用于自动调整刺激参数以最优化能量消耗的神经调制系统和方法_2

文档序号:9421374阅读:来源:国知局
否用户响应于步骤(f)而进行手动参数调整,并且(h)如果未进行手动参数调整,则认定当前调整的第二调制参数值为之前调整的第二调制参数值,并且重复步骤(e)至(h)。
[0018]本发明的其它和进一步的方面和特性将通过阅读下面旨在说明而非限制本发明的优选实施例的详细描述而变得显而易见。
【附图说明】
[0019]附图示出本发明的优选实施例的设计和实用性,其中类似的元件由共同的参考数字所表示。为了更好地理解如何获得本发明的上述和其它优点和目的,将参照其具体的实施例对上面简述的本发明提供更特别的描述,其将在附图中进行阐明。要理解的是这些附图仅描绘本发明的典型实施例且因此不被认为是用于限制其范围,且将通过使用附图利用附加的特殊性和细节来描述和解释本发明,其中:
[0020]图1是根据本发明布置的脊髓调制(SCM)系统的一个实施例的平面图;
[0021]图2是图1的SCM系统中使用的可植入脉冲发生器(IPG)的轮廓图;
[0022]图3是与患者一起使用的图1的SCM系统的平面图;
[0023]图4是可以用在图1的SCM系统中的手持远程控制(RC)的平面图;
[0024]图5是图4的RC的内部组件的框图;并且
[0025]图6是示出最小化图2的IPG中的能量消耗的、由SCM系统使用的技术的流程图。
【具体实施方式】
[0026]以下描述涉及一种脊髓调制(SCM)系统。然而,要理解的是,虽然本发明本身很适合在SCM中应用,但在其最广泛的各个方面上,本发明可能并不仅限于此。相反地,本发明可与用于刺激组织的任何类型的可植入式电路一起使用。例如,本发明可用作心脏起搏器、除颤器、耳蜗刺激器、视网膜刺激器、被配置为产生协调的肢体运动的刺激器、皮层刺激器、深部脑刺激器、外周神经刺激器、微刺激器或被配置成治疗小便失禁、睡眠呼吸暂停、肩部半脱位、头痛等的任何其他的神经刺激器的一部分。
[0027]首先转向图1,一种示例性的SCM脊髓调制系统10通常包括一个或者多个(在这种情况下为两个)可植入式调制导线12(1)和12 (2)、完全可植入式脉冲发生器(IPG) 14、外部远程控制器RC 16、临床医生的编程器(CP) 18、外部试验调制器(ETM) 20和外部充电器22。
[0028]IPG 14经由一个或多个经皮导线延伸部24物理连接到调制导线12,该调制导线12带有多个布置成阵列的电极26。在示出的实施例中,调制导线12为经皮导线,且为此,电极26可以沿着调制导线12同轴布置。在可替换实施例中,电极26可以在单个浆式(paddle)引线上以二维样式布置。如下面将更详细描述,IPG 14包括脉冲生成电路,该脉冲生成电路根据调制参数集合以电脉冲串形式将电调制能量递送至电极阵列26。
[0029]ETM 20也可经由经皮导线延伸部28和外部电缆30而物理连接至调制导线12。具有与IPG 14类似的脉冲生成电路的ETM 20还以电脉冲串形式将电调制能量递送至电极阵列26。ETM 20和IPG 14之间的主要区别是ETM 20是非植入式装置,其在植入了调制导线12后并在植入IPG 14前在试验的基础上进行使用以测试要被提供的调制的响应性。因此,本文所述的相对于IPG 14的任何功能可同样地相对于ETM 20而予以执行。在美国专利N0.6,895,280中描述了示例性ETM的进一步细节。
[0030]RC 16可以用于经由双向RF通信链路32而遥感控制ETM 20。一旦植入IPG 14和调制导线12,RC 16可以用于经由双向RF通信链路34而遥感控制IPG 14。这种控制允许IPG 14被打开或关闭以及使用不同刺激参数组进行编程。也可以操作RC 16来修改被编程的调制参数以主动地控制由IPG 14输出的电调制能量的特征。
[0031]CP 18提供临床医生详细的调制参数以用于在手术室和随后的场景中对IPG 14和ETM 20进行编程。CP 18可以经由IR通信链路36通过RC 16与IPG 14或ETM 20间接通信来执行该功能。可替代地,CP 18可以经由RF通信链路(未示出)而与IPG 14或ETM20直接通信。
[0032]外部充电器22为用于经由感应链路38对IPG 14进行经皮充电的便携式装置。为了简单起见,本文将不对外部充电器22的细节进行描述。在美国专利N0.6,895,280中公开了外部充电器的示例性实施例的细节。一旦IPG 14被编程且其电源由外部充电器22充电或者另外地重新装满,IPG 14就可以在没有RC 16或者CP 18存在的情况下起到被编程的作用。
[0033]现在参照图2,将简单描述调制导线12和IPG 14的外部特性。调制导线中的一个12(1)具有8个电极26(标记为El至E8),并且另一个调制导线12(2)具有8个电极26 (标记为E9至E16)。当然,导线和电极的实际数量和形状将会根据意图应用而变化。IPG 14包括用于容纳电子和其它组件的外壳44 (下面将更详细地进行描述)。该外壳44由导电生物相容性材料如钛等所构成并且形成密封的隔室,保护其中的内部电子装置免受人体组织和体液的损害。在一些情况下,外壳40可以用作电极。IPG 14还包括连接器42,调制导线12的近端以将电极26电耦接到外壳44内的内部电子产品(下面进一步详细描述)的方式与该连接器12配对。为此,连接器42包括一个或者多个端口 50以用于接收一个或者多个调制导线12的一个或者多个近端。在使用(图1中示出的)导线延伸部24的情况下,一个或者多个端口 50可以替代地接收这种导线延伸部24的近端。
[0034]进一步地,IPG 14包括电子元件,例如遥测电路52、微控制器54、电池56、存储器58以及本领域技术人员已知的其它合适元件。微控制器54执行存储器58中存储的合适程序,用于引导且控制由IPG 14执行的神经调制。遥测电路52 (包括天线)被配置为在适当调制的载波信号中接收来自RC 16的编程数据(例如操作程序和/或神经调制参数),并且解调载波信号来恢复编程数据,然后该编程数据存储在存储器58中。可以为再充电锂离子或者锂离子聚合物电池的电池56向IPG 14提供操作电能。
[0035]此外,IPG 14包括脉冲生成电路57,其根据编程到IPG 14的调制参数集合以脉冲式电波形的形式向电极阵列26提供电调节和调制能量。这种调制参数可以包括电极组合,其限定了被激活为阳极(正)、阴极(负)并被关闭(为零)的电极、被分配至电极阵列26的每个电极(分成几部分的电极配置)的调制能量的百分比、以及限定脉冲振幅(取决于IPG14是将恒定电流还是恒定电压供给至电极阵列26而以毫安或伏特计)、脉冲宽度(以微秒计)、脉冲速率(以每秒脉冲数计)以及爆发速率(以调制开启持续时间X和调制关闭持续时间Y来测量)的电脉冲参数。
[0036]关于在SCM系统10的操作期间提供的脉冲图案,被选择发送或者接收电能的电极在本文中被称为“激活的”而未被选择发送或者接收电能的电极在本文中被称为“未激活的”。电能递送将出现在两个(或者更多)电极之间,这些电极中的一个可以为IPG壳44,使得电流具有从IPG壳44内包含的能量源到组织的路径、以及从组织到该壳44内包含的能量源的信宿路径。电能可以单极或者多极(例如双极、三极等)方式而被传输至组织。当导线电极26中所选的一个或者多个连同IPG 14的壳44被激活时,发生单极递送,从而在所选电极26和壳44之间传输电能。当导线电极26中的两个被激活作为阳极和阴极时,发生双极调制,从而在所选的电极26之间传输电能。当导线电极26中的三个被激活,其中两个作为阳极而剩余的一个作为阴极,或者两个作为阴极且剩余的一个作为阳极时,发生三极递送。
[0037]可以在电极之间将电能递送为单相电能或多相电能。单相电能包括一系列脉冲,其为全部正脉冲(阳极)或者为全部负脉冲(阴极)。多相电能包括一系列正负交替的脉冲。例如,多相电能可以包括一系列双相脉冲,每个双相脉冲均包括阴极(负)调制脉冲和阳极(正)再充电脉冲,该再充电脉冲在调制脉冲之后产生以防止直流电荷迀移通过组织,从而避免电极退化和细胞损伤。也就是说,在调制时间段(调制脉冲的长度)期间电荷经由电极处的电流而被传送通过电极-组织界面,且随后在再充电时间段(充电恢复脉冲的长度)期间经由在相同电极处的极性相反的电流而被拉回离开电极-组织界面。再充电脉冲可以为主动的,在这种情况下,电
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