている。したがって、体の中央の部位（胸など）は、胸髄分節によって神経支配され、下側の体の部位は、腰髄分節および仙髄分節によって神経支配されている。
【０１０８】
真皮節を神経支配している神経は、関連する脊髄レベルのＤＲＧを起源とする。各真皮節は、一対のＤＲＧによって満たされているため、これらのＤＲＧの一方または両方の刺激が、１つの真皮節に実質的に影響を与える。図１７を再び参照すると、本発明は、周囲領域の他のＤＲＧまたは神経組織から独立して、１つの脊髄レベルにおける１つのＤＲＧまたは一対のＤＲＧの刺激を提供する。これにより、１つの真皮節を刺激することができる。近接する真皮節間に神経支配の重複が存在することを理解できよう。しかし、ある脊髄レベルにおける１つ以上のＤＲＧの刺激は、直接関連する真皮節に大きく影響を与えるが、近接する真皮節への影響は大幅に小さい。同様に、例えば、脊柱の右側における１つのＤＲＧの刺激は、直接関連する真皮節内の体の右側に大きく影響を与える。したがって、１つのＤＲＧの刺激は、１つの真皮節の一部を刺激することができる。これは、同時に複数の真皮節を刺激する従来の脊髄刺激システムには当てはまらない。設計上、このような従来のシステムは、処置のために１つの真皮節または真皮節の一部を分離することができないため、このような刺激は、２つ以上の真皮節に実質的に影響を与える。
【０１０９】
図２３は、個々のＤＲＧの選択的な刺激によって影響を受け得る体の部位に関連した様々な脊髄レベルにおけるＤＲＧを模式的に例示している。例えば、Ｌ５の右側のＤＲＧ１の刺激は、患者の右側の足、下肢、および／または腰部に影響を与え得る。同様に、Ｌ４の右側のＤＲＧ２の刺激は、患者の右側の足および／または腰部に影響を与え得る。図２４Ａ〜図２５Ｂは、患者Ｐの真皮節に沿ったこれらの体の部位を例示している。図２４Ａは、下半身の真皮節を含む後からの患者Ｐ、およびＤＲＧの全般的な領域の略図を例示している。ＤＲＧ１の刺激によって影響を受け得るＬ５真皮節の部位が、交差斜線で示されている。同様に、図２４Ｂは、下半身の真皮節を含む前からの患者Ｐを例示している。同様に、ＤＲＧ１の刺激によって影響を受け得るＬ５真皮節の部位が、交差斜線で示されている。この真皮節の部分は、右足の底部に沿って右足の上部、下肢に沿って腰部まで延びている。同様に、ＤＲＧ２の刺激によって影響を受け得るＬ４真皮節の部位が、図２４Ａおよび図２４Ｂの両方に斜線で示されている。この真皮節の部分は、主に、下肢の前側に沿って腰部まで延びている。したがって、これらの体の部位に痛みまたは別の状態を有する患者に対しては、ＤＲＧ１およびＤＲＧ２を刺激してこのような状態を処置するが、他の体の部位に殆どまたはまったく影響を与えないように刺激することができる。
【０１１０】
再び図２３を参照すると、従来の脊髄刺激システムの従来の配置（例えば、図５に例示されている）も例示されており、リード線１４は、電極２０が矢状正中線および傍矢状正中線に整合するように脊柱Ｓの正中線に沿って配置されている。このような配置では、電極２０が、処置が望ましい状態とは無関係でこの状態による影響を受けていない体の部位を神経支配している多くの神経線維を刺激する。この例では、電極２０による刺激は、患者の体の両側のＴ１２、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５真皮節に影響を与えることができる。
【０１１１】
図２５は、本発明の態様によるＤＲＧ１の選択的な刺激を模式的に例示している。図示されているように、リード線１０４は、少なくとも１つの電極１０６の少なくとも１つが標的ＤＲＧ（ＤＲＧ１）の表面、近傍、または周囲に位置するように配置されている。ＤＲＧ１に関連した異なる体の部位（足、下肢、腰部）を、ＤＲＧ１内の特定の感覚ニューロンにトレースすることができる。具体的には、各感覚ニューロンには、他の周囲のニューロンから独立して感覚ニューロンを刺激するために標的にすることができる細胞体または体細胞が含まれる。この例では、下肢は体細胞Ｎ１に関連し、腰部は体細胞Ｎ２に関連し、そして足は体細胞Ｎ３に関連する。様々な科学的研究により、解剖学的構造を区別する感覚機能を補助するＤＲＧ内にニューロン（および関連する体細胞）の特定の体性局在の向きが存在することが示唆された。
【０１１２】
体性局在地図は、感覚間統合の解剖学的に特定の向きである。感覚情報が中枢神経系に送られると、「体性局在」地図が脳の皮質で組織化されることは周知である。したがって、体性感覚皮質の特定の部位が、特定の解剖学的部位からの感覚処理に関与している。したがって、体性感覚皮質の様々な部位の特定の小部位の刺激が、特定の解剖学的部位からの感覚入力の知覚となる。加えて、研究により、体性局在地図が、中枢神経系内だけではなく、後根神経節などの脊髄神経構造にも存在することが示唆された。典型的には、このようなマッピングは、末梢の解剖学的構造にトレーサ化学種を注入し、次いでＤＲＧ内の標識細胞を見て、これらの標識細胞の相対的な分布を確認することによって動物実験で完了している。後根神経節は、特定の真皮節を神経支配しているニューロンの細胞体（体細胞）を含む特殊な神経構造である。後根神経節の体性局在地図の理解により、ＤＲＧの各部を標的にして、このＤＲＧに関連した真皮節内の１つ以上の特定の部位を治療することが可能となる。したがって、真皮節下標的化により、非常に特殊な治療の適用が、痛みおよび他の状態の処置で可能となる。
【０１１３】
再び図２５を参照すると、ＤＲＧの各部を選択的に刺激して、真皮節内の特定の部位に影響を与えることができる。この実施形態では、体細胞Ｎ１、体細胞Ｎ２、または体細胞Ｎ３を刺激して、異なる処置効果を与えることができる。同様に、体細胞Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３の２つ以上を組み合わせて刺激して、さらなる処置効果を与えることができる。各体細胞は、１つ以上の次の特性：ＤＲＧに対する電極（複数可）１０６の位置、刺激のための電極の組み合わせの選択、ならびにパルス幅、振幅、および周波数などの刺激信号のパラメータのプログラミングの操作によって選択的に刺激することができる。このような操作により、望ましい電場を生成し、ＤＲＧに対して配置して、３次元空間におけるＤＲＧの特定の部分を刺激する。この特定部分には、典型的には、望ましい処置効果を与えるために標的にされる１つ以上の体細胞が含まれる。
【０１１４】
図２６Ａ〜図２６Ｄは、真皮節内の特定の部位に影響を与えるためにＤＲＧ１の一部を刺激するリード線１０４の斜視図を例示している。図２６Ａを参照すると、ＤＲＧ１は、体細胞Ｎ１、体細胞Ｎ２、および体細胞Ｎ３を含むとして示されている。リード線１０４は、本発明の方法によってＤＲＧ１の表面、近傍、または周囲に配置される。この例では、２つの電極１０６ａ、１０６ｂが刺激のために選択され、残りの２つの電極１０６ｃ、１０６ｄは中性である。電場５００は、体細胞Ｎ１および体細胞Ｎ２を殆どまたはまったく刺激しないで体細胞Ｎ３を刺激するように選択された刺激信号パラメータによって２つの電極１０６ａ、１０６ｂによって生成されている。この実施形態では、体細胞Ｎ３は体の部位の足に関連し、体細胞Ｎ１は腰部に関連し、体細胞Ｎ２は下肢に関連する。したがって、患者は、同じ真皮内の腰部および下肢に処置効果がなく、足に標的処置効果を有する。図２６Ｂは、図２６Ａの図が回転されたものであり、３次元電場５００と、３次元電場５００が体細胞Ｎ３を含むが体細胞Ｎ１および体細胞Ｎ２を含まないことを例示している。同様に図２６Ｃは、端面斜視図を示すために図２６Ａの図が回転されたものであり、同様に３次元電場５００は、体細胞Ｎ３を含み、体細胞Ｎ１および体細胞Ｎ２を含まないとして示されている。さらに、図２５Ｄは、図２５Ａが回転されたものであり、電場５００が体細胞Ｎ３を刺激するが体細胞Ｎ１および体細胞Ｎ２を含まないようにＤＲＧ１に近接したリード線１０４の底面斜視図である。
【０１１５】
リード線１０４をＤＲＧ１に対して物理的に移動させることによって異なる体細胞を選択的に刺激することができる。例えば、リード線１０４をＤＲＧ１の表面に沿って移動させることにより、電場５００を移動させて、体細胞Ｎ２、Ｎ３を含まずに体細胞Ｎ１などの異なる体細胞を選択することができる。または、リード線１０４をＤＲＧ１に対して固定したままにすることができ、異なる電極１０６を刺激のために利用して電場５００を移動させることができる。同様に、電場５００の形状を、電極の組み合わせの変更および／または刺激信号のパラメータの変更により変化させることができる。例えば、電場５００は、刺激信号のパラメータの変更、例えば、振幅を増大させることによって大きくすることができる。または、電場５００の大きさは、電極の組み合わせの変更、例えば、刺激のために追加の電極を利用することによって大きくすることができる。この例では、電場５００の大きさは、体細胞Ｎ２は実質的に含まないが体細胞Ｎ３および体細胞Ｎ１の両方を含むように大きくすることができる。こうすることにより、患者が、同じ真皮節内の下肢に処置効果がなく、足および腰部に標的処置効果を有することができる。同様に、電場５００の大きさは、体細胞Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を含むように大きくすることができる。こうすることにより、患者は、同じ真皮節内の足、腰部、および下肢に標的処置効果を有することができる。
【０１１６】
図２７および図２８は、電極の組み合わせおよび／または信号パラメータの変更と影響を受けた体の部位の得られた変化との間の相関性を例示する臨床データを示している。この臨床データは、患者対象が本発明によって１つ以上のリード線１０４が植え込まれた臨床試験中に収集された。各リード線１０４は、図１７および図１８に例示されているように、１つ以上の電極１０６の少なくとも１つがＤＲＧの表面、近傍、または周囲に位置するように配置された。
【０１１７】
図２７は、１つのリード線（リード線番号２）がレベルＬ５のＤＲＧを刺激するように植え込まれた患者番号１からの臨床データの表を示している。表の１行目に示されているように、リード線に沿った各電極または接点に番号（１、２、３、４）が付されており、４つの電極が存在した。接点１および接点２は、オフまたは中立（Ｎ）として構成された。そして、接点３は、陽極（＋）として構成され、接点４は、陰極（−）として構成された。信号パラメータは、振幅＝８００μＡ、パルス幅＝６０μｓ、周波数＝７０Ｈｚと設定された。この臨床データは、関連するＤＲＧの各部分の刺激によって影響を受けた体の部位の地図の作成中に収集されたことを理解できよう。したがって、パラメータの設定は、必ずしも処置に望ましい範囲ではなかった。これらの信号パラメータの設定では、患者の足裏が刺激によって影響を受けた。表の２行目に示されているように、すべての他の変数が維持されたまま、振幅が１．８ｍＡに増大された。この結果、患者の足およびふくらはぎの両方が、刺激によって影響を受けた。したがって、接点３および接点４によって生成される電場が拡大され、これにより追加の感覚ニューロンが刺激された。さらに、表の３行目は、振幅が２．２５ｍＡに増大されたときに、影響を受けた体の部位が膝裏を含むまで拡大されたことを示している。同様に、表の４行目は、振幅が２．７５ｍＡに増大されたときに、影響を受けた体の部位が腰を含むまで拡大されたことを示し、表の５行目は、振幅が３．０ｍＡに増大されたときに、影響を受けた体の部位が臀部を含むまで拡大されたことを示している。したがって、接点３および接点４によって生成される電場の形状が変化すると、追加の感覚ニューロンが刺激され、これにより真皮節の追加の体の部位が影響を受けた。これは、真皮節下刺激が、電場および信号パラメータの操作によって達成できることを例示している。
【０１１８】
図２８は、１つのリード線（リード線番号１）が、レベルＬ４のＤＲＧを刺激するように植え込まれた別の患者、患者番号２の臨床データの表を示している。表の１行目に示されているように、リード線に沿った各電極または接点に番号（１、２、３、４）が付されており、４つの電極が存在した。接点１および接点２は、オフまたは中立（Ｎ）として構成された。そして、接点３は、陽極（＋）として構成され、接点４は、陰極（−）として構成された。信号パラメータは、振幅＝３２５μＡ、パルス幅＝１２０μｓ、周波数＝６０Ｈｚと設定された。同様に、この臨床データは、関連するＤＲＧの各部分の刺激によって影響を受けた体の部位の地図の作成中に収集されたことを理解できよう。したがって、パラメータの設定は、必ずしも処置に望ましい範囲ではなかった。これらの信号パラメータの設定では、患者のふくらはぎが刺激によって影響を受けた。表の２行目に示されているように、すべての他の変数が維持されたまま、振幅が３５０μＡに増大された。この結果、患者のふくらはぎおよび膝の両方が、刺激によって影響を受けた。したがって、接点３および接点４によって生成される電場が拡大され、これにより追加の感覚ニューロンが刺激された。さらに、表の３行目は、振幅が４２５μＡに増大されたときに、影響を受けた体の部位が腰を含むまで拡大されたことを示している。したがって、接点３および接点４によって生成される電場が拡大されると、追加の感覚ニューロンが刺激され、これにより真皮節の追加の体の部位が影響を受けた。
【０１１９】
図２８の表の４行目は、電極の構成の変更を示している。ここでは、接点１はオフまたは中立（Ｎ）であり、接点２は陰極（−）として構成され、接点３は陽極（＋）として構成され、接点４は陰極（−）として構成された。信号パラメータは、振幅＝２７５μＡ、パルス幅＝１２０μｓ、周波数＝６０Ｈｚと設定された。この結果、これらの信号パラメータの設定では、患者のふくらはぎから踝が刺激により影響を受けた。したがって、１行目と比較すると、振幅は小さくなったが、新しい電極の構成によって生成される電場の形状の変化により、追加の感覚ニューロンを刺激することができた。
【０１２０】
５行目と６行目の比較は、他の変数が同じままでの電極の構成の変更による影響を例示している。表の５行目に示されているように、接点１はオフまたは中立（Ｎ）であり、接点２は陰極（−）として構成され、接点３は陽極（＋）として構成され、接点４は陰極（−）として構成された。信号パラメータは、振幅＝６２５μＡ、パルス幅＝１２０μｓ、周波数＝６０Ｈｚと設定された。これらの信号パラメータの設定では、影響を受けた体の部位は、膝の上から大腿の側までであった。同じ信号パラメータの設定を維持したまま、電極の構成を、表の行６に示されているように、接点１がオフまたは中立（Ｎ）であり、接点２が陽極（＋）として構成され、接点３が陰極（−）として構成され、接点４が陽極（＋）として構成されるように変更された。この電場の変更により、影響を受けた体の部位がふくらはぎの前側に変化した。７行目に示されているように振幅が大きくなると、影響を受けた体の部位が膝を含むまで増加した。８行目は、真皮節内に異なる影響を生成する、振幅とパルス幅の両方の変更を示している。そして同様に、振幅が大きくなると、９行目に示されているように、影響を受けた体の部位が増加した。これは、真皮節下刺激が、電場および信号パラメータを操作して、特定の体の部位に影響を与え、他の体の部位が実質的に影響を受けないようにすることによって達成できることをさらに例示している。
【０１２１】
一部の実施形態では、真皮節下刺激が、ＤＲＧの体性局在マッピング以外の因子、またはＤＲＧの体性局在マッピングに加えた他の因子によって達成されることを理解できよう。これらの実施形態では、患者が処置される状態の焦点領域と考えられる体の部位が、刺激によって優先的に影響を受けた。例えば、処置される状態が痛みである場合は、患者が痛むと見なす体の部位が、刺激によって優先的に影響を受ける。これは、ＤＲＧ刺激治療が、痛みの部位に特有の痛みの状態に関与する神経要素を優先的に神経調節することを示唆している。これは、痛みの神経信号変換および他の体性感覚信号に関与するＤＲＧに存在する小径体細胞および大径ニューロンの両方が、細胞膜の生物物理学に影響を与える生理学的変化を受けることを示唆する基本的な神経生理学的データを裏付ける。これは、ニューロンが、恐らく、特にイオンチャネルにおける膜貫通内在性膜タンパク質の機能の変更によって、過剰興奮になることを示唆している。痛みの情報の処理に関与する細胞のこの生物物理学的な機能の変更が、電場で細胞機能を神経調節する能力の向上の基礎となり得る。そして、これは、選択された解剖学的に痛む部位における痛みの緩和および錯感覚を優先的に生成する能力の根拠となり得る。
【０１２２】
様々な痛みに関連した状態が、本発明のシステム、方法、およびデバイスで処置可能である。特に、次の状態を処置することができる：
（１）腰椎術後疼痛症候群
（２）次の原因による慢性難治性腰痛：
（Ａ）原因不明
（Ｂ）診断ブロック（複数可）によって明らかになる腰椎椎間関節疾患
（Ｃ）診断ブロック（複数可）によって明らかになる仙腸関節疾患
（Ｄ）脊椎管狭窄症
（Ｅ）神経根インピンジメント−外科手術の対象ではない
（Ｆ）椎間板に起因する痛み−椎間板造影法に基づく、または基づいていない
（４）複合性局所疼痛症候群
（５）ヘルペス後神経痛
（６）糖尿病性神経障害による痛み
（７）難治性有痛性末梢血管疾患
（８）レイノー現象
（９）幻肢痛
（１０）全身性求心路遮断痛（generalized deaffrentation pain conditions）
（１１）慢性難治性口峡炎
（１２）頚椎性頭痛
（１３）様々な内臓痛（膵炎など）
（１４）乳房切除後痛
（１５）外陰部痛（vuvlodynia）
（１６）オーコジニア（orchodynia）
（１７）有痛性自己免疫異常
（１８）痛みの分布が限定された発作後痛
（１９）反復局所性鎌状赤血球発症
（２０）腰椎神経根障害
（２１）胸椎神経根障害
（２２）頚椎神経根障害
（２３）頚軸性頚痛（cervical axial neck pain）、「むち打ち」
（２４）痛みの分布が限定された多発性硬化症
上に列記した状態のそれぞれは、典型的には１つ以上のＤＲＧに関連し、関連するＤＲＧの刺激は、状態の処置または管理となる。
【０１２３】
同様に、次に示す痛みのない徴候または状態も、本発明のシステム、方法、およびデバイスで処置可能である：
（１）パーキンソン病
（２）多発性硬化症
（３）脱髄性運動障害
（４）理学／作業療法支援神経刺激
（５）脊髄障害−神経再生支援治療
（６）喘息
（７）慢性心不全
（８）肥満
（９）発作−急性虚血など
同様に、上に列記した状態のそれぞれは、典型的には１つ以上のＤＲＧに関連し、関連するＤＲＧの刺激は、処置または治療となる。場合によっては、脊髄障害の神経再生支援治療は、脊柱の刺激も含む。
【０１２４】
本発明のシステム、デバイス、および方法は、神経節または神経組織を刺激するために別法として、または追加的に使用できることを理解できよう。このような場合、処置される状態が、神経節または神経組織に関連しているため、このような刺激が有効な治療となる。以下は、状態または徴候とその関連する神経節または神経組織のリストである：
（１）３叉神経痛（３叉神経節）
（２）高血圧（頚動脈洞神経／舌咽神経（glossopharangyl nerve）
（３）顔面痛（ガッセル神経節）
（４）腕痛（星状神経節）
（５）交感神経関連機能（交感神経鎖神経節）
（６）頭痛（翼口蓋神経節／翼口蓋神経節）
【０１２５】
また、本発明のシステムおよびデバイスを、例えば、抹消神経系、体神経系、自律神経系、交感神経系、および副交感神経系の神経組織を含む様々な他の神経組織を刺激するためにも使用できることを理解できよう。本発明の様々な特徴は、これらの神経系の一部の刺激に特に適しているであろう。さらに、本発明のシステムおよびデバイスを、器官、皮膚、筋肉などの他の組織を刺激するためにも使用できることを理解できよう。
【０１２６】
本明細書では、リード線は、その少なくとも１つの電極が標的の解剖学的構造の表面、近傍、または周囲に位置するように配置可能であると記載されているが、少なくとも１つの電極の少なくとも１つを、任意選択で標的の解剖学的構造内に配置できることを理解できよう。
【０１２７】
前述の発明は、理解をしやすくするために、例示および例としてある程度詳細に記載されているが、様々な代替形態、変更形態、および均等物を使用することができ、上記記載を、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではないことは明らかであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２６Ｄ】
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【図２７】
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【図２８】
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