(57)【要約】  超小型刺激器において、刺激とテレメトリ聴取とを同時に行うことを許容する改良された調停スキームが開示される。刺激パルスの発生の後のパルス間隔期間の少なくとも一部分中に、テレメトリのための聴取ウィンドウを発生することが許され、超小型刺激器のコイルへのアクセスが容認される。これは、コイルへのアクセスがパルス間隔期間全体にわたる必要がないから許されるのである。例えば、聴取ウィンドウは、パルス間隔期間中のデカップリングキャパシタが放電されている部分中には発生させることができるが、パルス間隔期間中の次の刺激パルスのためにコンプライアンス電圧が発生されている部分中には発生させることはできない。しかしながら、コンプライアンス電圧の発生はパルス間隔期間の僅かな部分しか占めないので、本技術が実質的に制限されることはない。パルス間隔期間の主要部分の間に聴取ウィンドウの発生が許されることによって、聴取ウィンドウがパルス間に発生するギャップは小さく、従って刺激治療はその理想に近づく。【選択図】図１
2010532700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者へ刺激パルスを供給するのと並行してテレメトリを可能にするための埋込み可能な刺激デバイスにおいて実現可能な方法であって、
一連の連続する刺激サイクルを発生するステップを含み、上記刺激サイクルは刺激パルス及びパルス間隔期間からなり、
少なくとも１つの上記刺激サイクルの後に定期的にテレメトリウィンドウを発生するステップを更に含み、上記テレメトリウィンドウ中に上記埋込み可能な刺激デバイスは外部デバイスと通信することができるようになり、
上記テレメトリウィンドウは上記連続する刺激サイクルの間に挿入され、上記テレメトリウィンドウは上記連続する刺激サイクルの１つのパルス間隔期間の少なくとも一部分に重なる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
上記テレメトリウィンドウは、上記外部デバイスからのハンドシェーキングメッセージを聴取するための聴取ウィンドウを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記パルス間隔期間の上記テレメトリウィンドウと重なる部分は、電流経路デカップリングキャパシタが放電する部分からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記埋込み可能な刺激デバイスは、単一のコイルを有する超小型刺激器からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記パルス間隔期間の上記テレメトリウィンドウと重なる部分は、コンプライアンス電圧発生回路が上記コイルへアクセスする部分を含まないことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記刺激パルスは、上記埋込み可能な刺激デバイス上の少なくとも１つの電極へ供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記テレメトリウィンドウは、複数の上記刺激サイクルの後に定期的に発生することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
患者へ刺激パルスを供給するのと並行してテレメトリを可能にするための埋込み可能な刺激デバイスにおいて実現可能な方法であって、上記埋込み可能な刺激デバイスは、１つのコイル、患者の組織へ刺激パルスを供給するための少なくとも１つの電極、外部デバイスと通信するためのテレメトリ回路、上記少なくとも１つの電極における電圧を発生するためのコンプライアンス電圧発生回路、及び上記少なくとも１つの電極の電流経路内の少なくとも１つのデカップリングキャパシタを含み、上記方法は、
上記電極への刺激パルスのシーケンスを、パルス間隔期間を介在させて発生するステップを含み、上記パルス間隔期間は、上記コイルが上記コンプライアンス電圧発生回路によってアクセスされている第１の部分と、上記デカップリングキャパシタが放電している第２の部分と、を備え、
少なくとも１つの上記刺激パルスの後に定期的にテレメトリウィンドウを発生するステップを更に含み、上記テレメトリウィンドウ中に上記埋込み可能な刺激デバイスは外部デバイスと通信することができ、上記テレメトリウィンドウ中に上記コイルはテレメトリ回路によってアクセスされており、
上記テレメトリウィンドウは、上記連続する刺激パルスの間で、上記連続する刺激パルスの間のパルス間隔期間の上記第２の部分の少なくとも一部中に挿入されるが、上記連続する刺激パルスの間の上記パルス間隔期間の上記第１の部分中には挿入されない
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
上記テレメトリウィンドウは、上記外部デバイスからのハンドシェーキングメッセージを聴取するための聴取ウィンドウを備えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
上記コイルは、上記埋込み可能な刺激デバイス内の唯一のコイルであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
上記第１及び第２の部分は重なっていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
上記少なくとも１つの電極は、上記埋込み可能な刺激デバイスのハウジング上に設けられ、または上記ハウジングによって担持されていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
上記デカップリングキャパシタは、上記キャパシタの各側を上記患者の組織を通して電池電圧に結合することによって放電されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
上記コンプライアンス電圧発生回路は、上記少なくとも１つの電極における第１の電圧を上記電池電圧から発生することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記テレメトリウィンドウは、複数の上記刺激パルスの後に定期的に発生することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
埋込み可能な刺激デバイスであって、
１つのコイルと、
患者の組織へ刺激パルスを供給するための少なくとも１つの電極と、
外部デバイスと通信するためのテレメトリ回路と、
電池電圧から上記少なくとも１つの電極における第１の電圧を発生するためのコンプライアンス電圧発生回路と、
調停ロジックと、
を含み、
上記調停ロジックは、連続する刺激パルス間のパルス間隔期間の少なくとも一部分中に、上記テレメトリ回路が外部デバイスと通信できるようにするために、上記コイルへアクセスすることを容認し、上記調停ロジックは、上記パルス間隔期間の上記少なくとも一部分の間に、上記テレメトリ回路を動作可能にするが、上記パルス間隔期間中の上記コンプライアンス電圧発生回路が上記コイルへアクセスしている部分中には、上記テレメトリ回路を動作可能にしない、
ことを特徴とする埋込み可能な刺激デバイス。
【請求項１７】
上記テレメトリ回路は、上記外部デバイスからのハンドシェーキングメッセージを聴取するために、上記コイルへのアクセスを容認されることを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
上記デバイスは、超小型刺激器からなることを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１９】
上記少なくとも１つの電極は、上記埋込み可能な刺激デバイスのハウジング上に設けられている、または上記ハウジングによって担持されていることを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２０】
デカップリングキャパシタが放電される期間、及び上記コンプライアンス電圧発生回路が上記コイルへアクセスする期間は、重なっていることを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２１】
上記調停ロジックは、上記埋込み可能な刺激デバイス内のマイクロコントローラの一部であることを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２２】
上記少なくとも１つの電極の電流経路内に少なくとも１つのデカップリングキャパシタを更に含み、上記調停ロジックは、上記パルス間隔期間中の少なくとも上記デカップリングキャパシタが放電している部分の期間に、上記テレメトリ回路を動作可能にすることを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２３】
上記デカップリングキャパシタは、上記キャパシタの各側を上記患者の組織を通して電池電圧に結合することによって放電されることを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
上記コイルは単一のコイルであることを特徴とする請求項１６に記載の埋込み可能な刺激デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、埋込み可能な刺激器デバイスに、例えばバイオン（Bion：登録商標）デバイス、脊髄刺激（ＳＣＳ）デバイス、または他の型の神経刺激デバイスのような埋込み可能なパルス発生器に関する。
この国際出願（ＰＣＴ）は、2007年７月１１日出願の米国特許出願第11／776,170号の優先権を主張しており、参照によりこれを組み込む。
【背景技術】
【０００２】
埋込み可能な刺激デバイスは、不整脈を治療するためのペースメーカー、心臓細動の治療のための除細動器、難聴の治療のための蝸牛刺激器、視覚消失の治療のための網膜刺激器、協調四肢運動を生じさせるための筋肉刺激器、慢性的な痛みを治療するための脊髄刺激器、運動性及び心理的障害の治療のための大脳皮質及び深脳刺激器、偏頭痛を治療するための後頭部神経刺激器、及び尿失禁、睡眠時無呼吸症候群、肩亜脱臼等の治療のための他の神経刺激器のような、種々の生物学的障害の治療のために電気的刺激を発生し、それらを神経及び組織に送給する。本発明は、これらの応用の全てに利用可能性を見出すことができるが、以下の説明では、一般に、米国特許第7,177,698号、同第7,120,992号、3／25／04に公開された米国特許出願公開第2004／0059393号、2004年１月22日に公開された第2004／0015205号、2007年５月17日に公開された第2007／0112403号、2007年５月17日に公開された第2007／0112404号、及び2005年６月１日に出願された米国特許出願第11／142,154号、及び2005年11月16日に出願された第11／280,620号に記述されている型の超小型刺激器デバイスに本発明を使用することに主眼をおいている（これらは参照によりその全体がここに組み込まれる）。しかしながら、本発明は脊髄刺激（ＳＣＳ）デバイスのような他の埋込み可能な刺激器デバイス（これらの例は、米国特許第6,553,263号、同第6,516,227号に見出すことができる）にも利用可能性を有している（これらは参照によりその全体がここに組み込まれる）。
【０００３】
超小型刺激器デバイスは、典型的には小さい、ほぼ円筒形のハウジングを含み、このハウジングは所望の刺激電流を発生するための電極を担持している。この型のデバイスは目標組織の直近に埋込まれ、刺激電流が目標組織を刺激してさまざまな体調及び異常を治療することを可能にする。本明細書に使用している“超小型刺激器（マイクロスティミュレータ）”とは、デバイスのボディまたはハウジングが小型（典型的には、直径が数ミリメートル、長さが数ミリメートルから数センチメートル程度）であり、通常は患者の組織と接触することを意図した刺激電極を含む、または担持しているような埋込み可能な刺激器デバイスのことをいう。一般的に、超小型刺激器は、少なくとも１つの陽極電極及び少なくとも１つの陰極電極を含み、これらの電極の何れかは（もしそれが導電性ならば）超小型刺激器のハウジングであることができる。代替として、超小型刺激器は、例えば2006年10月18日に出願された米国特許出願第11／550,655号に記述されているような複数の陽極または陰極の何れかを有することができる。
【０００４】
図１は、超小型刺激器１０内の回路の例を示している。図示した超小型刺激器は単陽極／多陰極設計であるが、単陽極／単陰極または多陽極／多陰極設計であることもできる。治療のための刺激は、以下のように行われる。陽極電極２７は、電流Ｉを抵抗２４（Ｒ）、即ちユーザの組織へ供給する。電流の戻り路は、陰極スイッチ３０によって選択することができる１つまたはそれ以上の陰極２８によってもたらされる。電流Ｉの大きさは、デジタル・アナログコンバータ、即ちＤＡＣ ３２によって特定される（ＤＡＣの回路及び構造は上述した引例に記載されている）。デカップリングキャパシタ２２（Ｃ）が電流経路内に、通常は陽極電極２７の直近に配置されている。公知のように、デカップリングキャパシタ２２は、埋込み可能な刺激器デバイスが刺激パルスを供給した後の電荷回復を援助し、また患者の組織２４へ電流が直接注入されるのを防ぐことによって付加的な安全性を与える。
【０００５】
超小型刺激器１０は、その種々の論理回路に給電し且つ電極２７、２８から所望の刺激パルスを供給するのに必要なエネルギを発生させるための電池１２を含んでいる。刺激パルスを発生させる場合、一般に電池電圧Ｖbatからコンプライアンス電圧Ｖ+を発生させる必要がある。これは、一般に、所望の治療電流Ｉを発生させるのに必要な電圧を発生する必要があり、患者の組織の抵抗２４が可変であることを考えるとこのような電圧の発生が特に必要だからである。
【０００６】
電池電圧Ｖbatからコンプライアンス電圧Ｖ+を発生させるのは、コンプライアンス電圧発生回路１８の機能である。コンプライアンス電圧発生回路１８は、一般的には電池電圧をより高いコンプライアンス電圧Ｖ+までブーストするので、ＤＣ−ＤＣコンバータを含んでいる。（回路１８は、保証されるべき電池電圧よりも低いコンプライアンス電圧を発生することもできる。）コンプライアンス電圧発生回路１８は、超小型刺激器内のコイル１５を使用する。以下に説明するように、コイル１５は超小型刺激器１０内における他の用途をも有している。しかしながら、コンプライアンス電圧発生に関しては、コイル１５のインダクタンスをＶ+発生回路１８（通常は、少なくとも１つのキャパシタ及び少なくとも１つのダイオードを含む）と共に使用して所望のコンプライアンス電圧Ｖ+を発生する。埋込み可能な医療デバイス内にコンプライアンス電圧を発生させるために、コイル化されたインダクタを使用するＶ+発生回路の例が、2005年６月16日に公開された米国特許出願第2005／0131496号に記述されているので参照されたい。
【０００７】
上述したように、コイル１５は、超小型刺激器１０内の他の目的のために使用することができる。図２に示すように、コイル１５は、外部充電器４０から電力を無線で受ける手段として、及び外部プログラマ４５からデータを無線で受ける手段として使用することもできる。これらの外部デバイスは、典型的には互いに分離されているが、統合することも可能である。公知のように、外部充電器４０は、典型的には超小型刺激器内の電池１２を再充電するのに使用されるハンドヘルド式である。（他の実施の形態では、外部充電器４０は、電池を持たない埋込み型デバイスへエネルギを絶えず供給するのに使用することもできる。）外部プログラマ４５も典型的にはハンドヘルド式であり、超小型刺激器１０へデータを送るために臨床医または患者が使用する。例えば、外部プログラマ４５上のユーザインタフェース（図示してない）を操作することによって、臨床医は患者のために作成された処置プログラムを供給することができる（このプログラムは、患者に供給される刺激パルスの振幅、パルス幅、及び周波数を指定することができる）。
【０００８】
これらの外部デバイスもコイル４１、４６を含んでいる。これらのコイル４１、４６は付勢されると磁場を発生し、これらの磁場が超小型刺激器１０内のコイル１５に電流を誘起させる。充電中には、コイル４１からコイル１５内に誘起されたエネルギは整流され、充電及び電池保護回路１４（図１）を介して電池１２へ供給される。回路１４は、電池１２を、例えば約4.1Ｖの値まで安全に充電することを可能にする。データテレメトリ中には、外部プログラマ４５内のコイル４６が、典型的には周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）変調プロトコルを使用して、同じように活性化される。この場合も、得られた磁場がコイル１５内に電流を誘起させ、その結果受信された信号がテレメトリ回路１６において復調され、伝送されたデータが回復される。データテレメトリは、他の方向へも、即ち、超小型刺激器１０がそのステータスを外部プログラマ４５へ報告するために、コイル１５からコイル４６への方向へも行うことができる（因みに、テレメトリ回路１６は送信機及び受信機の両方を備えている）。
【０００９】
以上の説明から、超小型刺激器１０内のコイル１５が、コンプライアンス電圧の発生、電池の再充電、及びテレメトリに係わっていることが理解されたであろう。超小型刺激器１０のハウジング内の空間が制限されており、使用できる離散したコイルの数が制限される傾向にあるので、１つのコイル１５を使用して超小型刺激器１０内の異なる機能を遂行させることは有利である。従って、一般的には、超小型刺激器１０内のマイクロコントローラ２０は、種々の機能が競合しないようにコイル１５の使用を調停、もしくは時分割する必要がある。例えば、充電中には、テレメトリ回路１６及びＶ+発生回路１８はマイクロコントローラ２０によって典型的に動作不能にされ、コイル１５が超小型刺激器の電池１２の再充電の支援だけに使用されるようにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、コンプライアンス電圧発生及びデータテレメトリは、一般に同時に実行させることができるので、マイクロコントローラ２０は、所与の時点にこれら２つの機能のどちらがコイル１５にアクセスできるかを決定する必要がある。これをより良く理解するために、システム内において如何にデータテレメトリが行われるのかを説明することが有用であろう。外部プログラマ４５が超小型刺激器１０と通信する必要を生じたものとすれば、外部プログラマ４５はハンドシェーキングメッセージを送信し続け、超小型刺激器１０からデータ受信の準備が整ったことの応答を待機する。超小型刺激器１０自体は、このハンドシェーキングメッセージを定期的に“聴取（listen）”しなければならない。図３に示すように、このような聴取は定期的に、且つ限定された持続時間Ｄ（t）の聴取ウィンドウ５２中だけにしか行われない。聴取ウィンドウ５２中に、テレメトリ回路１６が動作可能になり、コイル１５がテレメトリのために確保される。聴取ウィンドウ５２の持続時間は約20ミリ秒（ｍｓ）程度であり、また理想的には、Ｔ（t）＝100ｍｓ程度毎に定期的に発生する。しかしながら、このような周期は、以下に説明するように可変である。
【００１１】
コンプライアンス電圧の発生は、患者へ治療刺激が与えられている間に行われる。刺激６０の処置例が図３に示されている。本質的に、刺激６０はパルス６２及びパルス間隔期間６４の交互シーケンスとして理解できる。パルス６２は、所望の治療電流Ｉが患者へ供給される時間内の点に対応する。これらのパルス６２の持続時間Ｄ（p）は、典型的に１ｍｓを越えることはなく、10マイクロ秒程度の短い持続時間とすることができる。
【００１２】
各パルス６２の後のパルス間隔期間６４中に、２つの主要イベントが出現する。第１に、次のパルスのためのコンプライアンス電圧が発生される。これは、一般に、パルスを発生させるとコンプライアンス電圧が次のパルスに適切なレベル以下になってしまうので必要である。前述したように、コンプライアンス電圧を発生させるにはＶ+発生回路１８を動作可能にし、コイル１５にアクセスする必要がある。第２に、パルス間隔期間６４中に、デカップリングキャパシタ２２（Ｃ）が放電する。上述した11／550,655出願に記載されているように、これは、典型的に陽極及び選択された１つまたは複数の陰極の両者を電池電圧Ｖbatに結合することによって発生する（この結合は、患者の組織２４を通してデカップリングキャパシタ２２の両側を短絡する効果を有している）。一般的に、パルス間隔期間６４の持続時間Ｄ（r）は可変であり、患者に効果的であると選択された刺激パルスの周波数ｆ（s）に依存する。パルス間隔期間の持続時間は、一般にコンプライアンス電圧発生及び出力キャパシタ放電というパルス間に必要なタスクを遂行するための十分な時間を保証する最短時間より短くすることはできない。パルス間隔期間の最短持続時間自体は、刺激タイミング信号６０のために選択することができる最大周波数ｆ（s）を制限するが、通常この限界は有用な治療に必要な周波数を越えており、従って、超小型刺激器１０の効用を実質的に制限することはない。
【００１３】
前述したように、刺激の供給とテレメトリの聴取を同時に行う必要性があるために、マイクロコントローラ２０はコイル１５へのアクセスを調停する必要がある。図３は、従来技術ではこれがどのように行われていたかを示している。図示されているのは、テレメトリ聴取（５０）と刺激（６０）の両者のための理想的なタイミング信号の例である。テレメトリ聴取に関し、聴取ウィンドウ５２は理想的に20ｍｓの持続時間Ｄ（t）にセットされ、100ｍｓの周期Ｔ（t）で出現していることが分かる。本例の刺激タイミング信号６０は、１ｍｓのパルス持続時間Ｄ（p）、及び55.555Ｈｚの周波数ｆ（s）が選択されている。数学的に言えば、これは18ｍｓの合計刺激期間Ｔ（s）に対して、パルス間隔期間の持続時間Ｄ（r）が17ｍｓであることに等しい。
【００１４】
これらの数値例をとった場合、マイクロコントローラ２０内の調停ロジック２１は、テレメトリ聴取タイミング信号（５０）及び刺激タイミング信号（６０）の両者を理想値から逸脱させる。これは、調停ロジック２１が、各刺激サイクル６５（パルス６２及びパルス間隔期間６４からなる）及び各聴取ウィンドウ５２を、時間的に重畳することができないブロックとして取扱うからである。従って、マイクロコントローラ２０は、調停時に、現在ペンディングの刺激サイクル６５が完了してしまうまでは、聴取ウィンドウ５２に優先権を与えることはない。例えば、図３において、聴取ウィンドウ５２ａの理想的タイミングは、刺激サイクル６５ａの終了と重なっている。従って、調停からもたらされた非理想的テレメトリタイミング信号５０’に図示してあるように、聴取ウィンドウ５２ａ’は刺激サイクル６５ａが閉じるまで、即ち、そのサイクル内のパルス間隔期間６４が完了してしまうまで待機させられる。一旦聴取ウィンドウ５２ａ’が出現すると、それはコイル１５へのアクセスが邪魔されないことを必要とする。従って、次の刺激サイクル６５ｂ’は、聴取ウィンドウ５２ａ’が終了するまで開始することはできない（非理想的刺激タイミング信号６０’に示す）。
【００１５】
コイル１５へのアクセスに関する競合を軽減させるために使用されている調停スキームの故に、非理想的テレメトリ聴取タイミング信号５０’及び非理想的刺激タイミング信号６０’がもたらされる。非理想的テレメトリ聴取タイミング信号５０’は、聴取ウィンドウ５２’間の周期を、理想として望ましい周期（100ｍｓ）に比して僅かに長い周期（例えばＴ（t）＝110ｍｓ）にする。しかしながら、この周期Ｔ（t）の僅かな増加は重大ではなく、または問題にもならない。
【００１６】
対照的に、得られる非理想的刺激タイミング信号６０’は潜在的に問題を含んでいる。図３から明らかなように、調停スキームの結果として、刺激パルス６２のパルス間隔が７０ａ、７０ｂ等のように引き延ばされてしまう。これらのパルス間隔７０ａは、患者にとって理想的な措置と考えられる長さ（17ｍｓ）よりもかなり長く（37ｍｓ）、かなりな頻度で（図３の例においては、例えば、６パルス毎に）発生する。これらのようなパルス間隔の理想からの完全な逸脱は患者に気づかれ易く、従ってひどく嫌がられる。
【００１７】
従って、埋込み可能な刺激器の分野、特に超小型刺激器の分野は、刺激パルスをそれらの理想的タイミングから大きく逸脱させることなく刺激及びテレメトリ聴取を同時に可能にする改良された技術によって利益を得ることになろう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
超小型刺激器または他の埋込み可能なパルス発生器において、刺激とテレメトリ聴取を同時に可能にする改良された調停スキームが開示される。刺激パルスの供給に続くパルス間隔期間の少なくとも一部分の間に、テレメトリのための聴取ウィンドウを発生させることが許容され、超小型刺激器のコイルへのアクセスが容認される。これは、コイルへのアクセスがパルス間隔期間全体にわたる必要がないから可能なのである。デカップリングキャパシタの放電にはコイルへのアクセスを必要としないので、例えばパルス間隔期間のデカップリングキャパシタが放電されている一部の間に聴取ウィンドウを発生させることができる。これに対して、コンプライアンス電圧を発生させるにはコイルへのアクセスを必要とするので、次の刺激パルスのためにコンプライアンス電圧が発生中である場合には、聴取ウィンドウをパルス間隔期間のその部分の間に発生させることはできない。しかしながら、コンプライアンス電圧の発生は比較的迅速に行われ、パルス間隔期間の僅かな部分だけしか占有しないので、そのパルス間隔期間の部分中に聴取ウィンドウを発生させることができなくても、本技術は大幅に制限されることはない。パルス間隔期間の大部分の間に聴取ウィンドウを発生可能にすることによって、聴取ウィンドウがパルスとパルスの間にもたらすパルス間隔、即ちギャップは小さくなる。その結果、刺激パルスはそれらの理想により近い位置に発生し、患者は、理想的な処置とテレメトリ聴取ウィンドウによってもたらされる処置との差異に気づき難くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】埋込み可能な超小型刺激器内の回路、特に、超小型刺激器の単一のコイルへのアクセスを必要とする種々の機能ブロック（テレメトリ、充電、ブースト）を示す図である。
【図２】患者内に埋込まれた図１の超小型刺激器を示す図であって、それぞれのコイルを使用して超小型刺激器と無線で通信する外部充電器及び外部プログラマを更に示している。
【図３】刺激及びテレメトリ聴取を表す理想的なタイミング信号、並びに単一のコイルの同時使用を回避するための従来技術による調停スキーム設計が如何にこれらの波形を理想から逸脱させていたかを示す図である。
【図４Ａ】本発明による改良された調停スキームを示し、また図３の従来技術と比較した時に、この改良されたスキームが刺激パルスの理想的タイミングからの逸脱を如何に小さくしているかを示す図である。
【図４Ｂ】本発明による改良された調停スキームを示し、また図３の従来技術と比較した時に、この改良されたスキームが刺激パルスの理想的タイミングからの逸脱を如何に小さくしているかを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明による技術の中核は、超小型刺激器１０内のコイル１５へのアクセスが、パルス間隔期間６４の全体である必要がないことを認識することである。前述したように、パルス間隔期間６４中には２つの主要イベント、即ち、次の刺激パルス６２に給電するための適切な電圧を形成するコンプライアンス電圧発生と、デカップリングキャパシタ２２（Ｃ）の放電とが発生する。これら２つのパルス間に発生する機能のタイミングを示している図４Ａには、所与の患者のための理想的な刺激タイミング信号６０も示されている。図示のように、コンプライアンス電圧発生及びデカップリングキャパシタ放電の両者は、パルス間隔期間６４中に並行して出現し、これらの両機能は本質的に先行刺激パルス６２の発生直後に始まる。（実際には、刺激パルス６２の終わりと回復期間６４機能の間に他の機能が超小型刺激器１０内で発生しているであろうが、これらは今検討している時間スケールに比較して重要ではないか、及び／または無視することができる。）
【００２１】
発明者等は、コンプライアンス電圧の発生はパルス間隔期間６４中に比較的迅速に行われ、一方デカップリングキャパシタ２２の放電は比較的ゆっくりと行われることに注目した。コンプライアンス電圧発生の持続時間Ｄ（g）は、典型的に１ミリ秒未満である。これに対して、デカップリングキャパシタ２２を放電させるのに必要な持続時間Ｄ（c）は、10ミリ秒まで、またはそれ以上を要する。大事なのは、デカップリングキャパシタ放電の持続時間Ｄ（c）は刺激パルスの幅と振幅との積に比例し、従って可変であるが、それでも典型的にはコンプライアンス電圧発生に必要な持続時間Ｄ（g）よりは少なくとも５乃至10倍は長いと言うことである。
【００２２】
これらの持続時間Ｄ（g）とＤ（c）との差は、特にコイル１５に与えるインパクトを考えた場合、聴取ウィンドウ５２によって刺激パルス６２が休止させられる問題にとって重大である。デカップリングキャパシタの放電は、コイル１５へのアクセスを必要としない。従って、テレメトリ聴取ウィンドウ５２（テレメトリ聴取は、コイルへのアクセスを必要とする）を、デカップリングキャパシタの放電と同時に発生させるように調停することができる。しかしながら、コンプライアンス電圧発生はコイルへのアクセスを必要とするので、テレメトリ聴取ウィンドウ５２をコンプライアンス電圧発生と同時に発生させるように調停することはできない。
【００２３】
本発明による技術の一実施の形態による効果は、マイクロコントローラ２０が、コンプライアンス電圧発生が完了した後に（即ち、持続時間Ｄ（g）の後に）、しかしデカップリングキャパシタ２２の放電と同時に、聴取ウィンドウ５２を発生させ得ることである。これは、図４Ａの改良されたテレメトリ聴取タイミング信号５０’に示されている。図示のように、聴取ウィンドウ５２’は、それがコンプライアンス電圧発生Ｄ（g）の後に発生するように、その理想的位置（５０）からパルス間隔期間６４の一部へ移動している。これにより、上述したように、聴取ウィンドウが完了した後に次の刺激パルス６２ｂ’を発生させることができる。図４Ａは、聴取ウィンドウ５２’が早い時点へ移動することを示しているが、本発明の技術による調停では、聴取ウィンドウ５２’が次のパルス６２ｂのコンプライアンス電圧発生の後に、即ち、パルス６２ｂと６２ｃとの間に出現するように聴取ウィンドウ５２’を遅い時間に移動させることもできる。大事なのは、聴取ウィンドウの周期Ｔ（t）の変化が問題視する程大きい量ではないから、聴取ウィンドウ５２’がその理想的位置（５０）から時間的に早め、または遅めの何れに移動したのかは、本技術にとって重要ではないことである。
【００２４】
パルス間隔期間６４の“コイル不使用”部分に聴取ウィンドウ５２を侵入又は発生させることを許容することによって、図３に示す従来技術と比較して、刺激パルス６２間の聴取ウィンドウのギャップ７０が大幅に短縮されていることが分かる。この比較は、図４Ｂに最良に示されている。図４Ｂは、従来技術（図３）、及び本発明による技術（図４Ａ）を使用して得られる非理想的刺激タイミング信号６０’を示しており、刺激パルス６２に対するそれらの関係を理解するために聴取ウィンドウ５２または５２’も点在させてある。上例に基づいて説明を続けると、17ｍｓの理想的パルス間隔期間Ｄ（r）と比較した時に、従来技術がＤ（r）＋Ｄ（t）＝37ｍｓのギャップ７０であったのに対して、本技術はＤ（g）＋Ｄ（t）＝21ｍｓのギャップ７０に留まっている。このように、本技術を使用して得られる刺激タイミング信号６０’は理想６０に極めて近づいており、従って、患者に気づかれ難くなっている。
【００２５】
更に、もし聴取ウィンドウ５２の持続時間Ｄ（t）が所与の応用におけるパルス間隔期間６４の持続時間Ｄ（r）に比して相対的に短ければ、本技術を使用することによって過大なギャップ７０を完全に排除することができ、その結果得られる刺激タイミング信号６０’は完全に理想的になる。これは、コンプライアンス電圧発生の持続時間Ｄ（g）と聴取ウィンドウの持続時間Ｄ（t）の和が、必要なパルス間隔期間の持続時間Ｄ（r）よりも短いか、または等しければ（即ち、Ｄ（g）＋Ｄ（t）≦Ｄ（r）の場合に）得られる。
【００２６】
本発明による技術を実現するのは比較的簡単であり、且つ標準の超小型刺激器１０のソフトウェアの変更（ハードウェア変更ではない）を、特に、調停ロジック２１のソフトウェア変更を必要とするだけである。例えば、再度図１を参照し、Ｖ+発生回路１８が発生するコンプライアンス電圧Ｖ+の大きさは、Ａ／Ｄコンバータ３１（マイクロコントローラと共に統合することができる）を介してマイクロコントローラ２０によって監視される。このフィードバック経路は、典型的には他の理由から（例えば、過大な、安全でないコンプライアンス電圧の発生を監視し、保護するために）既に存在しているので、調停ロジック２１の適切なソフトウェア変更によって、聴取ウィンドウ調停中にそれを使用するように活用することができる。詳述すれば、調停ロジック２１は、超小型刺激器１０が現在パルス間隔期間６４内にあるのか否かを判断し、もし期間６４内にあれば、コンプライアンス電圧Ｖ+を適切なレベルまで発生したか否か、例えばＤ（g）が経過したか否か、またはＶ+電圧がある大きさに到達したか否かを判断する。もし否でなければ、上述した技術に従って適切であるとしてテレメトリ回路１６を動作可能にすることによって、調停ロジック２１が聴取ウィンドウ５２を発生させるのを許容することができる。
【００２７】
以上、テレメトリ聴取ウィンドウを供給するためのタイミングの改良に関して説明したが、開示した技術はそのように限定されるものではないことを理解されたい。例えば、開示した技術は、たとえウィンドウの目的が外部デバイスからのテレメトリの聴取ではなくても、何等かの種類の定期的に発生されるテレメトリウィンドウのタイミングを改善するために使用することができる。例えば、時間調停されたテレメトリウィンドウを使用して、刺激が行われている間であっても、データを定期的に外部デバイスから受信し、またはデータを外部デバイスへ定期的に送信することができる。以上のように、開示した技術を使用すれば、刺激パルスを患者に供給しながら、プログラミングデータを複数のテレメトリウィンドウにわたって徐々に受信することができる。もしくは、超小型刺激器は、テレメトリウィンドウを使用してそのステータスに関する情報を外部デバイスに定期的に供給することができ、この場合も、刺激パルスが患者に供給される。
【００２８】
以上、本発明を特定の実施の形態及びそれらの応用によって説明したが、当業者ならば、特許請求の範囲に記載されている本発明の文字通りの、及び等価な範囲から逸脱することなく多くの変更及び変化が可能であろう。
【符号の説明】
【００２９】
１０  超小型刺激器
１２  電池
１４  充電及び電池保護回路
１５  コイル
１６  テレメトリ回路
１８  コンプライアンス電圧発生回路
２０  マイクロコントローラ
２１  調停ロジック
２２  デカップリングキャパシタ
４０  外部充電器
４５  外部プログラマ
５０  テレメトリ聴取タイミング信号
５２  テレメトリ聴取ウィンドウ
６０  刺激タイミング信号
６２  刺激パルス
６４  パルス間隔期間
６５  刺激サイクル
７０  ギャップ
Ｄ（t）  聴取ウィンドウの持続時間
Ｄ（p）  パルス持続時間
Ｄ（r）  パルス間隔期間の持続時間
Ｄ（c）  放電の持続時間
Ｄ（g）  コンプライアンス電圧発生の持続時間
Ｔ（s）  刺激期間
ｆ（s）  刺激パルスの周波数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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