最大公約数規則を用いてマルチチャンネル神経刺激システムにおける周波数同期を回避する方法
マルチチャンネル神経刺激システム及び外部制御デバイスにおける周波数同期を防止する方法及び外部制御デバイスを提供する。複数のパルス電気波形が提供される。パルス電気波形の各々は、周期及びパルス幅を有する。パルス電気波形の周期の最大公約数及びパルス電気波形のパルス幅の和が計算される。最大公約数が和に等しいか又はそれよりも大きい場合に、神経刺激システム内の複数のタイミングチャンネルは、パルス電気波形を用いてプログラムすることが可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組織刺激システムに関し、より具体的には、マルチチャンネル神経刺激システムにおける周波数同期を除去又は低減するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
埋め込み可能神経刺激システムは、様々な疾病及び障害において治療効果を有することを証明している。ペースメーカー及び埋め込み可能心細動除去器（ＩＣＤ）は、いくつかの心臓疾患（例えば、不整脈）の治療において非常に有効であることを証明している。脊髄刺激（ＳＣＳ）システムは、慢性疼痛症候群の治療のための治療方式として長い間受け入れられており、組織刺激の用途は、狭心症及び失禁のような更に別の用途に広がり始めている。脳深部刺激（ＤＢＳ）もまた、不応性慢性疼痛症候群の治療に１０年を大幅に超えて適用されており、また、最近では、ＤＢＳは、運動障害及び癲癇のような更に別の分野に適用されている。更に、最近の研究では、末梢神経刺激（ＰＮＳ）システムが、慢性疼痛症候群及び失禁の治療において有効性を示しており、いくつかの付加的な用途が現在研究されている。更に、脊髄損傷の患者において麻痺肢にある程度の機能を回復させる上で、ＮｅｕｒｏＣｏｎｔｒｏｌ（オハイオ州クリーブランド）によるＦｒｅｅｈａｎｄシステムのような機能的電気刺激（ＦＥＳ）システムが適用されている。
【０００３】
一般的に、これらの埋め込み可能神経刺激システムは、望ましい刺激部位に埋め込まれる刺激リードを担持する１つ又はそれよりも多くの電極、及び刺激部位から離れて埋め込まれるが、刺激リードに直接結合されるか又はリード延長部を通じて刺激リードに間接的に結合されるかのいずれかである神経刺激器（例えば、埋め込み可能パルス発生器（ＩＰＧ））を含む。更に、神経刺激システムは、選択された刺激パラメータに従って電気刺激パルスを発生させるように神経刺激器に遠隔的に命令する外部制御デバイスを含むことができる。
【０００４】
電気刺激エネルギは、神経刺激器から電極にパルス電気波形の形態で送出することができる。この場合、刺激エネルギは、神経組織を刺激するように電極に制御可能に送出することができる。電気パルスをターゲット組織に送出するのに使用される電極の組合せは、電極組合せを構成し、これらの電極は、アノード（正）、カソード（負）、又は停止状態（ゼロ）として機能するように選択的にプログラムすることができる。言い換えれば、電極組合せは、正、負、又はゼロである極性を表す。制御又は変更することができる他のパラメータは、電極アレイを通じて供給される電気パルスの振幅、幅、及び繰返し数を含む。各電極組合せは、電気パルスパラメータと共に「刺激パラメータセット」と呼ぶことができる。
【０００５】
一部の神経刺激システム、特に独立して制御される電流供給源又は電圧供給源を有するものでは、電極（電極として機能することができる神経刺激器の場合を含む）への電流の配分は、電流が、多くの異なる電極構成を通じて供給されるように変更することができる。異なる構成では、電極は、異なる電流配分（すなわち、再分割電極構成）をもたらすように、正の電流又は電圧と負の電流又は電圧との異なる相対百分率で電流又は電圧を供給することができる。
【０００６】
上記に簡単に解説したように、選択された刺激パラメータに従って電気刺激パルスを発生させるように神経刺激器に命令するのに外部制御デバイスを使用することができる。一般的に、神経刺激器システムによって患者に供給される電気刺激を修正するために、神経刺激器内にプログラムされる刺激パラメータを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することができる。しかし、利用可能な電極の個数は、様々な複雑な刺激パルスを発生させる機能との組合せで、臨床医又は患者に対して刺激パラメータセットの莫大な選択枝を与える。
【０００７】
そのような選択を容易にするために、一般的に臨床医は、コンピュータ処理によるプログラミングシステムによって神経刺激器をプログラムする。このプログラミングシステムは、内蔵ハードウエア／ソフトウエアシステムとすることができ、又は標準のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）上で作動するソフトウエアによって主に形成することができる。ＰＣ又はカスタムハードウエアは、患者のフィードバック又は他の手段に基づいて最適な刺激パラメータを判断することを可能にし、更に、その後に一般的に治療の利点をもたらすためにターゲット組織の全てを刺激するが、刺激される非ターゲット組織の量を最低限に抑制するものになる１つ又は複数の最適な刺激パラメータを用いて神経刺激器をプログラムすることを可能にするように神経刺激器によって発生する電気刺激の特性を能動的に制御することができる。コンピュータ処理によるプログラミングシステムは、患者を診察する臨床医によっていくつかのシナリオで作動させることができる。
【０００８】
多くの場合に、患者における異なる組織領域をターゲットとして電気刺激を印加する時には、複数のタイミングチャンネルが使用される。例えば、ＳＣＳの関連では、患者は、異なる領域（背中の下部、左腕、及び右脚等）において同時に疼痛を受ける場合があり、それによって異なる脊髄組織領域の電気刺激を必要とすることになる。ＤＢＳの関連では、複数の脳構造に付随する疾病を同時に治療するために、これらの複数の脳構造を電気的に刺激する必要がある場合がある。各タイミングチャンネルは、電気パルスをターゲット組織に送出するのに使用される電極の組合せ、並びに電極を通じて流れる電流の特性（パルス振幅、パルス持続時間、パルス周波数等）を識別する。
【０００９】
複数のタイミングチャンネルの使用は、多くの場合に、電気刺激システムにおいて２つ又はそれよりも多くのタイミングチャンネルの間のパルス重複の可能性に起因する問題を招く場合がある。共通の電極を使用するパルス重複は、神経刺激システムを無効にするか又は有害にさえする場合がある。複数のタイミングチャンネルを使用する現在の神経刺激システムは、パルス重複を防止するために「トークン」方法として公知の方法を使用する。この方法は、他のタイミングチャンネルが自らの順番を待つ間に「トークン」を有するタイミングチャンネル内で電気パルスを送信することを可能にする。次に、「トークン」は、次のタイミングチャンネルに渡される。しかし、チャンネルの刺激列が重なり、従って、同時に「トークン」を要求した場合には、第２のチャンネル内での電気パルスの送信は、第１のタイミングチャンネル内での電気パルスの送信の終了時点まで待たなければならない。１つの起こり得る結果は、第２のタイミングチャンネル内で送信される電気パルスの周波数が第１のタイミングチャンネル内で送信される電気パルスの周波数に「ロック」される（すなわち、マッチする）ということであり、又は電気パルスのギャロッピング又はクランピングを受ける場合がある。従って、刺激パルスの発生が時間的に押し出されると、特定の規則的周波数における刺激を必要とする組織領域に対して刺激治療は無効になるか、又は有害にさえなる。
【００１０】
「トークン」方法は、図１を参照することで最も明快に理解することができる。この図に示しているように、第１の周波数を有する第１のパルス電気波形５ａは、タイミングチャンネルＡ内で送信され、第２の周波数を有する第２のパルス電気波形５ｂは、タイミングチャンネルＢ内で送信されることが望ましい。タイミングチャンネルＡが「トークン」を有するので、タイミングチャンネルＢ内で送信される第２のパルス電気波形５ｂのパルスは、これらのパルスが第１のパルス電気波形５ａのパルスと重なる度に「押し出す」必要がある。押し出されたパルス電気波形５ｃで分るように、パルスが押し出されると（水平矢印に示している）、次のパルスは、タイミングにおいて新しい（押し出された）パルスを拠り所とする。それに伴って次のパルスは、以前のパルスが押し出される時に一度、更にタイミングチャンネルＡの間に送信されるパルス電気波形５ａのパルスと重なる時に二度目というように「二重押し出し」を受ける。その結果、第２のパルス電気波形５ｂ内のパルスの周波数は、第１のパルス電気波形５ａにおける周波数に強制され（すなわち、ロックされ）、望ましい周波数よりも２倍小さい周波数を有するパルス電気波形５ｄがもたらされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【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６，５１６，２２７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，９９３，３８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
すなわち、マルチチャンネル神経刺激システム内のパルス重複を防止又は最小にするための改善された方法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】
【００１３】
本発明の一態様により、マルチチャンネル神経刺激システムにおける重複パルスを防止する方法を提供する。本方法は、周期及びパルス幅を各々が有する複数のパルス電気波形を定義する段階を含む。パルス電気波形は、例えば、ユーザ入力に応答して定義することができる。更に、本方法は、パルス電気波形の周期の最大公約数を計算する段階と、パルス電気波形のパルス幅の和を計算する段階とを含む。更に、本方法は、最大公約数が和に等しいか又はそれよりも大きい場合に、パルス電気波形を用いて神経刺激システム内の複数のタイミングチャンネルをプログラムすること（例えば、外部制御デバイスを用いて）を可能にする段階を含む。タイミングチャンネルは、いかなるパルスも別のパルスと時間的に重複しないような方式でプログラムすることができる。
【００１４】
１つの方法では、タイミングチャンネルのうちの少なくとも２つは、共通電極を用いてプログラムされており、パルス電気波形における周期は異なる。更に、本方法は、患者に治療を提供するために、例えば、患者が有する異なる組織領域を刺激するために、刺激エネルギを神経刺激システムからプログラムされたパルス電気波形に従って送出する段階を更に含む。本方法は、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形を単一のパルス波形で交互配置する段階を任意的に含み、この場合、複数のパルス電気波形は、この単一のパルス波形を含むことになり、タイミングチャンネルのうちの２つ又はそれよりも多くをこれらの２つ又はそれよりも多くのパルス波形を用いてそれぞれプログラムすることが可能になる。例えば、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形における周期が等しい場合には、これらのパルス電気波形は、単一のパルス波形で交互配置することができる。
【００１５】
本発明の第２の態様により、神経刺激デバイスのための外部制御デバイスを提供する。外部制御デバイスは、ユーザからの入力を受け取るように構成されたユーザインタフェースと、遠隔測定（テレメトリ）回路と、ユーザからの入力に応答して複数のパルス電気波形を定義するように構成されたプロセッサとを含む。パルス電気波形は、例えば、ユーザ入力に応答して定義することができる。更に、プロセッサは、パルス電気波形の周期の最大公約数を計算し、パルス電気波形のパルス幅の和を計算するように構成される。更に、プロセッサは、最大公約数が和に等しいか又はそれよりも大きい場合に、パルス電気波形を用いて遠隔測定回路によって神経刺激デバイスにおける複数のタイミングチャンネルをプログラムするように構成される。タイミングチャンネルは、いかなるパルスも別のパルスと時間的に重複しないような方式でプログラムすることができる。
【００１６】
一実施形態では、タイミングチャンネルのうちの少なくとも２つは、共通の電極を用いてプログラムされており、パルス電気波形における周期は異なる。任意的な実施形態では、プロセッサは、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形を単一のパルス波形で交互配置するように更に構成され、複数のパルス電気波形は、この単一のパルス波形を含み、この場合、複数のパルス電気波形は、この単一のパルス波形を含むことになり、タイミングチャンネルのうちの２つ又はそれよりも多くは、これらの２つ又はそれよりも多くのパルス波形を用いてそれぞれプログラムすることが可能になる。例えば、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形における周期が等しい場合には、これらのパルス電気波形は、単一のパルス波形で交互配置することができる。一実施形態では、プロセッサは、患者に治療を提供するために、刺激エネルギが神経刺激デバイスからプログラムされたパルス電気波形に従って送出されるようにタイミングチャンネルをプログラムするように構成される。例えば、患者が有する異なる組織領域は、送出される刺激エネルギをそれぞれ用いて刺激することができる。
【００１７】
本発明の他の及び更に別の態様及び特徴は、本発明を限定ではなく例示を意図した以下に続く好ましい実施形態の詳細説明から明らかであろう。
【００１８】
図面は、本発明の好ましい実施形態の設計及び有利性を示しており、これらの図面では、類似の要素を共通の参照番号で表記している。上記に列記した及び他の本発明の利点及び目的が如何に達成されるかをより明快に理解するために、上記に簡単に説明した本発明のより具体的な説明を添付図面に例示する本発明の特定的な実施形態を参照して行う。これらの図面は、単に本発明の典型的な実施形態を示し、従って、これらの図面は、本発明の範囲の限定と考えるべきではないという理解の下に、添付図面を用いて本発明を更に具体的かつ詳細に以下に説明かつ解説する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】複数のタイミングチャンネルにおいてプログラムされたパルス電気波形のパルス間の重複を防止するための従来技術における技術を示すタイミング図である。
【図２】本発明によって構成された脊髄刺激（ＳＣＳ）システムの実施形態の平面図である。
【図３】図２のＳＣＳシステムに使用される埋め込み可能パルス発生器（ＩＰＧ）の概略図である。
【図４】図２のＳＣＳシステムの患者に対して使用する際の平面図である。
【図５】図２のＳＣＳシステムに対して使用することができる遠隔制御器の平面図である。
【図６】図５の遠隔制御器の内部構成要素のブロック図である。
【図７】図２のＳＣＳシステムに対して使用することができる臨床医のプログラム作成器の構成要素のブロック図である。
【図８】図２のＳＣＳシステムによって第１のパルス電気波形セットを用いてプログラムされる２つのタイミングチャンネルを示すタイミング図である。
【図９】図２のＳＣＳシステムによって第２のパルス電気波形セットを用いてプログラムされる２つのタイミングチャンネルを示すタイミング図である。
【図１０】図２のＳＣＳシステムによって第３のパルス電気波形セットを用いてプログラムされる３つのタイミングチャンネルを示すタイミング図である。
【図１１】図２のＳＣＳシステムによって第４のパルス電気波形セットを用いてプログラムされる３つのタイミングチャンネルを示すタイミング図である。
【図１２】図２のＳＣＳシステムによってパルス電気波形のうちの２つが単一のパルス電気波形に組み合わされることを示すタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に続く説明は、脊髄刺激（ＳＣＳ）システムに関する。しかし、本発明は、ＳＣＳにおける用途に十分に適するが、その最も広義の態様ではそのように限定することができないことは理解されるものとする。より正確には、本発明は、組織を刺激するのに使用されるあらゆる種類の埋め込み可能電気回路と併用することができる。例えば、本発明は、ペースメーカー、細動除去器、蝸牛刺激器、網膜刺激器、連係した体肢運動をもたらす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、微小刺激器の一部として、又は尿失禁、睡眠時無呼吸、肩関節亜脱臼、頭痛などを治療するように構成されたあらゆる他の神経刺激器に対して使用することができる。
【００２１】
図２を参照すると、例示的なＳＣＳ神経刺激システム１０は、一般的に、１つ又はそれよりも多くの（この場合、２つの）埋め込み可能刺激リード１２、埋め込み可能パルス発生器（ＩＰＧ）１４、外部遠隔コントローラＲＣ１６、臨床医のプログラム作成器（ＣＰ）１８、外部試験刺激器（ＥＴＳ）２０、及び外部充電器２２を含む。
【００２２】
ＩＰＧ１４は、アレイで構成された複数の電極２６を担持する刺激リード１２に１つ又はそれよりも多くの経皮リード延長部２４を通じて物理的に接続される。図示の実施形態では、刺激リード１２は経皮リードであり、この目的のために電極２６は、刺激リード１２に沿って縦列で配置することができる。別の実施形態では、電極２６は、単一のパドルリード上に２次元パターンで配置することができる。以下により詳細に説明するが、ＩＰＧ１４は、電気刺激エネルギをパルス電気波形（すなわち、電気パルスの時系列）の形態で刺激パラメータセットに従って電極アレイ２６に送出するパルス発生回路を含む。
【００２３】
刺激リード１２には、経皮リード延長部２８及び外部ケーブル３０を通じてＥＴＳ２０を物理的に接続することができる。ＩＰＧ１４と類似のパルス発生回路を有するＥＴＳ２０もまた、電気刺激エネルギをパルス電気波形の形態で刺激パラメータセットに従って電極アレイ２６に送出する。ＥＴＳ２０とＩＰＧ１４との主な相違点は、ＥＴＳ２０が、供給される刺激の応答性を試すために、刺激リード１２が埋め込まれた後でかつＩＰＧ１４の埋め込みの前に試行ベースに使用される埋め込み不能デバイスである点である。例示的なＥＴＳの更なる詳細内容は、米国特許第６，８９５，２８０号明細書に説明されている。
【００２４】
ＲＣ１６は、双方向ＲＦ通信リンク３２を通じてＥＴＳ２０を遠隔測定（テレメトリ）制御するのに使用することができる。ＩＰＧ１４及び刺激リード１２が埋め込まれた状態で、双方向ＲＦ通信リンク３４を通じてＩＰＧ１４を遠隔測定制御するためにＲＣ１６を使用することができる。そのような制御は、ＩＰＧ１４を起動又は停止させ、異なる刺激パラメータセットを用いてプログラムすることを可能にする。ＩＰＧ１４は、プログラムされた刺激パラメータを修正して、ＩＰＧ１４によって出力される電気刺激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。以下により詳細に説明するが、ＣＰ１８は、手術室及び予後の診察においてＩＰＧ１４及びＥＴＳ２０をプログラムするための詳細な刺激パラメータを臨床医に供給する。
【００２５】
ＣＰ１８は、ＩＲ通信リンク３６を通じてＲＣ１６を通してＩＰＧ１４又はＥＴＳ２０と間接的に通信することによって上述の機能を実行することができる。代替的に、ＣＰ１８は、ＲＦ通信リンク（図示せず）を通じてＩＰＧ１４又はＥＴＳ２０と直接通信することができる。ＣＰ１８によって供給され、臨床医によって詳細に定められた刺激パラメータは、ＲＣ１６の独立型モードにおける（すなわち、ＣＰ１８の支援なしの）作動によって刺激パラメータを後に修正することができるようにＲＣ１６をプログラムするのにも使用される。
【００２６】
外部充電器２２は、誘導リンク３８を通じてＩＰＧ１４を経皮的に充電するのに使用される可搬式デバイスである。簡潔化の目的で、外部充電器２２の詳細内容に対しては、本明細書では説明しない。外部充電器の例示的な実施形態の詳細内容は、米国特許第６，８９５，２８０号明細書に開示されている。ＩＰＧ１４をプログラムし終わり、その電源を外部充電器２２によって充電又はそうでなければ補充し終わった状態で、ＩＰＧ１４は、ＲＣ１６又はＣＰ１８がなくてもプログラムされた通りに機能することができる。
【００２７】
次に、図３を参照して、刺激リード１２及びＩＰＧ１４の外部機能を簡単に以下に説明する。刺激リードの一方１２（１）は、８つの電極２６（Ｅ１〜Ｅ８とラベル付けしている）を有し、他方の刺激リード１２（２）は、８つの電極２６（Ｅ９〜Ｅ１６とラベル付けしている）を有する。リード及び電極の実際の個数及び形状は、当然ながら目標とする用途に従って変化することになる。ＩＰＧ１４は、電子構成要素及び他の構成要素（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接続する方式で刺激リード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、内部電子機器が体組織及び体液から保護される密封区画を形成する。一部の場合には、外側ケース４０は、電極として機能することができる。
【００２８】
ＩＰＧ１４は、バッテリと、ＩＰＧ１４内にプログラムされた刺激パラメータセットに従って電気刺激エネルギをパルス電気波形の形態で電極アレイ２６に送出するパルス発生回路とを含む。そのような刺激パラメータは、アノード（正）、カソード（負）として作動され、かつ停止（ゼロ）される電極を定める電極組合せと、各電極（再分割電極構成）に割り当てられる刺激エネルギの百分率と、パルス振幅（ＩＰＧ１４が電極アレイ２６に定電流又は定電圧のいずれを供給するかに依存してミリアンペア又はボルトで測定される）、パルス幅（マイクロ秒で測定される）、及びバースト率（刺激印加持続時間Ｘ及び刺激停止持続時間Ｙとして測定される）を定義する電気パルスパラメータとを含むことができる。
【００２９】
電気刺激は、１つをＩＰＧケースとすることができる２つ（又はそれよりも多く）の作動電極の間で発生することになる。刺激エネルギは、単極又は多重極（例えば、二重極、三重極等）の方式で組織に伝達することができる。単極刺激は、リード電極２６のうちで選択された１つがＩＰＧ１４のケースと共に作動され、従って、選択された電極２６とケースとの間で刺激エネルギが伝達される場合に発生する。二重極刺激は、リード電極２６のうちの２つがアノードとカソードとして作動され、従って、選択された電極２６の間で刺激エネルギが伝達される場合に発生する。例えば、第１のリード１２（１）上の電極Ｅ３をアノードとして作動させることができ、同時に第２のリード１２（１）上の電極Ｅ１１をカソードとして作動させることができる。三重極刺激は、リード電極２６のうちの３つが、２つをアノードとし、残りの１つをカソードとして、又は２つをカソードとし、残りの１つをアノードとして作動される場合に発生する。例えば、第１のリード１２上の電極Ｅ４及びＥ５は、アノードとして作動させることができ、同時に第２のリード１２上の電極Ｅ１２は、カソードとして作動される。
【００３０】
刺激エネルギは、電極の間で単相電気エネルギ又は多相電気エネルギとして送出することができる。単相電気エネルギは、全てが正（アノード性）又は全てが負（カソード性）のいずれかである一連のパルスを含む。多相電気エネルギは、正と負の間で交替する一連のパルスを含む。例えば、多相電気エネルギは、カソード性（負）の刺激パルスと、組織を通じた直接的な電流電荷転送を防止し、それによって電極の劣化及び細胞の創傷を回避するために刺激パルスの後に発生するアノード性（正）の再充電パルスとを各々が含む一連の２相パルスを含むことができる。すなわち、電荷は、電極における刺激期間（刺激パルスの長さ）中に電流によって電極−組織界面を通じて伝達され、次に、同じ電極における再充電期間（再充電パルスの長さ）中に反対の極性の電流によって電極−組織界面から引き戻される。再充電は、能動的（すなわち、電流を逆転させるためにエネルギが消費される）又は受動的（すなわち、蓄積される電荷が回路を通じて放電されるように回路を連結し合わせることによって回路が電流を逆転させることが可能になる）とすることができる。
【００３１】
図示の実施形態では、ＩＰＧ１４は、電極の各々から流れる電流のマグニチュードを個々に制御することができる。この場合、各電極に対する独立した電流供給源からの個別電流調整振幅を選択的に発生させることができる電流発生器を有することが好ましい。このシステムは、本発明を利用するのに最適であるが、本発明と共に使用することができる他の刺激器は、電圧調整出力を有する刺激器を含む。個々にプログラマブルな電極振幅は、精密な制御を提供する上で最適であるが、プログラミングにおける制御はそれ程精密ではないが電極にわたって切り換えられる単一の出力ソースを使用することができる。本発明と共に電流及び電圧混合調整デバイスを使用することができる。ＩＰＧの詳細な構造及び機能を解説する更なる詳細内容は、米国特許第６，５１６，２２７号明細書及び第６，９９３，３８４号明細書により完全に説明されている。
【００３２】
電気神経刺激システム１０は、ＩＰＧではなく、刺激リード１２に接続した埋め込み可能受信機−刺激器（図示せず）を代替的に利用することができることに注意すべきである。この場合、埋め込まれた受信機、並びに受信機−刺激器に命令する制御回路に電力供給するための電源、例えば、バッテリは、受信機−刺激器に電磁リンクを通じて誘導結合された外部コントローラに収容されることになる。データ／電力信号は、埋め込まれた受信機−刺激器の上に配置されたケーブル接続の送信コイルから経皮的に結合される。埋め込まれた受信機−刺激器は、信号を受信して制御信号に従って刺激を発生させる。
【００３３】
図４に示しているように、電極リード１２は、患者４４の脊椎４６内に埋め込まれる。刺激リード１２の好ましい配置は、刺激される脊髄区域の近くの硬膜に隣接し、すなわち、その上に収まる。電極リード１２が脊椎４６を出る位置の近くの空間の欠如に起因して、一般的にＩＰＧ１４は、腹部内又は臀部上方のいずれかにおける外科手術によって作成されたポケット内に埋め込まれる。ＩＰＧ１４は、当然ながら患者の身体の他の位置に埋め込むことができる。リード延長部２４は、電極リード１２の出口ポイントから離れてＩＰＧ１４を設置するのを容易にする。図４に示しているように、ＣＰ１８は、ＲＣ１６を通じてＩＰＧ１４と通信を行う。
【００３４】
ここで、図５を参照してＲＣ１６の一例示的実施形態を以下に説明する。先に解説したように、ＲＣ１６は、ＩＰＧ１４、ＣＰ１８、又はＥＴＳ２０と通信を行うことができる。ＲＣ１６は、内部構成要素（プリント回路基板（ＰＣＢ）を含む）を収容するケーシング５０と、ケーシング５０の外面によって担持された照明表示画面５２及びボタンパッド５４とを含む。図示の実施形態では、表示画面５２は照明フラットパネル表示画面であり、ボタンパッド５４は、フレックス回路の上に位置決めされた金属ドームを有する膜スイッチと、ＰＣＢに直接接続したキーパッドとを含む。任意的な実施形態では、表示画面５２は、タッチスクリーン機能を有する。ボタンパッド５４は、ＩＰＧ１４を起動及び停止することを可能にし、ＩＰＧ１４内の刺激パラメータの調節又は設定を可能にし、画面の間の選択を可能にする複数のボタン５６、５８、６０、及び６２を含む。
【００３５】
図示の実施形態では、ボタン５６は、ＩＰＧ１４を起動及び停止するように作動させることができるオン／オフボタンとして機能する。ボタン５８は、ＲＣ１６が、画面表示及び／又はパラメータの間で切り換わることを可能にする選択ボタンとして機能する。ボタン６０及び６２は、パルス振幅、パルス幅、及びパルス繰返し数を含むＩＰＧ１４によって発生するパルスの刺激パラメータのうちのいずれかを増分又は減分させるように作動させることができる上／下ボタンとして機能する。例えば、選択ボタン５８は、ＲＣ１６を上／下ボタン６０、６２によってパルス振幅を調節することができる「パルス振幅調節モード」、上／下ボタン６０、６２によってパルス幅を調節することができる「パルス幅調節モード」、及び上／下ボタン６０、６２によってパルス繰返し数を調節することができる「パルス繰返し数調節モード」に入れるように作動させることができる。代替的に、各刺激パラメータに対して専用上／下ボタンを設けることができる。刺激パラメータを増分又は減分するのに、上／下ボタンを使用する代わりに、ダイヤル、スライダバー、又はキーパッドのようなあらゆる他の種類の作動機構を使用することができる。ＲＣ１６の機能及び内部構成要素の更なる詳細内容は、米国特許第６，８９５，２８０号明細書に開示されている。
【００３６】
図６を参照して、ここで例示的なＲＣ１６の内部構成要素を以下に説明する。一般的に、ＲＣ１６は、プロセッサ６４（例えば、マイクロコントローラ）と、プロセッサ６４による実行のための作動プログラム、並びにルックアップテーブル（以下に説明する）内の刺激パラメータセットを格納するメモリ６６と、入力／出力回路、特に、刺激パラメータをＩＰＧ１４に出力し、ステータス情報をＩＰＧ１４から受信するための遠隔測定（テレメトリ）回路６８、及びボタンパッド５４から刺激制御信号を受け取り、表示画面５２（図５に示している）にステータス情報を伝達するための入力／出力回路７０とを含む。ＲＣ１６の他の機能を制御することに加えて、プロセッサ６４は、ボタンパッド５４のユーザ操作に応答して新しい刺激パラメータセットを発生させる。その後に、これらの新しい刺激パラメータセットは、遠隔測定回路６８を通じてＩＰＧ１４（又はＥＴＳ２０）に送信されることになる。ＲＣ１６の機能及び内部構成要素の更なる詳細内容は、米国特許第６，８９５，２８０号明細書に開示されている。
【００３７】
上記に簡単に解説したように、ＣＰ１８は、複数の電極組合せのプログラミングを大幅に簡素化し、医師又は臨床医が、ＩＰＧ１４、並びにＲＣ１６内にプログラミングされる望ましい刺激パラメータを即座に判断することを可能にする。この場合、埋め込み後のＩＰＧ１４のプログラミング可能なメモリ内の刺激パラメータの修正は、臨床医により、ＩＰＧ１４と直接通信を行うことができ、又はＲＣ１６を通じてＩＰＧ１４と間接的に通信を行うことができるＣＰ１８を用いて実施される。すなわち、ＣＰ１８は、医師又は臨床医が電極アレイ２６の作動パラメータを修正するのに使用することができる。
【００３８】
図４に示しているように、ＣＰ１８の全体の外観は、ラップトップパーソナルコンピュータ（ＰＣ）のものとすることができ、実際に、指向プログラミングデバイスを含むように適切に構成され、本明細書に説明する機能を実施するようにプログラムされたＰＣを用いて実施することができる。この場合、プログラミング技術は、ＣＰ１８内に含まれるソフトウエア命令を実行することによって実施することができる。代替的に、そのようなプログラミング技術は、ファームウエア又はハードウエアを用いて実施することができる。いずれの場合にも、ＣＰ１８は、ＩＰＧ１４（又はＥＴＳ２０）によって発生する電気刺激の特性を能動的に制御することができ、患者のフィードバックに基づいて最適な刺激パラメータを判断し、その後に、この最適な刺激パラメータを用いてＩＰＧ１４（又はＥＴＳ２０）をプログラムすることを可能にする。
【００３９】
臨床医がこれらの機能を実行することを可能にするために、ＣＰ１８は、マウス７２、キーボード７４、及びケース７８に収容されたプログラミング表示画面７６を含む。マウス７２に加えて又は代替的に、ジョイスティック、又はキーボード７４に付随するキーの一部として含まれる方向キーのような他の指向プログラミングデバイスを使用することができることを認めるべきである。図７に示しているように、一般的に、ＣＰ１８は、プロセッサ８０（例えば、中央演算装置（ＣＰＵ））と、臨床医がＩＰＧ１４及びＲＣ１６をプログラムすることを可能にするためにプロセッサ８０を実行することができる刺激プログラミングパッケージ８４を格納するメモリ８２とを含む。以下により詳細に説明するあらゆる計算機能及び特定機能を含むＣＰ１８の他の機能を制御することに加えて、プロセッサ８０は、ユーザ入力デバイス７２、７４のユーザ操作に応答して新しい刺激パラメータセットを発生させる。その後に、これらの新しい刺激パラメータセットは、以下に解説する適正な状況の下で、遠隔測定回路６８を通じてＩＰＧ１４（又はＥＰＳ２０）及びＲＣ１６に送信されることになる。
【００４０】
重要な点として、ＩＰＧ１４は、複数のタイミングチャンネルにわたって作動するようにＣＰ１８（又は代替的に、ＲＣ１６）によってプログラムすることができる。具体的には、電極のあらゆる組合せをｋ個までの可能な群、すなわち、タイミングチャンネルに割り当てることができる。一実施形態では、ｋは、４に等しいとすることができる。タイミングチャンネルは、刺激される組織内に電界を生成するためにどの電極が電流を同期的に供給又は流出させるように選択されるかを識別する。ＣＰ１８内のプログラミングソフトウエアは、所定のタイミングチャンネルの電極に対して、考えられるプログラマブル特徴の中でも取りわけ電極の極性、振幅、パルス繰返し数、及びパルス幅を含む刺激パラメータを設定するのに使用することができる。
【００４１】
それぞれのタイミングチャンネルに割り当てられる電極組合せは、互いから完全に異なるものとすることができ、又は１つ又はそれよりも多くの共通電極を有することができる。背景技術で解説した事例を含む１つ又はそれよりも多くの共通電極がタイミングチャンネルに割り当てられる場合には、それぞれのタイミングチャンネル内で発生する電気パルスの間の重複を防止することが望ましい。ＣＰ１８は、いかなるパルスの「押し出し」も必要としない方式で交互配置することができるパルス電気波形を用いてＩＰＧ１４の複数のタイミングチャンネルをユーザが単純にプログラムすることを可能にすることにより、タイミングチャンネル間の重複刺激パルスを除去することができる。
【００４２】
具体的には、図８を参照すると、可能性としてＩＰＧ１４の２つのタイミングチャンネル（チャンネル１及びチャンネル２）を２つのパルス電気波形１００ａ、１００ｂそれぞれを用いてＣＰ１８によってプログラムすることができる。それぞれのタイミングチャンネルに割り当てられる電極組合せは、一般的に、２つの異なる領域（例えば、ＳＣＳの場合は背中の下部及び左腕）の治療をもたらすものになる。上記に簡単に解説したように、各タイミングチャンネルは、刺激される組織内に電界を生成するために電流を同期的に供給又は流出させるように選択される電極を識別し、各タイミングチャンネルに割り当てられる電極の振幅及び極性は変更することができる。この場合、米国特許第６，８９５，２８０号明細書に例示されているように、いずれかを特定のタイミングチャンネル内で送出される１つよりも多いパルス電気波形を存在させることができる。しかし、簡潔化及び明瞭化の目的で、各タイミングチャンネルには１つのパルス電気波形しか示していない。更に、図８に例示しているパルス電気波形は、本質的に単相であるが、タイミングチャンネルの間に送出されるパルス電気波形は、本質的に多相のものとすることができる。
【００４３】
上述のように、ＣＰ１８は、ＲＣ１６を通じてＩＰＧ１４を間接的にプログラムすることができる。第１のパルス電気波形１００ａは、時間周期ｔ1及びパルス幅Ｔ1を有し、第２のパルス電気波形１００ｂは、時間周期ｔ2及びパルス幅Ｔ2を有する。これらのパルス電気波形１００ａ、１００ｂは、ＣＰ１８のユーザインタフェース（マウス７２又はキーボード７４）によって受け取られる入力に応答して従来方式で定義することができる。次に、患者に治療を提供するために（例えば、患者が有する異なる組織領域をプログラムされたパルス電気波形１００ａ、１００ｂをそれぞれ用いて刺激することにより）、刺激エネルギをプログラムされたパルス電気波形１００ａ、１００ｂに従ってＩＰＧ１４から複数のタイミングチャンネルを通じて送出することができる。
【００４４】
ＣＰ１８は、いかなるパルスの押し出しも必要としない（それによってタイミングチャンネル間の周波数同期又は他の問題を防止する）方式でパルス電気波形１００ａ、１００ｂを交互配置することができるか否かを時間周期ｔ1、ｔ2の最大公約数（ＧＣＤ）関数とそれぞれのパルス電気波形１００のパルス幅Ｔ1、Ｔ2の和とに基づいて判断することができる。具体的には、ＧＣＤ（ｔ1，ｔ2）≧Ｔ1＋Ｔ2である場合には、パルス重複を防止するのにパルスを押し出す必要はなく、パルス電気波形１００ａ、１００ｂを交互配置することができると判断される。この目的のために、ＣＰ１８は、時間周期ｔ1、ｔ2のＧＣＤと、パルス幅Ｔ1、Ｔ2の和とを計算し、時間周期ｔ1、ｔ2のＧＣＤがパルス幅Ｔ1、Ｔ2の和に等しいか又はそれよりも大きい場合には、パルス電気波形１００ａ、１００ｂを用いてタイミングチャンネルをプログラムすることを可能にする。ＣＰ１８は、波形１００ａ、１００ｂ内のいかなるパルスも互いに時間的に重複しないように、パルス電気波形１００ａ、１００ｂを単純に交互配置することによってＩＰＧ１４のタイミングチャンネルをプログラムすることができる。
【００４５】
図示の実施形態では、時間周期ｔ1は、２という単位値を有し、時間周期ｔ2は、２という単位値を有し、パルス幅Ｔ1は、１という単位値を有し、パルス幅Ｔ2は、１という単位値を有する。この場合、ＧＣＤ（ｔ1，ｔ2）≧Ｔ1＋Ｔ2は、ＧＣＤ（２，２）≧１＋１になり、これは、２≧２になる。従って、パルス重複を防止するのにパルスを押し出す必要のない方式で、パルス電気波形１００ａ、１００ｂを交互配置することができる。従って、ＣＰ１８は、ユーザが、パルス電気波形１００ａ、１００ｂを用いてＩＰＧ１４のタイミングチャンネルをプログラムすることを可能にする。図８から、２つのパルス電気波形が同じ時間周期及び同じパルス幅を有する場合には、重複を防止するのにパルスを押し出すことを必要とせずに波形を交互配置することができることが分る。更に、パルスの一方が短いパルス幅を有し、他方が長いパルス幅を有する場合には、重複なしに依然として２つのパルスを適合させることができることが分る。
【００４６】
しかし、この技術は、異なる時間周期を有するパルス電気波形にも適用することができる。例えば、図９を参照すると、可能性としてＩＰＧ１４の２つのタイミングチャンネル（チャンネル１及びチャンネル２）は、波形１００ａ、１００ｂのパルス幅ｔ1、ｔ2が同じままに留まっているのに対して波形１１０ａ、１１０ｂの周期Ｔ1、Ｔ2が互いから異なることを除いて、図８に例示しているパルス電気波形１００ａ、１００ｂと類似の２つのパルス電気波形１１０ａ、１１０ｂを用いてＣＰ１８によってプログラムすることができる。この例では、図８に例示しているパルス電気波形１００ａ、１００ｂ内のパルスのうちの一部を飛ばして、図９に例示するパルス電気波形１１０ａ（１つ置きに）、１１０ｂ（パルス３つ毎に第２及び第３を）を定めている。
【００４７】
図９に例示している例示的な事例では、時間周期ｔ1は、４という単位値を有し、時間周期ｔ2は、６という単位値を有し、パルス幅Ｔ1は、１という単位値を有し、パルス幅Ｔ2は、１という単位値を有する。この場合、ＧＣＤ（ｔ1，ｔ2）≧Ｔ1＋Ｔ2は、ＧＣＤ（４，６）≧１＋１になり、これは、２≧２になり、これは、真である。従って、パルス重複を防止するのにパルスを押し出す必要のない方式で、パルス電気波形１１０ａ、１１０ｂを交互配置することができる。従って、ＣＰ１８は、ユーザが、パルス電気波形１１２、１１４を用いてＩＰＧ１４のタイミングチャンネルをプログラムすることを可能にする。
【００４８】
図８及び図９に例示している従来の事例では、ＩＰＧ１４の２つのタイミングチャンネルのみがプログラムされる。ＩＰＧ１４の２つよりも多いタイミングチャンネルをプログラムすることができることを認めるべきである。具体的には、図１０を参照すると、可能性としてＩＰＧ１４の３つのタイミングチャンネル（チャンネル１、チャンネル２、及びチャンネル３）は、３つのパルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃそれぞれを用いてＣＰ１８によってプログラムすることができる。第１のパルス電気波形１２０ａは、時間周期ｔ1及びパルス幅Ｔ1を有し、第２のパルス電気波形１２０ｂは、時間周期ｔ2及びパルス幅Ｔ2を有し、第３のパルス電気波形１２０ｃは、時間周期ｔ3及びパルス幅Ｔ3を有する。従来の波形と同様に、これらのパルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、ＣＰ１８のユーザインタフェース（マウス７２又はキーボード７４）によって受け取られる入力に応答して従来方式で定義することができる。次に、患者に治療を提供するために（例えば、患者が有する異なる組織領域をプログラムされたパルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃをそれぞれ用いて刺激することにより）、刺激エネルギをプログラムされたパルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに従ってＩＰＧ１４から複数のタイミングチャンネルを通じて送出することができる。
【００４９】
従来のパルス電気波形と同様に、ＣＰ１８は、いかなるパルスの押し出しも必要としない（それによってタイミングチャンネル間の周波数同期を防止する）方式でパルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを交互配置することができるか否かを時間周期ｔ1、ｔ2、ｔ3の最大公約数（ＧＣＤ）関数とそれぞれのパルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃのパルス幅Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3の和とに基づいて判断することができる。この関数は、以下の通りに一般化することができる。ＧＣＤ（ｔ1，．．．，ｔx）≧Ｔ1＋．．．＋Ｔx（ｘは、パルス電気波形（又はタイミングチャンネル）の個数である）である場合には、パルス重複を防止するのにパルスを押し出す（どかせる）必要はなく、ｘ個のパルス電気波形を交互配置することができると判断される。この目的のために、ＣＰ１８は、時間周期ｔ1，．．．，ｔxのＧＣＤと、パルス幅Ｔ1，．．．，Ｔxの和とを計算し、時間周期ｔ1，．．．，ｔxのＧＣＤがパルス幅Ｔ1，．．．，Ｔxの和に等しいか又はそれよりも大きい場合には、ｘ個のパルス電気波形を用いてタイミングチャンネルをプログラムすることを可能にする。ＣＰ１８は、波形内のいかなるパルスも互いに時間的に重複しないように、ｘ個のパルス電気波形を単純に交互配置することによってＩＰＧ１４のタイミングチャンネルをプログラムすることができる。
【００５０】
図１０に図示の実施形態では、時間周期ｔ1は、６という単位値を有し、時間周期ｔ2は、６という単位値を有し、時間周期ｔ3は、３という単位値を有し、パルス幅Ｔ1は、１という単位値を有し、パルス幅Ｔ2は、１という単位値を有し、パルス幅Ｔ3は、１という単位値を有する。この場合、ＧＣＤ（ｔ1，．．．，ｔx）≧Ｔ1＋．．．＋Ｔxは、ＧＣＤ（６，６，３）≧１＋１＋１になり、これは、３≧３になり、これは、真である。従って、パルス重複を防止するのにパルスを押し出す必要のない方式で、パルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを交互配置することができる。従って、ＣＰ１８は、ユーザが、パルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを用いてＩＰＧ１４のタイミングチャンネルをプログラムすることを可能にする。図１０の例から、ｔ1＝ｔ2≠ｔ3、例えば、ｔ1＝ｔ2＝２ｔ3（又はｆ1＝ｆ2＝（１／２）ｆ3、この場合ｆは周波数）である場合には、重複を防止するのにパルスを押し出すことを必要とせずに３つのパルス電気波形を交互配置することができることが分る。
【００５１】
取りわけ、２つよりも多いタイミングチャンネルが使用される一部の状況では、ＧＣＤ基準は、そうでなければパルス押し出しを必要とせずにプログラミング可能にすることができるパルス電気波形の使用を不要に阻止する場合がある。従って、ＧＣＤ基準には例外又は注意事項が存在することができる。一事例では、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形を単一のパルス電気波形に組み合わせることができる場合には、ＧＣＤ基準は、この単一のパルス電気波形（構成パルス電気波形の組合せの後の）とあらゆる他の利用可能な電気波形とに適用すべきである。
【００５２】
例えば、図１１を参照すると、可能性としてＩＰＧ１４の３つのタイミングチャンネルは、３つのパルス電気波形１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃそれぞれを用いてＣＰ１８によってプログラムすることができる。第１のパルス電気波形１３０ａは、時間周期ｔ1及びパルス幅Ｔ1を有し、第２のパルス電気波形１３０ｂは、時間周期ｔ2及びパルス幅Ｔ2を有し、第３のパルス電気波形１３０ｃは、時間周期ｔ3及びパルス幅Ｔ3を有する。この例示的な事例では、時間周期ｔ1は、３という単位値を有し、時間周期ｔ2は、６という単位値を有し、時間周期ｔ3は、６という単位値を有し、パルス幅Ｔ1は、１という単位値を有し、パルス幅Ｔ2は、２という単位値を有し、パルス幅Ｔ3は、２という単位値を有する。
【００５３】
この場合、ＧＣＤ（ｔ1，．．．，ｔx）≧Ｔ1＋．．．＋Ｔxは、ＧＣＤ（３，６，６）≧１＋２＋２になり、これは、３≧５になり、これは、偽である。すなわち、ＧＣＤ基準は、パルス電気波形１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの更に別の操作なしには、パルス重複を防止するのにパルスを押し出す必要のない方式でパルス電気波形１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを交互配置することができないことを示している。しかし、図１２に示しているように、第２のパルス電気波形１３０ｂと第３のパルス電気波形１３０ｃとが、単一のパルス電気波形１３０ｄで交互配置された場合には、得られる時間周期ｔ4は、３という単位値になり、得られるパルス幅Ｔ4は、２という単位値に留まることになる。この場合、ＧＣＤ（ｔ1，．．．，ｔx）≧Ｔ1＋．．．＋Ｔxは、ＧＣＤ（３，３）≧１＋２になり、これは、３≧３になり、これは、真である。すなわち、実際にはパルス重複を防止するのにパルスを押し出す必要のない方式で、パルス電気波形１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを交互配置することができる。従って、ＣＰ１８は、ユーザが、パルス電気波形１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを用いてＩＰＧ１４のタイミングチャンネルをプログラムすることを可能にする。チャンネル２と３の１つのタイミングチャンネルへの組合せを実際には真に発生させる必要はなく、手を加えることなく単に組み合わせることができることに注意すべきである。言い換えれば、チャンネル２と３を異なるチャンネルを分割することによって作成することができる場合には、チャンネル１、２、及び３は有効な組合せである。
【００５４】
すなわち、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形を可能な場合に交互配置する効果は、そうでなければパルス電気波形の全ての周期のＧＣＤがパルス電気波形のパルス幅の和と等しくないか又はそれよりも大きくないという理由から許容可能にすることができない波形をＩＰＧ１４内にプログラムすることを可能にすることができる。図８〜図１２に関して、ＣＰ１８がプログラミング機能を実行するように説明したが、代替的に、ＲＣ１６を使用することができる。この場合には、ＲＣ１６は、いかなるパルスの「押し出し」も必要としない方式で交互配置することができるパルス電気波形を用いてＩＰＧ１４の複数のタイミングチャンネルをユーザが単純にプログラムすることを可能にすることにより、タイミングチャンネル間の周波数同期を除去することができる。この場合、ＲＣ１６のプロセッサ６４は、パルス電気波形の定義機能及び計算機能を実行するのに使用され、ＲＣ１６の遠隔測定回路６８は、ＩＰＧ１４をプログラムするのに使用される。
【００５５】
本発明の特定的な実施形態を図示して説明したが、本発明をこれらの好ましい実施形態に限定するように意図しておらず、当業者には、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が明らかであろう。すなわち、本発明は、特許請求によって定められる本発明の精神及び範囲に含めることができる代替、修正、及び均等物を網羅するように意図している。
【符号の説明】
【００５６】
１２ リード
１４ 埋め込み可能パルス発生器（ＩＰＧ）
１６ 外部遠隔コントローラ（ＲＣ）
１８ プログラム作成器（ＣＰ）
２０ 外部試験刺激器（ＥＴＳ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組織刺激システムに関し、より具体的には、マルチチャンネル神経刺激システムにおける周波数同期を除去又は低減するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
埋め込み可能神経刺激システムは、様々な疾病及び障害において治療効果を有することを証明している。ペースメーカー及び埋め込み可能心細動除去器（ＩＣＤ）は、いくつかの心臓疾患（例えば、不整脈）の治療において非常に有効であることを証明している。脊髄刺激（ＳＣＳ）システムは、慢性疼痛症候群の治療のための治療方式として長い間受け入れられており、組織刺激の用途は、狭心症及び失禁のような更に別の用途に広がり始めている。脳深部刺激（ＤＢＳ）もまた、不応性慢性疼痛症候群の治療に１０年を大幅に超えて適用されており、また、最近では、ＤＢＳは、運動障害及び癲癇のような更に別の分野に適用されている。更に、最近の研究では、末梢神経刺激（ＰＮＳ）システムが、慢性疼痛症候群及び失禁の治療において有効性を示しており、いくつかの付加的な用途が現在研究されている。更に、脊髄損傷の患者において麻痺肢にある程度の機能を回復させる上で、ＮｅｕｒｏＣｏｎｔｒｏｌ（オハイオ州クリーブランド）によるＦｒｅｅｈａｎｄシステムのような機能的電気刺激（ＦＥＳ）システムが適用されている。
【０００３】
一般的に、これらの埋め込み可能神経刺激システムは、望ましい刺激部位に埋め込まれる刺激リードを担持する１つ又はそれよりも多くの電極、及び刺激部位から離れて埋め込まれるが、刺激リードに直接結合されるか又はリード延長部を通じて刺激リードに間接的に結合されるかのいずれかである神経刺激器（例えば、埋め込み可能パルス発生器（ＩＰＧ））を含む。更に、神経刺激システムは、選択された刺激パラメータに従って電気刺激パルスを発生させるように神経刺激器に遠隔的に命令する外部制御デバイスを含むことができる。
【０００４】
電気刺激エネルギは、神経刺激器から電極にパルス電気波形の形態で送出することができる。この場合、刺激エネルギは、神経組織を刺激するように電極に制御可能に送出することができる。電気パルスをターゲット組織に送出するのに使用される電極の組合せは、電極組合せを構成し、これらの電極は、アノード（正）、カソード（負）、又は停止状態（ゼロ）として機能するように選択的にプログラムすることができる。言い換えれば、電極組合せは、正、負、又はゼロである極性を表す。制御又は変更することができる他のパラメータは、電極アレイを通じて供給される電気パルスの振幅、幅、及び繰返し数を含む。各電極組合せは、電気パルスパラメータと共に「刺激パラメータセット」と呼ぶことができる。
【０００５】
一部の神経刺激システム、特に独立して制御される電流供給源又は電圧供給源を有するものでは、電極（電極として機能することができる神経刺激器の場合を含む）への電流の配分は、電流が、多くの異なる電極構成を通じて供給されるように変更することができる。異なる構成では、電極は、異なる電流配分（すなわち、再分割電極構成）をもたらすように、正の電流又は電圧と負の電流又は電圧との異なる相対百分率で電流又は電圧を供給することができる。
【０００６】
上記に簡単に解説したように、選択された刺激パラメータに従って電気刺激パルスを発生させるように神経刺激器に命令するのに外部制御デバイスを使用することができる。一般的に、神経刺激器システムによって患者に供給される電気刺激を修正するために、神経刺激器内にプログラムされる刺激パラメータを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することができる。しかし、利用可能な電極の個数は、様々な複雑な刺激パルスを発生させる機能との組合せで、臨床医又は患者に対して刺激パラメータセットの莫大な選択枝を与える。
【０００７】
そのような選択を容易にするために、一般的に臨床医は、コンピュータ処理によるプログラミングシステムによって神経刺激器をプログラムする。このプログラミングシステムは、内蔵ハードウエア／ソフトウエアシステムとすることができ、又は標準のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）上で作動するソフトウエアによって主に形成することができる。ＰＣ又はカスタムハードウエアは、患者のフィードバック又は他の手段に基づいて最適な刺激パラメータを判断することを可能にし、更に、その後に一般的に治療の利点をもたらすためにターゲット組織の全てを刺激するが、刺激される非ターゲット組織の量を最低限に抑制するものになる１つ又は複数の最適な刺激パラメータを用いて神経刺激器をプログラムすることを可能にするように神経刺激器によって発生する電気刺激の特性を能動的に制御することができる。コンピュータ処理によるプログラミングシステムは、患者を診察する臨床医によっていくつかのシナリオで作動させることができる。
【０００８】
多くの場合に、患者における異なる組織領域をターゲットとして電気刺激を印加する時には、複数のタイミングチャンネルが使用される。例えば、ＳＣＳの関連では、患者は、異なる領域（背中の下部、左腕、及び右脚等）において同時に疼痛を受ける場合があり、それによって異なる脊髄組織領域の電気刺激を必要とすることになる。ＤＢＳの関連では、複数の脳構造に付随する疾病を同時に治療するために、これらの複数の脳構造を電気的に刺激する必要がある場合がある。各タイミングチャンネルは、電気パルスをターゲット組織に送出するのに使用される電極の組合せ、並びに電極を通じて流れる電流の特性（パルス振幅、パルス持続時間、パルス周波数等）を識別する。
【０００９】
複数のタイミングチャンネルの使用は、多くの場合に、電気刺激システムにおいて２つ又はそれよりも多くのタイミングチャンネルの間のパルス重複の可能性に起因する問題を招く場合がある。共通の電極を使用するパルス重複は、神経刺激システムを無効にするか又は有害にさえする場合がある。複数のタイミングチャンネルを使用する現在の神経刺激システムは、パルス重複を防止するために「トークン」方法として公知の方法を使用する。この方法は、他のタイミングチャンネルが自らの順番を待つ間に「トークン」を有するタイミングチャンネル内で電気パルスを送信することを可能にする。次に、「トークン」は、次のタイミングチャンネルに渡される。しかし、チャンネルの刺激列が重なり、従って、同時に「トークン」を要求した場合には、第２のチャンネル内での電気パルスの送信は、第１のタイミングチャンネル内での電気パルスの送信の終了時点まで待たなければならない。１つの起こり得る結果は、第２のタイミングチャンネル内で送信される電気パルスの周波数が第１のタイミングチャンネル内で送信される電気パルスの周波数に「ロック」される（すなわち、マッチする）ということであり、又は電気パルスのギャロッピング又はクランピングを受ける場合がある。従って、刺激パルスの発生が時間的に押し出されると、特定の規則的周波数における刺激を必要とする組織領域に対して刺激治療は無効になるか、又は有害にさえなる。
【００１０】
「トークン」方法は、図１を参照することで最も明快に理解することができる。この図に示しているように、第１の周波数を有する第１のパルス電気波形５ａは、タイミングチャンネルＡ内で送信され、第２の周波数を有する第２のパルス電気波形５ｂは、タイミングチャンネルＢ内で送信されることが望ましい。タイミングチャンネルＡが「トークン」を有するので、タイミングチャンネルＢ内で送信される第２のパルス電気波形５ｂのパルスは、これらのパルスが第１のパルス電気波形５ａのパルスと重なる度に「押し出す」必要がある。押し出されたパルス電気波形５ｃで分るように、パルスが押し出されると（水平矢印に示している）、次のパルスは、タイミングにおいて新しい（押し出された）パルスを拠り所とする。それに伴って次のパルスは、以前のパルスが押し出される時に一度、更にタイミングチャンネルＡの間に送信されるパルス電気波形５ａのパルスと重なる時に二度目というように「二重押し出し」を受ける。その結果、第２のパルス電気波形５ｂ内のパルスの周波数は、第１のパルス電気波形５ａにおける周波数に強制され（すなわち、ロックされ）、望ましい周波数よりも２倍小さい周波数を有するパルス電気波形５ｄがもたらされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【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６，５１６，２２７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，９９３，３８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
すなわち、マルチチャンネル神経刺激システム内のパルス重複を防止又は最小にするための改善された方法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】
【００１３】
本発明の一態様により、マルチチャンネル神経刺激システムにおける重複パルスを防止する方法を提供する。本方法は、周期及びパルス幅を各々が有する複数のパルス電気波形を定義する段階を含む。パルス電気波形は、例えば、ユーザ入力に応答して定義することができる。更に、本方法は、パルス電気波形の周期の最大公約数を計算する段階と、パルス電気波形のパルス幅の和を計算する段階とを含む。更に、本方法は、最大公約数が和に等しいか又はそれよりも大きい場合に、パルス電気波形を用いて神経刺激システム内の複数のタイミングチャンネルをプログラムすること（例えば、外部制御デバイスを用いて）を可能にする段階を含む。タイミングチャンネルは、いかなるパルスも別のパルスと時間的に重複しないような方式でプログラムすることができる。
【００１４】
１つの方法では、タイミングチャンネルのうちの少なくとも２つは、共通電極を用いてプログラムされており、パルス電気波形における周期は異なる。更に、本方法は、患者に治療を提供するために、例えば、患者が有する異なる組織領域を刺激するために、刺激エネルギを神経刺激システムからプログラムされたパルス電気波形に従って送出する段階を更に含む。本方法は、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形を単一のパルス波形で交互配置する段階を任意的に含み、この場合、複数のパルス電気波形は、この単一のパルス波形を含むことになり、タイミングチャンネルのうちの２つ又はそれよりも多くをこれらの２つ又はそれよりも多くのパルス波形を用いてそれぞれプログラムすることが可能になる。例えば、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形における周期が等しい場合には、これらのパルス電気波形は、単一のパルス波形で交互配置することができる。
【００１５】
本発明の第２の態様により、神経刺激デバイスのための外部制御デバイスを提供する。外部制御デバイスは、ユーザからの入力を受け取るように構成されたユーザインタフェースと、遠隔測定（テレメトリ）回路と、ユーザからの入力に応答して複数のパルス電気波形を定義するように構成されたプロセッサとを含む。パルス電気波形は、例えば、ユーザ入力に応答して定義することができる。更に、プロセッサは、パルス電気波形の周期の最大公約数を計算し、パルス電気波形のパルス幅の和を計算するように構成される。更に、プロセッサは、最大公約数が和に等しいか又はそれよりも大きい場合に、パルス電気波形を用いて遠隔測定回路によって神経刺激デバイスにおける複数のタイミングチャンネルをプログラムするように構成される。タイミングチャンネルは、いかなるパルスも別のパルスと時間的に重複しないような方式でプログラムすることができる。
【００１６】
一実施形態では、タイミングチャンネルのうちの少なくとも２つは、共通の電極を用いてプログラムされており、パルス電気波形における周期は異なる。任意的な実施形態では、プロセッサは、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形を単一のパルス波形で交互配置するように更に構成され、複数のパルス電気波形は、この単一のパルス波形を含み、この場合、複数のパルス電気波形は、この単一のパルス波形を含むことになり、タイミングチャンネルのうちの２つ又はそれよりも多くは、これらの２つ又はそれよりも多くのパルス波形を用いてそれぞれプログラムすることが可能になる。例えば、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形における周期が等しい場合には、これらのパルス電気波形は、単一のパルス波形で交互配置することができる。一実施形態では、プロセッサは、患者に治療を提供するために、刺激エネルギが神経刺激デバイスからプログラムされたパルス電気波形に従って送出されるようにタイミングチャンネルをプログラムするように構成される。例えば、患者が有する異なる組織領域は、送出される刺激エネルギをそれぞれ用いて刺激することができる。
【００１７】
本発明の他の及び更に別の態様及び特徴は、本発明を限定ではなく例示を意図した以下に続く好ましい実施形態の詳細説明から明らかであろう。
【００１８】
図面は、本発明の好ましい実施形態の設計及び有利性を示しており、これらの図面では、類似の要素を共通の参照番号で表記している。上記に列記した及び他の本発明の利点及び目的が如何に達成されるかをより明快に理解するために、上記に簡単に説明した本発明のより具体的な説明を添付図面に例示する本発明の特定的な実施形態を参照して行う。これらの図面は、単に本発明の典型的な実施形態を示し、従って、これらの図面は、本発明の範囲の限定と考えるべきではないという理解の下に、添付図面を用いて本発明を更に具体的かつ詳細に以下に説明かつ解説する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】複数のタイミングチャンネルにおいてプログラムされたパルス電気波形のパルス間の重複を防止するための従来技術における技術を示すタイミング図である。
【図２】本発明によって構成された脊髄刺激（ＳＣＳ）システムの実施形態の平面図である。
【図３】図２のＳＣＳシステムに使用される埋め込み可能パルス発生器（ＩＰＧ）の概略図である。
【図４】図２のＳＣＳシステムの患者に対して使用する際の平面図である。
【図５】図２のＳＣＳシステムに対して使用することができる遠隔制御器の平面図である。
【図６】図５の遠隔制御器の内部構成要素のブロック図である。
【図７】図２のＳＣＳシステムに対して使用することができる臨床医のプログラム作成器の構成要素のブロック図である。
【図８】図２のＳＣＳシステムによって第１のパルス電気波形セットを用いてプログラムされる２つのタイミングチャンネルを示すタイミング図である。
【図９】図２のＳＣＳシステムによって第２のパルス電気波形セットを用いてプログラムされる２つのタイミングチャンネルを示すタイミング図である。
【図１０】図２のＳＣＳシステムによって第３のパルス電気波形セットを用いてプログラムされる３つのタイミングチャンネルを示すタイミング図である。
【図１１】図２のＳＣＳシステムによって第４のパルス電気波形セットを用いてプログラムされる３つのタイミングチャンネルを示すタイミング図である。
【図１２】図２のＳＣＳシステムによってパルス電気波形のうちの２つが単一のパルス電気波形に組み合わされることを示すタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に続く説明は、脊髄刺激（ＳＣＳ）システムに関する。しかし、本発明は、ＳＣＳにおける用途に十分に適するが、その最も広義の態様ではそのように限定することができないことは理解されるものとする。より正確には、本発明は、組織を刺激するのに使用されるあらゆる種類の埋め込み可能電気回路と併用することができる。例えば、本発明は、ペースメーカー、細動除去器、蝸牛刺激器、網膜刺激器、連係した体肢運動をもたらす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、微小刺激器の一部として、又は尿失禁、睡眠時無呼吸、肩関節亜脱臼、頭痛などを治療するように構成されたあらゆる他の神経刺激器に対して使用することができる。
【００２１】
図２を参照すると、例示的なＳＣＳ神経刺激システム１０は、一般的に、１つ又はそれよりも多くの（この場合、２つの）埋め込み可能刺激リード１２、埋め込み可能パルス発生器（ＩＰＧ）１４、外部遠隔コントローラＲＣ１６、臨床医のプログラム作成器（ＣＰ）１８、外部試験刺激器（ＥＴＳ）２０、及び外部充電器２２を含む。
【００２２】
ＩＰＧ１４は、アレイで構成された複数の電極２６を担持する刺激リード１２に１つ又はそれよりも多くの経皮リード延長部２４を通じて物理的に接続される。図示の実施形態では、刺激リード１２は経皮リードであり、この目的のために電極２６は、刺激リード１２に沿って縦列で配置することができる。別の実施形態では、電極２６は、単一のパドルリード上に２次元パターンで配置することができる。以下により詳細に説明するが、ＩＰＧ１４は、電気刺激エネルギをパルス電気波形（すなわち、電気パルスの時系列）の形態で刺激パラメータセットに従って電極アレイ２６に送出するパルス発生回路を含む。
【００２３】
刺激リード１２には、経皮リード延長部２８及び外部ケーブル３０を通じてＥＴＳ２０を物理的に接続することができる。ＩＰＧ１４と類似のパルス発生回路を有するＥＴＳ２０もまた、電気刺激エネルギをパルス電気波形の形態で刺激パラメータセットに従って電極アレイ２６に送出する。ＥＴＳ２０とＩＰＧ１４との主な相違点は、ＥＴＳ２０が、供給される刺激の応答性を試すために、刺激リード１２が埋め込まれた後でかつＩＰＧ１４の埋め込みの前に試行ベースに使用される埋め込み不能デバイスである点である。例示的なＥＴＳの更なる詳細内容は、米国特許第６，８９５，２８０号明細書に説明されている。
【００２４】
ＲＣ１６は、双方向ＲＦ通信リンク３２を通じてＥＴＳ２０を遠隔測定（テレメトリ）制御するのに使用することができる。ＩＰＧ１４及び刺激リード１２が埋め込まれた状態で、双方向ＲＦ通信リンク３４を通じてＩＰＧ１４を遠隔測定制御するためにＲＣ１６を使用することができる。そのような制御は、ＩＰＧ１４を起動又は停止させ、異なる刺激パラメータセットを用いてプログラムすることを可能にする。ＩＰＧ１４は、プログラムされた刺激パラメータを修正して、ＩＰＧ１４によって出力される電気刺激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。以下により詳細に説明するが、ＣＰ１８は、手術室及び予後の診察においてＩＰＧ１４及びＥＴＳ２０をプログラムするための詳細な刺激パラメータを臨床医に供給する。
【００２５】
ＣＰ１８は、ＩＲ通信リンク３６を通じてＲＣ１６を通してＩＰＧ１４又はＥＴＳ２０と間接的に通信することによって上述の機能を実行することができる。代替的に、ＣＰ１８は、ＲＦ通信リンク（図示せず）を通じてＩＰＧ１４又はＥＴＳ２０と直接通信することができる。ＣＰ１８によって供給され、臨床医によって詳細に定められた刺激パラメータは、ＲＣ１６の独立型モードにおける（すなわち、ＣＰ１８の支援なしの）作動によって刺激パラメータを後に修正することができるようにＲＣ１６をプログラムするのにも使用される。
【００２６】
外部充電器２２は、誘導リンク３８を通じてＩＰＧ１４を経皮的に充電するのに使用される可搬式デバイスである。簡潔化の目的で、外部充電器２２の詳細内容に対しては、本明細書では説明しない。外部充電器の例示的な実施形態の詳細内容は、米国特許第６，８９５，２８０号明細書に開示されている。ＩＰＧ１４をプログラムし終わり、その電源を外部充電器２２によって充電又はそうでなければ補充し終わった状態で、ＩＰＧ１４は、ＲＣ１６又はＣＰ１８がなくてもプログラムされた通りに機能することができる。
【００２７】
次に、図３を参照して、刺激リード１２及びＩＰＧ１４の外部機能を簡単に以下に説明する。刺激リードの一方１２（１）は、８つの電極２６（Ｅ１〜Ｅ８とラベル付けしている）を有し、他方の刺激リード１２（２）は、８つの電極２６（Ｅ９〜Ｅ１６とラベル付けしている）を有する。リード及び電極の実際の個数及び形状は、当然ながら目標とする用途に従って変化することになる。ＩＰＧ１４は、電子構成要素及び他の構成要素（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接続する方式で刺激リード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、内部電子機器が体組織及び体液から保護される密封区画を形成する。一部の場合には、外側ケース４０は、電極として機能することができる。
【００２８】
ＩＰＧ１４は、バッテリと、ＩＰＧ１４内にプログラムされた刺激パラメータセットに従って電気刺激エネルギをパルス電気波形の形態で電極アレイ２６に送出するパルス発生回路とを含む。そのような刺激パラメータは、アノード（正）、カソード（負）として作動され、かつ停止（ゼロ）される電極を定める電極組合せと、各電極（再分割電極構成）に割り当てられる刺激エネルギの百分率と、パルス振幅（ＩＰＧ１４が電極アレイ２６に定電流又は定電圧のいずれを供給するかに依存してミリアンペア又はボルトで測定される）、パルス幅（マイクロ秒で測定される）、及びバースト率（刺激印加持続時間Ｘ及び刺激停止持続時間Ｙとして測定される）を定義する電気パルスパラメータとを含むことができる。
【００２９】
電気刺激は、１つをＩＰＧケースとすることができる２つ（又はそれよりも多く）の作動電極の間で発生することになる。刺激エネルギは、単極又は多重極（例えば、二重極、三重極等）の方式で組織に伝達することができる。単極刺激は、リード電極２６のうちで選択された１つがＩＰＧ１４のケースと共に作動され、従って、選択された電極２６とケースとの間で刺激エネルギが伝達される場合に発生する。二重極刺激は、リード電極２６のうちの２つがアノードとカソードとして作動され、従って、選択された電極２６の間で刺激エネルギが伝達される場合に発生する。例えば、第１のリード１２（１）上の電極Ｅ３をアノードとして作動させることができ、同時に第２のリード１２（１）上の電極Ｅ１１をカソードとして作動させることができる。三重極刺激は、リード電極２６のうちの３つが、２つをアノードとし、残りの１つをカソードとして、又は２つをカソードとし、残りの１つをアノードとして作動される場合に発生する。例えば、第１のリード１２上の電極Ｅ４及びＥ５は、アノードとして作動させることができ、同時に第２のリード１２上の電極Ｅ１２は、カソードとして作動される。
【００３０】
刺激エネルギは、電極の間で単相電気エネルギ又は多相電気エネルギとして送出することができる。単相電気エネルギは、全てが正（アノード性）又は全てが負（カソード性）のいずれかである一連のパルスを含む。多相電気エネルギは、正と負の間で交替する一連のパルスを含む。例えば、多相電気エネルギは、カソード性（負）の刺激パルスと、組織を通じた直接的な電流電荷転送を防止し、それによって電極の劣化及び細胞の創傷を回避するために刺激パルスの後に発生するアノード性（正）の再充電パルスとを各々が含む一連の２相パルスを含むことができる。すなわち、電荷は、電極における刺激期間（刺激パルスの長さ）中に電流によって電極−組織界面を通じて伝達され、次に、同じ電極における再充電期間（再充電パルスの長さ）中に反対の極性の電流によって電極−組織界面から引き戻される。再充電は、能動的（すなわち、電流を逆転させるためにエネルギが消費される）又は受動的（すなわち、蓄積される電荷が回路を通じて放電されるように回路を連結し合わせることによって回路が電流を逆転させることが可能になる）とすることができる。
【００３１】
図示の実施形態では、ＩＰＧ１４は、電極の各々から流れる電流のマグニチュードを個々に制御することができる。この場合、各電極に対する独立した電流供給源からの個別電流調整振幅を選択的に発生させることができる電流発生器を有することが好ましい。このシステムは、本発明を利用するのに最適であるが、本発明と共に使用することができる他の刺激器は、電圧調整出力を有する刺激器を含む。個々にプログラマブルな電極振幅は、精密な制御を提供する上で最適であるが、プログラミングにおける制御はそれ程精密ではないが電極にわたって切り換えられる単一の出力ソースを使用することができる。本発明と共に電流及び電圧混合調整デバイスを使用することができる。ＩＰＧの詳細な構造及び機能を解説する更なる詳細内容は、米国特許第６，５１６，２２７号明細書及び第６，９９３，３８４号明細書により完全に説明されている。
【００３２】
電気神経刺激システム１０は、ＩＰＧではなく、刺激リード１２に接続した埋め込み可能受信機−刺激器（図示せず）を代替的に利用することができることに注意すべきである。この場合、埋め込まれた受信機、並びに受信機−刺激器に命令する制御回路に電力供給するための電源、例えば、バッテリは、受信機−刺激器に電磁リンクを通じて誘導結合された外部コントローラに収容されることになる。データ／電力信号は、埋め込まれた受信機−刺激器の上に配置されたケーブル接続の送信コイルから経皮的に結合される。埋め込まれた受信機−刺激器は、信号を受信して制御信号に従って刺激を発生させる。
【００３３】
図４に示しているように、電極リード１２は、患者４４の脊椎４６内に埋め込まれる。刺激リード１２の好ましい配置は、刺激される脊髄区域の近くの硬膜に隣接し、すなわち、その上に収まる。電極リード１２が脊椎４６を出る位置の近くの空間の欠如に起因して、一般的にＩＰＧ１４は、腹部内又は臀部上方のいずれかにおける外科手術によって作成されたポケット内に埋め込まれる。ＩＰＧ１４は、当然ながら患者の身体の他の位置に埋め込むことができる。リード延長部２４は、電極リード１２の出口ポイントから離れてＩＰＧ１４を設置するのを容易にする。図４に示しているように、ＣＰ１８は、ＲＣ１６を通じてＩＰＧ１４と通信を行う。
【００３４】
ここで、図５を参照してＲＣ１６の一例示的実施形態を以下に説明する。先に解説したように、ＲＣ１６は、ＩＰＧ１４、ＣＰ１８、又はＥＴＳ２０と通信を行うことができる。ＲＣ１６は、内部構成要素（プリント回路基板（ＰＣＢ）を含む）を収容するケーシング５０と、ケーシング５０の外面によって担持された照明表示画面５２及びボタンパッド５４とを含む。図示の実施形態では、表示画面５２は照明フラットパネル表示画面であり、ボタンパッド５４は、フレックス回路の上に位置決めされた金属ドームを有する膜スイッチと、ＰＣＢに直接接続したキーパッドとを含む。任意的な実施形態では、表示画面５２は、タッチスクリーン機能を有する。ボタンパッド５４は、ＩＰＧ１４を起動及び停止することを可能にし、ＩＰＧ１４内の刺激パラメータの調節又は設定を可能にし、画面の間の選択を可能にする複数のボタン５６、５８、６０、及び６２を含む。
【００３５】
図示の実施形態では、ボタン５６は、ＩＰＧ１４を起動及び停止するように作動させることができるオン／オフボタンとして機能する。ボタン５８は、ＲＣ１６が、画面表示及び／又はパラメータの間で切り換わることを可能にする選択ボタンとして機能する。ボタン６０及び６２は、パルス振幅、パルス幅、及びパルス繰返し数を含むＩＰＧ１４によって発生するパルスの刺激パラメータのうちのいずれかを増分又は減分させるように作動させることができる上／下ボタンとして機能する。例えば、選択ボタン５８は、ＲＣ１６を上／下ボタン６０、６２によってパルス振幅を調節することができる「パルス振幅調節モード」、上／下ボタン６０、６２によってパルス幅を調節することができる「パルス幅調節モード」、及び上／下ボタン６０、６２によってパルス繰返し数を調節することができる「パルス繰返し数調節モード」に入れるように作動させることができる。代替的に、各刺激パラメータに対して専用上／下ボタンを設けることができる。刺激パラメータを増分又は減分するのに、上／下ボタンを使用する代わりに、ダイヤル、スライダバー、又はキーパッドのようなあらゆる他の種類の作動機構を使用することができる。ＲＣ１６の機能及び内部構成要素の更なる詳細内容は、米国特許第６，８９５，２８０号明細書に開示されている。
【００３６】
図６を参照して、ここで例示的なＲＣ１６の内部構成要素を以下に説明する。一般的に、ＲＣ１６は、プロセッサ６４（例えば、マイクロコントローラ）と、プロセッサ６４による実行のための作動プログラム、並びにルックアップテーブル（以下に説明する）内の刺激パラメータセットを格納するメモリ６６と、入力／出力回路、特に、刺激パラメータをＩＰＧ１４に出力し、ステータス情報をＩＰＧ１４から受信するための遠隔測定（テレメトリ）回路６８、及びボタンパッド５４から刺激制御信号を受け取り、表示画面５２（図５に示している）にステータス情報を伝達するための入力／出力回路７０とを含む。ＲＣ１６の他の機能を制御することに加えて、プロセッサ６４は、ボタンパッド５４のユーザ操作に応答して新しい刺激パラメータセットを発生させる。その後に、これらの新しい刺激パラメータセットは、遠隔測定回路６８を通じてＩＰＧ１４（又はＥＴＳ２０）に送信されることになる。ＲＣ１６の機能及び内部構成要素の更なる詳細内容は、米国特許第６，８９５，２８０号明細書に開示されている。
【００３７】
上記に簡単に解説したように、ＣＰ１８は、複数の電極組合せのプログラミングを大幅に簡素化し、医師又は臨床医が、ＩＰＧ１４、並びにＲＣ１６内にプログラミングされる望ましい刺激パラメータを即座に判断することを可能にする。この場合、埋め込み後のＩＰＧ１４のプログラミング可能なメモリ内の刺激パラメータの修正は、臨床医により、ＩＰＧ１４と直接通信を行うことができ、又はＲＣ１６を通じてＩＰＧ１４と間接的に通信を行うことができるＣＰ１８を用いて実施される。すなわち、ＣＰ１８は、医師又は臨床医が電極アレイ２６の作動パラメータを修正するのに使用することができる。
【００３８】
図４に示しているように、ＣＰ１８の全体の外観は、ラップトップパーソナルコンピュータ（ＰＣ）のものとすることができ、実際に、指向プログラミングデバイスを含むように適切に構成され、本明細書に説明する機能を実施するようにプログラムされたＰＣを用いて実施することができる。この場合、プログラミング技術は、ＣＰ１８内に含まれるソフトウエア命令を実行することによって実施することができる。代替的に、そのようなプログラミング技術は、ファームウエア又はハードウエアを用いて実施することができる。いずれの場合にも、ＣＰ１８は、ＩＰＧ１４（又はＥＴＳ２０）によって発生する電気刺激の特性を能動的に制御することができ、患者のフィードバックに基づいて最適な刺激パラメータを判断し、その後に、この最適な刺激パラメータを用いてＩＰＧ１４（又はＥＴＳ２０）をプログラムすることを可能にする。
【００３９】
臨床医がこれらの機能を実行することを可能にするために、ＣＰ１８は、マウス７２、キーボード７４、及びケース７８に収容されたプログラミング表示画面７６を含む。マウス７２に加えて又は代替的に、ジョイスティック、又はキーボード７４に付随するキーの一部として含まれる方向キーのような他の指向プログラミングデバイスを使用することができることを認めるべきである。図７に示しているように、一般的に、ＣＰ１８は、プロセッサ８０（例えば、中央演算装置（ＣＰＵ））と、臨床医がＩＰＧ１４及びＲＣ１６をプログラムすることを可能にするためにプロセッサ８０を実行することができる刺激プログラミングパッケージ８４を格納するメモリ８２とを含む。以下により詳細に説明するあらゆる計算機能及び特定機能を含むＣＰ１８の他の機能を制御することに加えて、プロセッサ８０は、ユーザ入力デバイス７２、７４のユーザ操作に応答して新しい刺激パラメータセットを発生させる。その後に、これらの新しい刺激パラメータセットは、以下に解説する適正な状況の下で、遠隔測定回路６８を通じてＩＰＧ１４（又はＥＰＳ２０）及びＲＣ１６に送信されることになる。
【００４０】
重要な点として、ＩＰＧ１４は、複数のタイミングチャンネルにわたって作動するようにＣＰ１８（又は代替的に、ＲＣ１６）によってプログラムすることができる。具体的には、電極のあらゆる組合せをｋ個までの可能な群、すなわち、タイミングチャンネルに割り当てることができる。一実施形態では、ｋは、４に等しいとすることができる。タイミングチャンネルは、刺激される組織内に電界を生成するためにどの電極が電流を同期的に供給又は流出させるように選択されるかを識別する。ＣＰ１８内のプログラミングソフトウエアは、所定のタイミングチャンネルの電極に対して、考えられるプログラマブル特徴の中でも取りわけ電極の極性、振幅、パルス繰返し数、及びパルス幅を含む刺激パラメータを設定するのに使用することができる。
【００４１】
それぞれのタイミングチャンネルに割り当てられる電極組合せは、互いから完全に異なるものとすることができ、又は１つ又はそれよりも多くの共通電極を有することができる。背景技術で解説した事例を含む１つ又はそれよりも多くの共通電極がタイミングチャンネルに割り当てられる場合には、それぞれのタイミングチャンネル内で発生する電気パルスの間の重複を防止することが望ましい。ＣＰ１８は、いかなるパルスの「押し出し」も必要としない方式で交互配置することができるパルス電気波形を用いてＩＰＧ１４の複数のタイミングチャンネルをユーザが単純にプログラムすることを可能にすることにより、タイミングチャンネル間の重複刺激パルスを除去することができる。
【００４２】
具体的には、図８を参照すると、可能性としてＩＰＧ１４の２つのタイミングチャンネル（チャンネル１及びチャンネル２）を２つのパルス電気波形１００ａ、１００ｂそれぞれを用いてＣＰ１８によってプログラムすることができる。それぞれのタイミングチャンネルに割り当てられる電極組合せは、一般的に、２つの異なる領域（例えば、ＳＣＳの場合は背中の下部及び左腕）の治療をもたらすものになる。上記に簡単に解説したように、各タイミングチャンネルは、刺激される組織内に電界を生成するために電流を同期的に供給又は流出させるように選択される電極を識別し、各タイミングチャンネルに割り当てられる電極の振幅及び極性は変更することができる。この場合、米国特許第６，８９５，２８０号明細書に例示されているように、いずれかを特定のタイミングチャンネル内で送出される１つよりも多いパルス電気波形を存在させることができる。しかし、簡潔化及び明瞭化の目的で、各タイミングチャンネルには１つのパルス電気波形しか示していない。更に、図８に例示しているパルス電気波形は、本質的に単相であるが、タイミングチャンネルの間に送出されるパルス電気波形は、本質的に多相のものとすることができる。
【００４３】
上述のように、ＣＰ１８は、ＲＣ１６を通じてＩＰＧ１４を間接的にプログラムすることができる。第１のパルス電気波形１００ａは、時間周期ｔ1及びパルス幅Ｔ1を有し、第２のパルス電気波形１００ｂは、時間周期ｔ2及びパルス幅Ｔ2を有する。これらのパルス電気波形１００ａ、１００ｂは、ＣＰ１８のユーザインタフェース（マウス７２又はキーボード７４）によって受け取られる入力に応答して従来方式で定義することができる。次に、患者に治療を提供するために（例えば、患者が有する異なる組織領域をプログラムされたパルス電気波形１００ａ、１００ｂをそれぞれ用いて刺激することにより）、刺激エネルギをプログラムされたパルス電気波形１００ａ、１００ｂに従ってＩＰＧ１４から複数のタイミングチャンネルを通じて送出することができる。
【００４４】
ＣＰ１８は、いかなるパルスの押し出しも必要としない（それによってタイミングチャンネル間の周波数同期又は他の問題を防止する）方式でパルス電気波形１００ａ、１００ｂを交互配置することができるか否かを時間周期ｔ1、ｔ2の最大公約数（ＧＣＤ）関数とそれぞれのパルス電気波形１００のパルス幅Ｔ1、Ｔ2の和とに基づいて判断することができる。具体的には、ＧＣＤ（ｔ1，ｔ2）≧Ｔ1＋Ｔ2である場合には、パルス重複を防止するのにパルスを押し出す必要はなく、パルス電気波形１００ａ、１００ｂを交互配置することができると判断される。この目的のために、ＣＰ１８は、時間周期ｔ1、ｔ2のＧＣＤと、パルス幅Ｔ1、Ｔ2の和とを計算し、時間周期ｔ1、ｔ2のＧＣＤがパルス幅Ｔ1、Ｔ2の和に等しいか又はそれよりも大きい場合には、パルス電気波形１００ａ、１００ｂを用いてタイミングチャンネルをプログラムすることを可能にする。ＣＰ１８は、波形１００ａ、１００ｂ内のいかなるパルスも互いに時間的に重複しないように、パルス電気波形１００ａ、１００ｂを単純に交互配置することによってＩＰＧ１４のタイミングチャンネルをプログラムすることができる。
【００４５】
図示の実施形態では、時間周期ｔ1は、２という単位値を有し、時間周期ｔ2は、２という単位値を有し、パルス幅Ｔ1は、１という単位値を有し、パルス幅Ｔ2は、１という単位値を有する。この場合、ＧＣＤ（ｔ1，ｔ2）≧Ｔ1＋Ｔ2は、ＧＣＤ（２，２）≧１＋１になり、これは、２≧２になる。従って、パルス重複を防止するのにパルスを押し出す必要のない方式で、パルス電気波形１００ａ、１００ｂを交互配置することができる。従って、ＣＰ１８は、ユーザが、パルス電気波形１００ａ、１００ｂを用いてＩＰＧ１４のタイミングチャンネルをプログラムすることを可能にする。図８から、２つのパルス電気波形が同じ時間周期及び同じパルス幅を有する場合には、重複を防止するのにパルスを押し出すことを必要とせずに波形を交互配置することができることが分る。更に、パルスの一方が短いパルス幅を有し、他方が長いパルス幅を有する場合には、重複なしに依然として２つのパルスを適合させることができることが分る。
【００４６】
しかし、この技術は、異なる時間周期を有するパルス電気波形にも適用することができる。例えば、図９を参照すると、可能性としてＩＰＧ１４の２つのタイミングチャンネル（チャンネル１及びチャンネル２）は、波形１００ａ、１００ｂのパルス幅ｔ1、ｔ2が同じままに留まっているのに対して波形１１０ａ、１１０ｂの周期Ｔ1、Ｔ2が互いから異なることを除いて、図８に例示しているパルス電気波形１００ａ、１００ｂと類似の２つのパルス電気波形１１０ａ、１１０ｂを用いてＣＰ１８によってプログラムすることができる。この例では、図８に例示しているパルス電気波形１００ａ、１００ｂ内のパルスのうちの一部を飛ばして、図９に例示するパルス電気波形１１０ａ（１つ置きに）、１１０ｂ（パルス３つ毎に第２及び第３を）を定めている。
【００４７】
図９に例示している例示的な事例では、時間周期ｔ1は、４という単位値を有し、時間周期ｔ2は、６という単位値を有し、パルス幅Ｔ1は、１という単位値を有し、パルス幅Ｔ2は、１という単位値を有する。この場合、ＧＣＤ（ｔ1，ｔ2）≧Ｔ1＋Ｔ2は、ＧＣＤ（４，６）≧１＋１になり、これは、２≧２になり、これは、真である。従って、パルス重複を防止するのにパルスを押し出す必要のない方式で、パルス電気波形１１０ａ、１１０ｂを交互配置することができる。従って、ＣＰ１８は、ユーザが、パルス電気波形１１２、１１４を用いてＩＰＧ１４のタイミングチャンネルをプログラムすることを可能にする。
【００４８】
図８及び図９に例示している従来の事例では、ＩＰＧ１４の２つのタイミングチャンネルのみがプログラムされる。ＩＰＧ１４の２つよりも多いタイミングチャンネルをプログラムすることができることを認めるべきである。具体的には、図１０を参照すると、可能性としてＩＰＧ１４の３つのタイミングチャンネル（チャンネル１、チャンネル２、及びチャンネル３）は、３つのパルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃそれぞれを用いてＣＰ１８によってプログラムすることができる。第１のパルス電気波形１２０ａは、時間周期ｔ1及びパルス幅Ｔ1を有し、第２のパルス電気波形１２０ｂは、時間周期ｔ2及びパルス幅Ｔ2を有し、第３のパルス電気波形１２０ｃは、時間周期ｔ3及びパルス幅Ｔ3を有する。従来の波形と同様に、これらのパルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、ＣＰ１８のユーザインタフェース（マウス７２又はキーボード７４）によって受け取られる入力に応答して従来方式で定義することができる。次に、患者に治療を提供するために（例えば、患者が有する異なる組織領域をプログラムされたパルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃをそれぞれ用いて刺激することにより）、刺激エネルギをプログラムされたパルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに従ってＩＰＧ１４から複数のタイミングチャンネルを通じて送出することができる。
【００４９】
従来のパルス電気波形と同様に、ＣＰ１８は、いかなるパルスの押し出しも必要としない（それによってタイミングチャンネル間の周波数同期を防止する）方式でパルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを交互配置することができるか否かを時間周期ｔ1、ｔ2、ｔ3の最大公約数（ＧＣＤ）関数とそれぞれのパルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃのパルス幅Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3の和とに基づいて判断することができる。この関数は、以下の通りに一般化することができる。ＧＣＤ（ｔ1，．．．，ｔx）≧Ｔ1＋．．．＋Ｔx（ｘは、パルス電気波形（又はタイミングチャンネル）の個数である）である場合には、パルス重複を防止するのにパルスを押し出す（どかせる）必要はなく、ｘ個のパルス電気波形を交互配置することができると判断される。この目的のために、ＣＰ１８は、時間周期ｔ1，．．．，ｔxのＧＣＤと、パルス幅Ｔ1，．．．，Ｔxの和とを計算し、時間周期ｔ1，．．．，ｔxのＧＣＤがパルス幅Ｔ1，．．．，Ｔxの和に等しいか又はそれよりも大きい場合には、ｘ個のパルス電気波形を用いてタイミングチャンネルをプログラムすることを可能にする。ＣＰ１８は、波形内のいかなるパルスも互いに時間的に重複しないように、ｘ個のパルス電気波形を単純に交互配置することによってＩＰＧ１４のタイミングチャンネルをプログラムすることができる。
【００５０】
図１０に図示の実施形態では、時間周期ｔ1は、６という単位値を有し、時間周期ｔ2は、６という単位値を有し、時間周期ｔ3は、３という単位値を有し、パルス幅Ｔ1は、１という単位値を有し、パルス幅Ｔ2は、１という単位値を有し、パルス幅Ｔ3は、１という単位値を有する。この場合、ＧＣＤ（ｔ1，．．．，ｔx）≧Ｔ1＋．．．＋Ｔxは、ＧＣＤ（６，６，３）≧１＋１＋１になり、これは、３≧３になり、これは、真である。従って、パルス重複を防止するのにパルスを押し出す必要のない方式で、パルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを交互配置することができる。従って、ＣＰ１８は、ユーザが、パルス電気波形１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを用いてＩＰＧ１４のタイミングチャンネルをプログラムすることを可能にする。図１０の例から、ｔ1＝ｔ2≠ｔ3、例えば、ｔ1＝ｔ2＝２ｔ3（又はｆ1＝ｆ2＝（１／２）ｆ3、この場合ｆは周波数）である場合には、重複を防止するのにパルスを押し出すことを必要とせずに３つのパルス電気波形を交互配置することができることが分る。
【００５１】
取りわけ、２つよりも多いタイミングチャンネルが使用される一部の状況では、ＧＣＤ基準は、そうでなければパルス押し出しを必要とせずにプログラミング可能にすることができるパルス電気波形の使用を不要に阻止する場合がある。従って、ＧＣＤ基準には例外又は注意事項が存在することができる。一事例では、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形を単一のパルス電気波形に組み合わせることができる場合には、ＧＣＤ基準は、この単一のパルス電気波形（構成パルス電気波形の組合せの後の）とあらゆる他の利用可能な電気波形とに適用すべきである。
【００５２】
例えば、図１１を参照すると、可能性としてＩＰＧ１４の３つのタイミングチャンネルは、３つのパルス電気波形１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃそれぞれを用いてＣＰ１８によってプログラムすることができる。第１のパルス電気波形１３０ａは、時間周期ｔ1及びパルス幅Ｔ1を有し、第２のパルス電気波形１３０ｂは、時間周期ｔ2及びパルス幅Ｔ2を有し、第３のパルス電気波形１３０ｃは、時間周期ｔ3及びパルス幅Ｔ3を有する。この例示的な事例では、時間周期ｔ1は、３という単位値を有し、時間周期ｔ2は、６という単位値を有し、時間周期ｔ3は、６という単位値を有し、パルス幅Ｔ1は、１という単位値を有し、パルス幅Ｔ2は、２という単位値を有し、パルス幅Ｔ3は、２という単位値を有する。
【００５３】
この場合、ＧＣＤ（ｔ1，．．．，ｔx）≧Ｔ1＋．．．＋Ｔxは、ＧＣＤ（３，６，６）≧１＋２＋２になり、これは、３≧５になり、これは、偽である。すなわち、ＧＣＤ基準は、パルス電気波形１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの更に別の操作なしには、パルス重複を防止するのにパルスを押し出す必要のない方式でパルス電気波形１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを交互配置することができないことを示している。しかし、図１２に示しているように、第２のパルス電気波形１３０ｂと第３のパルス電気波形１３０ｃとが、単一のパルス電気波形１３０ｄで交互配置された場合には、得られる時間周期ｔ4は、３という単位値になり、得られるパルス幅Ｔ4は、２という単位値に留まることになる。この場合、ＧＣＤ（ｔ1，．．．，ｔx）≧Ｔ1＋．．．＋Ｔxは、ＧＣＤ（３，３）≧１＋２になり、これは、３≧３になり、これは、真である。すなわち、実際にはパルス重複を防止するのにパルスを押し出す必要のない方式で、パルス電気波形１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを交互配置することができる。従って、ＣＰ１８は、ユーザが、パルス電気波形１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを用いてＩＰＧ１４のタイミングチャンネルをプログラムすることを可能にする。チャンネル２と３の１つのタイミングチャンネルへの組合せを実際には真に発生させる必要はなく、手を加えることなく単に組み合わせることができることに注意すべきである。言い換えれば、チャンネル２と３を異なるチャンネルを分割することによって作成することができる場合には、チャンネル１、２、及び３は有効な組合せである。
【００５４】
すなわち、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形を可能な場合に交互配置する効果は、そうでなければパルス電気波形の全ての周期のＧＣＤがパルス電気波形のパルス幅の和と等しくないか又はそれよりも大きくないという理由から許容可能にすることができない波形をＩＰＧ１４内にプログラムすることを可能にすることができる。図８〜図１２に関して、ＣＰ１８がプログラミング機能を実行するように説明したが、代替的に、ＲＣ１６を使用することができる。この場合には、ＲＣ１６は、いかなるパルスの「押し出し」も必要としない方式で交互配置することができるパルス電気波形を用いてＩＰＧ１４の複数のタイミングチャンネルをユーザが単純にプログラムすることを可能にすることにより、タイミングチャンネル間の周波数同期を除去することができる。この場合、ＲＣ１６のプロセッサ６４は、パルス電気波形の定義機能及び計算機能を実行するのに使用され、ＲＣ１６の遠隔測定回路６８は、ＩＰＧ１４をプログラムするのに使用される。
【００５５】
本発明の特定的な実施形態を図示して説明したが、本発明をこれらの好ましい実施形態に限定するように意図しておらず、当業者には、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が明らかであろう。すなわち、本発明は、特許請求によって定められる本発明の精神及び範囲に含めることができる代替、修正、及び均等物を網羅するように意図している。
【符号の説明】
【００５６】
１２ リード
１４ 埋め込み可能パルス発生器（ＩＰＧ）
１６ 外部遠隔コントローラ（ＲＣ）
１８ プログラム作成器（ＣＰ）
２０ 外部試験刺激器（ＥＴＳ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチチャンネル神経刺激システムにおけるパルス重複を防止する方法であって、
周期及びパルス幅を各々が有する複数のパルス電気波形を定義する段階と、
前記パルス電気波形の前記周期の最大公約数を計算する段階と、
前記パルス電気波形の前記パルス幅の和を計算する段階と、
前記最大公約数が前記和に等しいか又はそれよりも大きい場合に、神経刺激システムにおける複数のタイミングチャンネルを前記パルス電気波形を用いてプログラムすることを可能にする段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記複数のタイミングチャンネルのうちの少なくとも２つが、共通電極を用いてプログラムされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のパルス電気波形は、異なる周期を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記タイミングチャンネルは、外部制御デバイスによってプログラムされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のパルス電気波形は、少なくとも３つのパルス電気波形を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記パルス電気波形は、ユーザ入力に応答して定義されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記タイミングチャンネルは、どのパルスも別のパルスと時間的に重複しないようにプログラムされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形を単一のパルス波形で交互配置する段階を更に含み、
前記複数のパルス電気波形は、前記単一のパルス波形を含み、前記タイミングチャンネルのうちの２つ又はそれよりも多くが、前記２つ又はそれよりも多くのパルス波形を用いてそれぞれプログラムされることが可能にされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形の前記周期は、等しいことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
患者に治療を提供するために前記プログラムされたパルス電気波形に従って刺激エネルギを前記神経刺激システムから送出する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記送出される刺激エネルギは、前記患者の異なる組織領域をそれぞれ刺激することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
神経刺激デバイスのための外部制御デバイスであって、
ユーザから入力を受け取るように構成されたユーザインタフェースと、
遠隔測定回路と、
ユーザからの前記入力に応答して複数のパルス電気波形を定義し、該パルス電気波形の周期の最大公約数を計算し、該パルス電気波形のパルス幅の和を計算し、かつ該最大公約数が該和に等しいか又はそれよりも大きい場合に、前記遠隔測定回路を通じて、神経刺激デバイスにおける複数のタイミングチャンネルを該パルス電気波形を用いてプログラムするように構成されたプロセッサと、
を含むことを特徴とする外部制御デバイス。
【請求項１３】
前記複数のタイミングチャンネルのうちの少なくとも２つが、共通の電極を用いてプログラムされることを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項１４】
前記複数のパルス電気波形は、異なる周期を有することを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項１５】
前記複数のパルス電気波形は、少なくとも３つのパルス電気波形を含むことを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項１６】
前記パルス電気波形は、ユーザ入力に応答して定義されることを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項１７】
前記タイミングチャンネルは、どのパルスも別のパルスと時間的に重複しないように前記神経刺激デバイスにおいてプログラムされることを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項１８】
前記プロセッサは、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形を単一のパルス波形で交互配置するように更に構成され、
前記複数のパルス電気波形は、前記単一のパルス波形を含み、前記タイミングチャンネルのうちの２つ又はそれよりも多くが、前記２つ又はそれよりも多くのパルス波形を用いてそれぞれプログラムされることを可能にされる、
ことを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項１９】
前記２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形の周波数が等しいことを特徴とする請求項１８に記載の外部制御デバイス。
【請求項２０】
前記プロセッサは、患者に治療を提供するために刺激エネルギが前記プログラムされたパルス電気波形に従って前記神経刺激デバイスから送出されるように前記タイミングチャンネルをプログラムするように構成されることを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項２１】
前記プロセッサは、患者の異なる組織領域が前記送出される刺激エネルギによってそれぞれ刺激されるように前記タイミングチャンネルをプログラムするように構成されることを特徴とする請求項２０に記載の外部制御デバイス。
【請求項１】
マルチチャンネル神経刺激システムにおけるパルス重複を防止する方法であって、
周期及びパルス幅を各々が有する複数のパルス電気波形を定義する段階と、
前記パルス電気波形の前記周期の最大公約数を計算する段階と、
前記パルス電気波形の前記パルス幅の和を計算する段階と、
前記最大公約数が前記和に等しいか又はそれよりも大きい場合に、神経刺激システムにおける複数のタイミングチャンネルを前記パルス電気波形を用いてプログラムすることを可能にする段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記複数のタイミングチャンネルのうちの少なくとも２つが、共通電極を用いてプログラムされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のパルス電気波形は、異なる周期を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記タイミングチャンネルは、外部制御デバイスによってプログラムされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のパルス電気波形は、少なくとも３つのパルス電気波形を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記パルス電気波形は、ユーザ入力に応答して定義されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記タイミングチャンネルは、どのパルスも別のパルスと時間的に重複しないようにプログラムされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形を単一のパルス波形で交互配置する段階を更に含み、
前記複数のパルス電気波形は、前記単一のパルス波形を含み、前記タイミングチャンネルのうちの２つ又はそれよりも多くが、前記２つ又はそれよりも多くのパルス波形を用いてそれぞれプログラムされることが可能にされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形の前記周期は、等しいことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
患者に治療を提供するために前記プログラムされたパルス電気波形に従って刺激エネルギを前記神経刺激システムから送出する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記送出される刺激エネルギは、前記患者の異なる組織領域をそれぞれ刺激することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
神経刺激デバイスのための外部制御デバイスであって、
ユーザから入力を受け取るように構成されたユーザインタフェースと、
遠隔測定回路と、
ユーザからの前記入力に応答して複数のパルス電気波形を定義し、該パルス電気波形の周期の最大公約数を計算し、該パルス電気波形のパルス幅の和を計算し、かつ該最大公約数が該和に等しいか又はそれよりも大きい場合に、前記遠隔測定回路を通じて、神経刺激デバイスにおける複数のタイミングチャンネルを該パルス電気波形を用いてプログラムするように構成されたプロセッサと、
を含むことを特徴とする外部制御デバイス。
【請求項１３】
前記複数のタイミングチャンネルのうちの少なくとも２つが、共通の電極を用いてプログラムされることを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項１４】
前記複数のパルス電気波形は、異なる周期を有することを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項１５】
前記複数のパルス電気波形は、少なくとも３つのパルス電気波形を含むことを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項１６】
前記パルス電気波形は、ユーザ入力に応答して定義されることを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項１７】
前記タイミングチャンネルは、どのパルスも別のパルスと時間的に重複しないように前記神経刺激デバイスにおいてプログラムされることを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項１８】
前記プロセッサは、２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形を単一のパルス波形で交互配置するように更に構成され、
前記複数のパルス電気波形は、前記単一のパルス波形を含み、前記タイミングチャンネルのうちの２つ又はそれよりも多くが、前記２つ又はそれよりも多くのパルス波形を用いてそれぞれプログラムされることを可能にされる、
ことを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項１９】
前記２つ又はそれよりも多くのパルス電気波形の周波数が等しいことを特徴とする請求項１８に記載の外部制御デバイス。
【請求項２０】
前記プロセッサは、患者に治療を提供するために刺激エネルギが前記プログラムされたパルス電気波形に従って前記神経刺激デバイスから送出されるように前記タイミングチャンネルをプログラムするように構成されることを特徴とする請求項１２に記載の外部制御デバイス。
【請求項２１】
前記プロセッサは、患者の異なる組織領域が前記送出される刺激エネルギによってそれぞれ刺激されるように前記タイミングチャンネルをプログラムするように構成されることを特徴とする請求項２０に記載の外部制御デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１３−５０３０１７（Ｐ２０１３−５０３０１７Ａ）
【公表日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２７０４８（Ｐ２０１２−５２７０４８）
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４７０３７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２５９８３
【国際公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（５０７２１３５９２）ボストン サイエンティフィック ニューロモデュレイション コーポレイション (34)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４７０３７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２５９８３
【国際公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（５０７２１３５９２）ボストン サイエンティフィック ニューロモデュレイション コーポレイション (34)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]