(57)【要約】  埋め込み神経刺激器の患者の位置を決定し、決定された位置に基づいて神経刺激器によって送出される刺激プログラムを調節する方法及び回路を開示する。異なる周波数で取られた複素インピーダンス測定値（マグニチュード及び位相）を含むことができる患者の組織のインピーダンス測定値が、神経刺激器の電極で取られる。刺激治療と交互に取得することができるそのようなインピーダンス測定値は、「インピーダンス指紋」を決定するのに使用される。この指紋は、特定の刺激プログラムに関連付けられたＩＰＧ内に格納された他の既知の指紋と比較することができる。測定指紋がＩＰＧ内に格納されたものに適合する場合に、格納指紋に関連付けられた刺激プログラムが、患者治療に自動的に使用される。異なる測定指紋に遭遇すると、ＩＰＧは、そのような指紋に遭遇した時に患者が選択した刺激パラメータを呼び出すことにより、そのような指紋に対する新しい刺激プログラムを学習して格納することができる。【選択図】図５
2016503333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込可能刺激器デバイスであって、
電気刺激を患者に供給するように構成された複数の電極と、
前記電極の複数の組合せの間のインピーダンスを決定し、かつ該決定されたインピーダンスから測定インピーダンス指紋を決定するように構成されたインピーダンスアルゴリズムと、を含み、
前記インピーダンスアルゴリズムは、前記測定インピーダンス指紋に従って前記電極に供給される刺激プログラムを選択するように更に構成される、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記決定されたインピーダンスは、複素インピーダンスであることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
複数の予め決められたインピーダンス指紋と複数の関連付けられた刺激プログラムとを格納するように構成されたデータベースを更に含み、
前記測定インピーダンス指紋は、前記刺激プログラムを選択するために予め決められたインピーダンス指紋と比較される、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記複数の予め決められたインピーダンス指紋は、適合化手順中に前記データベースに格納されることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記複数の予め決められたインピーダンス指紋は、電気刺激が前記患者に与えられる時に学習されることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項６】
選択される前記刺激プログラムは、どの電極がアクティブか、該アクティブ電極の極性、該アクティブ電極での前記電気刺激のマグニチュード、電気刺激の持続時間、及び該電気刺激の周波数を含む１つ又はそれよりも多くの刺激パラメータを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記インピーダンスアルゴリズムは、前記電極の前記複数の組合せの間の前記インピーダンスを決定するために、該電極の該複数の組合せに測定信号を供給し、かつ該測定信号に対する応答を評価することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記測定信号はＡＣ電流を含み、前記応答は前記電極の前記複数の組合せの間のＡＣ電圧を含むことを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記測定信号は、電気刺激が発生していない無信号期間中に発生することを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記測定インピーダンス指紋は、前記電極の前記複数の組合せの間の組織モデル内の電気成分の値を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記インピーダンスアルゴリズムは、複数の異なる周波数での前記電極の前記複数の組合せの間の前記インピーダンスを決定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記測定インピーダンス指紋は、前記患者の姿勢を示すことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
埋込可能刺激器デバイスであって、
電気刺激を患者に供給するように構成された複数の電極と、
前記電極の複数の組合せの間のインピーダンスを決定し、かつ該決定されたインピーダンスから測定インピーダンス指紋を決定するように構成されたインピーダンスアルゴリズムと、
複数の予め決められたインピーダンス指紋と複数の関連付けられた刺激プログラムとを格納するように構成されたデータベースと、を含み、
前記インピーダンスアルゴリズムは、前記測定インピーダンス指紋を前記データベース内の予め決められたインピーダンス指紋と照合し、かつ該予め決められた指紋に関連付けられた、前記電極に供給されるべき前記刺激プログラムを選択するように更に構成されている、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項１４】
前記決定されたインピーダンスは、複素インピーダンスであることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記複数の予め決められたインピーダンス指紋及び前記複数の関連付けられた刺激プログラムは、適合化手順中に前記データベースに格納されることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記複数の予め決められたインピーダンス指紋及び前記複数の関連付けられた刺激プログラムは、電気刺激が前記患者に与えられる時に学習されることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１７】
選択される前記刺激プログラムは、どの電極がアクティブか、該アクティブ電極の極性、該アクティブ電極での前記電気刺激のマグニチュード、電気刺激の持続時間、及び該電気刺激の周波数を含む１つ又はそれよりも多くの刺激パラメータを含むことを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記インピーダンスアルゴリズムは、前記電極の前記複数の組合せの間の前記インピーダンスを決定するために、該電極の該複数の組合せに測定信号を供給し、かつ該測定信号に対する応答を評価することを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記測定信号はＡＣ電流を含み、前記応答は前記電極の前記複数の組合せの間のＡＣ電圧を含むことを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記測定信号は、電気刺激が発生していない無信号期間中に発生することを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記測定及び予め決められたインピーダンス指紋は、前記電極の前記複数の組合せの間の組織モデル内の電気成分の値を含むことを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記インピーダンスアルゴリズムは、複数の異なる周波数での前記電極の前記複数の組合せの間の前記インピーダンスを決定するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記測定及び予め決められたインピーダンス指紋は、前記患者の姿勢を示すことを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記データベースは、更に、前記予め決められたインピーダンス指紋の少なくとも一部と共に前記姿勢のテキスト記述を格納することを特徴とする請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２５】
埋込可能刺激器デバイスであって、
電気刺激を患者に供給するように構成された複数の電極と、
前記電極の複数の組合せの間のインピーダンスを定期的に決定し、かつ該決定されたインピーダンスから測定インピーダンス指紋を決定するように構成されたインピーダンスアルゴリズムと、
前記測定インピーダンス指紋を格納するように構成されたログと、
データベースと、を含み、
前記インピーダンスアルゴリズムは、更に、前記測定インピーダンス指紋からインピーダンス指紋を識別するために前記ログを評価し、かつ該識別されたインピーダンス指紋をデータベースに格納するように構成されている、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項２６】
前記決定されたインピーダンスは、複素インピーダンスであることを特徴とする請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記識別されたインピーダンス指紋は、前記データベースに格納された刺激プログラムに関連付けられることを特徴とする請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記データベース内の前記識別されたインピーダンス指紋に関連付けられた刺激プログラムが、（ｉ）該識別されたインピーダンス指紋に関連付けられたデフォルト又は現在進行中の設定値、（ｉｉ）前記ログ内の該識別されたインピーダンス指紋に関連付けられた前記刺激プログラムの平均、又は（ｉｉｉ）該識別されたインピーダンス指紋に関連付けられた最後の刺激プログラムを含むことを特徴とする請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記刺激プログラムは、どの電極がアクティブか、該アクティブ電極の極性、該アクティブ電極での前記電気刺激のマグニチュード、電気刺激の持続時間、及び該電気刺激の周波数を含む１つ又はそれよりも多くの刺激パラメータを含むことを特徴とする請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記インピーダンスアルゴリズムは、前記電極の前記複数の組合せの間の前記インピーダンスを決定するために、該電極の該複数の組合せに測定信号を供給し、かつ該測定信号に対する応答を評価することを特徴とする請求項２５に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記測定信号は、電気刺激が発生していない無信号期間中に発生することを特徴とする請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記識別されたインピーダンス指紋は、前記電極の前記複数の組合せの間の組織モデル内の電気成分の値を含むことを特徴とする請求項２５に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記インピーダンスアルゴリズムは、複数の異なる周波数での前記電極の前記複数の組合せの間の前記インピーダンスを決定するように構成されていることを特徴とする請求項２５に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記識別されたインピーダンス指紋は、前記患者の姿勢を示すことを特徴とする請求項２５に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記識別されたインピーダンス指紋は、前記ログ内のその頻度によって識別されることを特徴とする請求項２５に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記ログ内の前記識別されたインピーダンス指紋の頻度が、統計的基準を用いて決定されることを特徴とする請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３７】
埋込可能刺激器デバイスであって、
電気刺激を患者に供給するように構成された複数の電極と、
前記電極のうちの少なくとも２つの間の複数の周波数での複素インピーダンスを決定するように構成され、該決定された複素インピーダンスを用いて該２つの電極の間の組織モデル内の電気成分の値を決定するように更に構成されたインピーダンスアルゴリズムと、
を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項３８】
導電ケースを更に含み、
前記少なくとも２つの電極の１つが、前記ケースを含む、
ことを特徴とする請求項３７に記載のデバイス。
【請求項３９】
リードを更に含み、
前記少なくとも２つの電極のうちの少なくとも１つが、前記リード上に位置決めされている、ことを特徴とする請求項３７に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記インピーダンスアルゴリズムは、前記少なくとも２つの電極の間の前記インピーダンスを決定するために、該少なくとも２つの電極に測定信号を供給し、かつ該測定信号に対する応答を評価することを特徴とする請求項３７に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記測定信号はＡＣ電流を含み、前記応答は前記少なくとも２つの電極の間のＡＣ電圧を含むことを特徴とする請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４２】
前記測定信号は、電気刺激が発生していない無信号期間中に発生することを特徴とする請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４３】
埋込可能刺激器デバイスであって、
患者に刺激を供給するように構成された複数の電極と、
前記電極のうちの少なくとも２つの間に少なくとも１つの測定信号を供給するためのかつ該測定信号に応答する該少なくとも２つの電極の間の少なくとも１つの応答を測定するためのインピーダンスモニタ回路と、
前記少なくとも１つの測定信号と測定された前記少なくとも１つの応答とを用いて少なくとも前記２つの電極の間の複素インピーダンスを決定するためのインピーダンスアルゴリズムと、
を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項４４】
導電ケースを更に含み、
前記少なくとも２つの電極の１つが、前記ケースを含む、
ことを特徴とする請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４５】
リードを更に含み、
前記少なくとも２つの電極のうちの少なくとも１つが、前記リード上に位置決めされている、ことを特徴とする請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４６】
前記測定信号は、複数の周波数からなる単一測定信号を含むことを特徴とする請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４７】
前記インピーダンスモニタ回路は、異なる周波数で複数の測定信号を供給するように構成されていることを特徴とする請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４８】
前記少なくとも１つの測定信号は、電気刺激が発生していない無信号期間中に発生することを特徴とする請求項４３に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
この国際出願は、共に引用によって本明細書に組み込まれている２０１３年９月１１日出願の米国特許出願第１４／０２４，２７６号及び２０１２年１２月７日出願の米国特許仮出願第６１／７３４，６２９号に対する優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、脊髄刺激器のような埋込可能刺激器デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
埋込可能刺激器デバイスは、不整脈を治療するためのペースメーカー、心細動を治療するための細動除去器、難聴を治療するための蝸牛刺激器、盲目を治療するための網膜刺激器、協働した体肢運動を生成するための筋肉刺激器、慢性疼痛を治療するための脊髄刺激器、運動疾患及び精神疾患を治療するための皮質及び脳深部の刺激器、並びに尿失禁、睡眠時無呼吸、肩関節亜脱臼などを治療するための他の神経刺激器等の様々な生体疾患の治療に向けて電気刺激を発生させて神経及び組織に送出するデバイスである。以下に続く説明は、一般的に、米国特許第６，５１６，２２７号明細書に開示されているもの等の腰痛を治療するための脊髄刺激（ＳＣＳ）システム内での本発明の使用に着目する。しかし、本発明は、いかなる埋込可能刺激器デバイスにも適用性を見出すことができる。
【０００４】
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、ＳＣＳシステムは、典型的には、例えば、チタン等の導電材料で形成された生体適合性デバイスケース１２を含む埋込可能パルス発生器（ＩＰＧ）１０を含む。ＩＰＧには、外部ＲＦエネルギにより、バッテリを用いずに給電することができるが、ケース１２は、典型的には、ＩＰＧが機能するのに必要な回路及びバッテリ１４（図２Ｂ）を保持する。ＩＰＧ１０は、１つ又はそれよりも多くの電極リード１８を通して電極１６に結合され、電極１６が電極アレイを形成するようにする。電極１６は、各電極に結合された個々の信号ワイヤ２２も含む可撓性本体２０上に担持される。図示の実施形態において、Ｅ1〜Ｅ8とラベル付けした８つの電極がリード１８上に存在する。しかし、リード上の電極の個数、並びにリードの個数は用途特定のものであり、従って、異なる可能性がある。リード１８は、例えば、エポキシを含むことができる非導電性ヘッダ材料２６内に固定されたリードコネクタ２４を用いてＩＰＧ１０に結合する。
【０００５】
図２Ｂの断面図に示すように、ＩＰＧ１０は、典型的には、様々な電子構成要素３２を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）３０を含む電子基板アセンブリを含む。ＩＰＧ１０内には、外部コントローラ５０に／からデータを送信／受信するためのテレメトリコイル３４、及び外部充電器（図示せず）を用いてＩＰＧのバッテリ１４を充電又は再充電するための充電コイル３６という一般的に２つのコイル（より一般的にはアンテナ）が存在する。（図１Ｂは、２つのコイル３４及び３６の観察を容易にするためにケース１２を取り外したＩＰＧ１０を示す。）
【０００６】
図２Ａは、外部コントローラ５０の平面図を示し、図２Ｂは、外部コントローラ５０をそれが通信する相手であるＩＰＧ１００との関連に示している。外部コントローラ５０を従来の手持ち式患者コントローラとして示すが、外部コントローラ５０は、一般的に診療室内に使用されるタイプの臨床医プログラマーを含むことができる。（臨床医外部コントローラは、当業者が理解しているように異なる外観を有することになり、一般的にコンピュータを含む。）外部コントローラ５０は、ＩＰＧ１０にデータを送り、かつそこからデータを受信するのに使用される。例えば、外部コントローラ５０は、ＩＰＧ１０が患者に与えることになる治療を指定するための治療設定値等のプログラミングデータをＩＰＧ１０に送ることができる。更に、外部コントローラ５０は、ＩＰＧのステータスに対して報告する様々なデータ等のＩＰＧ１０からのデータの受信機として作用することができる。
【０００７】
図２Ｂに示すように、外部コントローラ５０は、ＩＰＧ１００と同様に、外部コントローラ５０の作動を制御するための電子構成要素がその上に位置決めされたＰＣＢ５２も含む。外部コントローラ５０は、バッテリ５６による給電を受けるが、例えば、それ自体をコンセントに接続することによって給電することができる。
【０００８】
外部コントローラ５０は、典型的には、携帯コンピュータ、セル電話、又は他の手持ち式電子デバイスに対して使用されるものと類似のユーザインタフェース６０を含む。ユーザインタフェース６０は、典型的には、患者又は臨床医がＩＰＧ１０に治療プログラムを送り、ＩＰＧ１０から報告されるいずれかの関連ステータス情報を閲覧することを可能にするタッチ可能ボタン６２及びディスプレイ６４を含む。
【０００９】
ＩＰＧ１０と外部コントローラ５０の間の無線データ伝達は、好ましくは、誘導結合によって行われる。これは、典型的には、論理「０」ビットが第１の周波数（例えば、１２１ｋＨｚ）で変調され、論理「１」ビットが第２の周波数（例えば、１２９ｋＨｚ）で変調される公知の周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）プロトコルを用いて行われる。そのような通信を実施するために、ＩＰＧ１０と外部コントローラ５０の両方は、通信コイル３４及び５８それぞれを有する。いかなるコイルも、送信機又は受信機として作用することができ、それによって２つのデバイス間で双方向通信が可能になる。誘導結合によるこの通信手段は経皮的なものであり、患者の組織７０を通して行うことができることを意味する。
【００１０】
ＳＣＳ用途におけるリード１８は、図３の断面図で示すように、一般的に患者の脊髄内の硬膜８２の近くにある硬膜外腔８０内に挿入される。リード１８の近位部分は、患者の体内を通って挿入され、患者の臀部の上側部分の内部等のリードから幾分離れた場所に埋め込まれたＩＰＧ１０のリードコネクタ２４に接続される。典型的には、ＳＣＳ用途では、硬膜８２から左右に分岐する神経にＩＰＧ１０によって刺激治療を送出することができるように、脊椎の左側と右側に埋め込まれた２つのリードが存在する。しかし、図３には、簡略化のために１つのそのようなリードしか示していない。
【００１１】
埋め込まれた状態で、患者は、典型的には、その症状を治療するのに有効な治療を決定するための適合化手順を受けさせられる。これは、典型的には、診療室内で行われ、本質的に幾分実験的なものであると考えられる。（適合化の一部の態様は、ＩＰＧ１０の完全な埋め込みの前に外部試行刺激段階中に行うことができ、これは、例えば、米国特許公開第２０１０／０２２８３２４号明細書に解説されている。）
【００１２】
一般的に、適合化手順中に、患者に対してどれが最も心地よいかを決定するために、ＩＰＧ１０によって様々な刺激パラメータが適用され、次いで、そのような刺激パラメータを刺激プログラムとしてＩＰＧ１０内に格納することができる。刺激パラメータは、リード１８上のどの電極１６がアクティブか、アクティブ電極の極性（すなわち、これらの電極がアノード（電流ソース）又はカソード（電流シンク）のいずれとして作用するか）、アクティブ電極に印加される電流パルスのマグニチュード（電圧マグニチュード又は電流マグニチュードのいずれかを含むことができる）、パルス持続時間、パルス周波数、及び他のパラメータを含むことができる。これらの刺激パラメータは、ＩＰＧ１０内のパラメータを変更及び格納するために、ＩＰＧ１０内のテレメトリコイル３４と無線通信する臨床医プログラマー又は手持ち式患者コントローラのいずれかである外部コントローラ５０によって変更することができる。刺激プログラムが臨床医によって設定され、患者が診療室を離れた後に、患者は、このプログラムの刺激パラメータを自身の手持ち式患者コントローラを用いて修正することができる。
【００１３】
当業技術では、患者は、特にその姿勢又は活動に基づいて異なる時点での異なる刺激の使用から利益を得ることができると認識されている。これは、患者が、例えば、仰臥位（仰向け）から立位へ、更に伏臥位（俯せ）へと動きを変更する時にリード１８の位置が硬膜外腔５０内で移動する場合があることによるものである。図３にこれを矢印に示している。図示のように、患者が移動すると、電極１６と硬膜８２の間の距離が変化する可能性がある。この距離変化は、治療の変更を必要なものにする可能性がある。
【００１４】
従来技術では、患者姿勢又は活動におけるそのような変化は、ＩＰＧ１０内の加速度計によって感知されていた。一般に知られているように、加速度計は、重力を評価することによって３次元（３Ｄ）空間内のその位置を検出することができ、従って、それが体内に埋め込まれた患者の３Ｄ位置を検出することができる。この技術により、ＩＰＧは、身体の姿勢の変化を認識し、必要とされる刺激のレベルを呼び出すことができるので、患者は、姿勢を変更するときに自身の刺激パラメータを手動で調節する負担から解放される。すなわち、従来技術では、ＩＰＧ１００は、患者が姿勢を変更する時点を感知し、過去の経験から学習し、この姿勢に対する患者の最後の快適な設定を呼び出し、この姿勢に対して患者が選択した設定に刺激を自動的に調節することによって応答することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第６，５１６，２２７号明細書
【特許文献２】米国特許公開第２０１０／０２２８３２４号明細書
【特許文献３】米国特許出願第６１／６５４，６０６号明細書
【特許文献４】米国特許仮出願第６１／６５４，６０３号明細書
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】埋込可能医療デバイス、特に埋込可能パルス発生器（ＩＰＧ）の異なる図の１つである。
【図１Ｂ】埋込可能医療デバイス、特に埋込可能パルス発生器（ＩＰＧ）の異なる図の１つである。
【図２Ａ】ＩＰＧと通信するための外部コントローラを示す図である。
【図２Ｂ】ＩＰＧと通信するための外部コントローラを示す図である。
【図３】患者の脊椎内の硬膜外腔に位置決めされた電極リードを示し、患者姿勢に基づいてリードの位置を如何に変更することができるかを示す図である。
【図４Ａ】患者の脊椎内の硬膜外腔に位置決めされた電極リードを示し、患者姿勢に基づいてリードの位置を如何に変更することができるかを示す図である。
【図４Ｂ】患者の脊椎内の硬膜外腔に位置決めされた電極リードを示し、患者姿勢に基づいてリードの位置を如何に変更することができるかを示す図である。
【図５】ＩＰＧの２つの電極の間のインピーダンスを測定するためのインピーダンスアルゴリズムを含む本発明の実施形態によるインピーダンスモニタ回路の図である。
【図６】インピーダンスアルゴリズムが、インピーダンス測定値を様々な電極の組合せの間の組織インピーダンスを示すインピーダンス指紋に如何にコンパイルすることができるかを示す図である。
【図７】与えられた電極組合せに関する図６のインピーダンス測定値を１つよりも多い周波数で如何に取得することができるかの例を示す図である。
【図８】インピーダンスアルゴリズムが、患者姿勢を示す既知のインピーダンス指紋及びそれに関連付けられた刺激プログラムを含む指紋データベースと如何にやり取りを行い、測定指紋を含む指紋ログと如何にやり取りを行うかを示す図である。
【図９Ａ】インピーダンスモニタ回路を含むＩＰＧと通信している外部コントローラのディスプレイを示し、ユーザが、ＩＰＧによって識別された姿勢を如何に精査かつ改名し、かつ識別された姿勢に関連付けられた刺激プログラムを如何に修正することができるかを示す図である。
【図９Ｂ】インピーダンスモニタ回路を含むＩＰＧと通信している外部コントローラのディスプレイを示し、ユーザが、ＩＰＧによって識別された姿勢を如何に精査かつ改名し、かつ識別された姿勢に関連付けられた刺激プログラムを如何に修正することができるかを示す図である。
【図１０Ａ】刺激プログラムの作動中にインピーダンス指紋を含むインピーダンス測定値をいつ如何にして取得することができるかを示す図である。
【図１０Ｂ】刺激プログラムの作動中にインピーダンス指紋を含むインピーダンス測定値をいつ如何にして取得することができるかを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者は、患者姿勢を感知し、それによって患者に対して適切な刺激プログラムを決定するために加速度計を使用する従来技術に基づく方法に欠点を認めた。１つには、従来技術は、加速力（例えば、重力）以外の力が、姿勢を示すように患者に印加される場合があり、それによって治療が影響を受けることを考慮していない。それによって患者の状況に対して誤認を招く仮定が引き起こされる可能性がある。例えば、ＩＰＧ内の加速度計は、伏臥位で横たわっている患者と、立っているが、前方に屈んでいる患者とを本当はそうではないのに同じ姿勢にあると結論付ける可能性がある。同様に、加速度計は、立ち上がろうとする患者と座ろうとする患者とを同じく本当ではないのに同じ姿勢にあると結論付ける可能性がある。
【００１８】
本発明者は、そのような区別は、特にリード１８上の電極の位置が、硬膜８２に対して予想不能で不均一な具合に変化する可能性があることを認めた上で有意であると見る。図４Ａ及び図４Ｂを考えられたい。図４Ａでは、患者が伏臥位で横たわっており、その結果、リード１８が、硬膜８２からその全長に沿って一定距離ｄだけ総じて移動して離れたと仮定している。それとは対照的に、図４Ｂでは、患者が立っているが、前方に屈んでいると仮定している。患者がこのように屈むと、硬膜外腔８０及び硬膜８２も曲がることになり、一方、リード１８は、比較的真っ直ぐな状態に留まり、その結果、電極と硬膜８０の間の距離は一定ではなく、一部の電極はより近く、一部は遠く離れる。更に、患者が屈むと、リード１８は、図４Ｂに矢印に示すように、硬膜外腔８０内で横にシフトする可能性もある。それによっても、硬膜５０に対する電極の位置が変化する。例えば、神経枝８４が患者に対して疼痛をもたらし、神経刺激を必要とすると考えられたい。図４Ａでは、電極Ｅ２のアクティブ化が、神経枝８４を採用して治療する可能性が最も高くなる。しかし、図４Ｂのリードの横シフトは、今度は電極Ｅ１を神経枝８４の近くに運び、Ｅ２ではなくこの電極のアクティブ化が患者に対して最良の治療を与えることになることを示唆する。
【００１９】
これらの姿勢の差にも関わらず、加速度計を利用する手法は、図４Ａの患者姿勢と図４Ｂの患者姿勢との両方が同じであると決定する可能性があり、従って、本当は各姿勢に対して異なる刺激プログラムを有利とすることができるのに、単一刺激プログラムが両方の姿勢に対して適切であると結論付ける可能性がある。
【００２０】
上述の実情を認識した上で、患者姿勢、従って、どの刺激プログラムが有効であるかを決定するための本発明者の手法は、電極で取得された測定値を拠り所とする。特に、以下に更に詳述に解説するように、患者の組織のインピーダンス測定値が電極で取得され、これらの測定値は、異なる周波数で取得される複素インピーダンス測定値（マグニチュード及び位相）を含む。刺激治療と交互に取得することができるそのようなインピーダンス測定値は、「インピーダンス指紋」を決定するのに使用される。この指紋は、特定の刺激プログラムに関連付けられたＩＰＧ内に格納された他の既知の指紋と比較することができる。測定指紋がＩＰＧ内に格納されたものと適合した場合に、格納指紋に関連付けられた刺激プログラムが、患者の治療に向けて自動的に選択される。与えられた姿勢に対して刺激プログラムが変更された場合に、そのような変更は、次回患者が対応する姿勢にある時に向けて変更を格納するために、関連付けられた指紋と共に格納されることになる。更に、格納されたものと適合しない新しい指紋が測定されると、ＩＰＧは、そのような指紋に遭遇した時に患者が選択した刺激パラメータを格納することによってそのような新しい指紋に対する新しい刺激プログラムを学習して格納することができる。従って、ＩＰＧは、刺激が発生するときに、更に、患者が一日を過ごす時に「オン・ザ・フライ」で新しい姿勢と新しい刺激プログラムとを学習することができる。
【００２１】
この技術の細目を解説する前に、この技術に従ってＩＰＧ１０内で使用可能なインピーダンスモニタ回路１００の例を図５に開示している。簡略化のために、回路１００を単一電極Ｅに対してしか示していないが、実際の実施では、全ての電極におけるインピーダンスをモニタすることができるように、そのような回路は重複使用又は共有されることになる。描示するインピーダンスモニタ回路は、インピーダンス測定を実施することができる回路の一例でしかなく、限定的な意味で捉えるべきではない。
【００２２】
電極Ｅは、別の基準電極Ｒｅｆに対して示されており、これは（後に開示するように）リード１８上の別の電極又はＩＰＧの導電ケース１２（図１Ａ）を含むことができる。電極と基準の間に介在する患者の組織は、コンデンサーＣとレジスタＲ１とが並列で、この並列組合せが直列にレジスタＲ２に結合されるＲ−Ｃ回路網としてモデル化される１０２。一般的には、組織流体がＲ２によってモデル化され、それに対して組織内の細胞膜が、ＣとＲ１との並列接続によってモデル化される。組織モデル１０２は、組織環境の実情により的確に適合するように異なる抵抗とキャパシタンスとを用いて更に改良することができるが、この簡単な３つの構成要素のモデル１０２は例示目的に役立つ。図５の式に示すように、キャパシタンスにより、組織のインピーダンスＺは複素数になる。従って、組織を通る一定のＡＣ電流に応答して組織の両端に生成されるＡＣ電圧Ｖは、波形に示すように、電流に対して位相シフト（θ）されることになる。
【００２３】
一例では、インピーダンス測定のための測定信号は、ＡＣ定電流ソース１０５によって供給される。生成される電流のマグニチュード｜Ｉ｜及び周波数ｆは、マイクロコントローラ１１０内で作動するインピーダンスアルゴリズム１２０によって制御され、このアルゴリズムに対しては下記でより詳細に解説する。マイクロコントローラ１１０は、ＩＰＧ１００内に一般的に存在するいずれかの公知の中央プロセッサ又はコントローラ、又はより一般的にはいずれかの論理回路を含むことができる。望ましい電流Ｉを負荷印加なしにＩＰＧのバッテリ１４からの電力消費を考慮した効率的な方式で供給するほど十分なコンプライアンス電圧Ｖ＋を発生させるために使用されるコンプライアンス電圧レギュレータ１１５により、電流ソースの両端の電圧降下をモニタすることができる。適切なコンプライアンス電圧調整回路１１５は、２０１２年６月１日出願の米国特許出願第６１／６５４，６０６号明細書に見出すことができ、本出願は、引用によって組み込まれており、閲読者には馴染み深いものであると思われる。一般的に、インピーダンス測定に使用される定電流のマグニチュード｜Ｉ｜は、治療電流に対して使用される典型的なマグニチュードよりもかなり低くなり、従って、患者によって気付かれることにはならない。例えば、｜Ｉ｜は、１マイクロアンペアから１００マイクロアンペアまでの範囲にわたるとすることができる。電流ソース１０５は、その複雑度に基づいて、患者に対する治療刺激パルスを発生させるために使用することができ（図１０を参照されたい）、又は刺激パルスを発生させるために使用されるソースとは別個のものとすることができる。
【００２４】
組織インピーダンスのモニタは、マイクロコントローラ１１０内で作動するインピーダンスアルゴリズム１２０の制御下で行われ、このアルゴリズムは、更に後に解説するように、ＩＰＧ１０が刺激を患者に供給している間に作動させることができる。測定に対して適切な時点において、インピーダンスアルゴリズム１２０は、測定信号Ｉのマグニチュード｜Ｉ｜及び周波数ｆを電流ソース１０５に送る。次いで、測定信号Ｉに応答してもたらされる電極Ｅにおける結果的なＡＣ電圧Ｖは、適切なレート（例えば、１０度毎）で適切な回数（例えば、１８０度にわたって）サンプリングするアナログからデジタルへの（Ａ／Ｄ）コンバータ１２５においてデジタル化され、インピーダンスアルゴリズム１２０が波形のマグニチュード｜Ｖ｜及び電流に対する位相θを見つけることが可能になる。（この場合に、インピーダンスアルゴリズム１２０は、その電流ソース１０５の制御によって電圧と電流の間の相対位相θを把握すると仮定している。しかし、相対位相θをインピーダンスアルゴリズムに供給するために、必要に応じて位相検出器において電流Ｉの位相をモニタして電圧と比較することができる。）
【００２５】
電圧マグニチュード及び位相θがインピーダンスアルゴリズム７５によって決定されると、電流マグニチュード｜Ｉ｜のインピーダンスアルゴリズム７５の事前把握情報に基づいて、組織の複素インピーダンスＺを計算することができる。特に、図５にある式に示すように次式が成り立つ。
Ｚ＝Ｖ／Ｉ＝｜Ｖ｜／｜Ｉ｜*ｅ-jθ＝｜Ｚ｜*ｅ-jθ
ここで、インピーダンスのマグニチュード｜Ｚ｜は、電圧のマグニチュードと電流の電圧の間の比を含む（すなわち、｜Ｚ｜＝｜Ｖ｜／｜Ｉ｜）。与えられた周波数で、このインピーダンス１３０のマグニチュード｜Ｚ｜及び位相θは、インピーダンスアルゴリズム１２０によって格納される。そのような格納は、マイクロコントローラ１１０内のメモリ内か、又はマイクロコントローラに関連付けられ、それによって制御される別個のメモリ内のものとすることができる。好ましい実施形態において、電極Ｅにおけるインピーダンス測定１３０を他の周波数で繰り返すことができ、それによって更に以下に解説するように、新しいマグニチュード｜Ｚ｜及び位相θを決定して格納することが可能になる。
【００２６】
図６は、組織のインピーダンス指紋１５０を決定するために、インピーダンスアルゴリズム１２０によってそのようなインピーダンス測定１３０を如何にコンパイルして処理することができるかを示している。異なる電極を、インピーダンスを測定するいずれかの特定の電極に対する基準電極（図５のＲｅｆ）として作用させることができる。例えば、電極組合せ１４０ａでは、導電ケース１２が、測定ターゲットの電極の各々に対する基準電極（例えば、接地）として作用する。これは、大きいケース電極が、患者の組織の比較的導電性のある環境内で基本的に供給する、システム接地にある程度類似したものに対する各電極のインピーダンスを把握するのに望ましい。
【００２７】
電極組合せ１４０ｂでは、Ｅ２対Ｅ１、Ｅ３対Ｅ２等のように、各電極におけるインピーダンスは、その隣のものに対して測定され、従って、そのような隣のものが基準として作用する。電極は、関連の構造に対して異なる距離を有する可能性があるので、上述のことは望ましい。例えば、リード１８に対して組織が曲がっている図４Ｂを再度参照すると、硬膜外腔８０のインピーダンスと硬膜８２のインピーダンスとが異なる場合に、Ｅ４とＥ３（硬膜８２に比較的近い）の間のインピーダンスと、電極Ｅ８とＥ７（硬膜から比較的遠い）の間のインピーダンスとが大きく異なることになることが予想されることになる。要約すれば、電極組合せ１４０ａと電極組合せ１４０ｂとによって与えられる組合せ情報は、電極に対する組織インピーダンスの信頼性の高い評価を与えるはずである。しかし、他の電極組合せが可能であり、より多くの電極組合せインピーダンス測定値により、得られる指紋の分解能が高まり、従って、姿勢変化に基づいて適切な刺激プログラムを最終的に自動的に選択する可能性が高まることになる。更に、電極組合せ１４０は、単純に１対の２つの電極よりも多い電極を含むことができ、２つの電極の代わりに、３つ又はそれよりも多くの電極によって定められるより複雑な組織網の間で取られるインピーダンス測定値を含むことができる。
【００２８】
異なる周波数で測定値を取得することにより、インピーダンスアルゴリズム１２０は、決定される組織モデル１０２−Ｒ１、Ｒ２及びＣ−における２つの電極の間の様々な成分（component）に関する値を計算することが可能になる。組織モデル１０２は３つの未知値を含むので、測定値は少なくとも３つの周波数で取得され、それによってインピーダンスアルゴリズム１２０が、与えられた電極組合せ１４０の間のＲ１、Ｒ２、及びＣを導出することが可能な連立方程式が与えられる。
【００２９】
図７は、低周波数、中間周波数、高周波数（ｆlow、ｆint、及びｆhigh）において取得され、測定において減結合コンデンサ１０３（図５）が含まれないと仮定した３つのそのような測定値の簡単な例を示している。（減結合コンデンサ１０３に対しては、更に下記で解説する。）このシミュレーションは、Ｒ２＝１００オーム、Ｒ１＝９００オーム、及びＣ＝１μＦであると仮定しているが、患者の実際の組織をより的確に示す値を決定するためには実験を必要とする場合がある。ｆlowの周波数が十分に小さい場合には（例えば、数十ヘルツ）、組織モデル１０２内のコンデンサーＣは開回路であり、すなわち、測定インピーダンスマグニチュード（｜Ｚ｜low）がＲ１とＲ２との和によってほぼ決定されると仮定することができる。同様に、ｆhighの周波数が十分に高い場合には（例えば、数十キロヘルツ）、コンデンサーＣは短絡回路であり、すなわち、測定インピーダンスマグニチュード（｜Ｚ｜high）がＲ２だけによってほぼ決定されると仮定することができる。言い換えれば、Ｒ１及びＲ２に対する値をこれらの２つの周波数でのインピーダンスマグニチュードのみを用いて決定するか又は少なくとも推定することができる。第３のインピーダンス測定値ｆintは、予想される最大マグニチュードの約半分（例えば、１／２（Ｒ１＋Ｒ２））であるインピーダンスマグニチュードをもたらすと実験が教示することができるいずれかの中間周波数で取得される。この第３の測定値は、｜Ｚ｜int及びθintのインピーダンスを与え、これらのインピーダンスは、次いで、コンデンサーＣの値を決定するのに使用することができる。特に、図５に示す式を使用すると次式が成り立つ。
｜Ｚ｜int*ｅ-jθint＝Ｒ２＋（Ｒ１／（１＋Ｒ１*Ｃｊ２πｆint））
この式をＣに対して解くことができる。しかし、キャパシタンスに関する簡単な仮定を行うことによってＲ１及びＲ２を決定するこの簡単な方法は、厳密に必要というわけではない。Ｒ１、Ｒ２、及びＣを（｜Ｚ｜１，θ１，ｆ１）、（｜Ｚ｜２，θ２，ｆ２）、及び（｜Ｚ｜３，θ３，ｆ３）から解くことが可能な連立方程式を与える上で、あらゆる３つの周波数での測定値を使用することができる。
【００３０】
この場合に、特定の組織モデル１０２は３つの未知値を取るが、他の多少複雑な組織モデル１０２が存在する可能性があり、そのようなモデルに対する値を解くことを可能にするために、異なる個数の最少周波数測定値数が必要になる。最少個数よりも多い周波数での測定値の包含により、未知の組織モデル値を高い信頼性を伴って決定することが可能になる。一例では、インピーダンス測定値は、約２０Ｈｚから５０ｋＨｚまでの範囲にわたる周波数にわたって取得することができる。
【００３１】
埋込可能神経刺激器の当業技術では、安全性の問題である可能性がある患者組織内へのＤＣ電流の直接注入を阻止するために、減結合コンデンサ１０３（図５）を刺激電極に接続することは公知である。そのような減結合コンデンサ１０３は、存在する場合に、インピーダンス測定に含めることができ、次式の全測定インピーダンスがもたらされる。
｜Ｚ｜*ｅ-jθ＝（２／Ｃdeｊ２πｆ）＋Ｒ２＋（Ｒ１／（１＋Ｒ１*Ｃｊ２πｆ））
ここで、（２／Ｃdeｊ２πｆ）は、２つの減結合コンデンサ１０３の直列インピーダンスを含む。減結合コンデンサのキャパシタンスＣｄｅは既知であるので、これらのキャパシタンスは、３つの異なる周波数で測定を行うことによってＲ１、Ｒ２、及びＣという未知組織値を見つける機能に影響を及ぼすことにはならない。（しかし、インピーダンス測定に減結合コンデンサ１０３を含めることは、図７に示すような高周波数及び低周波数でのＲ１及びＲ２の簡単な近似を可能にしないことに注意されたい。）
【００３２】
再度図６を参照すると、インピーダンスアルゴリズム１２０が、電極組合せ１４０の各々に関する組織モデル値（Ｒ１、Ｒ２、及びＣ）を計算した状態で、これらの値をまとめ合わせたものは、インピーダンス指紋（ＦＰ）１５０を含む。指紋１５０が組織モデル１０２内の電気成分の求解値を含むことは情報に富むが、これは厳密に必要というわけではない。これに代えて、指紋１５０は、様々な電極組合せ１４０の複素インピーダンスを示すいずれかの他の適切な単数又は複数の計量値で構成することができる。例えば、いずれかの与えられた電極組合せ１４０に対するインピーダンス指紋１５０の一部分は、様々な周波数で測定された未処理のインピーダンスマグニチュード及び位相（｜Ｚ｜，θ）、又は組織モデル値を解くまでには至らないこの未処理情報のいずれかの他の処理を含むことができる。実際には、組織モデル値を解くことは厳密に必要というわけではないので、指紋１５０が、いずれかの特定の個数の周波数で取得された情報を含むことは厳密に必要というわけではない。経験は、患者姿勢を確実に見つけるのに単一周波数で測定された複素インピーダンスで十分である場合があることを教示すると考えられる。更に、インピーダンス指紋１５０は、電極組合せの各々に関するインピーダンス測定値又は組織モデル値を新しい計量値に処理する段階を伴う場合がある。
【００３３】
図８に示すように、インピーダンス指紋１５０は、インピーダンスアルゴリズム１２０によって指紋データベース２００内に格納される。指紋データベース２００は、インピーダンス測定値１３０と同様に、ＩＰＧ１０内のあらゆる適切なメモリ内に格納することができる。以下に解説するように、臨床医による適合化手順中に決定することができ、又はオン・ザ・フライで学習された新しい指紋とすることができるデータベース２００内の指紋１５０は、各々が刺激プログラム（ＳＰ）１６０に関連付けられる。
【００３４】
図８に図示の例では、刺激プログラムＳＰａ−ＳＰｆは、適合化手順中に決定されると仮定する。例えば、臨床医は、患者に立つように頼み、次いで、外部コントローラ５０を用いてＩＰＧ１００に対してインピーダンス指紋１５０（ＦＰａ）を取得して格納するように命令することになる。それにも関わらず、立っている間に、臨床医は、ここでもまた、どの電極がアクティブか、アクティブ電極の極性、アクティブ電極に印加される電流パルスのマグニチュード、持続時間、及び周波数、又は立位（ＳＰａ）にある患者に対して望ましい治療を与える刺激プログラム１６０を決定するための他のパラメータのうちの１つ又はそれよりも多くを含む場合がある刺激パラメータを外部コントローラ５０を用いて調節することになる。次いで、指紋（ＦＰａ）と刺激プログラム（ＳＰａ）とは、指紋データベース２００内で関連付けられる。その後に、臨床医は、様々な指紋（ＦＰｘ）と刺激プログラム（ＳＰｘ）とを決定し、これらを指紋データベース２００内に格納して関連付けるために、患者に新しい姿勢をとらせて上述の手順を繰り返すことになる。
【００３５】
更に下記で解説するように、システムは、オン・ザ・フライで新しい指紋及び刺激プログラムを学習して格納することができるので、適合化手順中に、指紋データベース２００に姿勢に関する指紋１５０及びそれに関連付けられる刺激プログラム１６０を事前投入することは厳密に必要というわけではない。学習された指紋と適合化セッション中に決定された指紋との両方は、データベース２００内に格納された状態で予め決められていると言われる。
【００３６】
指紋データベース２００内に格納された指紋１５０は、時折に更新を必要とする可能性があることに注意しなければならない。そのような更新は、ＩＰＧ１０及びリード１８の周りの生理が有用寿命の途中で変化する可能性があることが認識される場合に有利である。例えば、リード１８上の電極１６又はケース１２の周りで瘢痕組織が発達する場合があり、又は時間と共にリード１８が硬膜外腔１２内の特定の位置に定着する場合があり、これらのうちのいずれも、データベース２００内の指紋１５０の変更を必要とする可能性がある。従って、データベース２００内の指紋１５０は、上述したように診療室内で又は患者の制御下で時折に更新されることになることを理解しなければならない。例えば、データベース２００内に格納された様々な指紋を更新することが適切である場合に、時に約６ヶ月毎に、ＩＰＧ１０内のマイクロコントローラ１１０を外部コントローラ５０と通信するように制御することができる。外部コントローラ５０によって患者がそのように通知を受けると、上述したように、適合化手順を通して患者に立ち挙動をさせるように外部プログラマー５０のユーザインタフェース６０をプログラムすることができ、データベース２００が理解する異なる姿勢で新しいインピーダンス測定値を取得し、これらの姿勢に関連付けられた格納指紋１５０を更新することが可能になる。しかし、ここでもまた、指紋データベース２００のそのような定期的な再適合化及び事前投入は、更に下記で解説するように、指紋がオン・ザ・フライで学習されてデータベース２００内に格納される場合には厳密に必要というわけではない。
【００３７】
データベース２００は、この場合にも適合化手順中に臨床医が外部コントローラ５０内に入力することができる姿勢のテキスト記述１７０を任意的に格納することができる。このテキスト記述格納は、外部コントローラ５０が、指紋データベース２００内に格納された様々な姿勢を照会することを可能にするのに有利とすることができる。例えば、現在進行中の刺激プログラム１６０のテキスト記述１７０を外部コントローラ５０に通信することにより、患者は、このプログラムが患者の実際の姿勢に適合していることを確認することができる。図９Ａの外部コントローラ５０の表示例６４に示すように、外部コントローラ５０に姿勢のテキスト記述１７０を表示することも、患者がこの刺激プログラムを修正するか又は異なる刺激プログラムを選択することを可能にするのに有利である。好ましい実施形態において、患者が外部コントローラ５０のユーザインタフェース６０を操作して、現在ＩＰＧ１０内で作動している刺激プログラム１６０に対する刺激パラメータのうちのいずれかをユーザ選択６６に示すように修正する場合に、ＩＰＧ１０が、刺激プログラム１６０に関連付けられた指紋１５０を感知した際に、新しいパラメータが適用されるように、指紋データベース２００内の刺激プログラム１６０は、これらの新しいパラメータを用いて自動的に更新されることになる。それによってＩＰＧ１０が、患者のフィードバックに基づいて刺激プログラムに対する新しいパラメータを学習することが可能になる。
【００３８】
指紋データベース２００へのデータ投入又は更新がこのようにして完了した状態で、インピーダンスアルゴリズム１２０は、指紋測定値を時折に取得し、可能な場合はこれらの測定値をデータベース２００内に格納されたものと照合し、患者に治療を与えるためにデータベース２００から関連付けられた刺激プログラム１６０を選択するだけでよい。この点に関して、図８に示すように、測定指紋１８０をタイムスタンプ及び（任意的に）その時点で進行している刺激プログラム１９０に関連付けられた指紋ログ２１０内に格納することができる。ログ２１０は、ここでもまた、ＩＰＧ１０内のあらゆる適切なメモリ内に格納することができる。現在測定中の指紋１８０を格納するという開示する技術に対してのみ厳密に必要なことであるが、更に下記で説明するように、ログ２１０内に指紋のタイムスタンプ付き履歴を格納することにより、インピーダンスアルゴリズム１２０がデータベース２００に対して現在未知である新しい姿勢を識別することが場合によって可能になる。ログ２１０は、適切な個数の指紋測定値１８０、例えば、一日の中で発生するもののみを格納するようにその容量を制限することができる。
【００３９】
与えられた時点（例えば、ｔ３）で、インピーダンスアルゴリズム１２０は、現在測定中の指紋１８０をログ２１０内で決定する（例えば、ＦＰｃ）。インピーダンスアルゴリズム１２０が、この測定指紋１８０をデータベース２００内に格納された指紋１５０（例えば、ＦＰｃ）と照合することができる場合に、インピーダンスアルゴリズム１２０は、データベース２００内のＦＰｃに関連付けられた刺激プログラムＳＰｃを患者に適用させることになる。インピーダンスアルゴリズム１２０が、測定指紋１８０をデータベース２００内の指紋１５０に適合させることができなかった場合に、インピーダンスアルゴリズム１２０は、現在患者に適用されている治療を修正することに関してアクションを取らない場合がある。これに代えて、次の段落で説明するように、未認識の測定指紋１８０は、オン・ザ・フライで学習されると、データベース２００内に格納されて適切な刺激プログラムに関連付けることができる。いずれかの与えられた測定指紋１８０がデータベース２００内に格納されたものに正確に適合することになると予想することはできないので、ログ２１０内の測定指紋１８０をデータベース２００内の格納指紋１５０と照合することは、ある程度の誤差幅の範囲で許容可能な比較を必要とする可能性があることを当業者は理解すべきであろう。例えば、２つの指紋１８０及び１５０内の全ての値（Ｒ１，Ｒ２，Ｃ）は、２０％の範囲で、又はこれらの値のうちの８５％が１０％の範囲で、又は日常的な実験と経験的データとに基づいて適切であると考えられるような他の統計的基準の範囲で適合するだけで十分とすることができる。
【００４０】
「姿勢１」等の指紋データベース２００内の他の姿勢は現時点では未知である場合があり、これらの姿勢は、ＩＰＧ１００がオン・ザ・フライで学習する新しいインピーダンス指紋に基づいて決定することができる。先に解説した指紋ログ２１０は、この点に関して有利である。インピーダンスアルゴリズム１２０は、時折に、特定の指紋が有意な頻度で発生しているか否かを調べるために、ログ２１０内の指紋測定値１８０を検査することができる。例えば、特定の患者は、適合化手順中に対処されなかった姿勢である右側位で寝ることを好むと仮定されたい。インピーダンスアルゴリズム１２０は、頻繁に発生するがデータベース２００内に格納された指紋１５０のうちのいかなるものにも適合しないことでインピーダンスアルゴリズム１２０に対して未知であるログ２１０内のこの姿勢に関連付けられた測定適合化手順１８０（例えば、ＦＰｇ）を認める場合がある。発生頻度を決定するために測定指紋１８０を評価するときに、ログ２１０内のいずれか２つ（又はそれよりも多く）の測定指紋１８０が正確に適合することになると仮定することはできず、インピーダンスアルゴリズム１２０は、ここでもまた、この決定を行うのに統計的基準を使用する必要がある可能性がある。
【００４１】
予想可能であるが未知の指紋（例えば、ＦＰｇ）がログ２１０に存在する場合に、インピーダンスアルゴリズム１２０は、新しい姿勢を決定することができ、この新しい指紋（時にログ１８０内で様々に発生する場合に平均された）をデータベース２００に追加することができる。ログ２１０内でこの測定指紋１８０が、患者の変更からもたらされたものとすることができる刺激プログラム１９０に関連付けられる場合に、関連付けられた刺激プログラム１９０のいずれかの指示をデータベース２００内に格納することができる。
【００４２】
例えば、ＦＰｇに関連付けられた刺激プログラムがログ２１０内で均一ではない場合には（例えば、ＳＰｗ〜ＳＰｚ）、インピーダンスアルゴリズム１２０は、単一刺激プログラム（ＳＰｇ）を決定してデータベース２００内にＦＰｇと共に格納するために、これらの刺激プログラムをいずれかの方式で平均することができる。これに代えて、インピーダンスアルゴリズム１２０は、ログ２１０内のデータベース２００内のＦＰｇに関連付けられた最後の刺激プログラム（例えば、単純に、先行する刺激プログラムＳＰｄに対するデフォルトとすることができるＳＰｚ）を単純に格納することができる。ログ２１０の精査が、新しい指紋に関連付けられた刺激に関する重要な情報をもたらさない場合に、例えば、ＳＰｗ〜ｚが、新しい指紋に遭遇した時に適用された最後の刺激プログラムを越えた患者による変更を示さない場合に、単純にＳＰｇは、データベース２００内のデフォルト又は現時点で進行中の刺激パラメータに関連付けることができる。データベース２００内に入力された状態で、新しい指紋ＦＰｇに関連付けられた刺激プログラムＳＰｇは、そのような姿勢にある間、すなわち、上述したように、現時点でＦＰｇがＩＰＧ１０によって適用されている間に患者による刺激パラメータ修正に基づいて更新することができる。
【００４３】
その後に、インピーダンスアルゴリズム１２０によってログ２１０内に新しい指紋ＦＰｇが認識され、データベース２００内に格納された状態で、ＩＰＧ１０は、この時点でこの予め決められた指紋に遭遇すると、適合化に基づく患者姿勢の事前の理解を持っていないにしても、治療をデータベース２００内のこの指紋に関連付けられたプログラム（ＳＰｇ）に自動的に切り換えることができる。姿勢のテキスト記述１７０がデータベース２００内に与えられる場合に、ＩＰＧ１０は、そのような新しい未識別の姿勢に一般的なテキスト記述（すなわち、「姿勢１」）を割り当てることができる。
【００４４】
将来の何らかの時点で、ＩＰＧ１０は、新しい姿勢が識別されたことを患者に通知し、患者がこの新しい姿勢に命名することを可能にするために、外部コントローラ５０と通信しようと試ることができる。これを図９Ｂに示している。図示のように、外部コントローラ５０のディスプレイ６４は、患者の現在の姿勢が一般的に「姿勢１」と説明されていることを示しており、患者が、この姿勢の説明をユーザ選択６７によって患者に対して意味のあるいずれかのもの、例えば、「右側位」に改名することを可能にする。患者によってテキスト記述が更新された場合に、データベース２００内で関連の格納指紋１５０（ＦＰｇ）に対して仮に割り当てられた「姿勢１」という記入子を上書きするために、外部コントローラ５０は、この新しいテキスト記述１７０をデータベース２００にテレメトリ送信することになる。患者が、選択６７によってテキスト記述を更新することを選ばなかった場合に、患者治療に影響はなく、インピーダンスアルゴリズム１２０は、指紋ＦＰｇの検出に基づいて、関連付けられた刺激プログラム１６０内に取り込まれた患者によるいずれかの修正を含めて刺激プログラムを依然として変更することができる。
【００４５】
未知の指紋ＦＰｇを決定し、最終的に指紋データベース２００内の刺激プログラムＳＰｇに関連付ける際に使用する上述の例は、上述の適合化手順が厳密に必要というわけではなく、すなわち、既知の姿勢において取得された指紋と、それに関連付けられた既知の患者姿勢において取得された刺激プログラムとをデータベース２００に事前にデータ投入する必要はないことを示している。患者の右側位で寝ることが最初にはＩＰＧ１０に対して未知であったのと全く同様に、図８に表す姿勢の全てを未知のものとし、最終的に見出すことができるとすることができる。例えば、インピーダンスアルゴリズムは、立っている患者に関連付けられた指紋（ＦＰａ）が頻繁に発生することを見ることができる場合があり、時間経過に伴って、この姿勢にある間の患者による刺激パラメータの調節に基づいて、最終的にこの指紋に関連付けるべき刺激パラメータ（ＳＰａ）を学習し、データベース２００内に格納することができる。こうしてインピーダンスアルゴリズム１２０は、指紋データベース２００に完全に自己データ投入を行うことができ、それによってＩＰＧ１０が、与えられた測定インピーダンス指紋に対してどの刺激プログラムが患者に最も的確に適合するかを学習することを可能にする。
【００４６】
学習された指紋に対して、生理変化（瘢痕生成）が最終的に変化をもたらしたとしても、そのような変化を追跡して自動的に更新することができる。例えば、立位に関連付けられた初期指紋ＦＰａが時間経過に伴って変化する場合があり、この場合に、インピーダンスアルゴリズム１２０は、この変化を認識することになり、この位置に対する新しい指紋（例えば、ＦＰｈ）を最終的に決定することができ、この指紋は、指紋データベース２００内に格納され、その刺激プログラム（例えば、ＳＰｈ）に関連付けられる。従って、この位置に対する先の指紋ＦＰａは、時間経過に伴って実用価値をなくすことになる場合があり、この場合に、この指紋ＦＰａは、現在測定中の指紋と決して適合しなくなり、従って、それに関連付けられた刺激プログラムＳＰａは、患者治療に向けてインピーダンスアルゴリズム１２０によって決して選択されなくなる。この点に関して、インピーダンスアルゴリズム１２０は、データベース２００内の指紋が現在測定中のものとどれ程頻繁に適合するかをモニタすることができ、特定の指紋がある程度の時間にわたって適合しなかった場合に、実用価値を失ったそのような指紋とそれに関連付けられた刺激プログラムとをデータベース２００から最終的に削除することができる。
【００４７】
開示する技術は、電気測定への依存が患者姿勢に基づくか否かに関わらず、電極インピーダンスに影響を及ぼすいずれかのファクタの結果として治療を調節することができることを意味することで更に有利である。この点に関して、「姿勢」は、静的姿勢、動的姿勢（歩行又は走行等）、重力、加速力などを含む患者内の電極の位置又はインピーダンスに影響を及ぼす可能性がある任意のものとして理解しなければならない。
【００４８】
開示する技術が基本とする組織インピーダンス測定値１３０（図６）は、好ましくは、患者への刺激プログラムの供給中に取得され、図１０Ａ及び図１０Ｂは、この測定を行うことができる様々な手法を示している。図示のものは、現在作動中の刺激プログラム内にあるアクティブ電極を含む特定の電極に印加されている電流パルスである。当業者は、いずれかの他の電極が、これらの電流パルスに対する戻り経路として作用することになることを認識されるであろうが、簡略化のために、これに対しては示していない。同様に、患者に対してより複雑な治療を与えるために２つよりも多い電極をアクティブにすることができるが、これに対しても図示はしていない。
【００４９】
この例における治療刺激パルスは２相であり、すなわち、これらのパルスは反対の極性を有する部分を有する。神経刺激技術では、組織からの電荷回復を助けるためにこの２相パルスは一般的である。そのような回復を更に助けるために、パルスには受動回復期間が続く。２相パルス及び回復期間は、米国特許仮出願第６１／６５４，６０３号明細書により詳細に記載されており、本出願は、閲読者には馴染み深いものであると思われる。
【００５０】
回復期間には、電極が患者に治療を施していない無信号期間が続く。これらの無信号期間は、異なる具合に発生させることができる上述のインピーダンス測定値１３０を取得するための論理時間である。インピーダンス測定値を無信号期間中にパルスを妨害するか又は遅延させることなく取得することができるか否かは、そのような無信号期間の持続時間に依存し、更にこの持続時間は、パルスの周波数ｆpulse、パルスの持続時間、及び回復期間に依存する。インピーダンス測定値を無信号期間中にパルスを妨害するか又は遅延させることなく取得することができるか否かは、インピーダンス測定値が取られる周波数ｆにも依存する。与えられたインピーダンス測定は、そのサイクルの何らかの有意な部分（例えば、先に上述したように１８０度）にわたって組織の両端に得られる電圧Ｖをサンプリングすることを必要とする可能性があるので、この１８０度の時間フレームを無信号期間の持続時間以内に収めることができる場合に、すなわち、インピーダンス測定の周波数がより高い場合により容易に満たすことができる条件下である、１／（２ｆ）≦ｔquietである場合に、測定値を妨害なく取得することができる。この条件が満たされる場合に、図１０Ａに示すように、各無信号期間中に少なくとも１つの電極組合せ１４０に関するインピーダンス測定値１３０ｘを取得することができる。
【００５１】
８つの電極を有するＩＰＧ１０における先に解説した例では、１５個の電極組合せ１４０（各電極からケースまでが８つ及び最隣接のものの間が７つ）の各々に対する完全な指紋１５０を構成するために、３つの周波数で取られる４５個のインピーダンス測定値１３０を取得することが必要になる。そのような測定値は、毎分又はそれよりも長い間隔でしか行う必要がないログ２１０内の指紋１８０を更新する段階に対する相応の時間量の中では、一般的に取得するのは困難ではないであろう。例えば、ｆpulse＝２００Ｈｚで発生するパルスでは、４５個のインピーダンス測定値を１秒の半分よりも短い間に取得することができる。当然ながら、より多数の電極、電極組合せ１４０、又は測定周波数は、この時間を増加させることになる。指紋１８０は、定期的に測定されてログ２１０内に格納されるが、そのような測定は、一貫した期間で行う必要はない。
【００５２】
低い周波数でインピーダンスを測定するときに、与えられたインピーダンス測定を与えられた無信号期間内に収めることができない場合に、図１０Ｂに示すように、パルスのうちの一部は、遅延又は削除を必要とする可能性がある。図示のように、インピーダンス測定値を取得するのに必要とされる時間を受け入れるために、無信号期間が遅延されており、この取得は、測定周波数及び他のパルス列タイミング要件に基づいて、単純に次のパルスの送信を若干遅延させることを必要とする場合があり、又は列内の１つ又はそれよりも多くのパルスを削除することを必要とする場合がある。パルスを遅延させるか又は削除することによって患者治療は影響を受けるので、インピーダンス測定値は、妨害を受けない多くの治療パルス２６０がその指定された周波数ｆpulseで発生することを可能にされるほど十分に長くなければならない測定期間２５０中に一度だけ取得することができる。典型的なタイミングでは、患者が治療のいずれかの変化が見ることができることになる程に図１０Ｂの遅延期間が十分に大きくなるとは予想されない。更に、典型的なタイミングでは、測定期間２５０は、ログ２１０内の指紋１８０を更新するための相応の時間（前と同じく少なくとも毎分程度）内に必要とされる個数の測定値（４５個）を生成するのには一般的に十分に短いことになる。
【００５３】
本明細書に説明する特定の実施の詳細部分には、様々な変更を加えることができる。例えば、一定ＡＣ電流ソース１０５の代わりに一定ＡＣ電圧ソースを使用することができ、この場合に、インピーダンスを決定するのに、得られる組織通過電流がモニタされることになる。
【００５４】
組織モデルにおける成分値を決定するために、異なる周波数での複数の測定信号がいずれか２つの電極の間に印加されると仮定したが、これは厳密に必要というわけではない。例えば、３つの周波数成分ｆ１、ｆ２、及びｆ３を含む単一測定信号Ｉ（ｔ）＝｜Ｉ1｜*ｅj2πf1t＋｜Ｉ2｜*ｅj2πf2t＋｜Ｉ3｜*ｅj2πf3tを使用することができる。それは、インピーダンスアルゴリズムが、あらゆる電極組合せの間の複素インピーダンスを決定すること、従って、組織モデル内のこれら電極の間の成分値を決定することを可能にする。この点に関して、測定信号が、複素インピーダンスを決定するのに必要な周波数だけから構成されることは厳密に必要というわけではなく、適切な個数の周波数を与えるフーリエ変換の観点からはいずれかの周期的信号で十分であり、そのような測定信号は、他の有意な周波数を含むが、これらの周波数は、不要な場合はフィルタ除去することができる。必要個数の周波数を含む適切な単一測定信号の供給は、より高度な電流ソース１０５を必要とすることになるが、そのようなものは当業者の技術の範囲にある。
【００５５】
開示した技術は、ＳＣＳ用途に使用されるＩＰＧに特に適用可能であるが、この技術はそのように限定されず、患者の身体の他の部分に使用されるあらゆる多電極埋込可能神経刺激とあらゆる目的で併用することができる。１つの補足例では、開示した技術は、公知の脳深部刺激（ＤＢＳ）と併用することができる。
【００５６】
本発明の特定の実施形態を図示かつ説明したが、以上の解説は、本発明をこれらの実施形態に限定するように意図したものではないことを理解しなければならない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変形及び修正を加えることができることは、当業者には明らかであろう。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精神及び範囲内に収めることができる代替物、修正物、及び均等物を網羅するように意図している。
【符号の説明】
【００５７】
１００  インピーダンスモニタ回路
１０２  組織モデル
Ｃ  コンデンサー
Ｅ  単一電極
Ｒ１  レジスタ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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９Ａ】
2016503333.tif 000014
【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年6月5日(2015.6.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込可能刺激器デバイスであって、
電気刺激を患者に供給するように構成された複数の電極と、
前記電極の複数の組合せの間のインピーダンスを決定し、かつ該決定されたインピーダンスから測定インピーダンス指紋を決定するように構成されたインピーダンスアルゴリズムと、を含み、
前記インピーダンスアルゴリズムは、前記測定インピーダンス指紋に従って前記電極に供給される刺激プログラムを選択するように更に構成される、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記決定されたインピーダンスは、複素インピーダンスであることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
複数の予め決められたインピーダンス指紋と複数の関連付けられた刺激プログラムとを格納するように構成されたデータベースを更に含み、
前記測定インピーダンス指紋は、前記刺激プログラムを選択するために予め決められたインピーダンス指紋と比較される、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記複数の予め決められたインピーダンス指紋は、適合化手順中に前記データベースに格納されることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記複数の予め決められたインピーダンス指紋は、電気刺激が前記患者に与えられる時に学習されることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項６】
選択される前記刺激プログラムは、どの電極がアクティブか、該アクティブ電極の極性、該アクティブ電極での前記電気刺激のマグニチュード、電気刺激の持続時間、及び該電気刺激の周波数を含む１つ又はそれよりも多くの刺激パラメータを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記インピーダンスアルゴリズムは、前記電極の前記複数の組合せの間の前記インピーダンスを決定するために、該電極の該複数の組合せに測定信号を供給し、かつ該測定信号に対する応答を評価することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記測定信号はＡＣ電流を含み、前記応答は前記電極の前記複数の組合せの間のＡＣ電圧を含むことを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記測定信号は、電気刺激が発生していない無信号期間中に発生することを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記測定インピーダンス指紋は、前記電極の前記複数の組合せの間の組織モデル内の電気成分の値を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記インピーダンスアルゴリズムは、複数の異なる周波数での前記電極の前記複数の組合せの間の前記インピーダンスを決定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記測定インピーダンス指紋は、前記患者の姿勢を示すことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【国際調査報告】
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