DE602004004675T2

DE602004004675T2 - Auswahl von neurostimulator-parameter-konfigurationen mit neuralen netzen

Info

Publication number: DE602004004675T2
Application number: DE602004004675T
Authority: DE
Inventors: M. Steven Brooklyn Center GOETZ
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 2003-09-15
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: DE602004004675D1; WO2005028026A1; US20070276441A1; US20050060010A1; ATE353234T1; US7252090B2; US7853323B2; EP1675644A1; EP1675644B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Neurostimulationstherapie und insbesondere Vorrichtungen für die Verwendung von Techniken bzw. Methoden zur Auswahl von Parameterkonfigurationen für einen implantierbaren Neurostimulator.
HINTERGRUND
Implantierbare medizinische Vorrichtungen werden zur Abgabe von Neurostimulationstherapie an Patienten eingesetzt zur Behandlung einer Reihe von Symptomen oder Leiden wie chronische Schmerzen, Tremor, die Parkinson-Krankheit, Epilepsie, Inkontinenz, sexuelle Funktionsstörungen, oder Gastroparese. Die implantierbare medizinische Vorrichtung gibt Neurostimulationstherapie über eine oder mehrere Leitungen mit Elektroden ab, welche nahe dem Rückenmark, den Beckennerven, dem Kreuzbein oder dem Magen oder im Gehirn eines Patienten angeordnet sind. Allgemein gibt die implantierbare medizinische Vorrichtung Neurostimulationstherapie in Form elektrischer Impulse ab.
Ein Kliniker wählt Werte für eine Reihe programmierbarer Parameter aus, um eine Parameterkonfiguration für die Neurostimulationstherapie auszuwählen, die an einen Patienten abzugeben ist. Beispielsweise kann der Kliniker eine Amplitude auswählen, die eine Strom- oder Spannungsamplitude sein kann, und eine Impulsbreite für eine Stimulationswellenform, die an den Patienten abzugeben ist, sowie eine Frequenz, in welcher die Impulse an den Patienten abzugeben sind, und die Dauer der Abgabe der Stimulationsenergie. Zusätzlich wählt der Kliniker auch bestimmte Elektroden aus einem Elektrodensatz aus, die zur Impulsabgabe zu verwenden sind, und die jeweilige Polarität der gewählten Elektroden. Die Elektrodenkombination und die jeweilige Polarität können als Elektrodenkonfiguration bezeichnet werden. Somit kann eine Parameterkonfiguration eine Reihe von Parametern mit der Elektrodenkonfiguration, Amplitude, Impulsbreite, Impulsfrequenz, und der Dauer umfassen.
Die US-B-6,547,746, EP-A-0796636, EP-A-1192971, US-B-6,269,267 und EP-A-0882469 offenbaren sämtlich Vorrichtungen, bei denen ein physiologisches Signal mittels eines neuralen Netzes analysiert und klassifiziert wird. Das klassifizierte Signal kann zur Steuerung eines Stimulators verwendet werden.
Der Vorgang bzw. das Verfahren der Auswahl von Parameterkonfigurationen kann zeitaufwendig sein und benötigt eventuell ein empirisches Näherungsverfahren, bevor eine optimale Elektrodenkonfiguration gefunden wird. Die optimale Parameterkonfiguration kann besser sein als andere Konfigurationen bezüglich des Abgleichens klinischer Ergebnisse gegenüber Nebenwirkungen, die der Patient feststellt. Dieser Abgleich stellt die Gesamtwirksamkeit einer Parameterkonfiguration dar. Das Vorgehen bei der Auswahl von Parameterkonfigurationen kann schwierig sein wegen der Kombinationsmöglichkeiten der Parameter, der Komplexität der zugrundeliegenden Biophysik, sowie der subjektiven und möglicherweise inkonsistenten Rückmeldungen vom Patienten betreffend die gemessene Wirksamkeit für eine bestimmte Parameterkonfiguration.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung unter Verwendung einer Technik bzw. Methode zur Auswahl von Parameterkonfigurationen für einen Neurostimulator mit neuronalen bzw. neuralen Netzen. Die Methode kann mit einer Programmiervorrichtung verwendet werden, damit der Kliniker Parameterkonfiguration auswählen und dann einen implantierbaren Neurostimulator für die Abgabe der Therapie mit den ausgewählten Parameterkonfigurationen programmieren kann.
Eine Parameterkonfiguration kann einen oder mehr Parameter zur Abgabe von Neurostimulation definieren, z.B. die Elektrodenkonfiguration, Amplitude, Impulsbreite, Impulsfrequenz, oder die Dauer. Beispielsweise können die Parameterkonfigurationen Elektrodenkonfigurationen definieren, die Elektrodenkombinationen und Polaritäten für einen in einen Patienten implantierten Elektrodensatz bestimmen. Der Elektrodensatz kann von einer oder mehreren implantierten Leitungen gehalten werden, die elektrisch mit dem Neurostimulator verbunden sind. Bei einigen Ausführungsformen können die Parameterkonfigurationen weiterhin einen oder mehrere Parameter definieren wie Amplituden, Impulsbreiten, Impulsfrequenzen, und die Dauer der Stimulationsenergie, welche durch die Elektroden in der Elektrodenkonfiguration abgegeben wird.
Im Betrieb führt die Programmiervorrichtung einen Suchalgorithmus für Parameterkonfigurationen aus zur Orientierung für den Kliniker bei der Auswahl der Parameterkonfigurationen. Der Suchalgorithmus beruht auf einem neuralen Netz, das potentielle optimale Parameterkonfigurationen identifiziert, beispielsweise Elektrodenkonfigurationen innerhalb eines Elektrodensatzes. Das neurale Netz wird trainiert, um optimale Parameterkonfigurationen aufgrund gemessener Beispiel- bzw. Musterkonfigurationen in einer Programmiersitzung zu klassifizieren.
Die neurale Netzstruktur kann aufgrund eines Satzes vorhandener Parameterkonfigurationsdaten trainiert werden und dann im Laufe der Auswertung neuer Parameterkonfigurationen lernen. Insbesondere kann das neurale Netz aufgrund neuer Messungen, die bei der Suche nach Parameterkonfigurationen erhalten wurden, aktualisiert werden. Mit Hilfe des neuralen Netzes schlägt eine Programmiervorrichtung dem Kliniker aufgrund der während des Auswahlvorgangs bereits erhaltenen Messungen die wahrscheinlich wirksamsten Konfigurationen vor.
Im allgemeinen bezieht sich Wirksamkeit auf den Abgleich zwischen therapeutischem Nutzen und unerwünschten Nebenwirkungen. Beispielsweise kann die Wirksamkeit aufgrund mündlicher Rückmeldung vom Patienten bezüglich des therapeutischen Nutzens und der Nebenwirkungen gemessen werden, durch Kennzeichnung auf einer Schmerz-/Parästhesie-Landkarte, objektive Messungen mit einer Schmerzeinstufungsskala, Quantifizierung von Nebenwirkungen, durch eine Kombination der genannten Verfahren oder mittels anderer Messmethoden.
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit mit einem Prozessor bzw. Rechner, der zum Auswählen einer ersten Parameterkonfiguration für einen Neurostimulator programmiert ist sowie zum Messen der Wirksamkeit der ersten Parameterkonfiguration, und zum Auswählen einer zweiten Parameterkonfiguration für den Neurostimulator aus einem Satz zusätzlicher Parameterkonfigurationen, die von einem neuralen Netz bzw. Netzwerk identifiziert werden.
Die Erfindung kann eine Reihe von Vorteilen bieten. Beispielsweise ermöglicht es die Erfindung einem Kliniker, brauchbare Parameterkonfigurationen wie beispielsweise Elektrodenkombinationen schneller zu identifizieren, was die Gesamtzeit reduziert, die der Kliniker für das Programmieren von Neurostimulationstherapie für einen Patienten benötigt. Im Unterschied zu zufälligen oder idiosynkratischen Suchmethoden kann eine auf neuralen Netzen beruhende Methode von der Auswertung früherer Parameterkonfigurationen lernen und eine Netzstruktur entwickeln, die mit größerer Wahrscheinlichkeit zu einer optimalen Konfiguration führt. Im Allgemeinen kann die Erfindung die Dauer einer Programmiersitzung für den Kliniker und den Patienten reduzieren und die Auswahl optimaler Elektrodenkonfigurationen unterstützen und somit eine Gesamtwirksamkeit erreichen. Zusätzlich ist es mit der Erfindung möglich, optimale oder nahezu optimale Parameterkonfigurationen zu identifizieren, die ansonsten durch den Kliniker nicht identifiziert worden wären.
Bevorzugte Ausführungsformen werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch ein System zum Programmieren und Abgeben von Neurostimulationstherapie.
2 zeigt schematisch einen beispielhaften Elektrodensatz, der nahe dem Rückgrat eines Patienten implantiert ist.
3 zeigt in einem Blockschaltbild eine Programmiervorrichtung zur Identifizierung brauchbarer Parameterkonfigurationen für Neurostimulationstherapieprogramme.
4 zeigt schematisch die Struktur eines neuralen Netzes, das zur Identifizierung optimaler Parameterkonfigurationen ausgestaltet ist.
5 zeigt als Flussdiagramm einen Suchalgorithmus, den eine Programmiervorrichtung zum Auswählen von Parameterkonfigurationen mit einem neuralen Netz ausführen kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt schematisch ein beispielhaftes System 10 zum Programmieren von Neurostimulationstherapie für einen Patienten 12 und Abgabe einer Neurostimulationstherapie an diesen. Das System 10 weist eine implantierbare medizinische Vorrichtung (IMD) 14 auf, die Neurostimulationstherapie an einen Patienten 12 abgibt. Die IMD 14 kann ein implantierbarer Impulsgenerator sein und kann an einen Patienten 12 Neurostimulationstherapie in Form elektrischer Impulse abgeben. Das System 10 verwendet neuronale bzw. neurale Netzstrukturen zum Auswählen von Parameterkonfigurationen.
Die IMD 14 gibt eine Neurostimulationstherapie über die Leitungen 16A und 16B (gemeinsam "Leitungen 16") an den Patienten 12 ab. Die Leitungen 16 können, wie in 1 gezeigt, nahe dem Rückenmark 18 des Patienten 12 implantiert sein, und die IMD 14 kann an den Patienten 12 eine Therapie zur Rückenmarksstimulation (SCS) abgeben, um beispielsweise Schmerzen des Patienten 12 zu lindern. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Konfiguration der in 1 gezeigten Leitungen 16 oder die Abgabe von SCS-Therapie beschränkt. Beispielsweise können sich eine oder mehrere Leitungen 16 von der IMD 14 zum Gehirn (nicht gezeigt) des Patienten 12 erstrecken, und die IMD 14 kann an den Patienten 12 Deep-Brain-Stimulationstherapie (DBS) abgeben, beispielsweise zur Behandlung von Tremor oder Epilepsie. Als weitere Beispiele können eine oder mehrere Leitungen 16 nahe den Beckennerven (nicht gezeigt), dem Kreuzbein (nicht gezeigt) oder dem Magen (nicht gezeigt) implantiert werden, und die IMD 14 kann eine Neurostimulationstherapie zur Behandlung von Inkontinenz, sexuellen Funktionsstörungen oder Gastroparese abgeben.
Die IMD 14 gibt an den Patienten 12 gemäß einer oder mehrerer Neurostimulationstherapieprogramme eine Neurostimulationstherapie ab. Ein Neurostimulationstherapieprogramm kann Werte für eine Reihe von Parametern umfassen, und die Parameterwerte können eine Parameterkonfiguration zur Abgabe der Neurostimulationstherapie gemäß diesem Programm definieren. Bei Ausführungsformen, bei denen die IMD 14 eine Neurostimulationstherapie in Form elektrischer Impulse abgibt, können die Parameter Impulsspannungs- oder Stromamplituden, Impulsbreiten, Impulsfrequenzen, die Dauer und dergleichen aufweisen. Weiterhin umfasst jede Leitung 16 Elektroden (in 1 nicht gezeigt), und die Parameter für ein Programm können Daten enthalten, welche die Elektroden identifizieren, die programmgemäß zur Abgabe von Impulsen ausgewählt wurden, und die jeweilige Polarität der ausgewählten Elektroden. Somit kann eine Parameterkonfiguration einen oder mehrere verschiedene Parameter umfassen einschließlich der Elektrodenkonfiguration, Amplitude, Impulsbreite, Impulsfrequenz, und der Dauer. Die Erfindung ist zwar allgemein zur Parameterkonfiguration für Neurostimulation anwendbar, einschließlich der Konfiguration von Parametern wie der Amplitude, der Impulsbreite, Impulsfrequenz, Dauer und der Elektrodenkonfiguration, jedoch wird die Erfindung zum Zweck der Verdeutlichung im Zusammenhang mit der Festlegung einer Elektrodenkonfiguration allgemein beschrieben.
Eine ausgewählte Untergruppe der auf den Leitungen 16 angeordneten Elektroden und die jeweiligen Polaritäten der Elektroden der Untergruppe zusammen definieren eine "Elektrodenkonfiguration." Die Elektroden können in der Standardkonfiguration einer Leitungsreihe angeordnet sein, oder als chirurgische Paddelelektrode, Gitter, oder in anderem Format. Elektrodenkonfigurationen beziehen sich auf Kombinationen einfacher oder mehrfacher Kathodenelektroden und einfacher oder mehrfacher Anodenelektroden. Stimulationsstrom fließt zwischen den Kathoden und den Anoden zur Abgabe von Neurostimulationstherapie. Daher ist die jeweilige Polarität der einzelnen Elektrode ein weiteres Merkmal der Elektrodenkonfiguration. Elektroden, die einen Teil einer Elektrodenkonfiguration darstellen, können zusammen auf einer einzigen Leitung oder auf verschiedenen Leitungen angeordnet sein.
Das System 10 weist auch eine Programmiervorrichtung 20 auf. Die Programmiervorrichtung 20 kann, wie in 1 gezeigt, als Handrechengerät bzw. von Hand gehaltener Rechner ausgebildet sein. Die Programmiervorrichtung 20 weist ein Display 22 auf, beispielsweise ein Flüssigkristalldisplay (LCD) oder ein Leuchtdiodendisplay (LED), um dem Anwender Daten anzuzeigen. Die Programmiervorrichtung 20 kann auch ein Tastenfeld 24 aufweisen, damit der Anwender mit der Programmiervorrichtung 20 kommunizieren kann. Bei einigen Ausführungsformen kann das Display 22 auch ein Kontaktdisplay sein, wobei der Anwender mittels des Displays 22 mit der Programmiervorrichtung 20 kommunizieren kann. Der Anwender kann auch mittels peripherer Zeigevorrichtungen wie einem Taststift oder einer Maus mit der Programmiervorrichtung 20 kommunizieren. Das Tastenfeld 24 kann als alphanumerische Tastatur ausgebildet oder mit einer begrenzten Anzahl von Tasten versehen sein, denen bestimmte Funktionen zugeordnet sind.
Ein Kliniker (nicht gezeigt) oder ein sonstiger Anwender kann die Programmiervorrichtung 20 zur Programmieren einer Neurostimulationstherapie für den Patienten 12 verwenden. Insbesondere kann der Kliniker die Programmiervorrichtung 20 zur Erstellung von Neurostimulationstherapieprogrammen verwenden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Programmiervorrichtung 20 von dem Patienten benutzt werden, z.B. zur Vorfelddiagnostik im Langzeitversuch. Als Teil des Programmierungsvorgangs ermöglicht die Programmiervorrichtung 20 dem Kliniker das Identifizieren von Parameterkonfigurationen, mittels derer die IMD 14 eine Neurostimulationstherapie abgeben kann, die beispielsweise in Bezug auf eine Linderung von Symptomen oder den Wirkbereich gegenüber dem Symptombereich und Nebenwirkungen brauchbar ist. Die Programmiervorrichtung 20 kann dem Kliniker auch erlauben, Parameterkonfigurationen zu identifizieren, mittels derer die IMD 14 wirksame Neurostimulationstherapie mit brauchbaren Leistungsmerkmalen der Vorrichtung, z.B. sparsamem Batterieverbrauch, abgeben kann. Zusätzlich werden hierin Verfahren zur Optimierung der Therapie während der Einsatzdauer einer dauerhaft implantierten IMD beschrieben, z.B. durch Kommunikation zwischen dem Patienten 12 und einer Patienten-Programmiervorrichtung, um die Wirksamkeitsmessungen im Verhältnis zur Zeit aufzuzeichnen. In diesem Fall kann eine Programmiervorrichtung, die der Patient mitführt, einige oder alle der vorliegend beschriebenen, der Programmiervorrichtung 20 zugewiesenen Funktionen aufweisen, einschließlich der Funktionen, die zur Unterstützung bei der Identifizierung von Parameterkonfigurationen mit neuralen Netzen vorgesehen sind.
Die Programmiervorrichtung 20 steuert die IMD 14, zur Prüfung von Parameterkonfigurationen, damit der Kliniker brauchbare bzw. wünschenswerte Parameterkonfigurationen effektiv identifizieren kann. Wie weiter unten noch genauer beschrieben wird, wählt die Programmiervorrichtung 20 bei einigen Ausführungsformen zu prüfende Parameterkonfigurationen aus, aufgrund eines Elektrodenkonfigurations-Suchalgorithmus, wie er hierin beschrieben wird. Insbesondere kann die Programmiervorrichtung 20 gemäß einem solchen Algorithmus zunächst die IMD 14 zur Prüfung einer oder mehrerer Elektroden zur Identifizierung einer ersten Elektrodenkonfiguration steuern, und danach zur Prüfung anderer Elektrodenkonfigurationen aufgrund des in den Suchalgorithmus eingebauten Orientierungssystems.
Andere Neurostimulationsparameter wie etwa Amplitude, Impulsbreite, Impulsfrequenz und Dauer können mit der Elektrodenkonfiguration auch bewertet werden. Beispielsweise können verschiedene Parameter gleichzeitig mit der Messung jeder Elektrodenkonfiguration gemessen werden. Oder, sobald ein kleinerer Satz von Elektrodenkonfigurationen für bestimmte Ausgangswerte der Amplitude, Impulsbreite und Impulsfrequenz als wirksam identifiziert wurde, dann können alternativ andere Amplituden-, Impulsbreiten- und Impulsfrequenzparameter für diesen kleineren Satz von Elektrodenkonfigurationen iterativ gemessen werden. Die Länge der Abgabe von Neurostimulationsenergie kann auch gemessen werden. Auf diese Weise müssen die Amplituden-, Impulsbreiten- und Impulsfrequenzparameter nicht für jede Elektrodenkonfiguration bewertet werden, und insbesondere solche Elektrodenkonfigurationen, bei denen aufgrund der neuralen Netzstruktur keine hohe Wahrscheinlichkeit für Wirksamkeit zu erwarten ist
Durch das Steuern der IMD 14 zur intelligenten Prüfung von Parameterkonfigurationen ermöglicht es die Programmiervorrichtung 20 dem Kliniker, brauchbare Parameterkonfigurationen schneller zu identifizieren, wodurch sich der Gesamtzeitaufwand für den Kliniker zum Programmieren einer Neurostimulationstherapie für den Patienten 12 reduziert. Beispielsweise, anders als vorhandene Neurostimulationsprogrammiersysteme, welche Elektrodenkonfigurationen in zufälliger Reihenfolge oder idiosynkratische Suchmethoden anbieten, die von Klinikern angewendet werden, kann die Programmiervorrichtung 20 zu prüfende Elektrodenkonfigurationen derart auswählen, dass nach kürzerer Suche mit höherer Wahrscheinlichkeit brauchbare Konfigurationen ausgewählt werden. Dementsprechend kann der Kliniker die Suche eventuell abbrechen, bevor alle möglichen Elektrodenkombinationen geprüft wurden, wenn bereits eine oder mehrere brauchbare Konfigurationen identifiziert wurden, wodurch Kliniker und Patient viel Zeit sparen, bis eine wirksame Elektrodenkonfiguration erhalten wird. Zusätzlich ist es mit der Erfindung möglich, optimale oder nahezu optimale Parameterkonfigurationen zu identifizieren, die ansonsten durch den Kliniker nicht identifiziert worden wären.
Auch wenn der Kliniker alle möglichen Elektrodenkombinationen prüfen will, z.B. wenn der Elektrodensatz klein genug ist, um alle Elektrodenkonfigurationen prüfen zu können, kann die Programmiervorrichtung 20 durch automatische Auswahl jeder neuen zu prüfenden Konfiguration die zum Identifizieren der brauchbaren Elektrodenkonfigurationen erforderliche Zeit verringern. Zusätzlich kann die Programmiervorrichtung 20 durch das Sammeln von Wirksamkeitsdaten für jede geprüfte Kombination den Suchvorgang verbessern. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, kann die Programmiervorrichtung 20 dem Kliniker eine Liste von Elektrodenkonfigurationen vorlegen, die nach den Wirksamkeitsdaten sortiert ist, wodurch der Kliniker brauchbare Konfigurationen leichter identifizieren und auswählen kann. Diese Liste von Elektrodenkonfigurationen kann bei Auswertung zusätzlicher Elektrodenkonfigurationen entsprechend den neu gemessenen Wirksamkeitsdaten sortiert und aktualisiert werden. Gleiche Methoden können auf andere Neurostimulationsparameter angewendet werden, die zu einer Parameterkonfiguration gehören, beispielsweise die Amplitude, Impulsbreite, Impulsfrequenz und die Zeitdauer.
Zur Steuerung der IMD 14 zur Prüfung von Elektrodenkombinationen kann die Programmiervorrichtung 20 mit der IMD 14 mittels auf dem Fachgebiet bekannter Telemetriemethoden kommunizieren. Beispielsweise kann die Programmiervorrichtung 20 mit der IMD 14 über einen HF-Telemetriekopf (nicht gezeigt) kommunizieren. Daten zur Identifizierung brauchbarer Elektrodenkombinationen, die der Kliniker identifiziert hat, können als Teil von Parameterkonfigurationen, welche Neurostimulationstherapieprogrammen zugeordnet sind, abgespeichert werden. Neurostimulationstherapieprogramme, die von dem Kliniker mittels der Programmiervorrichtung 20 erstellt wurden, können mittels Telemetrie zu der IMD 14 übertragen werden und/oder zu einer anderen Programmiervorrichtung (nicht gezeigt) übertragen werden, z.B. einer Patienten-Programmiervorrichtung, mittels welcher der Patient 12 die Abgabe von Neurostimulationstherapie durch das IMD 14 steuert.
2 zeigt in einem Blockschaltbild eine beispielhafte Konfiguration von Leitungen 16. In der beispielhaften Konfiguration weist die Leitung 16A Elektroden 26A–26H auf, und die Leitung 16B weist Elektroden 26I–26P auf. Somit weist jede Leitung 16 acht Elektroden auf, jedoch ist auch eine größere oder kleinere Anzahl von Elektroden möglich. Die Elektroden 26A–P (zusammen "Elektroden 26") können Ringelektroden sein. Die Elektroden 26 bilden zusammen einen im Patienten 12 implantierten Elektrodensatz 28. Wie in 2 gezeigt ist, weist der Elektrodensatz 28 auf jeder der zwei Leitungen 16 acht Elektroden auf, die, wie in 1 gezeigt, so implantiert sind, dass sie im wesentlichen zueinander und zum Rückenmark 18 (1) parallel liegen, im wesentlichen auf einander gegenüber liegenden Seiten des Rückenmarks 18, etwa auf gleicher Höhe bezüglich des Rückenmarks 18, und so angeordnet, dass jeweils das distale Ende der Leitung 16 bezüglich des Rückenmarks höher liegt als das jeweils proximale Ende der Leitung 16. Daher kann die dargestellte Konfiguration des Elektrodensatzes 28 als zwei-mal-acht nebeneinander angeordnete und nach oben gerichtete Konfiguration bezeichnet werden. Selbstverständlich ist der Elektrodensatz 28 nur als Beispiel genannt, wobei die Erfindung für andere Arten von Leitungen und Elektrodensätzen anwendbar ist, einschließlich Elektrodensätze mit Einzelleitung, flache paddelförmige Elektroden, Gitteranordnungen und dergleichen.
Ein derartiger Elektrodensatz wird üblicherweise zur Abgabe von SCS-Therapie verwendet. Die Programmiervorrichtung 20 kann jedoch verwendet werden, um brauchbare Kombinationen von Elektroden in einem Elektrodensatz mit beliebiger Konfiguration zu identifizieren, und um jede Art von Neurostimulationstherapie bereitzustellen. Beispielsweise können eine Einzelleitung mit vier oder acht Elektroden, zwei Leitungen mit vier Elektroden je Leitung, Reihenleitungen und Abzweigleitungen, die sämtlich bezüglich des Patienten 12 beliebig ausgerichtet sein können, Elektrodensatzkonfigurationen bereitstellen, die von der Programmiervorrichtung 20 durchsucht werden können. Bei dem Beispiel von 2 sind Elektroden 26 auf gegenüberliegenden Seiten der T7 Vertebra 23, T8 Vertebra 25 und T9 Vertebra 27 einer menschlichen Wirbelsäule angeordnet.
Die IMD 14 (1) kann mittels jeder Kombination von Elektroden 26 Neurostimulation abgeben. Die IMD 14 kann jede Elektrode 26 des Satzes 28 unabhängig aktivieren, so dass sie für eine Konfiguration als Kathode oder Anode wirkt, und jede Konfiguration weist wenigstens eine Kathode und wenigstens eine Anode auf. Bei einigen Ausführungsformen ist es möglich, dass eine Elektrodenkonfiguration eine Einzelelektrode 26 aufweist, welche als Kathode wirkt, wobei eine Dose der IMD 14, d.h. das IMD-Gehäuse, für die Konfiguration als Anode wirkt.
Bei einer Elektrodenkonfiguration fließen Elektronen von einer oder mehreren Elektroden, die für die Konfiguration als Anoden wirken, zu einer oder mehreren Elektroden, die für die Konfiguration als Kathoden wirken. Der Strom zwischen den Anoden und den Kathoden stimuliert Neuronen zwischen und nahe den Anoden und Kathoden. Allgemein ausgedrückt, ermöglicht eine Elektrodenkonfiguration eine brauchbare Neurostimulationstherapie, wenn Strom in einer Richtung und mit ausreichender Stärke abgegeben wird, um spezifische Neuronen oder eine ausreichende Anzahl spezifischer Neuronen zu stimulieren, um ein Symptom zu lindern, ohne inakzeptable Nebenwirkungen hervorzurufen. Weiterhin ermöglicht eine Elektrodenkonfiguration eine brauchbare Neurostimulationstherapie, wenn das Symptom gelindert wird, ohne unerwünscht hohe Impulsamplituden anzuwenden.
Wie oben erwähnt, wählt die Programmiervorrichtung 20 einzelne Elektroden 26 oder eine Elektrodenkonfiguration zur Prüfung aus, damit ein Kliniker brauchbare Elektrodenkonfigurationen entsprechend einem Elektrodensuchalgorithmus identifizieren kann. Die Programmiervorrichtung 20 kann aufgrund der Konfiguration des Elektrodensatzes 28 einen geeigneten Suchalgorithmus auswählen und kann aufgrund des ausgewählten Suchalgorithmus Elektroden 26 oder Elektrodenkonfigurationen auswählen. Die Programmiervorrichtung 20 steuert die IMD 14 zur Prüfung einer ausgewählten Elektrode 26 oder einer Elektrodenkombination durch Steuern der IMD 14 zur Abgabe von Neurostimulation über die ausgewählte Elektrode 26 bzw. die Kombination.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Programmiervorrichtung 20 zunächst die IMD 14 steuern zur individuellen Prüfung einer oder mehrerer Elektroden 26, um die individuelle Elektrode oder Elektroden 26 zu identifizieren, die die erste Kathode sein wird. Bei anderen Ausführungsformen beginnt die Programmiervorrichtung 20 mit einer Kombination ausgewählter Elektroden 26. Im allgemeinen implantiert ein Kliniker Leitungen 16 an einer Stelle so, dass das Zentrum des Elektrodensatzes 28 nahe einem Bereich sitzt, bei dem der Kliniker einen Stimulationsbedarf zur Linderung von Symptomen annimmt. Daher kann die Programmiervorrichtung 20 die Elektroden 26 für die erste Kathode in einer solchen Reihenfolge prüfen, dass die Elektroden 26, die zentral im Elektrodensatz 28 liegen, z.B. die Elektroden 26D–E und 26L–M gemäß Darstellung in 2, vor den außen liegenden Elektroden geprüft werden. Wenn der Kliniker den Targetbereich ungenau einschätzt, wird die Programmiervorrichtung 20 weiterhin einzelne Elektroden 26 in einer entsprechenden Reihenfolge prüfen, bis eine der Elektroden 26, die bei Aktivierung brauchbare Neurostimulationstherapie ermöglicht, als erste Kathode identifiziert wird. Das anfängliche Auffinden einer ersten Kathode liefert eine "grobe" Optimierung von Elektrodenkombinationen, so dass die Programmiervorrichtung 20 und der Kliniker rasch den allgemeinen Bereich identifizieren können, in dem eine Neurostimulationstherapie abzugeben ist.
Die Programmiervorrichtung 20 kann dann die IMD 14 zur Prüfung von Elektrodenkonfigurationen steuern, die die erste Kathode aufweisen. Die verschiedenen Elektrodenkonfigurationen können mit einem üblichen Satz von Stimulationsparametern geprüft werden, beispielsweise einer üblichen Spannungs- oder Stromamplitude, Frequenz und Impulsbreite. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Reihe verschiedener Stimulationsparameter für jede Kombination von Elektroden angewendet werden, um nicht nur die Wirksamkeit von Elektrodenkombinationen zu prüfen, sondern auch Elektrodenkombinationen mit bestimmten Stimulationsparametern wie Amplitude, Frequenz und Impulsbreite. Daher kann sich eine Elektrodenkonfiguration auf die Kombination von Elektroden beziehen, die einen Teil der Neurostimulationsparameter-Konfiguration bilden, und die einer Abgabe von Neurostimulationsenergie über die Elektroden zugeordneten Parameter, wie Amplitude, Impulsbreite und Impulsfrequenz können einen anderen Teil der Parameterkonfiguration bilden.
Die Programmiervorrichtung 20 kann die IMD 14 so steuern, dass verschiedene Elektroden 26 als erste Anode eines Paars mit der ersten Kathode geprüft werden, und kann weitere Anoden und/oder Kathoden zufügen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung steuert die Programmiervorrichtung 20 die IMD 14 zur Prüfung der restlichen Elektroden 26 als erste Anode sowie zusätzliche Anoden oder Kathoden auf Basis der durch ein neurales Netz identifizierten Elektrodenkonfigurationen. Das neurale Netz kann mit einer Programmiervorrichtung 20 verwendet werden, damit der Kliniker Elektrodenkonfigurationen auswählen und dann die IMD 14 für die Abgabe der Therapie mit den ausgewählten Elektrodenkonfigurationen programmieren kann. Die neurale Netzstruktur klassifiziert optimale Elektrodenkonfigurationen.
Der Suchalgorithmus verwendet die neurale Netzstruktur, um auf die wahrscheinliche Wirksamkeit möglicher Parameterkonfigurationen zu schließen, beispielsweise Elektrodenkonfigurationen aufgrund der Wirksamkeit der im Laufe der Bewertung bereits gemessenen Parameterkonfigurationen. Die Netzstruktur kann von einem vorhandenen Datensatz gelernt oder aufgrund der Eingaben eines Neurostimulationsexperten entwickelt werden. Insbesondere kann die neurale Netzstruktur aufgrund neuer Messungen aktualisiert werden, die bei der Suche nach neuen in Betracht kommenden Elektrodenkonfigurationen erhalten wurden. Mit Hilfe des neuralen Netzes schlägt eine Programmiervorrichtung 20 dem Kliniker aufgrund der während des Auswahlvorgangs bereits durchgeführten Messungen die wahrscheinlich wirksamsten Elektrodenkonfigurationen vor. Daraufhin kann der Kliniker als nächstes die vorgeschlagenen Elektrodenkonfigurationen auswählen. In einigen Fällen kann die Auswahl von Elektrodenkonfigurationen oder anderer Parameter automatisiert erfolgen als Antwort auf Vorschläge, die mittels des neuralen Netzes erzeugt wurden. In anderen Fällen kann die Auswahl der Parameterkonfigurationen menschlichen Eingriff durch den Kliniker erfordern, jedoch mit Unterstützung durch die Vorschläge.
Beispielsweise kann ein Experte, beispielsweise ein Neurostimulationsmediziner, auf Basis seiner bzw. ihrer Kenntnis typischer Verhältnisse zwischen verschiedenen Elektrodenkonfigurationen zunächst die neurale Netzstruktur entwickeln. Bei der Messung tatsächlicher Elektrodenkonfigurationen können jedoch die Kausalzusammenhänge durch Istdaten ergänzt werden. Die Istdaten können archiviert und zukünftig als Grundlage zur Entwicklung weiterer Neuralnetzstrukturen verwendet werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine Vielzahl verschiedener Neuralnetzstrukturen entwickelt und für spezielle Anwendungen ausgelegt werden, beispielsweise für verschiedene Formen der Neurostimulationstherapie, verschiedene symptomatische Vorgaben, verschiedene Elektrodenstrukturen und Kapazität der jeweiligen Vorrichtung, und so weiter. Daher kann der Anwender zur Auswahl einer Elektrodenkonfiguration zunächst eine für die vorliegenden Bedingungen geeignete Neuralnetzstruktur auswählen und sodann die ausgewählte Netzstruktur als Orientierung beim Auswählen verwenden.
Somit kann die Neuralnetzstruktur bei der Optimierung einer Parameterkonfiguration als Orientierung verwendet werden, indem sie dem Kliniker als nächste zu prüfende Konfiguration eine Konfiguration auswählt, die mit größerer Wahrscheinlichkeit wirksame Ergebnisse zeigt, z.B. in Bezug auf die Linderung von Symptomen, den Wirkbereich gegenüber dem Symptombereich, und Nebenwirkungen. Auf diese Weise kann der zum Erreichen guter Ergebnisse erforderliche Umfang der Messungen reduziert werden.
3 zeigt in einem Blockschaltbild eine beispielhafte Konfiguration der Programmiervorrichtung 20. Ein Kliniker oder ein sonstiger Anwender kann über eine Bedieneroberfläche 31 mit einem Prozessor 30 kommunizieren, um Elektrodenkonfigurationen zu identifizieren und auszuwählen, wie vorliegend beschrieben wird. Die Bedieneroberfläche 31 kann ein Display 22 und ein Tastenfeld 24 (1) aufweisen und kann auch einen Kontaktbildschirm oder periphere Zeigevorrichtungen wie oben beschrieben aufweisen. Der Prozessor 30 kann auch über die Bedieneroberfläche bzw. -schnittstelle 31 eine graphische Bedieneroberfläche (GUI) aufweisen, um die Kommunikation mit einem Kliniker, Techniker oder sonstigem medizinischem Personal zu erleichtern. Der Prozessor 30 kann einen Mikroprozessor, einen Controller, einen DSP, einen ASIC, einen FPGA, eine diskrete Logikschaltung oder dergleichen aufweisen.
Die Kliniker-Programmiervorrichtung 20 weist auch einen Speicher 32 auf. Der Speicher 32 kann Programmanweisungen enthalten, welche bei Ausführung durch den Prozessor 30 die Kliniker-Programmiervorrichtung 20 veranlassen, die vorliegend der Kliniker-Programmiervorrichtung 20 zugeschriebenen Funktionen auszuführen. Beispielsweise kann der Prozessor einen Suchalgorithmus 34 nach Parameterkonfigurationen ausführen, der im Speicher 32 abgelegt ist. Insbesondere kann der Prozessor 30 einen Suchalgorithmus nach Elektrodenkonfigurationen ausführen, um bestimmte Elektroden 26 oder Elektrodenkombinationen zur Prüfung auszuwählen, damit der Kliniker brauchbare Elektrodenkombinationen identifizieren kann. Der Suchalgorithmus 34 wird aufgrund des Inhalts einer Neuralnetzstruktur 36 ausgeführt, welche Elektrodenkonfigurationen innerhalb des Elektrodensatzes 28 entsprechend der vorhergesagten Wirksamkeit klassifiziert.
Somit stellt die Programmiervorrichtung 20 für einen Kliniker während der Optimierung der Parameter für implantierbare Vorrichtungen eine interaktive Anleitung dar. Insbesondere leitet die Programmiervorrichtung 20 den Kliniker an, indem sie diejenigen Elektrodenkonfigurationen vorschlägt, die aufgrund der Prüfungen, die im Laufe einer Bewertungssitzung bereits durchgeführt wurden, wahrscheinlich am wirksamsten sind. Dies wird erreicht, indem das neurale Netz darauf trainiert wird, optimale Konfigurationen zu klassifizieren, die auf bereits gemessenen Beispielen in einer Sitzung beruhen. Eingaben in dieses neurale Netz umfassen die Einstufung der Wirksamkeit von einer oder mehreren Elektrodenkonfigurationen, die in derselben Sitzung bereits geprüft wurden. Die Ausgabe ist die bestmögliche Schätzung des neuralen Netzes bezüglich der optimalen Konfiguration. Aus dieser Schätzung wird dann der Vorschlag, welche Elektrodenkonfiguration vom Kliniker als nächstes zu prüfen sowie vom Kliniker, vom Patienten oder beiden zu bewerten ist.
Das neurale Netz kann mit Verfahren trainiert werden wie Zurückverfolgen von einer vorhandenen großen Menge beispielhafter Aufzeichnungen mit Daten, die auf vorangehenden Messungen beruhen. Für jede eindeutige Eingangskonfiguration kann im neuralen Netz ein Eingabeknoten enthalten sein. Das neurale Netz stellt eine Ausgabeschicht, entweder einen Einzelknoten oder eine Knotenreihe, zur Kodierung der möglichen optimalen Konfigurationen bereit. Bei Bedarf kann (können) in dem neuralen Netz eine oder mehrere verborgene Schichten enthalten sein.
Wie unten genauer beschrieben wird, sammelt der Prozessor 30 Daten bezüglich geprüfter Parameterkonfigurationen, beispielsweise Elektrodenkonfigurationen, und legt diese Daten im Speicher 32 ab, damit sie der Kliniker später abrufen und prüfen kann, um das Identifizieren brauchbarer Parameterkonfigurationen zu erleichtern. Neurostimulationstherapieprogramme 38, die durch den Kliniker erstellt wurden, können im Speicher 32 abgelegt werden, und Daten zum Identifizieren von Elektrodenkonfigurationen, die der Kliniker zur Verwendung mit einem der Programme 38 ausgewählt hat, können als Teil des Programms im Speicher 32 abgelegt werden. Der Speicher 32 kann ein flüchtiges, nicht-flüchtiges, fest eingebautes, herausnehmbares, magnetisches, optisches oder elektrisches Medium beliebiger Art sein, z.B. RAM, ROM, CD-ROM, Festplatte, herausnehmbare Magnetplatte, Speicherkarte oder Speicherstift, NVRAM, EEPROM, Flash-Memory, und dergleichen.
Der Prozessor 30 steuert die IMD 14 zur Prüfung ausgewählter einzelner Elektroden 26 oder Elektrodenkombinationen durch Steuern der IMD 14 zur Abgabe von Neurostimulationstherapie an den Patienten 12 über die ausgewählten einzelnen Elektroden 26 oder die Elektrodenkombinationen über eine Telemetrieschaltung 40. Der Prozessor 30 kann Programme 38, die der Kliniker erstellt hat, über die Telemetrieschaltung 40 auf die IMD 14 übertragen, oder auf eine andere Programmiervorrichtung, die der Patient benutzt, um die Abgabe von Neurostimulationstherapie über die Eingabe-/Ausgabeschaltung 42 zu steuern. Die E/A-Schaltung 42 kann Sender/Empfänger zur drahtlosen Kommunikation enthalten, entsprechende Anschlüsse zu verdrahteter Kommunikation oder Kommunikation über herausnehmbare elektrische Medien, oder ein geeignetes Laufwerk zur Kommunikation über herausnehmbare magnetische oder optische Medien.
4 zeigt schematisch die Struktur eines neuralen Netzes, das zur Identifizierung optimaler Elektrodenkonfigurationen ausgeführt ist. Wie in 4 gezeigt, ist das neurale Netz durch Knoten, Schichten und Zwischenverbindungen gekennzeichnet. Als konkretes Beispiel betrachte man die Aufgabe der Auswahl eines optimalen Elektrodendipols auf einer 1 × 8 Stimulationsleitung. Eingaben für diese Aufgabe umfassen die Wirksamkeitseinstufungen für jede mögliche Dipolkombination E01, E12, ..., E67, wobei E01 eine Kombination der Elektrode 0 mit der Elektrode 1 auf der Leitung darstellt, E12 eine Kombination der Elektrode 1 mit der Elektrode 2 auf der Leitung darstellt, und so weiter.
In dem Beispiel von 4 wird die Polarität der Elektroden, d.h. die entsprechende Anordnung von Anode und Kathode auf dem Dipolpaar nicht berücksichtigt, jedoch ist das System 10 zum Unterstützen der Polaritätsbestimmung einfach anpassbar. Bei diesem Beispiel kodiert das System 10 die Ausgabemöglichkeiten einfach (eine Konfiguration pro Knoten). Eine einfache verborgene Schicht ist in 9 Knoten enthalten, jedoch ist das nicht unbedingt für alle Anwendungen die optimale Größe oder Anzahl von Schichten. In 4 ist nur eine Untergruppe von Zwischenverbindungsgewichten gezeigt. In der Praxis kann das neurale Netz jedoch vol verbunden sein, wobei jeder Eingabeknoten mit jedem verborgenen Knoten verbunden ist, und jeder verborgene Knoten mit jedem Ausgabeknoten verbunden ist. In 4 stellen die "E"-Knoten (E01, E12, E23, E34, E45, E56, E67) Eingabeknoten dar, die "H"-Knoten (H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7, H8, H9) stellen verborgene Knoten dar, und die "O"-Knoten (O1, O2, O3, O4, O5, O6, O7) stellen Ausgabeknoten dar, die vorgeschlagene Elektrodenkonfigurationen 43, 45, 47, 49, 51, 52 bzw. 53, 55 ergeben.
Unter Verwendung der neuronalen Netzstruktur bzw. der Neuralnetzstruktur liefert die Programmiervorrichtung 20 Vorschläge für die Parameterkonfigurationen, die bei den Zwischenverbindungsgewichten zwischen den Eingabeknoten, verborgenen Knoten und Ausgabeknoten im neuralen Netz wahrscheinlich am wirksamsten sind. Die Zwischenverbindungsgewichte können zunächst gelernt werden, dann jedoch aufgrund der Ergebnisse der Messungen zur Wirksamkeit im Laufe einer Bewertung durch einen Kliniker oder anderen Anwender modifiziert und aktualisiert werden. Auf diese Weise kann das neurale Netz verwendet werden, um den Kliniker zu einem Satz optimaler Parameterkonfigurationen zur Bewertung zu führen und damit die Anzahl der Messungen reduzieren, die zum Erhalten eines guten Ergebnisses erforderlich sind. Mit anderen Worten erlaubt es das neurale Netz dem Kliniker, eine Reihe von Elektrodenkonfigurationen zu vermeiden, die gemäß früherer Erfahrung wahrscheinlich keine guten Ergebnisse bringen. Vielmehr führt die Zwischenverbindung bestimmter Knoten mit Zwischenverbindungsgewichten, die aus früheren Messungen bestimmt wurden, den Kliniker zu Elektrodenkonfigurationen, die mit größerer Wahrscheinlichkeit optimale Wirksamkeitsergebnisse erzielen.
5 zeigt als Flussdiagramm einen Suchalgorithmus, den eine Programmiervorrichtung zur Auswahl von Elektrodenkonfigurationen ausführen kann. Wie in 5 gezeigt, umfasst der Algorithmus den Zugriff auf das neurale Netz (44), das Auslösen des Suchalgorithmus (46), das Auswählen einer ersten Elektrodenkonfiguration (48) und das Messen der Wirksamkeit der ersten Elektrodenkonfiguration (50). Die Wirksamkeit kann in Bezug auf Schmerzlinderung oder anderen therapeutischen Nutzen positiv bewertet werden, und negativ in Bezug auf Nebenwirkungen der Therapie. Die Suchfähigkeit kann als Eigenschaft in einer implantierbaren Programmiervorrichtung für eine Vorrichtung 20 implementiert werden.
Nach dem Programmieren einer Parameterkonfiguration kann die Programmiervorrichtung 20 zur Einstufung der Wirksamkeit dieser Konfiguration auffordern. Die Einstufung der Wirksamkeit kann durch den Kliniker vom Patienten erfragt oder direkt vom Patienten eingegeben werden. Im allgemeinen bezieht sich Wirksamkeit auf den Abgleich zwischen therapeutischem Nutzen und unerwünschten Nebenwirkungen. Beispielsweise kann die Einstufung der Wirksamkeit bezüglich des therapeutischen Nutzens und der Nebenwirkungen aufgrund mündlicher Rückmeldung vom Patienten erhalten werden, durch Kennzeichnung auf einer Schmerz-/Parästhesie-Landkarte, objektive Messungen mit einer Schmerzeinstufungsskala, Quantifizierung von Nebenwirkungen, durch eine Kombination der genannten Verfahren oder mittels anderer Messmethoden.
Die Programmiervorrichtung 20 verwendet dann diese Einstufung bei dem für die Therapie und die Art der Vorrichtung geeigneten Netzmodell, um den besten nächsten Schritt zu folgern. Diesen Schritt kann die Programmierschnittstelle dann dem Kliniker vorschlagen. Aufgrund der gemessenen Wirksamkeit und einer Liste optimaler Konfigurationen, die vom neuralen Netz identifiziert wurden, wird die nächste Elektrodenkonfiguration ausgewählt (52), entweder automatisch oder manuell durch den Kliniker.
Der Algorithmus umfasst dann das Messen der Wirksamkeit dieser neu gewählten Elektrodenkonfiguration (54) und das Aktualisieren der neuralen Netzgewichte oder Zwischenverbindungen, um die gemessene Wirksamkeit (56) zu berücksichtigen. Wenn ein akzeptabler Wirksamkeits-Schwellwert (58) erreicht ist, kann der Algorithmus enden und die gewählte Elektrodenkonfiguration kann zu einem abgespeicherten Neurostimulationsprogramm zugefügt oder ein neues Neurostimulationsprogramm (60) kann erstellt werden. Wenn der Schwellwert nicht erreicht ist, kann der Vorgang iterativ (62) wiederholt werden, bis der Schwellwert erreicht ist oder bis der Kliniker den Algorithmus manuell abbricht.
Wenn der Kliniker die Suche abbricht, bevor alle möglichen Kombinationen von Elektroden 26 geprüft wurden, kann die Programmiervorrichtung 20 einen Bereich ungeprüfter Kombinationen erstellen, den der Kliniker in Neurostimulationstherapieprogramme aufnehmen kann. Der Bereich kann aus einer beliebigen Anzahl von Elektrodenkombinationen bestehen und kann die nächsten n Kombinationen umfassen, die gemäß dem Suchalgorithmus nach Elektrodenkombinationen geprüft worden wären. Dadurch, dass dem Kliniker ein Bereich zur Verfügung gestellt wird, ermöglicht es die Programmiervorrichtung 20 dem Kliniker, in nachfolgenden Programmiersitzungen weniger Zeit auf die Suche nach brauchbaren Elektrodenkombinationen zu verwenden. Insbesondere können die mittels der Bereichskombinationen erstellten Programme eine brauchbare Neurostimulationstherapie ermöglichen ähnlich derjenigen, die durch ein mit der zuletzt geprüften Kombination erstelltes Programm bereitgestellt wird, und dem Patienten 12 zur Verfügung gestellt werden, so dass der Patient 12 die Bereichsprogramme außerhalb des Krankenhauses austesten kann.
Wie vorliegend beschrieben, steuert die Programmiervorrichtung 20 die IMD 14 zur Prüfung von Kombinationen von Elektrodenkonfigurationen, indem die IMD 14 so gesteuert wird, dass sie mittels Elektrodenkombinationen eine Neurostimulationstherapie abgibt. Zusätzlich kann die Programmiervorrichtung 20 dazu ausgestaltet sein, die Suche nach anderen optimalen Therapieparametern zu erleichtern und somit eine Parameterkonfiguration zu bilden. Beispielsweise kann der Kliniker oder die Programmiervorrichtung 20 Soll-Ausgangspunkte für die Impulsamplitude, Frequenz und Impulsbreite für jede Elektrodenkonfiguration auswählen, und die Programmiervorrichtung 20 kann die Amplitude ab dem Ausgangspunkt mit einer ersten Amplitudenfrequenz mittels ähnlicher Neuralnetzmethoden ansteigen lassen. Die Programmiervorrichtung 20 kann die Amplitude beispielsweise linear oder stufenweise ansteigen lassen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Kliniker oder der Patient 12 die Geschwindigkeit des Amplitudenanstiegs steuern. Der Kliniker oder der Patient 12 stoppt das Ansteigen der Amplitude, wenn die Stimulation unangenehm wird oder andere unerwünschte Nebenwirkungen zeigt.
Die Programmiervorrichtung 20 kann die Amplitude beim Anhalten des Ansteigens etwas reduzieren, z.B. um einen prozentualen Wert, und die Amplitude wieder ansteigen lassen, damit der Kliniker und/oder der Patient 12 diejenige Amplitude identifizieren kann, die die beste Neurostimulationstherapie zur Verfügung stellt bzw. abgibt. Bei diesem zweiten Mal kann die Programmiervorrichtung 20 die Amplitude langsamer ansteigen lassen, um das Identifizieren des Punktes zu erleichtern, an dem die beste Neurostimulation erhalten wird. Bei einigen Ausführungsformen wiederum kann der Kliniker oder der Patient 12 die Amplitude steuern.
Die Programmiervorrichtung 20 speichert die Amplitude zu dem Zeitpunkt, wo der Kliniker und/oder der Patient 12 die beste Neurostimulationstherapie angeben, sowie die Einstufungsdaten für die Elektrodenkombination. Der Kliniker und/oder der Patient 12 kann Daten zur Einstufung der Wirksamkeit bereitstellen, z.B. einen numerischen Wert für einen oder mehrere metrische werte zur Einstufung der Kombination, welche sich auf die Wirksamkeit beziehen, die durch die Kombination erreicht wird, oder auf die Nebenwirkungen, die sich aus der Verwendung der Kombination ergeben, oder beides.
Der Kliniker kann Bewertungsdaten und/oder die für jede geprüfte Kombination gespeicherten Amplitudenwerte zur Identifizierung brauchbarer Elektrodenkonfigurationen verwenden. Die Konfigurationen und zugeordneten Daten und Werte können in einer Liste dargestellt werden, die nach Daten, Werten oder kombiniert sortiert sein kann. Der Amplitudenwert kann beispielsweise verwendet werden, um zwischen geprüften Kombinationen mit ähnlicher Bewertung zu unterscheiden auf der Basis der Energie, die jede Kombination zur Abgabe einer brauchbaren Neurostimulationstherapie verbraucht.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung wurden beschrieben. Der Fachmann auf dem Gebiet wird jedoch erkennen, dass verschiedene Zusätze und Abänderungen dieser Ausführungsformen möglich sind, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Die Erfindung kann allgemein auf jede Aufgabe der Optimierung einer Programmierung angewendet werden, für welche die Rückmeldung von einer Konfiguration relativ schnell und innerhalb der klinischen Programmierumgebung verfügbar ist. Hierin umfasst sind Stimulationstherapien für Schmerzen und Bewegungsstörungen und auch andere Stimulations-Therapien.
Beispielsweise wurde die Programmiervorrichtung 20 vorliegend zwar als Handrechengerät beschrieben, jedoch kann die Programmiervorrichtung 20 jede Art von Rechner sein, beispielsweise ein Laptop oder Desktop bzw. PC, und sie kann auf Betriebsmittel zugreifen, z.B. den Speicher 54 über ein Computernetzwerk beispielsweise LAN, WAN, oder über das Internet. Weiterhin kann die Programmiervorrichtung 20 eine Vielzahl von Recheneinrichtungen aufweisen, die miteinander kommunizieren, um die Programmiervorrichtung 20 über ein Computernetzwerk mit den hierin vorgesehenen Funktionen zu versehen.
Die Programmiervorrichtung 20 ist vorliegend zwar so beschrieben, dass sie einem Kliniker zugeordnet bzw. mit diesem interagiert und von diesem bedient wird, d.h. als Kliniker-Programmiervorrichtung, jedoch kann sie auch einem Patienten 12 zugeordnet sein, d.h. als Patienten-Programmiervorrichtung. Bei einigen Ausführungsformen kann der Patient 12 bei einigen oder allen Vorgängen zur Identifizierung von Elektrodenkombinationen die Programmiervorrichtung 20 einfach anstelle des Klinikers bedienen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Patient 12 die Konfigurations-Identifizierung mittels einer Patienten-Programmiervorrichtung teilweise unbeaufsichtigt, ohne Kliniker durchführen, z.B. außerhalb des Krankenhauses.

Claims

Vorrichtung zum Programmieren eines Neurostimulators mit einem Prozessor (30), welche: eine erste Parameterkonfiguration für den Neurostimulator auswählt; und eine Angabe der gemessenen bzw. beobachteten Wirksamkeit der ersten Parameterkonfiguration erhält bzw. aufnimmt; dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor aus einem Satz zusätzlicher Parameterkonfigurationen eine zweite Parameterkonfiguration für den Neurostimulator auswählt, unter Verwendung eines neuralen bzw. neuronalen Netzes.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Parameterkonfigurationen Elektrodenkonfigurationen aufweisen, wobei jede Elektrodenkonfiguration eine Kombination aus zwei oder mehr Elektroden (26) zur Abgabe von Neurostimulationsenergie definiert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei jede der Elektrodenkonfigurationen die Polaritäten für Elektroden in der Kombination definiert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Elektroden von zwei oder mehr implantierten Leitungen (16) gehalten bzw. getragen werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Elektroden verschiedenen Ziel- bzw. Targetbereichen im Körper eines Patienten zugeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die implantierten Leitungen benachbart zu einem Abschnitt des Rückgrats eines Patienten implantiert sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Prozessor das neuronale Netz aufgrund der beobachteten Wirksamkeit aktualisiert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei der Prozessor das neuronales Netz durch Änderung der Verbindungsgewichte zwischen den Knotenpunkten in dem neuronalen Netz aktualisiert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Knotenpunkte Eingangsknoten aufweisen, die mögliche Kombinationen zweier oder mehr Elektroden identifizieren, Ausgangsknoten, die vorgeschlagene Kombinationen zweier oder mehr Elektroden identifizieren, und verborgene Knoten, welche die Eingangsknoten und die Ausgangsknoten mit entsprechenden Zwischenverbindungsgewichten miteinander verbinden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der Prozessor iterativ zusätzliche Elektrodenkonfigurationen für den Neurostimulator auf der Grundlage der beobachteten Wirksamkeit vorheriger Elektrodenkonfigurationen und der Struktur des neuronalen Netzes.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Prozessor die iterative Auswahl der zusätzlichen Elektrodenkonfigurationen beendet, wenn ein oder mehr Kriterien zur Beendigung erfüllt sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Kriterien zur Beendigung die Auswahl einer der Elektrodenkonfigurationen umfassen, deren beobachtete Wirksamkeit einen Wirksamkeits-Schwellwert erreicht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Prozessor: iterativ zusätzliche Elektrodenkonfigurationen für den Neurostimulator auswählt auf der Grundlage der beobachteten Wirksamkeit vorheriger Elektrodenkonfigurationen und der Struktur des neuronalen Netzes; die iterative Auswahl der zusätzlichen Elektrodenkonfigurationen bei einer letzten Elektrodenkonfiguration beendet, wenn ein oder mehr Kriterien zur Beendigung erfüllt sind; und den Neurostimulator so programmiert, dass dieser die erste endgültige Elektrodenkonfiguration für die Anwendung einer Neurostimulationstherapie einsetzt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei der Neurostimulator ein Spinalmarkstimulator ist und die endgültige Elektrodenkonfiguration Elektroden aufweist, die auf einer oder mehr implantierten Spinalleitungen eingesetzt werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei die erste endgültige Elektrodenkonfiguration eine Kombination zweier Elektroden aus einem Satz von wenigstens acht Elektroden definiert.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Prozessor die erste und die zweite Parameterkonfiguration auswählt, indem die erste und die zweite Parameterkonfiguration einem Kliniker vorgeschlagen werden.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Prozessor eine Angabe bezüglich beobachteter Wirksamkeit dadurch erhält, dass eine Benutzereingabe mit Angabe der beobachteten Wirksamkeit erhalten wird.