針對電刺激治療的電極選擇的制作方法
本公開涉及電刺激治療。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了用于不同治療應(yīng)用(比如，腦深部刺激(dbs)、脊髓刺激(scs)、骨盆刺激、胃刺激、周圍神經(jīng)刺激、功能性電刺激或向患者體內(nèi)的目標(biāo)組織位點(diǎn)遞送治療劑、胰島素、止痛劑或消炎劑)的可植入醫(yī)療設(shè)備(比如，電刺激器或治療劑遞送設(shè)備)。在一些治療系統(tǒng)中，可植入電刺激器借助于一個或多個電極來向患者體內(nèi)的目標(biāo)組織位點(diǎn)遞送電治療，所述一個或多個電極可以通過醫(yī)療引線部署和/或部署在電刺激器的外殼上，或者兩者。在一些治療系統(tǒng)中，治療可以經(jīng)由電刺激器的引線和/或外殼承載的特定電極組合遞送。
在編程會話(所述編程會話可能在植入醫(yī)療設(shè)備期間發(fā)生)期間、在試驗(yàn)會話期間、或者在將醫(yī)療設(shè)備植入患者體內(nèi)之后的診所內(nèi)或遠(yuǎn)程隨訪會話期間，臨床醫(yī)生可以生成被發(fā)現(xiàn)用于向患者提供有效治療的一個或多個治療程序(也被稱為治療參數(shù)集合)，其中，每個治療程序可以限定治療參數(shù)集合的值。醫(yī)療設(shè)備可以根據(jù)所存儲的一個或多個治療程序來向患者遞送治療。在電刺激的情況下，治療參數(shù)可以限定待遞送的電刺激波形的特性。例如，在以電脈沖的形式遞送電刺激的示例中，治療參數(shù)可以包括電極配置(所述電極配置包括電極組合和電極極性)、振幅(所述振幅可以是電流振幅或電壓振幅)、脈沖寬度以及脈沖速率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
總體上，本公開涉及用于選擇一個或多個可植入電極中用于向患者遞送電刺激的電極組合的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。貫穿本公開，術(shù)語“電極”和“觸頭”可以以基本上可互換的方式使用。在一些示例中，設(shè)備可以基于針對特定患者的電信號表示和針對多個患者的多個電信號表示來選擇用于向特定患者遞送電刺激的電極(即，電觸頭)組合。在一些示例中，設(shè)備可以使用如支持向量機(jī)(svm)分類等機(jī)器學(xué)習(xí)來選擇觸頭組合。例如，設(shè)備可以使用基于針對所述多個患者的所述多個電信號表示中的一個或多個電信號表示來訓(xùn)練的svm。在一些示例中，設(shè)備可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)的形式(即，除了svm以外)。例如，設(shè)備可以使用任何種類的監(jiān)督或非監(jiān)督形式的機(jī)器學(xué)習(xí)來選擇觸頭組合。
觸頭可以部署在可植入刺激器的一條或多條可植入引線和/或外殼上。使用機(jī)器學(xué)習(xí)來選擇觸頭的設(shè)備可以是可植入刺激器或用于可植入刺激器的外部編程器。可替代地，可以在可植入刺激器和用于可植入刺激器的外部編程器兩者中提供機(jī)器學(xué)習(xí)功能。在其他示例中，承載觸頭的可植入引線可以經(jīng)皮地耦合至外部刺激器。在所述情況下，外部刺激器包括用于選擇用于向患者遞送刺激的觸點(diǎn)的機(jī)器學(xué)習(xí)功能。
作為一個示例，一種用于對遞送電刺激治療進(jìn)行控制的方法包括：由一個或多個處理器并且基于針對特定患者的感測電信號表示以及針對多個其他患者的多個感測電信號表示來選擇一個或多個可植入電極的多個組合中用于向所述特定患者遞送電刺激治療的電極組合；以及由所述一個或多個處理器生成用于基于所述電極中的所述所選組合來對所述電刺激的所述遞送進(jìn)行控制的信息。
作為另一個示例，一種設(shè)備包括存儲器，所述存儲器被配置成用于存儲針對特定患者的感測電信號表示；以及一個或多個處理器，所述一個或多個處理器被配置成用于基于針對特定患者的所述感測電信號表示以及針對多個其他患者的多個感測電信號表示來選擇一個或多個可植入電極的多個組合中用于向所述特定患者遞送電刺激治療的電極組合；以及生成用于基于所述電極中的所述所選組合來對所述電刺激的所述遞送進(jìn)行控制的信息。
作為另一個示例，一種可植入設(shè)備包括：用于基于針對特定患者的感測電信號表示以及針對多個其他患者的多個感測電信號表示來選擇一個或多個可植入電極的多個組合中用于向所述特定患者遞送電刺激的電極組合的裝置；以及用于經(jīng)由所述所選電極組合來向所述特定患者遞送所述電刺激的裝置。
作為另一個示例，一種可植入設(shè)備的編程器包括：用于基于針對特定患者的感測電信號表示以及針對多個其他患者的多個感測電信號表示來選擇一個或多個可植入電極的多個組合中用于向所述特定患者遞送電刺激的電極組合的裝置；以及用于將所述可植入醫(yī)療設(shè)備編程成用于經(jīng)由所述所選電極組合來向所述特定患者遞送所述電刺激的裝置。
作為另一個示例，一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲多條指令，所述指令當(dāng)被執(zhí)行時使一個或多個處理器基于針對特定患者的感測電信號表示以及針對多個其他患者的多個感測電信號表示來選擇一個或多個可植入電極的多個組合中用于向所述特定患者遞送電刺激的電極組合；以及生成用于基于所述電極中的所述所選組合來對所述電刺激的所述遞送進(jìn)行控制的信息。
作為另一個示例，一種系統(tǒng)包括一個或多個處理器，所述一個或多個處理器被配置成用于基于針對特定患者的感測電信號表示以及針對多個其他患者的多個感測電信號表示來選擇一個或多個可植入電極的多個組合中用于向所述特定患者遞送電刺激的電極組合；以及醫(yī)療設(shè)備，所述醫(yī)療設(shè)備被配置成用于經(jīng)由所選電極組合來向所述特定患者遞送刺激。
以下附圖和說明闡述了一個或多個實(shí)例的細(xì)節(jié)。根據(jù)本說明書和附圖以及根據(jù)權(quán)利要求書，其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。
附圖說明
圖1是概念圖，展示了被配置成用于向患者大腦內(nèi)的組織位點(diǎn)遞送電刺激治療的示例腦深部刺激(dbs)系統(tǒng)。
圖2是功能框圖，展示了示例醫(yī)療設(shè)備的部件。
圖3是功能框圖，展示了示例醫(yī)療設(shè)備編程器的部件。
圖4是概念圖，展示了根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的可以在圖2和圖3中所示出的設(shè)備中的一者或兩者中提供的觸頭選擇模塊的一個示例的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
圖5是根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的用于自動地選擇用于遞送電刺激的觸頭組合的示例技術(shù)的流程圖。
圖6是根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的用于訓(xùn)練一個或多個機(jī)器學(xué)習(xí)模型(比如，一個或多個svm分類器)的示例技術(shù)的流程圖。
圖7a至圖7c展示了根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的可以用于創(chuàng)建特征集以供分類的數(shù)據(jù)的示例。
圖8a和圖8b展示了根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的留一(leave-one-out，loo)分類誤差。
圖9a至圖9c是散點(diǎn)圖，展示了根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的在雙極對上記錄的局部場電位的貝塔(β)頻帶對西塔(θ)頻帶功率。
圖9d是圖9a至圖9c的圖例。
圖10a和圖10b是圖示，展示了根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的用于選擇觸頭組合的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸出。
具體實(shí)施方式
總體上，本公開涉及用于選擇用于向患者遞送電刺激的一個或多個可植入電極的組合的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。例如，設(shè)備可以基于針對特定患者的電信號表示和針對多個患者的多個電信號表示來選擇針對特定患者的電極組合。在一些示例中，設(shè)備可以使用如支持向量機(jī)(svm)分類器(在本公開中被稱為svm)等機(jī)器學(xué)習(xí)來選擇電極組合。例如，設(shè)備可以使用基于針對所述多個患者的所述多個電信號表示中的一個或多個電信號表示來訓(xùn)練的svm。
觸頭可以部署在可植入刺激器的一條或多條可植入引線和/或外殼上。使用機(jī)器學(xué)習(xí)來選擇電極的設(shè)備可以是可植入刺激器或用于可植入刺激器的外部編程器。可替代地，可以在可植入刺激器和用于可植入刺激器的外部編程器兩者中提供機(jī)器學(xué)習(xí)功能。在其他示例中，承載電極的可植入引線可以經(jīng)皮地耦合至外部刺激器。在所述情況下，外部刺激器包括用于選擇用于向患者遞送刺激的電極的機(jī)器學(xué)習(xí)功能。
帕金森病(pd)是由對基底神經(jīng)節(jié)-丘腦-皮質(zhì)網(wǎng)中的多巴胺能神經(jīng)元的耗盡表征的進(jìn)行性神經(jīng)變性障礙。達(dá)到這個階段時，所述疾病的表現(xiàn)可能包括運(yùn)動失能的特有運(yùn)動功能障礙、運(yùn)動遲緩、僵化和震顫中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。在一些示例中，腦深部刺激(dbs)治療可以用于遞送電刺激以便治療藥物難治性pd患者的運(yùn)動病征。在一些示例中，dbs治療可以涉及將一條或多條引線單側(cè)地或雙側(cè)地植入到腦中以便向基底神經(jīng)節(jié)中的目標(biāo)結(jié)構(gòu)遞送電刺激。對于內(nèi)科醫(yī)生(也被稱為臨床醫(yī)生)和患者兩者而言，選擇用于dbs治療的有效刺激參數(shù)可能是耗時的。如此，可能期望減小選擇刺激參數(shù)所消耗的時間量。
在一些示例中，臨床醫(yī)生可以使用兩個已知項(xiàng)(刺激輸入和行為輸出)來手動地選擇刺激參數(shù)。例如，臨床醫(yī)生可以手動地選擇刺激參數(shù)集合，并且使植入式刺激器根據(jù)刺激參數(shù)集合來刺激患者。基于患者對刺激的反應(yīng)，臨床醫(yī)生可以修改刺激參數(shù)中的一個或多個刺激參數(shù)，直到實(shí)現(xiàn)令人滿意的刺激反應(yīng)為止。令人滿意的反應(yīng)可以包括如以上所描述的運(yùn)動功能障礙等pd癥狀的減少以及無副作用或至少可容許的副作用。如上所述，手動選擇刺激參數(shù)可能非常耗時。如此，可能期望減小選擇刺激參數(shù)所消耗的時間量。
根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)，設(shè)備可以至少基于患者的感測神經(jīng)數(shù)據(jù)來自動地選擇針對所述患者的刺激參數(shù)。例如，設(shè)備可以將針對患者的電信號表示與一個或多個機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行比較以便自動選擇用于向患者遞送電刺激的電極。在一些示例中，可以基于針對多個患者的多個電信號表示中的一個或多個電信號表示來訓(xùn)練一個或多個機(jī)器學(xué)習(xí)模型。以此方式，設(shè)備可以減小編程時間并且可以改善患者結(jié)果。
為了基于感測神經(jīng)數(shù)據(jù)而實(shí)施自動化編程算法，找到行為和刺激兩者的神經(jīng)生理相互關(guān)系可能是有用的。美敦力神經(jīng)調(diào)節(jié)(medtronicneuromodulation)已經(jīng)開發(fā)了被稱為activapc+s的調(diào)查設(shè)備。除了遞送dbs刺激以外，這種可長期植入的神經(jīng)刺激器能夠感測和記錄來自患者的dbs引線上的電極對的亞微伏局部場電位(lfp)。出于研究目的，在適當(dāng)機(jī)構(gòu)審查委員會的批準(zhǔn)和父母的知情同意下，這些設(shè)備在美國和在歐洲的多個中心處植入pd患者體內(nèi)。作為研究方案的一部分，在針對患者的第一植入后編程會話以及在連續(xù)的隨訪時，從所有可能的電極對中獲得lfp記錄。因?yàn)閘fp對于長期電極-組織阻抗變化穩(wěn)健(不像神經(jīng)元記錄)并且對于在深部腦結(jié)構(gòu)中進(jìn)行感測提供足夠高的分辨率(不像皮層腦電圖)(見g.buzsáki(布薩基g.)、c.a.anastassiou(安那斯塔修c.a.)和c.koch(科赫c.)的“theoriginofextracellularfieldsandcurrents-eeg,ecog,lfpandspikes(細(xì)胞外場和電流的起源-eeg、ecog、lfp和尖峰)”，naturereviewsneuroscience(《自然綜述神經(jīng)科學(xué)》)，2012年，第13卷第6期第407-20頁)，所以lfp被認(rèn)為是用于在長期設(shè)置中測量腦狀態(tài)的最優(yōu)信號。
我們從到目前為止植入有activapc+s的患者中選擇了患有先天性帕金森病的讓dbs引線單側(cè)地或雙側(cè)地放置在丘腦底核(stn)中的15個患者。我們并未基于患者的疾病子類型或lfp頻譜圖案來預(yù)選記錄。此處，我們使用這些記錄來初步調(diào)查所述記錄的特性是否與主治醫(yī)生選擇用于患者dbs治療的電極關(guān)聯(lián)。在一些示例中，在lfp的貝塔頻帶(13至30hz)中的振蕩內(nèi)容可以與位置和腦深部刺激療效關(guān)聯(lián)。如此，由activapc+s從各種宏電極中感測的在lfp中的貝塔活動可以包含可以幫助選擇要用于進(jìn)行有效刺激的電極的信息。然而，在一些示例中，為了減小特征選擇偏差，以一大組頻譜特征而開始可能是有益的。
圖1是概念圖，展示了被配置成用于向患者12遞送治療以便管理患者12的障礙的示例治療系統(tǒng)10?；颊?2通常將是人類患者。然而，在一些情況下，治療系統(tǒng)10可以應(yīng)用于其他哺乳類或非哺乳類非人類患者。在圖1中所示出的示例中，治療系統(tǒng)10包括醫(yī)療設(shè)備編程器14、可植入醫(yī)療設(shè)備(imd)16、引線延伸段18以及具有對應(yīng)電極組24、26的一條或多條引線20a和20b(統(tǒng)稱為“引線20”)。imd16包括刺激發(fā)生器，所述刺激發(fā)生器被配置成用于生成電刺激治療并分別經(jīng)由引線20a和20b的一個或多個電極24、26來向患者12的大腦28的一個或多個區(qū)域遞送電刺激治療。
在圖1中所示出的示例中，因?yàn)閕md16被配置成用于向大腦28內(nèi)的組織(例如，在大腦28的硬腦膜下的組織位點(diǎn)或者一個或多個分支或節(jié)點(diǎn)、或者纖維軌跡的交匯點(diǎn))直接遞送電刺激治療，所以治療系統(tǒng)10可以被稱為腦深部刺激(dbs)系統(tǒng)。在其他示例中，引線20可以被定位成用于向大腦28的表面(例如，大腦28的皮質(zhì)表面)遞送治療。例如，在一些示例中，imd16可以例如通過向大腦28皮質(zhì)中的一個或多個組織位點(diǎn)遞送電刺激從而向患者12提供皮質(zhì)刺激治療。作為另一個示例，imd16可以通過向一個或多個迷走神經(jīng)組織位點(diǎn)遞送電刺激從而向患者12提供迷走神經(jīng)刺激(vns)治療。
dbs可以用于治療或管理患者12的各種患者病情，比如，但不限于，痙攣疾病(例如，癲癇)、疼痛、偏頭痛、精神疾病(例如，重度抑郁癥(mdd))、躁郁癥、焦慮癥、創(chuàng)傷后壓力心理障礙癥、輕郁癥、強(qiáng)迫癥(ocd)、行為障礙、情緒障礙、記憶障礙、心理狀態(tài)障礙、移動障礙(例如，特發(fā)性震顫或帕金森氏病)、亨廷頓病、阿爾茨海默癥或其他神經(jīng)學(xué)或精神科疾病和損害。
還可以根據(jù)本文中所公開的技術(shù)使用被配置成用于經(jīng)由將向大腦28或者患者12體內(nèi)的另一個合適的目標(biāo)治療遞送位點(diǎn)遞送治療來治療其他患者病情的治療系統(tǒng)。例如，在治療系統(tǒng)10的其他應(yīng)用中，患者12體內(nèi)的目標(biāo)治療遞送位點(diǎn)可以是靠近患者12體內(nèi)的脊髓或骶神經(jīng)(例如，s2、s3或s4骶神經(jīng))或者患者12體內(nèi)的任何其他合適的神經(jīng)、器官、肌肉或肌群的位置，所述位置可以例如是基于患者病情選擇的。例如，治療系統(tǒng)10可以用于向靠近神經(jīng)系統(tǒng)的陰部神經(jīng)、會陰神經(jīng)或其他區(qū)域的組織遞送電刺激或治療劑，在這種情況下，引線20將被植入或基本上固定成靠近于對應(yīng)神經(jīng)。作為進(jìn)一步示例，電刺激系統(tǒng)可以被定位成用于遞送刺激從而幫助管理周圍神經(jīng)病或術(shù)后疼痛緩解、髂腹股溝神經(jīng)刺激、肋間神經(jīng)刺激、用于治療胃流動障礙和肥胖的胃刺激、泌尿功能障礙、性功能障礙、肌肉刺激，從而緩解其他周圍和局部化疼痛(例如，腿疼或背疼)。
在圖1所示出的示例中，imd16可以植入在患者12的胸肌區(qū)中的皮下袋內(nèi)。在其他示例中，imd16可以植入患者12的其他區(qū)域內(nèi)，比如，在患者12的腹部或臀部中或者靠近患者12的顱骨的皮下袋內(nèi)。植入式引線延伸段18經(jīng)由連接器塊30(也被稱為連接頭)耦合至imd16，所述連接器塊可以包括例如電耦合至引線延伸段18上對應(yīng)電極的電觸頭。電觸頭將由引線20承載的電極24、26電耦合至imd16。引線延伸段18從imd16在患者12的胸腔內(nèi)的植入位點(diǎn)沿著患者12的頸部并穿過患者12的顱骨行進(jìn)以便進(jìn)入大腦28。imd16可由可抵抗來自體液的腐蝕和降解的生物相容性材料構(gòu)造。imd16可以包括用于基本上封閉部件(比如，處理器、治療模塊和存儲器)的氣密外殼34。
在圖1中所示出的示例中，引線20分別植入大腦28的右半球和左半球內(nèi)以便向大腦28的一個或多個區(qū)域遞送電刺激，所述區(qū)域可以是基于許多因素選擇的，比如，治療系統(tǒng)10被實(shí)施成用于對其進(jìn)行管理的患者病情的類型。設(shè)想了引線20和imd16的其他植入位點(diǎn)。例如，imd16可以被植入在顱骨32之上或之內(nèi)，或者引線20可以植入同一半球內(nèi)多個目標(biāo)組織位點(diǎn)處，或者imd16可以耦合至植入大腦28的一個或兩個半球中的單條引線。
引線20可以被定位用于向大腦28內(nèi)的一個或多個目標(biāo)組織位點(diǎn)遞送電刺激以便管理與患者12的障礙相關(guān)聯(lián)的患者癥狀?？梢灾踩胍€20以便經(jīng)由任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)將電極24、26定位在大腦28的期望位置處，比如，通過患者12的頭骨中對應(yīng)的鉆孔或者通過顱骨32中常見鉆孔。引線20可以放置在大腦28內(nèi)的任何位置處，從而使得電極24、26能夠在治療期間向大腦28內(nèi)的目標(biāo)治療遞送位點(diǎn)提供電刺激。不同的神經(jīng)或精神障礙可以與大腦28的一個或多個區(qū)域中的活動相關(guān)聯(lián)，所述活動可能因患者而不同。因此，由以引線20遞送的電刺激治療的目標(biāo)治療遞送位點(diǎn)可以是基于患者病情選擇的。例如，大腦28內(nèi)用于控制患者12的移動障礙的適當(dāng)目標(biāo)治療遞送位點(diǎn)可以包括以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)：腳橋核(ppn)、丘腦、基底核結(jié)構(gòu)(例如，蒼白球、黑質(zhì)或底丘腦核)、未定帶、纖維束、豆核束(及其分支)、豆?fàn)詈笋然騠orel區(qū)(fieldofforel)(丘腦束)。ppn還可以被稱為腦橋腳被蓋核。
作為另一個示例，在mdd、躁郁癥、ocd或其他焦慮疾病的情況下，可以植入引線20以便向大腦28的內(nèi)囊前肢、以及僅內(nèi)囊前肢的腹側(cè)部分(也被稱為vc/vs)、扣帶皮層的膝下部分(其可以被稱為cg25)、前扣帶皮層布羅德曼區(qū)32和24、前額皮質(zhì)的各部位(包括背外側(cè)和內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)(pfc)(例如，布羅德曼區(qū)9)、腹正中前額皮質(zhì)(例如，布羅德曼區(qū)10)、外側(cè)和內(nèi)側(cè)眶額皮層(例如，布羅德曼區(qū)11))、內(nèi)側(cè)或伏隔核、丘腦、丘腦髓板內(nèi)核、杏仁核、海馬體、外側(cè)下丘腦、藍(lán)斑核、中縫背核、中腦腹側(cè)被蓋區(qū)、黑質(zhì)、丘腦底核、丘腦下腳、丘腦的背內(nèi)側(cè)核、松果體韁、終紋的床核、或其任意組合遞送電刺激。
作為另一個示例，例如，在驚厥癥或阿爾茨海默病的情況下，可以植入引線20以便向巴貝茲回路(circuitofpapez)內(nèi)的區(qū)域，如例如，丘腦前核、內(nèi)囊、扣帶回、穹窿、乳頭體、乳頭丘腦束(乳頭體丘腦纖維束)或海馬體中的一者或多者遞送電刺激。
作為另一個示例，在帕金森病的情況下，可以植入引線20以便向丘腦底核(stn)內(nèi)的區(qū)域遞送電刺激(或者單側(cè)地或者雙側(cè)地)。還設(shè)想了不位于患者12的大腦28中的目標(biāo)治療遞送位點(diǎn)。
盡管引線20在圖1中被示出為耦合至公共引線延伸段18，但是在其他示例中，引線20可以經(jīng)由單獨(dú)的引線延伸段耦合至imd16或者直接耦合至imd16。此外，盡管圖1將系統(tǒng)10展示為包括經(jīng)由引線延伸段18耦合至imd16的兩條引線20a和20b，但是在一些示例中，系統(tǒng)10可以包括一條引線或多于兩條引線。
在圖1中所示的示例中，引線20的電極24、26被示出為環(huán)形電極。環(huán)形電極可以相對易于編程并且可能能夠向與引線20相鄰的任何組織遞送電場。在其他示例中，引線20的電極24、26可以具有不同的配置。例如，引線20的電極24、26中的一個或多個電極可以具有復(fù)雜的電極陣列幾何結(jié)構(gòu)，所述幾何結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生成形的電場，包括交叉刺激。復(fù)雜電極陣列幾何結(jié)構(gòu)的示例可以包括沿著引線的長度而定位在不同軸向位置處以及繞引線的外圍(例如，圓周)而定位在不同角位置處的電極陣列。復(fù)雜電極陣列幾何結(jié)構(gòu)可以包括除了或代替環(huán)形電極的圍繞每條引線20的周長的多個電極(例如，部分環(huán)形或分段式電極)。以此方式，電刺激可以從引線20指引至特定方向以便增強(qiáng)治療療效并減小由于刺激大組織體積而引起的可能不良副作用。作為進(jìn)一步示例，電極可以是可以承載在扁條形引線或圓柱形引線上的貼片電極。
如在圖1的示例中所展示的，引線20a的電極組24可以包括電極24a、24b、24c和24d，并且引線20b的電極組26可以包括電極26a、26b、26c和26d。在一些示例中，電極24和26中的每一個電極都可以被配置成用于獨(dú)立地遞送電刺激。
在一些示例中，imd16的外殼34可以包括一個或多個刺激電極和/或感測電極。例如，外殼34可以包括當(dāng)imd16植入患者12體內(nèi)時暴露于患者12的組織的導(dǎo)電材料或者可以附接于外殼34的電極。在其他示例中，引線20可以具有除了如圖1中所示出的具有有源或無源尖端構(gòu)型的細(xì)長柱形體之外的形狀。例如，引線20可以是扁條形引線、球形引線、可彎曲式引線或者在治療患者12中有效的任何其他類型的形狀。
imd16可以根據(jù)一個或多個刺激治療程序(本文中也被稱為“刺激參數(shù)值集合”)向患者12的大腦28遞送電刺激治療。刺激治療程序可以限定針對由imd16的刺激發(fā)生器生成的并且從imd16經(jīng)由一個或多個電極24、26向患者12體內(nèi)的目標(biāo)治療遞送位點(diǎn)遞送的治療的一個或多個電刺激參數(shù)值。電刺激參數(shù)可以限定電刺激治療的方面，并且可以包括例如電刺激信號的電壓或電流振幅、電刺激的電荷電平、電刺激信號的頻率、波形形狀、接通/斷開循環(huán)狀態(tài)(例如，如果循環(huán)“斷開”，則刺激總是接通，并且如果循環(huán)“接通”，則刺激循環(huán)接通或斷開)、以及在電刺激脈沖的情況下的脈沖速率、脈沖寬度、和其他適當(dāng)?shù)膮?shù)(比如，持續(xù)時間或占空比)。此外，如果不同的電極可用于遞送刺激，那么治療程序的治療參數(shù)可以進(jìn)一步由電極組合表征，所述電極組合可以限定所選電極24、26及其對應(yīng)極性。在一些示例中，可以使用連續(xù)波形來遞送刺激并且刺激參數(shù)與限定此波形。
除了被配置成用于遞送治療以便管理患者12的障礙以外，治療系統(tǒng)10可以被配置成用于感測患者12的生物電大腦信號或另一個生理參數(shù)。例如，imd16可以包括感測模塊，所述感測模塊被配置成用于經(jīng)由電極24、26的子集、另一個電極組或者兩者來感測大腦28的一個或多個區(qū)域內(nèi)的生物電大腦信號。因此，在一些示例中，電極24、26可以用于將電刺激從治療模塊遞送至大腦28內(nèi)的目標(biāo)位點(diǎn)以及感測大腦28內(nèi)的大腦信號。然而，imd16還可以使用單獨(dú)的感測電極組來感測生物電大腦信號。在一些示例中，imd16的感測模塊可以經(jīng)由一個或多個電極24、26來感測生物電大腦信號，所述一個或多個電極還用于向大腦28遞送電刺激。在其他示例中，電極24、26中的一個或多個電極可以用于感測生物電大腦信號，而一個或多個不同的電極24、26可以用于遞送電刺激。
外部醫(yī)療設(shè)備編程器14被配置成用于根據(jù)需要與imd16無線通信以便提供或檢索治療信息。編程器14是用戶(例如，臨床醫(yī)生和/或患者12)可以用來與imd16通信的外部計(jì)算設(shè)備。例如，編程器14可以是臨床醫(yī)生用來與imd16通信并對imd16的一個或多個治療程序進(jìn)行編程的臨床醫(yī)生編程器。此外或替代地，編程器14可以是患者編程器，所述患者編程器允許患者12選擇程序和/或查看和修改治療參數(shù)值。臨床醫(yī)生編程器相比患者編程器可以包括更多的編程特征。換言之，更加復(fù)雜或敏感的任務(wù)可以僅由臨床醫(yī)生編程器所允許以便防止未經(jīng)訓(xùn)練的患者對imd16作出非期望改變。
編程器14可以是具有可由用戶觀看的顯示器以及用于向編程器14的接口(即，用戶輸入機(jī)構(gòu))提供輸入的手持式計(jì)算設(shè)備。例如，編程器14可以包括用于向用戶呈現(xiàn)信息的小顯示屏(例如，液晶顯示器(lcd)或發(fā)光二極管(led)顯示器)。此外，編程器14可以包括觸摸屏顯示器、鍵盤、按鈕、外圍指向設(shè)備、語音激活或者允許用戶通過編程器14的用戶界面進(jìn)行導(dǎo)航并且提供輸入的另一個輸入機(jī)構(gòu)。如果編程器14包括按鈕和鍵盤，則按鈕可以專用于執(zhí)行某項(xiàng)功能(例如，電源按鈕)，按鈕和鍵盤可以是軟按鍵，所述軟按鍵根據(jù)用戶界面的由用戶目前觀看的部分或其任何組合在功能方面進(jìn)行改變。
在其他示例中，編程器14可以是更大的工作站或者在另一個多功能設(shè)備內(nèi)的單獨(dú)應(yīng)用，而不是專用計(jì)算設(shè)備。例如，多功能設(shè)備可以是筆記本計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、工作站、一個或多個服務(wù)器、蜂窩電話、個人數(shù)字助理或者可以運(yùn)行應(yīng)用的另一個計(jì)算設(shè)備，所述應(yīng)用使計(jì)算設(shè)備能夠作為安全醫(yī)療設(shè)備編程器14而運(yùn)行。耦合至計(jì)算設(shè)備的無線適配器可以使計(jì)算設(shè)備與imd16之間的安全通信成為可能。
當(dāng)編程器14被配置成由臨床醫(yī)生使用時，編程器14可以用于向imd16傳輸編程信息。編程信息可以包括例如硬件信息(比如，引線20的類型、電極24、26在引線20上的安排、引線20在大腦28內(nèi)的位置)、限定了治療參數(shù)值的一個或多個治療程序、針對一個或多個電極24、26的治療窗、以及可用于編程到imd16中的任何其他信息。編程器14還可能能夠完成功能測試(例如，測量引線20的電極24、26的阻抗)。
臨床醫(yī)生還可以借助于編程器14來生成治療程序并將其存儲在imd16內(nèi)。編程器14可以通過提供用于標(biāo)識潛在有益的治療參數(shù)值的系統(tǒng)而輔助臨床醫(yī)生創(chuàng)建/標(biāo)識治療程序。例如，在編程會話期間，編程器14可以自動地選擇用于向患者遞送治療的電極組合。在一些示例中，治療程序中的至少一些治療程序可以具有相同電極組合(但是至少一個其他治療參數(shù)的不同值)，并且可以將這些治療程序組織到子集中，每個子集具有相同的電極組合。編程器14的處理器可以為每個子集選擇最有效的治療程序并且顯示所選治療程序的列表。臨床醫(yī)生可以從所述列表中選擇英用于向患者12提供治療的治療程序從而解決與患者病情相關(guān)聯(lián)的癥狀。
編程器14還可以被配置成由患者12使用。當(dāng)配置成患者編程器時，編程器14可以具有有限的功能(相比于臨床醫(yī)生編程器)以便防止患者12變更imd16的關(guān)鍵功能或者可能對患者12有害的應(yīng)用。
無論編程器14被配置成用于臨床醫(yī)生還是患者使用，編程器14被配置成用于經(jīng)由無線通信與imd16以及可選地另一個計(jì)算設(shè)備通信。編程器14例如可以使用本領(lǐng)域中已知的射頻(rf)和/或感應(yīng)遙測技術(shù)經(jīng)由無線通信與imd16通信，所述技術(shù)可以包括用于近端、中距離、或更長距離通信的技術(shù)。編程器14還可以使用各種局部無線通信技術(shù)(比如，根據(jù)802.11或藍(lán)牙規(guī)范設(shè)置的rf通信、根據(jù)irda規(guī)范設(shè)置的紅外(ir)通信、或者其他標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ羞b測協(xié)議)中的任何局部無線通信技術(shù)經(jīng)由有線或無線連接與另一個編程器或計(jì)算設(shè)備通信。編程器14還可以經(jīng)由可移除介質(zhì)(比如，磁盤或光盤、存儲卡或記憶棒)的交換與其他編程設(shè)備或計(jì)算設(shè)備通信。此外，編程器14可以經(jīng)由本領(lǐng)域已知的遠(yuǎn)程遙測技術(shù)與imd16和另一個編程器通信，例如經(jīng)由個域網(wǎng)(pan)、局域網(wǎng)(lan)、廣域網(wǎng)(wan)、公共交換電信網(wǎng)絡(luò)(pstn)或蜂窩式電話網(wǎng)通信。
可以將治療系統(tǒng)10實(shí)施成用于在幾個月或幾年的過程中向患者12提供長期刺激治療。然而，還可以試驗(yàn)性地采用系統(tǒng)10來在完全植入之前評估治療。如果被臨時地實(shí)施，則系統(tǒng)10的一些部件可以不植入患者12體內(nèi)。例如，患者12可以裝配有外部醫(yī)療設(shè)備(比如，試驗(yàn)刺激器)而不是imd16。外部醫(yī)療設(shè)備可以耦合至經(jīng)皮引線或者經(jīng)由經(jīng)皮延伸段耦合至植入式引線。如果試驗(yàn)刺激器指示dbs系統(tǒng)10向患者12提供了有效治療，則臨床醫(yī)生可以將長期刺激器植入患者12體內(nèi)以便進(jìn)行相對長期治療。
雖然dbs可以成功地減少一些神經(jīng)疾病的癥狀，但是刺激還可能引起不期望的副作用(本文中所也被稱為不良反應(yīng))。副作用可以包括失禁、刺痛、失衡、癱瘓、言語不清、失憶、失去自制力以及許多其他神經(jīng)問題。副作用可以從輕度到嚴(yán)重。dbs可以通過無意地向靠近目標(biāo)解剖區(qū)域的解剖區(qū)域提供電刺激脈沖而引起一個或多個不良反應(yīng)。這些解剖區(qū)域可以被稱為與不良刺激作用相關(guān)聯(lián)的區(qū)域。由于這個原因，臨床醫(yī)生可以用一個治療程序(或多個治療程序)對imd16進(jìn)行編程，所述治療程序定義了平衡有效治療并使副作用最小化的刺激參數(shù)值。
借助于編程器14或另一個計(jì)算設(shè)備，臨床醫(yī)生可以選擇針對治療系統(tǒng)10的治療參數(shù)的值，包括電極組合。通過選擇用于向患者12遞送電刺激治療的特定電極24、26，臨床醫(yī)生可以修改至大腦28內(nèi)的一個或多個特定組織區(qū)域(例如，特定解剖結(jié)構(gòu))且避免大腦28內(nèi)的其他組織區(qū)域的電刺激治療。此外，通過選擇限定了電刺激信號的其他刺激參數(shù)值(例如，振幅、脈沖寬度和脈沖速率)的值，臨床醫(yī)生可以生成用于患者12的經(jīng)由所選電極子集遞送的有效治療。由于生理差異、病情差異以及引線布置的不準(zhǔn)確性，參數(shù)值可以在患者之間變化。
在編程會話期間，臨床醫(yī)生可以確定一個或多個治療程序，所述一個或多個治療程序可以向患者12提供有效治療?；颊?2可以向臨床醫(yī)生提供關(guān)于被評估的特定程序的療效的反饋，所述反饋可以包括與根據(jù)特定程序遞送治療的不良反應(yīng)有關(guān)的信息。在一些示例中，患者反饋可以用于確定臨床評定量表分?jǐn)?shù)。一旦臨床醫(yī)生已經(jīng)標(biāo)識了可能對患者12有益的一個或多個程序，患者12就可以繼續(xù)評估過程并判定哪個程序最佳地緩解了患者12的病情或者以其他方式向患者12提供有效治療。編程器14可以通過提供標(biāo)識潛在有益的治療參數(shù)值的方法系統(tǒng)來輔助臨床醫(yī)生創(chuàng)建/標(biāo)識治療程序。
根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)并且如以下進(jìn)一步詳細(xì)地討論的，在一些示例中，設(shè)備(例如，imd16、編程器14、和/或另一個計(jì)算設(shè)備)可以被配置成用于自動地選擇多個電極組合中用于向患者遞送電刺激的電極組合。例如，imd16可以基于在多個電極組合中的一個或多個電極組合之間測量的電信號來確定針對特定患者的電信號表示。作為一個示例，imd16可以從電極對24和/或電極對26中感測電信號(例如，亞微伏局部場電位(lfp))。
基于針對特定患者的電信號表示，設(shè)備可以選擇多個電極組合中用于向特定患者遞送電刺激的電極組合。例如，imd16可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型來選擇電極組合24、電極組合26和/或imd16的如所謂的外殼或金屬殼電極等電極。在一些示例中，imd16可以使用根據(jù)圖5的技術(shù)來訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。例如，imd16可以使用基于針對多個患者的多個電信號表示來訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。在一些示例中，所述多個電信號表示中的每個對應(yīng)電信號表示與所述多個電極中選擇用于所述多個患者中的每個對應(yīng)患者的對應(yīng)電極組合相關(guān)聯(lián)。在一些示例中，所述多個患者可以不包括所述特定患者，并且相反可以是除了所述特定患者以外的患者。在一些示例中，所述多個患者可以包括所述特定患者。以此方式，本公開的技術(shù)可以將電極選擇自動化。
imd16可以被配置成用于經(jīng)由所選電極組合來向特定患者遞送電刺激。作為imd16自動地選擇電極組合的一個示例，imd16可以自配置成用于經(jīng)由所選電極組合來向特定患者遞送電刺激。作為編程器14選擇電極組合的另一個示例，編程器14可以將imd16配置成用于經(jīng)由所選電極組合來向特定患者遞送電刺激。作為另一個計(jì)算設(shè)備選擇電極組合的又另一個示例，另一個計(jì)算設(shè)備可以向臨床醫(yī)生輸出對所選電極組合的指示，所述臨床醫(yī)生可以將所選電極組合輸入到編程器14中，所述編程器可以將imd16配置成用于經(jīng)由所選電極組合來向特定患者遞送電刺激。作為又另一個示例，計(jì)算設(shè)備可以向編程器14傳達(dá)所述指示，所述編程器可以將imd16配置成用于經(jīng)由所選電極組合來向特定患者遞送電刺激。
圖2是功能框圖，展示了示例imd16的部件。在圖2中所示出的示例中，imd16包括處理器60、存儲器62、刺激發(fā)生器64、感測模塊66、開關(guān)模塊68、遙測模塊70和電源72。存儲器62以及本文中所描述的其他存儲器可以包括任何易失性或非易失性介質(zhì)，比如，隨機(jī)存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、非易失性ram(nvram)、電可擦除可編程rom(eeprom)、閃存等。存儲器62可以存儲計(jì)算機(jī)可讀指令，所述計(jì)算機(jī)可讀指令在由處理器60執(zhí)行時使imd16執(zhí)行本文中所描述的各種功能。
在圖2中所示出的示例中，存儲器62可以將治療程序74、操作指令76和電極選擇模塊78存儲在例如存儲器62內(nèi)的單獨(dú)存儲器或者存儲器62內(nèi)的單獨(dú)區(qū)域中。所存儲的每個治療程序74依據(jù)電刺激參數(shù)(比如，電極組合、電流或電壓振幅)的對應(yīng)值限定特定治療程序，并且，如果刺激發(fā)生器64生成并遞送刺激脈沖，則治療程序可以限定刺激信號的脈沖寬度和脈沖速率的值。所存儲的每個治療程序74還可以被稱為刺激參數(shù)值集合。操作指令76在處理器60的控制下指導(dǎo)imd16的一般操作，并且可以包括用于經(jīng)由電極24、26監(jiān)測一個或多個大腦區(qū)域內(nèi)的大腦信號并向患者12遞送電刺激治療的指令。如以下進(jìn)一步詳細(xì)地討論的并且根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)，在一些示例中，存儲器62可以存儲電極選擇模塊78，所述電極選擇模塊可以包括可由處理器60執(zhí)行以便選擇用于遞送電刺激的一個或多個電極的指令。例如，電極選擇模塊78可由處理器60執(zhí)行以便選擇電極24和/或電極26中用于根據(jù)圖4的技術(shù)來遞送電刺激的一個或多個電極。
刺激發(fā)生器64在處理器60的控制下生成用于經(jīng)由所選電極24、26組合遞送至患者12的刺激信號。在一些示例中，刺激發(fā)生器64生成刺激信號并經(jīng)由所選電極組合24、26基于所存儲的一個或多個治療程序74將刺激信號遞送至大腦28(圖1)的一個或多個目標(biāo)區(qū)域。大腦28內(nèi)針對刺激信號或其他類型的治療和刺激參數(shù)值的目標(biāo)組織位點(diǎn)可以取決于治療系統(tǒng)10被實(shí)施成用于對其進(jìn)行管理的患者病情。雖然描述了刺激脈沖，但是刺激信號可以屬于任何形式，比如，連續(xù)時間信號(例如，正弦波)等。
在本公開中所描述的處理器(包括處理器60)可以包括一個或多個數(shù)字信號處理器(dsp)、通用微處理器、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場可編程邏輯陣列(fpga)、或其他等效集成或離散邏輯電路、或其組合。歸屬于本文中所描述的處理器的功能可由硬件設(shè)備提供并且可以被具體化為軟件、固件、硬件或其任何組合。處理器60被配置成用于根據(jù)由存儲器62存儲的治療程序74控制刺激發(fā)生器64來應(yīng)用由一個或多個程序指定的特定刺激參數(shù)值，比如，振幅、脈沖寬度和脈沖速率。
在圖2中所示出的示例中，引線20a的電極組24包括電極24a至24d，并且引線20b的電極組26包括電極26a至26d。處理器60可以控制開關(guān)模塊68來將由刺激發(fā)生器64生成的刺激信號應(yīng)用于所選電極組合24和/或電極組合26。具體地，開關(guān)模塊68可以將刺激信號耦合至在引線20內(nèi)的所選導(dǎo)體，所述導(dǎo)體進(jìn)而在所選電極24和/或電極26兩端傳遞刺激信號。開關(guān)模塊68可以是開關(guān)陣列、開關(guān)矩陣、多路復(fù)用器、或者被配置成用于將刺激能量選擇性地耦合至所選電極24和/或電極26以及用于使用所選電極24和/或電極26來選擇性地感測生物電大腦信號的任何其他類型的切換模塊。因此，刺激發(fā)生器64經(jīng)由開關(guān)模塊68和引線20內(nèi)的導(dǎo)體耦合至電極24和/或電極26。然而，在一些示例中，imd16不包括開關(guān)模塊68。例如，在一些示例中，imd16可以包括耦合至每個電極的單獨(dú)電壓源源或電流源(即，針對電極24和/或電極26中的每個電極的單獨(dú)電壓源和/或電流源)。
如以上所討論的，處理器60可以控制開關(guān)模塊68來將由刺激發(fā)生器64生成的刺激信號應(yīng)用于所選電極組合24和/或電極組合26。在一些示例中，所選電極組合24和/或電極組合26可以是單極的。例如，所選單極組合可以包括電極24或電極26中的一個觸頭組合imd16的外殼(即，外殼或金屬殼)上的電極，其中，一個是陽極并且另一個是陰極。在一些示例中，所選電極組合24和/或電極組合26可以是雙極的。作為一個示例，所選雙極組合可以包括來自電極24的兩個觸頭，其中，一個是陽極并且另一個是陰極。作為另一個示例，所選雙極組合可以包括來自觸頭26的兩個電極，其中，一個是陽極并且另一個是陰極。作為另一個示例，所選雙極組合可以包括來自電極24的電極和來自電極26的電極，其中，一個是陽極并且另一個是陰極。在一些示例中，所選電極組合24和/或電極組合26可以多極的。作為一個示例，所選多極組合可以包括從電極24中選擇的多個陽極和/或多個陰極。作為另一個示例，所選多極組合可以包括從電極26中選擇的多個陽極和/或陰極。作為一個示例，所選多極組合可以包括從電極24和電極26中選擇的多個陽極和/或多個陰極。
刺激發(fā)生器64可以是單通道或多通道刺激發(fā)生器。具體地，刺激發(fā)生器64可能能夠在給定的時間處經(jīng)由單個電極組合遞送單個刺激脈沖、多個刺激脈沖或者連續(xù)的信號，或者在給定的時間處經(jīng)由多個電極組合遞送多個刺激脈沖。然而，在一些示例中，刺激發(fā)生器64和開關(guān)模塊68可以被配置成用于在時間交叉的基礎(chǔ)上遞送多個通道。例如，開關(guān)模塊68可以用于在不同的時間處在不同的電極組合之間對刺激發(fā)生器64的輸出進(jìn)行時分以便向患者12遞送刺激能量的多個程序或多通道。
感測模塊66在處理器60的控制下被配置成用于經(jīng)由電極24和/或電極26的所選子集或者使用一個或多個電極24和/或電極26以及imd16的導(dǎo)電外殼34的至少一部分、imd16的外殼上的電極或另一個參照物來感測患者12的生物電大腦信號。處理器60可以控制開關(guān)模塊68來將感測模塊66電連接至所選電極24和/或電極26。以此方式，感測模塊66可以使用不同的電極組合24和/或電極組合26(和/或除了電極24和/或電極26中的電極以外的參照物)來選擇性地感測生物電大腦信號。
盡管在圖2中感測模塊66與刺激發(fā)生器64和處理器60一起被結(jié)合到公共外殼34中，但是在其他示例中，感測模塊66處于與imd16的外殼34分離的外殼中并且經(jīng)由有線或無線通信技術(shù)與處理器60通信。
遙測模塊70被配置成用于在處理器60的控制下支持imd16與外部編程器14或另一個計(jì)算設(shè)備之間的無線通信。imd16的處理器60可以經(jīng)由遙測模塊70從編程器14接收各種刺激參數(shù)(比如，振幅和電極組合)的值作為程序的更新。治療程序的更新可以存儲在存儲器62的治療程序74部分內(nèi)。imd16中的遙測模塊70以及在本文所描述的其他設(shè)備和系統(tǒng)(比如，編程器14)中的遙測模塊可以通過rf通信技術(shù)完成通信。此外，遙測模塊70可以使用編程器14經(jīng)由imd16的近端誘導(dǎo)交互與外部醫(yī)療設(shè)備編程器14通信。因此，遙測模塊70可以在連續(xù)的基礎(chǔ)上或者根據(jù)來自imd16或編程器14的請求以周期性間隔向外部編程器14發(fā)送信息。
電源72向imd16的各部件遞送操作功率。電源72可以包括小的可再充電或不可再充電電池以及用于產(chǎn)生操作功率的功率生成電路?？梢酝ㄟ^外部充電器與imd16內(nèi)的導(dǎo)電充電線圈之間的近端誘導(dǎo)交互完成再充電。在一些示例中，功率要求可以小到足以允許imd16利用患者運(yùn)動并實(shí)施動能提取設(shè)備以便對可充電電池進(jìn)行涓流充電。在其他示例中，可以在有限時間段內(nèi)使用傳統(tǒng)電池。
圖3是功能框圖，展示了示例醫(yī)療設(shè)備編程器14(圖1)的部件。編程器14包括處理器80、存儲器82、遙測模塊84、用戶界面86和電源88。處理器80控制用戶界面86和遙測模塊84，并且存儲并檢索來往于存儲器82的信息和指令。編程器14可以被配置成用作臨床醫(yī)生編程器或者患者編程器。處理器80可以包括一個或多個處理器的任何組合，包括一個或多個微處理器、dsp、asic、fpga或其他等效集成或離散邏輯電路。因此，處理器80可以包括任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)(無論是在硬件、軟件、固件或其任何組合)以便執(zhí)行本文中歸屬于處理器80的功能。
用戶(比如，臨床醫(yī)生或患者12)可以通過用戶界面86與編程器14交互。用戶界面86包括顯示器(未示出)，比如，lcd或led顯示器或其他類型的屏幕，使用所述顯示器處理器80可以呈現(xiàn)與治療相關(guān)的信息(例如，電極和相關(guān)聯(lián)的治療窗)。此外，用戶界面86可以包括輸入機(jī)構(gòu)以便從用戶接收輸入。輸入機(jī)構(gòu)可以包括例如以下各項(xiàng)中的任何一項(xiàng)或多項(xiàng)：按鈕、鍵盤(例如，字母數(shù)字鍵盤)、外圍指向設(shè)備、觸摸屏或者允許用戶通過由編程器14的處理器80呈現(xiàn)的用戶界面導(dǎo)航并且提供輸入的另一個輸入機(jī)構(gòu)。在其他示例中，用戶界面86還包括用于向患者12提供可聽通知、指令或其他聲音，從患者12接收話音命令或兩者的音頻電路。
存儲器82還可以包括用于操作用戶界面86和遙測模塊84以及用于管理電源88的指令。在圖3中所示出的示例中，存儲器82還存儲電極選擇模塊78。
如以下進(jìn)一步詳細(xì)地討論的并且根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)，在一些示例中，存儲器62可以存儲電極選擇模塊78，所述電極選擇模塊可以包括可由處理器80執(zhí)行以便選擇用于遞送電刺激的一個或多個電極的指令。例如，電極選擇模塊78可由處理器60執(zhí)行以便選擇電極中用于根據(jù)圖4的技術(shù)來遞送電刺激的一個或多個電極。
在一些示例中，患者12、臨床醫(yī)生或另一個用戶可以以其他方式與編程器14的用戶接口86交互以便手動地選擇治療程序、生成新的治療程序、修改治療程序、將新程序傳輸至imd16或其任何組合。
存儲器82可以包括任何易失性或非易失性存儲器，比如，ram、rom、eeprom或閃存。存儲器82還可以包括可移除存儲器部分，所述可移除存儲器部分可以用于提供存儲器更新或存儲器容量的增大?？梢瞥鎯ζ鬟€可以允許敏感患者數(shù)據(jù)在編程器14由不同的患者使用之前被移除。
編程器14中的無線遙測可以通過外部編程器14與imd16的rf通信或近端誘導(dǎo)交互完成。這種無線通信通過使用遙測模塊84是可能的。因此，遙測模塊84可以類似于包含在imd16內(nèi)的遙測模塊。在其他示例中，編程器14可能能夠通過有線連接進(jìn)行紅外通信或直接通信。以此方式，其他外部設(shè)備可能能夠在不需要建立安全無線連接的情況下與編程器14通信。
電源88被配置成用于向編程器14的部件遞送操作功率。電源88可以包括電池以及用于產(chǎn)生操作功率的功率生成電路。在一些示例中，電池可以是可再充電的以允許延長的操作?？梢酝ㄟ^將電源88電耦合至連接至交流電(ac)插座的托架或插頭而完成再充電。此外，可以通過外部充電器與編程器14內(nèi)的感應(yīng)充電線圈之間的近端誘導(dǎo)交互完成再充電。在其他示例中，可以使用傳統(tǒng)電池(例如，鎘鎳蓄電池或鋰離子電池)。此外，編程器14可以直接耦合至交流電插座以便進(jìn)行操作。
雖然各種信息被展示和描述為存儲在編程器14的存儲器82中，但是將理解的是，這種信息中的一些或全部信息可以可替代地或另外地存儲在imd16的存儲器62內(nèi)。此外，如以下所討論的，歸屬于編程器14的處理器80的功能中的至少一些功能可以替代地或另外地歸屬于imd的處理器60(并且反之亦然)。
圖4是概念圖，展示了根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的電極選擇模塊78的一個示例的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。如以上所討論的，電極選擇模塊78可以包括在imd16或編程器14中的任一者、或任何其他計(jì)算設(shè)備內(nèi)，并且可以包括用于由一個或多個處理器執(zhí)行以便執(zhí)行如本公開中所描述的電極選擇的指令。在以下描述電極選擇模塊78的功能時，所述描述是指對與電極選擇模塊相關(guān)聯(lián)的指令的執(zhí)行。
根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)，電極選擇模塊78可以接收針對特定患者的電信號表示。例如，如圖4中所展示的，觸頭選擇模塊78可以接收局部場電位(lfp)數(shù)據(jù)92。在一些示例中，可以通過在如imd16的電極24和/或電極26等各種電極組合兩端測量lfp來生成lfp數(shù)據(jù)92。
如圖4中所展示的，電極選擇模塊78可以包括多個機(jī)器學(xué)習(xí)模型94a至94n(統(tǒng)稱為“機(jī)器學(xué)習(xí)模型94”)。在一些示例中，模型94中的每個模型可以是基于針對多個患者的多個電信號表示中的一個或多個電信號表示來訓(xùn)練的支持向量機(jī)(svm)分類器。機(jī)器學(xué)習(xí)模型94中的每個機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以與所述多個電極中的特定電極組合相關(guān)聯(lián)。例如，機(jī)器學(xué)習(xí)模型94a可以與電極24a相關(guān)聯(lián)(即，當(dāng)電極24a被選擇用于進(jìn)行單極刺激時，可以基于感測到的電信號表示來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型94a)；機(jī)器學(xué)習(xí)模型94b可以與電極24b相關(guān)聯(lián)(即，當(dāng)電極24b被選擇用于進(jìn)行單極刺激時，可以基于感測到的電信號表示來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型94b)；并且機(jī)器學(xué)習(xí)模型94n可以與電極24a和電極24c兩者相關(guān)聯(lián)(即，當(dāng)電極24a和電極24c被選擇用于進(jìn)行雙極刺激時，可以基于所感測到的電信號表示來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型94n)。
機(jī)器學(xué)習(xí)模型94中的每個機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以被配置成用于確定對應(yīng)分?jǐn)?shù)(分別為分?jǐn)?shù)96a至96n，統(tǒng)稱為“分?jǐn)?shù)96”)，所述分?jǐn)?shù)指示針對特定患者的電信號模式與之前從共同具有以下事實(shí)的多個患者處獲得的電信號模式相似的程度：用于遞送電刺激的特定電極選擇產(chǎn)生針對患者的有效治療。例如，機(jī)器學(xué)習(xí)模型94a可以確定分?jǐn)?shù)96a，所述分?jǐn)?shù)指示患者的電信號模式與來自經(jīng)由電極24a接收了有效電刺激治療的患者的模式相似的程度；機(jī)器學(xué)習(xí)模型94b可以確定分?jǐn)?shù)96b，所述分?jǐn)?shù)指示患者的電信號模式與來自經(jīng)由電極24b接收了有效電刺激治療的患者的模式相似的程度；機(jī)器學(xué)習(xí)模型94n可以確定分?jǐn)?shù)96n，所述分?jǐn)?shù)指示患者的電信號模式與來自經(jīng)由電極24a和電極24c兩者的組合接收了有效電刺激治療的患者的模式相似的程度。
如圖4中所展示的，電極選擇模塊78可以包括選擇器98，所述選擇器可以被配置成用于選擇用于向患者遞送電刺激的電極組合。例如，選擇器98可以基于分?jǐn)?shù)96選擇電極組合。在一些示例中，機(jī)器學(xué)習(xí)模型確定的分?jǐn)?shù)越高，與機(jī)器學(xué)習(xí)模型相關(guān)聯(lián)的電極組合將越有可能有益于向特定患者遞送治療。作為一個示例，選擇器98可以選擇與機(jī)器學(xué)習(xí)模型94中確定分?jǐn)?shù)96中的最高分?jǐn)?shù)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型相關(guān)聯(lián)的觸頭或電極組合。例如，在分?jǐn)?shù)96a為0.9，分?jǐn)?shù)96b為0.43，并且分?jǐn)?shù)96n為0.56的情況下，選擇器可以選擇與機(jī)器學(xué)習(xí)模型94a相關(guān)聯(lián)的電極組合(即，觸頭24a)來向特定患者遞送電刺激。如圖4所展示的，選擇器98可以將所選電極組合輸出為所選電極100。
如以上所討論的，imd16可以被配置成用于經(jīng)由所選電極組合來向特定患者遞送電刺激。電極選擇模塊78可以生成用于對經(jīng)由所選電極組合來進(jìn)行的對電刺激的遞送進(jìn)行控制的信息。作為電極選擇模塊78包括在imd16中的一個示例，電極選擇模塊78可以使imd16自配置成用于經(jīng)由所選電極100向特定患者遞送電刺激。作為電極選擇模塊78包括在編程器14中的另一個示例，電極選擇模塊78可以使編程器14將imd16配置成用于經(jīng)由所選電極組合向特定患者遞送電刺激。作為電極選擇模塊78包括在另一個計(jì)算設(shè)備(即，不是imd16或編程器14)中的又另一個示例，電極選擇模塊78可以使另一個計(jì)算設(shè)備向臨床醫(yī)生輸出對所選電極組合的指示，所述臨床醫(yī)生可以將所選觸頭組合輸入到編程器14中，所述編程器可以將imd16配置成用于經(jīng)由所選電極組合來向特定患者遞送電刺激。作為又另一個示例，電極選擇模塊78可以使計(jì)算設(shè)備向編程器14傳達(dá)所述指示，所述編程器可以將imd16配置成用于經(jīng)由所選電極組合來向特定患者遞送電刺激。
圖5是根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的用于自動地選擇用于遞送電刺激的電極組合的示例技術(shù)的流程圖。盡管圖5的技術(shù)被主要描述為由imd16的處理器60執(zhí)行，但是在其他示例中，另一個處理器(單獨(dú)地或結(jié)合處理器60)可以執(zhí)行圖5的技術(shù)的任何部分。例如，編程器14的處理器80或另一個計(jì)算設(shè)備的處理器(單獨(dú)地或結(jié)合處理器80)可以執(zhí)行圖5的技術(shù)的任何部分。
如圖5中所展示的，如imd16的處理器60等設(shè)備可以確定針對特定患者的電信號表示(502)。如以上所討論的，如治療系統(tǒng)10等治療系統(tǒng)可以被配置成用于感測患者的生物電大腦信號。例如，處理器60可以分別利用引線20a和20b的電極24、26中的一個或多個電極來在不同電極組合24和26兩端測量特定患者的大腦的局部場電位(lfp)?？嗣防谞?kaemmerer)于2014年3月3日提交的美國申請序列號14/195,489“therapeuticwindowdetermination(治療窗確定)”(所述申請的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在此)描述了如何可以將電極用于感測lfp和遞送電刺激兩者。
然后，處理器60可以基于針對特定患者的電信號表示和針對多個患者的多個電信號表示來選擇用于向特定患者遞送電刺激治療的電極組合(504)?？柹?carlson)等人于2013年4月23日發(fā)布的美國專利號8,428,733“stimulationelectrodeselection(刺激電極選擇)”(所述專利的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在此)描述了如何可以基于在患者的大腦內(nèi)感測到的生物電信號來選擇用于向患者遞送刺激的刺激電極組合。在一些示例中，處理器60可以使用一個或多個機(jī)器學(xué)習(xí)模型來選擇電極組合。例如，處理器60可以利用多個支持向量機(jī)(svm)(所述多個支持向量機(jī)中的每個支持向量機(jī)都與所述多個電極中的特定電極或電極組合相關(guān)聯(lián))來選擇用于特定患者的電極或電極組合。在一些示例中，所述多個電信號表示中的每個對應(yīng)電信號表示與所述多個電極中選擇用于所述多個患者中的每個對應(yīng)患者的對應(yīng)電極或電極組合相關(guān)聯(lián)，并且可以基于所述多個電信號表示中的一個或多個電信號表示來訓(xùn)練所述多個svm中的每個svm。
在一些示例中，可以基于所述多個電信號表示的西塔頻帶中的信號和/或貝塔頻帶中的信號來訓(xùn)練所述多個svm中的每個svm。在一些示例中，可以基于所述多個電信號表示中與少于所有可能電極組合之間的電信號相對應(yīng)的電信號表示來訓(xùn)練所述多個svm中的每個svm。例如，在存在十二個電極組合的情況下，可以基于所述多個電信號表示中與六個電極組合之間的電信號相對應(yīng)的電信號表示來訓(xùn)練所述多個svm中的每個svm。
在一些示例中，處理器60可以被配置成用于通過為所述多個svm中的每個對應(yīng)svm確定對應(yīng)分?jǐn)?shù)來使用所述多個svm，所述分?jǐn)?shù)指示患者的電信號模式與來自從與對應(yīng)svm相關(guān)聯(lián)的對應(yīng)電極組合接收了有效電刺激治療的患者的模式相似的程度。在一些示例中，針對特定患者的電信號表示與使用對應(yīng)電極組合來接收了有效電刺激治療的患者的模式相似的程度越大，經(jīng)由對應(yīng)電極組合來遞送治療將有益于特定患者的可能性越大。如此，處理器60可以被配置成用于基于所述分?jǐn)?shù)來選擇用于向特定患者遞送刺激的電極組合。
在一些示例中，處理器60可以控制刺激器經(jīng)由所選電極組合來向特定患者遞送電刺激(506)。在一些示例中，處理器60可以控制刺激器避免經(jīng)由所選電極組合來向特定患者遞送電刺激，直到接收到來自臨床醫(yī)生和/或特定患者的批準(zhǔn)為止。在一些示例中，處理器60可以在未接收到來自臨床醫(yī)生和/或特定患者的批準(zhǔn)的情況下開始經(jīng)由所選電極組合來向特定患者遞送電刺激。
在一些示例中，處理器60可以周期性地執(zhí)行圖5的技術(shù)。例如，處理器60可以周期性地(例如，每小時、每天、每周、每月等)確定針對特定患者的經(jīng)更新的電信號表示，基于經(jīng)更新的電信號表示來選擇經(jīng)更新的電極組合，并且經(jīng)由經(jīng)更新的電極組合來向特定患者遞送電刺激。以此方式，本公開的技術(shù)可以使處理器60能夠自動地適應(yīng)于特定患者的大腦隨著時間發(fā)生的變化。
例如，在第一時間，處理器60可以確定針對特定患者的電信號表示，基于電信號表示來選擇電極組合，并且經(jīng)由電極組合來向特定患者遞送電刺激。例如，在稍后的第二時間，處理器60可以確定針對特定患者的經(jīng)更新的電信號表示，基于經(jīng)更新的電信號表示來選擇經(jīng)更新的電極組合，并且經(jīng)由經(jīng)更新的電極組合來向特定患者遞送電刺激。在如特定患者的大腦在第一時間與第二時間之間沒有變化的一些示例中，經(jīng)更新的電極組合可以與基于在第一時間確定的電信號表示來選擇的電極組合相同。在如特定患者的大腦在第一時間與第二時間之間已經(jīng)變化的一些示例中，經(jīng)更新的電極組合可以與基于在第一時間確定的電信號表示來選擇的電極組合不同。
圖6是根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的用于訓(xùn)練一個或多個機(jī)器學(xué)習(xí)模型的示例技術(shù)的流程圖。盡管圖6的技術(shù)被主要描述為由編程器14的處理器80執(zhí)行，但是在其他示例中，另一個處理器(單獨(dú)地或結(jié)合處理器80)可以執(zhí)行圖6的技術(shù)的任何部分。例如，imd16的處理器60或另一個計(jì)算設(shè)備的處理器(單獨(dú)地或結(jié)合處理器80)可以執(zhí)行圖6的技術(shù)的任何部分。
在一些示例中，設(shè)備可以執(zhí)行數(shù)據(jù)收集和管理以便開發(fā)和訓(xùn)練一個或多個機(jī)器學(xué)習(xí)模型。例如，如圖6中所展示的，如編程器14的處理器80等設(shè)備可以確定多個電信號表示，所述多個電信號表示中的每個電信號表示與對應(yīng)電極組合相關(guān)聯(lián)(602)。在臨床醫(yī)生在與感測到電信號表示的會話相同的會話期間(或者暫時接近于(例如，1小時、1天等內(nèi))感測到電信號表示的時間)選擇特定電極組合的情況下，電信號表示可以與特定電極組合相關(guān)聯(lián)。如以上所討論的，如治療系統(tǒng)10等治療系統(tǒng)可以被配置成用于感測患者的生物電大腦信號或另一個生理參數(shù)。可以被配置成用于感測生物電大腦信號的治療系統(tǒng)的示例是美敦力公司(medtronicinc.)生產(chǎn)的activapc+s。在一些示例中，被配置成用于感測生物電大腦信號的治療系統(tǒng)(例如，activapc+s)可以植入到多個患者(例如，患有先天性帕金森病的患者)體內(nèi)。在所述多個患者中的每個患者體內(nèi)，治療系統(tǒng)可以附接至被定位在患者的stn中的dbs引線(例如，美敦力公司生產(chǎn)的型號3389)。
植入式治療系統(tǒng)可以用于生成所述多個電信號表示。例如，在設(shè)備植入和隨訪會話期間(例如，延長至六個月或更多)，可以取得/保存來自dbs引線的記錄。在一些示例中，可以在休息的患者處于無藥物狀態(tài)的情況下取得所述記錄。在一些示例中，在單個場合下獲得的記錄集可以被稱為“蒙太奇”或電信號表示。示例蒙太奇可以包括多個電極組合之間的30到60個第二雙極記錄。例如，在電極包括四個電極(e0、e1、e2、e3)的情況下，示例蒙太奇可以包括四個電極的六種組合(例如，e0-e1、e0-e2、e0-e3、e1-e2、e1-e3、e2-e3)之間的30到60個雙極記錄，所述記錄在約422hz下采樣并且在約0.5hz與約100hz之間進(jìn)行硬件濾波。
在一些實(shí)施例中，可以將多于一個電極植入單個患者體內(nèi)。例如，可以將第一電極植入患者大腦的左半球內(nèi)并且可以將第二電極植入患者大腦的右半球內(nèi)。在這種示例中，可以將電極順序地編號。比如，第一電極的電極(c)可以被稱為c0、c1、c2和c3，并且第二電極的觸頭可以被稱為c4、c5、c6和c7。在其他示例中，第二電極的電極可以被稱為c8、c9、c10和c11。
在一些示例中，在每次臨床訪問結(jié)束時，臨床醫(yī)生(例如，神經(jīng)學(xué)家)可以通過在其他參數(shù)當(dāng)中選擇用于提供刺激的(多個)刺激電極(例如，c0、c1、c2、c3或其某個組合或其中的兩個或更多個電極，連同對應(yīng)極性)來對患者的dbs治療進(jìn)行編程。如此，蒙太奇中的每個蒙太奇(例如，電信號表示)可以與對應(yīng)電極(例如，由臨床醫(yī)生選擇的電極)組合相關(guān)聯(lián)。下表(1)展示了在記錄了針對十五個患者的蒙太奇的情況下，在臨床訪問時臨床醫(yī)生選擇了哪些電極。因?yàn)楸?1)包括多于十五個數(shù)據(jù)點(diǎn)，所以一些患者讓在多個場合下記錄蒙太奇和選擇電極。如表(1)所示出的，在大多數(shù)時間，臨床醫(yī)生選擇電極c1來遞送單極(monopolar)(也被稱為單極(unipolar))刺激(即，例如刺激器外殼上的單個陽極和引線上的單個陰極遞送的刺激，或反之亦然)。然而，在表(1)中所示出的數(shù)據(jù)集中表示了對電極c2、c3的選擇和使用c1和c2兩者來進(jìn)行的雙極刺激。如以上所討論的，在一些示例中，植入式設(shè)備的外殼(例如，imd16的外殼34)可以包括可以起到用于遞送刺激的陽極或陰極作用的一個或多個刺激電極。
表(1)患者和蒙太奇記錄的計(jì)數(shù)
在一些示例中，可以執(zhí)行頻譜分析以便標(biāo)識可以用于訓(xùn)練一個或多個機(jī)器學(xué)習(xí)模型的特征。例如，對于單個蒙太奇中的六個記錄中的每個記錄，可以使用長度為1024的具有50％重疊的漢明窗(給定0.41hz的頻率分辨率)來計(jì)算功率譜。所產(chǎn)生的功率譜密度(psd)可以用于計(jì)算多個頻帶(例如，3-5hz，5-10hz，以及10hz與90hz之間的每10hz)中的平均功率。在一些示例中，由于基線漂移和以2.5hz為中心的硬件噪聲的偽像而可以消除低于3hz的頻率。蒙太奇中的記錄中的一個或多個記錄的多個頻帶(例如，以上所描述的11個頻帶)中的平均功率可以用于創(chuàng)建特征集以供隨后分析。例如，在蒙太奇包括六個記錄的情況下，這六個記錄中的一個或多個記錄可以用于創(chuàng)建特征集。
圖7a至圖7c展示了根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的可以用于創(chuàng)建特征集以供分類的數(shù)據(jù)的一些示例。圖7a是指示圖7b和圖7c中的數(shù)據(jù)表示了哪些電極的圖例。具體地，由圖7a展示為與電極組合相對應(yīng)的不同線類型與由圖7b和圖7c展示的不同線類型相對應(yīng)。例如，如由圖7a所展示的，細(xì)實(shí)線與e0-e1電極組合相對應(yīng)，并且粗實(shí)線與e0-e3電極組合相對應(yīng)。圖7b和圖7c中的每個圖包括橫軸，所述橫軸表示以赫茲(hz)為單位的頻率；縱軸，所述縱軸表示每根赫茲毫伏的平方
在一些示例中，可以利用許多機(jī)器學(xué)習(xí)算法/模型來使設(shè)備能夠選擇用戶患者的電極組合?？梢允褂玫囊恍┦纠龣C(jī)器學(xué)習(xí)算法/模型包括但不限于線性判別分析、k最近鄰分類、分類樹、和支持向量機(jī)(svm)?？梢曰诹粢?loo)交叉驗(yàn)證方案中所產(chǎn)生的誤差數(shù)量來評估分類器性能。在一些示例中，使用徑向基核的svm方法可能產(chǎn)生最少分類誤差。如此，可以將svm方法用作分類器。在用于訓(xùn)練分類器之前，可以在訓(xùn)練觀察中將所述特征(頻帶中的功率和雙極對)標(biāo)準(zhǔn)化。svm可以僅執(zhí)行二元分類。然而，存在要選擇的多于一個潛在電極組合。如此，可以通過將組內(nèi)的觀察(例如，與特定電極組合相關(guān)聯(lián)的那些蒙太奇)與不在組內(nèi)的觀察(例如，與特定電極組合不相關(guān)聯(lián)的那些蒙太奇)進(jìn)行比較來訓(xùn)練單獨(dú)的svm分類器。為了預(yù)測新觀察組，針對可能組中的每個可能組而計(jì)算表示在組[0，1]中的可能性的分?jǐn)?shù)，并且所述觀察被分類為在具有最大分?jǐn)?shù)的組中。
在一些示例中，將大量特征(相對于觀察的數(shù)量而言)用作對分類問題的輸入可能產(chǎn)生非可概括結(jié)果。如此，標(biāo)識仍實(shí)現(xiàn)良好分類性能的特征的最小數(shù)量可能是令人期望的。在一些示例中，為了客觀地選擇最佳特征，每個特征可以單獨(dú)地用于訓(xùn)練分類器，并且可以比較loo性能。在一些示例中，可以連續(xù)地消除導(dǎo)致最差性能的特征，直到剩下可以對數(shù)據(jù)集進(jìn)行充分分類的最小特征子集為止。在一些示例中，可以通過忽略對其的消除并不降低分類器性能的對來將雙極記錄對的數(shù)量從六個減少到三個。
在一些示例中，對所有蒙太奇的功率譜的視覺檢查可能不揭露按照與臨床選擇的刺激電極相對應(yīng)的組來對它們進(jìn)行分類的明顯方式。在一個示例中，訓(xùn)練svm使用10個頻帶(3-5hz、5-10hz、10-20hz、…、80-90hz)和六合記錄通道(電極對)來對蒙太奇進(jìn)行分類產(chǎn)生了使用總共60個特征的6/83＝7％個留一交叉驗(yàn)證誤差。
圖8a和圖8b展示了根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的留一(leave-one-out，loo)分類誤差。圖8a包括橫軸，所述橫軸表示頻帶；和縱軸，所述縱軸表示loo誤差的數(shù)量；以及繪圖，所述繪圖展示了使用所有六個雙極對中的相應(yīng)頻帶(在x軸上)中的平均功率的loo誤差。圖8b包括縱軸和橫軸，所述縱軸和橫軸兩者都表示頻帶并且按照圖例802而涂有陰影以便展示使用所有六個雙極對中的兩個頻帶中的平均功率的loo誤差。在圖8b中，因?yàn)轭l帶并不與自己成對，所以對角線上的值不適用；相反，圖8a中示出了針對不與不同頻帶成對的單獨(dú)頻帶而獲得的loo誤差。
為了減小特征的數(shù)量，可以通過以下方式來比較單獨(dú)的頻帶：使用所有記錄對(例如，如圖8a所展示的總共六個特征)中的該頻帶中的功率來訓(xùn)練分類器輔助確定該頻帶的值(即，顯著性)以便用于分類目的。在一些示例中，最小loo誤差(18/83)可以通過使用3-5hz西塔頻帶中的功率來產(chǎn)生，而僅使用10-20hz貝塔頻帶中的功率可以產(chǎn)生23/83loo個誤差。使用超過60hz的高伽馬頻帶之一的分類器可能表現(xiàn)很差(例如，多于28/83個誤差)。接下來，可以使用所有記錄對(例如，總共12個特征，圖8b)中的兩個頻帶中的平均功率來訓(xùn)練分類器。雖然10-20hz貝塔頻帶可能單獨(dú)地表現(xiàn)不好，但是3-5hz西塔和10-20hz貝塔的組合可以產(chǎn)生最少loo誤差(5/83，圖8b中所展示的白色框)。事實(shí)上，基于此頻率子集來訓(xùn)練的分類器可能比使用所有60個特征的分類器表現(xiàn)更好。
如果在記錄通道中存在冗余信息，則可以省略一些記錄通道并且可以進(jìn)一步減小特征集的大小。遵循這種策略，來自這六個雙極對中的三個雙極對的3-5hz西塔和10-20hz貝塔特征可以用于訓(xùn)練分類器。下表(2)展示了不同頻帶和不同雙極對的示例loo誤差。如表(2)中所展示的并且當(dāng)使用3-5hz西塔頻帶和10-20hz貝塔頻帶時，使用參考e0的三個對(e0-e1、e0-e2、e0-e3)可以產(chǎn)生8/83個loo誤差；三個相鄰對(e0-e1、e1-e2、e2-e3)可以產(chǎn)生15/83個loo誤差；參考e3的三個對(e0-e3、e1-e3、e2-e3)可以產(chǎn)生最低誤差(7/83)以及可以僅使用六個特征來產(chǎn)生最佳表現(xiàn)。
表2-使用特征子集的誤差率
因此，包括參考e3的三個雙極對的六個特征的集合和這兩個頻帶3-5hz西塔和10-20hz貝塔可以包含足以標(biāo)識給定觀察所屬的刺激電極組的信息，在一些情況下，準(zhǔn)確度超過91％。
圖9a至圖9c是散點(diǎn)圖，展示了根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的在針對所有蒙太奇的雙極對e0-e3、e1-e3和e2-e3上記錄的貝塔(10-20hz)功率對西塔(3-5hz)功率。圖9d是根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的針對圖9a至圖9c的圖例。如圖9d所示出的，圖9a至圖9c中的黑實(shí)心圓圈與在手動地將e1和e2選擇(例如，由臨床醫(yī)生)成用于遞送電刺激時的記錄功率相對應(yīng)；圖9a至圖9c中具有垂直線的圓圈與在手動地將e3選擇成用于遞送電刺激時的記錄功率相對應(yīng)；圖9a至圖9c中填充有點(diǎn)的圓圈與在手動地將e2選擇成用于遞送電刺激時的記錄功率相對應(yīng)；并且圖9a至圖9c中的空心圓圈與在手動地將e1選擇成用于遞送電刺激時的記錄功率相對應(yīng)。
然而，如圖9a至圖9c所展示的，相對于這些特征而按組對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查可能不會揭露單獨(dú)地通過目視檢查來對觀察進(jìn)行分類的方式。如此，在一些示例中，利用計(jì)算方式來例如輔助從業(yè)者選擇用于患者的刺激電極是令人期望的。根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)，這種計(jì)算可以由svm集合組成，所述svm集合中的每個svm輸出特定電極配置選擇與已經(jīng)針對以前的其他情況而做出的電極配置選擇(即，基于訓(xùn)練集)相似的可能性分?jǐn)?shù)。
現(xiàn)在返回參照圖6并且根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)，如編程器14的處理器80等設(shè)備可以至少基于所述多個電信號表示來訓(xùn)練一個或多個機(jī)器學(xué)習(xí)模型(604)。例如，多個svm(每一個svm都與特定電極組合相關(guān)聯(lián))中的每個svm可以被訓(xùn)練成用于在與特定電極組合(即，在臨床醫(yī)生選擇所述特定電極組合的情況下的蒙太奇)相關(guān)聯(lián)的蒙太奇(即，電信號表示)與所有其他蒙太奇(在臨床醫(yī)生沒有選擇與此svm相關(guān)聯(lián)的特定電極組合的情況下)之間進(jìn)行區(qū)別。
在svm被配置成用于確定指示來自患者的感測電信號的模式與之前從多個患者(經(jīng)由所述特定電極組合來為所述多個患者遞送治療是有益的)處獲得的感測電信號的模式相似的程度的分?jǐn)?shù)的情況下，svm可以被認(rèn)為是與特定電極組合相關(guān)聯(lián)。作為一個示例，如圖4的機(jī)器學(xué)習(xí)模型94a等特定svm可以與如電極24a等特定電極組合相關(guān)聯(lián)。如此，可以使用在當(dāng)臨床醫(yī)生選擇所述特定電極組合來遞送治療時的會話相同的會話期間感測到的(或者在時間上接近于臨床醫(yī)生選擇所述特定電極組合來遞送治療的時間感測到的)電信號表示來訓(xùn)練特定svm。
圖10a和圖10b是圖示，展示了根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的用于選擇電極或電極組合的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸出。圖10a展示了機(jī)器學(xué)習(xí)模型(例如，svm)使用六個特征(三個雙極記錄，兩個頻帶)來生成的分?jǐn)?shù)，所述特征與所述觀察和該機(jī)器學(xué)習(xí)模型的組的擬合相關(guān)。圖10b展示了如何將每個觀察分類到其機(jī)器學(xué)習(xí)模型輸出最高分?jǐn)?shù)的組中。每個點(diǎn)表示針對每個觀察的臨床醫(yī)生選擇的電極。黑色x示出了被錯誤分類的觀察，并且垂直位置示出了不正確預(yù)測的組。
在圖10a和圖10b的示例中，分類器由四個svm組成。圖10a示出了針對我們的數(shù)據(jù)集中的每個觀察(x軸)的每個svm的輸出(指示與其相應(yīng)分類相似的程度的分?jǐn)?shù)，y軸)。分類器輸出可以作為贏者通吃(winner-take-all)而被分配給具有最高分?jǐn)?shù)的組。例如，因?yàn)閏1分?jǐn)?shù)接近于1而其他組分?jǐn)?shù)接近0(圖10b)，所以將觀察1正確地分類為組c1。然而，因?yàn)橛^察12(垂直線)具有處于該組中的最高分?jǐn)?shù)(0.226)，所以其被錯誤分類為c1，但是其實(shí)際上是處于組c2中，分類器對所述組給出0.183的分?jǐn)?shù)。
在一些示例中，因?yàn)樨愃袷?從微電極或宏電極電極中記錄的)可能與獨(dú)立地選擇用于最優(yōu)臨床結(jié)果的有源刺激電極的位置相關(guān)，所以貝塔頻帶中的功率可以用于提供用于標(biāo)識臨床醫(yī)生選擇用于dbs治療遞送的電極的信息中的一些信息。然而，在一些示例中，貝塔功率可能單獨(dú)地不足以標(biāo)識治療刺激電極。如此，在一些示例中，西塔頻帶(3-5hz)還可以用于改善分類器性能。對這種觀察的一種可能解釋是并未針對明顯貝塔峰值而“篩選”患者。西塔頻帶的值與扎德爾(zaidel)等人(扎德爾a.、斯皮瓦克a.(a.spivak)、伯格曼h.(h.bergman)和伊撒爾z.(z.israel)的“subthalamicspanofβoscillationspredictsdeepbrainstimulationefficacyforpatientswithparkinson’sdisease(貝塔振蕩的丘腦下跨越預(yù)測針對患有帕金森病的患者的腦深部刺激療效)”，brain(《腦》)，p.awq144，2010年)的報(bào)告(低頻(3-7hz)功率還在stn的背外側(cè)振蕩區(qū)域中增大)一致，并且由此在他們的研究中，與所選有源電極的位置相關(guān)。如果選擇用于最優(yōu)臨床效果的刺激電極位置與stn的背外側(cè)區(qū)域關(guān)聯(lián)，則可能有必要理解進(jìn)一步研究。
根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)，有可能開發(fā)使用來自像activapc+s系統(tǒng)的dbs引線的lfp記錄來引導(dǎo)對用于stn中的有效dbs刺激的最接近于“生理最有效點(diǎn)”的電極進(jìn)行標(biāo)識的算法。結(jié)合患者的stn中的引線位置的植入后腦圖像用作視覺引導(dǎo)dbs編程的一部分，或者在引線植入或閉環(huán)治療遞送期間實(shí)時使用，來自腦感測的這種信息有希望使dbs治療編程更高效且有效。
根據(jù)前述內(nèi)容，本公開設(shè)想了包括存儲器和一個或多個處理器的設(shè)備，所述存儲器被配置成用于存儲針對特定患者的感測電信號表示。所述一個或多個處理器可以被配置成用于基于針對特定患者的所述感測電信號表示以及針對多個其他患者的多個感測電信號表示來選擇一個或多個可植入電極的多個組合中用于向所述特定患者遞送電刺激治療的電極組合，以及用于生成用于基于所述電極中的所述所選組合來對所述電刺激的所述遞送進(jìn)行控制的信息。
在如前述段落所述的設(shè)備的實(shí)施例中，所述多個感測電信號表示中的每個對應(yīng)感測電信號表示可以與所述多個電極中被選擇用于位所述多個患者中的每個對應(yīng)患者遞送電刺激的對應(yīng)電極組合相關(guān)聯(lián)?？商娲鼗蛄硗獾兀瑸榱诉x擇所述電極組合，所述設(shè)備的所述一個或多個處理器可以被配置成用于使用基于所述多個感測電信號表示中的一個或多個感測電信號表示訓(xùn)練的一個或多個機(jī)器學(xué)習(xí)模型來選擇用于向所述特定患者遞送電刺激的所述電極組合。
在所述設(shè)備的所述一個或多個處理器被配置成用于使用基于所述多個感測電信號表示中的一個或多個感測電信號表示訓(xùn)練的一個或多個機(jī)器學(xué)習(xí)模型來選擇用于向所述特定患者遞送電刺激的所述電極組合的實(shí)施例中，所述設(shè)備可以被進(jìn)一步可選地配置成使得所述一個或多個機(jī)器學(xué)習(xí)模型包括多個支持向量機(jī)(svm)，所述多個支持向量機(jī)中的每個支持向量機(jī)與所述多個電極中的特定電極組合相關(guān)聯(lián)。根據(jù)此實(shí)施例，為了選擇所述電極組合，所述一個或多個處理器被配置成用于為所述多個svm中的每個對應(yīng)svm而確定對應(yīng)分?jǐn)?shù)，所述分?jǐn)?shù)指示針對所述特定患者的所述感測電信號表示與來自多個患者的感測電信號表示相似的程度，與所述對應(yīng)svm相關(guān)聯(lián)的所述對應(yīng)電極組合已經(jīng)在治療上對為所述多個患者遞送電刺激有效。另外地，所述一個或多個處理器被配置成用于基于所述分?jǐn)?shù)來選擇用于向所述特定患者遞送刺激的所述電極組合。在此實(shí)施例中，所述多個感測電信號表示中的每個對應(yīng)感測電信號表示可以可選地與所述多個電極中被選擇用于為所述多個患者中的每個對應(yīng)患者遞送電刺激的對應(yīng)電極組合相關(guān)聯(lián)。
在根據(jù)前述段落所述的任何實(shí)施例中，在一個實(shí)施例中，所述設(shè)備可以被進(jìn)一步可選地配置成使得基于所述多個電信號表示的西塔頻帶中的信號和貝塔頻帶中的信號來訓(xùn)練所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并且其中，為了選擇所述電極組合，所述一個或多個處理器被配置成用于基于針對所述特定患者的電信號表示的所述西塔頻帶中的所述信號和所述貝塔頻帶中的所述信號來選擇用于向所述特定患者遞送電刺激的所述電極組合?？商娲兀诓煌膶?shí)施例中，根據(jù)前述段落所述的設(shè)備可以被配置成使得基于所述多個電信號表示的西塔頻帶中的信號或者所述多個電信號表示的貝塔頻帶中的信號來訓(xùn)練所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并且其中，為了選擇所述電極組合，所述一個或多個處理器被配置成用于基于針對所述特定患者的所述電信號表示的所述西塔頻帶中的所述信號和針對所述特定患者的所述電信號表示的所述貝塔頻帶中的所述信號來選擇用于向所述特定患者遞送電刺激的所述電極組合。
在前述實(shí)施例中的任何實(shí)施例中，所述一個或多個處理器可以包括在植入于所述特定患者體內(nèi)被配置成用于使用所述一個或多個可植入電極來向所述特定患者遞送電刺激的設(shè)備中，并且所述一個或多個處理器可以被進(jìn)一步配置成用于基于在所述多個電極組合中的一個或多個觸頭組合之間測量的電信號來確定針對所述特定患者的所述電信號表示。在可替代實(shí)施例中，所述設(shè)備被配置成用于對植入在所述特定患者體內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行編程，并且其中，為了生成用于基于所述電極中的所述所選組合來進(jìn)行的對所述電刺激的的所述遞送進(jìn)行控制的信息，所述一個或多個電極被配置成用于對植入到所述特定患者體內(nèi)以便經(jīng)由所述所選電極組合來向所述特定患者遞送所述電刺激的所述設(shè)備進(jìn)行編程。
在前述實(shí)施例中的任何實(shí)施例中，為了確定針對所述特定患者的所述電信號表示，所述一個或多個處理器可以可選地被配置成用于周期性地確定針對所述特定患者的經(jīng)更新的電信號表示，并且其中，所述一個或多個處理器被進(jìn)一步配置成用于基于針對所述特定患者的所述經(jīng)更新的電信號表示來自動地選擇所述多個電極組合中用于遞送電刺激的經(jīng)更新的電極組合以及用于經(jīng)由所述經(jīng)更新的電極組合來向所述特定患者遞送電刺激。
在另一個示例中，公開了存儲指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述指令當(dāng)被執(zhí)行時使設(shè)備的一個或多個處理器基于針對特定患者的感測電信號表示以及針對多個其他患者的多個感測電信號表示來選擇一個或多個可植入電極的多個組合中用于向所述特定患者遞送電刺激的電極組合以及生成用于基于所述電極中的所述所選組合來對所述電刺激的所述遞送進(jìn)行控制的信息。
可選地，如之前的段落所述的設(shè)備是植入到所述特定患者體內(nèi)的設(shè)備的編程器，并且所述指令可以使所述一個或多個處理器生成用于基于所述電極中的所述所選組合來對所述電刺激的遞送進(jìn)行控制的信息。所述指令可以使所述一個或多個處理器將植入到所述特定患者體內(nèi)的所述設(shè)備編程成用于經(jīng)由所述所選電極組合來向所述特定患者遞送所述電刺激?？商娲?，如之前的段落所述的設(shè)備可以植入到所述特定患者體內(nèi)，并且所述指令可以使所述一個或多個處理器生成用于基于所述電極中的所述所選組合來對所述電刺激的所述遞送進(jìn)行控制的信息。
根據(jù)另一個實(shí)施例，公開了包括一個或多個處理器和醫(yī)療設(shè)備的系統(tǒng)，所述一個或多個處理器被配置成用于基于針對特定患者的感測電信號表示以及針對多個其他患者的多個感測電信號表示來選擇一個或多個可植入電極的多個組合中用于向所述特定患者遞送電刺激的電極組合，所述醫(yī)療設(shè)備被配置成用于經(jīng)由所述所選電極組合來向所述特定患者遞送刺激。
雖然以上描述的技術(shù)主要被描述為由imd16的處理器60或者編程器14的處理器80執(zhí)行，但是在其他示例中，一個或多個其他處理器可以執(zhí)行本文中單獨(dú)地或者除了處理器60或處理器80之外描述的技術(shù)的任何部分。因此，對“處理器”的引用可以指“一個或多個處理器”。同樣地，“一個或多個處理器”可以指在不同示例中的單個處理器或多個處理器。
可以至少部分地在硬件、軟件、固件或其任何組合中實(shí)施本公開中所描述的技術(shù)，包括歸屬于imd16、編程器14或各種組成部件的技術(shù)。例如，可以在一個或多個處理器中實(shí)施所述技術(shù)的不同方面，包括一個或多個微處理器、dsp、asic、fpga或任何其他等效集成或離散邏輯電路以及這種部件的任何組合，在如臨床醫(yī)生或患者編程器等編程器、醫(yī)療設(shè)備或其他設(shè)備中將這些部件具體化。
在一個或多個示例中，可以在硬件、軟件、固件或其任何組合中實(shí)施在本公開中所描述的功能。如果是在軟件中實(shí)施，那么所述功能可以作為一個或多個指令或代碼被存儲在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上并且由基于硬件的處理單元執(zhí)行。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括形成有形、非易失性介質(zhì)的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)。指令可以由一個或多個處理器執(zhí)行，比如，一個或多個dsp、asic、fpga、通用微處理器或其他等效集成或離散邏輯電路。因此，如本文中所使用的，術(shù)語“處理器”可以指上述結(jié)構(gòu)或適合于實(shí)施本文中所描述的技術(shù)的任何其他結(jié)構(gòu)中的任何結(jié)構(gòu)中的一個或多個結(jié)構(gòu)。
此外，在一些方面中，本文中所描述的功能可以在專用硬件和/或軟件模塊內(nèi)提供。將不同的特征描繪成模塊或單元旨在突顯不同的功能方面并且不一定暗示這種模塊或單元必須由單獨(dú)的硬件或軟件部件實(shí)施。相反，與一個或多個模塊或單元相關(guān)聯(lián)的功能可以由單獨(dú)的硬件或軟件部件執(zhí)行，或者集成在公共或單獨(dú)的硬件或軟件部件內(nèi)。此外，所述技術(shù)可以在一個或多個電路或邏輯元件中完全實(shí)施?？梢栽趯挿秶脑O(shè)備或裝置中實(shí)施本公開的技術(shù)，包括imd、外部編程器、imd和外部編程器的組合、集成電路(ic)或ic集合、和/或駐留在imd和/或外部編程器中的離散電路。
已經(jīng)對本公開的多個不同示例進(jìn)行了描述。這些實(shí)施例和其他實(shí)施例在以下權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
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