刺激电极选择的制作方法

专利名称：刺激电极选择的制作方法
刺激电极选择本公开涉及医疗设备，更具体地涉及医疗设备编程。
背景技术：
诸如电刺激器之类的植入式医疗设备可用于不同的治疗应用中。在一些治疗系统中，在包括电极的一条或多条医疗引线的辅助下，植入式电刺激器将电治疗传送到患者体内的目标治疗部位。在可以在植入医疗设备期间、在试验会话期间、或者在患者体内植入医疗设备之后的后续会话期间发生的编程会话期间，临床医生可生成向患者提供有效治疗的一个或多个治疗程序，其中每一治疗程序可定义治疗参数集合的值。医疗设备可根据一个或多个所存储治疗程序将治疗传送给患者。在电刺激的情况下，治疗参数可包括用于传送电刺激治疗的电极配置。

发明内容
总体而言，本公开涉及从电极阵列选择一个或多个电极以将电刺激传送给患者脑部。用于传送刺激的一组一个或多个所选电极可称为刺激电极组合。在本文中所描述的示例中，可基于在患者脑部中使用包括至少一个电极(例如，在引线或医疗设备外壳上的)的感测电极组合感测到的生物电信号以及指示接近患者脑部内的电极的组织的一个或多个特性的生理模型来选择刺激电极组合。例如，生理模型可指示接近所植入引线的患者脑部的一个或多个解剖结构，或者可包括指示源自或者预期源自经由刺激电极组合传送的刺激的治疗场的治疗场模型。一方面，本公开涉及一种方法，该方法包括通过包括至少一个电极的感测电极组合来感测患者脑部中的生物电信号；访问指示接近患者脑部内的至少一个电极的组织的一个或多个特性的生理模型；以及基于生物电信号和生理模型选择用于将电刺激传送到患者脑部的刺激电极组合。另一方面，本公开涉及一种系统，该系统包括通过包括至少一个电极的感测电极组合来感测患者脑部中的生物电信号的感测模块；以及访问指示接近患者脑部内的至少一个电极的组织的一个或多个特性的生理模型、并且基于生物电信号和生理模型选择用于将电刺激传送到患者脑部的刺激电极组合的处理器。另一方面，本公开涉及一种系统，该系统包括用于通过包括至少一个电极的感测电极组合来感测患者脑部中的生物电信号的装置；用于基于生物电信号以及指示接近患者脑部内的至少一个电极的组织的一个或多个特性的生理模型来选择用于将电刺激传送到患者脑部的刺激电极组合的装置。另一方面，本公开涉及一种包含指令的计算机可读介质，这些指令使可编程处理器从感测模块接收感测模块通过包括至少一个电极的感测电极组合感测到的生物电信号、访问指示接近患者脑部内的至少一个电极的组织的一个或多个特性的生理模型、以及基于生物电信号和生理模型选择用于将电刺激传送到患者脑部的刺激电极组合。在另一方面，本公开涉及一种包括计算机可读存储介质的制品。计算机可读存储介质包含供处理器执行的计算机可读指令。这些指令使可编程处理器执行本文中所描述的技术的任一部分。这些指令可以是例如软件指令，诸如用于定义软件或计算机程序的那些软件指令。计算机可读介质可以是计算机可读存储介质，诸如存储设备(例如，磁盘驱动或光学驱动)、存储器(例如，闪存、只读存储器(ROM)、或随机存取存储器(RAM))、或者(例如，以计算机程序或其他可执行的形式)存储指令以使可编程处理器执行本文中所描述的技术的任何其他类型的易失性或非易失性存储器。本发明的一个或多个示例的细节在下文中的附图和描述中阐述。通过说明书和附图以及权利要求书，本发明的其他特征、目标、以及优点将变得显而易见。


图1是示出示例深部脑刺激(DBS)系统的概念图。图2是示出示例医疗设备的组件的功能框图。 图3A和3B是示出医疗引线的示例电极配置的示图。图4是示出示例医疗设备编程器的组件的功能框图。图5是示出用于基于经由感测电极组合感测到的生物电信号以及基于患者脑部内的引线位置确定的生理模型来选择刺激电极组合的示例技术的流程图。图6是示出用于生成生理模型的示例技术的流程图。图7是示出用于生成包括治疗场模型的生理模型的示例技术的流程图。图8-10是示出用于基于生物电脑部信号和生理模型选择刺激电极组合的示例技术的流程图。图11是示出用于确定感兴趣的频带以评估感测电极组合的示例技术的流程图。图12和13是示出用于选择离目标组织部位最近的感测电极组合的示例技术的流程图。图14是示出具有多个电极的医疗引线的示图。图15A-15C是示出可实现为选择离目标组织部位最近的电极的通用算法的流程图。图16是示出用于确定离包括一组或多组分段电极的引线的目标组织部位最近的一个或多个电极的示例技术的流程图。图17是示出用于确定离包括各自具有多组电极的多条引线的MD的目标组织部位最近的一个或多个电极的示例技术的流程图。图18是示出由编程器显示的示例图形用户界面的屏幕图，其中图形用户界面将生理模型呈现给用户。图19A-19B是示出由编程器显示的示例图形用户界面的屏幕图。
具体实施例方式图1是示出示例治疗系统10的概念图，该治疗系统10传送治疗以管理诸如患者12的运动障碍、神经退化损伤、情绪障碍、或者抽搐障碍之类的患者病情。患者12通常是人类患者。然而，在一些情况下，治疗系统10可应用于其他哺乳动物或非哺乳动物、非人类患者。尽管在本文中主要提及运动障碍和神经退化损伤，但在其他示例中，治疗系统10可提供治疗以管理其他患者病情的症状，诸如但不限于抽搐障碍(例如，癫痫症)或情绪(或生理)障碍(例如，重度抑郁症(MDD))、双相障碍、焦虑障碍、创伤后应激障碍、心境恶劣障碍、或者强迫症(ora)。治疗系统10包括医疗设备编程器14、植入式医疗设备(MD)16、引线延伸线18、以及具有电极24、26的对应集合的引线20A和20B。在图1所示的示例中，引线20A、20B (统称为“引线20”)的电极24、26分别被定位成将电刺激传送到脑部28内的组织部位，诸如患者12的脑部28的硬脑膜内的深部脑部位。在一些示例中，将刺激传送到诸如丘脑下核(例如，背侧丘脑下核)、苍白球、内囊、丘脑或运动皮层之类的脑部28的一个或多个区域可以是有效治疗以缓解或者甚至消除运动障碍的一种或多种症状。运动障碍或者其他神经退化损伤可包括诸如举例而言肌肉控制损伤、运动损伤、或者其他运动问题(诸如僵硬、运动徐缓、节奏性运动机能亢奋、非节奏性运动机能亢奋、以及行动不能)之类的症状。在一些情况下，运动障碍可以是帕金森病的症状。然而，运动障碍可归因于其他患者病情。
电极24、26还可被定位成感测患者12的脑部28内的生物电脑部信号。在一些示例中，一些电极24、26可被配置成只感测生物电脑部信号，而其他电极24、26可被配置成只将电刺激传送到脑部28。在其他示例中，电极24、26中的部分或全部电极被配置成感测生物电脑部信号并将电刺激传送到脑部28。IMD16包括治疗模型，该治疗模型包括生成电刺激治疗并且分别经由引线20A和20B的电极24、26的子集将其传送给患者12的刺激生成器。电极24、26的子集包括至少一个电极，并且可包括多个电极。用于将电刺激传送给患者12的电极24、26的子集以及在一些情况下的电极24、26的子集的极性可称为刺激电极组合或配置。在一些示例中，刺激电极组合包括置于引线20A或20B上的第一电极、以及离第一电极相对较远的基准电极(例如，单极刺激)或者置于一条或多条引线20A、20B上的两个或两个以上电极(例如，双极刺激)。如在下文中更详细描述的，针对特定患者12和患者病情，可基于在患者12的脑部28内感测到的生物电脑部信号以及基于引线20的电极在患者脑部内的位置的生理模型来选择刺激电极组合。如在下文中更详细描述的，生理模型可由执行定义算法(该算法定位引线20在脑部28内相对于患者解剖数据的位置)的指令的计算设备(例如，植入通用计算机的医疗数据计算设备、医疗设备编程器、外部医疗设备、或者植入式医疗设备)生成。可使用诸如基于使用任何合适的成像模态(例如，计算机断层摄影(CO、磁共振成像(MRI )、X射线、或者荧光检查)而生成的医学图像、基于用于将引线20植入脑部28的立体定向坐标、基于IMD16感测到的信号与预期产生那些信号的解剖结构的相关性、电极处的刺激效果与预期产生那些效果的解剖结构的相关性、或者基于临床医生估算的引线20在脑部28内的位置的任何合适的技术来确定引线20的位置。在其他示例中，针对特定患者12和患者病情，可基于在患者12的脑部28内感测到的生物电脑部信号以及基于另一医疗构件(诸如，无引线的电刺激器)的电极位置的生理模型来选择刺激电极组合。由此，虽然相对于引线20的电极进行了描述，但是本文中所描述的设备、系统和技术也可用于基于电极在患者12的脑部28内的位置来选择刺激电极组合，不管耦合有电极的组件的类型如何。在这些示例中，生理模型可由执行定义算法(该算法定位这些电极(或者包括这些电极的医疗构件)在脑部28内相对于患者解剖数据的位置)的指令的计算设备生成。可使用诸如相对于引线20所描述的技术之类的任何合适的技术来确定电极或医疗组件的位置。患者解剖数据指示接近所植入引线20的患者组织(诸如接近所植入引线20的一个或多个解剖结构)的一个或多个特性。患者解剖数据可包括患者的解剖图像、基准解剖图像、解剖图、或者组织电导率数据集中的至少一个。患者解剖数据可以是对患者12专用的，或者可表示一个以上患者的数据，例如解剖结构的模型或平均数据以及多个患者的组织电导率。例如，在一些示例中，患者解剖数据可包括组织电导率数据或者对于用于特定治疗应用(例如，图1的情况下的深部脑刺激)的特定引线20的位置是典型的其他相关组织数据，并且对患者12可以是但不必是专用的。在一些示例中，计算设备从成像模态生成患者解剖数据，诸如但不限于CT、MR1、X射线、荧光检查等。在一些示例中，在脑部28内感测到的生物电信号可反映由跨脑组织的电位差之和产生的电流变化。生物电脑部信号的示例包括但不限于从在脑部28的一个或多个区域内感测到的局部场电位(LFP)生成的电信号，诸如脑电图(EEG)信号或者皮层脑电图(EcoG)信号。然而，局部场电位可包括患者12的脑部28内的更宽种类的电信号。·在一些示例中，可在与用于电刺激的目标组织部位相同的脑部28区域或者不同的脑部28区域内感测用于选择刺激电极组合的生物电脑部信号。如先前所指示的，这些组织部位可包括丘脑内的组织部位、脑部28的丘脑下核(STN)或苍白球、以及其他目标组织部位(例如，其他基底神经节结构)。可基于患者病情选择脑部28内的特定目标组织部位和/或区域。由此，在一些示例中，可从电极24、26的相同集合中选择刺激电极组合和感测电极组合两者。在其他示例中，用于传送电刺激的电极可不同于用于感测生物电脑部信号的电极。治疗系统10的处理器访问来自例如治疗系统10的存储器的生理模型，该存储器可以是编程器14或MD16的存储器、或者另一设备的存储器(例如，远离编程器14或MD16的，存储有一个或多个生理模型的数据库)。生理模型可由处理器生成并存储在存储器中，或者由不同的计算设备生成并存储在存储器中。所存储的生理模型对患者12可以是专用的，或者对一个以上患者可以是通用的。例如，可基于引线20和电极24、26在患者12的脑部28内的位置生成所存储的生理模型。另一方面，在一些示例中，所存储的生理模型可指示针对诊断有与患者12类似的患者病情的患者所提示的引线位置、以及当引线被植入所提示的位置时指示接近引线的电极的组织的特性。在一些示例中，处理器基于脑部28内的引线20和电极24、26的位置生成生理模型。生理模型可在计算设备(诸如编程器14或者单独的专用或多功能计算设备)上执行的建模软件、硬件或固件的辅助下生成。在一些示例中，处理器在用户界面的显示器上显示生理模型，从而提供在选择刺激电极时引导临床医生的信息。在其他示例中，计算设备基于患者解剖数据和基于引线20的位置生成的生理模型来提供刺激电极组合推荐。在一些示例中，生理模型包括表示向其传送治疗的患者组织的区域的治疗场的图形表示。例如，治疗场可包括在MD16经由电极24、26的所选子集将电刺激传送到患者12的脑部28时生成的电刺激场(也称为电场)、以及定义刺激参数的治疗程序。电场表示在治疗期间将被电场(例如，电场或电磁场)覆盖的组织的区域。在其他示例中，治疗场可以是激活场，该激活场指示将通过被刺激治疗覆盖的患者解剖区域中的电场而激活的神经元，由此指示通过经由特定治疗程序传送的电刺激而激活的组织区域，该治疗程序包括电极24、26的所选子集以及其他刺激参数值(例如，电流或电压振幅值和/或频率值)。另一类型的治疗场模型是指示在頂D16经由电极24、26的所选子集和特定治疗参数值集合将电刺激传送到患者12的脑部28时生成的电场的电压梯度或电流密度的电压梯度或电流密度模型。在其他示例中，生理模型包括接近所植入引线20的脑部28的一个或多个解剖结构的图形表示，并且在一些示例中还包括引线20的图形表示。在一些示例中，生理模型基于引线20在脑部28内的实际植入部位确定。例如，计算设备(例如，编程器14或另一计算设备)的处理器可实现将脑部28内的电极24、26的3D坐标(例如，立体定向坐标)映射到脑部28的解剖图像、脑部28的基准解剖图像、或者脑部28的解剖图中的至少一个以确定和显示接近所植入电极24、26的解剖结构的算法。3D坐标可以是通过其将引线20植入脑部28的坐标、或者临床医生提供的估算引线20在脑部28内的位置的坐标。可基于对患者12是专用的或对一个以上患者是通用的患者解剖数据来确定脑部28内的解剖结构的位置。例如，包括脑部28的解剖结构的图形表示的生理模型可显示患者12的脑部28的至少一部分的图像、对患者12不是专用的脑部的图像、或者对一个以上患者是通用的人脑的非基于图像的图形模型。在其他示例中，生理模型可包括接近引线20的脑部28的一个或多个解剖结构的表示，其中基于引线20的经估算的植入部位选择这些解剖结构。例如，编程器14或另一计算设备可基于引线20的预期植入部位生成和显示解剖图。引线20的预期植入部位可例如基于据信对管理患者病情有用的目标电刺激部位、基于临床医生输入、或者基于另一输入确定。另外，可基于特定患者12的脑部28的医疗成像生成脑部28的解剖图，或者解剖图对一个以上患者可以是通用的(例如，基于一个或多个其他患者的脑部成像)。尽管解剖图可以不指示在脑部28中实际植入引线20的位置，但解剖图对确定脑部28内的哪些目标结构对刺激有用、或者应当避免刺激(例如，使得一种或多种刺激诱发的副作用最小化或消除)的目标结构可以是有用的。在一些示例中，可在将MD16和引线20植入患者12体内之后的编程会话期间选择刺激电极组合。针对特定患者12和患者病情，可基于所植入引线20在患者12的脑部28内感测到的生物电脑部信号以及指示接近所植入引线20的脑部28的一个或多个解剖结构的生理模型来选择刺激电极组合。在一些示例中，可基于所感测生物电脑部信号选择、并且随后基于生理模型确认(例如，证实)或者以其他方式验证刺激电极组合的电极。对刺激电极组合的确认可指示例如所选刺激电极组合对将刺激传送到脑部28内的一个或多个目标解剖结构和/或减少或者甚至消除刺激向与一种或多种刺激诱发的副作用相关联的解剖结构的传送是否有用。在其他示例中，外部设备可例如经由置于患者12的头盖骨32的外表面上的表面电极感测一个或多个生物电脑部信号。在本文中主要提及其中MD16感测脑部28内的生物电信号的示例。然而，也可使用经由外部电极和/或外部非植入式医疗设备感测到的生物电脑部信号来应用用于选择刺激电极组合的技术。在一些示例中，在编程会话期间，可经由多个感测电极组合在脑部28内感测生物电脑部信号。每一感测电极组合可包括一个或多个电极24、26的不同子集。可将每一所感测生物电脑部信号的一个或多个信号特性(例如，时域特性或频域特性)彼此进行比较，并且可基于该比较选择一个或多个感测电极组合。 时域特性的示例包括随时间的时域信号的图案(例如，随时间的神经元尖峰的图案或数量)、随时间的时域信号的变率、该信号的平均值、中值、平均数、或峰值振幅等。频域特性的示例可包括特定频带内的功率水平(或能量水平)。可基于例如生物电脑部信号的频谱(spectral)分析确定功率水平。频谱分析可指示在信号中所包含的功率的频率上的基于有限数据集的分布。在一些示例中，可基于通过其感测具有实质上与编程器14存储的模板相关的时域图案的生物电脑部信号的一个或多个感测电极来选择刺激电极组合。在其他示例中，可基于通过其感测在特定时间帧内观察到具有阈值数量的尖峰的生物电脑部信号的一个或多个感测电极来选择刺激电极组合。阈值数量的尖峰可指示脑部28的特定区域内的活动，并且因此，感测具有阈值数量的尖峰的生物电信号可指示感测电极被定位成接近脑部28的相关联区域。
在其他示例中，可基于所感测生物电脑部信号的变率来选择刺激电极组合。例如，可基于通过其感测到具有与预定变率匹配或者基本匹配(例如，在阈值百分比内，诸如约1%至约25%)的变率的生物电脑部信号的一个或多个感测电极来选择刺激电极组合。作为另一示例，可基于通过其感测具有小于预定阈值变率的变率的生物电脑部信号的一个或多个感测电极来选择刺激电极组合。模板和阈值变率值可指示脑部28的特定区域内的活动，并且因此感测其变率小于或等于阈值变率的生物电信号可指示感测电极被定位成接近脑部28的相关联区域。在其他示例中，可基于通过其感测具有大于或者在一些示例中小于预定阈值的平均值、中值、平均数、或峰值振幅的生物电脑部信号的一个或多个感测电极来选择刺激电极组合。阈值可与脑部28的特定区域内的活动相关联，并且因此感测其振幅小于或等于阈值振幅值的生物电信号可指示感测电极被定位成接近脑部28的相关联区域。在其他示例中，可基于通过其感测在所选频带中具有最高相对带功率(或能量)水平的生物电脑部信号的一个或多个感测电极来选择刺激电极组合。这可指示例如通过其感测具有最高相对带功率水平的生物电脑部信号的一个或多个电极离目标组织部位最近，该目标组织部位可以是产生在所选频带内具有最高相对功率水平的生物电信号的脑部28内的区域。相对功率水平可以是所感测信号的所选频带中的功率与所感测信号的总功率的比率。可基于患者病情选择感兴趣的特定频带。例如，相信生物电脑部信号的β带(例如，约8赫兹(Hz)至约30Hz、或者约16Hz至约30Hz)内的异常活动指示与活动障碍(例如，帕金森病)相关联的脑部活动、以及展现用于治疗传送以管理患者病情的目标组织部位。因此，在一些示例中，生物电脑部信号的β带内的功率水平可用于标识用于刺激治疗以管理运动障碍的目标组织部位。在其他示例中，取决于患者病情，生物电脑部信号的Y带(例如，约35Hz至约120Hz )内的电活动可展现目标组织部位。例如，当通过药物治疗患者时或者当患者运动时，患有帕金森病或另一运动障碍的患者的脑部内的目标组织部位(例如，丘脑下核)可呈现具有高Y带活动的生物电脑部信号。因此，在一些示例中，生物电脑部信号的Y带内的功率水平可用于标识目标组织部位。本文中所描述的用于基于生物电脑部信号选择刺激电极组合的一些算法有助于标识实质上沿着一条或两条引线20的纵轴的方向上的目标组织部位的位置。即，本文中所描述的一些算法有助于标识沿着对应引线20的哪一个电极24、26离目标组织部位最近，由此电极24中的每一电极在沿着引线20A的纵轴的轴向上偏离相邻的电极、并且电极26中的每一电极在沿着引线20B的纵轴的轴向上偏离相邻的电极。这些算法对标识实质上沿着圆柱形引线、桨状引线或者栅格电极(例如，用于刺激脑部28的皮层)的纵轴的方向上的目标组织部位的位置可以是有用的。另外，在一些示例中，本文中所描述的一些算法可有助于标识除一条或两条引线20的纵轴所指示的方向以外的方向上的目标组织部位的位置。例如，本文中所描述的算法可有助于标识多个分段或部分环形电极中的每一电极所指示的方向上的目标组织部位的位置，这些电极共享沿着一条或两条引线20的纵轴的轴向位置、但是具有不同的径向位置(例如，实质上与一条或两条引线20的纵轴垂直的方向)。当两种类型的算法组合从而在两个方向上确定目标组织部位的位置时，组合算法可称为3D算法，该3D算法可用于在三个维度上定位相对目标组织部位。在一些情况下，用于治疗传送的目标组织部位可位于两个感测电极之间。如果目标组织部位直接位于两种感测电极之间，则确定哪一个感测电极离目标组织部位最近可需要比简单地确定感测在所选频带内具有最高相对功率水平的生物电信号的一个或多个电 极更为复杂的算法。在本文中所描述的示例中，可应用确定目标组织部位是否位于感测电极之间的算法来确定离目标组织部位最近的一个或多个电极。在一些示例中，用于基于生物电脑部信号选择刺激电极组合的算法包括感测多个生物电脑部信号以及确定相对β带功率水平。相对β带功率水平可以是所感测信号的β带中的功率与所感测信号的总功率的比率。可使用相对β带功率代替β带功率以使位于患者脑部的不同区域中的感测电极感测到的生物电信号归一化。所感测脑部信号的该归一化适用于任何所选频带内的功率水平。由此，尽管在本文中一般提及所感测脑部信号的所选频带内的“功率水平”，但功率水平可以是作为所感测脑部信号的所选频带中的功率水平与所感测脑部信号的总功率的比率的相对功率水平。可使用任何合适的技术来确定所选频带中的功率水平。在一些示例中，頂D16的处理器可在预定时间段(诸如约十秒至约两分钟，但是还可构想其他时间范围)上对所感测脑部信号的所选频带的功率水平求平均。在其他示例中，所选频带功率水平可以是在预定时间范围(诸如约十秒至约两分钟)上的中值功率水平。脑部信号的所选频带以及感兴趣的其他频带内的活动可随时间波动。由此，所选频带中的功率水平瞬间(at one instant intime)不可能提供对所选频带中的脑部信号的能量的准确且精确的指示。随时间对所选频带中的功率水平求平均或者以其他方式监测该功率水平可有助于捕获功率水平的范围、以及由此对IMD16感测到的特定脑部区域中的患者病态的更好指示。可使用任何合适的技术来确定所感测生物电脑部信号的总功率。在一个示例中，IMD16的(或者诸如编程器14之类的另一设备)的处理器可基于脑部信号的扫掠频谱的总功率水平确定所感测生物电脑部信号的总功率水平。为了生成扫掠频谱，处理器可控制感测模块随时间调谐连续的频带，并且该处理器可基于每一所提取频带中的功率水平组装所感测生物电脑部信号的伪频谱图。伪频谱图可指示特定时间窗口内的生物电脑部信号的频率内容的能量。用于基于生物电脑部信号选择刺激电极组合的算法还包括确定相对β带功率水平的多个相对值、以及基于多个相对值选择离目标组织部位最近的一个或多个感测电极，其中每一相对值基于两个不同电极感测到的两个生物电信号的相对β带功率水平。所选的一个或多个电极可与一个或多个刺激电极组合相关联，这些刺激电极组合可被编程到MD16中以将刺激治疗传送到脑部28。以此方式，可基于生物电脑部信号的特性来选择刺激电极组合。尽管在本文中主要提及频域特性，但本文中所描述的用于选择刺激电极的技术也可适用于基于生物电脑部信号的时域特性(例如，各个神经元尖峰、随时间的振幅图案、随时间的时域信号的变率、振幅与阈值的比较等)选择一个或多个刺激电极。在一些示例中，可基于经由与刺激电极组合相关联的一组或多组感测电极感测到的生物电脑部信号的频域特性来选择其他刺激参数值。例如，β带功率水平可与可将有效治疗提供给患者12的刺激振幅值相关联。一组电极包括至少一个电极，并且可包括多个电极。·在基于生物电脑部信号选择感测电极组合的其中之一后，如果生理模型指示所选电极对将有效刺激提供给患者12是有用的，则可选择感测电极组合的电极作为刺激电极组合。例如，生理模型可指示感测电极组合的电极是否接近脑部28内的目标解剖结构、或者电极是否接近例如因为对解剖结构的刺激可诱发副作用而要避免的解剖结构。目标解剖结构可以是例如用于导致对患者病情相对有效的治疗的电刺激(或者其他治疗传送)的脑部28的解剖结构(或区域)。脑部28的示例解剖结构包括但不限于额叶、顶叶、枕叶、颞叶、丘脑(例如，下丘脑前核或下丘脑背内侧核)、下丘脑、扁桃体、海马状突起、主要运动皮层、前期运动皮层(premotor cortex)、背外侧前额皮层、后侧顶骨皮层(posterior parietalcortex)、以及小脑。在将一条或多条引线20放置在脑部28的丘脑下核(STN)中的情况下，避免激活的脑部28的结构可包括在内囊内运行的可诱发肌肉收缩的皮层延髓和/或皮层脊髓束、可诱发感觉异常的内侧丘系纤维、以及可诱发患者12的眼睛的反侧偏斜的眼球运动神经纤维。在另一示例中，在将一条或多条引线20放置在内侧苍白球(GPi)中的情况下，避免激活的脑部28的结构可包括可诱发肌肉收缩的内囊、以及可导致光幻视和其他视力障碍的视束。例如，在将一条或多条引线20放置在丘脑腹中的情况下，避免激活的结构可包括可诱发感觉异常的丘脑腹尾侧核(thalamic nucelus ventralis caudal is)(也称为“Vc”核)、以及可诱发肌肉收缩的内囊。在其他示例中，激活脑部28内的其他结构和/或纤维通道可导致其他刺激诱发的副作用。在一些示例中，编程器14或另一计算设备可生成生理模型，并且在用户界面的显示器上显示该生理模型。然后，临床医生可基于该生理模型的显示确定感测电极组合的电极是否接近目标解剖结构或者要避免的解剖结构。作为另一示例，编程器14或另一计算设备可基于指示接近所植入电极24、26的患者12的脑部28的解剖结构的生理模型来自动地确定感测电极组合的电极是否接近目标解剖结构。在其他示例中，可基于生理模型选择刺激电极组合的电极，并且可基于经由刺激电极组合的电极感测到的生物电脑部信号来确认刺激电极组合。例如，编程器14或另一计算设备可生成生理模型的显示，基于该生理模型，临床医生可选择刺激电极组合的电极。作为示例，临床医生可选择电极以及将刺激传送到一个或多个目标解剖结构的刺激信号的其他刺激参数值，并且最小化甚至避免刺激其他解剖结构，诸如与一种或多种刺激诱发的副作用相关联的解剖结构。
基于所感测生物电脑部信号和生理模型选择治疗系统10的一个或多个刺激电极组合对诱发选择有效的刺激电极组合所需的时间量可以是有用的。在图1所示的示例中，治疗系统10包括八个电极24、26，由此可选择八个电极24、26的任意组合以将刺激治疗提供给脑部28。在一些现有技术中，临床医生随机地选择和测试刺激电极组合以找到有效的刺激电极组合。在一些情况下，临床医生在选择刺激电极组合方面的知识和经验可有助于限制选择刺激电极组合所需的时间量。临床医生可基于患者12体验的副作用以及患者的运动障碍(或者其他患者病情)症状得以缓解的程度的平衡来选择刺激电极组合。在这些现有技术中，临床医生可能既不考虑患者12的脑部28的特定解剖配置来选择要测试的电极组合，也不考虑患者12的特定生理特性以及患者脑部28的特定功能失调状态。此外，用于选择和测试刺激电极组合以及标识相对有效的刺激电极组合的这些技术可能是相对耗时且冗长的。相反，在本文中所描述的系统、设备和技术中，关于患者 12的脑部28的生理信息弓丨导对刺激电极的选择，这可有助于增加通过其选择有效的刺激电极组合的有效性。具体而言，所感测生物电脑部信号结合指示接近所植入电极24、26的患者12的脑部28的区域的生理模型可向临床医生提供有用信息，以确定哪些电极24、26被定位成将有效刺激治疗传送到患者12的脑部28。对于生物电脑部信号，用于选择有效的刺激电极组合的生理信息可以是一组特定感测电极感测到的生物电脑部信号的一个或多个时域特性(例如，振幅)或者频域特性的形式。通过不同电极感测到的生物电信号的一个或多个频域特性的振幅的差值可提供附加信息以确定离脑部28内的目标组织部位最近的一个或多个感测电极，并且可便于对有效的刺激电极组合的选择。所感测的生物电脑部信号对患者12是专用的，因为它们是在患者脑部28内感测到，并且因此可用于相对较快地查明可将有效治疗提供给特定患者12的刺激电极组合。除了减少选择有效的刺激电极组合所需的时间以外，本文中所描述的技术还可有助于以有效的方式减少找到有效的刺激电极组合所需的专业技能或经验的量。例如，如在下文中更详细描述的，编程器14或另一计算设备可自动地评估一个或多个电极组合，并且基于对患者12是专用的以及对患者脑部28内的实际引线位置是专用的生物电脑部信号来确定哪一个特定电极组合可将有效治疗提供给患者12。对于生理模型，用于针对患者12选择有效的刺激电极组合的生理信息可以是对用于治疗电刺激的一个或多个目标解剖结构、以及期望使刺激的传送最小化的一个或多个解剖结构的标识，例如因为解剖结构与刺激诱发的副作用患者指示可源自经由所选刺激电极组合将刺激传送给患者12的治疗场的治疗模型相关。在其中编程器14或另一计算设备显示生理模型的图形表示的示例中，生理模型可帮助临床医生可视化引线20在患者12的脑部28内的位置，这可帮助临床医生确定哪些电极24、26接近用于刺激的目标解剖结构以及要避免的解剖结构。在其中生理模型包括指示可源自经由所选刺激电极组合将刺激传送给患者12的治疗场的治疗场模型的示例中，生理模型所提供的生理信息可包括对刺激可如何影响脑部28内的组织的指示。如在上文中所讨论的，示例治疗场模型包括电场模型、激活场模型、或者电压梯度或电流密度模型。在其中编程器14或另一计算设备显示治疗场模型的图形表示的示例中，所显示模型还可帮助临床医生可视化源自经由所选刺激电极组合的治疗传送的治疗场的特性(例如，体积或位置)。对治疗场模型的可视化对例如可视化治疗场是否与用于刺激的目标解剖结构以及关联于刺激诱发的副作用的解剖结构重叠可以是有用的。可修改所选电极和/或一个或多个刺激参数值以调整治疗场。除了减少选择有效的刺激电极组合所需的时间以外，本文中所描述的技术还可有助于以有效的方式减少找到有效的刺激电极组合所需的专业技能或经验的量。例如，如在下文中更详细描述的，编程器14或另一计算设备可自动地评估一组或多组感测电极，并且基于对患者12是专用的以及对患者脑部28内的实际引线位置是专用的生物电脑部信号来确定哪一组特定感测电极可与可将有效治疗提供给患者12的刺激电极组合相关联。然后，编程器14可基于所选感测电极组合自动地选择刺激电极组合。在诸如运动障碍之类的一些患者病情的情况下，生物电脑部信号有助于将临床医生引导到与患者病情相关联的脑部28的区域。另外，在一些示例中，编程器14或另一计算设备可基于生理模型自动地确定所选电极组合是否接近患者12的脑部28内的一个或多个目标解剖结构、或者是否接近与刺激诱发的副作用相关联的解剖结构。生理模型指示患者12的脑部28的结构接近引线20在 脑部28内的经估算的或者实际的位置，由此提供通过其编程器14可自动地确定所选刺激电极在脑部28内是否置于生理显要位置(例如，接近用于刺激的目标解剖结构或者接近与刺激诱发的副作用相关联的结构的位置)的生理信息。在其他示例中，生理模型提供引导临床医生确定所选刺激电极在脑部28内是否置于生理显要位置(例如，接近用于刺激的目标解剖结构或者接近与刺激诱发的副作用相关联的结构的位置)的生理信息。尽管基于所感测生物电脑部信号且不考虑生理模型来选择刺激电极组合可以是有用的，但该生理模型可提供附加生理信息，其可有用于确认基于用于感测生物电脑部信号的感测电极组合而选择的刺激电极接近目标组织部位和/或可有用于确认刺激电极不接近刺激传送可导致一种或多种副作用的脑部28内的组织部位。类似地，尽管基于生理模型且不考虑经由刺激电极组合的电极感测到的生物电脑部信号来选择刺激电极组合可以是有用的，但基于感测到的生物电脑部信号确认刺激电极选择可以是有用的。如在下文中更详细讨论的，感测到的生物电脑部信号可展现刺激电极相对于目标组织部位的位置。在根据本文中所描述的系统和技术选择刺激电极组合之后，临床医生可单独地或者在计算设备(诸如编程器14)的辅助下选择将有效治疗提供给患者12的其他刺激参数值。这些其他刺激参数值可包括例如刺激信号的频率和振幅、以及在刺激脉冲的情况下的刺激信号的占空比和脉冲宽度。在其他情况下，编程器14可提示关于刺激波形的信息以及所传送刺激脉冲的图案。在一些示例中，在MD16被植入患者12体内且被编程用于慢性病(chronic)治疗传送之后，IMD16可周期性地重新估计所选刺激电极组合以确定是否另一刺激电极组合可提供更有效的治疗。IMD16可例如基于脑部28中的生理变化确定用于刺激治疗的目标组织部位是否改变、或者一条或多条引线20A、20B是否已移离脑部28内的原始植入部位。在一些示例中，为了周期性地重新估计所选刺激电极组合，IMD16可使用分别包括引线20A、20B的电极24、26的一组或多组感测电极来周期性地感测生物电脑部信号。基于对所感测生物电脑部信号的频带特性的分析，编程器14或MD16的处理器可确定是否应当使用不同的刺激电极组合来将刺激传送到脑部28。例如，如果当前选择的刺激电极组合不与离呈现具有最高相对β带功率的生物电信号的目标组织部位最近的一组感测电极相关联，则MD16的处理器可切换通过其MD16将刺激传送给患者16的电极子集。以此方式，由IMD16所使用的、用于将电刺激传送给患者12的刺激电极组合可在闭环系统中动态地改变。代替使用分别包括引线20Α、20Β的电极24、26的一组或多组感测电极来重新估计所选刺激电极组合、或除此以外，编程器14、IMD16、或另一计算设备的处理器可基于基于电极24、26的实际植入位置而生成的生理模型来周期性地估计刺激电极是否将有效治疗提供给脑部28。生理模型可指示例如一条或多条引线20是否已在脑部28内移动以致一个或多个刺激电极不再被定位成将电刺激传送到目标组织部位、或者以致一个或多个刺激电极
正将刺激传送到与刺激诱发的副作用的组织部位。为了基于生理模型估计所选刺激电极组合，临床医生可使用任何合适的成像模态来获取引线20以及各个电极24、26的医学图像。编程器14或另一计算设备可基于医学图像和患者解剖数据所指示的电极24、26的位置来生成生理模型。生理模型可指示例如所选刺激电极是否仍然被定位成将电刺激传送到一个或多个目标解剖结构和/或避免与刺激诱发的副作用相关联的一个或多个解剖结构。例如，生理模型可指示电场、激活场、源自经由所选刺激电极组合的刺激传送的治疗场的电压梯度或电流密度是否仍然以目标解剖结构为目标和/或避免与刺激诱发的副作用相关联的解剖结构。MD16所生成的电刺激可被配置成管理各种障碍和病情。在一些示例中，頂D16的刺激生成器被配置成生成电脉冲并且经由所选刺激电极组合的电极将其传送给患者12。然而，在其他示例中，IMD16的刺激发生器可被配置成生成和传送连续波信号(例如，正弦波或三角波)。在任一情况下，頂D16内的信号生成器可根据在治疗中在给定时间选择的治疗程序来生成用于DBS的电刺激治疗。在其中MD16传送刺激脉冲形式的电刺激的示例中，治疗程序可包括治疗参数值集合，诸如用于将刺激传送给患者12的刺激电极组合、脉冲频率、脉冲宽度、以及脉冲的电流或电压振幅。如先前所指示的，刺激电极组合可指示被选择以将刺激信号传送到患者12的组织的特定电极24、26以及所选电极的对应极性。可将頂D16植入在锁骨上方的皮下囊袋(subcutaneous pocket)、或者在头盖骨32上方或内部或者在患者12体内的任何其他合适部位的患者12的腹部、背部或臀部。一般而言，頂D16由抵抗来自体液的腐蚀和降解的生物相容材料构成。MD16可包括基本密封诸如处理器、治疗模块和存储器之类的组件的气密性外壳。如图1所示，所植入引线延伸线18经由连接器30 (也称为MD16的连接器块或接头)耦合到MD16。在图1的示例中，引线延伸线18从MD16的植入部位穿行且沿着患者12的颈部直至患者12的头盖骨32以接入脑部28。在图1所示的示例中，将引线20A和20B (统称为“引线20”)分别植入患者12的右半球和左半球以将电刺激传送到可基于由治疗系统10控制的患者病情或障碍而选择的脑部28的一个或多个区域。例如，使用在本文中参考例如图5-10描述的算法，可基于一个或多个所感测生物电脑部信号以及指示接近所植入电极的脑部28的区域的生理模型来选择用于将刺激传送到目标组织部位的刺激电极。可构想其他引线20和MD16的植入部位。例如，在一些示例中，可将MD16植入到头盖骨32上方或内部。作为另一示例，可将引线20植入脑部28的相同半球，或者MD16可耦合到单条引线。虽然图1所示的引线20耦合到公共的引线延伸线18，但是在其他示例中，引线20可经由单独的引线延伸线耦合到MD16或者直接耦合到连接器30。引线20可被定位成将电刺激传送到脑部28内的一个或多个目标组织部位以管理与患者病情(诸如运动障碍)相关联的患者症状。可通过头盖骨32中的对应孔植入引线20，从而将电极24、26定位在脑部28的期望位置处。引线20可被放置在脑部28内的任何位置处，以使电极24、26在治疗期间能够将电刺激提供给脑部28内的目标组织部位。例如，电极24、26可经由患者12的头盖骨32的钻孔用外科手术植入脑部28的硬脑膜下方或者脑部28的大脑皮层内部，并且经由一条或多条引线20电耦合到MD16。
在图1所示的示例中，引线20的电极24、26被示为环形电极。环形电极可用于DBS应用中，因为它们相对简单地编程并且能够将电场传送到与电极24、26相邻的任何组织。在其他示例中，电极24、26可具有不同的配置。例如，在一些示例中，引线20的电极24、26中的至少一些电极可具有能够产生成形的电场的复杂电极阵列几何形状。复杂电极阵列几何形状可包括围绕每一引线20外周边的多个电极(例如，部分环形或分段电极)，而非一个环形电极。以此方式，电刺激可在自引线20起的特定方向上定向，以增强治疗功效并且减少来自刺激大量组织的可能不利的副作用。参考图3A和3B示出并描述包括分段电极的复杂电极阵列几何形状的示例。在一些示例中，MD16的外壳可包括一个或多个刺激和/或感测电极。在替换示例中，引线20可具有除如图1所示的细长圆柱形以外的形状。例如，引线20可以是桨状引线、球状引线、可弯曲引线、或者在治疗患者12和/或使引线20的侵入性最小化时有效的任何其他类型的形状。另外，在其他示例中，引线20可以任意组合包括宏电极(例如，调适成感测局部场电位和刺激的环、分段)和微电极(例如，调适成感测时域中的尖峰串)两者。在图1所示的示例中，IMD16包括存储各自定义治疗参数值集合的多个治疗程序的存储器(在图3中示出)。在一些示例中，IMD16可基于诸如检测到的患者活动水平、检测到的患者状态之类的各个参数、基于当日时间等选择来自存储器的治疗程序。頂D16可基于所选治疗程序生成电刺激以管理与运动障碍(或另一患者病情)相关联的患者症状。在其中评估MD16以确定MD16是否将有效治疗提供给患者12的试验阶段期间，针对功效，可测试和评估多个治疗程序。另外，针对一个或多个治疗程序，可基于至少一个所感测生物电脑部信号以及基于引线20在脑部28内的位置而确定的生理模型来选择一个或多个刺激电极组合，如在下文中更详细描述的。可基于试验阶段的结果选择治疗程序以存储在MD 16内。在其中将MD16植入患者12体内从而在非临时的基础上传送治疗的慢性病治疗期间，頂D16可生成刺激信号并且根据不同的治疗程序将其传送给患者12。另外，在一些示例中，患者12可修改单个给定程序内的一个或多个治疗参数值的值或者在程序之间切换，从而在编程器14的辅助下更改如患者12感知到的治疗功效。IMD16的存储器可存储限定患者12可调整治疗参数、在程序之间切换、或者采取其他治疗调整的程度的指令。在治疗期间或如临床医生所指示的任何时间，患者12可经由编程器14生成供MD16使用的附加程序。外部编程器14按需与MD16无线地通信以提供或取回治疗信息。编程器14是用户(例如，临床医生和/或患者12)可用于与MD16通信的外部计算设备。例如，编程器14可以是临床医生用于与MD16通信且对用于MD16的一个或多个治疗程序编程的临床医生编程器。替换地，编程器14可以是允许患者12选择程序和/或查看且修改治疗参数的患者编程器。临床医生编程器可包括比患者编程器多的编程特征。换句话说，只允许临床医生编程器执行更多的复杂或敏感任务，从而防止未经训练的患者对MD16的非期望改变。编程器14可以是具有用户可查看的显示器以及用于将输入提供给编程器14(SP，用户输入机构)的接口的手持式计算设备。例如，编程器14可包括将信息呈现给用户的小显示屏(例如，液晶显示器(IXD)或发光二极管(LED)显示器)。另外，编程器14可包括触摸屏显示器、键区(keypad)、按钮、外围定点设备、或者允许用户通过编程器14的用户界面导航并提供输入的另一个输入机构。如果编程器14包括按钮和键区，则按钮可专用于执行特定功能(即，激活电源)，或者按钮或键区可以是取决于用户当前查看到的用户界面的截面而改变功能的软键。替换地，编程器14的屏幕(未示出)可以是允许用户将输入直接提供给在显示器上显示的用户界面的触摸屏。用户可使用指示笔或手指将输入提供给显示器。
在其他示例中，编程器14可以是在另一多功能设备内的较大工作站或单独的应用，而不是专用计算设备。例如，多功能设备可以是笔记本计算机、平板计算机、工作站、蜂窝电话、个人数字助理、或者可运行使计算设备能够作为医疗设备编程器14操作的应用程序的另一计算设备。耦合到计算设备的无线适配器可实现在计算设备和IMD16之间的安全通信。当编程器14被配置成由医生使用时，编程器14可用于将初始编程信息传输到MD16。该初始信息可包括硬件信息，诸如引线20和电极排列的类型、引线20在脑部28内的位置、电极阵列24、26的配置、定义治疗参数值的初始程序、以及临床医生期望编程到IMD16中的任何其他信息。编程器14还能够完成功能测试(例如，测量引线20的电极24、26的阻抗)。临床医生还可在编程器14的辅助下将治疗程序存储在MD16中。在编程会话期间，临床医生可确定将有效治疗提供给患者12的一个或多个治疗程序，以解决与患者病情相关联以及在一些情况下对一个或多个不同的患者状态(诸如睡眠状态、活动状态、或休息状态)是专用的症状。例如，临床医生可选择通过其将刺激传送到脑部28的一个或多个刺激电极组合。在编程会话期间，患者12可将关于所评估的特定程序的功效的反馈提供给临床医生，或者临床医生可基于患者12的一个或多个生理参数(例如,肌肉活动或者肌肉张性)评估该功效。通过提供用于标识可能有益的治疗参数值的有秩序的系统(methodicalsystem)，编程器28可在创建/标识治疗程序时辅助临床医生。编程器14还可被配置成供患者12使用。当配置为患者编程器时，编程器14可具有受限的功能(与临床医生编程器相比)以防止患者12更改MD16的关键功能或者对患者12可能有害的应用程序。以此方式，编程器14可只允许患者12调整特定治疗参数的值或者设置特定治疗参数的值的可用范围。当传送治疗时、当患者输入已触发治疗的变化时、或者当编程器14或MD16内的电源需要替换或再充电时，编程器14还可将指示提供给患者12。例如，编程器14可包括警报LED，可经由编程器显示器向患者12闪烁消息，生成听觉声音或体感提示，从而确认已接收到患者输入例如以指示患者状态或者手动地修改治疗参数。
编程器14被配置成经由无线通信与MD16以及任选地另一计算设备进行通信。例如，编程器14可使用在本领域中已知的射频(RF)遥测技术经由无线通信与MD16通信。编程器14还可使用各种本地无线通信技术(诸如根据IEEE802. 11或蓝牙⑩规范集的RF通信、根据IRDA规范集的红外(IR)通信、或者其他标准或专有遥测协议)中的任一种技术经由有线或无线连接与另一编程器或计算设备进行通信。编程器14还可经由可移除介质(诸如磁盘或光盘、存储卡、或者存储棒)的交换与其他编程或计算设备进行通信。此外，编程器14可经由在本领域中已知的远程遥测技术与MD16以及另一编程器进行通信，从而例如经由局域网(LAN)、广域网(WAN)、公共交换电话网络(PSTN)、或者蜂窝电话网络来进行通信。 治疗系统10可被实现为在几个月或几年的过程中将慢性病刺激治疗提供给患者12。然而，在致力于全面植入之前，系统10还可在试验的基础上用于评估治疗。如果临时地实现，则可不将系统10的一些组件植入患者12体内。例如，患者12可配备有诸如试验刺激器之类的外部医疗设备，而非MD16。外部医疗设备可经由经皮延伸线或者一个或多个外部引线耦合到经皮引线、所植入引线。如果试验刺激器指示DBS系统10将有效治疗提供给患者12，则临床医生可将慢性刺激器植入病人12体内以用于相对长期的治疗。在治疗系统10的其他不例中，治疗系统10包括仅一条引线或者两条以上的引线。在下文中相对于选择刺激电极组合描述的设备、系统和技术可适用于包括仅一条引线或者两条以上的引线的治疗系统。图2是示出示例IMD16的组件的功能框图。在图2所示的示例中，IMD16包括处理器40、存储器42、刺激生成器44、感测模块46、开关模块48、遥测模块50、以及电源52。存储器42可包括任何易失性或非易失性介质，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM (NVRAM)、电可擦除可编程ROM (EEPR0M)、闪存等。存储器42可存储在由处理器40执行时使MD16执行各种功能的计算机可读指令。在图2所示的示例中，存储器42存储治疗程序54、生物电脑部信号60、以及存储器42内的单独的存储器或者存储器42中的单独的区域中的操作指令58。每一所存储治疗程序54定义特定集合的电刺激参数，诸如刺激电极组合、电流或电压振幅、频率(例如，在刺激脉冲的情况下的脉冲速率)、以及脉冲宽度。在一些示例中，各个治疗程序可被存储为定义通过其可生成刺激的治疗程序集合的治疗组。由治疗组的治疗程序定义的刺激信号可在重叠或非重叠(例如，时间交替)的基础上一起传送。生物电脑部信号60包括感测模块46在患者12的脑部28内感测到的生物电脑部信号。示例生物电脑部信号包括但不限于在脑部28的一个或多个区域内从局部场电位生成的信号。EEG和ECoG信号是可在脑部28内测量到的局部场电位的不例。然而,局部场电位可包括患者12的脑部28内的更宽种类的电信号。在一些示例中，生物电脑部信号60是感测模块46 (或另一感测模块)感测到的原始生物电脑部信号、感测模块46生成的参数化生物电脑部信号、或者基于原始生物电脑部信号生成的数据。操作指令58在处理器40的控制下引导頂D16的一般操作。在处理器40的控制下，刺激生成器44生成经由电极24、26的所选子集传送给患者12的刺激信号。据信在DBS中可有效管理患者的运动障碍的电刺激参数的示例范围包括1.频率在约IOOHz和约500Hz之间，诸如约130Hz。
2.电压振幅在约O.1伏特和约50伏特之间，诸如在约O. 5伏特与约20伏特之间，或者约5伏特。3.电流振幅电流振幅可以是由控制生物负载两端的电压引起的电荷流。在电流控制的系统中，假设约500欧姆的较低水平的阻抗，电流振幅可以在约O. 2毫安至约100毫安之间，诸如约I毫安和约40毫安之间，或者约10毫安。然而，在一些示例中，阻抗的范围可以在约200欧姆和约2千欧姆之间。4.脉冲宽度在约10微秒和约5000微秒之间，诸如在约100微秒和约1000微秒之间，或者在约180微秒和约450微秒之间。因此，在一些示例中，刺激生成器44根据以上所述的电刺激参数生成电刺激信号。治疗参数值的其他范围也可以是有用的，并且可取决于患者12体内的目标刺激部位。尽管描述了刺激脉冲，但刺激信号可具有任何形式，诸如连续时间信号(例如，正弦波)等。处理器40可包括微处理器、控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或者分立逻辑电路中的一个或多个。归属于本文中所描述的处理器的功能可体现在经由软件、固件、硬件、或者其任意组合的硬件设备中。处理器40根据存储在存储器42中的治疗程序54控制刺激生成器44以应用一个或多个程序指定的特定刺激参数值(诸如振幅、脉冲宽度、以及脉冲速率)。在图2所示的示例中，电极24的集合包括电极24A、24B、24C和24D，而电极26的集合包括电极26A、26B、26C和26D。处理器40还控制开关模块48以将刺激发生器44生成的刺激信号应用于电极24、26的所选组合。具体而言，开关模块48可将刺激信号耦合到引线20内的所选导体，这些导体进而跨所选电极24、26传送刺激信号。开关模块48可以是开关阵列、开关矩阵、多路复用器、或者被设置成选择性地将刺激能量耦合到所选电极24、26并且使用所选24、26选择性地感测生物电脑部信号的任何其他类型的开关模块。因此，刺激发生器44经由开关模块48以及引线20内的导体耦合到电极24、26。然而，在一些示 例中，IMD16不包括开关模块48。刺激发生器44可以是单信道或多信道的刺激发生器。具体而言，刺激发生器44能够经由单个电极组合在给定时间传送单刺激脉冲、多刺激脉冲、或连续信号，或者经由多个电极组合在给定时间传送多刺激脉冲。然而，在一些示例中，刺激发生器44和开关模块48可被配置成在时间交替的基础上传送多信道。例如，开关模块48可用于在不同时间跨不同电极组合时分刺激发生器44的输出，从而将刺激能量的多个程序或信道传送给患者12。在一些示例中，处理器40基于在脑部28内感测到的生物电信号的一个或多个频域特性动态地改变电极24、26的所选组合(即，刺激电极组合)。在处理器40的控制下，感测模块46可感测生物电脑部信号并将所感测的生物电脑部信号提供给处理器40。处理器40可控制开关模块48以将感测模块46耦合到电极24、26的所选组合(例如，感测电极组合)。以此方式，IMD16被配置成感测模块46可通过多个不同的感测电极组合来感测生物电脑部信号。开关模块48可经由各条引线20内的导体电耦合到所选电极24、26，这些导体进而将跨所选电极24、26感测到的生物电脑部信号传送到感测模块46。生物电脑部信号可包括指示患者12的脑部28内的电活动的电信号。处理器40可将所感测生物电脑部信号存储在存储器42中。虽然在图2中感测模块46同刺激发生器44和处理器40结合到公共外壳中，但是在其他示例中，感测模块46可位于与MD16分离的外壳中，并且可经由有线或无线通信技术与处理器40 (以及在一些示例中的编程器14)进行通信。在处理器40的控制下，遥测模块50支持MD16与外部编程器14或另一计算设备之间的无线通信。頂D16的处理器40可经由遥测模块50接收来自编程器14的各个刺激参数(诸如振幅和电极组合)的值，作为对程序的更新。对治疗程序的更新可被存储在存储器42的治疗程序54的部分内。MD16中的遥测模块50以及本文中所描述的其他设备和系统(诸如编程器14)中的遥测模块可通过RF通信技术来完成通信。另外，经由MD16与编程器14的近侧电感性交互，遥测模块50可与外部医疗设备编程器14进行通信。相应地，遥感模块50可在连续的基础上、以周期性的间隔、或者依照从MD16或编程器14的请求将诸如与所感测生物电脑部信号相关的信息之类的信息发送到外部编程器14。电源52将操作功率传送到MD16的各个组件。电源52可包括小的可再充电或不可再充电电池以及产生操作功率的功率生成电路。再充电可通过外部充电器和MD16内的 电感充电线圈之间的近侧电感性交互来完成。在一些示例中，功率要求可能是小到足以允许IMD16利用患者动作并实现动能提取(scavenging)设备以对可再充电电池进行涓流充电。在其他示例中，常规电池可使用有限的一段时间。在本公开中，一组电极可指沿着一条或多条引线的纵轴位于相同位置的任何电极。一组电极可包括一个电极或多个电极(例如，两个或两个以上电极)。图3A和3B是代替包括电极24、26的对应集合的一条或多条引线20A、20B或者除此以外的可与MD16 —起使用的示例引线62和多组电极64的示意图。图3A示出在引线62的x-y平面(为了易于描述起见，在图3A中只示出正交x-y轴)上的二维(2D )侧视图，该2D侧视图包括四组电极66、68、70和72。图3B示出在四组电极中的每一组电极的y_z平面上的截面图。多组电极66和72各自包括一个环形电极，每一环形电极可类似于图2所示的电极24、26中的每一电极。相反,多组电极68和70各自包括围绕引线62的外周边分布的三个分段电极68A-68C和70A-70C。在其他示例中，引线62可包括任意数量的多组环形电极或分段电极以及其组合。例如，引线62可只包括多组分段电极。作为另一示例，多组电极68、70可包括三个以上分段(或部分环形)电极，或者一个或两个分段或部分环形电极。图4是示例外部医疗设备编程器14的概念框图，该外部医疗设备编程器14包括处理器80、存储器82、用户界面84、遥测模块84、以及电源88。处理器80控制用户界面84和遥测模块86，并且将信息和治疗存储到存储器82且从存储器82取回这些信息和指令。编程器14可被配置成用作临床医生编程器或患者编程器。处理器80可包括具有一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA、或者其他等效的集成或离散逻辑电路的一个或多个处理器的任意组合。相应地，处理器80可包括执行此处归于处理器80的功能的不管是以硬件、软件、固件、还是其任意组合的任何合适的结构。诸如临床医生或患者12之类的用户可通过用户界面84与编程器14交互。用户界面84包括呈现与治疗相关的信息(诸如与经由多个感觉电极组合感测到的生物电信号相关的信息)的显示器(未示出)，诸如LCD或LED显示器或者其他类型的屏幕。另外，用户界面84可包括接收来自用户的输入的输入机构。输入机构可包括例如按钮、键区(例如，字母数字键区)、外围定点设备、或者允许用户通过编程器14的处理器80呈现的用户界面导航且提供输入的另一输入机构。如果编程器14包括按钮和键区，则按钮可专用于执行特定功能(S卩，电源按钮)，或者按钮和键区可以是取决于用户当前查看到的用户界面的截面而改变功能的软键。替换地，编程器14的显示器(未示出)可以是允许用户将输入直接提供给在显示器上显示的用户界面的触摸屏。用户可使用指示笔或手指将输入提供给显示器。在其他示例中，用户界面84还包括用于将听觉指令或声音提供给患者12和/或接收来自患者12的语音命令的音频电路，如果患者12具有受限的运动功能则该音频电极可以是有用的。患者12、临床医生、或者另一用户还可与编程器14交互以手动地选择治疗程序、生成新的治疗程序、通过单独或全局地调整来修改治疗程序、并且将新的程序传输到MD16。在一些示例中，通过MD16的治疗传送的至少一些控制可由编程器14的处理器80实现。另外，在一些示例中，处理器80可基于MD16感测到的生物电脑部信号以及指示接·近引线20的所植入电极24、26的患者12的脑部28的组织的一个或多个特性的生理模型来选择刺激电极组合。本文中所描述的示例主要指MD16感测到的生物电脑部信号，但是也适用于基于与MD16分离的感测模块感测到的生物电脑部信号来选择电极组合。分离的感测单元可以但不必植入患者12体内。在一些示例中，处理器80可基于所感测生物电信号的时域特性(诸如来自单独的或一小组神经元的所感测尖峰串)选择一个或多个电极。如在下文中更详细描述的，在一些示例中，处理器80可基于通过与至少一个刺激电极组合相关联的不同感测电极组合感测到的生物电脑部信号的频域特性的振幅差来选择一个或多个电极。例如，通过实现在下文中参考图12、13、15A-15C、16或17描述的算法，处理器80可基于对所感测生物电脑部信号的频域特性的分析以及基于引线20在脑部28内位置而生成的生理模型来选择MD16的刺激电极组合。在一些情况下(例如，在基于通过对应电极组合和生理模型感测到的多个生物电脑部信号的频域特性的比较来确定另一刺激电极组合是合乎需要的之后)，处理器80可将信号传输到頂D16以指令MD16切换刺激电极组合。IMD16的处理器40可经由其对应遥测模块50 (图3)接收来自编程器14的信号。IMD16的处理器40可通过基于来自编程器14的处理器80的信号选择来自存储器42的所存储治疗程序以切换刺激电极组合。替换地，编程器14的处理器80可选择治疗程序或特定刺激电极组合，并将信号传输到MD16，其中该信号指示由MD16实现的治疗参数值，从而有助于改进刺激的功效以管理患者的运动障碍。该指示可以是例如与MD16的存储器42中的治疗程序相关联的字母数字标识符或符号。在图4所示的示例中，存储器82将感测和刺激电极组合90、生理模型数据92、以及生物电脑部信号84存储在存储器82内的单独的存储器中或者存储器82内的单独的区域中。存储器82还可包括用于操作用户界面84和遥测模块86以及用于管理电源88的指令。存储器还可在治疗过程期间存储从MD16取回的任何治疗数据，诸如MD16感测到的生物电脑部信号94。临床医生可使用该治疗数据来确定患者病情的发展以预测未来的治疗。存储器82可包括任何易失性或非易失性存储器，诸如RAM、R0M、EEPR0M、或闪存。存储器82也可包括可用于提供存储器容量的存储器升级或增加的可移除存储器部分。可移除存储器还可允许敏感的患者数据在编程器14由不同的患者使用之前移除。感测和刺激电极组合90存储感测电极组合以及相关联的刺激电极组合。如上所述，在一些示例中，感测和刺激电极组合还包括电极24、26的相同子集,或者可包括电极的不同子集。由此，存储器82可存储多个感测电极组合，并且针对每一感测电极组合，存储标识与对应感测电极组合相关联的刺激电极组合的信息。例如，感测和刺激电极组合之间的关联性可由临床医生确定，或者由处理器80或另一设备(例如，MD16)的处理器自动地确定。在一些示例中，相应的感测和刺激电极组合可包括部分或全部相同的电极。然而，在其他示例中，相应的感测和刺激电极组合中的部分或全部电极可以是不同的。例如,刺激电极组合可包括比相应感测电极组合更多的电极以增加刺激治疗的功效。在一些示例中，如在上文中所讨论的，刺激可经由刺激电极组合传送到与离相应感测电极组合最近的组织部位不同的、但是在脑部28的相同区域(例如，丘脑)内的组织部位，从而缓解与感测电极组合相关联的组织部位内的任何不规则的振荡或者其他不规则的脑部活动。在另一示例中，刺激可经由刺激电极组合传送到与离相应感测电极组合最近的组织部位不同的、但是在相同通道或脑回路中的组织部位，例如，MD16可感测GPi中的生物电脑部信号，并在脑部28的STN中进行刺激，从而缓解与感测电极组合相关联的组织部位内的任何异常振荡活动或·者其他异常脑部活动。脑回路的区域可经由神经通道以使该网络的一个区域内的活动受到该网络的另一区域内的活动影响的方式在功能上彼此相关。存储器82还存储处理器80可执行以确定来自感测电极组合的哪些电极例如离用于刺激治疗的目标组织部位最近以管理特定患者的算法。如在下文中参考图12和13更详细描述的，在一些情况下，目标组织部位是基于感测电极组合测量到的生物电信号呈现相对较高的β带功率水平的脑部28内的组织部位。然而，取决于其中植入引线的脑部28的解剖区域(例如，丘脑、前核等)或者基于患者病情，展现目标组织部位的特定频带可以是不同的。不同的频带可以是不同患者病情的生物标记。由此，通过其处理器80确定哪些电极24,26离目标组织部位最近的算法可依赖于所感测生物电脑部信号的不同频带特性。生理模型数据92存储通过其编程器14的处理器80生成生理模型的信息，该生理模型指示接近引线20的组织的一个或多个特性。在一些示例中，组织的特性包括的患者12的脑部28内接近所植入引线20的一个或多个解剖结构。在一些示例中，生理模型数据92存储标识引线20的位置的引线位置信息，该位置信息可以是引线20在脑部28内的实际位置或者引线20在脑部28内的大致位置。与引线20的实际位置相关的信息可包括例如使用任何合适的成像模态(例如，CT、MR1、X射线、或者荧光检查)而生成的医学图像，用于将引线20植入脑部28的立体定向坐标。指示引线20的大致位置的信息可包括例如临床医生所提供的立体定向坐标或者其他3D坐标(由此这些坐标不用于将引线20植入脑部28，但是被提供为引线20的经估算植入位置的基准点)、IMD16感测到的信号与预期产生那些信号的解剖结构的相关的、或者在电极处的刺激效果与预期产生那些效果的解剖结构的相关性。生理模型数据92还可存储患者解剖数据，该患者解剖数据指示接近所植入引线20的患者组织的一个或多个特性和/或接近所植入引线20的脑部28的一个或多个解剖结构。在一些示例中，患者解剖数据包括患者12的解剖图像、不专门地基于患者12的基准解剖图像、解剖图(例如，非图像、示出接近预期引线植入位置的人类脑部的至少一部分的诸如计算机生成的绘制图之类的示意绘制图)、或者组织电导率数据集中的至少一个。患者解剖数据对患者12是专用的，或者可表示一个以上患者的数据，例如解剖结构的模型或平均数据以及多个患者的组织电导率。例如，在一些示例中，患者解剖数据可包括组织电导率数据或者对于用于特定治疗应用(例如，图1的情况下的深部脑刺激)的特定引线20的位置是典型的其他相关组织数据，并且对患者12可以是但不必是专用的。组织电导率数据集可指示例如在特定点或者患者12的脑部28的区域处的组织的电导率。在一些示例中，患者解剖数据还可包括预期生物电脑部信号或者与特定解剖结构相关联的生物标记。通过将生物电脑部信号与预期生物电脑部信号或者与脑部28的特定解剖结构相关联的生物标记进行比较，处理器80可基于通过电极感测到的生物电信号来确定电极是否置于目标组织部位。代替患者解剖数据或者除此以外，生理模型数据92可存储由处理器80实现的用于生成生理模型的一种或多种算法。在其中生理模型指示脑部28内的组织部位接近引线20的所植入电极24、26的示例中，该算法可包括例如通过其处理器80基于标识引线20的位置和患者解剖数据的信息来标识脑部28的一个或多个解剖结构的指令。例如，该算法可 指定步骤，通过该步骤，处理器80将引线20的位置与脑部28的坐标系相关以确定接近引线20的电极24、26的脑部28的一个或多个解剖结构，其中脑部28的解剖结构与特定坐标相关联。生理模型数据92所存储的算法还可使处理器80显示接近电极24、26的脑部28的一个或多个解剖结构的图形表示。在一些示例中，图形表示还可包括引线20和/或电极24、26的表示。在这些示例中，存储器82所存储的算法可包括例如通过其处理器80基于标识引线20的位置和患者解剖数据的信息将引线20定位成接近脑部28的一个或多个解剖结构的指令。例如，该算法可指定步骤，通过该步骤，处理器80将引线20的位置与关联于脑部28的一个或多个解剖结构的坐标系相关且生成具有解剖结构的图形用户界面，其中图形用户界面经由用户界面84的显示呈现给用户(例如，临床医生)。代替患者解剖数据或者除此以外，生理模型数据92可存储由处理器80实现的用于生成治疗场模型的一种或多种算法。如在上文中所讨论的，治疗场模型可指示电场、激活场、源自经由特定刺激电极组合(例如，电极24、26的子集)的刺激传送的电场的电压梯度或电流密度。生理模型数据92可存储可用于生成电场模型的患者解剖数据。处理器80可基于患者解剖数据以及定义刺激参数值的治疗程序来生成电场模型，其中电场模型表示电刺激分别从引线20A、20B的电极24、26在何处传播通过组织。患者解剖数据可包括从诸如但不限于CT、MR1、x射线、荧光检查等的任何类型的成像模态创建的组织电导率数据集。患者解剖数据可以是对患者12专用的，或者可表示一个以上患者的数据，例如解剖结构的模型或平均数据以及多个患者的组织电导率。处理器80还可使用所存储组织电导率数据集来生成包括电流密度或电压梯度图的治疗场模型，该电流密度或电压梯度图还提供关于电刺激如何分别从引线20A、20B的电极24、26传播通过组织的细节。代替用于生成电场模型的信息或者除此以外，在其他示例中，生理模型数据92可存储通过其处理器80生成激活场模型的信息。激活场模型基于神经元模型生成，该神经元模型指示分别接近所植入引线20A、20B的电极24、26的患者神经组织的一个或多个特性。激活场模型可指示将由解剖区域中的电场激活的神经元。处理器80可单独地或者在临床医生的辅助下，通过选择将刺激传送给患者12从而激活期望神经元并且基本避免激活其他神经元(例如，与解剖结构相关联的神经元可导致一个或多个刺激诱发的副作用)的电极，来为特定患者12和患者病情选择刺激电极。尽管本文中所描述的治疗系统10的示例主要指其中感测和刺激电极组合90、生理模型数据92、以及生物电脑部信号94是由编程器14的存储器80所存储的示例，但代替由编程器14的存储器80存储或者除此以外，本文中所描述的技术、设备和系统也适用于其中感测和刺激电极组合90、生理模型神经92、和/或生物电脑部信号94可由MD16的存储器42 (图2)或者另一设备的存储器(诸如远程数据库)存储的治疗系统10的示例。编程器14中的无线遥测可通过RF通信或者外部编程器14与MD16的近侧电感性交互来完成。该无线通信通过使用遥测模块86变得可能。相应地，遥测模块86可类似于包含在MD16内的遥测模块。在替换示例中，编程器14能够红外通信或者通过有线连接直接通信。以此方式，其他外部设备能够与编程器14通信，而无需建立安全的无线连接。 电源88将操作功率传送到编程器14的组件。电源88可包括电池以及产生操作功率的功率生成电路。在一些示例中，电池可再充电以允许延长的操作。再充电可通过将电源88电耦合到连接到交流(AC)插座的支架或插头来完成。另外，再充电可通过外部充电器与编程器14内的电感充电线圈之间的近侧电感性交互来完成。在其他示例中，可使用常规电池(例如，镉镍或锂离子电池)。另外，编程器14可直接耦合到交流插座以操作。电源88可包括监测保留在电池内的电力的电路。以此方式，用户界面84可提供当前电池水平指示符、或者需要更换电池或对电池再充电时的低电池水平指示符。在一些情况下，电源88能够估计使用当前电池剩余的操作时间。图5是示出用于选择刺激电极组合的示例技术的流程图。图5以及图6-13、15A-15CU6和17所示的技术被描述为由编程器14的处理器80单独地、编程器14的处理器40单独地、或者处理器40、80的组合实现。在其他示例中，处理器40、80之一、另一设备的处理器、或者处理器的任意组合可实现图5-13、15A-15C、16和17所示的技术。在图5所示的技术中，处理器80接收由MD16或另一感测设备(举例而言，诸如微电极记录器之类的外部感测设备)通过一个或多个所选感测电极组合感测到的至少一个生物电脑部信号(例如，通过对应感测电极组合感测到的多个生物电脑部信号)(100)。感测电极组合包括电极24、26的对应子集(图2)、以及在一些示例中的例如MD16的外壳上的另一电极。在一些示例中，在其中感测模块46通过定位在引线20A或20B上的第一电极以及定位成相对远离第一电极的基准电极(例如，頂D16的外壳上的电极)来感测生物电脑部信号的单极配置中，頂D16的感测模块46感测生物电脑部信号。代替单极配置或者除此以外，在双极配置中，感测模块46例如通过引线20A、20B的两个或两个以上电极24、26来感测生物电脑部信号。頂D16的处理器40经由各个遥测模块50、86将一个或多个所感测生物电脑部信号(例如，原始信号、参数化信号、或者基于原始生物电脑部信号而确定的其他数据)传输到编程器14的处理器80。处理器80基于引线20(或者电极24、26)在脑部28内的位置生成生理模型(102)。在一些示例中，处理器80基于编程器14的存储器82所存储的生理模型数据92来生成生理模型。参考图6和7描述处理器80可实现以生成生理模型的示例技术。在其他示例中，可以是已生成了生理模型，并且处理器80可访问来自治疗系统10的存储器的生理模型，该存储器可以是例如编程器14的存储器82、IMD16的存储器42、或者另一设备的存储器(例如，远离编程器14或MD16的、存储一个或多个生理模型的数据库)。生理模型可由处理器80生成(例如，在其中处理器80选择刺激电极组合的时间段之前的一时间段期间)并存储在存储器中，或者由不同的计算设备生成并存储在存储器中。处理器80可使用任何合适的技术(诸如选择与患者12、患者病情、电极24、26在脑部12中的植入部位、或者任何其他合适的因素相关联的生理模型)来选择来自存储器的生理模型。在一些示例中，处理器80基于经由用户界面84接收到的来自用户的输入来选择生理模型。在生成(或访问)生理模型之后，处理器80基于一个或多个所感测的生物电脑部信号和生理模型来选择刺激电极组合(104)。如在下文中参考图8更详细描述的，在一些示例中，处理器80基于一个或多个所感测生物电脑部信号选择刺激电极组合，并且随后基于生理模型确认刺激电极组合选择。在其他示例中，如在下文中参考图9所描述的，处理器80基于生理模型选择刺激电极组合，并且随后基于经由刺激电极组合的电极感测到的生物电脑部信号来确认刺激电 极组合选择。另外，在其他示例中，如在下文中参考图10所描述的，处理器80经由用户界面84生成和显示生理模型，接收基于生理模型选择刺激电极的用户输入，并且基于一个或多个所感测生物电脑部信号确认刺激电极组合选择。图6是示出编程器14的处理器80 (或者诸如MD16之类的另一设备的处理器)可实现以生成指示接近所植入引线20的脑部28的一个或多个解剖结构的生理模型的示例技术的流程图。处理器80例如基于MD16的存储器82所存储的生理模型数据92来确定引线位置信息(106)。引线位置信息可包括患者12的脑部28内的所植入引线20的实际位置、或者引线20在脑部28内的大致位置。在图6所示的示例中，处理器80确定引线20的电极24、26在患者脑部28内的位置。另外，处理器80可确定用于将引线20植入脑部28的立体定向坐标，或者经由用户界面84接收来自临床医生的指示电极24、26相对于与脑部28相关联的坐标系的3D坐标的输入。该坐标系可被任意地分配给脑部28，或者可基于一个或多个临床医生所使用的惯例。临床医生所提供的坐标可以不是用于将引线20植入脑部28的坐标，并且相反可以是电极24,26的经估算的位置。作为另一示例，处理器80可基于所植入电极24、26的患者特定医学图像以及其中植入电极24、26的患者12的脑部28的区域来确定引线20所携载的引线20以及电极24、26的位置。例如，处理器80可将坐标分配给所植入电极24、26，由此这些坐标基于与患者12的脑部28相关联的坐标系。如先前所讨论的，脑部28的一个或多个解剖结构的位置还可由与该坐标系相关联的坐标指示。以此方式，所植入电极24、26的坐标可指示电极24、26相对于脑部28的一个或多个解剖结构的位置。处理器80将引线位置信息所指示的引线20的位置与存储器82所存储的患者解剖数据相关(108)。例如，处理器80可参考存储器82所存储的患者解剖数据，并且将引线20 (例如，电极24、26)的立体定向坐标或者另一 3D坐标集合(例如，由临床医生输入的)映射到患者解剖数据。患者解剖数据可以是例如患者12的脑部28的医学图像、除患者12以外的患者的脑部的图像、不专门地基于患者12的基准医学图像、对患者12不是专用的解剖图、或者指示患者12的脑部28的解剖结构的位置的另一数据集。在其中处理器80基于所植入电极24、26和脑部28的医学图像来确定引线位置信息的示例中，医学图像可将引线位置与患者解剖数据相关。在将引线20的位置与患者解剖数据相关(108)之后，处理器80确定接近所植入引线20的电极24、26的脑部28的一个或多个解剖结构(110)。例如，在将引线20的立体定向或者其他坐标映射到医学图像或者另一数据集之后，处理器80可标识接近医学图像或者其他数据集内的电极24、26的脑部28的一个或多个解剖结构。在其中处理器80基于所植入电极24、26以及脑部28的医学图像来确定引线位置信息的示例中，处理器80可参考医学图像来确定接近电极24、26的脑部28的一个或多个解剖结构。例如，处理器80可利用模板匹配在医学图像内标识接近电极24、26的脑部28的一个或多个解剖结构。该模板可以是例如提供脑部28内的解剖结构图的解剖图。作为另一示例，处理器80可参考指示脑部28的一个或多个解剖结构的坐标的数据，并且将引线20的坐标与脑部28的一个或多个解剖结构的坐标进行比较，从而确定接近所植入引线20的一个或多个解剖结构。
在一些示例中，处理器80可基于通过电极24、26感测到的生物电脑部信号来确定接近所植入引线20的电极24、26的脑部28的一个或多个解剖结构。如在上文中所讨论的，在一些示例中，编程器14的存储器82 (图4)可存储患者解剖数据，诸如生物电脑部信号特性或者预期在脑部28内的特定解剖结构处感测到的其他生物标记。处理器80可将通过部分或全部电极24、26感测到的生物电脑部信号与所存储患者解剖数据进行比较以确定接近所植入引线20的电极24、26的脑部28的一个或多个解剖结构。处理器80可将接近电极24、26的脑部28的一个或多个解剖结构存储在存储器82内。在其他示例中，处理器80可经由用户界面84显示图形用户界面，该图形用户界面提供接近电极24、26的脑部28的一个或多个解剖结构的图形表示,并且在一些示例中还包括电极24、26的图形表示。由编程器14生成和呈现的显示可帮助临床医生可视化电极24、26在患者12的脑部28内的位置。在一些示例中，生理模型包括治疗场模型，其指示可源自经由所选刺激电极组合和特定电极组合将刺激传送给患者12的治疗场。由此，在一些示例中，处理器80通过实现用于生成治疗场模型的算法来生成生理模型。来自电极的电流从有源电极起在所有方向上传播。所得治疗场到达在所有方向上的特定距离内的脑部28的解剖区域。治疗场可到达目标解剖区域，但是治疗场还可能影响非目标解剖区域并产生不想要的副作用。通过生成治疗场模型，处理器80可确定治疗场是否到达脑部28的目标解剖区域和/或影响与刺激诱发的副作用相关联的脑部28的解剖区域。图7是示出通过其处理器80可生成包括治疗场模型的生理模型的示例技术的流程图，该治疗场模型指示经由电极24、26的所选子集传送的电刺激将在脑部28内在何处传播。在图7所示的技术中，处理器80确定引线位置信息(106)，并且将引线20的位置与患者解剖数据相关(108)。处理器80将患者解剖数据输入治疗场模型方程式，其定义电刺激如何影响脑部28内的组织(114)且基于该方程式生成治疗场模型(116)。一个或多个治疗场模型方程式可被存储在编程器14的存储器82或者另一设备(例如，IMD16)的存储器中。另外，治疗场模型方程式可以是采用刺激参数值的特定集合(例如，电流或电压振幅、电极组合、频率等)定义电场如何远离原点位置(例如，特定电极)传播的电场模型方程式。输入到电场模型方程式(或者其他治疗场模型方程式)的刺激参数值可由用户(例如，临床医生)输入，或者可由编程器14或另一设备的存储器82存储。电场模型方程式对患者12可以是专用的或者定制的。电场模型方程式的一个变量是与引线20相邻的组织的物理组织特性，该物理组织特性被包括在编程器14所存储的患者解剖数据集合中。根据该信息，处理器80能够生成将在治疗中生成的经估算的电场。示例物理组织特性包括但不限于组织电导率或组织阻抗值中的任何一个或多个。作为另一示例，治疗场模型方程式可以是电压梯度或电流密度模型方程式，通过其处理器80确定在经由电极24、26的所选子集传送刺激时生成且具有刺激参数值的特定集合的电场的电压梯度或电流密度。例如，处理器80可将接近所植入电极24、26的组织的组织电导率或阻抗值输入到电压梯度或电流密度模型方程式，该方程式提供表示刺激信号如何传播通过组织的数学公式。在一些示例中，处理器80控制MD16感测接近所植入电极24,26的组织的组织电导率或阻抗值。然后，处理器80可基于组织电导率值以及电压梯度或电流密度模型方程式来确定通过经由电极24、26传送信号的电刺激而生成的电场的电压梯度或电流密度。
作为另一示例，治疗场模型方程式可以是定义神经元模型如何适应电场模型的激活场模型方程式。处理器80可基于电场模型和神经元模型来确定激活场模型。神经元模型可以是如患者解剖数据所定义的、受到基于电场模型方程式而确定的电场影响的一组方程式、查找表、或者定义构成解剖结构的特定神经元的阈值动作电位的另一类型的模型。神经元模型可基于对患者12是专用的或者对患者12不是专用的信息而生成。如果电场的电压或电流振幅在电场内的任何神经元的阈值上方，则将激活该神经元，例如，以产生神经冲动。在一些示例中，处理器80可生成包括电场模型、激活场模型、和/或电场的电压梯度或电流密度的图形表示的图形用户界面。在一些示例中，处理器80可确认方程式或参数值(例如，组织电导率值)，通过该方程式或参数值，处理器80通过控制MD16经由所选刺激参数值和电极组合传送刺激、使用治疗场模型方程式生成治疗场模型、并且随后控制頂D16使用电极感测确定实质上是否实现预期治疗场值以生成治疗场模型。如果传送刺激的相同电极用于感测源自刺激传送的电场，则可在这些电极感测信号之前的刺激传送之后存在一时间延迟。用于感测电场的电极可感测局部场电位(例如，电压值)，并且处理器80可将局部场电位值与在治疗场模型预测值的情况下预期的局部场电位值进行比较。在一些示例中，处理器80可控制MD16的感测模块46通过单极配置中的部分或全部电极24、26或者成对的电极24、26的子集来感测生物电脑部信号，如果有必要则后处理这些信号(例如，提取功率带或功率谱)，并且将这些结果与治疗模型预测值进行比较。处理器80可根据所选电极组合以及其他刺激参数值来确定例如所感测生物电脑部信号是否指示通过刺激传送来激活正确的电极。如果未实现预期治疗场值，则处理器80可修改治疗场模型的参数(组织电导率值等)或者方程式的参数，直至实现预期治疗场值。在一些示例中，处理器80可控制MD16的刺激生成器44传送扫过频率范围的刺激信号，并且频率响应(例如，功率谱密度)可在其他非刺激传送电极处测量，从而产生除单一电导率以外的组织的复阻抗(例如，电感或电容方面)。然后，这些复阻抗可用于更新治疗场模型的参数。用于生成治疗场模型(诸如电场模型、激活场模型、以及电压梯度或电流密度模型)的示例设备、系统和技术在2006年10月31日提交且题为“用于配置刺激治疗的电场和激活场模型(ELECTRICAL AND ACTIVATION FIELD MODELS FOR CONFI⑶RINGSTIMULATION THERAPY)”的Stone等的共同转让的美国专利申请公开No. 2007/0203546以及2006年10月31日提交且题为“具有复杂电极阵列几何形状的刺激引线的截面图的编程界面(PROGRAMMING INTERFACE WITH A CROSS-SECTIONAL VIEW OF A STIMULATION LEADWITH COMPLEX ELECTRODE ARRAY GEOMETRY)”的Goetz等的共同转让的美国专利申请S/N. 2007/0203541 中进行了描述。根据在Goetz等的美国专利申请公开No. 2007/0203541中描述的技术，编程器14可呈现用户界面，其显示引线20的电极，并且使用户能够选择各个电极以形成刺激电极组合并指定用于经由电极组合传送的刺激的参数。美国专利申请S/N. 2007/0203541还描述了显示不同治疗场模型并被配置成接收操纵治疗场(例如，在尺寸、方向和形状方面操纵诸如电场或激活场之类的治疗场)的用户输入以调整一个或多个刺激参数值的编程方法和系统。根据Goetz等的美国专利申请S/N. 2007/0203541所描述的一些系统和技术，在选择电极组合以后，临床医生可与编程器14所呈现的治疗场的图形表示交互从而选择或者以其 他方式调整一个或多个其他刺激参数值，诸如刺激信号的振幅和频率。图8示出示例技术的流程图，通过该技术，可基于一个或多个所感测生物电脑部信号以及指示接近所植入电极24、26的脑部28的一个或多个解剖结构的生理模型来选择刺激电极组合。頂D16的处理器40控制感测模块46通过一个或多个所选的电极组合来感测一个或多个生物电脑部信号(120)。例如，在处理器40的控制下，开关模块48 (图3)可选择性地将感测模块46耦合到电极24、26的第一子集，并且感测模块46可经由电极24、26的第一子集感测脑部28内的第一局部场电位。电极的该第一子集也可称为第一感测电极组合。处理器40可经由电极24、26的第一子集将源自脑部28内的第一局部场电位的测量值的第一生物电脑部信号存储在頂D16的存储器42内。在其中感测模块46感测多个生物电脑部信号的示例中，开关模块48随后可选择性地将感测模块46耦合到电极24、26的第二子集(即，第二感测电极组合)，该第二子集与第一子集相差至少一个电极。感测模块46可经由电极24、26的第二子集感测脑部28内的局部场电位。处理器40可经由电极24、26的第二子集将源自脑部28内的局部场电位的测量值的第二生物电脑部信号存储在MD16的存储器42的生物电脑部信号60内。处理器40可继续通过任何合适的数量的感测电极组合来感测脑部28内的生物电脑部信号。感测电极组合可被存储在MD16的存储器42或者另一设备的存储器中。在图8所示的示例中，处理器40经由MD16和编程器14的对应遥测模块50、86将所感测生物电脑部信号传输到编程器14。编程器14的处理器80基于所感测生物电脑部信号的信号特性来选择刺激电极组合(122)。例如，处理器80可选择感测电极组合作为刺激电极组合，或者处理器80可通过参考存储器82以及确认哪一个刺激电极组合与所选感测电极组合相关联来选择刺激电极组合，如在上文中参考图3所描述的。例如，处理器80可选择与通过其MD16的感测模块46感测到呈现特定信号特性(例如，电位或频域特性)的生物电脑部信号的感测电极组合相关联的刺激电极组合。作为示例，处理器80可选择与通过其MD16的感测模块46感测到具有大于或小于预定阈值的平均值、中值、峰值、或最低振幅的生物电脑部信号的感测电极组合相关联的刺激电极组合。阈值可被存储在编程器14的存储器82或者另一设备(诸如MD16)的存储器中。作为另一示例，存储器80可选择与通过其MD16的感测模块46感测具有基本上与编程器14所存储的模板相关(例如，不需要100%的匹配，但是可以在阈值百分比内，诸如约75%至约100%的匹配)的图案(例如，时域图案)的生物电脑部信号的感测电极组合相关联的刺激电极组合。在其他示例中，处理器80可选择与通过其MD16的感测模块46感测到在特定时间帧内具有特定数量的尖峰的生物电脑部信号的感测电极组合相关联的刺激电极组合。另外，在其他示例中，处理器80可基于通过其感测到具有与预定阈值变率匹配或者基本匹配(例如，在阈值百分比内，诸如约1%至约25%)的变率的生物电脑部信号的一个或多个感测电极来选择刺激电极组合。作为另一示例，处理器80可选择与通过其MD16的感测模块46感测到具有大于或小于预定阈值的频域特性的生物电脑部信号以及与模板基本匹配的信号的感测电极组合相关联的刺激电极组合。可预先确定模板并将其存储在编程器14的存储器82或者另一设备(诸如頂D16)的存储器中。 在其中处理器80基于经由各个感测电极组合感测到的多个生物电脑部信号来选择刺激电极组合的示例中，处理器80可基于每一所感测信号的信号特性(例如，时域特性或频域特性)的值来选择感测电极组合之一。例如，处理器80可基于多个所感测生物电脑部信号确定频域特性的多个相对值，比较多个感测电极组合的相对值，并且基于这些相对值确定离目标组织部位最近的一个或多个感测电极。在下文中参考图12、13、15A-15C、16和17来描述用于基于经由各个感测电极组合感测到的多个生物电脑部信号来选择刺激电极组合的技术。生物信号的频域特性可包括例如生物信号的一个或多个频带内的功率水平(或能量)、两个或两个以上频带中的功率水平的比率、两个或两个以上频带之间的功率变化的相关性、一个或多个频带的功率水平随时间的图案等。在一些示例中，处理器80选择与离目标组织部位最近的一个或多个感测电极相关联的刺激电极组合。在具有运动障碍的一些患者体内，这可由包括与其他所感测生物电脑部信号相比最高相对β带功率水平的生物电信号指示。在其他示例中，处理器40可选择与离目标组织部位最近的感测电极组合相关联的刺激电极组合，如包括阈值以上的特定频带中的功率水平的生物电脑部信号所指示的，该阈值可被存储在编程器14的存储器82或者另一设备(诸如MD16)的存储器中。在一些示例中，处理器80实现编程器14的存储器82所存储的算法以确定哪些单独的感测电极离目标组织部位(例如，呈现具有最高相对β带功率水平的生物电信号的脑部28的区域)最近。然后，处理器80可基于确定哪些感测电极离目标组织部位最近来选择刺激电极组合，从而将最有效的刺激治疗提供给脑部28。在一些示例中，编程器14的存储器82存储包括使处理器40评估多个感测电极组合中的对应感测电极组合感测到的多个生物电信号的相对β带功率水平且确定哪一个感测电极组合离具有最高限定β带功率水平的目标组织部位最近的指令的算法。然后，处理器80可基于与具有最高相对β带功率水平的生物电信号相关联的感测电极组合来选择刺激电极组合。在基于一个或多个所感测生物电脑部信号的信号特性来选择刺激电极组合(122)之后，编程器14的处理器80基于生理模型确认刺激电极组合选择(124)。由处理器80生成的生理模型指示刺激电极组合的电极24、26的子集相对于患者12的脑部28的一个或多个解剖结构的位置。由此，在一个示例中，在将所选刺激电极组合的电极24、26的子集映射到指示脑部28的解剖结构的患者解剖数据之后，处理器80确定生理模型是否指示所选刺激电极组合的电极24、26的子集接近脑部28内的目标组织部位。目标组织部位可以是例如用于有效地管理患者病情的刺激信号的组织部位。可基于患者病情选择患者12的脑部28的解剖结构，这些解剖结构用作用于通过MD16传送的刺激的目标组织部位。例如，刺激诸如脑部28中的黑质之类的解剖区域可减少患者12所体验的颤抖的数量和幅度。用于治疗运动障碍的其他目标解剖区域可包括丘脑下核、内侧苍白球、腹部中间、以及不确定区(zona incerta)。处理器80可使用任何合适的技术来确定生理模型是否指示所选刺激电极组合的电极24、26的子集接近脑部28内的目标组 织部位。在一个示例中，处理器80估计所选刺激电极组合的电极24、26与脑部28内的目标组织部位之间的距离，该距离可由编程器14的存储器82存储和/或者由临床医生输入。在另一示例中，处理器80只确定所选刺激电极组合的电极24、26的子集是否直接与脑部28内的目标组织部位相邻、或者电极24、26的子集是否通过另一解剖结构与目标组织部位分离。还可构想其他技术。如在上文中所讨论的,患者解剖数据可包括患者12的解剖图像、对患者12不是专用的基准解剖图像、或者解剖图。由此，在一些示例中，处理器80只确认所选刺激电极组合的电极的位置位于目标组织部位的接近区域中。在其中基于患者12的解剖图像生成生理模型的示例中，处理器80可更准确地确定所选刺激电极组合的电极被定位成将刺激传送到目标组织部位。在其中生理模型指示治疗场模型的示例中，处理器80可基于治疗场相对于目标组织部位和/或与刺激诱发的副作用相关联的组织部位的位置确认刺激电极组合选择。处理器80可基于所选刺激电极组合生成治疗场模型。例如，处理器80可确定在经由所选刺激电极组合以及其他刺激参数值的预定集合(例如，刺激信号频率、振幅等)来传送刺激时产生的电场或激活场。在确定治疗场的尺寸、位置以及其他特性之后，处理器80可确定治疗场是否与脑部28内的生理显要位置重叠。生理显要位置可以是例如目标组织部位或者与刺激诱发的副作用的组织部位。治疗场与目标组织部位的重叠(例如，覆盖或者以其他方式置于相同的区域中)可指示所选刺激电极组合对将刺激传送到目标组织部位是有用的。由此，如果处理器80确定源自经由所选刺激电极组合的刺激传送的治疗场模型与目标组织部位重叠，则处理器80可确认所选刺激电极组合(124)。另一方面，如果处理器80确定源自经由所选刺激电极组合的刺激传送的治疗场实质上不与目标组织部位重叠，则处理器80可以不确认所选刺激电极组合且生成指示生理模型指示所选刺激电极组合可能不提供有效刺激治疗。该指示经由编程器14或另一设备的用户界面84呈现给用户，或者可以是由处理器80存储在编程器14的存储器82中且与所选刺激电极组合相关联的信号、标志或值。脑部28内的生理显要位置还可包括与刺激诱发的副作用相关联的脑部28的一个或多个解剖结构。即，如果向该区域的刺激传送导致患者12感知到或者以其他方式影响患者12的一个或多个刺激诱发的副作用，则脑部28内的区域可被认为是生理显要的。在一些示例中，临床医生提供标识与刺激诱发的副作用相关联的脑部28的一个或多个解剖结构的输入。在其他示例中，处理器80通过访问可由编程器的存储器82或者另一设备的存储器(例如，远程数据库)存储的数据库来确定与刺激诱发的副作用相关联的脑部28的一个或多个解剖结构，该处理器80可标识这些解剖结构并将这些解剖结构与患者病情相关联。可在患者解剖模型或患者解剖图内标识这些解剖结构。由此，在一些示例中，代替确定源自经由所选刺激电极组合的刺激传送的治疗场是否与目标组织部位重叠或者除此以外，处理器80可确定治疗场是否与关联于刺激诱发的副作用的组织部位重叠。如果处理器80确定源自经由所选刺激电极组合的刺激传送的治疗场实质上不与关联于刺激诱发的副作用的组织部位重叠，则处理器80可确认所选刺激电极组合(124)。另一方面，如果处理器80确定源自经由所选刺激电极组合的刺激传送的治疗场与关联于刺激诱发的副作用的组织部位重叠，则处理器80可以不确认所选刺激电极组合， 且生成指示生理模型指示所选刺激电极组合可导致一个或多个刺激诱发的副作用。该指示经由编程器14或另一设备的用户界面84呈现给用户，或者可以是由编程器14的存储器82中的处理器80存储且与所选刺激电极组合相关联的信号、标志或值。尽管DBS可成功地减少一些神经病情的症状，但刺激还可能产生不想要的副作用。副作用可包括肌肉收缩、认知障碍、视觉干扰、情绪变化、失禁、发麻、失去平衡、麻痹、言语不清、失去记忆力、以及许多其他神经问题。副作用可以是轻度到重度的；然而，当停止刺激时，大多数副作用是可逆的。DBS可能通过将电刺激无意地提供给作为目标的解剖区域附近的解剖区域而产生一种或多种副作用。为此，包括处理器80的编程器14对患者12的有效刺激治疗可以是有用的，该处理器80自动地评估特定刺激电极组合是否被定位成传送可生成一种或多种副作用的刺激。在一些示例中，虽然只有从生理模型查明的一种类型的信息可用于确认刺激电极选择，但是处理器80基于接近所选刺激电极组合的电极的一个或多个解剖结构以及治疗场模型两者来确认刺激电极组合选择。在图8所示的技术的其他示例中，在呈现生理模型的图形用户界面的辅助下，临床医生基于生理模型确认所选电极组合。处理器80可显示接近所植入电极24、26的患者12的脑部28的解剖结构以及至少所选电极组合的电极两者。在一些示例中，临床医生可基于患者12的脑部28的解剖结构的图形显示以及所选电极组合的电极来确定所选电极组合的电极是否接近目标组织部位或者是否接近与刺激诱发的副作用相关联的组织部位。在其他示例中，代替所选刺激电极组合的电极或者除此以外，处理器80还可经由用户界面84的显示来显示治疗场的图形表示(例如，如参考图18所示的)。临床医生可基于治疗场的图形显示确定源自根据所选电极组合的刺激传送的治疗场与目标组织部位还是关联于刺激诱发的副作用的组织部位重叠。在这些示例中，除了治疗场以外，处理器80可以或者可以不显示脑部28的解剖结构。由于处理器80基于患者解剖数据(诸如组织电导率数据)生成治疗场模型，因此图形只显示治疗场对临床医生可视化经由所选刺激电极组合传送的治疗可如何影响周围组织可以是有用的。在确定所选刺激电极组合是否为有用的之后，临床医生可提供确认所选电极组合的输入(例如，经由编程器14的用户界面84的一个或多个输入机构)或者指示所选电极组合不应被编程为MD16的治疗参数的输入。由此，在一些示例中，通过首先显示生理模型并且随后接收确认或拒绝刺激电极组合选择的用户输入，处理器80可基于生理模型确认所选刺激电极组合。在根据图8所示的技术选择刺激电极组合之后，临床医生可单独地或者在计算设备(诸如编程器14)的辅助下选择将有效治疗提供给患者12的其他刺激参数值。这些其他刺激参数值可包括例如刺激信号的频率和振幅、以及在刺激脉冲的情况下的刺激信号的占空比和脉冲宽度。图9是示出用于基于生物电脑部信号以及指示接近所植入电极24、26的一个或多个解剖结构的生理模型来选择刺激电极的另一示例技术的流程图。在图9所示的示例中，编程器14的处理器80生成生理模型并且基于该生理模型选择电极组合(126)。在一些示例中，处理器80选择生理模型指示的接近脑部28内的目标组织部位和/或不接近与刺激诱发的副作用相关联的组织部位的一个或多个电极。例如，为了生成生理模型，处理器80 可将引线20的电极24、26映射到指示脑部28的布局的患者解剖数据，并且选择接近脑部28内的目标组织部位的电极作为刺激电极。在其中处理器80访问来自存储器的先前生成的生理模型的示例中，处理器80还可将引线20的电极24、26映射到指示脑部28的布局的患者解剖数据，并且选择接近脑部28内的目标组织部位的电极作为刺激电极。电极与目标组织部位的接近度可以是可靠治疗功效的指示符。处理器80可使用任何合适的技术来确定接近脑部28内的目标组织部位的电极24、26。在一个示例中，处理器80估计每一电极24、26与脑部28内的目标组织部位之间的距离，并且将该距离与阈值进行比较。处理器80可选择离目标组织部位小于阈值的一个或多个电极。用于确定电极和解剖目标之间的距离的示例设备、系统和技术在2009年8月6日公开且题为“使用后期植入成像的电刺激电极的特性(CHARACTERIZATION OF ELECTRICALSTIMULATION ELECTRODES USING POST-1MPLANT IMAGING)” 的 Goetz 等的美国专利申请公开No. 2009/0196471中进行了描述。处理器80可实现在Goetz等的美国专利申请公开No. 2009/0196471中描述的任一技术以确定接近脑部28内的目标组织部位的电极24、26。例如，处理器80可执行对电极24、26以及目标组织部位的解剖图像的图像分析以确定电极相对于解剖目标的定位。例如，处理器80可将X轴和y轴坐标原点分配给后植入引线图像(例如，该原点可以是图像的左下角)，分析标识电极和目标组织部位的图像的像素，并且建立像素与距离维度规模以确定电极和目标组织部位的实际相对定位。在一些示例中，可从不同透视图获取多幅图像以查明在不同的维度上电极相对于目标组织部位的定位。标识目标组织部位以及与刺激诱发的副作用相关联的组织部位的信息可被存储在编程器14的存储器82 (或者另一设备的存储器)中，作为例如与患者解剖数据内的组织部位的形状和尺寸相对应的各个模板。作为另一示例，处理器80可接收在处理器80显示的脑部28的图形表示内标识目标组织部位或者与刺激诱发的副作用相关联的组织部位的来自用户的输入。如上所述，脑部28的图形表示可以是特定患者12的脑部28的图像、脑部28的患者非专用图像、或者脑部28的非图像的图形表示(例如，绘制图)。在另一示例中，多个预定电极组合可由编程器14的存储器82存储。处理器80可选择接近目标组织部位的一个或多个预定电极组合，作为刺激电极组合。例如，在生成将引线20的电极24、26映射到指示脑部28的布局的患者解剖数据的生理模型之后，处理器80可基于生理模型确定预定电极组合的每一电极与目标组织部位之间的距离。然后，处理器80可选择具有离目标组织部位最近的电极(例如，基于电极和目标组织部位之间的平均值或中值距离)或者目标组织部位的阈值距离内的最大数量的电极的预定电极组合。阈值距离可以是例如由临床医生确定且由编程器的存储器82或者另一设备的存储器存储的值。在另一示例中，处理器80可基于包括治疗场模型的生理模型来选择刺激电极组合。例如，处理器80可选择导致实质上与目标组织部位重叠和/或实质上避免与刺激诱发的副作用相关联的组织部位的治疗场的电极组合。在一些示例中，如果治疗场与目标组织部位重叠(例如，部分或全部)和/或不与关联于刺激诱发的副作用的组织部位重叠，则处理器80最初选择一个电极组合，基于所选电极组合确定治疗场模型，并且选择电极组合。如果初始电极组合不满足一种或两种准则，则处理器80 可选择另一电极组合并且比较源自经由所选电极组合的治疗传送的治疗场，直至确定满足一种或两种准则的电极。多个电极组合可被存储在编程器14 (或另一设备)的存储器82中，并且处理器80可基于每一电极组合生成治疗场模型，直至确定满意的电极组合。在其他示例中，电极组合未预先确定，而是相反在刺激电极选择过程期间由处理器80例如使用用于选择电极组合的算法来确定。可使用用于生成电极组合的任何合适的算法。作为示例，处理器80可实现基于算法的技术，诸如2007年7月3日授权的题为“使用通用算法的神经刺激参数配置的选择(SELECTION OF NEUROSTIMULATION PARAMETERCONFI⑶RATIONS USING GENETIC ALGORITHMS)” 的共同转让给 Goetz 等的美国专利No. 7，239，926中描述的技术。在Goetz等的美国专利No. 7，239，926中描述的一个示例中，通用算法通过提出在评估会话期间执行的测试的结果的情况下最有可能是有效的参数来提供选择刺激参数的引导。通用算法对问题的可能的解决方案进行编码作为解决方案群体(population)的成员。然后,基于适应度函数(fitness function)判断该群体。然后,保留最佳治疗程序，并且基于其特性创建新的生成。新的生成由在本质上与先前生成的最佳执行者类似的解决方案构成。根据在Goetz等的美国专利No. 7，239，926中描述的技术，处理器80可选择用于通过IMD16的治疗传送的第一电极组合(即，选择用于治疗传送的电极以及所选电极的极性)，基于通过第一电极组合的治疗传送以及其他创建参数值的预定集合(例如，振幅、频率、脉冲宽度等)来生成治疗场模型，并且基于基于通过具有目标组织部位以及与刺激诱发的副作用相关联的组织部位的第一电极组合的治疗传送的治疗场的尺寸和位置的比较来选择IMD16的第二电极组合。通用算法可提示通用算法所标识的不同解决方案之间的跨接(cross-over)、或通用算法所标识的一种或多种解决方案的突变、或者随机的电极变化。在其他示例中，处理器80最初比较多个电极组合的治疗场，并且选择与治疗场模型相关联的电极组合，该治疗场模型与目标组织部位具有最大的重叠和/或与关联于刺激诱发的副作用组织侧具有最小的重叠。再次，电极组合可为预确定的，并且在编程会话之前被存储在存储器82中，或者处理器80可在刺激电极选择过程期间确定电极组合。在图9所示的技术的其他示例中，临床医生在编程器14所显示的生理模型的图形用户界面的辅助下选择电极组合。临床医生可经由指示所选电极组合的用户界面84 (图3)提供用户输入。处理器80接收用户输入，并且基于生理模型和用户输入选择电极组合(126)。处理器80可显示接近所植入电极24、26的患者12的脑部28的至少一部分的图形表示以及至少所选电极组合的电极两者。脑部28的至少一部分的图形表示可以是患者的解剖图像、患者非专用基准解剖图像、或者解剖图中的至少一个。在一些示例中，临床医生可基于患者12的脑部28的图形显示以及所植入电极24、26来确定哪些电极接近目标组织部位或者接近与刺激诱发 的副作用相关联的组织部位。然后，临床医生可选择被可视地确定为接近目标组织部位或者接近与副作用相关联的组织部位的电极。在其他示例中，处理器80可自动地或者在用户输入的辅助下选择一个或多个电极24、26，并且经由指示源自经由一个或多个所选电极的刺激传送的治疗场以及其他刺激参数值的预定集合的用户界面84的显示来显示治疗场模型的图形表示(例如，如参考图18所示的)。代替显示电极24、26或者除此以外，可显示治疗场模型。临床医生可基于患者12的脑部28的图形显示确定源自根据所选电极组合的刺激传送的治疗场实质上与目标组织部位还是关联于刺激诱发的副作用的组织部位重叠。如果源自根据所选电极组合的刺激传送的治疗场实质上与目标组织部位重叠且实质上不与关联于刺激诱发的副作用的组织部位重叠，则临床医生可经由用户界面84提供指示处理器80应当选择电极组合的输入，且基于通过电极组合感测到的生物电脑部信号确认电极组合，如在下文中更详细描述的。另一方面，如果源自根据所选电极组合的刺激传送的治疗场实质上不与目标组织部位重叠或者实质上与关联于刺激诱发的副作用的组织部位重叠，则临床医生可经由用户界面84提供指示处理器80不应选择该电极组合的输入。在一些示例中，临床医生通过例如选择引线20的其他一个或多个电极24、26或者与治疗场模型的图形显示交互来提供选择另一电极组合的用户输入，从而调整所显示治疗场的尺寸、位置、或者其他场特性。然后，处理器80可自动地选择通过其MD16传送的刺激导致经调整的治疗场的电极组合。在下文中参考图18描述通过其临床医生可调整所显示治疗场的尺寸、位置、或者其他场特性的编程器14所呈现的示例图形用户界面。编程器14的处理器80接收MD经由所选电极组合感测到的生物电脑部信号
(128)。在一些示例中，处理器80发起对生物电脑部信号的感测。例如，编程器14的处理器80可经由各个遥测模块86、50将消息传输到MD16，其中该消息请求MD16的处理器40控制感测模块16经由所选电极组合感测生物电脑部信号。然后，处理器40可经由各个遥测模块50、86将生物电脑部信号(或者基于该信号的数据)传输到编程器14的处理器80。在诸如其中MD16的处理器40基于生理模型选择电极组合之类的其他示例中，頂D16的处理器40可自动地(例如，独立于编程器14的任何控制)控制感测模块46经由所选电极组合感测生物电脑部信号。可构想用于控制MD经由所选电极组合感测生物电脑部信号的其他技术。另外，在其他示例中，頂D16的处理器40控制感测模块46通过电极24、26的不同组合来感测多个生物电脑部信号，并且将所有所感测生物电信号传输到编程器14，该处理器40将这些信号存储在存储器82中。编程器14的处理器80可从存储器82取回经由所选电极组合感测到的生物电脑部信号。处理器80基于所感测生物电脑部信号确认电极组合选择(130)。图10是通过其处理器80可利用所感测生物电脑部信号来确认基于生理模型而选择的电极组合的示例技术。在基于生理模型选择电极组合(126)且接收经由所感测电极组合感测到的生物电脑部信号(128)之后，处理器80确定生物电脑部信号是否包括指示目标组织部位的生物标记
(132)。生物标记可以是例如信号特性，诸如生物电脑部信号的截面的平均值、中值、峰值或最低振幅、或者所感测生物电脑部信号的频域特性(例如，特定频带内的功率水平或者两个频带内的功率水平的比率)。脑部28的不同区域可呈现不同的电位，以使通过脑部28的不同区域中的电极感测到的生物电脑部信号可产生具有不同信号特性的生物电脑部信号。这些不同的信号特性是目标组织部位的生物标记。以此方式，生物电脑部信号的信号特性可用于确定所选电极组合的电极是否接近目标组织部位或者与刺激诱发的副作用相关联的组织部位。编程器14的存储器82或者另一设备的存储器可存储信号特性。在一些示例中，处理器80将所感测生物电脑部信号与预定阈值或者编程器14的存储器82或者另一设备的存储器所存储的模板进行比较。预定阈值或者编程器14的存储器82所存储的模板可由临床医生或处理器80选择以表示生物标记，例如在脑部28中的目 标组织部位内感测到的信号的特性。处理器80基于所感测生物电脑部信号确认电极组合选择(130)。例如，如果处理器80确定所感测生物电脑部信号呈现目标组织部位的生物标记(132)，则处理器80确认电极组合选择(134)。然后，处理器80可将电极组合存储在存储器82中作为用于通过MD16的治疗传送的有用刺激电极组合，或者将所选电极组合传输到IMD16以存储为治疗程序的一部分。另一方面，如果处理器80确定所感测生物电脑部信号未呈现目标组织部位的生物标记
(132)，则处理器80可以不确认电极组合选择。相反，处理器80可基于生理模型自动地选择另一电极组合，或者提示临床医生选择另一电极组合(126)。在图10的另一示例中，代替指示目标组织部位的生物标记或者除此以外,指示与一个或多个刺激诱发的副作用相关联的组织部位的生物标记可用于基于所感测生物电脑部信号确认所选电极组合。在这些示例中，处理器80基于生物电脑部信号确定所选电极组合是否接近与刺激诱发的副作用相关联的脑部28的一个或多个解剖结构。这对例如选择平衡患者12所体验的副作用以及患者的运动障碍(或者其他患者病情)的症状缓解的程度的电极组合可以是有用的。如在上文中所讨论的，通过特定电极组合感测到的生物电脑部信号可指示电极组合的电极是否定位在脑部28的特定组织部位(例如，用于治疗传送的目标组织部位或者与一个或多个刺激诱发的副作用相关联的组织部位)内。由此，生物电脑部信号的一个或多个特性对选择刺激电极组合可以是有用的。作为示例，如参考图8所讨论的，可基于经由与刺激电极组合相关联的感测电极组合感测到的生物电脑部信号来选择该刺激电极组合。另夕卜，如参考图9和10所讨论的，基于经由所选电极组合感测到的生物电脑部信号，所选电极组合可被确认为有用的刺激电极组合。对应特定患者病情，一个或多个特定频带可比其他频带更多地展示用于将刺激治疗提供给患者12的有用目标组织部位。MD16的处理器40 (在图2中示出)、编程器14的处理器80 (在图3中示出)、或者另一设备的处理器可执行对展示的频带中的生物电脑部信号的频谱分析。生物电信号的频谱分析可指示一频率范围中的每一给定频带内的每一生物电信号的功率水平。尽管在本文中主要提及β频带，但在其他示例中，处理器40或处理器80可基于除β带以外的一个或多个频带内的功率水平来选择刺激电极组合。例如，处理器40或处理器80可比较通过不同电极感测到的生物电信号中的除β带以外的频带的功率水平以确定电极组合的功率水平的相对值。然后，处理器40或处理器80可基于相对值确定哪一个电极离目标组织部位最近。在一些示例中，β带包括约IOHz至约25Hz的频率范围，诸如约IOHz至约30Hz或者13Hz至约30Hz。不同的频带与脑部28中的不同活动相关联。据信，来自脑部28内的生物电脑部信号的一些频带组分可比其他频率组分更多地展示特定患者病情以及与该特定患者病情相关联的异常脑部活动。在表格I中示出频带的一个示例
权利要求
1.一种系统，包括 感测模块，所述感测模块通过包括至少一个电极的感测电极组合来感测患者脑部中的生物电信号；以及 处理器，所述处理器访问指示接近所述患者脑部内的所述至少一个电极的组织的一个或多个特性的生理模型，并且基于所述生物电信号和所述生理模型选择用于将电刺激传送到所述患者脑部的刺激电极组合。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生理模型包括以下模型中的至少一个指示电刺激从所述刺激电极组合传播到哪里的电场模型、指示将由所述刺激电极组合传送的电刺激激活的所述患者脑部的神经元的激活场模型、或者指示经由所述刺激电极组合传送的电刺激的分配的电压梯度或电流密度模型。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生理模型指示接近所述患者脑部内的所述至少一个电极的患者脑部的一个或多个解剖结构。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器通过至少确定包括所述患者脑部内的所述至少一个电极的引线的立体定向坐标、以及基于所述立体定向坐标确定接近所述引线的所述患者脑部的解剖结构，来生成所述生理模型，其中所述生理模型指示接近所述至少一个电极的所述患者脑部的一个或多个解剖结构。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述感测模块通过各个对应感测电极组合来感测所述患者脑部中的多个生物电信号，其中每一感测电极组合包括至少一个电极，并且所述处理器基于所感测生物电信号选择所述感测电极组合之一，并且通过至少基于所选感测生物电信号和所述生理模型选择所述刺激电极组合来选择所述刺激电极组合。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器基于所感测生物电信号通过至少以下步骤来选择所述感测电极组合之一 确定所述多个生物电信号中的每一生物电信号的频域特性； 确定所述频域特性的多个相对值，其中所述多个相对值中的每一相对值基于所述频域特性中的至少两个频域特性；以及 基于所述多个相对值选择所述多个电极中的至少一个电极，以将刺激传送给所述患者。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器基于所感测生物电信号通过至少以下步骤来选择所述感测电极组合之一 将所感测生物电信号中的每一个的图案与模板进行比较；以及 选择与基本匹配所述模板的所感测生物电信号相对应的一个或多个感测电极组合。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器基于各个对应的所感测生物电信号的变率选择基于所感测生物电信号的所述感测电极组合之一。
9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器基于所感测生物电信号通过至少以下步骤来选择所述感测电极组合之一 确定所感测生物电信号中的每一个的平均值、中值、峰值、或最低振幅；以及 基于各个对应的所感测生物电信号的平均值、中值、峰值、或最低振幅选择所述感测电极组合。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器通过至少基于所述感测电极组合选择用于将电刺激传送到所述患者脑部的刺激电极组合、以及基于所述生理模型确认所述刺激电极组合，来选择所述刺激电极组合。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述处理器通过至少确定经由所述刺激电极组合传送到所述患者脑部的电刺激刺激所述患者脑部的目标解剖结构中的组织和/或刺激与刺激诱发的副作用相关联的脑部的一个或多个解剖结构，来基于所述生理模型确认刺激电极组合。
12.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述生理模型包括指示刺激从所述刺激电极组合的电极传播到哪里的治疗场模型，并且其中所述处理器通过至少确定所述治疗场至少部分地与所述患者脑部的目标解剖结构还是与关联于刺激诱发的副作用的脑部的一个或多个解剖结构重叠、并且如果所述治疗场至少部分地与所述患者脑部的目标解剖结构重叠和/或不与关联于刺激诱发的副作用的脑部的一个或多个解剖结构重叠，则选择所述感测电极组合作为所述刺激电极组合，来选择所述刺激电极组合。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器通过至少基于所述生理模型选择用于将电刺激传送到所述患者脑部的刺激电极组合、以及基于所述生物电信号确认所选刺激电极组合，来选择所述刺激电极组合。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述处理器通过至少控制所述感测模块通过基于所述生理模型选择的刺激电极组合感测所述患者脑部中的生物电信号、以及确定经由所述刺激电极组合感测到的生物电信号是否指示所述刺激电极组合接近所述患者脑部内的目标刺激部位，来基于所述生物电信号确认所选刺激电极组合。
15.如权利要求1所述的系统，还包括具有显示器的用户界面，其中所述处理器经由所述显示器显示所述生理模型，并且在显示所述生理模型之后基于经由所述用户界面接收到的用户输入来选择所述刺激电极组合。
16.—种系统,包括 用于通过包括至少一个电极的感测电极组合来感测患者脑部中的生物电信号的装置；以及 用于基于所述生物电信号、以及指示接近所述患者脑部内的所述至少一个电极的组织的一个或多个特性的生理模型，来选择用于将电刺激传送到所述患者脑部的刺激电极组合的装置。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述生理模型包括指示刺激将从所述刺激电极组合的电极传播到哪里的治疗场，并且其中用于选择所述刺激电极组合的所述装置基于所述感测电极组合选择用于将电刺激传送到所述患者脑部的刺激电极组合，并且基于所述生理模型、通过至少确定所述治疗场至少部分地与所述患者脑部的目标解剖结构还是与关联于刺激诱发的副作用的脑部的一个或多个解剖结构重叠，来确认所述刺激电极组合选择。
18.如权利要求16所述的系统，其特征在于，用于选择所述刺激电极组合的所述装置基于所述生理模型选择用于将电刺激传送到所述患者脑部的所述刺激电极组合，并且基于所述生物电信号确认所选刺激电极组合。
19.一种包含指令的计算机可读介质，所述指令使可编程处理器 从感测模块接收所述感测模块通过包括至少一个电极的感测电极组合在患者的脑部内感测到的生物电信号； 访问指示接近所述患者脑部内的所述至少一个电极的组织的一个或多个特性的生理模型；以及 基于所述生物电信号和所述生理模型选择用于将电刺激传送到所述患者脑部的刺激电极组合。
全文摘要
可基于使用包括至少一个电极的感测电极组合在患者脑部中感测到的生物电信号以及指示接近所植入至少一个电极的患者脑部的一个或多个解剖结构的生理模型来选择一个或多个刺激电极。在一些示例中，生物电脑部信号指示哪些电极离目标组织部位最近。生理模型可基于在患者体内所植入至少一个电极的位置以及患者解剖数据生成，该生理模型可指示例如接近所植入至少一个电极的患者组织的一个或多个特性。在一些示例中，生理模型包括治疗场模型，该治疗场模型表示经由所选电极集合向其传送治疗的患者组织的区域。
文档编号A61N1/36GK103002947SQ201180032077
公开日2013年3月27日 申请日期2011年3月3日 优先权日2010年4月27日
发明者G·C·莫尔纳, S·M·格茨, A·N·恰沃 申请人:美敦力公司