(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療用神経調節システムであって、
組織内に埋め込まれた複数の電極にそれぞれ結合されるように構成された複数の電気端子と、
規定の電流値を含む変調パラメータセットに従って、前記複数の電気端子間に治療用電気エネルギーを送出するように構成されたアナログ出力回路と、
調整可能なコンプライアンス電圧を前記アナログ出力回路に供給するように構成された電圧調整器と、
前記組織のインピーダンス変化を示す電気パラメータを測定するように構成されたモニタリング回路と、
コンプライアンス電圧較正処理をコンプライアンス電圧調整間隔で自動的に実行するように構成された制御／処理回路と、を備え、
前記コンプライアンス電圧較正処理が、コンプライアンス電圧マージンの関数として調整済コンプライアンス電圧値を定期的に計算するステップを含み、このステップが、
前記モニタリング回路に前記電気パラメータの値を測定するように定期的に命令するステップと、
測定された前記電気パラメータに基づいて電圧降下を求めるステップと、
インピーダンス変化の速度を示す、前記電圧降下のうちの少なくとも２つの電圧降下の関数を計算するステップと、
この計算された関数に基づいて、前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの少なくとも一方を調整するステップと、
前記コンプライアンス電圧を前記調整済コンプライアンス電圧値に調整するように前記電圧調整器に命令するステップと、を含む、ことを特徴とする治療用神経調節システム。
【請求項２】
前記制御／処理回路は、前記アナログ出力回路の電圧降下を測定するように前記モニタリング回路にさらに命令することによって前記コンプライアンス電圧較正処理を自動的に実行し、測定された前記電圧降下に基づいて前記調整済コンプライアンス電圧値を計算するように構成されている、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項３】
前記アナログ出力回路は、前記電気端子間に前記治療用電気エネルギーを送出するように構成された電流ソース及び電流シンクの少なくとも一方を含み、
前記モニタリング回路は、前記電流ソース及び前記電流シンクの前記少なくとも一方の電圧降下を測定するように構成されている、請求項２に記載の治療用神経調節システム。
【請求項４】
前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧と、前記電流ソース及び前記電流シンクの前記少なくとも一方の測定された前記電圧降下との差分に基づいて、前記組織の電圧降下を計算するように構成されている、請求項３に記載の治療用神経調節システム。
【請求項５】
前記複数の電気端子にそれぞれ結合された複数のコンデンサをさらに備え、
前記電流ソース及び前記電流シンクの前記少なくとも一方は、前記コンデンサを介して前記複数の電気端子間に前記治療用電気エネルギーを送出するように構成され、
前記モニタリング回路は、前記コンデンサの電圧降下をモニタするように構成され、
前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧と、前記電流ソース及び前記電流シンクの前記少なくとも一方の測定された前記電圧降下に前記コンデンサの測定された前記電圧降下を加えた合計との差分に基づいて、前記組織の電圧降下を計算するように構成されている、請求項４に記載の治療用神経調節システム。
【請求項６】
前記制御／処理回路は、前記調整済コンプライアンス電圧値を、前記組織の電圧降下と、前記少なくとも１つの電流ソース及び前記少なくとも１つの電流シンクの動作電圧との関数として計算するように構成されている、請求項４に記載の治療用神経調節システム。
【請求項７】
前記関数は、前記組織の電圧降下と、前記少なくとも１つの電流ソース及び前記少なくとも１つの電流シンクの動作電圧と、前記コンプライアンス電圧マージンとの合計である、請求項６に記載の治療用神経調節システム。
【請求項８】
前記コンプライアンス電圧マージンは、前記組織の電圧降下のパーセンテージである、請求項７に記載の治療用神経調節システム。
【請求項９】
制御／処理回路は、前記電流ソース及び前記電流シンクの前記少なくとも一方の前記電圧降下が閾値を満たす基準値まで前記コンプライアンス電圧を増分的に変化させるように前記電圧調整器に命令し、前記基準値に基づいて前記調整済コンプライアンス電圧値を計算するように構成されている、請求項３に記載の治療用神経調節システム。
【請求項１０】
前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧較正処理中に、前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの少なくとも一方を自動的に調整するように構成されている、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項１１】
前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方は、前記コンプライアンス電圧調整間隔を含む、請求項１０に記載の治療用神経調節システム。
【請求項１２】
前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧較正処理中に前記コンプライアンス電圧調整間隔を増加させるように構成されている、請求項１１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項１３】
前記コンプライアンス電圧調整間隔は、０〜２０分の範囲内の値から２０分を上回る範囲の値に調整される、請求項１２に記載の治療用神経調節システム。
【請求項１４】
前記コンプライアンス電圧調整間隔は、２０〜６０分の範囲内の値から６０分を上回る範囲の値に調整される、請求項１２に記載の治療用神経調節システム。
【請求項１５】
前記コンプライアンス電圧調整間隔は、６０分〜１日の範囲内の値から１日を上回る範囲の値に調整される、請求項１２に記載の治療用神経調節システム。
【請求項１６】
前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方は、前記コンプライアンス電圧マージンを含む、請求項１０に記載の治療用神経調節システム。
【請求項１７】
前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧較正処理中に前記コンプライアンス電圧マージンを減少させるように構成されている、請求項１６に記載の治療用神経調節システム。
【請求項１８】
前記コンプライアンス電圧マージンは、電圧降下パーセンテージである、請求項１７に記載の治療用神経調節システム。
【請求項１９】
前記電圧降下パーセンテージは、１０％を上回る範囲内の値から１０％を下回る値に調整される、請求項１８に記載の治療用神経調節システム。
【請求項２０】
前記電圧降下パーセンテージは、５％〜１０％の範囲内の値から２％を下回る値に調整される、請求項１８に記載の治療用神経調節システム。
【請求項２１】
前記電圧降下パーセンテージは、１％〜２％の範囲内の値から１％を下回る値に調整される、請求項１８に記載の治療用神経調節システム。
【請求項２２】
前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を所定のタイムスケジュールに従って調整するように構成されている、請求項１０に記載の治療用神経調節システム。
【請求項２３】
前記制御／処理回路は、求められた前記電圧降下に前記コンプライアンス電圧マージンを適用することによって前記調整済コンプライアンス電圧値を計算するように構成されている、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項２４】
測定される前記電気パラメータは、前記アナログ出力回路における少なくとも１つのコンポーネントの電圧降下である、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項２５】
計算される前記関数は、２つの連続するコンプライアンス電圧調整間隔において求められる前記電圧降下の差分である、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項２６】
計算される前記関数は、複数の連続するコンプライアンス電圧調整間隔間で求められる電圧降下差分の平均値である、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項２７】
求められる前記電圧降下は、前記組織の電圧降下である、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項２８】
求められる前記電圧降下は、前記コンプライアンス電圧である、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項２９】
前記制御／処理回路は、計算された前記関数を第１の閾値と比較し、前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を前記比較に基づいて調整するように構成されている、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項３０】
前記制御／処理回路は、計算された前記関数が前記第１の閾値を満たす場合にのみ、前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を調整するように構成されている、請求項２９に記載の治療用神経調節システム。
【請求項３１】
前記制御／処理回路は、前記電圧降下のうちの少なくとも別の２つの電圧降下の別の関数を計算し、前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を、計算された前記別の関数に基づいて調整するように構成されている、請求項２９に記載の治療用神経調節システム。
【請求項３２】
前記制御／処理回路は、計算された前記別の関数を前記第１の閾値とは異なる第２の閾値と更に比較し、この比較に基づいて前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を再調整するように構成されている、請求項３１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項３３】
前記制御／処理回路は、計算された前記別の関数が前記第２の閾値を満たす場合にのみ、前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を再調整するように構成されている、請求項３２に記載の治療用神経調節システム。
【請求項３４】
前記制御／処理回路は、前記関数が前記第１の閾値以下である場合、前記コンプライアンス電圧調整間隔のうちの少なくとも１つを増加させ、及び／又は前記コンプライアンス電圧マージンを減少させるように構成されている、請求項２９に記載の治療用神経調節システム。
【請求項３５】
前記アナログ出力回路は、連続する治療期間にわたって前記変調パラメータセットを変更することなく前記複数の電気端子間に前記治療用電気エネルギーを送出するように構成されており、
前記制御／処理回路は、前記連続する治療期間中に定期的な前記コンプライアンス電圧較正処理を実行するように構成されている、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項３６】
前記制御／処理回路は、前記アナログ出力回路による前記治療用電気エネルギーの送出が変更されていない変調パラメータセットに従って開始される度に、定期的な前記コンプライアンス電圧較正処理を開始するように構成されている、請求項３５に記載の治療用神経調節システム。
【請求項３７】
前記規定の電流値は、ユーザプログラム可能である、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項３８】
送出される前記治療用電気エネルギーは、電気パルス列を含む、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項３９】
前記電圧調整器が結合された電池をさらに備えている、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項４０】
前記複数の電気端子と、前記アナログ出力回路と、前記電圧調整器と、前記制御／処理回路とを収容するハウジングをさらに備えている、請求項１に記載の治療用神経調節システム。
【請求項４１】
治療用神経調節システムにより実行されることにより、
アナログ出力回路を用いて、組織内に埋め込まれた複数の電極間に電気エネルギーを送出するステップと、
電圧調整器を用いて、調整可能なコンプライアンス電圧を前記アナログ出力回路に供給するステップと、
コンプライアンス電圧マージンの関数として調整済コンプライアンス電圧値をコンプライアンス電圧調整間隔で定期的に計算するステップであって、このステップが、
モニタリング回路に前記組織のインピーダンス変化を示す電気パラメータの値を測定するように定期的に命令するステップと、
測定された前記電気パラメータに基づいて電圧降下を求めるステップと、
インピーダンス変化の速度を示す、前記電圧降下のうちの少なくとも２つの電圧降下の関数を計算するステップと、
この計算された関数に基づいて、前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの少なくとも一方を調整するステップと、
前記コンプライアンス電圧を前記調整済コンプライアンス電圧値に調整するステップと、を含むステップ、とが実行される、ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組織調節システムに関し、具体的には、プログラム可能な神経調節システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
埋込み型神経調節システムは、幅広い種類の病気及び疾患に効果的であることが証明されている。ペースメーカ及び埋込み型除細動器（ＩＣＤ）は、いくつかの心臓疾患（例えば、不整脈）の治療において非常に有効であることが証明されている。脊髄刺激（ＳＣＳ）システムは、長い間慢性疼痛症候群の治療法として認められており、組織刺激の使用は、狭心症及び失禁などのさらなる用途に広がり始めている。脳深部刺激（ＤＢＳ）も、１０年をはるかに超えて難治性慢性疼痛症候群の治療に適用されており、近年では、運動障害及びてんかんなどのさらなる分野にも適用されている。さらに、最近の研究では、慢性疼痛症候群及び失禁の治療において末梢神経刺激（ＰＮＳ）システムが有効性を示しており、現在のところいくつかのさらなる応用が研究中である。さらに、脊髄損傷患者の麻痺した四肢の何らかの機能を回復させるために機能的電気刺激（ＦＥＳ）システムが適用されている。
【０００３】
通常、これらの埋込み型神経調節システムの各々は、所望の調節部位に埋め込まれた少なくとも１つの神経調節リードと、調節部位から離れて埋め込まれ、（単複の）神経調節リードに直接、又は１又は２以上のリード延長部を介して（単複の）神経調節リードに間接的に結合された埋込み型パルス発生器（ＩＰＧ）などの神経調節機器とを含む。従って、神経調節機器から（単複の）神経調節リード上の電極に電気パルスを送出して、変調パラメータセットに従って一定量の組織を調節し、患者に所望の効果的な治療を行うことができる。神経調節システムは、選択された変調パラメータに従って電気変調パルスを生成するように神経調節器に遠隔的に指示するハンドヘルド式遠隔制御装置（ＲＣ）をさらに含むことができる。ＲＣ自体は、患者の世話をする技術者が、例えば、典型的にはプログラミングソフトウェアパッケージをインストールしたラップトップなどの汎用コンピュータを含む臨床医プログラマ（ＣＰ）を用いてプログラムすることができる。
【０００４】
電気変調エネルギーは、神経調節機器から電極に電気パルス波形の形で送出することができる。従って、電気変調エネルギーを制御可能な形で電極に送出して神経組織を調節することができる。標的組織に電気パルスを送出するために使用される電極の構成は、電極を陽極（正）、陰極（負）、又はオフ（ゼロ）のままとして作用するように選択的にプログラムできる電極構成を構成する。換言すれば、電極構成は、正、負又はゼロの極性を示す。制御又は変更できる他のパラメータとしては、電極アレイを通じて提供される電気パルスの振幅、幅及び速度が挙げられる。各電極構成は、電気パルスパラメータと共に「変調パラメータセット」と呼ぶことができる。
【０００５】
いくつかの神経調節システム、特に電流源又は電圧源が単独で制御されるシステムでは、（電極として作用できる神経調節機器のケースを含む）電極間における治療電流の配分を、数多くの異なる電極構成を介して電流が供給されるように変化させることができる。異なる構成では、電極が、異なる正と負の相対的割合で電流又は電圧を供給して、異なる電流配分（すなわち、分割電極構成）を生じることができる。
【０００６】
本発明にさらに関連して、神経調節機器は、電極との間で治療電流の供給／受け取りを行うように構成された１又は２以上の電流ソース／シンクを含むことができる。例えば、図１に示すように、一般に負荷抵抗Ｒとして例示される組織に電気エネルギーを送出するために使用される基本出力電流ソース１及び対応する出力電流シンク２について説明する。出力電流ソース１は、電流発生器３、デジタル−アナログ回路（ＤＡＣ）４、及び選択トランジスタ５を含む。同様に、出力電流シンク２は、電流発生器６、ＤＡＣ７、及び選択トランジスタ８を含む。
【０００７】
電流発生器３、６の各々は、各々が基準電流Ｉrefを発生するように構成されたトランジスタＭ１、Ｍ３を含む。ＤＡＣ４、７の各々は、並列数ＮのトランジスタＭ２、Ｍ４を用いて基準電流Ｉrefをスケール調整するように構成される。トランジスタＭ１／Ｍ３及びトランジスタＭ２／Ｍ４の各々は、電流ミラーと見なすことができると理解されたい。出力電流ソース１におけるトランジスタＭ１、Ｍ３はＰ型トランジスタであり、従ってＤＡＣ４はＰＤＡＣと見なすことができ、同様に出力電流ソース１はＰＤＡＣ回路と見なすことができる。一方、出力電流シンク２におけるトランジスタＭ２、Ｍ４はＮ型トランジスタであり、従ってＤＡＣ７はＮＤＡＣと見なすことができ、同様に出力電流シンク２はＮＤＡＣ回路と見なすことができる。トランジスタの物理的特性を完全に説明しなくても、当業者であれば、出力電流ソース１が正電圧（Ｖ＋、本明細書では「コンプライアンス電圧」と呼ぶ）に結び付き、出力電流シンク２が接地などの負電圧に結び付くと考えれば、このような極性のトランジスタの使用が合理的であると認識するであろう。本明細書で使用する「接地電圧」は、コンプライアンス電圧に対するあらゆる基準電圧として理解されたい。
【０００８】
選択トランジスタ５、８の各々は、デジタル信号の入力に応答してそれぞれのＤＡＣ４、７において活性化すべき出力段Ｍ２、Ｍ４の数を選択する。従って、ＤＡＣ４は、選択された数ｊによって基準電流Ｉrefをスケール調整して、ｊ＊Ｉrefに等しい出力電流Ｉoutを電極Ｅxに供給（ｓｏｕｒｃｅ）することができ、ＤＡＣ７は、選択された数ｋによって選択トランジスタ５をスケール調整して、Ｋ＊Ｉrefに等しい入力電流Ｉinを電極Ｅyから吸い込む（ｓｉｎｋ）ことができる。従って、出力電流ソース１及び出力電流シンク２は、一般に選択トランジスタ５、８によってそれぞれ出力電流Ｉout及び入力電流Ｉinを生成するようにデジタル制御が可能である。電極Ｅx、Ｅyが、神経刺激器によって利用される唯一の電極である場合、Ｅxにおける電流Ｉoutは、Ｅyにおける電流Ｉinに等しい。しかしながら、通常は２つよりも多くの電極を使用することができ、この場合には、特定の電極に供給される出力電流が、別の電極に吸い込まれる出力電流に等しくないこともある。いずれにせよ、いずれかの数の電極によって供給される出力電流Ｉoutの和は、いずれかの数の電極に吸い込まれる入力電流Ｉinの和に等しい。
【０００９】
上述したように、通常、神経調節器は、複数の電極と共に動作し、様々な電流ソース及びシンクを、特定の患者を治療するのに有効ないずれかの特定の電極に対して電流の供給又は吸い込みを行うように制御することができる。神経調節機器では、異なる出力ソース／シンクアーキテクチャを使用することができる。例えば、米国特許第６，１８１，９９６号に記載されているように、各電極を専用のＰＤＡＣ／ＮＤＡＣ回路に結合して、電極が電流ソース又は電流シンクのいずれとしても動作できるようにすることができる。別の例として、米国特許第６，５１６，２２７号に記載されているように、低インピーダンススイッチングマトリクスを介してＰＤＡＣ／ＮＤＡＣ回路を電極のいずれかに選択的に結合することもできる。さらに別の例として、様々な電極に貢献する離散的なＰＤＡＣ及びＮＤＡＣブロックを使用する代わりに、米国特許第８，６０６，３６２号に記載されているように、ＰＤＡＣ及びＮＤＡＣ回路を効果的に分散させることにより、多くの電流ミラーのいずれかを電極のいずれかに結合することもできる。
【００１０】
これらの全ては、使用する電流ソース／シンクアーキテクチャに関わらず、一般的に同様の電流出力経路特性を有する。すなわち、図１を参照すると、各アーキテクチャにおける電流出力経路は、最低でも、電流ソース出力トランジスタ（又は電流利得が同等の場合には複数のトランジスタ）３と、（単複の）電流ソーストランジスタ３の流れを制御する選択トランジスタ５と、負荷抵抗Ｒと、電流シンクトランジスタ（又は電流利得が同等の場合には複数のトランジスタ）６と、電流シンクトランジスタ６の流れを制御する選択トランジスタ７とを含む。これらの各要素は何らかの抵抗を有し、従って負荷抵抗Ｒを電流が流れる際には、これらの要素において若干量のコンプライアンス電圧Ｖ＋が低下する。具体的には、（単複の）電流ソーストランジスタ３及び選択トランジスタ４のドレイン−ソース間電圧降下をＶDS1とし、（単複の）電流シンクトランジスタ６及び選択トランジスタ７のドレイン−ソース間電圧降下をＶDS2とし、負荷抵抗Ｒの電圧降下をＶRとした場合、コンプライアンス電圧Ｖ＋は、ＶDS1＋ＶR＋ＶDS2に等しい。
【００１１】
Ｍ１／Ｍ３及びＭ２／Ｍ４の電流ミラーでは、トランジスタのチャネルが図２に示すような「ピンチオフ」状態になるように、トランジスタＭ１及びＭ２が飽和モードで動作する必要があると理解されたい。飽和モード時には、出力電流ＩoutはトランジスタＭ１又はＭ２のゲート電圧に比例するが、一次まで（ｔｏ  ｔｈｅ  ｆｉｒｓｔ  ｏｒｄｅｒ）ドレイン電圧に依存しない。しかしながら、トランジスタＭ１及びＭ２を飽和モードに維持するために、トランジスタ毎に一定のドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを満たす必要がある。
【００１２】
このことは、図１の出力電流回路の文脈において、回路がコンプライアンス電圧Ｖ＋の範囲にわたって正しく動作できることを意味する。例えば、患者に適した治療において、電極ＥxとＥyの間をＩout＝５ｍＡの電流が通過すべきであることが示唆されていると仮定する。さらに、負荷抵抗Ｒが８００オームに等しいと仮定する。５ｍＡの電流が負荷抵抗Ｒを通過すると、抵抗負荷Ｒに電圧ＶR＝４Ｖが生じる（Ｖ＝Ｉ＊Ｒ）。単純にするために、選択トランジスタ４、７の効果を含めた時には、出力トランジスタＭ１及びＭ２を飽和状態に保つための最小ドレイン−ソース間電圧が１Ｖに等しいと仮定する。実際の値は異なることもできるが、説明を容易にするためにに１Ｖとして選択する。この電流を供給するには、少なくとも６Ｖの最低コンプライアンス電圧Ｖ＋が必要であり、Ｖ＋＜６Ｖの場合、回路は所望の量の電流をもたらすことができない。
【００１３】
適正量の電流をもたらしながらコンプライアンス電圧Ｖ＋を６Ｖより高くすることもできる。例えば、同じ例についてコンプライアンス電圧Ｖ＋が８Ｖであると仮定する。この場合、回路は、依然として５ｍＡの電流を供給することができ、この電流において（変化しない）負荷は依然として４Ｖ降下する。すなわち、残りのコンプライアンス電圧は、出力トランジスタＭ１及びＭ２、並びに関連する選択トランジスタ４、７において、例えばソースとシンクが一致する場合には２Ｖ降下しなければならない。
【００１４】
しかしながら、この例の回路を８Ｖのコンプライアンス電圧で動作させるのは効率的でない。回路性能は、６Ｖと８Ｖの両方において同じであり、すなわちいずれも５ｍＡの電流を生じることができる。６Ｖでは、３０ｍＷの電力（Ｐ＝Ｉ＊Ｖ）しか引き出されず、８Ｖでは、４０ｍＷの電力が引き出される。換言すれば、出力トランジスタＭ１、Ｍ２及びその選択トランジスタ４、７において１０ｍＷの電力が不必要に降下する。電池又は外部充電源のいずれかによって供給されるエネルギー源を必要とするＩＰＧなどの埋込み型医療機器の文脈では、この無駄な電力がもったいない。従って、不必要に電池を消耗してＩＰＧを機能停止に陥れ、又は患者が頻繁に電池を充電することを不必要に必要とする回路動作を最小限に抑えることが重要である。
【００１５】
残念ながら、コンプライアンス電圧を最適レベルに設計することは困難である。電力節約という有利な点から見た最適なコンプライアンス電圧は、活性化される電極、所与の患者の効果的な治療に必要な電流振幅、及び患者の肉体の抵抗力に応じて変化しやすい。従って、先行技術の神経調節システムにおいては、プログラムされた電流振幅又は電極の組み合わせがユーザによって変更される度にコンプライアンス電圧を調整する機構が設計されてきた。理論的には、組織環境の潜在的変化を補償するようにコンプライアンス電圧を急速に（例えば毎分）調整することにより、これらの組織のインピーダンス変化に応答して電流ソース／シンク回路がプログラムされた振幅の電流を供給するように正しく機能し続けることを保証することはできるが、コンプライアンス電圧調整には高出力ドレインのバーストが必要であり、かなりの量のエネルギーを消費する可能性がある。従って、コンプライアンス電圧調整を実行しすぎると、エネルギーが無駄になる。極端な例では、コンプライアンス電圧調整を絶えず行うと、システムの消費電力が高くなるだけでなく、ＩＰＧが他のタスクを実行できなくなる。従って、絶えずコンプライアンス電圧調整を行う必要なく、送達治療にも支障を来さないように、調整したコンプライアンス電圧に一定のコンプライアンス電圧マージン（例えば１２％）を盛り込む。
【００１６】
当然ながら、このコンプライアンス電圧マージンは無駄なエネルギーを意味し、組織環境が一定期間にわたって安定している場合には、コンプライアンスマージンが不必要に大きすぎる場合もある。ＳＣＳなどのいくつかの治療用途の文脈では、組織インピーダンスの変化が、振幅及び／又は電極の組み合わせの、従ってコンプライアンス電圧の調整頻度に比べてかなり遅い。従って、コンプライアンス電圧調整間における組織インピーダンスの変化を補償するには、１２％などの適度なコンプライアンス電圧マージンで十分である。
【００１７】
一方で、ＤＢＳなどの他の治療用途では、組織（ＤＢＳの場合には脳組織）のインピーダンスが長期及び短期の両方にわたって大きく変化することが判明している。特に、動物実験及び限られた人体実験からは、脳組織インピーダンスが長期間及び短期間中に大きく変化する傾向にあることを示唆するいくつかのＤＢＳインピーダンスデータセットが得られている。
【００１８】
例えば、図３に示すように、神経調節リードから測定した脳組織の組織インピーダンスは、最初の４週間の埋め込み中に急速に増加（この例では約４０％）し、埋め込み後の次の８週間中に徐々に減少（この例では約−４０％）し、その後に安定することが実証されている。埋め込み後にコンプライアンス電圧が変化しないままであれば、埋め込み後２週間から、コンプライアンス電圧が十分であるレベルにインピーダンスが降下するまで、（コンプライアンス下で）治療に大きな影響が及んでしまう。たとえこの期間中に振幅及び／又は電極の組み合わせ、従ってコンプライアンス電圧を少なくとも一回調整することにより、長期にわたるインピーダンスの変化を少なくとも部分的に補償した場合でも、組織インピーダンスが安定している時には、高コンプライアンス電圧をもたらすコンプライアンス電圧マージンが比較的大きくなることにより、不必要にエネルギーが無駄になる。
【００１９】
図４に示すように、神経調節リードから測定した脳組織の組織インピーダンスは、最初の１０分の電気エネルギー送出中に基準レベルからピークまで急速に増加し（この例では、約３０％）、次の１０分の電気エネルギー送出中に急速に減少し（この例では、約−３０％）、次の４０分間に徐々に減少し（この例では約−１５％）、その後に安定することが実証されている。最初の６０分の治療中に、或いは少なくともコンプライアンス電圧調整がインピーダンス変化を効果的に補償できる速度で振幅値又は電極の組み合わせが調整される可能性は低いので、治療は、最初の２０分間（組織インピーダンスがピークまで急速に増加し、基準レベルまで急速に減少している間）に大きく制限され、残りの治療セッション（組織インピーダンスが基準レベルからの次第に低下している間）にわたってかなりのエネルギーが無駄になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】米国特許第６，１８１，９９６号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５１６，２２７号明細書
【特許文献３】米国特許第８，６０６，３６２号明細書
【特許文献４】米国特許第６，８９５，２８０号明細書
【特許文献５】米国特許第８，０１９，４３９号明細書
【特許文献６】米国特許第７，６５０，１８４号明細書
【特許文献７】米国特許第６，５１６，２２７号明細書
【特許文献８】米国特許第６，９９３，３８４号明細書
【特許文献９】米国特許第６，１８１，９９６号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，５１６，２２７号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第１１／１７７，５０３号明細書
【特許文献１２】米国特許第６，５１６，２２７号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００３／０１３９７８１号明細書
【特許文献１４】米国特許第７，５３９，５３８号明細書
【特許文献１５】米国特許第８，１７５，７１９号明細書
【特許文献１６】米国特許第８，１７５，７１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述の内容から、定電流を送出するように設計された神経調節機器のコンプライアンス電圧を効果的かつ効率的に調整する改善された技術が必要とされていると理解することができる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の第１の態様によれば、治療用神経調節システムが提供される。この神経調節システムは、組織内に埋め込まれた複数の電極にそれぞれ結合されるように構成された複数の電気端子と、規定の電流値（例えばユーザがプログラムした値）を含む変調パラメータセットに従って、複数の電気端子間に治療用電気エネルギー（例えば電気パルス列）を送出するように構成されたアナログ出力回路と、アナログ出力回路に調整可能なコンプライアンス電圧を供給するように構成された電圧調整器とを含む。この神経調節システムは、電圧調整器が結合された電池を任意に含む。
【００２３】
１つの実施形態では、アナログ出力回路が、電気端子間に治療用電気エネルギーを送出するように構成された電流ソース及び／又は電流シンクを含む。神経調節システムは、複数の電気端子にそれぞれ結合された複数の結合コンデンサをさらに含むことができ、この場合、電流ソース及び／又は電流シンクは、コンデンサを介して複数の電気端子間に治療用電気エネルギーを送出するように構成することができる。
【００２４】
神経調節システムは、コンプライアンス電圧マージンの関数として調整済コンプライアンス電圧値を定期的に計算することにより、コンプライアンス電圧較正処理をコンプライアンス電圧調整間隔で自動的に実行し、電圧調整器に、コンプライアンス電圧を調整済コンプライアンス電圧値に調整するように命令するよう構成された制御／処理回路をさらに含む。コンプライアンス電圧較正処理は、アナログ出力回路が、連続する治療期間にわたって変調パラメータセットを変更することなく複数の電気端子間に治療用電気エネルギーを送出する際に実行することができる。コンプライアンス電圧較正処理は、アナログ出力回路による電気エネルギーの送出が不変の変調パラメータセットに従って開始される度に開始することができる。
【００２５】
神経調節システムは、アナログ出力回路における（例えば、電流ソース及び／又は電流シンクの、コンデンサの）電圧降下を測定するように構成されたモニタリング回路をさらに含むことができる。この場合、制御／処理回路は、測定された電圧降下に基づいて調整済コンプライアンス電圧値を計算するように構成することができる。例えば、制御／処理回路は、コンプライアンス電圧と、測定された電流ソース及び／又は電流シンクの電圧降下との間の差分に基づいて組織の電圧降下を計算するように構成することができる。或いは、制御／処理回路は、コンプライアンス電圧と、測定された電流ソース及び／又は電流シンクの電圧降下に測定されたコンデンサの電圧降下を加えた合計との差分に基づいて組織の電圧降下を計算するように構成することもできる。
【００２６】
１つの実施形態では、制御／処理回路を、組織の電圧降下、並びに少なくとも１つの電流ソース及び少なくとも１つの電流シンクの動作電圧の関数として調整済コンプライアンス電圧値を計算するように構成することができる。この関数は、組織の電圧降下と、少なくとも１つの電流ソース及び少なくとも１つの電流シンクの動作電圧と、コンプライアンス電圧との合計とすることができる。この場合、コンプライアンス電圧マージンは、組織の電圧降下のパーセンテージとすることができる。
【００２７】
別の実施形態では、制御／処理回路を、電流ソース及び電流シンクの少なくとも一方の電圧降下が閾値を満たす基準値までコンプライアンス電圧を増分的に変化させるように電圧調整器に命令し、この基準値に基づいて調整済コンプライアンス電圧を計算するように構成することができる。
【００２８】
任意の実施形態では、制御／処理回路を、コンプライアンス電圧較正処理中にコンプライアンス電圧調整間隔及び／又はコンプライアンス電圧マージンを自動的に調整するようにさらに構成することができる。通常、コンプライアンス電圧調整間隔は、コンプライアンス電圧較正処理にわたって増加する。例えば、コンプライアンス電圧調整間隔は、０〜２０分の範囲内の値から２０分を上回る範囲の値に調整することができる。或いは、コンプライアンス電圧調整間隔は、２０〜６０分の範囲内の値から６０分を上回る範囲内の値に調整することもできる。或いは、コンプライアンス電圧調整間隔は、６０分〜１日までの範囲内の値から１日を上回る範囲内に調整することができる。通常、電圧降下のパーセンテージとすることができるコンプライアンス電圧マージンは、コンプライアンス電圧較正処理にわたって減少する。例えば、電圧降下は、１０％を上回る範囲内の値から１０％を下回る値に調整することができる。或いは、電圧降下のパーセンテージは、５％〜１０％の範囲内の値から２％を下回る値に調整することができる。或いは、電圧降下のパーセンテージは、１％〜２％の範囲の値から１％を下回る値に調整することができる。
【００２９】
制御／処理回路は、コンプライアンス電圧調整間隔及び／又はコンプライアンス電圧マージンに自動的に調整を行うために、モニタリング回路に、組織のインピーダンスの変化を示す電気パラメータデータ（例えば、アナログ出力回路の少なくとも１つのコンポーネントの電圧降下）を測定し、測定された電気パラメータに基づいて電圧降下（例えば、組織の電圧降下、コンプライアンス電圧）を求めるように定期的に命令するようさらに構成することができる。
【００３０】
制御／処理回路は、求められた電圧降下のうちの少なくとも２つの電圧降下の関数を計算し、計算された関数に基づいてコンプライアンス電圧調整間隔及び／又はコンプライアンス電圧マージンを調整するようにさらに構成することができる。例えば、計算される関数は、２つの連続するコンプライアンス電圧調整間隔において求められた電圧降下の差分とすることができる。或いは、計算される関数は、複数の連続するコンプライアンス電圧調整間隔間で求められた電圧降下の差分の平均値とすることもできる。制御／処理回路は、計算された関数を第１の閾値と比較し、この比較に基づいてコンプライアンス電圧調整間隔及び／又はコンプライアンス電圧マージンを調整するようにさらに構成することができる。コンプライアンス電圧調整間隔及び／又はコンプライアンス電圧マージンは、計算された関数が第１の閾値を満たす（又は第１の閾値よりも降下する）場合にのみ調整することができる。
【００３１】
上記と同様に、制御／処理回路は、電圧降下のうちの少なくとも別の２つの電圧降下の別の関数を計算し、コンプライアンス電圧間隔及びコンプライアンス電圧マージンの少なくとも一方を、他方の計算された関数に基づいて調整するように構成することもできる。同様に、この他方の計算された関数を、第１の閾値とは異なる第２の閾値と比較することができる。制御／処理回路は、他方の比較に基づいてコンプライアンス電圧調整間隔及び／又はコンプライアンス電圧マージンを再調整するようにさらに構成することができる。コンプライアンス電圧調整間隔及び／又はコンプライアンス電圧マージンは、計算された他方の関数が第２の閾値を満たす（又は第２の閾値よりも降下する）場合にのみ再調整することができる。
【００３２】
別の実施形態では、制御／処理回路を、定期的な電圧降下の測定に基づいてコンプライアンス電圧調整間隔及び／又はコンプライアンス電圧マージンを動的に調整するのではなく、所定のタイムスケジュールに従ってコンプライアンス電圧調整間隔及びコンプライアンス電圧マージンの少なくとも一方を調整するように構成することができる。
【００３３】
神経調節システムは、複数の電気端子、変調出力回路、電圧調整器及び制御／処理回路を収容するハウジングをさらに含むことができる。
【００３４】
本発明の第２の態様によれば、神経調節システムが、組織内に埋め込まれた複数の電極にそれぞれ結合されるように構成された複数の電気端子と、規定の電流値（例えばユーザがプログラムした値）を含む変調パラメータセットに従って、複数の電気端子間に治療用電気エネルギーを送出するように構成されたアナログ出力回路と、アナログ出力回路に調整可能なコンプライアンス電圧を供給するように構成された電圧調整器とを含む。神経調節システムは、コンプライアンス電圧マージンの関数としての調整済コンプライアンス電圧値を定期的に計算することにより、コンプライアンス電圧較正処理をコンプライアンス電圧調整間隔で自動的に実行し、コンプライアンス電圧を調整済コンプライアンス電圧値に調整するように電圧調整器に命令し、電圧コンプライアンス較正処理中にコンプライアンス電圧調整間隔及びコンプライアンス電圧マージンの少なくとも一方を調整するように構成された制御／処理回路をさらに含む。
【００３５】
コンプライアンス電圧調整は、上述したように自動的に実行することも、或いはユーザ入力に応答して手動で実行することもできる。コンプライアンス電圧調整間隔及び／又はコンプライアンス電圧マージンの調整は、上述した方法と同じ方法で実行することができる。
【００３６】
本発明を限定するのではなく例示するように意図された以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読むことにより、本発明の他のさらなる態様及び特徴が明らかになるであろう。
【００３７】
同様の要素を共通の参照番号で示す図面に、本発明の好ましい実施形態の設計及び有用性を示す。本発明の上述の及びその他の利点及び目的がどのようにして達成されるかをより良く理解するために、添付図面に示す本発明の特定の実施形態を参照することにより、上記で概説した本発明を具体的に説明する。これらの図面は本発明の代表的な実施形態を示すものにすぎず、従って本発明の範囲を限定すると考えるべきではないという理解の下、添付図面を用いて本発明をさらなる特異性及び詳細と共に記述し説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】治療用神経調節システムで使用される、組織負荷抵抗に電流を送出するための先行技術の電流ソース／シンク回路の回路図である。
【図２】図１の先行技術の電流ソース／シンク回路で使用される電界効果トランジスタの電流及び電圧特性の平面図である。
【図３】脳組織に埋め込まれた神経調節リードによって測定された典型的な長期的組織インピーダンスのプロットである。
【図４】脳組織に埋め込まれた活性神経調節リードによって測定された、組織が示す典型的な正規化した短期的インピーダンスのプロットである。
【図５】本発明の１つの実施形態によって構成されるＤＢＳシステムの平面図である。
【図６】図５のＤＢＳシステムにおいて使用する埋込み型パルス発生器（ＩＰＧ）及び神経調節リードの輪郭図である。
【図７】患者と共に使用中の図５のＤＢＳシステムの平面図である。
【図８】コンプライアンス電圧較正処理中に図３のＤＢＳシステムによって行われるコンプライアンス電圧マージン及びコンプライアンス電圧調整間隔の動的調整を示すタイミング図である。
【図９】図６のＩＰＧの内部コンポーネントのブロック図である。
【図１０】図９のＩＰＧにおいて使用する電流ソース／シンク回路を示すブロック図である。
【図１１ａ】図６のＩＰＧによって実行される、コンプライアンス電圧を定期的に調整する１つの方法を経時的に示すフロー図である。
【図１１ｂ】図６のＩＰＧによって実行される、コンプライアンス電圧を定期的に調整する１つの方法を経時的に示すフロー図である。
【図１１ｃ】図６のＩＰＧによって実行される、コンプライアンス電圧を定期的に調整する１つの方法を経時的に示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下の説明は、脳深部刺激（ＤＢＳ）システムに関する。しかしながら、本発明は、ＤＢＳの用途に特に向いているが、本発明の幅広い態様ではそのように限定されないと理解されたい。むしろ、本発明は、組織を刺激するために使用されるあらゆるタイプの埋込み型電気回路と共に使用することができる。例えば、本発明は、ペースメーカ、除細動器、蝸牛刺激器、網膜刺激器、協働四肢運動を生じるように構成された刺激器、皮膚刺激器、脊髄刺激器、末梢神経刺激器、超小型刺激器の一部として、或いは尿失禁、睡眠時無呼吸、肩関節亜脱臼、頭痛などを治療するように構成された他のあらゆる神経刺激器において使用することができる。また、治療の説明は、神経組織が刺激されるという点で閾値以上のものであるが、本発明は閾値以下の治療にも適していると理解されたい。
【００４０】
まず図５を参照すると、例示的なＤＢＳシステム１０が、一般に、少なくとも１つ（この例では２つ）の埋込み型神経調節リード１２と、埋込み型パルス発生器（ＩＰＧ）１４の形の神経刺激器と、外部遠隔制御装置（ＲＣ）１６と、臨床医プログラマ（ＣＰ）１８と、外部試験刺激器（ＥＴＳ）２０と、外部充電器２２とを含む。
【００４１】
ＩＰＧ１４は、アレイ状に配置された複数の電極２６を支持する神経刺激リード１２に１又は２以上の経皮リード延長部２４を介して物理的に接続される。図示の実施形態では、神経刺激リード１２が経皮リードであり、この目的のために、電極２６は、神経刺激リード１２に沿って一列に配置される。別の実施形態では、例えば脳皮質刺激が望ましい場合、電極２６を単一のパドルリード上に２次元パターンで配置することができる。以下でさらに詳述するように、ＩＰＧ１４は、変調パラメータセットに従って電極アレイ２６にパルス電気波形（すなわち、時間的に連続する電気パルス）の形の電気変調エネルギーを送出するパルス発生回路を含む。この場合、電気変調エネルギーは刺激エネルギーであり、変調パラメータセットは刺激パラメータセットである。
【００４２】
ＥＴＳ２０は、経皮リード延長部２８及び外部ケーブル３０を介して神経刺激リード１２に物理的に接続することもできる。ＩＰＧ１４と同様のパルス発生回路を有するＥＴＳ２０も、刺激パラメータセットに従ってパルス電気波形の形の電気刺激エネルギーを電極アレイ２６に送出する。ＥＴＳ２０は、神経刺激リード１２を埋め込んだ後であってＩＰＧ１４を埋め込む前に、与える刺激の反応性を試験するために試験的に使用される非埋め込み型機器であるという点で、ＩＰＧ１４と大きく異なる。従って、本明細書でＩＰＧ１４に関して説明する機能は、いずれもＥＴＳ２０に関して同様に実行することができる。
【００４３】
ＲＣ１６は、双方向ＲＦ通信リンク３２を介してＥＴＳ２０をテレメトリ的に制御するために使用することができる。ＩＰＧ１４及び刺激リード１２が埋め込まれると、ＲＣ１６を用いて、双方向ＲＦ通信リンク３４を介してＩＰＧ１４をテレメトリ的に制御することができる。このような制御により、ＩＰＧ１４をオン又はオフにするとともに、ＩＰＧ１４に異なる刺激パラメータセットをプログラムすることができる。ＩＰＧ１４は、プログラムされた刺激パラメータを、ＩＰＧ１４によって出力される電気刺激エネルギーの特性を能動的に制御するように修正することもできる。以下でさらに詳述するように、ＣＰ１８は、手術室及び経過観察セッションにおいてＩＰＧ１４及びＥＴＳ２０をプログラムするための臨床医用詳細刺激パラメータを提供する。
【００４４】
ＣＰ１８は、ＩＲ通信リンク３６を介しＲＣ１６を通じてＩＰＧ１４又はＥＴＳ２０と間接的に通信することによってこの機能を実行することができる。或いは、ＣＰ１８は、ＲＦ通信リンク（図示せず）を介してＩＰＧ１４又はＥＴＳ２０と直接通信することもできる。ＣＰ１８によって提供される臨床医用詳細刺激パラメータは、後でＲＣ１６の操作によって独立モードで（すなわち、ＣＰ１８の支援を伴わずに）刺激パラメータを修正できるようにＲＣ１６をプログラムするために使用することもできる。
【００４５】
外部充電器２２は、誘導リンク３８を介してＩＰＧ１４を経皮的に充電するために使用されるポータブル装置である。ＩＰＧ１４がプログラムされ、その電源が外部充電器２２によって充電又は別様に補充されると、ＩＰＧ１４は、ＲＣ１６又はＣＰ１８が存在しなくてもプログラム通りに機能することができる。
【００４６】
簡単にするために、本明細書では、ＲＣ１６、ＣＰ１８、ＥＴＭ２０及び外部充電器２２の詳細については説明しない。これらの装置の例示的な実施形態の詳細は、米国特許第６，８９５，２８０号に開示されている。
【００４７】
図６を参照すると、ＩＰＧ１４は、（以下でさらに詳述する）電子コンポーネント及びその他のコンポーネントを収容するための外側ケース４０と、電極２６を外側ケース４０内の（以下でさらに詳述する）内部電子機器に電気的に結合する形で神経刺激リード１２の近位端が嵌め込まれるコネクタ４２とを含む。外側ケース４０は、チタンなどの導電性の生体適合性材料で構成され、内部電子部品を人体組織及び体液から保護する密閉区画を形成する。場合によっては、外側ケース４０が電極として機能することもできる。
【００４８】
神経刺激リード１２の各々は、細長い円筒形リード本体４３を含み、電極２６はリード本体４３の周囲に取り付けられたリング電極の形を取る。神経刺激リード１２の一方は、（Ｅ１〜Ｅ８で表記する）８つの電極２６を有し、他方の神経刺激リード１２は、（Ｅ９〜Ｅ１６で表記する）８つの電極２６を有する。当然ながら、実際のリード及び電極の数及び形状は、目的とする用途によって異なる。別の実施家形態では、電極２６が、リード本体４３の周辺に軸方向に配置された分割電極の形を取る。
【００４９】
経皮的刺激リードの構造及び製造法のさらに詳細な説明は、米国特許第８，０１９，４３９号及び７，６５０，１８４号に開示されている。
【００５０】
以下でさらに詳述するように、ＩＰＧ１４は、電池と、ＩＰＧ１４にプログラムされた刺激パラメータセットに従って電極アレイ２６にパルス電気波形の形の電気刺激エネルギーを送出するパルス発生回路とを含む。このような刺激パラメータは、陽極（正）、陰極（負）及びターンオフ（ゼロ）として活性化される電極を定める電極組み合わせ、各電極に割り当てる刺激エネルギーの割合（分割電極構成）、並びに（ＩＰＧ１４が電極アレイ２６に定電流を供給するか、それとも定電圧を供給するかに応じてミリアンペア又はボルトで測定される）パルス振幅を定める電気パルスパラメータ、（マイクロ秒で測定される）パルス持続時間、（毎秒のパルスで測定される）パルスレート、及び（刺激オン時間Ｘ及び刺激オフ時間Ｙとして測定される）バーストレートを定める電気パルスパラメータを含むことができる。ＩＰＧ１４は、複数のチャネルを介して又は単一のチャネルのみを介してアレイ２２に刺激エネルギーを送出することができる。
【００５１】
電気刺激は、１つをＩＰＧケースとすることができる２つ（又は３つ以上）の活性化電極間で生じる。刺激エネルギーは、単極又は（双極、三極などの）多極方式で組織に伝達することができる。リード電極２６の選択された１つがＩＰＧ１４のケースと共に活性化される場合には単極刺激が生じ、この選択された電極２６とケースの間で刺激エネルギーが伝達されるようになる。リード電極２６の２つが陽極及び陰極として活性化される場合には双極刺激が生じ、選択された電極２６間で刺激エネルギーが伝達されるようになる。リード電極２６のうちの、例えば２つが陽極として、残りの１つが陰極として、或いは２つが陰極として、残りの１つが陽極として、少なくとも３つが活性化される場合には多極刺激が生じる。
【００５２】
図示の実施形態では、ＩＰＧ１４が、電極の各々を流れる電流の量を個別に制御することができる。この場合、電流発生器を用いて、各電極用の独立した電流源からの個々の電流調整された振幅を選択的に生成できることが好ましい。個別にプログラム可能な電極振幅は、良好な制御を行うのに最適なものであるが、一方でプログラミングの制御には劣るものの電極間で切り換えられる単一の出力源を使用することもできる。ＩＰＧの構造及び機能のさらに詳細な説明は、米国特許第６，５１６，２２７号及び第６，９９３，３８４号にさらに完全に記載されている。
【００５３】
図７に示すように、２つの経皮的神経刺激リード１２は、患者４４の頭蓋４８に形成された穿頭孔４６（或いは２つのそれぞれの穿頭孔）に導入され、電極２６が標的組織領域に隣接し、その刺激によって機能障害（例えば、腹側両面視床、淡蒼球内節、黒質網様部、視床下核、又は淡蒼球外節）が治療されるように従来の方法で患者４４の脳４９に導入される。このようにして、電極２６から標的組織領域に刺激エネルギーを伝えて機能障害の状態を変化させることができる。神経刺激リード１２が穿頭孔４６から退出する位置の近くには空間が存在しないので、ＩＰＧ１４は、一般に胸部又は腹部のいずれかに外科的に形成されたポケットに埋め込まれる。当然ながら、ＩＰＧ１４は、患者身体の他の場所に埋め込むこともできる。（単複の）リード延長部２４は、神経刺激リード１２の出口点から離れたＩＰＧ１４の配置を容易にすることができる。
【００５４】
本発明にとってのさらなる重要点は、患者がＤＢＳ治療中に異常感覚を感じないので、ＩＰＧ１４が脳組織インピーダンスの高可変性によって機能を停止した場合、ユーザがＤＢＳ治療の中断に気付かない恐れがある点である。従って、変化する組織インピーダンスを補償するのに十分なコンプライアンス電圧でＩＰＧ１４がスムーズに機能することを確実にするために、（図５に示す）ＤＢＳシステム１０は、不必要にエネルギーを無駄にすることなく有効な組織神経調節が維持されるように自動的にコンプライアンス電圧の定期的調整を行うように構成される。すなわち、ユーザによるコンプライアンス電圧較正処理の開始後には、ユーザの介入を全く伴わずにコンプライアンス電圧の定期的調整が行われる。
【００５５】
コンプライアンス電圧較正処理は、ＩＰＧ１４がオフになるまで、又は新たなコンプライアンス電圧較正処理が開始されるまで、定期的な自動コンプライアンス電圧調整の実行を伴う。コンプライアンス電圧較正処理は、変調パラメータセットに関連する電気エネルギーが組織に送出された時に開始され、送出される電気エネルギーに関連する変調パラメータセット（例えば、振幅、パルス幅、パルスレート）に変化があった時には常に再開される。換言すれば、新たな変調パラメータセットを有する電気エネルギーが組織に送出された時（例えば、ＩＰＧがオンになった時、又は変調パラメータセットに変化があった時）には、常にコンプライアンス電圧較正処理が開始される。
【００５６】
ＤＢＳシステム１０は、定期的な自動コンプライアンス電圧調整をコンプライアンス電圧調整間隔で行うように構成される。コンプライアンス電圧調整間隔は、２つの連続するコンプライアンス電圧調整間の期間である。ＤＢＳシステム１０は、各コンプライアンス電圧調整間隔後に、コンプライアンス電圧マージンの関数としての調整済コンプライアンス電圧を計算するように構成される。コンプライアンス電圧マージンは、プログラムされた電流を組織に送出するために必要な基準コンプライアンス電圧に加え、組織インピーダンスのあらゆる大きな変化を補償する。ＤＢＳシステム１０は、各コンプライアンス電圧調整において、次のコンプライアンス電圧調整の前に、計算された適切なコンプライアンス電圧マージンを調整済コンプライアンス電圧に組み込んで、（図４に示すような）短期間及び（図３に示すような）長期間で変化する組織インピーダンスを補償するように構成される。
【００５７】
１つの実施形態では、コンプライアンス電圧マージンを、ＩＰＧ１４によって生じた１又は２以上の電圧降下のパーセンテージとすることができる。例えば、好ましい実施形態では、コンプライアンス電圧マージンを、（図１に示す）組織抵抗Ｒにおける組織電圧降下ＶRのパーセンテージとすることができる。別の例では、コンプライアンス電圧マージンを、（図１１に関して以下でさらに詳述する）アナログ出力回路の特定のコンポーネントの電圧降下のパーセンテージとすることができる。組織電圧降下ＶRは、組織が示す変動するインピーダンス変化の結果として最も劇的に変化するので、コンプライアンス電圧マージンをＶRのパーセンテージとして計算することが最も効果的であると分かる。別の実施形態では、コンプライアンス電圧マージンを単純に固定電圧マージンとすることができる。
【００５８】
ＤＢＳシステム１０は、コンプライアンス電圧マージン及びコンプライアンス電圧調整間隔の両方を、不要な消費電力を最低限に抑えながら根本的な組織インピーダンスの変化を反映するように調整するよう構成されることが重要である。
【００５９】
具体的には、ＤＢＳシステム１０は、組織インピーダンスが短期間に急速に変動している第１の期間中（例えば、図４の組織調節開始後の最初の２０分）には比較的高いコンプライアンス電圧マージン（例えば１０％）を維持し、組織インピーダンスが短期間に低速で変化している第２の期間中（例えば、図４の次の４０分）には比較的適度な又は中程度のコンプライアンス電圧マージン（例えば５％）を維持し、組織インピーダンスが短期間にさらに低速で変化している第３の期間中（例えば、図４の１時間後）、すなわち組織インピーダンスが安定している時には比較的低いコンプライアンス電圧マージン（例えば２％又は３％）を維持するように構成される。
【００６０】
同様に、ＤＢＳシステム１０は、組織インピーダンスが短期間に急速に変動している第１の期間中（例えば、図４の組織調節開始後の最初の２０分）には、電圧コンプライアンス調整を行うコンプライアンス電圧調整間隔を比較的短く（例えば１分）維持し、組織インピーダンスが短期間に低速で変化している第２の期間中（例えば、図４の次の４０分）には、電圧コンプライアンス調整を行うコンプライアンス電圧調整間隔を比較的適度又は中程度（例えば５分）に維持し、組織インピーダンスが短期間にさらに低速で変化している第３の期間中（例えば、図４の１時間後）、すなわち組織インピーダンスが安定している時には、電圧コンプライアンス調整を行うコンプライアンス電圧調整間隔を比較的長く（例えば４時間又は２４時間）維持するように構成される。
【００６１】
ＤＢＳシステム１０は、コンプライアンス電圧マージン及びコンプライアンス電圧調整を、上述した組織インピーダンスの短期間の傾向に加えて、組織インピーダンスの長期間の傾向を補償するように調整するようさらに構成されると理解されたい。組織インピーダンスは、埋込み後の最初の４週間、（図４に示すような）最初の１０分間の電気エネルギー送出中に観察される組織インピーダンスの急速な増加に比べて大幅に低速ではあるが、（図３に示すように）依然として増加している。最初の４週間後、組織インピーダンスは第１５週まで着実に減少し、その後はほとんど安定している。（図３に示すような）組織インピーダンスの長期的変化は、埋込み直後の数カ月にしか生じないが、ＩＰＧ１４をオンにするサイクル又は（図４に示すような）変調パラメータの調整に起因する組織インピーダンスの短期的変化は、組織インピーダンスの長期的変化よりもはるかに深刻である。従って、ＤＢＳシステム１０は、基本的に第１及び第２の期間にわたる短期的な組織インピーダンスの変化を補償する。しかしながら、組織インピーダンスの長期的変化は、第３の期間中における安定した短期的な組織インピーダンスよりも大きいと考えられ、従って第３の期間におけるコンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整は、コンプライアンス電圧較正処理が（埋込み後の時間にわたって）いつ開始されたかに基づいて異なる形で調整することができる。
【００６２】
具体的には、短期的インピーダンスが安定した後の第３の期間中、ＤＢＳシステム１０は、長期的インピーダンスが未だ完全に安定していない時（例えば、図３の埋込み後の最初の４週間）には比較的低いコンプライアンス電圧マージン（例えば３％）を維持し、長期的インピーダンスがゆっくりと低下している時又は安定している時（例えば図３の最初の４週間よりも後）には最低限の低いコンプライアンス電圧マージン（例えば２％）を維持するように構成される。同様に、短期的インピーダンスが安定した後の第３の期間中、ＤＢＳシステム１０は、長期的インピーダンスが未だ完全に安定していない時（例えば図３の埋込み後の最初の４週間）には比較的長いコンプライアンス電圧調整期間（例えば４時間）を維持し、長期的インピーダンスがゆっくりと低下している又は安定している第３の期間中（例えば図３の最初の４週間後）には非常に長いコンプライアンス電圧調整間隔（例えば２４時間）を維持するように構成される。
【００６３】
第１及び第２の期間にコンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔に対して行われる調整は、組織が長期的インピーダンスを示すか否かに関わらず同じものになると理解されたい。長期的インピーダンス変化は、短期的インピーダンス変化に比べて長期間にわたって生じ、その影響は、急速に変動する短期的インピーダンスの効果が治まった後の第３の期間にコンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔に対して行われる調整のみに反映される。以下、コンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔を調整する例示的な技術について説明する。
【００６４】
好ましい実施形態では、ＤＢＳシステム１０が、コンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔を、コンプライアンス電圧調整間隔で測定された組織インピーダンスを示す電気パラメータデータに基づいて動的に調整する。組織インピーダンスに関連する電気パラメータデータを測定すると、組織インピーダンスの変化を全てのコンプライアンス電圧調整間隔で追跡する手段が可能になり、コンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔を現在の既知の組織インピーダンス変化の状態により良く適合するように調整できるようになる。これにより、組織インピーダンスの変化が十分に減少し、その時点よりも早くないことを測定データが示す時点においてのみコンプライアンス電圧マージンが減少し、及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔が増加するような、正確かつ効率的なコンプライアンス電圧調整が可能になる。
【００６５】
図示の実施形態では、ＤＢＳシステム１０によって測定される電気パラメータデータは、組織電圧降下ＶRである。以下でさらに詳述するように、ＩＰＧ１４の特定のコンポーネントの他の電圧降下を同様に使用することもできるが、上述したように、組織電圧降下ＶRの変化は、組織インピーダンスの変化を最も良く反映しているので、組織電圧降下ＶRは好ましい電気パラメータデータである。従って、説明を容易にするために、以下の説明では組織電圧降下ＶRに焦点を当てる。
【００６６】
ＤＢＳシステム１０は、組織インピーダンスがどれほどの速さで変化しているかを特定するために、複数のコンプライアンス電圧調整間隔で測定された組織電圧降下ＶRの関数を計算するように構成される。１つの実施形態では、計算される組織電圧降下ＶRの関数を、複数のコンプライアンス電圧調整間隔で測定された組織電圧降下ＶRの差分とすることができる。この差分は、連続するコンプライアンス電圧調整間隔で測定された組織電圧降下ＶR間において計算することができる。例えば、ＤＢＳシステム１０は、最初の１時間のコンプライアンス電圧較正処理中の短期的インピーダンス変化速度を求めるために、全てのコンプライアンス電圧調整間隔（例えば、第１の期間中には１分間隔、又は第２の期間中には５分間隔）で測定された連続する組織電圧降下ＶRの差分を計算することができる。或いは、この差分は、いずれか２つの特定のコンプライアンス電圧調整間隔での組織電圧降下ＶR間で計算することもできる。例えば、ＤＢＳシステム１０は、長期的インピーダンス変化速度を求めるために、２４時間間隔での組織電圧降下ＶRの差分を計算することにより、埋込み時点に開始した日々のインピーダンス変化を追跡することができる。
【００６７】
別の実施形態では、計算される関数を、複数のコンプライアンス電圧調整間隔において測定された組織電圧降下ＶRの差分の平均値とすることもできる。連続するコンプライアンス電圧調整間隔（例えば、最新の間隔）での組織電圧降下ＶR間の差分の平均値を使用すると、異常な測定値を除外することができ、個々の差分値を使用するよりも信頼性の高いインピーダンス変化のインジケータであることが分かる。例えば、ＤＢＳシステム１０は、最初の１時間のコンプライアンス電圧較正処理中における短期的インピーダンス変化速度を求めるために、連続して測定された組織電圧降下ＶR間の３つの最新の差分の平均値を計算することができる。同様に、ＤＢＳシステム１０は、第３の期間中にコンプライアンス電圧調整を行う際に使用する長期的インピーダンス変化速度を求めるために、組織電圧降下ＶRの３つの最新の日々測定された差分の平均値を計算することができる。
【００６８】
この（複数のコンプライアンス電圧調整間隔で測定した）計算された複数の組織電圧降下ＶRの関数を、各々が好適なコンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔に対応するインピーダンス変化の速度を示す閾値の組と比較する。通常、この閾値の組は、最も大きな閾値が変化の速い組織インピーダンスを表し、最も小さな閾値が安定した組織インピーダンスを表すように降順になっている。短期的インピーダンス変化速度及び長期的インピーダンス変化速度を示す別個の閾値が存在することができると理解されたい。従って、連続する短いコンプライアンス電圧調整間隔で測定した計算された組織電圧降下ＶR（短期的組織電圧降下ＶR）の関数を、短期的インピーダンス変化速度を示す短期的な閾値の組と比較し、これに応じて最初の２つのコンプライアンス電圧較正処理期間にわたるコンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔を調整することができる。短期的インピーダンスが安定したら、計算された日々測定した組織電圧降下ＶRの関数（長期的組織電圧降下ＶR）を長期的安定インピーダンスを示す長期的閾値と比較し、これに応じてコンプライアンス電圧較正処理の第３の期間中にコンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔を調整することができる。
【００６９】
計算された組織電圧降下ＶRの関数が閾値のうちの１つ以下に降下した場合、ＤＢＳシステム１０は、この閾値に対応するコンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔を自動的に調整する。次のコンプライアンス電圧調整間隔のコンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔は、計算された関数がより安定したインピーダンスを示す別の閾値以下に降下するまで、この調整済コンプライアンス電圧マージン及び／又はこの調整済コンプライアンス電圧調整間隔に維持される。
【００７０】
図３には示していないが、組織インピーダンスは、たとえ埋込み後数カ月で安定した後でも、予期せぬ状況（例えば、神経調節リード１２の位置の変化、予期せぬ脳組織の変化など）によってその後の時点で増加又は減少し、或いは一般に不安定になる場合もあると理解されたい。このような場合、図３に示す長期的インピーダンス曲線がその後の時点で繰り返し出現し、コンプライアンス電圧較正処理が（新たな長期的インピーダンス変化にわたって）いつ開始されたかに基づいて、コンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔を再び第３の期間中に異なる形で調整することができる。従って、長期的インピーダンスが高まった結果、計算された長期的組織電圧降下ＶRの関数が、安定したインピーダンスを示す長期的閾値よりも大きくなる場合、ＤＢＳシステム１０は、これに応じてコンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔を、長期的に不安定なインピーダンスに適したものに調整する。
【００７１】
次に図８を参照すると、コンプライアンス電圧マージン及びコンプライアンス電圧調整間隔の両方を短期的及び長期的組織電圧降下ＶRの両方に基づいて動的に調整する１つの例示的な実施形態を示している。期間１におけるコンプライアンス電圧較正処理（１分間のコンプライアンス電圧調整間隔で行われる１０％のコンプライアンス電圧マージン調整）中には、短期的組織電圧降下ＶR間の差分が短期的閾値１よりも大きい。短期的組織電圧降下ＶR間の差分が短期的閾値１以下に降下すると、ＤＢＳシステム１０は、自動的に期間１から期間２への切り替えを行う。期間２（５分間のコンプライアンス電圧調整間隔で行われる５％のコンプライアンス電圧マージン調整）の間は、短期的組織電圧降下ＶR間の差分が、短期的閾値１以下であって短期的閾値２よりも大きい。短期的組織電圧降下ＶR間の差分が短期的閾値２以下に降下すると、ＤＢＳシステム１０は、組織インピーダンスの長期的安定性に基づいて期間２から期間３ａ又は期間３ｂのいずれかへの切り替えを行う。
【００７２】
具体的には、短期的組織電圧降下ＶR間の差分が短期的閾値２以下に降下する一方で、長期的組織電圧降下ＶR間の差分が長期的閾値１よりも大きい場合、ＤＢＳシステム１０は、自動的に期間２から期間３ａへの切り替えを行う。期間３ａ（４時間のコンプライアンス電圧調整間隔で行われる３％のコンプライアンス電圧マージン調整）の間、短期的組織電圧降下ＶR間の差分は短期的閾値２以下のままであり、長期的組織電圧降下ＶR間の差分は長期的閾値１よりも大きいままである。
【００７３】
対照的に、短期的組織電圧降下ＶR間の差分が短期的閾値２以下に降下し、長期的組織電圧降下ＶR間の差分が長期的閾値１以下に降下すると、ＤＢＳシステム１０は、自動的に期間２から期間３ｂへの切り替えを行う。期間３ｂ（２４時間のコンプライアンス電圧調整間隔で行われる２％のコンプライアンス電圧マージン調整）の間、短期的組織電圧降下ＶR間の差分は短期的閾値２以下のままであり、長期的組織電圧降下ＶR間の差分は長期的閾値１以下のままである。
【００７４】
別の実施形態では、コンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔を以前のコンプライアンス電圧調整において測定された電気パラメータデータに基づいて動的に調整する代わりに、コンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔を所定のタイムスケジュールに基づいて自動的に調整することができる。所定のタイムスケジュールは、以前の患者に対して行われた実証的研究に基づいて設計することができる。この実施形態は、上述した好ましい実施形態ほど密接に組織インピーダンスに従うものではないが、コンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔をいつ調整すべきかを決定するために電気パラメータデータを測定する際にエネルギーを使用しないので、エネルギー効率が高い。
【００７５】
例えば、引き続き図８を参照すると、ＤＢＳシステム１０は、短期的インピーダンスを補償するために、組織電圧降下ＶRの差分が特定の閾値に達した後で期間を切り替える必要がある代わりに、コンプライアンス電圧較正処理の最初の２０分後に自動的に期間１から期間２への切り替えを行うことができる。ＤＢＳシステム１０は、さらに４０分が経過すると、神経調節リード１２がいつ組織に埋め込まれたかに応じて、自動的に期間２から期間３ａ又は期間３ｂのいずれかへの切り替えを行うことができる。
【００７６】
ＤＢＳシステム１０は、短期的インピーダンスが安定した後の第３の期間中に長期的インピーダンスを補償するために、インピーダンスの日々の変化を追跡して長期的インピーダンスが安定しているかどうかを判断する代わりに、埋込み後の所定の時間（例えば５週間）の経過後に、コンプライアンス電圧マージン及び／又はコンプライアンス電圧調整間隔を自動的に異なる形で調整することができる。例えば、埋込み後の最初の５週間内に開始されたコンプライアンス電圧較正処理では、ＤＢＳシステム１０は、期間２の４０分経過後に自動的に期間２から期間３ａへの切り替えを行うことができる。この時、期間３ａは、ＩＰＧがオフになるまで、又は新たなコンプライアンス電圧較正処理が開始されるまで維持される。同様に、埋込みから最初の５週間後のいずれかの時点で開始されたコンプライアンス電圧較正処理では、ＤＢＳシステム１０は、期間２の４０分経過後に自動的に期間２から期間３ｂへの切り替えを行うことができる。期間３ｂも、同様にＩＰＧがオフになるまで、又は新たなコンプライアンス電圧較正処理が開始されるまで維持される。所定のタイムスケジュールは、ユーザによってプログラムすることができ、長期的及び短期的組織インピーダンス変化により良く適合するように修正することができると理解されたい。
【００７７】
上述の例では、コンプライアンス電圧マージン及びコンプライアンス電圧調整間隔が共に調整されるように示しているが、コンプライアンス電圧マージン及びコンプライアンス電圧間隔は、他方に関係なく調整することができると理解されたい。例えば、組織インピーダンスが着実に下降中ではあるが完全には安定していない時（例えば、図３の第４週〜第１５周）にコンプライアンス電圧較正処理が開始された場合、コンプライアンス電圧マージンを３％から２％に減少させる一方で、コンプライアンス電圧調整間隔を４時間のままにしておくことができる。或いは、別の例では、コンプライアンス電圧較正処理の第２の期間中（例えば、図４の２０分〜６０分）に組織インピーダンスがに着実に下降中である場合、コンプライアンス電圧マージンを５％から３％に減少させる一方で、コンプライアンス電圧調整間隔を５分のままにしておくことができる。
【００７８】
次に図９を参照すると、ＩＰＧ１４の主要内部コンポーネントを示している。ＩＰＧ１４は、データバス５４を介した制御ロジック５２の制御下で、特定のパルス振幅、パルスレート、パルス持続時間及びパルス波形を有する規定のパルス波形に従って電気刺激エネルギーを生成するように構成されたアナログ出力回路５０を含む。電気波形のパルスレート及びパルス持続時間の制御は、例えば１０μｓなどの好適な分解能を有することができるタイマ論理回路５６によって容易になる。アナログ出力回路５０によって生成された電気刺激エネルギーは、電極Ｅ１〜Ｅ１６及びＥケースに対応する電気端子５８に出力される。
【００７９】
アナログ出力回路５０は、電極２６との間で特定の既知のアンペア数の刺激パルスをやりとりするための、電流ソース及び／又は電流シンクの形を取る１又は２以上の独立して制御される電源、或いは電極２６に特定の既知の電圧の刺激パルスを提供するための電圧ソース及び／又は電圧シンクのいずれかを含むことができる。電流（又は電圧）ソース又はシンクは、定電流（又は定電圧）ソースと、電気パルス列を発生する関連アナログスイッチとを含む。
【００８０】
例えば、図示の実施形態では、アナログ出力回路５０が、電気端子５８間に特定の既知のアンペア数の電気刺激エネルギーを伝達する複数のｍ個の独立した電流ソース／シンクの対６０を含む。各対６０は、正（＋）又は陽極電流ソース（例えばＰＤＡＣ）として機能する電流ソース６２、及び負（−）又は陰極電流シンク（例えばＮＤＡＣ）として機能する電流シンク６４を含む。各対６０の陽極電流ソース６２及び陰極電流シンク６４の出力は、共通ノード６６に接続される。
【００８１】
基本的に、各電流ソース／シンクの対６０は、切り替え可能な極性を有する再構成可能な電流ソースの形を取る。すなわち、電流ソース／シンクの対６０は、陽極電流ソース６２を活性化して陰極電流シンク６４を不活性化することによって陽極電流ソースとして構成することができ、陽極電流ソース６２を不活性化して陰極電流シンク６４を活性化することによって陰極電流シンクとして構成することができる。電流ソース６２及び電流シンク６４は、例えば図１に示す電流ソース１及び電流シンク２の形を取ることができる。
【００８２】
アナログ出力回路５０は、各電流ソース／シンクの対６０の共通ノード６６を電気端子５８のいずれかに接続する低インピーダンススイッチングマトリクス６８、及び各電極２６とスイッチングマトリクス６８との間に結合されたコンデンサ７０をさらに含む。従って、例えば、第１の陽極電流ソース６２（＋Ｉ１）を、＋４ｍＡのピーク振幅を有する（特定のレート及び特定の持続時間の）パルスを生成するようにプログラムし、第２の陰極電流シンク６４（−Ｉ２）を、−４ｍＡのピーク振幅を有する（同じレート及びパルス持続時間の）パルスを同様に生成するように同期的にプログラムした後に、陽極電流ソース６２（＋Ｉ１）のノード６６を電極Ｅ３に対応する電気端子６８に接続し、陰極電流シンク６４（−Ｉ２）のノード６６を電極Ｅ１に対応する電気端子６８に接続することができる。
【００８３】
従って、プログラム可能な電気端子５８の各々を、正（ソース電流）、負（シンク電流）、又はオフ（電流なし）の極性を有するようにプログラムできることが分かる。さらに、所与の電極に供給される、又は所与の電極から吸い込まれる電流パルスの振幅は、複数の離散的電流レベルのうちの１つに、例えばＩＰＧ１４の出力電圧／電流要件の範囲内で０〜１０ｍＡに１００μＡ刻みでプログラムすることができる。また、１つの実施形態では、一群の電気端子５８によって出力される総電流を（この群に含まれる電極間で分配される）最大±２０ｍＡとすることができる。また、電流パルスのパルス持続時間は、例えば０〜１ミリ秒（ｍｓ）において１０マイクロ秒（μｓ）刻みなどの都合の良い増分で調整可能であることが好ましい。同様に、パルスレートは、例えば毎秒０〜５０００パルス（ｐｐｓ）などの許容可能な制限内で調整可能であることが好ましい。他のプログラム可能な特徴としては、スロースタート／エンドランピング、バースト刺激サイクル（Ｘ時間にわたってオンにし、Ｙ時間にわたってオフにする）、相間（すなわち、二相エネルギーの第１の相と第２の相の間の継続時間）、及び開ループ又は閉ループ検知モードを挙げることができる。さらに、例えば電流の供給／吸い込みを同時に行うように２又は３以上の電気端子をグループ化した場合、各電気端子５８は多極モードで動作できることが分かる。或いは、例えば電気端子５８を陰極（負）として構成し、ＩＰＧ１４のケースを陽極（正）として構成した場合、各電気端子５８は単極モードで動作することができる。
【００８４】
電気端子５８は、振幅を割り当てられて、各々が規定のパルス振幅、パルス持続時間、パルスレート及びパルス波形を有するチャネル数に対応する、１つの実施形態では４に等しい整数をｋとする最大ｋ個の考えられる群のいずれかに含めることができると理解することができる。他のチャネルも同様に実現することができる。従って、各チャネルは、電流の供給又は吸い込みを同期的に行うためにどの電気端子５８（従って電極）が選択されるか、これらの各電気端子のパルス振幅、及びパルス持続時間、パルスレート、並びにパルス波形を識別する。組み合わせた電気パルス列を生じるように同時に生成された個々の電気パルス列は、ｋ個のチャネルでそれぞれ搬送することができる。チャネル上の電極の振幅及び極性は、例えばＲＣ１６によって制御されるように様々とすることができる。通常、ＣＰ１８の外部プログラミングソフトウェアは、他の考えられるプログラム可能な特徴の中でも特に、所与のチャネルの電極の電極極性、振幅、パルスレート及びパルス持続時間を含む刺激パラメータを設定するために使用される。
【００８５】
この種の電流ソースアーキテクチャの詳細な説明は、米国特許第６，１８１，９９６号に記載されている。当然ながら、米国特許第６，５１６，２２７号に記載されている専用電流ソースアーキテクチャ、又は米国特許出願第１１／１７７，５０３号に記載されている分散型電流ソースアーキテクチャなどの、他のタイプの電流ソースアーキテクチャを使用することもできる。
【００８６】
ＩＰＧ１４は、ＩＰＧ１４全体の様々なノード又は例えば電源電圧、温度、電池電圧などの他の地点７４の状況をモニタするモニタリング回路７２をさらに含む。特に、電極２６は、脊柱の硬膜上腔内にぴったりと収まり、組織は導電性であるため、電極２６間で電気的測定を行うことができる。従って、モニタリング回路７２は、電極２６とアナログ出力回路５０との間の故障状態の検出、電極２６と組織との間の結合効率の判定、リードの移動検出の容易化などの機能を実行するために、このような電気的測定（例えば、電流出力の大きさ、電極インピーダンス、電場電位、誘発活動電位など）を行うように構成される。本発明にとってのさらなる重要点は、モニタリング回路７２が、電流ソース６２、電流シンク６４及びコンデンサＣ１〜Ｃ１６の全ての電圧降下を測定するように構成される点である。
【００８７】
ＩＰＧ１４は、データバス７８を介して制御ロジックを制御し、データバス８０を介してモニタリング回路７２からステータスデータを取得するマイクロコントローラ（μＣ）７６の形の処理回路をさらに含む。また、ＩＰＧ１４は、タイマロジック５６及びスイッチングマトリクス６８も制御する。ＩＰＧ１４は、マイクロコントローラ７６に結合されたメモリ８２、並びに発振器及びクロック回路８４をさらに含む。従って、マイクロコントローラ７６は、メモリ、並びに発振器及びクロック回路８４と共に、メモリ８２に記憶されている好適なプログラムに従ってプログラム機能を実行するマイクロプロセッサシステムを構成する。或いは、用途によっては、マイクロプロセッサシステムによって提供される機能を、好適な状態機械によって実行することもできる。メモリ８２は閾値も記憶し、コンプライアンス電圧調整間隔及びコンプライアンス電圧マージンの調整に関連して上述したコンプライアンス電圧調整タイムスケジュールを任意に記憶する。
【００８８】
従って、マイクロコントローラ７６は、選択された動作プログラム及び刺激パラメータに従ってＩＰＧ１４の動作を制御できるようになる、必要な制御信号及びステータス信号を生成する。マイクロコントローラ７６は、ＩＰＧ１４の動作を制御する際に、制御ロジック５２及びタイマロジック５６と共に、アナログ出力回路５０を用いて、電極２６において個々の電気パルス列を個別に生成することにより、電極２６のうちの、単極ケース電極を含む選択された電極を活性化する。マイクロコントローラ７６は、メモリ８２に記憶されている刺激パラメータに従って、極性、振幅、速度、パルス持続時間、及び電流刺激パルスを提供するチャネルを制御することができる。マイクロコントローラ７６は、モニタリング回路７２によって測定された電気パラメータデータ（又は他のパラメータデータ）をメモリ８２に記憶することも促し、モニタリング回路７２から取得された未処理の又は生の電気パラメータデータを分析してこれらの未処理の電気パラメータデータから数値を計算するために必要なあらゆる計算機能も提供する。本発明にとってのさらなる重要点は、マイクロコントローラ７６が、アナログ出力回路５０に供給されるコンプライアンス電圧を、上述したコンプライアンス電圧較正に従って調整できる点である。
【００８９】
ＩＰＧ１４は、ＲＣ１６及び／又はＣＰ１８（図５に図示）から適当な変調搬送波信号の形でプログラミングデータ（例えば、動作プログラム及び／又は刺激パラメータ）を受け取るための交流（ＡＣ）受信コイル８６と、ＡＣ受信コイル８６を介して受け取った搬送波信号を復調してプログラミングデータを回復させるための充電及び前方テレメトリ回路８８とをさらに含み、その後、このプログラミングデータは、メモリ８２、又はＩＰＧ１４全体に分散する他のメモリ要素（図示せず）に記憶される。
【００９０】
ＩＰＧ１４は、モニタリング回路７２を通じて検知された情報データをＲＣ１６及び／又はＣＰ１８に送信するための後方テレメトリ回路９０及び交流（ＡＣ）送信コイル９２をさらに含む。ＩＰＧ１４の後方テレメトリ機能は、ＩＰＧ１４の状態のチェックも可能にする。例えば、ＲＣ１６及び／又はＣＰ１８が、ＩＰＧ１４とのプログラミングセッションを開始すると、外部プログラマが推定再充電時間を計算できるように電池容量がテレメトリされる。電流刺激パラメータに対して行われたあらゆる変更も、後方テレメトリを介して確認され、これによってこのような変更が正確に受け取られて埋込みシステム内に実装されていることを保証する。ＲＣ１６及び／又はＣＰ１８による問い合わせ時には、ＩＰＧ１４に記憶されている全てのプログラム可能な設定をＲＣ１６及び／又はＣＰ１８にアップロードすることができる。後方テレメトリ機能は、メモリ８２に以前に記憶した未処理又は処理済みの電気パラメータデータ（又は他のパラメータデータ）をＩＰＧ１４からＲＣ１６及び／又はＣＰ１８にダウンロードできるようにする。
【００９１】
ＩＰＧ１４は、ＩＰＧ１４に動作電力を提供するための充電式電源９４及び電源回路９６をさらに含む。充電式電源９４としては、例えばリチウムイオン又はリチウムイオンポリマー電池を挙げることができる。充電式電池９４は、電源回路９６に未調整電圧を提供する。この結果、電源回路９６は、ＩＰＧ１４内に存在する様々な回路が必要とする時に、調整済みのもの及び未調整のものを含む様々な電圧９８を生成する。電源回路９６は、アナログ出力回路５０にコンプライアンス電圧を供給する（以下でさらに詳述する）電圧調整器を含む点が重要である。充電式電源９４は、ＡＣ受信コイル８６によって受け取られる整流ＡＣ電力（又は、例えば「インバータ回路」としても知られている効率的なＡＣ−ＤＣコンバータ回路などの他の手段を介してＡＣ電力から変換されたＤＣ電力）を用いて再充電される。電源９４を再充電するために、埋め込まれたＩＰＧ１４を覆う患者の皮膚に接して又は別様に隣接して、ＡＣ磁場を発生させる（図１に示す）外部充電器２２が配置される。外部充電器から放出されるＡＣ磁場は、ＡＣ受信コイル８６にＡＣ電流を誘発する。充電及び前方テレメトリ回路８８は、このＡＣ電流を整流してＤＣ電流を生じ、これを用いて電源９４を充電する。ＡＣ受信コイル８６は、通信（例えば、プログラミングデータ及び制御データ）を無線で受け取り、外部装置からエネルギーを充電するために使用されると説明したが、ＡＣ受信コイル８６を専用の充電コイルとして構成し、双方向テレメトリには別のコイルを使用することもできると理解されたい。
【００９２】
なお、図９の図は機能的なものにすぎず、限定を意図したものではない。当業者であれば、本明細書に示す説明を所与として、選択された一群の電極において刺激電流又は電圧を発生させるだけでなく、活性化電極又は非活性化電極の電気パラメータデータを測定することもできる、指示し説明した機能を実行する数多くの種類のＩＰＧ回路又は同等の回路を容易に形成できるはずである。
【００９３】
上述の及びその他のＩＰＧに関するさらなる詳細は、米国特許第６，５１６，２２７号、米国特許出願公開第２００３／０１３９７８１号、及び米国特許第７，５３９，５３８号において見出すことができる。なお、ＳＣＭシステム１０は、ＩＰＧではなく、リード１２に接続された埋込み型受信機−刺激器（図示せず）を利用することもできる。この場合、埋め込まれた受信機に給電を行う電池などの電源、及び受信機−刺激器に命令を与える制御回路は、電磁リンクを介して受信機−刺激器に誘導結合された外部コントローラに含まれる。データ／電力信号は、埋め込まれた受信機−刺激器の上方に配置されたケーブル接続送信コイルから経皮的に結合される。埋め込まれた受信機−刺激器は、信号を受け取り、制御信号に従って刺激を生成する。
【００９４】
ＩＰＧ１４の基本的アーキテクチャを理解した上で、次に図１０を参照しながら、アナログ出力回路５０に供給されるコンプライアンス電圧Ｖ＋の調整に関与する特定の回路について説明する。図示のように、形成する回路は、コンプライアンス電圧Ｖ＋、電流ソース６２、電流シンク６４、１又は複数の電極Ｅx、（単複の）電極Ｅxに対応する（単複の）コンデンサＣx、１又は複数の電極Ｅy、（単複の）電極Ｅyに対応する（単複の）コンデンサＣy、及び組織の負荷抵抗Ｒxを含む。電流Ｉoutの流れにより、電流ソース６２及び（単複の）結合コンデンサＣxに電圧降下Ｖx及びＶcxがそれぞれ発生する。同様に、電流Ｉinの流れにより、電流シンク６４及び（単複の）結合コンデンサＣyに電圧降下Ｖy及びＶcyがそれぞれ発生する。電流Ｉout、Ｉinの流れが、他のアクティブな電流ソース６２／シンク６４によって発生したいずれかの電流と組み合わさることにより、組織抵抗Ｒに電圧降下ＶRが発生する。当然ながら、１つの電流ソース６２のみがアクティブな場合、及び１つの電流シンク６４のみがアクティブな場合には、ＩoutがＩinに等しくなり、従って組織抵抗Ｒの全体的電圧降下ＶRは、電流Ｉout／Ｉinによって引き起こされるようになる。
【００９５】
上述したように、コンプライアンス電圧Ｖ＋は、依然として満足できる電流供給／吸い込み性能を示しながら様々な値に設定することができる。従って、組織の刺激に関与する電流ソースには、最低値（電流が低すぎない限界）から電源回路９６の電圧調整器が提供できるいずれかの最高値にまで及ぶコンプライアンス電圧Ｖ＋を供給ことができる。特定の治療計画に望ましい刺激電流は、この範囲内で提供することができる。しかしながら、上述したように、コンプライアンス電圧Ｖ＋は、満足できる電圧を示す値の範囲にわたって変化できるが、コンプライアンス電圧Ｖ＋が過度に高い値に設定された場合には不必要に電力が失われる。
【００９６】
この目的のために、モニタリング回路７２は、電気刺激電流の供給及び吸い込みに関与する電流ソース６２及び電流シンク６４の（少なくとも）出力の電圧を測定する。図示の実施形態では、モニタリング回路７２が、コンプライアンス電圧検知制御回路１０２、スイッチングマトリクス１０４、及び少なくとも１つの電圧センサ１０６を含む。電極２６に関連する配線１０８は、スイッチングマトリクス１０４に送り込まれる。図１０に示す所与のアーキテクチャでは、複数の電流ソース６２又は複数の電流シンク６４が、特定の電極の電流に寄与することもできる。しかしながら、説明を容易にするために、１つの電流ソース６０のみ及び１つの電流シンク６２のみを図示して説明する。
【００９７】
これらのタップポイントを所与とすると、配線１０８上に存在する電圧は、電流ソース６０及び電流シンク６４の出力電圧を示し、従ってこれらのコンポーネントの出力電圧を検知するために使用することができる。１又は複数の電極Ｅxにおける電流ソース６２の出力電圧は、配線Ｌv+において測定されるコンプライアンス電圧Ｖ＋と、配線Ｌxにおいて測定される電圧との差分に等しい。電極Ｅyにおける電流シンク６４の出力電圧は、配線Ｌｙにおいて測定される電圧と、接地ＬGNDにおいて測定される電圧との差分に等しい。配線１０８上の電圧は、スイッチングマトリクス１０４に提供される。上述したように、図１０の図の各々には４つの配線１０８しか示していないが、存在する電極２６の数に応じてさらに多くの配線が存在するようになる。スイッチングマトリクス１０４は、１つの配線１０８上の電圧を選択し、Ｌ1又はＬ2のいずれかとして電圧センサ１０６に渡すために、或いは２つの配線１０８上の２つの電圧を選択し、電圧センサ１０６が差分電圧を計算できるようにＬ1及びＬ2として電圧センサ１０６に渡すために使用される。図示のように、電流ソース６２、電流シンク６４、スイッチングマトリクス１０４及び電圧センサ１０６は、バス１１２、１１４及び１１６を介して全てコンプライアンス電圧検知制御回路１０２によって制御される。
【００９８】
最終的に、コンプライアンス電圧検知回路１０２は、マイクロコントローラ７６から、上述したコンプライアンス電圧調整較正処理と一致して様々な測定をいつどのように行うべきかをモニタリング回路７２に知らせる制御信号を受け取る。電圧センサ１０６は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）インターフェイス１１０を含むマイクロコントローラ７６にアナログ出力電圧「Ｏｕｔ」を出力する。これにより、マイクロコントローラ７６は、出力電圧Ｏｕｔを理解してデジタル処理し、電流ソース６２又は電流シンク６４の検知された電圧降下を特定できるようになる。
【００９９】
図１０に示すモニタリング回路７２のさらなる詳細は、米国特許第８，１７５，７１９号に記載されている。マイクロコントローラ７６は、一定期間にわたって求めた基準コンプライアンス電圧に基づいて、コンプライアンス電圧、コンプライアンス電圧マージン、及び／又はコンプライアンス電圧検知間隔を上述したように調整することができる。
【０１００】
マイクロコントローラ７６は、これらの検知された電圧を知った上で、コンプライアンス電圧調整較正処理に従って電圧調整器１１８（すなわち、コンプライアンス電圧Ｖ＋を最終的に調整する回路）に制御信号を送信することができる。
【０１０１】
図示の実施形態では、マイクロコントローラ７６が、電流ソース６２のうちの選択された１つに関連する（単複の）電極Ｅxと、電流シンク６４のうちの選択された１つに関連する（単複の）電極Ｅyとの間の組織における電圧降下に基づいて調整済コンプライアンス電圧を計算する。選択された電流ソース６２及び電流シンク６４は、最悪の場合の電流ソース６２及び電流シンク６４（すなわち、他のアクティブな電流ソース６２に対して電圧降下が最も低いアクティブな電流ソース６２、及び他のアクティブな電流シンク６４に対して電圧降下が最も低いアクティブな電流シンク６４）であることが好ましい。従って、全ての電流ソース６２／電流シンク６４に対して調整済コンプライアンス電圧が十分であることを保証することができる。
【０１０２】
マイクロコントローラ７６は、既知のコンプライアンス電圧Ｖ＋と、電流ソース６２及び電流シンク６４の測定された電圧降下Ｖx、Ｖyに（既知の電流Ｉout、Ｉin及びコンデンサＣx、Ｃyの値からオームの法則を用いて得られる）結合コンデンサＣx、Ｃyの既知の電圧降下Ｖcx、Ｖcyを加えた合計との差分を計算することによって組織抵抗Ｒの電圧降下ＶRを求めることができる。すなわち、ＶR＝Ｖ＋ −（Ｖx＋Ｖy＋Ｖcx＋Ｖcy）である。組織抵抗Ｒの電圧降下ＶRが分かると、マイクロコントローラ７６は、次に組織抵抗Ｒの電圧降下ＶR、電流ソース６２及び電流シンク６４の所望の動作電圧、結合コンデンサＣx、Ｃyの予想電圧降下Ｖcx、Ｖcy、及びコンプライアンス電圧マージンの関数として、調整済コンプライアンス電圧を計算することができる。
【０１０３】
コンプライアンス電圧マージンがパーセンテージの形を取る場合、マイクロコントローラ７６は、ＶRとコンプライアンス電圧マージンとの積を計算し、次にこの積と、組織電圧降下ＶRと、コンデンサ電圧Ｖcx、Ｖcyと、電流ソース６２及び電流シンク６４の所望の動作電圧とを加えた合計として調整済コンプライアンス電圧を計算して調整済コンプライアンス電圧Ｖ＋に到達することにより、組織抵抗Ｒの電圧降下ＶRにコンプライアンス電圧マージンを適用することができる。コンプライアンス電圧マージンが絶対値の形を取る場合、マイクロコントローラ７６は、コンプライアンス電圧マージンと、組織電圧降下ＶRと、コンデンサ電圧Ｖcx、Ｖcyと、電流ソース６２及び電流シンク６４の所望の動作電圧とを加えた合計として単純に調整済コンプライアンス電圧を計算する。
【０１０４】
別の実施形態では、マイクロコントローラ７６が、電流ソース６２及び電流シンク６４の測定された電圧降下が閾値を満たすまでコンプライアンス電圧を増分的に低下させるように電圧調整器１１８に命令することによって基準コンプライアンス電圧を決定する。図示の実施形態では、コンプライアンス電圧が最大値から低下し、閾値は、飽和電圧などの、電流ソース６２の動作電圧と電流シンク６４の動作電圧との合計である。この代替技術は、米国特許第８，１７５，７１９号に記載されている。
【０１０５】
上述したように、マイクロコントローラ７６は、コンプライアンス電圧調整間隔及びコンプライアンス電圧マージンを調整するようにも構成される。これらの２つのパラメータは、一体に調整することも、或いは互いに関係なく調整することもできる。手短に上述したように、マイクロコントローラ７６は、図１０に示す回路の要素の電圧降下の関数（例えば、２つの連続するコンプライアンス電圧調整間隔で求められた２つの電圧降下の差分、又は複数の連続する電圧調整間隔で求められた電圧降下の差分の平均値）と、メモリ８２に記憶されている１又は２以上の閾値とを比較することにより、コンプライアンス電圧調整間隔及びコンプライアンス電圧マージンの一方又は両方を調整することができる。この好ましい実施形態では、電圧降下ＶRをより直接的に組織のインピーダンス変化に相関付けることができるので、コンプライアンス電圧調整間隔及びコンプライアンス電圧マージンの調整に影響する電圧降下は組織抵抗Ｒの電圧降下ＶRであり、従ってコンプライアンス電圧調整間隔及びコンプライアンス電圧マージンをいつ調整すべきかがより正確に示される。従って、これらの調整の基となる電圧降下は、組織電圧ＶRであることが好ましい。当然ながら、これらの調整の基となる電圧降下をコンプライアンス電圧Ｖ＋とすることもでき、この方法は、コンプライアンス電圧調整間隔及びコンプライアンス電圧マージンの調整に対するより保守的な方法を表す。
【０１０６】
次に図１１を参照して、ＤＢＳシステム１０を用いてコンプライアンス電圧に対して定期的な調整を自動的に行う例示的な方法３００について説明する。例示を目的として、以下で説明するコンプライアンス電圧較正処理の特定のパラメータは、図８のパラメータを示すものとする。まず、コンプライアンス電圧較正処理を開始する（ステップ３０２）。上述したように、コンプライアンス電圧較正処理は、ＩＰＧ１４がオンになった時、又は新たな変調パラメータセットを有する電気エネルギーが組織に送出された時には常に開始される。
【０１０７】
次に、ＤＢＳシステム１０は、コンプライアンス電圧較正処理の開始時に送出された電気エネルギーによって生じる組織抵抗Ｒの組織電圧降下ＶRを測定する（ステップ３０４）。
【０１０８】
次に、ＤＢＳシステム１０は、期間１に特有の高コンプライアンス電圧マージン（例えば１０％）に基づいてコンプライアンス電圧を調整する（ステップ３０６）。上述したように、ＤＢＳシステム１０は、プログラムされた電気エネルギーを送出するために必要な基準コンプライアンス電圧に加え、コンプライアンス電圧マージンの関数（例えば、ＩＰＧ１４における１又は２以上の電圧降下のパーセンテージ、又は固定マージン）としてコンプライアンス電圧を調整する。
【０１０９】
次に、ＤＢＳシステム１０は、期間１に関連する短いコンプライアンス電圧調整間隔（例えば１分）が経過した後に、再び短期的組織電圧降下ＶRを測定する（ステップ３０８）。上述したように、図示の実施形態における短期的組織電圧降下ＶRは、全てのコンプライアンス電圧調整間隔後に測定された組織電圧降下ＶRを意味する。
【０１１０】
次に、ＤＢＳシステム１０は、短期的インピーダンスがどれほどの速さで変化しているかを特定するために、短期的組織電圧降下ＶRの関数を計算する（ステップ３１０）。上述したように、計算される関数は、２つの連続して測定された組織電圧降下ＶR間の差分、又は最近測定された連続する組織電圧降下ＶR間の差分の平均値とすることができる。
【０１１１】
次に、ＤＢＳシステム１０は、計算された短期的組織電圧降下ＶRの関数を短期的閾値１と比較する（ステップ３１２）。計算された関数が短期的閾値１よりも大きい場合（ステップ３１４）、ＤＢＳシステム１０は、期間１に関連する高コンプライアンス電圧マージンに基づくコンプライアンス電圧の調整に戻る（ステップ３０６）。
【０１１２】
計算された短期的組織電圧降下ＶRの関数が短期的閾値１以下の場合（ステップ３１４）、ＤＢＳシステム１０は、期間２に特有の適度なコンプライアンス電圧マージン（例えば５％）に基づいてコンプライアンス電圧を調整する（ステップ３１６）。次に、ＤＢＳシステム１０は、上述した期間１のステップと同様に、期間２に関連する適度なコンプライアンス電圧調整間隔（例えば５分）が経過した後に短期的組織電圧降下ＶRを測定し（ステップ３１８）、この短期的組織電圧降下ＶRの関数を計算する（ステップ３２０）。次に、ＤＢＳシステム１０は、計算された短期的組織電圧降下ＶRの関数を短期的閾値の組の短期的閾値２と比較する（ステップ３２２）。
【０１１３】
この場合も、上述した期間１のステップと同様に、計算された短期的組織電圧降下ＶRの関数が短期的閾値２よりも大きい場合（ステップ３２４）、ＤＢＳシステム１０は、期間２に関連する適度なコンプライアンス電圧マージンに基づくコンプライアンス電圧の調整に戻る（ステップ３１６）。
【０１１４】
計算された短期的組織電圧降下ＶRの関数が短期的閾値２以下の場合（ステップ３２６）、ＤＢＳシステム１０は、長期的組織電圧降下ＶRの関数を計算する。上述したように、図示の実施形態における長期的組織電圧降下は、組織インピーダンスの長期的変化を追跡するために埋込み時点から日々測定される組織電圧降下ＶRを意味する。短期的組織電圧降下ＶRの場合と同様に、計算される関数は、２つの連続して測定された日々の組織電圧降下ＶR間の差分、又は最近測定された連続する日々の組織電圧降下ＶR間の差分の平均値とすることができる。
【０１１５】
次に、ＤＢＳシステム１０は、長期的インピーダンスがどれほどの速さで変化しているかを特定するために、計算された長期的組織電圧降下ＶRの関数を長期的閾値１と比較する（ステップ３２８）。計算された長期的組織電圧降下ＶRの関数が長期的閾値１よりも大きい場合（ステップ３３０）、ＤＢＳシステム１０は、期間３ａに関連するコンプライアンス電圧マージン（長期的に不安定なインピーダンス）（例えば３％）に基づいてコンプライアンス電圧を調整し（ステップ３３２）、期間３ａに特有のコンプライアンス電圧調整間隔（例えば４時間）が経過した後に長期的組織電圧降下ＶRを測定する（ステップ３３４）。次に、ＤＢＳシステム１０は、長期的組織電圧降下ＶRの関数の計算に戻って（ステップ３２６）長期的インピーダンスの変化の速度を求め、長期的インピーダンスの安定性に基づいてコンプライアンス電圧を調整する。
【０１１６】
計算された長期的組織電圧降下ＶRの関数が長期的閾値１以下の場合（ステップ３３６）、ＤＢＳシステム１０は、期間３ｂに関連するコンプライアンス電圧マージン（長期的安定インピーダンス）（例えば２％）に基づいてコンプライアンス電圧を調整し（ステップ３３８）、期間３ｂに特有のコンプライアンス電圧調整間隔（例えば２４時間）が経過した後に長期的組織電圧降下ＶRを測定する（ステップ３３８）。この時点で長期的インピーダンスは安定しているので、ＤＢＳシステム１０は、全てのコンプライアンス電圧調整間隔後に、期間３ｂに特有のコンプライアンス電圧マージンに基づくコンプライアンス電圧の調整に単純に戻る。ＤＢＳシステム１０は、ＩＰＧ１４がオフになるまで、又は新たなコンプライアンス電圧較正処理が開始されるまで、コンプライアンス電圧マージンに対してこれらの定期的な調整を行い続ける。
【０１１７】
ＤＢＳシステム１０は、様々なコンプライアンス電圧マージンに基づいて様々なコンプライアンス電圧調整間隔で定期的にコンプライアンス電圧を調整することにより、短期的組織インピーダンス及び長期的組織インピーダンスの両方を効率的に自動補償すると理解することができる。コンプライアンス電圧較正処理は、目的とするＤＢＳ治療が不必要にエネルギーを無駄にすることなく有効なまま保たれることを確実にする。ＤＢＳ治療に関してコンプライアンス電圧較正処理を説明したが、この較正処理は、他の組織調節システムの較正にも同様に利用できると理解されたい。
【０１１８】
本発明の特定の実施形態を図示し説明したが、本発明をこれらの好ましい実施形態に限定する意図はないことを理解できるであろうし、当業者には、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正を行い得ることが明らかであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲によって定められる本発明の思想及び範囲に含めることができる代替物、修正物及び同等物も対象とすることが意図されている。
以下に本発明の実施態様を記載する。
（実施態様１）治療用神経調節システムであって、
組織内に埋め込まれた複数の電極にそれぞれ結合されるように構成された複数の電気端子と、
規定の電流値を含む変調パラメータセットに従って、前記複数の電気端子間に治療用電気エネルギーを送出するように構成されたアナログ出力回路と、
調整可能なコンプライアンス電圧を前記アナログ出力回路に供給するように構成された電圧調整器と、
コンプライアンス電圧マージンの関数として調整済コンプライアンス電圧値を定期的に計算し、前記コンプライアンス電圧を前記調整済コンプライアンス電圧値に調整するように前記電圧調整器に命令することによって、コンプライアンス電圧較正処理をコンプライアンス電圧調整間隔で自動的に実行するように構成された制御／処理回路と、
を備えることを特徴とする治療用神経調節システム。
（実施態様２）モニタリング回路をさらに備え、
前記制御／処理回路は、前記アナログ出力回路の電圧降下を測定するように前記モニタリング回路にさらに命令することによって前記コンプライアンス電圧較正処理を自動的に実行し、測定された前記電圧降下に基づいて前記調整済コンプライアンス電圧値を計算するように構成されている、実施態様１に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様３）前記アナログ出力回路は、前記電気端子間に前記治療用電気エネルギーを送出するように構成された電流ソース及び電流シンクの少なくとも一方を含み、
前記モニタリング回路は、前記電流ソース及び前記電流シンクの前記少なくとも一方の電圧降下を測定するように構成されている、実施態様２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様４）前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧と、前記電流ソース及び前記電流シンクの前記少なくとも一方の測定された前記電圧降下との差分に基づいて、前記組織の電圧降下を計算するように構成されている、実施態様３に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様５）前記複数の電気端子にそれぞれ結合された複数の結合コンデンサをさらに備え、
前記電流ソース及び前記電流シンクの前記少なくとも一方は、前記コンデンサを介して前記複数の電気端子間に前記治療用電気エネルギーを送出するように構成され、
前記モニタリング回路は、前記コンデンサの電圧降下をモニタするように構成され、
前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧と、前記電流ソース及び前記電流シンクの前記少なくとも一方の測定された前記電圧降下に前記コンデンサの測定された前記電圧降下を加えた合計との差分に基づいて、前記組織の電圧降下を計算するように構成されている、実施態様４に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様６）前記制御／処理回路は、前記調整済コンプライアンス電圧値を、前記組織の電圧降下と、前記少なくとも１つの電流ソース及び前記少なくとも１つの電流シンクの動作電圧との関数として計算するように構成されている、実施態様４に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様７）前記関数は、前記組織の電圧降下と、前記少なくとも１つの電流ソース及び前記少なくとも１つの電流シンクの動作電圧と、前記コンプライアンス電圧マージンとの合計である、実施態様６に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様８）前記コンプライアンス電圧マージンは、前記組織の電圧降下のパーセンテージである、実施態様７に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様９）制御／処理回路は、前記電流ソース及び前記電流シンクの前記少なくとも一方の前記電圧降下が閾値を満たす基準値まで前記コンプライアンス電圧を増分的に変化させるように前記電圧調整器に命令し、前記基準値に基づいて前記調整済コンプライアンス電圧を計算するように構成されている、実施態様３に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様１０）前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧較正処理中に、前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの少なくとも一方を自動的に調整するように構成されている、実施態様１に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様１１）前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方は、前記コンプライアンス電圧調整間隔を含む、実施態様１０に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様１２）前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧較正処理中に前記コンプライアンス電圧調整間隔を増加させるように構成されている、実施態様１１に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様１３）前記コンプライアンス電圧調整間隔は、０〜２０分の範囲内の値から２０分を上回る範囲の値に調整される、実施態様１２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様１４）前記コンプライアンス電圧調整間隔は、２０〜６０分の範囲内の値から６０分を上回る範囲の値に調整される、実施態様１２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様１５）前記コンプライアンス電圧調整間隔は、６０分〜１日の範囲内の値から１日を上回る範囲の値に調整される、実施態様１２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様１６）前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方は、前記コンプライアンス電圧マージンを含む、実施態様１０に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様１７）前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧較正処理中に前記コンプライアンス電圧マージンを減少させるように構成されている、実施態様１６に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様１８）前記コンプライアンス電圧マージンは、電圧降下パーセンテージである、実施態様１７に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様１９）前記電圧降下パーセンテージは、１０％を上回る範囲内の値から１０％を下回る値に調整される、実施態様１８に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様２０）前記電圧降下パーセンテージは、５％〜１０％の範囲内の値から２％を下回る値に調整される、実施態様１８に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様２１）前記電圧降下パーセンテージは、１％〜２％の範囲内の値から１％を下回る値に調整される、実施態様１８に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様２２）前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を所定のタイムスケジュールに従って調整するように構成されている、実施態様１０に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様２３）前記電子端子間の組織のインピーダンス変化を示す電気パラメータを測定するように構成されたモニタリング回路をさらに備え、
前記制御／処理回路は、さらに前記モニタリング回路に電気パラメータ値を測定するように定期的に命令し、測定された前記電気パラメータに基づいて電圧降下を求め、前記電圧降下のうちの少なくとも２つの電圧降下の関数を計算し、この計算された関数に基づいて、前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を調整することによって、前記コンプライアンス電圧較正処理を前記コンプライアンス電圧調整間隔で自動的に実行するように構成されている、実施態様１０に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様２４）前記制御／処理回路は、求められた前記電圧降下に前記コンプライアンス電圧マージンを適用することによって前記調整済コンプライアンス電圧を計算するように構成されている、実施態様２３に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様２５）測定される前記電気パラメータは、前記アナログ出力回路における少なくとも１つのコンポーネントの電圧降下である、実施態様２３に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様２６）計算される前記関数は、２つの連続するコンプライアンス電圧調整間隔において求められる前記電圧降下の差分である、実施態様２３に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様２７）計算される前記関数は、複数の連続するコンプライアンス電圧調整間隔間で求められる電圧降下差分の平均値である、実施態様２３に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様２８）求められる前記電圧降下は、前記組織の電圧降下である、実施態様２３に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様２９）求められる前記電圧降下は、前記コンプライアンス電圧である、実施態様２３に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様３０）前記制御／処理回路は、計算された前記関数を第１の閾値と比較し、前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を前記比較に基づいて調整するように構成されている、実施態様２３に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様３１）前記制御／処理回路は、計算された前記関数が前記第１の閾値を満たす場合にのみ、前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を調整するように構成されている、実施態様３０に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様３２）前記制御／処理回路は、前記電圧降下のうちの少なくとも別の２つの電圧降下の別の関数を計算し、前記コンプライアンス電圧間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を、計算された前記別の関数に基づいて調整するように構成されている、実施態様３０に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様３３）前記制御／処理回路は、計算された前記別の関数を前記第１の閾値とは異なる第２の閾値と更に比較し、この比較に基づいて前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を再調整するように構成されている、実施態様３２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様３４）前記制御／処理回路は、計算された前記別の関数が前記第２の閾値を満たす場合にのみ、前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を再調整するように構成されている、実施態様３３に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様３５）前記制御／処理回路は、前記関数が前記第１の閾値以下である場合、前記コンプライアンス電圧調整間隔のうちの少なくとも１つを増加させ、及び／又は前記コンプライアンス電圧マージンを減少させるように構成されている、実施態様３０に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様３６）前記アナログ出力回路は、連続する治療期間にわたって前記変調パラメータセットを変更することなく前記複数の電気端子間に前記治療用電気エネルギーを送出するように構成されており、
前記コントローラ／処理回路は、前記連続する治療期間中に定期的な前記コンプライアンス電圧較正処理を実行するように構成されている、実施態様１に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様３７）前記コントローラ／処理回路は、前記アナログ出力回路による前記電気エネルギーの送出が変更されていない変調パラメータセットに従って開始される度に、定期的な前記コンプライアンス電圧較正処理を開始するように構成されている、実施態様３６に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様３８）前記規定の電流値は、ユーザプログラム可能である、実施態様１に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様３９）送出される前記治療用電気エネルギーは、電気パルス列を含む、実施態様１に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様４０）前記電圧調整器が結合された電池をさらに備えている、実施態様１に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様４１）前記複数の電気端子と、前記変調出力回路と、前記電圧調整器と、前記制御／処理回路とを収容するハウジングをさらに備えている、実施態様１に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様４２）治療用神経調節システムであって、
組織内に埋め込まれた複数の電極にそれぞれ結合されるように構成された複数の電気端子と、
規定の電流値を含む変調パラメータセットに従って、前記複数の電気端子間に治療用電気エネルギーを送出するように構成されたアナログ出力回路と、
調整可能なコンプライアンス電圧を前記アナログ出力回路に供給するように構成された電圧調整器と、
コンプライアンス電圧マージンの関数として調整済コンプライアンス電圧値を定期的に計算し、前記コンプライアンス電圧を前記調整済コンプライアンス電圧値に調整するように前記電圧調整器に命令することによって、コンプライアンス電圧較正処理をコンプライアンス電圧調整間隔で実行し、前記コンプライアンス電圧較正処理中に、前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの少なくとも一方を調整するように構成された制御／処理回路と、
を備えることを特徴とする治療用神経調節システム。
（実施態様４３）前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方は、前記コンプライアンス電圧調整間隔を含む、実施態様４２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様４４）前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧較正処理中に前記コンプライアンス電圧調整間隔を増加させるように構成されている、実施態様４３に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様４５）前記コンプライアンス電圧調整間隔は、０〜２０分の範囲内の値から２０分を上回る範囲の値に調整される、実施態様４４に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様４６）前記コンプライアンス電圧調整間隔は、２０〜６０分の範囲内の値から６０分を上回る範囲の値に調整される、実施態様４４に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様４７）前記コンプライアンス電圧調整間隔は、６０分〜１日の範囲内の値から１日を上回る範囲の値に調整される、実施態様４４に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様４８）前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方は、前記コンプライアンス電圧マージンを含む、実施態様４２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様４９）前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧較正処理中に前記コンプライアンス電圧マージンを減少させるように構成されている、実施態様４８に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様５０）前記コンプライアンス電圧マージンは、電圧降下パーセンテージである、実施態様４９に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様５１）前記電圧降下パーセンテージは、１０％を上回る範囲内の値から１０％を下回る値に調整される、実施態様５０に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様５２）前記電圧降下パーセンテージは、５％〜１０％の範囲内の値から２％を下回る値に調整される、実施態様５０に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様５３）前記電圧降下パーセンテージは、１％〜２％の範囲内の値から１％を下回る値に調整される、実施態様５０に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様５４）前記制御／処理回路は、前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの少なくとも前記一方を所定のタイムスケジュールに従って調整するように構成されている、実施態様４２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様５５）前記電子端子間の組織のインピーダンス変化を示す電気パラメータを測定するように構成されたモニタリング回路をさらに備え、
前記制御／処理回路は、前記モニタリング回路に電気パラメータ値を測定するように定期的に命令し、測定された前記電気パラメータに基づいて電圧降下を求め、前記電圧降下のうちの少なくとも２つの電圧降下の関数を計算し、この計算された関数に基づいて、前記コンプライアンス電圧調整間隔及び前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を調整することによって、前記コンプライアンス電圧較正処理を前記コンプライアンス電圧調整間隔で自動的に実行するように構成されている、実施態様４２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様５６）前記制御／処理回路は、求められた前記電圧降下に前記コンプライアンス電圧マージンを適用することによって前記調整済コンプライアンス電圧を計算するように構成されている、実施態様５５に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様５７）測定される前記電気パラメータは、前記アナログ出力回路における少なくとも１つのコンポーネントの電圧降下である、実施態様５５に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様５８）計算される前記関数は、２つの連続するコンプライアンス電圧調整間隔において求められる前記電圧降下の差分である、実施態様５５に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様５９）計算される前記関数は、複数の連続する電圧コンプライアンス調整間隔間で求められる電圧降下差分の平均値である、実施態様５５に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様６０）求められる前記電圧降下は、前記組織の電圧降下である、実施態様５５に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様６１）求められる前記電圧降下は、前記コンプライアンス電圧である、実施態様５５に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様６２）前記制御／処理回路は、計算された前記関数を第１の閾値と比較し、前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を前記比較に基づいて調整するように構成されている、実施態様５５に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様６３）前記制御／処理回路は、計算された前記関数が前記第１の閾値を満たす場合にのみ、前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を調整するように構成されている、実施態様６２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様６４）前記制御／処理回路は、前記電圧降下のうちの少なくとも別の２つの電圧降下の別の関数を計算し、前記コンプライアンス電圧間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を、計算された前記別の関数に基づいて調整するように構成されている、実施態様６２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様６５）前記制御／処理回路は、計算された前記別の関数を前記第１の閾値とは異なる第２の閾値と更に比較し、この比較に基づいて前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を再調整するように構成されている、実施態様６４に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様６６）前記制御／処理回路は、計算された前記別の関数が前記第２の閾値を満たす場合にのみ、前記コンプライアンス電圧調整間隔と前記コンプライアンス電圧マージンの前記少なくとも一方を再調整するように構成されている、実施態様６５に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様６７）前記制御／処理回路は、前記関数が前記第１の閾値以下である場合、前記コンプライアンス電圧調整間隔を増加させ、及び／又は前記コンプライアンス電圧マージンを減少させるように構成されている、実施態様６２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様６８）前記アナログ出力回路は、連続する治療期間にわたって前記変調パラメータセットを変更することなく前記複数の電気端子間に前記治療用電気エネルギーを送出するように構成されており、
前記コントローラ／処理回路は、前記連続する治療期間中に定期的な前記電圧コンプライアンス較正処理を実行するように構成されている、実施態様４２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様６９）前記コントローラ／処理回路は、前記アナログ出力回路による前記電気エネルギーの送出が変更されていない変調パラメータセットに従って開始される度に、定期的な前記コンプライアンス電圧較正処理を開始するように構成されている、実施態様６８に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様７０）前記規定の電流値は、ユーザプログラム可能である、実施態様４２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様７１）送出される前記治療用電気エネルギーは、電気パルス列を含む、実施態様４２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様７２）前記電圧調整器が結合された電池をさらに備えている、実施態様４２に記載の治療用神経調節システム。
（実施態様７３）前記複数の電気端子と、前記変調出力回路と、前記電圧調整器と、前記制御／処理回路とを収容するハウジングをさらに備えている、実施態様４２に記載の治療用神経調節システム。
【図１】
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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１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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