(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象へ電気パルス刺激を供給するためのシステムであって、
一時的パルスパターンプログラミングを、少なくとも断続的に、送信するように構成された遠隔制御装置と、
（ｉ）制御モジュールと、前記制御モジュールと電気的に連絡している少なくとも１つの電極と、前記一時的パルスパターンプログラミングを受信するように前記遠隔制御装置と少なくとも断続的に連絡している入力装置と、を含み、（ｉｉ）前記一時的パルスパターンプログラミングに従って、少なくとも１つの前記電極を介して、対象へ電気パルス刺激を供給するように構成された刺激装置と、を含み、
前記一時的パルスパターンプログラミングは、
（ｉ）コンピュータモデルへのパルスパターンの供給をシミュレートする工程と、
（ｉｉ）各特定パルスパターンの適合度を判断する工程および適応していると判断されたパルスパターンを交配する工程によって、後続世代のパルスパターンを繰り返し構築する工程と、
によって、前記コンピュータモデルを用いて一時的パルスパターンを最適化することによって生成され、
前記コンピュータモデルは、脳への侵害情報の伝達を担当する後角広作動域（wide-dynamic range；ＷＤＲ）ニューロンおよび副作用の異常感覚に関連する後索核（dorsal column nuclei；ＤＣＮ）ニューロンから成る、システム。
【請求項２】
少なくとも１つの前記電極は、前記対象の各部位の近傍に各々配置されるための複数の電極を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記一時的パルスパターンプログラミングは、前記複数の電極の各々による電気パルス刺激の供給のための各指令を含む請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記遠隔制御装置は、一時的パルスパターンプログラミングを、少なくとも断続的に無線で送信するように構成されており、
前記刺激装置の前記入力装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを受信するように、前記遠隔制御装置と少なくとも断続的に無線で通信する請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記遠隔制御装置と前記刺激装置とは、ラジオ周波数（radiofrequency；ＲＦ）伝達、ブルートゥース（登録商標）伝達、および無線ローカルエリアネットワーク（wireless local area network；ＷＬＡＮ）の少なくとも１つを通じて通信する請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記一時的パルスパターンプログラミングを生成するように構成されたプロセッサをさらに含む請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサは、
何れか特定世代の一時的パルスパターンに従って、前記対象への電気パルス刺激の供給の引き起こす工程と、
前記特定世代の一時的パルスパターンに従う前記対象への電気パルス刺激の前記供給に作用された効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程と、
前記特定世代の一時的パルスパターンに従う前記対象への電気パルス刺激の測定された効能と効率と副作用との前記パラメータを用いて、前記特定世代の一時的パルスパターンの適応度を判断する工程と、
前記特定世代の一時的パルスパターンの判断された前記適応度に従って、前記特定世代の一時的パルスパターンを用いて、次世代の一時的パルスパターンを生成する工程と、
によって後続世代の一時的パルスパターンセットをさらに繰り返し構築する工程によって、前記一時的パルスパターンを最適化するように構成されている請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記一時的パルスパターンの各々は、調整可能な継続時間と振幅とを各々備えるパルスを供給する指令を含む請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記振幅は、電圧または電流に対応する請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記プロセッサは、前記遠隔制御装置に搭載されている構成要素である請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記プロセッサは、前記刺激装置に搭載されている構成要素である請求項６に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プロセッサは、前記遠隔制御装置へ前記一時的パルスパターンプログラミングをダウンロードする請求項６に記載のシステム。
【請求項１３】
前記遠隔制御装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを生成するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記遠隔制御装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを受信および格納するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記一時的パルスパターンプログラミングは、複数の一時的パルスパターンセットを含み、
前記遠隔制御装置は、ユーザ入力装置を含み、
ユーザは、前記ユーザ入力装置によって、複数の前記一時的パルスパターンセットから、前記刺激装置へ送信される特定の一時的パルスパターンセットを選択する請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
対象へ電気パルス刺激を供給するためのシステムのための遠隔制御装置であって、
前記システムは、（ｉ）制御モジュールと、前記制御モジュールと電気的に連絡している少なくとも１つの電極と、一時的パルスパターンプログラミングを受信するための入力装置と、を含み、（ｉｉ）前記一時的パルスパターンプログラミングに従って、少なくとも１つの前記電極を介して、対象へ電気パルス刺激を供給するように構成された刺激装置を含み、
前記遠隔制御装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを、少なくとも断続的に、送信するように構成され、
前記一時的パルスパターンプログラミングは、
（ｉ）コンピュータモデルへのパルスパターンの供給をシミュレートする工程と、
（ｉｉ）各特定パルスパターンの適合度を判断する工程および適応していると判断されたパルスパターンを交配する工程によって、後続世代のパルスパターンを繰り返し構築する工程と、
によって、前記コンピュータモデルを用いて一時的パルスパターンを最適化することによって生成され、
前記コンピュータモデルは、脳への侵害情報の伝達を担当する後角広作動域（wide-dynamic range；ＷＤＲ）ニューロンおよび副作用の異常感覚に関連する後索核（dorsal column nuclei；ＤＣＮ）ニューロンから成る、遠隔制御装置。
【請求項１７】
前記一時的パルスパターンプログラミングは、複数の電極の各々による電気パルス刺激の供給のための各指令を含む請求項１６に記載の遠隔制御装置。
【請求項１８】
前記遠隔制御装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを、無線で送信するように構成されている請求項１７に記載の遠隔制御装置。
【請求項１９】
前記遠隔制御装置と前記刺激装置とは、ラジオ周波数（radiofrequency；ＲＦ）伝達、ブルートゥース（登録商標）伝達、および無線ローカルエリアネットワーク（wireless local area network；ＷＬＡＮ）の少なくとも１つを通じて通信する請求項１７に記載の遠隔制御装置。
【請求項２０】
前記システムは、
前記一時的パルスパターンプログラミングを生成するように構成されたプロセッサをさらに含む請求項１７に記載の遠隔制御装置。
【請求項２１】
前記プロセッサは、
何れか特定世代の一時的パルスパターンに従って、前記対象への電気パルス刺激の供給の引き起こす工程と、
前記特定世代の一時的パルスパターンに従う前記対象への電気パルス刺激の前記供給に作用された効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程と、
前記特定世代の一時的パルスパターンに従う前記対象への電気パルス刺激の測定された効能と効率と副作用との前記パラメータを用いて、前記特定世代の一時的パルスパターンの適応度を判断する工程と、
前記特定世代の一時的パルスパターンの判断された前記適応度に従って、前記特定世代の一時的パルスパターンを用いて、次世代の一時的パルスパターンを生成する工程と、
によって後続世代の一時的パルスパターンセットをさらに繰り返し構築する工程によって、前記一時的パルスパターンを最適化するように構成されている請求項２０に記載の遠隔制御装置。
【請求項２２】
前記一時的パルスパターンの各々は、調整可能な継続時間と振幅とを各々備えるパルスを供給する指令を含む請求項２１に記載の遠隔制御装置。
【請求項２３】
前記振幅は、電圧または電流に対応する請求項２２に記載の遠隔制御装置。
【請求項２４】
前記プロセッサは、前記遠隔制御装置に搭載されている構成要素である請求項２０に記載の遠隔制御装置。
【請求項２５】
前記プロセッサは、前記刺激装置に搭載されている構成要素である請求項２０に記載の遠隔制御装置。
【請求項２６】
前記プロセッサは、前記遠隔制御装置へ前記一時的パルスパターンプログラミングをダウンロードする請求項２０に記載の遠隔制御装置。
【請求項２７】
前記遠隔制御装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを受信および格納するように構成されている請求項１７に記載の遠隔制御装置。
【請求項２８】
前記一時的パルスパターンプログラミングは、複数の一時的パルスパターンセットを含み、
前記遠隔制御装置は、ユーザ入力装置を含み、
ユーザは、前記ユーザ入力装置によって、複数の前記一時的パルスパターンセットから、前記刺激装置へ送信される特定の一時的パルスパターンセットを選択する請求項１７に記載の遠隔制御装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
〔関連出願の相互参照〕
本出願は、「最適化された脊髄刺激のためのシステムおよび方法」と題され、２０１４年９月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／０５５，７９８の優先権の利益を主張する。本参照によって、該出願の内容の全てが本明細書に盛り込まれる。
【技術分野】
【０００２】
〔技術分野〕
本明細書で開示される主題は、脊髄刺激に関し、より具体的には、効能、効率および副作用に配慮した電気刺激の一時的パターンに基づく脊髄刺激（spinal cord stimulation；ＳＣＳ）の施療に関する。
【背景技術】
【０００３】
〔背景〕
脊髄刺激（ＳＣＳ）は、慢性疼痛をうまく取り扱う将来性のある実現可能な方法として浮上してきており、対して、運動療法（身体のリハビリテーション）、薬物療法、および外科療法などの他の治療法は、効果的でない。しかしながら、ＳＣＳの臨床成果のサーチは、非常に気紛れで、近年は、その成果に改善が全く見られなかった。従来の臨床ＳＣＳは、典型的には、疼痛領域に亘って、後索のニューロン活性化に伴って、異常感覚、すなわちチクチクする感覚を含む副作用が付随する。この異常感覚は、療法およびコンプライアンス（Compliance）に対する患者の満足に悪影響を及ぼすことがある。ＳＣＳの臨床効能を改善すると共に、ＳＣＳに伴う異常感覚を低減する取り組みは、後角疼痛処理回路中のニューロンの活性におけるＳＣＳの作用に、焦点を合わせてこなかった。近年、パルスＳＣＳおよび高周波ＳＣＳを含むＳＣＳの新規方法は、異常感覚の顕著な低減を伴う臨床ＳＣＳに匹敵する疼痛緩和の提供が主張されてきていた。しかしながら、効能（疼痛緩和に関連する神経活性の低減）、効率（電力消費）、および異常感覚低減に関して最適化するようにアルゴリズムで判断されるパラメータをサーチも導入もしていないので、これらのアプローチは次善かもしれないに過ぎない。
【０００４】
ＳＣＳ療法は、脳への疼痛の変調および伝達を担当する脊髄におけるニューロン要素に電気刺激を供給することができる制御器に接続された電極を硬膜外に埋め込む必要がある。しかしながら、現在、ＳＣＳプログラマーは、パルス間隔（inter-pulse interval；ＩＰＩ）が一定である刺激を供給するように、ＳＣＳ装置を構成できるに過ぎない。副作用低減と共に疼痛緩和を提供できると主張されている特色あるＳＣＳ技術における近年の開発は、これらの方法を除いて、効能、効率および副作用の低減について最適化された刺激パラメータを設定する方法を用いないまたは提供しない。如何なる先行技術も、最適化された不規則一時的パターンを含むまたは１つまたは複数の電極接点を通じて複数の周波数の組み合せを含むＳＣＳ供給装置を遠隔プログラムできる装置を含まない。
【発明の概要】
【０００５】
〔概要〕
本欄の概要は、簡略な形式で、続く詳細な説明でさらに説明されるコンセプトを紹介するために提供される。本欄の概要は、請求される主題の重要な特徴または不可欠な特徴を認めるものではなく、請求される主題の範囲を限定するものとして理解されるものでもない。
【０００６】
少なくとも１つの実施形態において、対象への刺激供給のための一時的パルスパターンを最適化する方法は、第１世代の一時的パルスパターンを生成する工程と、前記第１世代の一時的パルスパターンに従って、対象へ刺激を供給する工程と、供給された前記刺激に作用された効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程と、測定された効能と効率と副作用との前記パラメータを用いて、前記第１世代の一時的パルスパターンの適応度を判断する工程と、前記第１世代の一時的パルスパターンの判断された前記適応度に従って、前記第１世代の一時的パルスパターンを用いて、第２世代の一時的パルスパターンを生成する工程と、前記第２世代の一時的パルスパターンに従って、前記対象へ刺激を供給する工程と、を含む。
【０００７】
少なくとも１つの例において、前記方法は、何れか特定世代の一時的パルスパターンに従って、前記対象へ刺激を供給する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンに従う前記対象への前記刺激の供給に作用された効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンに従う前記対象への前記刺激の測定された効能と効率と副作用との前記パラメータを用いて、前記特定世代の一時的パルスパターンの適応度を判断する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンの判断された前記適応度に従って、前記特定世代の一時的パルスパターンを用いて、次世代の一時的パルスパターンを生成する工程と、を繰り返し含む。
【０００８】
少なくとも１つの例において、前記次世代の一時的パルスパターンを生成する工程は、前記特定世代の一時的パルスパターンを、少なくとも１つの別の一時的パルスパターンと交配する工程を含む。
【０００９】
少なくとも１つの例において、前記次世代の一時的パルスパターン中の一部のパルスの、前記特定世代の一時的パルスパターンと、前記少なくとも１つの別の一時的パルスパターンと、の何れから由来するかという確率は、別の一部のパルスの該確率から独立である。
【００１０】
少なくとも１つの例において、前記特定世代の一時的パルスパターンを、少なくとも１つの別の一時的パルスパターンと交配する工程は、子の一時的パルスパターンを生成し、前記次世代の一時的パルスパターンを生成する工程は、前記子の一時的パルスパターンに少なくとも１つの点変異を追加する。
【００１１】
少なくとも１つの例において、前記次世代の一時的パルスパターンを生成する工程は、ランダムパターンを用いる工程をさらに含む。
【００１２】
少なくとも１つの例において、前記対象は、物理的対象を含み、前記対象へ刺激を供給する工程は、前記物理的対象へ電気パルスを供給する工程を含む。
【００１３】
少なくとも１つの例において、前記対象は、コンピュータモデルを含み、前記対象へ刺激を供給する工程は、前記コンピュータモデルへのパルス供給をシミュレートする工程を含む。
【００１４】
少なくとも１つの例において、前記方法は、前記コンピュータモデルへのシミュレートされた各パルス供給のために、効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程をさらに含む。
【００１５】
少なくとも１つの例において、前記対象は、コンピュータモデルを含み、  前記対象へ刺激を供給する工程は、前記コンピュータモデルへのパルス供給をシミュレートする工程を含む。
【００１６】
少なくとも１つの例において、前記コンピュータモデルは、物理的な後角疼痛処理ニューロンネットワークと整合するように接続された、シミュレートされた生体物理学的ニューロンのネットワークを含む。
【００１７】
少なくとも１つの例において、前記コンピュータモデルは、末梢神経線維または後索神経線維からの信号伝播をシミュレートするために、ニューロン繊維の伝導速度に基づく遅延を内蔵する。
【００１８】
少なくとも１つの例において、前記コンピュータモデルは後索核（dorsal column nuclei；ＤＣＮ）中のニューロンの代理を含む。
【００１９】
少なくとも１つの例において、前記第１世代の一時的パルスパターンは、コンピュータモデルへのパルス供給をシミュレートする工程によって生成され、前記第１世代の一時的パルスパターンに従って対象へ刺激を供給する工程は、物理的対象へ電気パルスを供給する工程を含む。
【００２０】
少なくとも１つの例において、供給された前記刺激に作用された効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程は、疼痛緩和に関連する神経活性の低減を判断する工程によって、効能を測定する工程を含む。
【００２１】
少なくとも１つの例において、供給された前記刺激に作用された効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程は、（ｉ）前記第１世代の一時的パルスパターンに従って刺激を供給する工程中のニューロンの平均発火率と（ｉｉ）前記第１世代の一時的パルスパターンと同一周波数の一定周波数刺激中の前記ニューロンの発火率との間の差分を判断する工程によって、効能のパラメータを測定する工程を含む。
【００２２】
少なくとも１つの例において、供給された前記刺激に作用された効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程は、前記第１世代の一時的パルスパターンの平均周波数を判断する工程によって、効率のパラメータを測定する工程を含む。
【００２３】
少なくとも１つの例において、供給された前記刺激に作用された効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程は、ニューロンの平均副作用発火率を判断する工程によって、副作用のパラメータを測定する工程を含む。
【００２４】
少なくとも１つの例において、測定された効能と効率と副作用との前記パラメータを用いて前記第１世代の一時的パルスパターンの適応度を判断する工程は、Ｊ＝Ａ×Ｆ＋Ｂ×Ｓ＋Ｃ×Ｐと定義される費用関数（Ｊ）を最小化する工程を含み、ＡとＢとＣとは、実数係数であり、Ｆは、効能の前記パラメータであり、Ｓは、効率の前記パラメータであり、Ｐは、副作用の前記パラメータである。
【００２５】
少なくとも１つの例において、前記対象は、人間の患者であり、副作用の前記パラメータは、前記人間の患者からのフィードバックを、少なくとも部分的に用いて判断される。
【００２６】
少なくとも１つの例において、第１世代の一時的パルスパターンを生成する工程は、コンピュータモデルを用いて、複数の先行世代の一時的パルスパターンを繰り返し生成する工程を含む。
【００２７】
少なくとも１つの例において、各先行世代の一時的パルスパターンは、前記コンピュータモデルへシミュレートされた刺激を供給するために、用いられ、効能と効率と副作用とのパラメータは、後続世代の一時的パターンを生成する工程において前記先行世代の一時的パルスパターンを用いるための適合度を判断するために、算出によって測定される。
【００２８】
少なくとも１つの例において、各一時的パルスパターンは、調整可能な継続時間と振幅とを備える。
【００２９】
少なくとも１つの例において、前記振幅は、電圧または電流に対応する。
【００３０】
少なくとも１つの実施形態において、患者への刺激供給のための一時的パルスパターンを最適化する方法は、（ｉ）コンピュータモデルへのパルスパターンの供給をシミュレートする工程と、（ｉｉ）各特定パルスパターンの適合度を判断する工程および適応と判断されたそのパルスパターンを交配する工程によって、後続世代のパルスパターンを繰り返し構築する工程と、によって前記コンピュータモデルを用いて一時的パルスパターンセットを生成する工程と、ユーザによる選択のために、生成された前記一時的パルスパターンセットを保存する工程と、保存された前記一時的パルスパターンセットの前記ユーザによって選択された１つ以上に従って、患者へ電気パルス刺激を供給する工程と、を含む。
【００３１】
少なくとも１つの例において、前記方法は、何れか特定世代の一時的パルスパターンセットに従って、前記患者へ電気パルス刺激を供給する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンセットに従う前記患者への電気パルス刺激の前記供給に作用された効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンセットに従う前記患者への電気パルス刺激の測定された効能と効率と副作用との前記パラメータを用いて、前記特定世代の一時的パルスパターンセットの適応度を判断する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンの判断された前記適応度に従って、前記特定世代の一時的パルスパターンセットを用いて、次世代の一時的パルスパターンセットを生成する工程と、よって後続世代の一時的パルスパターンセットを繰り返し構築する工程をさらに含む。
【００３２】
少なくとも１つの例において、前記方法は、何れか特定世代の一時的パルスパターンセットに従って、前記患者へ電気パルス刺激を供給する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンセットに従う前記患者への電気パルス刺激の前記供給に作用された効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンセットに従う前記患者への電気パルス刺激の測定された効能と効率と副作用との前記パラメータを用いて、前記特定世代の一時的パルスパターンセットの適応度を判断する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンの判断された前記適応度に従って、前記特定世代の一時的パルスパターンセットを用いて、次世代の一時的パルスパターンセットを生成する工程と、よって後続世代の一時的パルスパターンセットを繰り返し構築する工程をさらに含む。
【００３３】
少なくとも１つの例において、各一時的パルスパターンセットは、各々、調整可能な継続時間と振幅とを備える。
【００３４】
少なくとも１つの例において、前記振幅は、電圧または電流に対応する。
【００３５】
少なくとも１つの実施形態において、対象へ電気パルス刺激を供給するためのシステムは、一時的パルスパターンプログラミングを、少なくとも断続的に、送信するように構成された遠隔制御装置と、（ｉ）制御モジュールと、前記制御モジュールと電気的に連絡している少なくとも１つの電極と、前記一時的パルスパターンプログラミングを受信するように前記遠隔制御装置と少なくとも断続的に連絡している入力装置と、を含み、（ｉｉ）前記一時的パルスパターンプログラミングに従って、少なくとも１つの前記電極を介して、対象へ電気パルス刺激を供給するように構成された刺激装置と、を含む。
【００３６】
少なくとも１つの例において、少なくとも１つの前記電極は、前記対象の各部位の近傍に各々配置されるための複数の電極を含む。
【００３７】
少なくとも１つの例において、前記一時的パルスパターンプログラミングは、前記複数の電極の各々による電気パルス刺激の供給のための各指令を含む。
【００３８】
少なくとも１つの例において、前記遠隔制御装置は、一時的パルスパターンプログラミングを、少なくとも断続的に無線で送信するように構成されており、前記刺激装置の前記入力装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを受信するように、前記遠隔制御装置と少なくとも断続的に無線で通信する。
【００３９】
少なくとも１つの例において、前記遠隔制御装置と前記刺激装置とは、ラジオ周波数（radiofrequency；ＲＦ）伝達、ブルートゥース（登録商標）伝達、および無線ローカルエリアネットワーク（wireless local area network；ＷＬＡＮ）の少なくとも１つを通じて通信する。
【００４０】
前記システムは、（ｉ）コンピュータモデルへのパルスパターンの供給をシミュレートする工程と、（ｉｉ）各特定パルスパターンの適合度を判断する工程および適応していると判断されたパルスパターンを交配する工程によって、後続世代のパルスパターンを繰り返し構築する工程と、によって前記コンピュータモデルを用いて一時的パルスパターンを生成する工程によって一時的パルスパターンを最適化する工程によって、前記一時的パルスパターンプログラミングを生成するように構成されたプロセッサを含む。
【００４１】
少なくとも１つの例において、前記プロセッサは、何れか特定世代の一時的パルスパターンに従って、前記対象への電気パルス刺激の供給の引き起こす工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンに従う前記対象への電気パルス刺激の前記供給に作用された効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンに従う前記対象への電気パルス刺激の測定された効能と効率と副作用との前記パラメータを用いて、前記特定世代の一時的パルスパターンの適応度を判断する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンの判断された前記適応度に従って、前記特定世代の一時的パルスパターンを用いて、次世代の一時的パルスパターンを生成する工程と、によって後続世代の一時的パルスパターンセットをさらに繰り返し構築する工程によって、前記一時的パルスパターンを最適化するように構成されている。
【００４２】
少なくとも１つの例において、前記一時的パルスパターンの各々は、調整可能な継続時間と振幅とを各々備えるパルスを供給する指令を含む。
【００４３】
少なくとも１つの例において、前記振幅は、電圧または電流に対応する。
【００４４】
少なくとも１つの例において、前記プロセッサは、前記遠隔制御装置に搭載されている構成要素である。
【００４５】
少なくとも１つの例において、前記プロセッサは、前記刺激装置に搭載されている構成要素である。
【００４６】
少なくとも１つの例において、前記プロセッサは、前記遠隔制御装置へ前記一時的パルスパターンプログラミングをダウンロードする。
【００４７】
少なくとも１つの例において、前記遠隔制御装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを生成するように構成されている請求項２９に記載のシステム。
【００４８】
少なくとも１つの例において、前記遠隔制御装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを受信および格納するように構成されている。
【００４９】
少なくとも１つの例において、前記一時的パルスパターンプログラミングは、複数の一時的パルスパターンセットを含み、前記遠隔制御装置は、ユーザ入力装置を含み、ユーザは、前記ユーザ入力装置によって、複数の前記一時的パルスパターンセットから、前記刺激装置へ送信される特定の一時的パルスパターンセットを選択する。
【００５０】
少なくとも１つの実施形態において、遠隔制御装置は、対象へ電気パルス刺激を供給するためのシステムのために提供され、前記システムは、（ｉ）制御モジュールと、前記制御モジュールと電気的に連絡している少なくとも１つの電極と、一時的パルスパターンプログラミングを受信するための入力装置と、を含み、（ｉｉ）前記一時的パルスパターンプログラミングに従って、少なくとも１つの前記電極を介して、対象へ電気パルス刺激を供給するように構成された刺激装置を含み、前記遠隔制御装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを、少なくとも断続的に、送信するように構成されている。
【００５１】
少なくとも１つの例において、前記一時的パルスパターンプログラミングは、複数の電極の各々による電気パルス刺激の供給のための各指令を含む。
【００５２】
少なくとも１つの例において、前記遠隔制御装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを、無線で送信するように構成されている。
【００５３】
少なくとも１つの例において、前記遠隔制御装置と前記刺激装置とは、ラジオ周波数（radiofrequency；ＲＦ）伝達、ブルートゥース（登録商標）伝達、および無線ローカルエリアネットワーク（wireless local area network；ＷＬＡＮ）の少なくとも１つを通じて通信する。
【００５４】
少なくとも１つの例において、前記システムは、（ｉ）コンピュータモデルへのパルスパターンの供給をシミュレートする工程と、（ｉｉ）各特定パルスパターンの適合度を判断する工程および適応していると判断されたパルスパターンを交配する工程によって、後続世代のパルスパターンを繰り返し構築する工程と、によって前記コンピュータモデルを用いて一時的パルスパターンを生成する工程によって一時的パルスパターンを最適化する工程によって、前記一時的パルスパターンプログラミングを生成するように構成されたプロセッサをさらに含む。
【００５５】
少なくとも１つの例において、前記プロセッサは、何れか特定世代の一時的パルスパターンに従って、前記対象への電気パルス刺激の供給の引き起こす工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンに従う前記対象への電気パルス刺激の前記供給に作用された効能と効率と副作用とのパラメータを測定する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンに従う前記対象への電気パルス刺激の測定された効能と効率と副作用との前記パラメータを用いて、前記特定世代の一時的パルスパターンの適応度を判断する工程と、前記特定世代の一時的パルスパターンの判断された前記適応度に従って、前記特定世代の一時的パルスパターンを用いて、次世代の一時的パルスパターンを生成する工程と、によって後続世代の一時的パルスパターンセットをさらに繰り返し構築する工程によって、前記一時的パルスパターンを最適化するように構成されている。
【００５６】
少なくとも１つの例において、前記一時的パルスパターンの各々は、調整可能な継続時間と振幅とを各々備えるパルスを供給する指令を含む。
【００５７】
少なくとも１つの例において、前記振幅は、電圧または電流に対応する。
【００５８】
少なくとも１つの例において、前記プロセッサは、前記遠隔制御装置に搭載されている構成要素である。
【００５９】
少なくとも１つの例において、前記プロセッサは、前記刺激装置に搭載されている構成要素である。
【００６０】
少なくとも１つの例において、前記プロセッサは、前記遠隔制御装置へ前記一時的パルスパターンプログラミングをダウンロードする。
【００６１】
少なくとも１つの例において、前記遠隔制御装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを生成するように構成されている。
【００６２】
少なくとも１つの例において、前記遠隔制御装置は、前記一時的パルスパターンプログラミングを受信および格納するように構成されている。
【００６３】
少なくとも１つの例において、前記一時的パルスパターンプログラミングは、複数の一時的パルスパターンセットを含み、前記遠隔制御装置は、ユーザ入力装置を含み、ユーザは、前記ユーザ入力装置によって、複数の前記一時的パルスパターンセットから、前記刺激装置へ送信される特定の一時的パルスパターンセットを選択する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
前述の概要および後述の詳細な説明は、図面を参照して読まれるべきものであり、該図面は、以下に簡単に説明されているように、具体的な例示的な実施形態および特徴を図示する。しかしながら、概要および詳細な説明は、図示されている実施形態および特徴のみに限定されるものではない。
【００６５】
【図１】パルス刺激の最適一時的パターンのモデルベース設計の方法の流れ図である。
【００６６】
【図２】少なくとも１つの実施形態に係る一時的刺激パターンの最適化において用いるためのコンピュータモデルの説明図である。
【００６７】
【図３Ａ】図２のモデルにおけるＡ繊維のための均等１Ｈｚ入力のパターンの図である。
【００６８】
【図３Ｂ】Ｃ繊維のための、図３Ａに対応する図である。
【００６９】
【図３Ｃ】神経腫を示すランダム入力のフィールドの図である（Ａ繊維ｔ）。
【００７０】
【図３Ｄ】図３Ａに対応する図である（Ｃ繊維ｔ）。
【００７１】
【図４】少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータ最適化を説明するダイアグラムである。
【００７２】
【図５Ａ】２５個のランダム生成パルス流組織から成る初期集団のサンプルの図である。
【００７３】
【図５Ｂ】生存、外来、および子パターンを含む後続世代中の２５個の組織パターンのセットの図である。
【００７４】
【図５Ｃ】４００の連続世代に亘る適応度スコアのプロットの図である。
【００７５】
【図６Ａ】少なくとも１つの実施形態に係る脊髄刺激（ＳＣＳ）装置をプログラムするために用いられる遠隔制御装置の図である。
【００７６】
【図６Ｂ】図６ＡのＳＣＳ装置のブロックダイアグラムである。
【００７７】
【図７】規則的一定周波数パターンと比較して、不均等一時的パターンおよび複数の周波数のＳＣＳパターンを含む不規則刺激パターンの例のセットの図である。
【００７８】
【図８】図６Ａの遠隔制御装置のブロックダイアグラムである。
【００７９】
【図９】ユーザがカーソルを動かして、ＳＣＳパターン最適化における効能、効率および副作用の相対的加重を判断するユーザインターフェース画像である。
【００８０】
【図１０】少なくとも１つの実施形態に係る方法であって、図６Ａの遠隔制御装置およびＳＣＳ装置がＳＣＳパターンを供給および最適化する方法を詳述する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００８１】
〔詳細な説明〕
本欄の説明は、広範な発明の主題の１以上の具体的な実施形態の理解を十分に深めるために、詳細に記載される。本欄の説明は、本発明の主題を明示的に示された実施形態および特徴に限定することなく、具体的な実施形態の特徴を詳述および例示するものである。本欄の説明の解釈は、本発明の主題の範囲から外れることなく、追加および類似の実施形態および特徴にも、配慮されることが適切であろう。「ステップ」という用語は、処理および方法の特徴と関連して明確に用いられるかまたは示唆されるかもしれないが、順番またはシーケンスが明言された場合を除き、そのような表現または示唆されたステップは、順番またはシーケンスを含意するものではない。
【００８２】
図面に表現または示唆される何れの寸法も、例示的目的で提供される。このため、図面および本欄の説明の範囲における実施形態の全てが、このような例示的な寸法に従っているとは限らない。図面は、一定の縮尺比とは限らない。
【００８３】
本欄の説明は、脊髄からの侵害情報の伝達を抑制し（効能）、電力消費を低減し（効率）、かつ副作用の異常感覚と関連するニューロン信号を低減するように、ＳＣＳの一時的パターンを最適化する脊髄における疼痛回路の生体物理学モデルと一体のサーチヒューリスティック（遺伝的アルゴリズム）の使用に関する。コンピュータモデルの作業は、脳に侵害情報（疼痛情報）を伝達する脊髄における広作動域（wide-dynamic range；ＷＤＲ）ニューロンの活性が、印加ＳＣＳの周波数に依存していることを指示しており、ＳＣＳの新規一時的パターンは、ＷＤＲニューロン活性の最小化（疼痛の軽減）と印加刺激の周波数の最小化（電力消費の低減および潜在的な副作用の低減）との両方に用いられることができることを示唆している。痛緩和に加えて異常感覚抑制のために最適化され用いられる一時的パターンを用いる疼痛抑制の最適化が、説明される。
【００８４】
遺伝的アルゴリズムは、脳への侵害情報の伝達を担当する後角広作動域（wide-dynamic range；ＷＤＲ）突起ニューロンおよび副作用の異常感覚に関連する後索核（dorsal column nuclei；ＤＣＮ）ニューロンから成るコンピュータモデルの出力を用いて、ＳＣＳ中に供給される刺激の一時的パターンを最適化する。このような最適化刺激は、可能な限り、可能な最低周波数で、ＷＤＲニューロンおよびＤＣＮニューロンの両方の活性を抑制することができる。さらに、ＷＤＲ活性の低減（効能）、刺激周波数の低減（効率）およびＤＣＮニューロン活性の低減（異常感覚）の相対的重要性は、後述の式（１）において加重Ｆ、ＳおよびＰで修正されて、ユーザ仕様すなわち患者使用のアプリケーションに誂えられた最適刺激パターンのファミリーを生成する。アルゴリズムは、連続して、ＳＣＳパルス生成器のソフトウェアの一部として、実行されてもよい。疼痛および異常感覚の患者評点は、ＷＤＲ活性およびＤＣＮ活性のためのプロキシとして、各々用いられることができる。
【００８５】
最適化のために用いられるサーチヒューリスティック遺伝的アルゴリズム（genetic algorithm；ＧＡ）において、最適刺激パターンは、数回の反復すなわち「世代」に亘って、展開および評価される。アルゴリズムにおいて、試験中の各刺激は、各パルスで示される時間間隔に亘って該刺激がオンまたはオフであることを示す一連のビットを含む「遺伝子」として表される。予め設定された期間、可能なパターンのセットの範囲内で各パターンが示すパルスの流に従って刺激された後、「パターン」の適応度は評価される。低ＷＤＲ／ＤＣＮニューロンの出力および低刺激周波数との組み合わせを維持することを好む費用関数によって判断された最善のパターンと、異なる生存パターンの遺伝子とは、交配して、更なるトライアルのために「子」パターンを生成する。さらに、最適刺激への収束を促進する目的で、刺激パターンに可変性（variability）を導入するために、点変異は、パルス列を規定する「子」における要素に断続的に適用されることがあり、ランダム生成されたパルスシーケンス（パターン）からなる「外来」は、次の世代を示す集団にまき散らされる。指定数の世代、最善（最適）刺激の費用関数（適応度）のための閾値に達するまで、処理はイタラクティブに継続する。最適化完了後、ＡとＢとＣとの様々な組み合わせに係ると共に（式１）に係る最終組織のファミリーは、ユーザすなわち患者に提供され、ユーザ仕様すなわち患者仕様に所望された成果（低疼痛、低消費電力、低異常感覚）に最善に対応するパターンが、患者に選択および供給される。最適化アルゴリズムは、オンおよびオフにトグルで切り替えられ（例えば、点検中の医師による更新され）たり、連続患者選択のための不定終点を有する進行状態に設定されたりすることができる。
【００８６】
図１は、例えばＳＣＳにおいて用いられる、本開示の実施形態に係るパルス刺激の最適一時的パターンのモデルベース設計の方法１００の流れ図である。刺激パターンは、各パルスによって示される時間間隔に亘って、該刺激がオンかオフかを示す一連の「パルス」を含む「遺伝子として」表されてもよい。図１を参照して、方法１００は、ビット（０および１）のシーケンスを用いて、ランダム一時的パターンのセットを生成するステップ（１０２）を含む。
【００８７】
ステップ１０４において、方法１００は、パターンセットを用いて、対象へシミュレーションを供給すること、または、対象への刺激をシミュレーションすることによって、該対象にパルス関数を適用することを含む。方法１００の１回目の反復においてステップ１０２において生成されたランダム一時的パターンが用いられることができる。複数のパターンは、具体的には、後述のステップ１０４〜１１４を参照して説明される反復パターン進化の背景において、混合されてもよい。
【００８８】
パターンセットを用いた対象への刺激供給について、方法１００は、例えば、図６Ａに示される治療法の対象者に電気パルス刺激を供給する脊髄刺激（ＳＣＳ）装置６５０をプログラムするための例示的な遠隔制御装置６００の使用によって、実施されることができる。遠隔制御装置６００およびＳＣＳ装置６５０は、さらに、図６Ａ〜６Ｂおよび図８を参照して後述される。方法１００を実施するための他の制御器およびコンピュータ装置も、本欄の説明の範囲である。パターンセットを用いた対象への刺激シミュレーションについて、コンピュータモデルは、シミュレートされた刺激が適用される対象として、図２を参照して後述されるように、勤めることができる。このように、パルス関数の適用は、物理的対象への電気パルス供給と、コンピュータモデルへのパルス供給のシミュレーションと、の一方または両方を含むことができる。
【００８９】
図１の方法１００において、刺激が実際に適用されても、モデルでシミュレーションされても、ステップ１０６において用いられる効能と効率と副作用とのパラメータは、測定またはシミュレートされたプロキシに従って、ステップ１０４において供給またはシミュレートされるパターンの適応度を判断する。
【００９０】
ステップ１０８は、例えば、ステップ１１６において示される後の選択の保存によって、または、ステップ１１２への方法１００の分岐によって示される更なる反復のためのパターンの次世代における最適化を続けるための保存によって、保護のための最善のパターンを格付けおよび選択することを含む。選択されたパターン（「生存」として参照される、）は、用いるのに最も適応している（ステップ１１６）または、次世代パターン（「子」として参照される）の親として最も適応している（ステップ１１２）と見なされる。
【００９１】
ステップ１１０は、ステップ１０６およびステップ１０８において判断された現行パターンが最適化終点または最適化基準に到達しているかどうかを判断することを含む。最適化終点または最適化基準に到達していないと推定される場合、「いいえ」で示されるように、方法１００は、ステップ１１２へ分岐する。ステップ１１２は、刺激パターンの次世代を構成することを含み、生存パターンの交配によって、子パターンを生成する。
【００９２】
方法１００は、ステップ１１２から、ステップ１１４における、ランダムパルスシーケンスパターン（外来として参照される）の追加と、ステップ１１２において生成された子パターンへの点変異の任意的な追加と、による次世代の更なる構成に続く。このため、ステップ１１４は、最適解への収束を促進する目的で、パターン世代に可変性を導入する。
【００９３】
最適終点または最適基準が到達されていると推定される場合、ステップ１１０を参照して「はい」で示されるように、方法１００は、ステップ１１６へ分岐する。ステップ１１６において、最適パターンは、対象に用いることができるので、後で選択するために保存される。
【００９４】
方法１００は、指定数の世代または、最適化終点または最適化基準が到達されるまで、ステップ１０４〜ステップ１１４のループを反復し続けなくてもよい。例えば、費用関数のための閾値が到達された場合、反復し続けなくてもよい。最適化が完了した後、アルゴリズムによって最高に最適と判断された刺激パターンは、対象へ供給するために利用されることができる。方法１００によって代表される最適化アルゴリズムは、オンおよびオフにトグルで切り替えられ（例えば、点検中に医師によって更新され）てもよく、不定の終点を有する進行状態に設定されてもよい。
【００９５】
図２は、少なくとも１つの実施形態に係る一時的刺激パターンの最適化において用いるためのコンピュータモデル２００の説明図である。モデル２００は、図２に示される後角疼痛処理ネットワークの既存スキームと整合するように、接続されているシミュレートされた生体物理学的ニューロンのネットワークを含む。モデルへの入力は、３０個のＡβ繊維、１５個のＡδ繊維２０２、および周辺からの情報を伝達する３０個のＣ一次求心性繊維２０４を含むことができる。３０個のＡβ繊維は、各１５個の繊維の２つの亜集団に分割される。一方の亜集団のＡβ繊維２０６は、疼痛の「局所」源から由来し、他方の亜集団のＡβ繊維２１０は、「包囲」感受フィールドから由来する。ＳＣＳ２１２は、Ａβ繊維の側枝を介してネットワークに供給され、後索繊維活性をシミュレートすることができる。
【００９６】
複数のＡ／Ｃ繊維および興奮性介在ニューロンは、ニューロンの活性化における一時的加重の効果を説明するため、ならびに、入力への可変性の追加のために用いられる。末梢または後索の神経線維からの現実の信号伝播をシミュレートするために、Ａ繊維およびＣ繊維の伝導速度に基づく伝播遅延は、全シミュレーションの全入力に盛り込まれる。ＳＣＳ電極と後索ネットワークとの間の推定距離は、疼痛の源に対応する標的皮膚感覚帯に対するＳＣＳ電極の臨床的配置に基づく。図２において；ＩＮ＝抑制性介在ニューロン（Inhibitory Interneuron）；ＥＸ＝興奮性介在ニューロン（Excitatory Interneuron）；ＷＤＲ＝広作動域突起ニューロン（Wide-dynamic-range projection neuron）；ＤＣＮ＝後索核ニューロン（dorsal column nucleus neuron）。円形のシナプスは、抑制性接続を示し、フラットのシナプスは、興奮性接続を示す。最適化アルゴリズムを用いるＳＣＳは、局所および包囲Ａβ繊維入力を介して供給される。ＳＣＳ伝播距離２１４およびＤＣＮ伝播距離２１６は、既知の臨床的および／または患者仕様の値に従って、設定される。モデル２００は、活性がＳＣＳ導入による異常感覚に関連すると考えられている後索核におけるニューロンの説明を含む。各後索核ニューロンは、ＳＣＳによって影響される同じＡβ／後索繊維から複数の入力を受ける。ＳＣＳの推定サイトと後索核との間の臨床的距離に基づく伝播遅延は、全シミュレーションでＳＣＳ入力に適用される。出力２２０に関係する異常感覚と、出力２２２に関係する効能とは、図２に示されている。
【００９７】
図３Ａから図３Ｄは、末梢一次求心性神経における活性の進行パターンを示す。代表的な均等１Ｈｚ入力（図３Ａおよび神経腫を示すランダム入力（図３Ｃ）が示される。各々５秒間隔（ｘ軸）が、全神経入力（ｙ軸；Ａ繊維およびＣ繊維で別れる）について示されている。グラフの各黒点は、モデルへの対応する入力によって記録されたスパイクの時点を示す。図３Ｃにおいて、Ａ繊維入力の３０％は、群発する挙動を示しており、線セグメント３０２によって示されている。
【００９８】
コンピュータ最適化は、少なくとも１つの実施形態に係る図４に示されるように、処理される。簡単に言うと、１秒のシミュレーション時間４０２は、モデルを開始するための経過時間として見込まれる。特徴が末梢神経腫の発火パターンから取られた特徴とマッチする（ｉ）全繊維に亘って同期する一定１Ｈｚパルス列または（ｉｉ）ポアソン過程に基づくランダムスパイク列の一方から成る末梢感覚入力は、２０秒の間隔４０４の間に供給される。所与の世代において試験される一時的刺激パターン（組織）の各々の１秒反復を用いるＳＣＳ２１２は、次の２０秒の間隔４０６の間に供給され、この間、ＷＥＲニューロンおよび後索核ニューロンの両方の出力が記録される。固定された周波数のセットは、ＷＥＲニューロンおよび後索核ニューロンの入力が、何処に応じるかを制御する。現在のＳＣＳプロトコルは、固定された周波数の刺激を用いるので、１Ｈｚ〜２００Ｈｚの一定周波数ＳＣＳの費用関数は、比較のために走らされる。図２のモデルの部分が、図４に示される。アルゴリズムは、例えば、図１の方法１００に従って、進められる。
【００９９】
少なくとも１つの実施形態に係るサーチヒューリスティック（遺伝的アルゴリズム）は、２５個のランダム生成された刺激パターン、すなわち「組織」で開始する。各組織が含む１００個の「パルス」は、ＳＣＳパルスが供給される所与の１秒の間隔中の１ミリ秒を代表する。２０秒の刺激期間中の全ＳＣＳパルス列は、所与のパターン（図４および図５Ａ参照）の２０回の連続反復から構成される。各刺激パターンに対応する費用関数Ｊを判断する下記のシミュレーションの各々は、パターン化ＳＣＳ中のＷＤＲニューロンの平均発火率と等価一定周波数ＳＣＳ中のＷＤＲニューロンの発火率との差分（Ｆ）、組織を用いるＳＣＳの平均周波数（Ｓ）、および後索核の平均発火率（Ｐ）の加重平均を用いて走る。例示的な費用関数は、下記の（式１）に示される。
Ｊ＝Ａ×Ｆ＋Ｂ×Ｓ＋Ｃ×Ｐ………（式１）
【０１００】
Ｆ、Ｓ、およびＰに各々対応する加重項Ａ、Ｂ、およびＣは、適用例または患者仕様の成果に従って割り当てられる。具体的には、効能向上（Ａ増加）、効率向上（Ｂ増加）、および／または異常感覚減少（Ｃ増加）の患者仕様のバランスに従って、割り当てられる。理想的な刺激列は、対応して、最小のＷＤＲ応答、低い等価周波数、および／または最小の後索核ニューロン応答を有する。このため、費用がより低い（すなわち、Ｊを最小化する）刺激のパターンは、より適応であると判断される。初期適応度評価に続いて、組織は、対応する費用関数の値に従って、格付けされる。また、後続世代は各々、少なくとも１つの実施形態において、（ｉ）現世代（「生存」）からの所定数の最も適応した組織、（ｉｉ）所定数のランダム生成された「外来」、および（ｉｉｉ）前世代の何れか２つの組織（パターン）からの遺伝子交配から生み出された「子」から構成される（図５Ｂ参照）。組織間の多様性を向上するために、子パターンは、「点変異」を受けてもよく、すなわち集団全体で固定された頻度で起きるパターン中の１以上のパルスが変化してもよい。前世代中の全パターンは、子集団中に代表されることができるが、高めに適応しているパターンは、低めに適応しているパターンよりも、この交配で代表される確率がより高くなることができる。ユーザ定義終点または収束点に到達するまで、遺伝的アルゴリズムの反復は、走らされ、集団は再評価されてもよい（図５Ｃ参照）。
【０１０１】
２つの刺激パターンの交配において、２つの既存パターンは、各々が親となる。２つの既存パターンは、各々がその要素の一部を与えるように交配されて、後に続く子パターンを生み出す。別個親組織間の交配は、均等交配を用いて処理される。均等交配において、子パターン中の１つのパルスが、一方の親から由来する確率は、他のパルスの該確率から独立である。すなわち、複数の交叉点が、２つの親パターンの組み替えに用いられる。全世代中の全パターンは、その子中に代表されることができるが、この交配中で代表されるパターンの確率は、ランダム減衰指数関数分布ビルトを用いて判断されるので、高めに適応している（すなわち、費用関数の値を低減する）パターンは、低めに適応しているパターンよりも、均等交配のために選択される確率が高い。
【０１０２】
図５Ａ〜図５Ｃは、パターンのサンプル集合および最適化進展を示す。図５Ａは、２５個のランダム生成パルス流（「組織」）から成る初期集団のサンプルの図である。各線分
は、２値の「１」に対応し、１秒の長期反復パターンの内、活性刺激が起きる１ミリ秒の間隔を代表する。
【０１０３】
図５Ｂは、（ｉ）先行世代からの最も適応している組織として定義された所定数の生存５０２、（ｉｉ）ランダム生成された所定数の外来パターン５０４、および（ｉｉｉ）点変異５０８を受けても受けていなくてもよい、先行世代中の組織の子パターン５０６から成る後続世代における２５個の組織パターンのセットの図である。
【０１０４】
図５Ｃは、４００の連続世代に亘る適応度スコアのプロットの図である。最高適応度組織５１２、最低適応度組織５１４、および中央適応度組織５１６のためのプロットは、一定周波数等価プロット５１８と共に示されている。図示された最適化は、指定数の世代に亘って、および／または、最高に最適な組織の適応度が向上しなくなるまで、続行する。
【０１０５】
ＳＣＳ最適化および供給は、ＣＰＵ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレット、スマートフォン、または類似の装置などの分離プラットフォームにおけるアルゴリズムとして、実行されてもよい。あるいは、脊髄刺激パルス生成装置の内部で、ソフトウェアとして実行されてもよい。
【０１０６】
本欄の説明は、図１を参照して説明された遺伝的アルゴリズムなどの数学的サーチヒューリスティックを用いて生成された刺激の不規則一時的パターンを備える脊髄刺激（ＳＣＳ）装置をプログラムする遠隔制御器の使用にも、関する。後角中の疼痛処理回路の生体物理学モデルを用いる刺激実験によれば、遺伝的アルゴリズムを用いて生成され、ギャップ、群発、不規則パルス間隔などの特徴を含む不規則一時的パターン（図７Ａおよび図７Ｃ）を用いるＳＣＳは、一定ＩＰＩを用いる等価周波数でのＳＣＳよりも、脳への疼痛の伝達を担当するＷＤＲニューロンの活性を抑制する効能または効率を、高めることができると示唆されている。
【０１０７】
少なくとも１つの実施形態に係るＳＣＳシステムは、ＳＣＳ装置をプログラムする遠隔制御装として提供される。また、少なくとも１つの実施形態に係るＳＣＳ方法は、ＳＣＳ装置をプログラムする遠隔制御装によって提供される。図６Ａは、少なくとも１つの実施形態に係るＳＣＳ装置６５０をプログラムするために用いられる遠隔制御装置の図である。
【０１０８】
図８は、遠隔制御装置６００のブロックダイアグラムである。遠隔制御装置６００は、内部プロセッサ６０２、ユーザインターフェース６０４、およびＳＣＳ装置６５０（図６Ａ〜図６Ｂ）と通信可能な有線または無線の入出力ポート６０６を含む独立型遠隔電子装置として、図８に示される。内部プロセッサ６０２（図８）は、（ｉ）記憶装置６１０にダウンロード、アップロード、記憶することと、（ｉｉ）サーチヒューリスティックを用いる刺激パターン生成のために必要なコンピュータコードおよび他のデータ内容を走らせることと、（ｉｉｉ）ＳＣＳ装置６５０へのこのようなパターンの伝達と、をすることができる。例えば、内部プロセッサ６０２は、一時的パターンの情報を外部コンピュータ／データベースへ送信したり、から受信したりする。刺激パターンは、不規則刺激を供給するＳＣＳ装置が用いてもよく、この場合、不規則刺激は、不均等一時的パターンおよび／または複数の別個周波数の同時に供給される一定刺激の組合せ（図７の例を参照）を含む。内部プロセッサ６０２は、一方、この目的のため、および、図６Ａに示される独立装置の一部として特別注文されることができる。他の実施形態は、コンピュータ、ラップトップコンピュータ、スマートフォン、パーソナルデスクトップアシスタント（personal desktop assistant，ＰＤＡ）、タブレット、または、植込み前後のＳＣＳ装置と遠隔通信および遠隔制御できる他の電子装置におけるプログラムとして実現されてもよい。
【０１０９】
ユーザインターフェース６０４（図８）は、ユーザ入力を受けると共にユーザへデータを表示する。データは、供給されている現行パターンおよび組合せ、ならびに／あるいは、ＷＤＲニューロンの発火率に限らない疼痛の測定生体指標である。また、ユーザインターフェース６０４によって、タッチスクリーン、ボタン、キーボード、音声コマンド、またはこのような他の方法などのビルトインハードウェアインターフェースを通じて、ユーザは、装置によって出力されるサーチヒューリスティックまたは一時的パターンをプログラムすることができる。加えて、ユーザインターフェース６０４によって、ユーザは、装置におけるサーチヒューリスティックをオンおよびオフにトグルで切り替えられたり、供給される一時的パターンまたは周波数の組合せをサーチヒューリスティックが判断するためのパラメータ（例えば、刺激の効能、電力消費効率、副作用）の加重を修正したり、することができてもよい。例えば、図９に示されるように、ユーザインターフェース６０４（図８）を用いて、費用関数Ｊの各パラメータＦとＳとＰとに対する感度を変化させる、上記（式１）中の係数ＡとＢとＣとは調整されてもよい。
【０１１０】
有益には、ユーザインターフェースによって、ユーザは、何れの活性電極接点が一時的パターンおよび／または周波数を供給するものか、設定できる。ＳＣＳ装置６５０または外部システムとの通信は、直接の有線リンクを通じて行われてもよく、ラジオ周波数（radiofrequency；ＲＦ）伝達、ブルートゥース（登録商標）、無線ローカルエリアネットワーク（wireless local area network；ＷＬＡＮ）、または同様のプロトコルを用いる無線を通じて行われてもよい。遠隔制御装置６００は、ＳＣＳ装置６５０へ情報またはプログラミング指令を送信したり、現行刺激パラメータに関してＳＣＳ装置６５０から受信したりしてもよい。現行刺激パラメータは、例えば、１以上の特定の電極接点を通じて供給されているパターン、および、患者の疼痛レベルに対応するニューロン信号などの患者の状態に関する情報である。
【０１１１】
図６Ａは、少なくとも１つの実施形態に係る対象者の刺激標的である神経組織に埋め込まれたＳＣＳ装置６５０の解剖的図でもある。対象は、慢性疼痛または他の症状などの神経疾患に悩まされているかもしれない。図６Ｂは、図６ＡのＳＣＳ装置のブロックダイアグラムである。ＳＣＳ装置６５０は、電気コード６５２と複数の電極６５６のアレイ６５４とを備える。電極６５６は、例示的に５個で示されているが、含まれる電極の数は、何個でもよい。電極アレイ６５４は、図６Ａに示されるように、対象の脊椎６２２の硬膜外スペース６２０中に動作可能に位置付けられる。電極アレイ６５４は、刺激の標的である神経のサイトに、例えば脊髄６２４に沿って、位置付けられる。あるいは、電極アレイ６５４は、標的である神経組織の所望の電気刺激のために、他のどのような箇所に適宜位置付けられてもよい。コード６５２は、複数の線またはリードを含んでもよいので、複数の異なるまたは同じ電気信号が、電極６５６に提供されることができる。
【０１１２】
ＳＣＳ装置６５０は、制御モジュール６６０を含み、コード６５２は、制御モジュール６６０から所望の治療箇所に延伸する。図６Ａに示されるように、ＳＣＳ装置６５０の制御モジュール６６０は、例えばポケット内または専用ポーチ内に、対象によって携帯されてもよい。あるいは、制御モジュール６６０は、腹部内または他の身体部位内に埋め込まれるなど、これに限らないが、対象に適宜埋め込まれてもよい。電気コード６５２は、制御モジュール６６０の出力に動作可能に接続されて、電極アレイ６５４を介して所望対象へ刺激パターンを供給する。
【０１１３】
図６Ｂに示されるように、ＳＣＳ装置６５０の制御モジュール６６０は、ローカル制御器６６２、パルス生成器６６４、電源６６６、入出力装置６７０、およびメモリー記憶装置６７２を含む。ローカル制御器６６２は、例えばメモリー記憶装置６７２に格納されているソフトウェア、ファームウェア、またはその組み合わせを走らせるプロセッサを含んでもよい。制御器６６２は、パルス生成器６６４に動作可能に接続されているので、標的である神経組織へ電気刺激のパターンを印加するための電気信号を生成するパルス生成器を制御することができる。パルス生成器の出力信号は、標的である神経組織での電気刺激のために、電気コード６５２によって電極アレイ６５４へ伝達される。電池などの電源６６６は、ローカル制御器６６２とパルス生成器６６４と他のローカル装置とに必要に応じて電力を供給する。制御モジュール６６０は、任意の適切な通信リンク（例えば、有線リンク、無線リンク、または光通信リンク）によって入出力装置６７０を介して、遠隔制御装置６００と通信してもよい。通信リンクは、電池を充電する機関でもあってもよい。
【０１１４】
臨床医は、埋め込まれたパルス生成器６６４の出力をプログラミングするために、遠隔制御装置６００のユーザインターフェースと情報をやり取りできる。このため、活性な電極、刺激パルスの振幅、刺激パルスの持続時間、刺激パターン（パルス反復周波数を含む）、および各電極６５６を介して適用される類似物などを含む出力をプログラミングできる。患者も、遠隔制御装置６００（図８）のユーザインターフェースと情報をやり取りして、例えば、
患者の経験についてのフィードバック情報を提供することができる。このため、例えば、副作用を経験したか、および、疼痛症状が改善または悪化したか、を含むフィールバック情報を提供することができる。これらの設定は、（ｉ）プログラムされるか、または、臨床医によって別に設定され、（ｉｉ）遠隔制御装置６００の記憶装置６１０またはＳＣＳ装置６５０の制御モジュール６６０のメモリー記憶装置６７２に、格納される。
【０１１５】
最後の一実施形態において、遠隔制御装置６００は、一時的ＳＣＳパターンを判断または受信し、ＳＣＳ装置６５０へ一時的パターンを施すための情報を通信する。ＳＣＳ装置６５０は、対象の標的神経組織へ、電気刺激の処方された一時的パターンを印加する。
【０１１６】
最後の一実施形態において、医者、臨床医、または他の資格を有するユーザは、患者（図６Ａ）へ不規則刺激を供給するために、遠隔制御装置６００を用いてＳＣＳ装置６５０をプログラムしてもよい。不規則刺激は、複数の別個の周波数が組み合わされた不均等一時的パターンを伴う。該組み合わせは、装置に初めにプログラムされたか、または、遺伝的アルゴリズムなどのサーチヒューリスティックを用いて派生されたか、または、組合せ（図７）による刺激効果（効能、効率、副作用）のマップの何れかである。装置の埋め込みと活動とに続いて、ユーザは、上述のように事前にロードされた刺激パラダイムを利用するか、または、一時的パターンまたは周波数の組合せを最適化するビルトインサーチヒューリスティックをトグルで切り替えるか、選択してもよい。この最適化は、上述の（式１）などの費用関数に基づいてもよい。療法の総「費用」（Ｊ）は、効能（Ｆ）、効率（Ｓ）、または副作用（Ｐ）の測定の関数として、改善効能の優先度（Ａ）、刺激効率の優先度（Ｂ）、または副作用の優先度（Ｃ）によって加重される。最後の一実施形態において、内部データベースは、効能と効率と副作用との値の複数の周波数の可能な組み合わせをマップする。マップは、この組み合わせを用いた刺激または他の操作の結果として生じることができる。
【０１１７】
（式１）を参照して、ユーザは、（ｉ）ＡとＢとＣとの絶対値、または、（ｉｉ）スライド式スケール、テンキー、または図９に示されるようなユーザインターフェース上の他の表示機構において、相対的加重（すなわち、ＡとＢとの間の比）を調整してもよい。ＡとＢとＣとの比の設定によって、制御装置６００は、ＡとＢとＣとの仕様値／比のため、または、一時的パターンの一群および周波数の組合せ（患者が切り替えてもよい）のために最適化された所定の不規則刺激パラダイムを備えるＳＣＳ装置６５０をプラグラムしてもよい。閉ループ装置において、比の設定は、ＳＣＳ装置中に搭載されたサーチヒューリスティックを構成するように活動して、所望の費用関数に従う不規則パターンまたは周波数の組合せを生成または最適化してもよい。
【０１１８】
ユーザも、一時的パターンおよび周波数を供給する電極接点を、ユーザインターフェースを用いて判断してもよい。一旦、ユーザがプログラミング（所定の一時的パターンまたは最適化）の完了を指示すると、制御装置６００は、不規則パターンの刺激および可能な最適化を用いて刺激をトグルに切り替えるＳＣＳ装置６５０に、その通信インターフェースを通じて信号を送信する。その後は何時でも、資格を有するユーザは、（ｉ）ユーザインターフェースを通じてシステムを無効化し、最適化アルゴリズムをオンおよびオフにトグルで切り替えたり、（ｉｉ）合理的な制限内で最適化費用関数のパラメータを修正しり、および／または（ｉｉｉ）遠隔制御装置６００および付属画像インターフェースを用いて、ＳＣＳ装置６５０が供給する一時的パターンを変更したり、摺ることができる。加えて、システムは、刺激によって引き起こされる危険状態を示す生体信号を検出すると、（ｉ）予め構成された「安全」パターンのセットへ不実行（defaulting）したり、（ｉｉ）最適化アルゴリズムをオン／オフにトグルで切り替えたり、または、（ｉｉｉ）サーチヒューリスティックを修正（例えば、あるパターンまたは組合せを飛ばす、前のパターンまたは組合せに戻る）したり、することによって、安全無効を処理してもよい。
【０１１９】
図７は、規則的一定周波数パターン７０２と比較して、不均等一時的パターン７０４および複数の周波数のＳＣＳパターン７０６を含む不規則刺激パターンの例のセットの図である。不均等一時的パターン７０４において、単位時間あたりのパルス数は、一定周波数パターン７０２に示されるのと同一であってもよいが、不均等一時的パターンには、ギャップ、群発、および／または不規則パルス間隔などの負荷的特徴があることがあり、ならびに、最適化サーチヒューリスティックを用いて生成または修正されることがある。複数周波数ＳＣＳパターン７０６において、２つ（または、３つ以上）の別個周波数は、同一電極を通じて患者へ同時に供給されてもよく、ユーザ指定された効能と効率と副作用とのパラメータを満たす効果がある所定の組合せを示すように選択された周波数であってもよい。パターン７０６に選択された周波数は、互いに倍数／因数であってもなくてもよい。また、パターン７０２における一定周波数パルス列は、パターン７０６に示される組合せの平均周波数を示しても示さなくてもよい。
【０１２０】
費用関数パラメータである加重係数（Ａ、Ｂ、Ｃ）のユーザ直接入力の一例において、ユーザは、そのセットの値のために最適化されたパターンまたは周波数の組合せに対応する効能と効率と副作用との加重のための生の値を入力する。割り振られたポイントは、ハードの制限（例えば、総ポイントは、９または他の数値などの総数によって制限されウ）によって制約されてもよく、装置によって比に再計算されてもよい。
【０１２１】
図９は、ユーザがスライド式スケールにおいてカーソルを動かして、そのセットの値のために最適化された刺激に対応する効能、効率および副作用の相対的加重を判断するユーザインターフェース画像である。スライド式スケールの設計は、固定（示されるように、または他のように）されても、ユーザによって設定されてもよい。値/比の選択に続いて、遠隔制御装置６００は、サーチヒューリスティック（費用関数、内部データベース）に従って所望の設定に最適化された刺激（不均等パターンまたは周波数の組合せ）を出力できる。ユーザ入力のこれらの例は、全ての可能なＧＵＩ機構またはＧＵＩ設計を、完全に包括するものではない。
【０１２２】
図１０は、少なくとも１つの実施形態に係る方法であって、（ｉ）遠隔制御装置６００などの制御器がＳＣＳ装置６５０などの刺激装置へ所定の不規則一時的パターン／周波数の組合せを供給する方法であり、（ｉｉ）不規則一時的パターンを生成するためおよび／または適切な周波数の組合せを見出すために用いられる最適化サーチヒューリスティックを構成する方法を詳述する詳述する流れ図である。予め構成された不規則パターンおよび／または周波数の組合せは、供給されることができ、最適化されたパターンおよび組合せのためのサーチは、搭載されているサーチアルゴリズムを用いて、実行されることができる。
【０１２３】
方法１０００において、ステップ１００２は、開始一時的パターン、周波数の組合せ、費用関数、およびマップをアップロードすることを含む。ステップ１００４は、効能、効果、および副作用のバランスを設定することを含む。ステップ１００６は、サーチ例えば、少なくとも図１および図５Ａ〜図５Ｃを参照して上述された遺伝的アルゴリズムを開始することによるサーチ）をトグルで切り替えることを含む。
【０１２４】
方法１０００は、サーチがステップ１００６でオンにトグルで切り替えられる場合、ステップ１０１０に続く。方法１０００は、ステップ１０１０において、制御器または刺激装置でサーチアルゴリズムを走らせるまたは開始することを含む。方法１０００は、ステップ１０１２において、制御器は、信号をＳＣＳ装置へ、最適化および組合せについて送信する。ステップ１０１４において、刺激装置は、刺激を供給し、フィードバックのための患者データを提供および／または利用する。サーチが続く場合、方法１０００は、繰り返し、ステップ１０１４からステップ１０１０へ一巡して戻る。
【０１２５】
サーチがステップ１００６でオフにトグルで切り替えられる場合、方法１０００はステップ１０１６に続く。ステップ１０１６において、制御器は、事前に構成されたパターン／組合せを、刺激装置に送信する。ステップ１０２０において、刺激装置は、刺激を供給し、フィードバックのための患者データを提供および／または利用する。フィードバックは、処置が処方または所望されている間中、起きる。
【０１２６】
ユーザまたは図１０中の分岐１０２２の無効をプログラムで指示されたシステムによれば、（ｉ）反復サーチループ（ステップ１０１０、１０１２、１０１４）とステップ１０１２における処置は、遮断されることができ、（ｉｉ）制御は、無効を指示するユーザまたは実行者の行動によって、前段階の何れかに戻ることができる。
【０１２７】
具体的な実施形態および特徴は、図面を参照して説明された。なお、本欄の説明は、実施形態の何れか１つまたは特徴の具体的なセットの何れかに限定されるものではない。類似の実施形態および特徴が想起されてもよいものであり、すなわち、変形および追加が、本欄の説明の範囲および添付の請求項の精神から逸脱することなく、成されてもよいものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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