(57)【要約】  神経変調システム及び閾値以下変調治療を与える方法。電気変調エネルギは、プログラムされた強度値で患者のターゲット組織部位に送出され、それによって刺激の知覚なしに患者に治療を与える。イベントに応答して、電気変調エネルギは、増分式に増大する強度値で送出される。少なくとも１つの誘発活動電位（ｅＣＡＰ）は、増分式に増大する強度値での電気変調エネルギの送出に応答して患者のターゲット組織部位でのニューロンの集団において感知される。増分式に増大した強度値のうちの１つは、感知したｅＣＡＰに基づいて選択される。減少した強度値は、選択した強度値の関数として自動的に計算される。電気変調エネルギは、計算した強度値で患者のターゲット組織部位に送出され、それによって患者に閾値以下治療を与える。
2016525414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
神経変調システムであって、
ターゲット組織部位に埋込まれる複数の電極にそれぞれ電気的に結合されるように構成された複数の電気端子と、
刺激の知覚なしに患者に治療を行うようにプログラムされた強度値の電気変調エネルギを患者のターゲット組織部位に送出するために、前記複数の電気端子に結合された変調出力回路と、
前記複数の電気端子に結合されたモニタ回路と、
制御／処理回路と、を有し、
前記制御／処理回路は、
イベントに応答して、電気変調エネルギを前記プログラムされた強度値に対して増分式に増大する一連の強度値で送出するように、前記変調出力回路に指示し、
電気変調エネルギを前記増分式に増大する一連の強度値で送出することに応答して、少なくとも１つの複合活動電位（ＣＡＰ）を患者のターゲット組織部位のニューロン集団に誘発させるように、前記変調出力回路を駆動し、
前記少なくとも１つの誘発させたＣＡＰ（ｅＣＡＰ）を感知するように、前記モニタ回路を駆動し、
前記感知した少なくとも１つのｅＣＡＰに基づいて、前記増分式に増大する一連の強度値のうちの１つを選択し、
減少値を前記選択した強度値の関数として自動的に計算し、
電気変調エネルギを患者のターゲット組織部位に前記計算した強度値で送出するように、前記変調出力回路に指示する、神経変調システム。
【請求項２】
刺激の知覚は、異常知覚を含む、請求項１に記載の神経変調システム。
【請求項３】
前記プログラムされた強度値は、プログラムされた振幅値を含み、
前記増分式に増大する強度値は、増分式に増大する振幅値を含む、請求項１に記載の神経変調システム。
【請求項４】
前記プログラムされた強度値は、プログラムされたパルス幅値を含み、
前記増分式に増大する一連の強度値は、増分式に増大するパルス幅値を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の神経変調システム。
【請求項５】
前記選択した強度値は、前記送出した電気変調エネルギの強度値に一致し、前記送出した電気変調エネルギの強度値に応答して、前記少なくとも１つのｅＣＡＰのうちの第１のｅＣＡＰを感知する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の神経変調システム。
【請求項６】
更に、知覚閾値を示す基準ｅＣＡＰの少なくとも１つの特性を格納するように構成されたメモリを有し、
前記制御／処理回路は、更に、前記感知した少なくとも１つのｅＣＡＰの各々の特性を、それに対応する基準ｅＣＡＰの特性と比較し、前記比較に基づいて、前記増分式に増大する一連の強度値のうちの１つを選択するように構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の神経変調システム。
【請求項７】
前記感知した少なくとも１つのｅＣＡＰの各々の特性は、ピーク遅延、幅、振幅、及び波形形態のうちの少なくとも１つである、請求項６に記載の神経変調システム。
【請求項８】
前記感知した少なくとも１つのｅＣＡＰは、電気変調エネルギを２又は３以上の強度値で送出することに応答してそれぞれ感知された２又は３以上のｅＣＡＰを含み、
前記制御／処理回路は、更に、前記格納した基準ｅＣＡＰの少なくとも１つの特性を取得し、前記基準ｅＣＡＰの特性に最も良く適合する特性を有する前記感知した２又は３以上のｅＣＡＰのうちの１つを決定し、前記送出した電気変調エネルギの強度値を選択し、かかる選択に応答して、前記決定したｅＣＡＰを感知する、請求項６又は７に記載の神経変調システム。
【請求項９】
前記基準ｅＣＡＰの特性は、格納した閾値であり、前記感知した少なくとも１つのｅＣＡＰは、電気変調エネルギを２又は３以上の強度値の各々で送出したことに応答してそれぞれ感知した１又は２以上のｅＣＡＰを含み、
前記制御／処理回路は、更に、前記格納した閾値に等しいか又はそれを超える前記特性を有する前記感知した１又は２以上のｅＣＡＰの関数を決定し、前記送出した電気変調エネルギの前記強度値を選択し、かかる選択に応答して、前記決定した１又は２以上のｅＣＡＰを感知する、請求項６〜８のいずれか１項に記載の神経変調システム。
【請求項１０】
前記メモリは、基準ｅＣＡＰ特性のリストを格納するように更に構成され、前記基準ｅＣＡＰ特性の各々は、患者が特定の身体活動及び／又は姿勢に関わっている時の知覚閾値を各々が示し、
前記制御／処理回路は、更に、患者が現在関わっている身体活動及び／又は姿勢を特定し、前記特定した身体活動及び／又は姿勢に対応する前記基準ｅＣＡＰ特性を、前記基準ｅＣＡＰ特性のリストから選択し、前記感知した少なくとも１つのｅＣＡＰの各々の前記特性を前記選択した基準ｅＣＡＰと比較する、請求項６〜９のいずれか１項に記載の神経変調システム。
【請求項１１】
前記イベントは、特定した身体活動及び／又は姿勢、ユーザ開始信号、電気変調エネルギを送出する電極の移動を示す信号、及び予め決められた周期的反復信号のうちの１つである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の神経変調システム。
【請求項１２】
更に、前記ユーザ開始信号を発生させる外部制御デバイスを有する、請求項１１に記載の神経変調システム。
【請求項１３】
前記計算した強度値は、前記選択した強度値の百分率である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の神経変調システム。
【請求項１４】
前記百分率は３０％〜７０％の範囲にある、請求項１３に記載の神経変調システム。
【請求項１５】
前記百分率は４０％〜６０％の範囲にある、請求項１３に記載の神経変調システム。
【請求項１６】
前記百分率は１０％〜９０％の範囲にある、請求項１３に記載の神経変調システム。
【請求項１７】
前記計算した強度値は、前記選択した強度値とある定数との差である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の神経変調システム。
【請求項１８】
前記プログラムされた強度値で送出した電気変調エネルギ、及び、前記増分式に増大する一連の強度値で送出した電気エネルギは両方とも、電気パルス列を含み、
前記プログラムされた強度値、前記増分式に増大する一連の強度値、及び前記計算した強度値の各々は、パルス強度値である、請求項１に記載の神経変調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔優先権の主張〕
本出願は、その全体が引用によって本明細書に組込まれている２０１３年７月２６日出願の米国仮特許出願第６１／８５８，７３０号の「３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）」の下での優先権の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、組織変調システムに関し、より具体的には、プログラム可能な神経変調システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
埋込み可能な神経変調システムは、幅広い種類の病気及び疾患に治療効果があることを示している。ペースメーカー及び「埋込み可能な心臓除細動器（ＩＣＤ）」は、いくつかの心臓の病気（例えば、不整脈）の処置において非常に有効であることを示している。「脊髄刺激（ＳＣＳ）」システムは、慢性疼痛症候群の処置のための治療法として長く受け入れられており、組織刺激の印加は、狭心症及び失禁のような追加の適用に広がり始めている。「脳深部刺激（ＤＢＳ）」も、難治性慢性疼痛症候群の処置のために１０年以上治療的に適用されており、ＤＢＳも、近年運動障害及びてんかんのような追加の分野に適用されている。更に近年の研究では、「末梢神経刺激（ＰＮＳ）」システムは、慢性疼痛症候群及び失禁の処置において有効性を示しており、いくつかの追加の適用は、現在研究中である。更に、「機能的電気刺激（ＦＥＳ）」システムは、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適用されている。
【０００４】
それらの埋込み可能な神経変調システムの各々は、典型的には、望ましい変調部位に埋込まれた少なくとも１つの神経変調リード、及び変調部位から遠隔に埋込まれるが、直接に神経変調リードに又は間接的に１又は２以上のリード延長部を通して神経変調リードに結合された「埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）」を含む。従って、電気パルスは、神経変調器から神経変調リードが担持する電極に送出され、変調パラメータのセットに従ってある容積の組織を刺激又は活性化し、望ましい有効な治療を患者に提供することができる。神経変調システムは、選択された変調パラメータに従って電気変調パルスを発生させるように遠隔に神経変調器に命令することができる手持ち式遠隔制御器（ＲＣ）を更に含む。遠隔制御器（ＲＣ）は、例えば、「臨床医用プログラム装置（ＣＰ）」を使用することによって患者を担当する技術者によってＲＣ自体をプログラムすることができ、「臨床医用プログラム装置（ＣＰ）」は、典型的には、その上にプログラミングソフトウエアパッケージがインストールされたラップトップのような汎用コンピュータを含む。
【０００５】
電気変調エネルギは、電気パルス波形の形態で神経変調デバイスから電極に送出することができる。従って、電気変調エネルギは、電極に制御可能に送出されて神経組織を変調することができる。電気パルスをターゲット組織に送出するのに使用する電極の形態は、電極形態を構成し、電極は、アノード（正）、カソード（負）、又はオフのまま（ゼロ）として作用するように選択的にプログラムすることができる。言い換えると、電極形態は、正、負、又はゼロの極性を表している。制御又は変更することができる他のパラメータは、電極アレイを通して与えられる電気パルスの振幅、幅、及び繰返し数を含む。電気パルスパラメータと共に各電極形態は、「変調パラメータセット」と呼ぶことができる。
【０００６】
一部の神経変調システム及び特に独立に制御される電流又は電圧源を有するものを使用すると、電極（電極として作用することができる神経変調デバイスのケースを含む）への電流の分配は、電流が多数の異なる電極形態を通して供給されるように変更することができる。異なる形態では、電極は、正又は負の電流又は電圧の異なる相対的百分率で電流又は電圧を提供し、異なる電流分配（すなわち、分割電極形態）を生成することができる。
【０００７】
簡単に上述したように、選択された変調パラメータに従って電気パルスを発生させるように外部制御デバイスを使用して神経変調デバイスに命令することができる。典型的には、神経変調デバイスの中にプログラムされた変調パラメータは、外部制御デバイス上の制御器を操作することによって調節され、患者に神経変調デバイスシステムが送出する電気変調エネルギを修正することができる。従って、外部制御デバイスによってプログラムされた変調パラメータに従って電気パルスは、神経変調デバイスから電極に送出され、変調パラメータのセットに従ってある容積の組織を変調し、望ましい有効な治療を患者に提供することができる。最良の変調パラメータセットは、典型的には、変調される非ターゲット組織の容積を最小にしながら、治療利益（例えば、疼痛の治療）を提供するのに変調する必要がある組織の容積に電気エネルギを送出するものであることになる。
【０００８】
しかし、様々な複合電気パルスを発生させる機能と共に利用可能な電極の数は、臨床医又は患者に変調パラメータセットの非常に大きい選択を提示している。例えば、プログラムすべき神経変調システムが１６の電極のアレイを有する場合に、何百万もの変調パラメータセットが、神経変調システムの中にプログラムするために利用可能である場合がある。今日、神経変調システムは、３２の電極まで有することができ、これは、プログラムするために利用可能な変調パラメータセットの数を指数関数的に増大させる。
【０００９】
そのような選択を容易にするために、臨床医は、一般的に、コンピュータプログラミングシステムを通して神経変調デバイスをプログラムする。このプログラミングシステムは、内蔵型ハードウエア／ソフトウエアシステムとすることができ、又は標準パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で作動するソフトウエアによって主として定義することができる。ＰＣ又は専用ハードウエアは、神経変調デバイスが発生する電気パルスの特性を能動的に制御し、最適変調パラメータを患者フィードバック又は他の手段に基づいて決定し、その後に１又は複数の最適変調パラメータセットを用いて神経変調デバイスをプログラムすることを可能にすることができる。コンピュータプログラミングシステムは、いくつかのシナリオで患者を担当する臨床医によって作動させることができる。
【００１０】
例えば、従来の脊髄刺激（ＳＣＳ）から有効な結果を達成するために、１又は複数のリードは、電気変調（及びこの場合に電気変調）が異常感覚を引き起こすような位置に置く必要がある。電気変調によって誘発され、かつ患者によって知覚される異常感覚は、処置のターゲットである疼痛とほぼ同じ患者の身体内の場所に位置付けられるべきである。リードが正しく位置決めされない場合に、患者は、埋込まれた脊髄刺激（ＳＣＳ）システムからほとんど又は全く利益を受けないことになる可能性がある。従って、正しいリード配置は、有効疼痛治療と効果のない疼痛治療の間の差を意味する可能性がある。リードが患者に埋込まれる時に、手術室（ＯＲ）マッピング手順との関連で、電気変調を印加してリード及び／又は電極の配置を試験するようにコンピュータプログラミングシステムを使用して神経変調デバイスに命令することができ、それによってリード及び／又は電極が患者内の有効位置に埋込まれていることを保証する。
【００１１】
リードが正しく位置決めされた状態で、ナビゲーションセッションと呼ぶ場合がある調節手順が、疼痛部位に最も良く対処する変調パラメータセットにより、コンピュータプログラミングシステムを使用して実施され、外部制御デバイス及び適用可能な場合は神経変調デバイスをプログラムすることができる。従って、ナビゲーションセッションを使用して、活性化容積（ＶＯＡ）又は疼痛に相関する区域を正確に指し示すことができる。そのようなプログラミング機能は、仮にリードが徐々に又は予想外に動いてそれらが変調エネルギをターゲット部位から離れるように移動すると考えられる埋込み中又は埋込み後に組織をターゲットにするのに特に有利である。神経変調デバイスをプログラムし直すことにより（典型的には、独立に電極に対する変調エネルギを変更することにより）、活性化容積（ＶＯＡ）は、多くの場合に、リード及びその電極アレイを位置決めし直すために患者を再手術する必要なく有効疼痛部位まで再度移動することができる。組織に対して活性化容積（ＶＯＡ）を調節する時に、神経繊維の空間補充の変化を滑らかで連続的であると患者が知覚するように電流の百分率を少しだけ変化させること、及び区分的ターゲッティング機能を有することが望ましい。
【００１２】
代替又は人工感覚は、通常は、疼痛の感覚に対して耐えられるものであるが、患者は、それらの感覚を不快であると訴える場合があり、それらは、潜在的に神経変調治療に対する副作用と考えられる可能性がある。異常知覚は、印加された電気エネルギが、実際に患者が受ける疼痛を軽減しているという指標として使用されてきているので、印加される電気エネルギの振幅は、一般的に、異常知覚を引き起こすレベルまで調節される。しかし、閾値以下の電気エネルギ（例えば、高繰返し数パルス電気エネルギ及び／又は低パルス幅電気エネルギ）の送出は、異常感覚を引き起こすことなく慢性疼痛に対して神経変調治療を与える上で有効である可能性があることが示されている。
【００１３】
しかし、そうでなければ活性化電極がターゲット組織部位に対して適正に位置付けられていることを示すことができる異常感覚が欠如しているために、有効な治療を与えること及びエネルギ消費を最小にすることの両方の観点から送出された閾値以下の神経変調治療が最適であるか否かを直ちに決定するのは困難である。更に、埋込まれた神経変調リードが、変調すべきターゲット組織部位に対して移動する場合に、閾値以下の神経変調が有効治療範囲外にある場合があるという可能性は高い（神経変調リードとターゲット組織部位の間の結合効率が低下する場合に治療範囲を下回り、有効な治療の欠如をもたらし、又は神経変調リードとターゲット組織部位の間の結合効率が増大する場合に治療範囲を上回り、異常知覚又は非効率的なエネルギ消費をもたらす）。同様に、患者の身体活動及び／又は姿勢の変化も、神経変調リードがターゲット組織に対して移動し、及び／又はこれに代えてターゲット組織に対する最適な治療的接触を妨げる場合があり、その結果、閾値以下神経変調治療を効果のないものにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６，８９５，２８０号明細書
【特許文献２】米国特許第８，０１９，４３９号明細書
【特許文献３】米国特許第７，６５０，１８４号明細書
【特許文献４】米国特許公開第２００７／０１５００３６  Ａ１号明細書
【特許文献５】米国特許公開第２０１２／００５９４４６  Ａ１号明細書
【特許文献６】米国特許公開第２００８／０１８８９０９  Ａ１号明細書
【特許文献７】米国特許出願第１３／４４６，１９１号明細書
【特許文献８】米国特許第７，３１７，９４８号明細書
【特許文献９】米国特許第６，５１６，２２７号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，９９３，３８４号明細書
【特許文献１１】米国特許公開第２００３／０１３９７８１号明細書
【特許文献１２】米国特許第７，５３９，５３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
すなわち、閾値以下神経変調治療中に神経変調リードの移動及び／又は身体活動及び／又は姿勢の変化を補償することができる神経変調システムを提供する必要性が残っている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の態様に従って、患者に治療を与える方法を提供する。本方法は、プログラムされた強度値（例えば、振幅値又はパルス幅値）で患者のターゲット組織部位に電気変調エネルギを送出し、それによって異常知覚なしに患者に治療を与える段階と、イベントに応答して、プログラムされた強度値に対して一連の増分式に増大する強度値で電気変調エネルギを送出する段階と、電気変調エネルギの一連の増分式に増大する強度値での電気変調エネルギの送出に応答して、患者のターゲット組織部位でのニューロンの集団における少なくとも１つの誘発活動電位（ｅＣＡＰ）を検出する段階と、少なくとも１つの検出されたｅＣＡＰに基づいて一連の増分式に増大する強度値のうちの１つを選択する段階と、減少した強度値を選択した強度値の関数として自動的に計算する段階と、電気変調エネルギを計算した強度値で患者のターゲット組織部位に送出する段階とを含む。
【００１７】
１つの方法では、選択される強度値は、それに応答して少なくともｅＣＡＰの第１のものが感知された送出された電気変調エネルギの強度値に対応する場合がある。
【００１８】
本方法はまた、知覚閾値を示す基準ｅＣＡＰの対応する特性に対して少なくとも１つの感知したｅＣＡＰの各々の特性を比較する段階と、比較に基づいて一連の増分式に増大する強度値のうちの１つを選択する段階とを含む。各感知されるｅＣＡＰの特性は、ピーク遅延、幅、振幅、及び波形形態のうちの少なくとも１つとすることができる。
【００１９】
感知したｅＣＡＰが、強度値のうちの２又は３以上での電気変調エネルギの送出に応答してそれぞれ感知された２又は３以上のｅＣＡＰを含む時に、本方法はまた、格納された基準ｅＣＡＰから特性を取得する段階と、基準ｅＣＡＰの特性に最も良く適合する特性を有する２又は３以上の感知したｅＣＡＰのうちの１つを決定する段階とを含むことができる。
【００２０】
基準ｅＣＡＰの特性は、格納した閾値とすることができる。少なくとも１つの感知したｅＣＡＰが、強度値のうちの２又は３以上の各々での電気変調エネルギの送出に応答してそれぞれ感知された１又は２以上のｅＣＡＰを含む時に、本方法はまた、閾値に等しいか又はそれを超える特性を有する１又は２以上の感知したｅＣＡＰの関数を決定する段階を含むことができる。
【００２１】
本方法はまた、患者が特定の身体活動及び／又は姿勢に関わっている時の知覚閾値を各々が示す基準ｅＣＡＰ特性のリストを格納する段階と、患者が現在関わっている身体活動及び／又は姿勢を特定する段階と、特定した身体活動及び／又は姿勢に対応する基準ｅＣＡＰ特性を基準ｅＣＡＰ特性のリストから選択する段階と、少なくとも１つの感知したｅＣＡＰの各々の特性を選択された基準ｅＣＡＰと比較する段階とを含むことができる。
【００２２】
イベントは、特定した身体活動及び／又は姿勢、ユーザ開始信号、電気変調エネルギが送出されている電極の移動を示す信号、及び予め決められた周期的反復信号とすることができる。ユーザ開始信号は、一部の方法では外部制御デバイスによって発生される場合がある。
【００２３】
計算された関数は、選択した強度値の百分率とすることができる。百分率は、１０％〜９０％、４０％〜６０％、又は３０％〜７０％の範囲にすることができる。別の方法では、計算された関数は、選択した強度値と定数の間の差とすることができる。
【００２４】
本発明の第２の態様に従って、患者に使用するための神経変調システムを提供する。神経変調システムは、ターゲット組織部位に埋込まれた複数の電極にそれぞれ結合するように構成された複数の電気端子と、複数の電気端子に結合されてプログラムされた強度値で患者のターゲット組織部位に電気変調エネルギを送出し、それによって異常知覚なしに患者に治療を与える変調出力回路と、複数の電気端子に結合されたモニタ回路と、イベントに応答して、プログラムされた強度値に対して一連の増分式に増大する強度値で電気変調エネルギを送出するように変調出力回路に指示し、一連の増分式に増大する強度値での電気変調エネルギの送出に応答して患者のターゲット組織部位内のニューロンの集団内で少なくとも１つの複合活動電位（ｅＣＡＰ）を誘発するように変調出力回路を促し、少なくとも１つの誘発されたＣＡＰ（ｅＣＡＰ）を感知するようにモニタ回路を促し、少なくとも１つの感知したｅＣＡＰに基づいて一連の増分式に増大する強度値のうちの１つを選択し、減少した値を選択した強度値の関数として自動的に計算し、かつ計算した強度値で患者のターゲット組織部位に電気変調エネルギを送出するように変調出力回路に指示するように構成された制御／処理回路とを含む。
【００２５】
一実施形態において、選択される強度値は、それに応答して少なくとも１つのｅＣＡＰの第１のものが感知される送出された電気変調エネルギの強度値に対応する。
【００２６】
別の実施形態において、神経変調システムは、知覚閾値を示す基準ｅＣＡＰの少なくとも１つの特性を格納するように構成されたメモリを更に含む。コントローラ／処理回路は、少なくとも１つの感知したｅＣＡＰの各々の特性を基準ｅＣＡＰの対応する特性と比較し、比較に基づいて一連の増分式に増大する強度値のうちの１つを選択するように更に構成することができる。各感知したｅＣＡＰの特性は、ピーク遅延、幅、振幅、及び波形形態のうちの少なくとも１つとすることができる。
【００２７】
感知したｅＣＡＰが、強度値のうちの２又は３以上での電気変調エネルギの送出に応答してそれぞれ感知された２又は３以上のｅＣＡＰを含む時に、制御／処理回路は、格納された基準ｅＣＡＰから特性を取得し、基準ｅＣＡＰの特性に最も良く適合する特性を有する２又は３以上の感知したｅＣＡＰのうちの１つを決定し、かつそれに応答して決定ｅＣＡＰが感知された送出された電気変調エネルギの強度値を選択するように更に構成することができる。
【００２８】
少なくとも１つの感知したｅＣＡＰが、強度値のうちの２又は３以上の各々での電気変調エネルギの送出に応答してそれぞれ感知された１又は２以上のｅＣＡＰを含む時に、制御／処理回路は、閾値に等しいか又はそれを超える特性を有する１又は２以上の感知したｅＣＡＰの関数を決定し、かつ決定した１又は２以上のｅＣＡＰがそれに応答して感知された送出された電気変調エネルギの強度値を選択するように更に構成することができる。
【００２９】
別の実施形態において、メモリは、患者が特定の身体活動及び／又は姿勢に関わっている時の知覚閾値を各々が示す基準ｅＣＡＰ特性のリストを格納するように更に構成することができる。制御／処理回路は、患者が現在関わっている身体活動及び／又は姿勢を特定し、特定した身体活動及び／又は姿勢に対応する基準ｅＣＡＰ特性を基準ｅＣＡＰ特性のリストから選択し、かつ少なくとも１つの感知したｅＣＡＰの各々の特性を選択された基準ｅＣＡＰと比較するように更に構成することができる。
【００３０】
本発明の他の及び更に別の態様及び特徴は、本発明を例示するように意図し、本発明を限定しない好ましい実施形態の以下の詳細説明を読むと明らかになる。
【００３１】
同様の要素が共通の参照番号によって参照される図面は、本発明の好ましい実施形態の設計及び有用性を示している。本発明の上述の及び他の利点及び目的を達成する方法をより良く理解するために、上で簡単に説明した本発明のより詳細な説明を添付の図面に示されているその具体的実施形態を参照して以下に示している。それらの図面は、本発明の典型的実施形態のみを示しており、従って、本発明の範囲を限定すると考えるべきではないことを理解した上で、本発明を添付の図面の使用により追加の特殊性及び詳細と共に説明かつ解説する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態によって構成された脊髄変調（ＳＣＭ）システムの平面図である。
【図２】図１の脊髄変調（ＳＣＭ）システムに使用する埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）の外形図である。
【図３】患者に使用中の図１の脊髄変調（ＳＣＭ）システムの平面図である。
【図４】図２の埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）の内部構成要素のブロック図である。
【図５】閾値以下変調治療に適切な振幅を計算する図２の埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）が実施する１つの方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下の説明は、脊髄変調（ＳＣＭ）システムに関する。しかし、本発明は、脊髄変調（ＳＣＭ）における用途に適切であるが、本発明は、その最も広範な態様ではそのように限定されるものではないことを理解しなければならない。そうではなく、本発明は、組織を刺激するのに使用するあらゆるタイプの埋込み可能な電気回路と共に使用することができる。例えば、本発明は、ペースメーカー、除細動器、蝸牛刺激器、網膜刺激器、協働四肢運動を発生させるように構成された刺激器、皮質刺激器、脳深部刺激器、末梢神経刺激器、超小型刺激器、又は尿失禁、睡眠時無呼吸、肩関節亜脱臼、頭痛、その他を処置するように構成されたあらゆる他の神経刺激器の一部として使用することができる。
【００３４】
最初に図１を見ると、例示的な脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、一般的に、複数の（この場合は２つ）埋込み可能な神経変調リード１２と、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４と、外部遠隔制御器（ＲＣ）１６と、臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８と、外部試験変調器（ＥＴＭ）２０と、外部充電器２２とを含む。
【００３５】
埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、１又は２以上の経皮リード延長部２４を通して神経変調リード１２に物理的に接続され、神経変調リード１２は、アレイに配置された複数の電極２６を担持している。図示の実施形態において、神経変調リード１２は、経皮リードであり、この目的のために、電極２６は、神経変調リード１２に沿って直線状に配置される。図示の神経変調リード１２の数は２つであるが、１つのみを含むあらゆる適切な数の神経変調リード１２を提供することができる。これに代えて、外科パドルリードは、経皮リードのうちの１又は２以上の代わりに使用することができる。以下により詳細に説明するように、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、変調パラメータセットに従ってパルス電気波形の形態（すなわち、時間的に連続した電気パルス）の電気変調エネルギを電極アレイ２６に送出するパルス発生回路を含む。
【００３６】
外部試験変調器（ＥＴＭ）２０はまた、経皮リード延長部２８及び外部ケーブル３０を通して神経変調リード１２に物理的に接続することができる。埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４と同様のパルス発生回路を有する外部試験変調器（ＥＴＭ）２０は、同じくパルス電気波形の形態の電気変調エネルギを電極アレイ２６に変調パラメータセットに従って送出する。外部試験変調器（ＥＴＭ）２０と埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４の間の大きい違いは、外部試験変調器（ＥＴＭ）２０が、神経変調リード１２が埋込まれた後及び埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４の埋込み前に試験的に使用され、与えるべき変調の反応性を試験する埋込不能デバイスであるということである。従って、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４に対して本明細書に説明するあらゆる機能は、外部試験変調器（ＥＴＭ）２０に対して同様に実施することができる。簡潔にするために、外部試験変調器（ＥＴＭ）２０の詳細は、本明細書では説明しない。
【００３７】
外部遠隔制御器（ＲＣ）１６を使用して、双方向ＲＦ通信リンク３２を通して外部試験変調器（ＥＴＭ）２０を遠隔測定的に制御することができる。埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４及び神経変調リード１２が埋込まれた状態で、外部遠隔制御器（ＲＣ）１６を使用して、双方向ＲＦ通信リンク３４を通して埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４を遠隔測定的に制御することができる。そのような制御は、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４をオン又はオフにすること及び異なる変調パラメータセットを使用して埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４をプログラムすることを可能にする。埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４はまた、プログラムされた変調パラメータを調節して埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４によって出力された電気変調エネルギの特性を能動的に制御するように作動させることができる。後でより詳細に説明するように、臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８は、手術室及び経過観察セッションにおいて埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４及び外部試験変調器（ＥＴＭ）２０をプログラムするための詳細な変調パラメータを臨床医に提供する。
【００３８】
臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８は、ＩＲ通信リンク３６を通じて外部遠隔制御器（ＲＣ）１６を通して埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４又は外部試験変調器（ＥＴＭ）２０と間接的に通信することによってこの機能を行うことができる。これに代えて、臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８は、ＲＦ通信リンク（図示せず）を通して埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４又は外部試験変調器（ＥＴＭ）２０と直接に通信することができる。臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８によって臨床医に提供された詳細な変調パラメータはまた、変調パラメータをその後に独立型モードで（すなわち、臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８の支援なしに）外部遠隔制御器（ＲＣ）１６の作動によって修正することができるように外部遠隔制御器（ＲＣ）１６をプログラムするのに使用される。
【００３９】
外部充電器２２は、誘導リンク３８を通じて経皮的に埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４を充電するのに使用する携帯デバイスである。埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４がプログラムされ、その電源が外部充電器２２によって充電されるか又はそうでなければ補充された状態で、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、外部遠隔制御器（ＲＣ）１６又は臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８が存在することなくプログラムされたように機能することができる。
【００４０】
簡略化するために、外部遠隔制御器（ＲＣ）１６、臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８、外部試験変調器（ＥＴＭ）２０、及び外部充電器２２の詳細は、本明細書では以下に説明しない。それらのデバイスの例示的な実施形態の詳細は、本明細書に明示的に組込まれている特許文献１（米国特許第６，８９５，２８０号明細書）に開示されている。
【００４１】
ここで図２を参照すると、例示的な神経変調リード１２及び埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４の外部的特徴を簡単に説明する。神経変調リードの一方１２（１）は、Ｅ１−Ｅ８としてラベル付けした８つの電極２６を有し、神経変調リードの他方１２（２）は、Ｅ９−Ｅ１６としてラベル付けした８つの電極２６を有する。勿論、リード及び電極の数及び形状は、神経変調システムの意図する用途に基づいて変えることができる。経皮神経変調リードを製造する構成及び方法を説明する更なる詳細は、「リードアセンブリ及びそれを製造する方法」という名称の特許文献２（米国特許第８，０１９，４３９号明細書）及び「神経刺激のための円筒形の多接触電極リード及びそれを製造する方法」という名称の特許文献３（米国特許第７，６５０，１８４号明細書）に開示されており、特許文献２及び３は、本明細書に明示的に組込まれている。一部の実施形態において、外科パドルリードを利用することができ、その詳細は、「刺激リード及びリード製作の方法」という名称の特許文献４（米国特許公開第２００７／０１５００３６  Ａ１号明細書、及び「折り畳み式／拡張可能な管状電極リード」という名称の特許文献５（米国特許公開第２０１２／００５９４４６  Ａ１号明細書）に開示されており、特許文献４及び５は、本明細書に明示的に組込まれている。
【００４２】
埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、電子及び他の構成要素（以下により詳細に説明する）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内の電子機器に電気的に結合するように神経変調リード１２の近位端が嵌合するコネクタ４２とを含む。外側ケース４０は、チタンのような導電性の生体適合性材料で構成され、内部電極を身体組織及び体液から保護する気密密封区画を形成する。一部の場合に、外側ケース４０は、電極として機能することができる。
【００４３】
埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、変調パラメータセットに従って電気変調エネルギを電極２６に提供するパルス発生回路を含む。そのようなパラメータは、アノード（正）、カソード（負）として活性化され、かつオフ（ゼロ）にされる電極を形成する電極組合せを含むことができる。変調パラメータは、パルス振幅（埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４が電極に一定の電流又は一定の電圧を供給するか否かに応じてミリアンペア又はボルトで測定される）と、パルス幅（マイクロ秒で測定される）と、パルス繰返し数（１秒当たりのパルスで測定される）と、負荷サイクル（サイクル持続時間で割ったパルス幅）と、バースト率（変調エネルギのオン持続時間Ｘ及び変調エネルギのオフ持続時間Ｙとして測定される）と、パルス形状とを更に含むことができる。
【００４４】
システム１０の作動中に提供されたパルスパターンに対して、電気エネルギを送り又は受け入れるように選択された電極は、本明細書では「活性化」と呼ぶが、電気エネルギを送り又は受け入れるように選択されていない電極は、本明細書では「非活性化」と呼ぶ。電気エネルギ送出は、２つの（又は３以上の）電極の間で行われ、それらのうちの１つは、ＩＰＧ外側ケース４０とすることができる。電気エネルギは、単極又は多極（例えば、２極、３極などの構成）の方法で又は利用可能なあらゆる他の手段で組織に送るとすることができる。
【００４５】
埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、閾値以上送出モード又は閾値以下送出モードのいずれかで作動することができる。閾値以上送出モード中に、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、閾値以上治療を患者に提供する電気変調エネルギを送出するように構成される（この場合に、患者に異常感覚を知覚させる）。例えば、例示的な閾値以上パルス列は、比較的高いパルス振幅（例えば、５ｍａ）、比較的低いパルス繰返し数（例えば、１５００Ｈｚ未満、好ましくは、５００Ｈｚ未満）、及び比較的高いパルス幅（例えば、１００μｓよりも大きい、好ましくは、２００μｓよりも大きい）で送出することができる。
【００４６】
閾値以下送出モード中に、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、閾値以下治療を患者に提供する電気変調エネルギを送出するように構成される（この場合に、患者に異常感覚を知覚させない）。例えば、例示的な閾値以下パルス列は、比較的低いパルス振幅（例えば、２．５ｍａ）、比較的高いパルス繰返し数（例えば、１５００Ｈｚよりも大きい、好ましくは、２５００Ｈｚよりも大きい）、及び比較的低いパルス幅（例えば、１００μｓ未満、好ましくは、５０μｓ未満）で送出することができる。
【００４７】
図３に示すように、神経変調リード１２は、患者４８の脊柱４６に埋込まれる。神経変調リード１２の好ましい配置は、刺激すべき脊髄区域に隣接しており、すなわち、硬膜の近く又はその上に静止している。神経変調リード１２は、慢性疼痛の位置及び分布によって決定される脊椎位置に位置付けられることになる。例えば、慢性疼痛が腰背部又は脚にある場合に、神経変調リード１２は、中低胸部に（例えば、Ｔ９−１２脊椎レベルに）位置付けることができる。神経変調リード１２が脊柱４６を出る位置の近くの空間の欠如により、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、一般的に、腹部の中又は臀部の上のいずれかに外科的に作られたポケットに埋込まれる。埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４はまた、勿論、患者の身体の他の位置に埋込むことができる。リード延長部２４は、電極リード１２の出口点から離れた埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４の位置決めを容易にする。図示のように、臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８は、外部遠隔制御器（ＲＣ）１６を通して埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４と通信する。
【００４８】
本発明に対してより重要なことに、閾値以下治療は異常感覚を生じさせないので、閾値以下変調エネルギを連続的にモニタして患者が最適処置を受けていることを保証することが重要である。この目的のために、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、治療範囲外に入っている場合がある閾値以下治療の較正を自動的に開始するように構成される。較正プロセスの目標は、知覚閾値を決定し、次に、減少した強度値を閾値以下変調治療に使用すべき知覚閾値の関数として計算することである。
【００４９】
図示の実施形態において、較正プロセスの開始は、例えば、外部遠隔制御器（ＲＣ）１６又は臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８上に位置する制御要素のユーザ作動、神経変調リード１２のうちの１又は２以上が患者内のターゲット部位に対して移動していることを示すセンサ信号、患者の身体活動及び／又は姿勢が前の身体活動及び／又は姿勢に対して変化していることを示すセンサ信号、又は経過時間、時刻、曜日などに応答して発生する周期的反復信号のような特定のイベントによってトリガされる場合がある。
【００５０】
閾値以下較正が開始された状態で、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、振幅値（例えば、０．１ｍＡステップサイズでの振幅）のような増分式に増大する強度値で電極２６に変調出力エネルギを送出する。好ましくは、振幅値が増分式に増大する場合に、電極組合せ、パルス繰返し数、及びパルス幅のような他の変調パラメータは、振幅の区分的増大中は変更されない。従って、閾値以下変調プログラムの変更される唯一の変調パラメータは、パルス振幅である。強度値がパルス幅（例えば、１０μｓステップサイズでの）である場合に、閾値以下変調プログラムの変更される唯一の変調パラメータは、パルス幅である。
【００５１】
増分式に増大する強度値で送出された電気変調エネルギに応答して、少なくとも１つの複合活動電位（ＣＡＰ）が、ターゲット組織部位において神経組織の変調によって誘発される。誘発されたＣＡＰ（ｅＣＡＰ）は、ニューロンの集団を下って移動する活動電位の同時誘発である。従って、ｅＣＡＰの全体の大きさは、活動電位を担持しているニューロンの数に比例し、従って、強度レベル（すなわち、伝達された電気変調エネルギの強度）に関して臨床測定値として機能することができ、これは、患者の疼痛を低減するのに使用される治療用量と、快適な異常感覚、痛みを伴う過剰刺激、又は刺激の欠如のいずれかを患者に知覚させる生理的信号との両方である。重要なことは、ｅＣＡＰが（これは、一部の事例では、１つのｅＣＡＰに過ぎない場合があり、他の場合に、いくつかのｅＣＡＰである場合がある）、患者の知覚閾値の指標として使用されることである。この目的のために、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、それらのｅＣＡＰを感知して測定し、以下により詳細に説明するように、それらの特性を使用して最終的に閾値以下変調治療に適切な強度を決定することができる。
【００５２】
知覚閾値を決定するために、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、測定したｅＣＡＰを評価し、測定したｅＣＡＰの少なくとも１つに対応する強度値を知覚閾値として選択する。
【００５３】
一実施形態において、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、第１のｅＣＡＰが知覚閾値として感知される振幅値を自動的に選択することができる。例えば、送出された電気変調エネルギの振幅が増分式に増大する時に、第１のｅＣＡＰは、５．１ｍＡで感知することができる。従って、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、知覚閾値として５．１ｍＡに対応する振幅値を選択することができる。
【００５４】
これに代えて、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、測定したｅＣＡＰと知覚閾値を示す基準ｅＣＡＰとの間の比較に基づいて振幅値を自動的に選択することができる。実験的に決定することができる基準ｅＣＡＰは、患者が異常感覚（知覚閾値）を感じるように送出された電気変調エネルギの振幅でのｅＣＡＰの特性を捕捉することができる。次に、この基準ｅＣＡＰ（又は基準ｅＣＡＰの１又は複数の特性）を使用して、較正プロセス中に電気変調エネルギの送出に応答して、測定したｅＣＡＰ（又はｅＣＡＰの特性）と比較することができる。ｅＣＡＰの特性は、例えば、振幅、ピーク遅延、幅、並びに波形形態を含むことができる。
【００５５】
例えば、１つの技術では、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、測定したｅＣＡＰの波形形態を、基準ｅＣＡＰの波形形態と比較して、基準ｅＣＡＰの波形形態と最も密接に類似している波形形態のｅＣＡＰを選択することができる。従って、基準ｅＣＡＰに最も密接に類似しているｅＣＡＰをもたらすように送出されたエネルギの振幅が、知覚閾値であるように決定される。
【００５６】
別の技術では、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、知覚閾値の決定に使用すべき閾値として基準ｅＣＡＰの特定の特性を格納することができる。この場合に、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、測定したｅＣＡＰの選択された特性の値を格納した閾値と比較することができる。一例では、閾値は、単に基準ｅＣＡＰの振幅とすることができる。そのような場合に、測定したｅＣＡＰの振幅が閾値に等しいか又はそれよりも大きい時に、その測定したｅＣＡＰをもたらす送出されたエネルギの振幅が、知覚閾値であるように決定される。別の例では、測定したｅＣＡＰのピーク遅延が閾値に等しいか又はそれよりも大きい時に、その測定したｅＣＡＰをもたらす送出されたエネルギの振幅が知覚閾値であるように決定されるように、閾値を基準ｅＣＡＰのピーク遅延にすることができる。更に別の例では、測定したｅＣＡＰの幅が閾値に等しいか又はそれよりも大きい時に、その測定したｅＣＡＰをもたらす送出されたエネルギの振幅が知覚閾値であるように決定されるように、閾値を基準ｅＣＡＰの幅にすることができる。
【００５７】
前の例は、単一のｅＣＡＰの特性を基準ｅＣＡＰと比較することに着目したが、複数のｅＣＡＰ測定の特性の関数は、基準ｅＣＡＰと比較することができることを認めなければならない。すなわち、複数のｅＣＡＰは、特定の振幅値で送出された電気パルス列内の対応するパルスに応答して測定することができるので、それらのｅＣＡＰの特性の関数（例えば、平均値）は、基準ｅＣＡＰと比較することができる。これは、ＳＮ比を増大させる上で特に有用であるとすることができる。例えば、電気パルス列は、それに応答して１０のｅＣＡＰ測定がそれぞれ行われる１０のパルスを含むと仮定する。電気パルス列の振幅が十分に高いか又は知覚閾値の振幅に近い時に、１０のｅＣＡＰは、１０のパルスに応答して測定することができる。従って、それらの測定したｅＣＡＰのいずれか１つは、真に知覚閾値を示すことになる。しかし、電気パルス列の振幅がより低いレベルにある時に、単に１つのＣＡＰを１０のパルスに応答して誘発することができ、ｅＣＡＰ測定の他の９つはゼロにすることができる。従って、この１つの測定したｅＣＡＰは、知覚閾値を示さないことになる。
【００５８】
ノイズ及び／又はシステムエラーが引き起こす場合があるそのような異常を回避するために、特定の振幅値における全てのｅＣＡＰ測定の平均値は、個々のｅＣＡＰ測定を使用するよりも正確な結果を示すことができる。測定された多くのｅＣＡＰを比較のために使用する時にＳＮ比は低下し、知覚閾値に達しているか否かにかかわらず真の指標に近いｅＣＡＰ測定の平均値をもたらすことを認めなければならない。従って、ＳＮ比を増大させるために、送出された電気パルス列の各振幅値に対するｅＣＡＰ測定の平均値は、基準ｅＣＡＰと比較することができる。例えば、特定の振幅値の電気パルス列に応答して行われる全てのｅＣＡＰ測定の平均値が閾値に等しいか又はそれを超える場合に、その振幅値は、知覚閾値であるように決定される。
【００５９】
以前の実施形態において、単に１つの基準ｅＣＡＰが格納されると説明したが、比較のために１つの基準ｅＣＡＰをそこから選択することができる複数の基準ｅＣＡＰを格納することができる。例えば、一実施形態において、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、患者活動及び／又は姿勢セットに関連付けられた基準ｅＣＡＰのリストを格納することができる。知覚閾値及び対応する基準ｅＣＡＰは、患者が横になっているか又は着座している時と比べて患者が歩いている時に異なる場合がある。患者が特定の活動及び／又は姿勢に関わっている時に知覚閾値を示すそれらの基準ｅＣＡＰは、実験的に決定して記録することができる。例えば、各身体活動及び／又は姿勢は、各個々の患者に対して実験室で特徴付けられて基準ｅＣＡＰを使用して身体活動及び／又は姿勢を相関付ける個別のルックアップテーブルを生成することができる。脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、以下に説明するように、患者の身体活動及び／又は姿勢を特定し、測定したｅＣＡＰとの比較のために適切な基準ｅＣＡＰを選択するように構成される。
【００６０】
患者の身体活動及び／又は姿勢を特定する多くの方法が存在すると考えられる。１つの技術では、患者の身体活動及び／又は姿勢は、電気的パラメータデータ（すなわち、電極間インピーダンス及び／又は測定された電界電位）を測定し、本明細書に明示的に組込まれている「患者活動を測定するための神経刺激システム及び方法」という名称の特許文献６（米国特許公開第２００８／０１８８９０９  Ａ１号明細書）に開示するように、測定された電気的パラメータデータに対して時変解析を行うことによって追跡して特定することができる。別の技術では、患者の身体活動及び／又は姿勢は、本明細書に明示的に組込まれている「神経刺激デバイスと共に埋込まれた患者の姿勢を示すための感知デバイス」という名称の特許文献７（米国特許出願第１３／４４６，１９１号明細書）に開示するように、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４に埋込まれた向き感知デバイスを使用して追跡して特定することができる。更に別の技術では、患者の身体活動及び／又は姿勢は、本明細書に明示的に組込まれている特許文献８（米国特許第７，３１７，９４８号明細書）に説明されているように、特性のインピーダンス波形形態を測定することによって追跡して特定することができる。
【００６１】
患者の身体活動及び／又は姿勢は、較正プロセスをトリガするイベントの性質に関係なく特定することができることを認めなければならない。従って、較正プロセスは、身体活動及び／又は姿勢の特定とは独立したイベントによって開始することができ、その場合に、身体活動及び／又は姿勢は、測定したｅＣＡＰとの比較のために基準ｅＣＡＰを決定するためにのみ特定される。しかし、イベント自体は、トリガしている身体活動及び／又は姿勢の特定とすることができ、その場合に、較正プロセスは、基準ｅＣＡＰの決定を助けるのに加えてイベントによって開始される。例えば、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、患者が、トリガしている身体活動（例えば、ランニング）に従事していることを検出して較正プロセスを開始することができる。この場合に、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、特定されたトリガしている身体活動及び／又は姿勢に関連付けられた基準ｅＣＡＰを選択し、選択された基準ｅＣＡＰを測定したｅＣＡＰと比較して知覚閾値を決定するように同様に構成される。患者が自分の姿勢又は身体活動を変える時にいつでも脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０を絶えず較正することは、かなり非効率的であることを証明する場合がある。従って、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０には、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０が、トリガしている身体活動及び／又は姿勢を特定する時にのみ較正プロセスを開始するように、トリガしている身体活動の予め決められたリストを含むことができる。例えば、ランニング、ウェイトリフティングなどのような激しい身体活動だけが、較正をトリガすることができる。
【００６２】
知覚閾値が決定された状態で、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、知覚閾値の関数として閾値以下変調の減少した振幅を自動的に計算する。選択された振幅値の関数は、計算された振幅値でその後に患者に送出される変調エネルギが閾値以下治療範囲に含まれることを保証するように設計される。例えば、計算される関数は、最後の増分式に増大した振幅値の百分率（好ましくは、３０％〜７０％の範囲、より好ましくは、４０％〜６０％の範囲）とすることができる。別の例として、計算される関数は、最後の増分式に増大した振幅値と定数（例えば、１ｍＡ）の間の差とすることができる。脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０はまた、計算された振幅値で修正された変調プログラムに従って変調エネルギを電極２６に送出するように、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４に格納した閾値以下変調プログラムを修正するように構成される。
【００６３】
次に図４に移って、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４の一例示的実施形態をここで説明する。埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、データバス５４上の制御論理部５２の制御の下でプログラムされたパルス振幅、パルス繰返し数、パルス幅、負荷サイクル、バースト率、及び形状を有する電気パルス列に従って電気変調エネルギを発生させるように構成された変調出力回路５０を含む。刺激のパルス繰返し数及び持続時間は、アナログ回路、又はアナログ回路を制御するデジタルタイマー論理回路５６によって制御することができ、これは、例えば、１０μｓの適切な分解能を有することができる。変調出力回路５０によって発生する変調エネルギは、それぞれ電極Ｅ１−Ｅ１６に対応する電気端子５８にコンデンサＣ１−Ｃ１６を通して出力される。
【００６４】
変調出力回路５０は、指定された及び既知のアンペア数の変調パルスを電気端子５８へ又はそこから提供するための、独立して制御される電流源、又は指定された及び既知の電圧の変調パルスを電気端子５８に又は次に電気端子５８に接続された多重化電流又は電圧源に提供するための独立して制御される電圧源のいずれかを含むことができる。規定の振幅及び幅の変調パルスを発生させる同じ機能を果たすために適切な出力回路の代替実施形態を含むこの変調出力回路５０の作動は、本明細書に明示的に組込まれている特許文献９（米国特許第６，５１６，２２７号明細書）及び特許文献１０（米国特許第６，９９３，３８４号明細書）により完全に説明されている。従って、変調出力回路５０は、較正プロセスを開始する時に一連の増分式に増大する振幅値で及び一連の増分式に増大する振幅値に応答して神経組織においてＣＡＰを誘発する目的のために、及び／又は較正のプロセスにより決定された知覚閾値に基づいて閾値以下変調治療を与えるために電気端子５８を通して電気エネルギを電極２６に送出することができることを認めることができる。
【００６５】
変調出力回路５０は、指定された及び既知のアンペア数の刺激パルスを電気端子５８へ又はそこから提供するために、独立して制御される電流源、又は指定された及び既知の電圧の刺激パルスを電気端子５８に又は次に電気端子５８に接続された多重化電流又は電圧源に提供するために独立して制御させられる電圧源のいずれかを含むことができる。規定の振幅及び幅の刺激パルスを発生させる同じ機能を果たすために適切な出力回路の代替実施形態を含むこの変調出力回路５０の作動は、本明細書に明示的に組込まれている特許文献９（米国特許第６，５１６，２２７号明細書）及び特許文献１０（米国特許第６，９９３，３８４号明細書）により完全に説明されている。
【００６６】
従って、変調出力回路５０は、上述の較正プロセス中に神経組織において患者に治療を提供し及び／又はＣＡＰを誘発する目的のために、電気端子５８を通して電気エネルギを電極２６に送出することができることを認めることができる。
【００６７】
埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４はまた、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４全体を通して様々なノード又は他のポイント６２のステータス、例えば、電源電圧、温度、バッテリ電圧などをモニタするためのモニタ回路６０を含む。注意すべき点は、電極２６が脊柱の硬膜外腔内にぴったり合い、組織は導電性であるので、それぞれの電極２６と組織の間で結合効率を決定し、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４の電極２６と変調出力回路６０の間の接続に対して故障検出を容易にするために電極２６から電気的測定値を取ることができることである。
【００６８】
本発明に対してより重要なことに、モニタ回路６０は、較正プロセス中に変調出力回路５０を通して神経組織の刺激に応答して誘発されたＣＡＰの特性を測定するように構成されることである。誘発された電位の測定技術は、電極２６のうちの１つにおいて電界を発生させることによって実施することができ、電極２６は、閾値レベルを超える刺激電極に隣接するニューロンを脱分極するほど十分に強力であり、それによって神経繊維に沿って伝播するｅＣＡＰの発射を誘起する。そのような刺激は、好ましくは、閾値を超えているが不快ではない。この目的のために適切な刺激パルスは、例えば、２００μｓに対して４ｍＡである。電極２６のうちの選択されたものを活性化して電界を発生させるが、電極２６のうちの選択された１つ又は複数のもの（活性化された電極とは異なる）を作動させて、刺激電極における刺激パルスにより誘発された電位が引き起こす電圧における測定可能な偏差を記録する。変調パラメータ調節プロセスをトリガする目的のために他の生理学的情報を取得する範囲で、モニタ回路６０は、様々なセンサに結合することができる。生理学的測定が電気的である場合に、センサは、電極２６のうちの１又は２以上とすることができる。しかし、他のタイプの非電気的生理学的情報に対して、個別のセンサを適切な測定に使用することができる。
【００６９】
埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、データバス６６上の制御論理部５２を制御し、データバス６８を通してモニタ回路６０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）６４（又はプロセッサ）の形態での制御／処理回路を更に含む。埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、タイマー論理部５６をこれに加えて制御する。埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、メモリ７０及びマイクロコントローラ６４に結合された発振器及びクロック回路７２を更に含む。
【００７０】
更に、マイクロコントローラ６４は、必要な制御及びステータス信号を発生させ、それらは、選択された作動プログラム及び変調パラメータに従ってマイクロコントローラ６４が埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４の作動を制御することを可能にする。埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４の作動を制御するのに、マイクロコントローラ６４は、制御論理部５２及びタイマー論理部５６と組み合わせて変調出力回路５０を使用して電極２６において電気エネルギを個々に発生させることができ、それによって単極ケース電極を含む他の電極２６と各電極２６を対形成又はグループ分けし、極性、パルス振幅、パルス繰返し数、パルス幅、及び電気エネルギを提供するパルス負荷サイクルを制御することを可能にする。更に、マイクロコントローラ６４は、イベントに応答して較正プロセスを開始する。
【００７１】
マイクロコントローラ６４はまた、増大する振幅レベルで電気エネルギを送出するように変調出力回路５０に指示すること、送出された電気エネルギに応答してあらゆるｅＣＡＰを感知するようにモニタ回路６０に指示すること、ｅＣＡＰの感知に応答して患者の知覚閾値を決定すること、及び知覚閾値に基づいて閾値以下変調治療に適切な減少した振幅を計算することを含む較正プロセスを開始及び実施するように構成される。
【００７２】
メモリ７０は、様々なデータ（例えば、変調パラメータ、基準ｅＣＡＰ、閾値、その他）及びマイクロコントローラ６４によって実行すべき一連の命令を格納することができる。従って、マイクロプロセッサ６４は、メモリ７０及び発振器、並びにクロック回路７２と組み合わせて、メモリ７０に格納された適切なプログラムに従ったプログラミング機能を実施するマイクロプロセッサシステムを含む。これに代えて、一部の適用に対して、制御／処理機能は、適切な状態機械によって実施することができる。
【００７３】
埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、妥当な変調搬送波信号内で外部遠隔制御器（ＲＣ）１６及び／又は臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８からプログラムデータ（例えば、作動プログラム及び／又は変調パラメータ）を受信するための交流電流（ＡＣ）受信コイル７４と、ＡＣ受信コイル７４により受信してプログラムデータを回復させるために搬送波信号を復調させるための充電及び前方遠隔測定回路７６とを更に含み、次に、プログラムデータは、メモリ７０内又は埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４全体を通して分配された他のメモリ要素（図示せず）に格納される。
【００７４】
埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、モニタ回路６０を通して感知された情報データを外部遠隔制御器（ＲＣ）１６及び／又は臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８に送信するための後方遠隔測定回路７８及び交流電流（ＡＣ）送信コイル８０を更に含む。埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４の後方遠隔測定特徴部はまた、そのステータスを点検することを可能にする。例えば、外部遠隔制御器（ＲＣ）１６及び／又は臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８が埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４によってプログラムセッションを開始する時に、バッテリの容量は、外部遠隔制御器（ＲＣ）１６及び／又は臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８が再充電する推定時間を計算することができるように遠隔測定される。電流変調パラメータにもたらされたあらゆる変化は、後方遠隔測定回路により確認され、それによってそのような変化がインプラントシステム内で正しく受け入れられて実施されていることを保証する。更に、外部遠隔制御器（ＲＣ）１６及び／又は臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８による質問時に、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４に格納された全てのプログラマブル設定値は、外部遠隔制御器（ＲＣ）１６及び／又は臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８にアップロードすることができる。
【００７５】
注意すべきことに、外部遠隔制御器（ＲＣ）１６又はこれに代えて臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８を使用して自動変調パラメータ調節技術を実施する場合に、測定したｅＣＡＰは、後方遠隔測定回路７８及びコイル８０を通して埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４から外部遠隔制御器（ＲＣ）１６又は臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８に送信することができる。外部遠隔制御器（ＲＣ）１６又は臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８は、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４が、調節された変調パラメータのセットに従って電気変調エネルギを発生させることができるように、必要なルーチンを行って変調パラメータを調節し、調節された変調パラメータのセットを埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４に送信することができる。
【００７６】
埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４は、作動電力を埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４に提供するための再充電可能な電源８２及び電力回路８４を更に含む。再充電可能な電源８２は、例えば、リチウムイオン又はリチウムイオンポリマーバッテリを含むことができる。再充電可能なバッテリ８２は、未調節電圧を電力回路８４に提供する。次に、電力回路８４は様々な電圧８６を発生させ、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４内に位置する様々な回路が必要とするように、その一部は調節され、その一部はそうではない。再充電可能な電源８２は、ＡＣ受信コイル７４が受け入れる整流ＡＣ電力（又は他の手段、例えば、「インバータ回路」としても公知の効率的なＡＣ−ＤＣコンバータ回路によりＡＣ電力から変換されたＤＣ電力）を使用して再充電される。電源８２を再充電するために、ＡＣ磁場を発生させる外部充電器（図示せず）は、埋込まれた埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４の上の患者の皮膚に対して、又はそうでなければこれに隣接して置かれる。外部充電器によって放出されるＡＣ磁場は、ＡＣ受信コイル７４においてＡＣ電流を誘導する。充電及び前方遠隔測定回路７６は、ＡＣ電流を整流してＤＣ電流を生成し、これを使用して電源８２を充電する。ＡＣ受信コイル７４は、無線受信通信（例えば、プログラム及び制御データ）及び外部デバイスからの充電エネルギの両方に使用すると説明したが、ＡＣ受信コイル７４は、専用充電コイルとして配置することができ、一方、コイル８０のような別のコイルは、双方向遠隔測定のために使用することができることを認めなければならない。
【００７７】
上述に関する追加詳細及び他のＩＰＧは、本明細書に明示的に組込まれている「埋込み可能なパルス発生器に使用する低電力損失電流デジタルアナログコンバータ」という名称の特許文献９（米国特許第６，５１６，２２７号明細書）、特許文献１１（米国特許公開第２００３／０１３９７８１号明細書）、及び特許文献１２（米国特許第７，５３９，５３８号明細書）に見出すことができる。埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４ではなく、システム１０は、これに代えてリード１２に接続された埋込み可能な受信機−刺激器（図示せず）を利用することができることに注意しなければならない。この場合に、埋込まれた受信機を給電するための電源、例えば、バッテリ、並びに受信機−刺激器に命令する制御回路は、電磁気リンクを通じて受信機−刺激器に誘導結合された外部コントローラに収容される。データ／電力信号は、埋込まれた受信機−刺激器の上に置かれたケーブル接続送信コイルから経皮的に結合される。埋込まれた受信機−刺激器は、信号を受信し、制御信号に従って刺激を発生させる。
【００７８】
ここで図５に移って、閾値以下変調治療に適切な減少した振幅を自動的に計算するためにｅＣＡＰを使用する例示的な方法３００を説明する。最初に、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０に格納した閾値以下変調プログラムに従って患者のターゲット組織に電気変調エネルギを送出し（段階３０２）、それによって異常知覚なしに患者に治療を与える。次に、較正トリガイベントが発生する（段階３０４）。上述のように、そのようなトリガイベントは、特定されたトリガしている身体活動及び／又は姿勢、ユーザ開始信号、電極移動を示す信号、又は予め決められた周期的反復信号とすることができる。次に、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、患者の身体活動及び／又は姿勢をそれがトリガイベントとしてまだ特定されていない場合に特定する（段階３０６）。患者の身体活動及び／又は姿勢に基づいて、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、特定した身体活動及び／又は姿勢に対応する基準ｅＣＡＰをｅＣＡＰの格納されたリストから選択する（段階３０８）。
【００７９】
次に、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、指定された振幅（これは、電気パルス列を送出して閾値以下治療が行われた最初にプログラムされた振幅とすることができる）の電気パルス列を送出し、それに応答して、送出された電気パルス列の少なくとも１つのパルスに対してｅＣＡＰ測定が行われる（段階１０）。ＳＮ比を増大させるために、各パルス後にｅＣＡＰ測定を行うことができる。次に、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、ｅＣＡＰ測定を特定した身体活動及び／又は姿勢に対応する選択された基準ｅＣＡＰと比較する（段階３１２）。上述のように、ｅＣＡＰ測定の特性（例えば、振幅、ピーク遅延、幅、形態）又は複数のｅＣＡＰ測定の関数は、基準ｅＣＡＰの同じ特性と比較することができる。
【００８０】
ｅＣＡＰ比較が、患者の知覚閾値に達していないことを示す場合（段階３１４）、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、ステップサイズによって送出された電気エネルギの振幅を増大させて（段階３１６）、増大した振幅で送出された電気エネルギに応答してｅＣＡＰ測定に戻る（段階３１０）。ｅＣＡＰ比較が、患者の知覚閾値に達したことを示す場合（段階３１４）、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、知覚閾値を示す振幅値の関数として減少した振幅値を計算する（段階３１８）。上述のように、そのような関数は、決定された知覚閾値の百分率又は決定された知覚閾値と定数の間の差とすることができる。次に、脊髄変調（ＳＣＭ）システム１０は、計算された振幅値で閾値以下変調プログラムを修正し（段階３２０）、段階３０２に戻って、修正された閾値以下変調プログラムに従って電気変調エネルギを送出するように埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４に指示し、それによって異常知覚なしに患者に治療を与える。
【００８１】
すなわち、閾値以下較正技術は、あらゆる意図する閾値以下治療が、そうでなければリード移動又は患者の身体活動及び／又は姿勢の変化のような環境変化によって窓に入らない場合がある有効かつエネルギ効率的な治療窓の範囲に留まることを保証することを認めることができる。閾値以下較正技術は、慢性疼痛を処置するように設計された閾値以下治療に関して説明されているが、この較正技術を利用して異常知覚が疾患の有効な処置を示すことができるいずれかの疾患の患者を処置するように行われるあらゆる閾値以下治療を較正することができることを認めなければならない。更に、閾値以下較正技術は、埋込み可能なパルス発生器（ＩＰＧ）１４において実施されると説明されているが、この技術は、臨床医用プログラム装置（ＣＰ）１８又は外部遠隔制御器（ＲＣ）１６でも実施することができることを認めなければならない。
【００８２】
閾値以下較正技術は、電気変調エネルギの振幅の調節によって説明されたが、電気変調エネルギの強度に影響を与える他の変調パラメータを変更することができることも認めなければならない。例えば、パルス幅値及びパルス繰返し数値を同じに維持し、増大した振幅値のうちの１つの関数として減少した振幅値を計算しながら、プログラムされた振幅値に対して増分式に増大する振幅値の代わりに、パルス幅値は、振幅値及びパルス繰返し数値を同じに維持し、増大したパルス幅値のうちの１つの関数として減少したパルス値を計算しながら、プログラムされたパルス値に対して増分式に増大させることができる。重要なことは、制御可能かつ予想可能な方法で電気変調エネルギの強度に直接に影響を与えるパラメータを使用して、閾値以下治療を較正するという点である。
【００８３】
本発明の特定の実施形態を図示して説明したが、本発明を好ましい実施形態に限定するように考えていないことは理解しなければならず、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行うことができることは当業者には明らかである。従って、本発明は、特許請求の範囲によって定められるような本発明の精神及び範囲に含まれる代替物、修正物、及び均等物を網羅するように意図している。
【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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【国際調査報告】
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