特許 6355088 電流分配回路を用いた埋め込み型神経刺激装置の正しい動作の検証

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6355088

(24)【登録日】2018年6月22日

(45)【発行日】2018年7月11日

(54)【発明の名称】電流分配回路を用いた埋め込み型神経刺激装置の正しい動作の検証

(51)【国際特許分類】

   A61N 1/36 20060101AFI20180702BHJP

【ＦＩ】

   A61N1/36

【請求項の数】13

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2016-176584(P2016-176584)

(22)【出願日】2016年9月9日

(62)【分割の表示】特願2015-504555(P2015-504555)の分割

【原出願日】2013年2月26日

(65)【公開番号】特開2016-198686(P2016-198686A)

(43)【公開日】2016年12月1日

【審査請求日】2016年9月9日

(31)【優先権主張番号】61/621,264

(32)【優先日】2012年4月6日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/776,211

(32)【優先日】2013年2月25日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507213592

【氏名又は名称】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

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(72)【発明者】

【氏名】ラヌ エマリット

【審査官】 松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５２１２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５１４１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１０１４１０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／００３１２４（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特表２０１３−５３０７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１０６２１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０２−０８６２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／００５６０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−３２５４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０６２５６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｎ １／００ − １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

埋め込み型刺激装置であって、
複数の電極と、
患者の組織を刺激するための少なくとも１つの治療電流を生じるように構成された少なくとも１つの電流ソースと、
前記少なくとも１つの治療電流を１つ又はそれ以上の電極に分配し、又は前記少なくとも１つの治療電流を１つ又はそれ以上の電極から受け取るように選択可能な複数のスイッチと、
選択された各スイッチにかかる電圧を個々に測定して不具合状態が発生しているかどうかを判定するように構成されたモニタリング回路と、
を備え、前記モニタリング回路は、患者の組織への前記治療電流の供給中に選択された各スイッチにかかる前記電圧を測定するように構成されていることを特徴とする埋め込み型刺激装置。

【請求項2】

前記モニタリング回路は、選択されたスイッチにかかる前記電圧を前記スイッチの予想オン抵抗と比較することによって不具合状態が発生しているかどうかを判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み型刺激装置。

【請求項3】

前記少なくとも１つの電流ソースは、少なくとも１つの定電流ソースを含み、前記少なくとも１つの治療電流は、少なくとも１つの定電流を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み型刺激装置。

【請求項4】

前記少なくとも１つの電流ソースは、少なくとも１つの定電圧を生じて前記少なくとも１つの治療電流を生じるための少なくとも１つの定電圧ソースを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み型刺激装置。

【請求項5】

前記不具合状態は、前記電極の１つの開回路又は短絡を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み型刺激装置。

【請求項6】

前記モニタリング回路は、制御回路をさらに含み、該制御回路に前記不具合状態が報告されて対策が可能にされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み型刺激装置。

【請求項7】

選択された各スイッチにかかる前記電圧は同時に測定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み型刺激装置。

【請求項8】

選択された各スイッチにかかる前記電圧は同時に測定されない、
ことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み型刺激装置。

【請求項9】

埋め込み型刺激装置であって、
複数の電極と、
患者の組織を刺激するための少なくとも１つの治療電流を生じるように構成された少なくとも１つの第１の電流ソースと、
前記少なくとも１つの第１の電流ソースに結合され、前記少なくとも１つの治療電流を１つ又はそれ以上の電極に分配するように選択可能な複数の第１のスイッチと、
前記少なくとも１つの治療電流を１つ又はそれ以上の電極から受け取るように選択可能な複数の第２のスイッチと、
各電圧が前記第１のスイッチの１つのみにかかる電圧を含む少なくとも１つの第１の電圧、及び、各電圧が前記第２のスイッチの１つのみにかかる電圧を含む少なくとも１つの第２の電圧、を測定するように構成されたモニタリング回路と、を備え、
前記モニタリング回路は、前記少なくとも１つの第１の電圧と前記少なくとも１つの第２の電圧を評価することによって不具合状態が発生しているかどうかを判定するように更に構成されており、
前記モニタリング回路は、患者の組織への前記治療電流の供給中に前記少なくとも１つの第１の電圧及び前記少なくとも１つの第２の電圧を測定するように構成されていることを特徴とする埋め込み型刺激装置。

【請求項10】

Ｎ個の電極に対応するＮ個の第１のスイッチ及びＮ個の第２のスイッチが存在する、
ことを特徴とする請求項９に記載の埋め込み型刺激装置。

【請求項11】

前記モニタリング回路は、前記少なくとも１つの治療電流を前記１つ又はそれ以上の電極に、及び前記１つ又はそれ以上の電極から分配する、前記第１のスイッチの選択された１つ及び前記第２のスイッチの選択された１つにかかる前記少なくとも１つの第１の電圧及び前記少なくとも１つの第２の電圧のみを測定するように構成される、
ことを特徴とする請求項９に記載の埋め込み型刺激装置。

【請求項12】

前記不具合状態は、前記電極の１つの開回路又は短絡を含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の埋め込み型刺激装置。

【請求項13】

前記モニタリング回路は制御回路をさらに含み、該制御回路に前記不具合状態が報告されて対策が可能にされ、
前記対策は、前記少なくとも１つの治療電流を停止すること、アラームを発すること、前記埋め込み型刺激装置のメモリに前記不具合状態を記録すること、前記不具合状態を前記埋め込み型刺激装置の外部の装置に遠隔通信することのうちの１つ又はそれ以上を含む、ことを特徴とする請求項９に記載の埋め込み型刺激装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

〔関連出願との相互参照〕
本国際出願は、２０１３年２月２５日に出願された米国特許出願第１３／７７６，２１１号、及び２０１２年４月６日に出願された米国仮特許出願第６１／６２１，２６４号に対する優先権を主張するものであり、これらの両特許出願は引用により本明細書に組み入れられる。

【0002】

本発明は、一般に埋め込み型神経刺激装置に関し、具体的には、電極間の電流経路を定めるために使用するスイッチを用いて神経刺激装置の正しい動作をモニタすることに関する。

【背景技術】

【0003】

埋め込み型刺激装置は、様々な生物学的疾患を治療するための電気刺激を生成して体内神経及び組織に送出する装置であり、心不整脈を治療するペースメーカ、心細動を治療する除細動器、難聴を治療する蝸牛刺激器、盲目を治療する網膜刺激器、協調四肢運動を引き起こす筋肉刺激器、慢性疼痛を治療する脊髄刺激器、運動障害及び精神障害を治療する脳皮質及び脳深部刺激器などがある。以下の説明では、一般に米国特許第６，５１６，２２７号に開示されているような脊髄刺激（ＳＣＳ）システムにおける本発明の使用に焦点を当てている。しかしながら、本発明は、あらゆる埋め込み型刺激器において応用することができる。

【0004】

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、通常、ＳＣＳシステムは、例えばチタンなどの導電材料又は非導電性セラミックで形成された生体適合性の装置ケース３０を備えた埋め込み型パルス発生器（ＩＰＧ）１００を含む。通常、ケース３０は、ＩＰＧが機能するのに必要な回路及びバッテリ２６を保持するが、バッテリを使用せずに外部ＲＦエネルギーを通じてＩＰＧに給電することもできる。ＩＰＧ１００は、各々が複数の電極１０６を含む１つ又はそれ以上の電極アレイ（２つのこのようなアレイ１０２及び１０４を図示）を含む。電極１０６は可撓体１０８上に存在し、この可撓体１０８は、各電極に結合された個々の信号線１１２及び１１４も収容する。図示の実施形態では、リード１０２上にＥ１〜Ｅ８で表記する８つの電極が存在し、リード１０４上にＥ９〜Ｅ１６で表記する８つの電極が存在するが、リード及び電極の数は用途固有のものであり、従って異なる場合もある。アレイ１０２、１０４は、例えばエポキシを含むことができる非導電性ヘッダ材料３６内に固定されたリードコネクタ３８ａ及び３８ｂを用いてＩＰＧ１００に結合する。

【0005】

図２Ａ及び図２Ｂに、様々な電極間に治療電流Ｉｏｕｔ＝Ｉｉｎを分配するためのＩＰＧ１００内の回路を示す。通常、この電流はパルスとして供給される。図には、単一の定電流ソース６０及び単一の定電流シンク６０'を示している。電流ソース６０はＰチャネルトランジスタにより形成され、そのアナログ出力電流Ｉｏｕｔはデジタル信号（Ａｍｐ＜１：Ｍ＞）により設定されているので、電流ソース６０は、Ｐデジタル−アナログ変換器、又は「ＰＤＡＣ」６０と呼ばれる。同様に、電流シンク６０'はＮチャネルトランジスタにより形成され、そのアナログ入力電流Ｉｉｎはデジタル信号（Ａｍｐ＜１：Ｍ＞'）により設定されているので、電流シンク６０'は、Ｎデジタル−アナログ変換器、又は「ＮＤＡＣ」６０'と呼ばれる。（なお、シンク回路についてはプライム符号を使用している。）

【0006】

上述したように、ＰＤＡＣ６０からの出力電流及びＮＤＡＣ６０'への入力電流は、それぞれデジタル振幅信号Ａｍｐ及びＡｍｐ'により設定される。このようなデジタル信号のうち、最終的にＩＰＧ１００内のマイクロコントローラなどの何らかのタイプの制御回路１６０から送出されるものはＭ個存在することができる。通常、ＰＤＡＣ６０及びＮＤＡＣ６０'は、Ａｍｐ及びＡｍｐ'によって同じ電流量をやりとりするようにプログラムされる（すなわち、Ｉｏｕｔ＝Ｉｉｎ）。このように、１つの電極から患者の組織Ｒ（図２Ｂ）内に注入された電流はＩＰＧ１００内に引き戻され、従って余剰電荷が患者内に蓄積することはない。

【0007】

周知のように、また引用により全体が本明細書に組み入れられる米国特許出願公開第２００７／００３８２５０号においてさらに説明されているように、ＰＤＡＣ６０及びＮＤＡＣ６０'は、デジタル信号Ａｍｐ及びＡｍｐ'に基づき基準電流Ｉｒｅｆを増幅して所望のソース電流Ｉｏｕｔ及びシンク電流Ｉｉｎを生じるカレントミラーを備える。各信号Ａｍｐ＜ｘ＞及びＡｍｐ＜ｘ＞'は、２^x-1カレントミラートランジスタ６２及び６２'を並列に配置して電流に寄与するようにスイッチ６１を制御する。これにより、生成される電流Ｉｏｕｔ及びＩｉｎが基準電流のスカラーｋとして生成されるように、すなわちＩｏｕｔ＝Ｉｉｎ＝ｋＩｒｅｆになる。例えば、１１Ｉｒｅｆの出力電流Ｉｏｕｔを生成するには、Ａｍｐを＜００００１０１１＞に設定し、これにより１＋２＋８＝１１個のカレントミラートランジスタ６２を並列に配置することができる。しかしながら、この出力電流及び入力電流をデジタル設定する手段はほんの一例にすぎず、'２５０号公開に開示されているような、これらの電流を設定する他の手段を使用することもできる。最終的に、ＰＤＡＣ６０に結合されたコンプライアンス電圧（Ｖ＋）、及びＮＤＡＣ６０'に結合された基準電位（接地ＧＮＤ）により、ＰＤＡＣ６０、組織Ｒ及びＮＤＡＣ６０'を通じて電流が流れる。

【0008】

スイッチマトリックス５０及び５０'は、ＰＤＡＣ６０によって供給されＮＤＡＣ６０'によって受け取られる電流が電極Ｅ１〜ＥＮのいずれかに分配されるようにする。例えば、図２Ｂでは、ソース電流Ｉｏｕｔを受け取るために電極Ｅ１が選択され、シンク電流Ｉｉｎを受け取るために電極Ｅ２が選択されており、従ってこれらの２つの電極間で電流が組織Ｒ内を流れることができる。電極の選択は、スイッチマトリックス５０及び５０において行われ、この例では、Ｎ個の電極Ｅ１〜ＥＮの各々に電流を分配できるように、各マトリックス５０及び５０'内にＮ個のスイッチＳ１〜ＳＮ及びＳ１'〜ＳＮ'が存在する。スイッチの選択は、やはり制御回路１６０が送出できるスイッチ制御信号Ｓｗｉｔｃｈ＜１：Ｎ＞及びＳｗｉｔｃｈ'＜１：Ｎ＞に従って行われる。従って、図２Ｂに示すように電極Ｅ１及びＥ２を選択するには、スイッチ制御信号Ｓｗｉｔｃｈ＜１＞によってスイッチＳ１をオンにし、スイッチ制御信号Ｓｗｉｔｃｈ＜２＞'によってスイッチＳ２'をオンにする。どちらの電極を選択するか、並びにこれらの電極におけるパルスの振幅、周波数及び持続時間については、通常、例えば患者の痛み又はその他の症状を軽減するのにどの設定が最も効果的であるかに関する実験に基づいて患者又は臨床医が指示を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】米国特許第６，５１６，２２７号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２００７／００３８２５０号明細書

【特許文献3】米国特許第７，８９０，１８２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明者は、図２Ａ及び図２Ｂの電流分配方式は、ＩＰＧ１００にある種の不具合が生じた場合に正しく機能しないことがあると気付いた。図３Ａに、電極Ｅ１から５ｍＡを送出し、組織Ｒを通じて電極Ｅ２に戻す、正しく機能しているＩＰＧ１００を示す。図３Ｂ及び図３Ｃには、この望ましい電流フローに影響を与える様々な不具合を示す。図３Ｂでは、電極Ｅ１に向かう経路に開回路６３が存在する。この不具合は、ケース３０の内部、ＩＰＧ１００とリードコネクタ３８ａ及び３８ｂとの間の内部接続部、リードコネクタ３８ａ及び３８ｂ、リード１１２又は１１４自体、或いはリード１１２又は１１４がアレイ１０２又は１０４上のリング電極１０６に接続する箇所を含め、ＰＤＡＣ６０から電極Ｅ１までの経路に沿ったあらゆる場所で生じる可能性がある。例えば、電極Ｅ１につながるリード１１２が、患者に埋め込まれた時に損傷を受けた可能性もあり、或いはこのリードとそのリードコネクタ３８ａ又は３８ｂの接点との接続が不十分な場合もある。この不具合状態が生じた場合、開回路６３に起因してスイッチＳ１には電流が流れない。同様に、電流を駆動するために最終的に使用されるコンプライアンス電圧Ｖ＋から電極Ｅ２が隔離されているので、Ｓ２'を流れる電流もゼロに等しくなる。従って、ＰＤＡＣ６０及びＮＤＡＣ６０'のプログラミングにもかかわらず電流は流れない。

【0011】

図３Ｃでは、電極Ｅ１と接地（ＧＮＤ）の間に短絡６４が存在する。この不具合も、ＰＤＡＣ６０から電極Ｅ１までの経路に沿ったあらゆる場所で生じる可能性がある。短絡６４が組織Ｒよりも著しく低抵抗であるとすれば、ＰＤＡＣ６０から出力される電流（５ｍＡ）の大部分は、この短絡６４を通じて地面に流れる。この結果、組織Ｒ内を電流が（又はわずかな電流しか）流れなくなり、Ｅ２は、この短絡６４を通じて効果的に地面に結合する。ＮＤＡＣ６０'は接地に準拠するので、電流を駆動するための電位が電極Ｅ２に存在せず、従ってスイッチＳ２'に電流が全く（又はわずかな電流しか）流れなくなる。

【0012】

図４Ａ〜図４Ｃは図３Ａ〜３Ｃに類似するが、これらの図には、ソース電流Ｉｏｕｔ＝５ｍＡを受け取るために２つの電極（Ｅ１及びＥ２）が選択されていると同時に電極Ｅ３がこの電流全体Ｉｉｎ＝５ｍＡを受け取るさらに複雑な例を示している。特定の患者にとっては、ソース電流又はシンク電流のいずれかを２又はそれ以上の電極間で分割することが治療的に有用となり得る。或いは、このようにソース電流又はシンク電流を少なくとも一時的に分割しながら、一方の電極からもう一方の電極に実験的に電流を誘導して、患者にとって良好な治療結果を発見しようと試みることも有用となり得る。電流誘導については、米国特許第７，８９０，１８２号でさらに説明されている。図４Ａに示すように、ソース電流Ｉｏｕｔ＝５ｍＡは電極Ｅ１と電極Ｅ２の間で共有され、この電流の約半分、すなわち約２．５ｍＡがスイッチＳ１及びＳ２の各々を通過するようになる。（スイッチを経て流れる実際の量は、電極間の組織の抵抗回路網に依存する。）これらの電流は電極Ｅ３において再結合し、電極Ｅ３は、全体として５ｍＡの電流を受け取る。

【0013】

図４Ｂには、Ｅ２につながる経路における開回路６３を示す。この状況では、スイッチＳ２に電流が流れず、ソース電流の全体（５ｍＡ）がスイッチＳ１及び電極Ｅ１、並びに電極Ｅ３及びスイッチＳ３を通って流れる。

【0014】

図４Ｃには、電極Ｅ１につながる経路における短絡６４を示す。この状況では、短絡６４が低抵抗であるとすると、ソース電流の全体（５ｍＡ）がスイッチＳ１から短絡６４を通って流れ、Ｓ２及び電極Ｅ２には電流が全く（又はわずかな電流しか）流れない。図３Ｃと同様に、電極Ｅ３の事実上の接地により、電極Ｅ３及びスイッチＳ３'を通って大きな電流が流れることが阻まれる。

【課題を解決するための手段】

【0015】

図３Ｂ、図３Ｃ、図４Ｂ及び図４Ｃのいずれの場合にも、選択した電極が望ましい量の電流を受け取っておらず、これにより最終的に患者の治療、及び潜在的に患者の安全にも影響が及ぶので、本発明者はこれらの不具合状態を遺憾に感じる。従って、本開示は、これらの及びその他の不具合状態をモニタするためのより良好な解決策を保証し、これを提供する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】先行技術による、埋め込み型パルス発生器（ＩＰＧ）、及びこのＩＰＧに結合された電極アレイを示す図である。

【図1B】先行技術による、埋め込み型パルス発生器（ＩＰＧ）、及びこのＩＰＧに結合された電極アレイを示す図である。

【図2A】先行技術による、スイッチマトリックスを用いて図１Ａ及び図１ＢのＩＰＧ内の電極間に治療電流を分配するための回路を示す図である。

【図2B】先行技術による、スイッチマトリックスを用いて図１Ａ及び図１ＢのＩＰＧ内の電極間に治療電流を分配するための回路を示す図である。

【図3A】図２Ａ及び図２Ｂの電流分配回路において発生し得る不具合状態を示す図である。

【図3B】図２Ａ及び図２Ｂの電流分配回路において発生し得る不具合状態を示す図である。

【図3C】図２Ａ及び図２Ｂの電流分配回路において発生し得る不具合状態を示す図である。

【図4A】図２Ａ及び図２Ｂの電流分配回路において発生し得る不具合状態を示す図である。

【図4B】図２Ａ及び図２Ｂの電流分配回路において発生し得る不具合状態を示す図である。

【図4C】図２Ａ及び図２Ｂの電流分配回路において発生し得る不具合状態を示す図である。

【図5A】スイッチマトリックスで使用されるスイッチの電圧降下をモニタすることによってＩＰＧ内の不具合状態を判定するために使用される改善されたモニタリング回路の実施形態を示す図である。

【図5B】スイッチマトリックスで使用されるスイッチの電圧降下をモニタすることによってＩＰＧ内の不具合状態を判定するために使用される改善されたモニタリング回路の実施形態を示す図である。

【図6A】スイッチマトリックスで使用されるスイッチの電圧降下をモニタすることによってＩＰＧ内の不具合状態を判定するために使用される改善されたモニタリング回路の実施形態を示す図である。

【図6B】スイッチマトリックスで使用されるスイッチの電圧降下をモニタすることによってＩＰＧ内の不具合状態を判定するために使用される改善されたモニタリング回路の実施形態を示す図である。

【図7】スイッチの測定のさらなる詳細を示す図である。

【図8】電圧降下測定に従って不具合モードを判定するために使用されるエラーチェックアルゴリズムの実施形態を示す図である。

【図9A】電圧降下測定に従って不具合モードを判定するために使用されるエラーチェックアルゴリズムの実施形態を示す図である。

【図9B】電圧降下測定に従って不具合モードを判定するために使用されるエラーチェックアルゴリズムの実施形態を示す図である。

【図10A】モニタリング回路に従って行う測定例、及びエラーチェックアルゴリズムがいかにして異なる不具合状態の不具合を判定するかを示す図である。

【図10B】モニタリング回路に従って行う測定例、及びエラーチェックアルゴリズムがいかにして異なる不具合状態の不具合を判定するかを示す図である。

【図10C】モニタリング回路に従って行う測定例、及びエラーチェックアルゴリズムがいかにして異なる不具合状態の不具合を判定するかを示す図である。

【図11A】モニタリング回路に従って行う測定例、及びエラーチェックアルゴリズムがいかにして異なる不具合状態の不具合を判定するかを示す図である。

【図11B】モニタリング回路に従って行う測定例、及びエラーチェックアルゴリズムがいかにして異なる不具合状態の不具合を判定するかを示す図である。

【図11C】モニタリング回路に従って行う測定例、及びエラーチェックアルゴリズムがいかにして異なる不具合状態の不具合を判定するかを示す図である。

【図12A】モニタリング回路及びエラーチェックアルゴリズムと共に使用可能な電流分配回路の変形形態を示す図である。

【図12B】モニタリング回路及びエラーチェックアルゴリズムと共に使用可能な電流分配回路の変形形態を示す図である。

【図12C】モニタリング回路及びエラーチェックアルゴリズムと共に使用可能な電流分配回路の変形形態を示す図である。

【図13A】モニタリング回路及びエラーチェックアルゴリズムと共に使用可能な電流分配回路の変形形態を示す図である。

【図13B】モニタリング回路及びエラーチェックアルゴリズムと共に使用可能な電流分配回路の変形形態を示す図である。

【図13C】モニタリング回路及びエラーチェックアルゴリズムと共に使用可能な電流分配回路の変形形態を示す図である。

【図14】モニタリング回路及びエラーチェックアルゴリズムと共に使用可能な電流分配回路の変形形態を示す図である。

【図15】モニタリング回路及びエラーチェックアルゴリズムと共に使用可能な電流分配回路の変形形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

埋め込み型刺激装置のためのモニタリング回路を開示する。スイッチマトリックスが、電流ソースからの電流を複数の電極のいずれかに分配する。スイッチマトリックス内の作動中のスイッチの電圧降下をモニタし、電流の振幅及びスイッチの既知のオン抵抗に基づく予想電圧と比較する。モニタした電圧と予想電圧が著しく異なる場合には不具合状態を推測することができ、刺激を停止すること、アラームを設定すること、不具合をメモリに記録すること、及び患者の外部にある装置に不具合状態を遠隔通信することのうちの１つ又はそれ以上などの適切な対策をとることができる。このようにスイッチマトリックス内で既存のスイッチを使用すると、複雑性を高め、望まない抵抗を加え、或いは周期的な又は散発的な治療出力の変化を引き起こす可能性のある追加構造を治療電流路内に設けることなく電極内の電流をモニタできるので有利である。

【0018】

図５Ａに、上述したＩＰＧ１００などのＩＰＧのための改善されたモニタリング回路２００の第１の例を示す。図には、各々がスイッチマトリックス５０及び５０'内のスイッチＳ１〜ＳＮ及びＳ１'〜ＳＮ'の１つにかかる又は横切る電圧降下を測定するための複数の差動増幅器（ｄｉｆｆ ａｍｐｓ）Ｄ１〜ＤＮ６５及びＤ１'〜ＤＮ'６５'を示している。差動増幅器Ｄ１〜ＤＮ６５の出力はマルチプレクサ７０に結合され、このマルチプレクサ７０は、これらの出力の１つを選択してアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）８０に与えることができる。同様に、差動増幅器Ｄ１'〜ＤＮ'６５'の出力はマルチプレクサ７０'に結合され、このマルチプレクサ７０'は、これらの出力の１つを選択してアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）８０'に与えることができる。デジタル出力Ｖｄｓｐ及びＶｄｓｎが制御回路１６０に報告され、ここでこれらの出力を再検討し、エラーチェックアルゴリズム１７０と連動して適切な対策をとることができるが、これについては後でさらに詳細に説明する。

【0019】

１つの実施形態では、改善されたモニタリング回路２００が、作動中の（閉じている）、従って組織Ｒ内での電流路の形成に関与しているスイッチのみの電圧をモニタする。この点に関し、制御回路１６０は、どのスイッチが関与しているかをスイッチ制御信号Ｓｗｉｔｃｈ＜１：Ｎ＞及びＳｗｉｔｃｈ＜１：Ｎ＞'によって知っており、マルチプレクサ７０及び７０'にマルチプレクサ制御信号Ｍｕｘ＜１：Ｘ＞及びＭｕｘ＜１：Ｘ＞'を送出することができる。これにより、各マルチプレクサは、Ｖｄｓｎ及びＶｄｓｐの測定値をＡ／Ｄ変換器８０及び８０'に、そして最終的には制御回路１６０に受け渡すことができるようになる。

【0020】

制御回路１６０は、イネーブル信号Ｄ＿ｅｎ＜１：Ｎ＞及びＤ＿ｅｎ＜１：Ｎ＞'を送出して、作動中のスイッチに結合された差動増幅器６５及び６５'のみを有効にする。この結果、関心のある差動増幅器のみを作動させることによって電力が節約されるとともに、実際にパルスが発せられている時などの特定の時点にＶｄｓｐ及びＶｄｓｎの測定を行う能力がさらに提供される。さらに、作動中のスイッチ上ではＶｄｓｐ及びＶｄｓｎをパルス毎に測定しなくてもよく、従ってＤ＿ｅｎ及びＤ＿ｅｎ'もパルス毎に送出しなくてよく、代わりにこれらの測定値を約１００パルス毎に取得して、ＩＰＧ１００の正しい動作を時折確認する。Ａ／Ｄ変換器８０及び８０'も選択的に有効にすることができるが、このための制御信号は図示していない。

【0021】

図５Ｂにモニタリング回路２００の修正形態を示しており、この図では、マルチプレクサ７０及び７０'が、スイッチＳ１〜ＳＮ及びＳ１'〜ＳＮ'と単一の差動増幅器Ｄ１及びＤ１'との間に位置する。この修正形態では、マルチプレクサ７０及び７０'が、選択されたスイッチからの信号を、マルチプレクサを通じて差動増幅器に受け渡して電圧降下を測定する。この修正形態は、差動増幅器の数を減らすので単純になってはいるが、測定信号がマルチプレクサを通過する際に損失が生じやすくなる可能性もある。

【0022】

図４Ａ〜図４Ｃに関連して上述したように、ＰＤＡＣ６０又はＮＤＡＣ６０'に１つよりも多くの電極を同時に結合してソース電流又はシンク電流を共有することができる。この場合、スイッチＳ１〜ＳＮ又はＳ１'〜ＳＮ'のうちの１つよりも多くにおける電圧降下を同時にモニタすることが望ましい場合がある。図６Ａに、この目的に有用な別のモニタリング回路２００'の例を示す。図示のように、差動増幅器の各バンクは、その出力を２つのマルチプレクサに送信し、差動増幅器６５は、その出力をマルチプレクサ７０ａ及び７０ｂに送信し、差動増幅器６５'は、その出力をマルチプレクサ７０ａ'及び７０ｂ'に送信する。これにより、２つのＶｄｓｐ測定値（Ｖｄｓｐａ及びＶｄｓｐｂ）及び２つのＶｄｓｎ測定値（Ｖｄｓｎａ及びＶｄｓｎｂ）を同時に取得してデジタル化することができる。各差動増幅器バンク当たりのマルチプレクサの数を増やすと、さらなる同時測定が可能になる。上述のように、差動増幅器６５又は６５'は選択的に有効にすることができるが、単純化のためにイネーブル制御信号は示していない。図示してはいないが、マルチプレクサ制御信号は、増加した数のマルチプレクサに対応するように必要に応じて修正されると理解されたい。

【0023】

図６Ｂには、マルチプレクサを使用しないモニタリング回路２００''の別の実施形態を示す。ここでは、各差動増幅器６５又は６５'が専用のＡ／Ｄ変換器８０又は８０'に結合され、Ｎ個のＶｄｓｐ測定値及びＮ個のＶｄｓｎ測定値を潜在的に同時に生じる。このことは、スイッチＳ１〜ＳＮ及びＳ１'〜ＳＮ'全ての電圧降下を、さらに以下で説明する対象である閉じたスイッチさえもモニタするために有用となり得る。

【0024】

図６Ａ及び図６Ｂのモニタリング回路２００'及び２００''は、ソース電流又はシンク電流を共有するスイッチの電圧降下を同時に測定するのに特に有用であり、一方、このような測定値を同時に取得することはできないものの図５Ａ又は図５Ｂのモニタリング回路２００を使用することもできる。例えば、図４Ａのようにソース電流を共有するために電極Ｅ１及びＥ２の両方が同時に選択された場合、マルチプレクサ７０は、例えば、第１のパルス中には（Ｄ１を介して）スイッチＳ１をモニタすることを選択し、その後第２のパルス中には（Ｄ２を介して）スイッチＳ２をモニタすることを選択することなどができる。これによって不具合状態を即座に検出することはできないかもしれないが、比較的高い周波数（５０〜２００Ｈｚなど）でパルスが生じるので、あらゆる不具合が短時間で拾い上げられる。

【0025】

図７に、選択された電極Ｅ１及びＥ２、及びその関連するスイッチＳ１及びＳ２'並びに差動増幅器Ｄ１及びＤ２'を通る治療電流路のさらなる詳細を示す。図７では、通常見られるように、電流路内のスイッチＳ１及びＳ２'がＭＯＳＦＥＴトランジスタを含むと仮定する。各差動増幅器Ｄ１及びＤ２'は、一方がスイッチのドレインに、他方がソースに接続されるようにスイッチＳ１及びＳ２'の各々にそれぞれ接続されたタップ６６を入力として受け取る。これらのスイッチがバイポーラトランジスタを含む場合、これらのタップは、同様にスイッチのエミッタ及びコレクタに接続される。このように構成された各差動増幅器６５は、各スイッチのドレインソース間電圧（Ｖｄｓ）を、或いは（Ｓ１などの）ＰチャネルスイッチのＶｄｓｐ及び（Ｓ２'などの）ＮチャネルスイッチのＶｄｓｎを提示されてこれを測定する。（スイッチマトリックス５０及び５０'の各々におけるスイッチがこれらの極性を有することは、スイッチに加わる相対的電圧を考えると論理的ではあるが必要ではない。なお、ＰチャネルスイッチＳ１〜ＳＮはアクティブローになり、ＮチャネルスイッチＳ１'〜ＳＮ'はアクティブハイになる。すなわち、スイッチ制御信号Ｓｗｉｔｃｈ１は、スイッチＳ１をオンにするために論理「０」になり、Ｓｗｉｔｃｈ２'は、スイッチＳ２'をオンにするためにアクティブハイになる。）オームの法則によれば、Ｖｄｓｐ及びＶｄｓｎは、スイッチを通る電流（Ｉｏｕｔ＝Ｉｉｎ）と、スイッチのオン抵抗（Ｒｄｓｐ（ｏｎ）及びＲｄｓｎ（ｏｎ））との積に等しくなる。

【0026】

図７の右側のグラフに示すように、スイッチのオン抵抗Ｒｄｓは、スイッチを流れる電流（Ｉｄｓ、又はＩｏｕｔ＝Ｉｉｎ）の振幅と共に、さらには温度と共にわずかに変化する。それでも、Ｒｄｓｐ及びＲｄｓｎ、Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ）及びＲｄｓｎ（ｅｘｐ）の予想値又は予想範囲は、特にＩｏｕｔ＝Ｉｉｎ及び温度の典型的な範囲が分かっている時にはかなり確実に知ることができる。図７のグラフは、一般に電流及び温度の特定の中間値（５ｍＡ及び約４０℃）を想定したＲｄｓ（ｅｘｐ）の特定を示すものである。Ｒｄｓ（ｏｎ）は、たとえいずれかの特定の時点において正確に分かっていないとしても、スイッチのオフ抵抗より何桁も小さい。１つの例では、スイッチマトリックス５０及び５０'内のスイッチのＲｄｓｐ（ｅｘｐ）及びＲｄｓｎ（ｅｘｐ）が約１０オームである。必要であれば、設計中に、オン抵抗Ｒｄｓｎ（ｏｎ）及びＲｄｓｐ（ｏｎ）を、差動増幅器６５及び６５'、並びにＡ／Ｄ変換器８０及び８０'によって分解できるほど十分に大きなＶｄｓｐ及びＶｄｓｎを提供するように意図的に設定することができる。一般的には、Ｒｄｓ（ｏｎ）を意図的に上昇させることは熱生成及び電力消費の点で望ましくないが、Ｒｄｓ（ｏｎ）が分解可能なＶｄｓの値を生じるのに適した値は依然として小さく、それほど重要ではない。

【0027】

図８に、（作動中のスイッチＳ１〜ＳＮのうちの１つにかかる）１つのＶｄｓｐ測定値、及び（作動中のスイッチＳ１'〜ＳＮ'のうちの１つにかかる）１つのＶｄｓｎ測定値の単純な例のためのエラーチェックアルゴリズム１７０を示す。上述したように、エラーチェックアルゴリズム１７０は制御回路１６０内で実行することができ、ファームウェアで、又はソフトウェア又はハードウェアなどの他のいずれかの周知の手段で実装することができる。図示のように、エラーチェックアルゴリズム１７０は、ブロック１８０及び１８０'において、スイッチで測定したＶｄｓｐ及びＶｄｓｎを、予想値、すなわちＶｄｓｐ（ｅｘｐ）及びＶｄｓｎ（ｅｘｐ）とそれぞれ比較する。Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）は、ＰＤＡＣ６０が供給するようにプログラムされた電流Ｉｏｕｔに、上述のように求めることができる既知のスイッチの予想オン抵抗Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ）を乗じたものに等しい。同様に、Ｖｄｓｎ（ｅｘｐ）は、ＮＤＡＣ６０'が受け取るようにプログラムされた電流Ｉｉｎ（Ｉｏｕｔに等しいはずである）に、やはり上記で求められたスイッチの予想オン抵抗Ｒｄｓｎ（ｅｘｐ）を乗じたものに等しい。

【0028】

また、各比較ブロック１８０及び１８０'には、Ｖｄｓｐ及びＶｄｓｎの測定値が容認可能と見なされてＩＰＧ１００の不具合状態が示されない範囲（ｒａｎｇｅ＿ｐ；ｒａｎｇｅ＿ｎ）を何らかの形で示すための比較入力が与えられる。このような範囲は、予想値Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）及びＶｄｓｎ（ｅｘｐ）の何らかの関数を含み、複数の異なる形をとることができる。例えば、スイッチを通る電流が非常に低くないか、又は事実上ゼロでないかを知ることのみが関心対象の場合がある。この場合、Ｖｄｓｐ及びＶｄｓｎは必然的に非常に小さくなる。この状態を検出するには、閾値、すなわちＶｄｓｐ＞ｃ＊Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）（ｃは０と１の間である）に対して例えばｒａｎｇｅ＿ｐを設定すればよい。スカラーｃを用いて閾値を定めることは、システムの変動性、特に、上述したように必ずしもスイッチのオン抵抗を完全に反映するとは限らない場合があるＲｄｓｐ（ｅｘｐ）を考えれば理にかなっている。従って、比較ブロック１８０は、例えばＶｄｓｐ＞０．７＊Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）であるかどうかを、この閾値よりも低い値は予想される変動性に起因するものではなく、スイッチを通る電流の引き込み（Ｉｏｕｔ）が異常に低いことに起因するものに違いなく、不具合を示す可能性があるという概念に基づいて評価することができる。Ｒａｎｇｅ＿ｎも、同様にＶｄｓｎｐ＞０．７＊Ｖｄｓｎｐ（ｅｘｐ）に設定することができる。

【0029】

別の例では、これらの範囲によってＶｄｓｎ及びＶｄｓｐの上限を決定することができる。例えば、ｒａｎｇｅ＿ｐが０．７＜Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）＜１．３を含み、Ｒａｎｇｅ＿ｎが０．７＜Ｖｄｓｎ（ｅｘｐ）＜１．３を含むことができる。上限は、スイッチに過度の電流が流れているような異なる不具合状態を検出するのに有用である。

【0030】

Ｖｄｓｐ又はＶｄｓｎのいずれかが範囲外にある場合、比較ブロック１８０及び１８０'は、対策ブロック１９０にエラー信号Ｅｒｒ及びＥｒｒ'を送出することができる。対策ブロック１９０は、エラー信号の一方又は両方が示されているかどうかに依存して様々な対策をとることができる。例えば、対策ブロック１９０は、刺激を停止すること（２０５）、存在する場合にはＩＰＧ１００内の可聴トランスデューサなどを通じてアラーム状態を発すること（２１０）、後でインプラントの外部にある装置に遠隔通信できるようにＩＰＧ１００のメモリに不具合を記録すること（２２０）、或いは可視又は可聴アラームが発せられた場合には直ちに不具合状態を外部装置に遠隔通信すること（２３０）、を引き起こすことができる。対策ブロック１９０は、さらに他の対策をとることもでき、これらはほんのいくつかの例にすぎない。

【0031】

図９Ａに、図４Ａ〜図４Ｃで行ったように１つよりも多くの電極がＰＤＡＣ６０に結合され、従ってソース電流Ｉｏｕｔを共有している時のエラーチェックアルゴリズム１７０のさらに複雑な例を示す。（エラーチェックアルゴリズム１７０は、スイッチマトリックス５０'内のスイッチ間で共有されるシンク電流Ｉｉｎにも同様に対応するが、これについては便宜上図示していない。）この状況では、スイッチマトリックス５０内の作動中のスイッチ（例えば、Ｓ１及びＳ２）において取得された２つのＶｄｓｐ測定値（Ｖｄｓｐ１及びＶｄｓｐ２）が存在する。共有する電流の何パーセントが各スイッチを流れるかは正確に分からない場合もあり、これは患者の組織の抵抗回路網Ｒ、及び作動中の電極の相対位置に依存する。しかしながら、各スイッチは、ソース電流の２分の１、すなわち１／２Ｉｏｕｔを流すと概算することが妥当である。この結果、スイッチにかかる予想電圧降下Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）は、各々が１／２Ｉｏｕｔ＊Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ）に等しくなる。

【0032】

この均等な電流分割についての仮定は正確でない場合もあるので、比較ブロック１８０が好適な動作を決定するために使用する範囲を適宜に緩和させることができる。例えば、ｒａｎｇｅ＿ｐは、この状況ではＶｄｓｐ＞０．４＊Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）の閾値を定めることができる。この例における緩和されたスカラー（０．４）は、Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ）がスイッチを正確にモデル化していない可能性があるということだけでなく、スイッチによって引き込まれる電流の量が予想よりも小さい（すなわち、１／２Ｉｏｕｔよりも小さい）可能性があるということもさらに評価したものである。従って、ｒａｎｇｅ＿ｐには、より広い範囲の許容値ではあるが、電流が低い状態と基本的に電流がない状態とを依然として容易に区別できる許容値が用いられる。

【0033】

或いは、各スイッチがソース電流を均等に共有すると仮定する代わりに、図９Ｂに示すように、影響を受ける電極間の抵抗を測定し、これを用いて各電極が流すＩｏｕｔの比率を導出することもできる。ＩＰＧにおいて電極間の抵抗を測定することは周知であり（米国特許第７，６８４，８６９号を参照）、従ってこれを行うための回路及び方法については説明しない。ソース電極Ｅ１とシンク電極Ｅ３の間の抵抗（Ｒ（１−３））、及びソース電極Ｅ２とＥ３の間の抵抗（Ｒ（２−３））を測定すると、Ｉｏｕｔの何割がソース電極の各々を通って流れるかを記述する比率ｑ（＝Ｒ（２−３）／（Ｒ（１−３）＋Ｒ（２−３）））を計算することができ、すなわち、図９Ｂの右下に示すように、Ｅ１はｑ＊Ｉｏｕｔを流し、Ｅ２は（ｑ−１）＊Ｉｏｕｔを流すようになる。従って、比較ブロック１８０の各々には、（例えば、制御回路１６０から）ｑ（又はその成分Ｒ（１−３）及びＲ（２−３））を報告することができ、次にこれらの比較ブロック１８０において、このｑを用いてＳ１及びＳ２の予想電圧降下（Ｖｄｓｐ１（ｅｘｐ）及びＶｄｓｐ２（ｅｘｐ））を推定することができる。図９Ｂでは、スイッチを通る予想電流を推定する精度が高くなっているので、比較ブロック１８０が好適な動作を判定するために使用する範囲は、図９Ａほど緩和させる必要はない。例えば、この状況では、ｒａｎｇｅ＿ｐは、スイッチを通る予想電流が分かっていた図８で使用した閾値に類似するＶｄｓｐ＞０．７＊Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）の閾値を定める。

【0034】

図１０Ａ〜図１０Ｃは、電極Ｅ１からＥ２に電流が流れる図３Ａ〜図３Ｃの状態を再検討するものであり、開示するモニタリング回路２００の、ＩＰＧの不具合を判定する能力を示している。提示する値は、Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ）及びＲｄｓｎ（ｅｘｐ）の両方が１０オームに等しく、Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）及びＶｄｓｎ（ｅｘｐ）の両方は、０．７＊Ｉｏｕｔ＝Ｉｉｎ＊Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ）＝Ｒｄｓｎ（ｅｘｐ）、すなわち０．３５ｍＶよりも大きい場合に好適と見なされるものと仮定する。また、単純化のために、スイッチの実際のオン抵抗は１０オームの予想値に等しいと仮定する。

【0035】

図１０Ａでは、Ｖｄｓｐ１及びＶｄｓｎ２の両方が＝５０ｍＶ、すなわち５ｍＡ＊１０オームである。これらの値はいずれも３５ｍＶを上回っているので、正しい動作が推測される。図１０Ｂ及び図１０Ｃでは、それぞれ開回路６３及び短絡６４が示されており、上述したようには電流が流れていない。この結果、Ｖｄｓｐ１及びＶｄｓｎ２はいずれも基本的にゼロであり、３５ｍＶを超えていない。モニタリング回路は、このことから不具合が発生したと仮定し、上述したいずれかの方法で適切な対策をとる。

【0036】

図１１Ａ〜図１１Ｃは、電極Ｅ１〜Ｅ２によってソース電流が共有され、電極Ｅ３によって受け取られる図４Ａ〜図４Ｃの状態を再検討するものであり、開示するモニタリング回路２００の、ＩＰＧの不具合を判定する能力を示している。ここでも、提示する値は、Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ）及びＲｄｓｎ（ｅｘｐ）の両方が１０オームに等しいと仮定する。Ｖｄｓｎ（ｅｘｐ）は、０．７＊Ｉｉｎ＊Ｒｄｓｎ、すなわち０．３５ｍＶよりも大きい場合に好適と見なされる。図９Ａに関連して説明したように、Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）は、０．４＊１／２＊Ｉｏｕｔ＊Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ）、すなわち０．１０ｍＶよりも大きい場合に好適と見なされる。ここでもまた、スイッチの実際のオン抵抗は１０オームの予想値に等しく、電極Ｅ１及びＥ２の各々を通って流れる電流は均等に分割されていると仮定する。

【0037】

図１１Ａでは、Ｖｄｓｐ１及びＶｄｓｐ２の両方が＝２５ｍＶ、すなわち１／２＊５ｍＡ＊１０オームである。これらの値はいずれも１０ｍＶの緩和された閾値を上回っているので、正しい動作が推測される。Ｖｄｓｎ３＝５０ｍＶ、すなわち５ｍＡ＊１０オームであり、３５ｍＶを上回っているので、これも正しい動作が推測される。それぞれ開回路６３及び短絡６４を示す図１１Ｂ及び図１１Ｃでは、電流がアンバランスになっており、全てのソース電流がスイッチＳ１を通って流れ、Ｓ２には流れていない。この結果、Ｖｄｓｐ１は、Ｖｄｓｎ３と同様に５０ｍＶに等しく、１０ｍＶを上回っているので正しい動作が推測される。（しかしながら、ｒａｎｇｅ＿ｐがＶｄｓｐ１の上限を定めている場合、５０ｍＶはこの上限を超えてしまい、従って不具合状態と見なされることに注意されたい。）対照的に、Ｖｄｓｐ２は基本的にゼロであり、１０ｍＶの緩和された閾値さえも超えていない。この結果、モニタリング回路は、不具合が発生したと仮定し、上述したいずれかの方法で適切な対策をとる。

【0038】

ここまで、治療電流は、ＰＤＡＣ６０及びＮＤＡＣ６０'などの定電流ソース及びシンクを用いて患者の組織内を通過すると仮定していた。しかしながら、開示するモニタリング回路２００の用途はこのようなソースの使用に限定されるわけではなく、定電圧ソースを使用することもできる。図１２Ａ〜図１２Ｃでは、定電圧ソース３００及び３００'を用いて、これらの出力に図示のようなＶｏｕｔ１＝５Ｖ及びＶｏｕｔ２＝０Ｖなどの既知の電圧を設定している。定電圧を使用する時には、スイッチを通る電流を、スイッチのオン抵抗（Ｒｄｓ（ｅｘｐ））及び患者の組織Ｒの抵抗を含む、存在する抵抗に基づいて推定しなければならない。Ｒは、過去の経験に基づいて推定することも、或いは図９Ｂに関連して上述したように測定することもできる。スイッチＲｄｓｐ（ｅｘｐ）及びＲｄｓｎ（ｅｘｐ）及び組織Ｒの一連の抵抗は分圧器を構築し、各スイッチの予想電圧降下は、Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）＝（Ｖｏｕｔ１−Ｖｏｕｔ２）＊（Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ）／（Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ）＋Ｒｄｓｎ（ｅｘｐ）＋Ｒ））、及びＶｄｓｎ（ｅｘｐ）＝（Ｖｏｕｔ１−Ｖｏｕｔ２）＊（Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ）／（Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ）＋Ｒｄｓｎ（ｅｘｐ）＋Ｒ））に等しくなる。従って、Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）及びＶｄｓｎ（ｅｘｐ）の値は、一般に２つの定電圧ソース３００及び３００'間の電位差の関数として求めることができる。従って、恐らくは上述したようにｒａｎｇｅ＿ｐ及びＲａｎｇｅ＿ｎによって緩和されたこのような値を用いて、スイッチを通る電流の相対的レベルを識別することができ、従って、このような値をエラーチェックアルゴリズム１７０が使用して不具合状態を判定することができる。本明細書で使用する「電流ソース」は、定電流ソース又はシンクと定電圧ソース又はシンクの両方、又はこれらの一定でない形態を含むと理解されたい。

【0039】

また、２つの電流又は電圧ソースを使用することも必須ではない。例えば、図１３Ａ〜図１３Ｃに、定電流ＰＤＡＣ６０のみを用いて電流を供給し、対応する作動中のシンクが存在せず、代わりにソース電流が基準電位として受動的に接地に移動する例を示す。図示してはいないが、この単一のソースは、図１２Ａ〜図１２Ｃを参照して説明したようなＰＤＡＣ３００などの定電圧ソースを含むこともできる。さらに、やはり図示してはいないが、この単一のソースが電流の帰還側に存在してもよい。従って、例えば、コンプライアンス電圧Ｖ＋がソース電流に対する受動的基準電位として機能する状態で能動的に電流を供給するために使用される単一のＮＤＡＣ６０が存在してもよい。従って、電流分配回路の特定の構成に関わらず、引き続きエラーチェックアルゴリズム１７０を使用してスイッチの電圧降下をモニタし、不具合状態が存在するかどうかを判定することができる。

【0040】

同様に、図１４に示すように、エラーチェックアルゴリズム１７０を単一のスイッチマトリックス５０と共に使用することもできる。この例では、対応するスイッチマトリックス５０'が存在せず（図２Ａと比較）、代わりにソース電流は、選択された（１又は複数の）電極を通じ、組織Ｒを経由し、参照電極Ｅｒｅｆを通って装置に戻る。Ｅｒｅｆは、例えばＩＰＧ１００の導電性ケース３０を含むことができる（図１Ａ）。前述の実施形態と同様に、引き続きエラーチェックアルゴリズム１７０を使用してスイッチの電圧降下をモニタし、不具合状態が存在するかどうかを判定することができる。

【0041】

たとえ２つのスイッチマトリックス５０及び５０'を使用する場合でも、ＩＰＧ１００のどこで不具合が発生している可能性があるかについての全体像を把握することは好ましいが、これらの両マトリックス内の作動中のスイッチを測定することは必須ではない。さらに、両マトリックス５０及び５０'内の作動中のスイッチを同時に測定することも必須ではない。例えば、スイッチマトリックス５０内のスイッチは、偶数パルスの送出中に測定することができ、スイッチマトリックス５０'内のスイッチは、奇数パルスの送出中に測定することができる。この種の修正形態を使用する場合、図５Ａ又は図５Ｂのモニタリング回路２００を、単一のマルチプレクサ７０とＡ／Ｄ変換器８０を使用するように修正することができる。

【0042】

開示するモニタリング回路を使用する際には、電極間で電流ソースを共有することは必須ではない。例えば、図１５に示すように、各電極（Ｅｘ）には、各々が調整可能な振幅の電流（Ｉｏｕｔｘ及びＩｉｎｘ、振幅調整信号は図示せず）を生じるようにプログラム可能な専用の定電流ソース（ＰＤＡＣ６０−ｘ）及び定電流シンク（ＮＤＡＣ６０−ｘ'）が設けられる。この場合も、開示したようなモニタリング回路及びエラーチェックアルゴリズムを用いてスイッチの電圧降下をモニタし、不具合状態が存在するかどうかを判定することができる。なお、図１５の方式を使用する場合、スイッチを通る予想電流を、その関連する電流ソース又はシンク（例えば、Ｖｄｓｐ１（ｅｘｐ）＝Ｉｏｕｔ１＊Ｒｄｓｐ（ｅｘｐ））によって求めることができるので、Ｖｄｓｐ（ｅｘｐ）及びＶｄｓｎ（ｅｘｐ）を求めることはさらに容易である。ソース電流又はシンク電流が、共通のＰＤＡＣ６０又はＮＤＡＣ６０'から共有されないので、各スイッチを流れる電流の相対的予想量を推定又は測定する必要がない。

【0043】

ここまで、モニタリング回路は、作動中のスイッチのみの電圧を測定して不具合状態を推定すると仮定していたが、これは厳密には必須でない。例えば、図６Ｂのモニタリング回路２００''は、治療電流を送るために現在作動中であるかどうかに関わらず全てのスイッチの電圧降下を測定することができる。作動していない（オフの）スイッチをモニタすることは、他の種類の不具合状態を推定するために有用な場合がある。例えば、オフのスイッチには電流が流れないはずなので、このスイッチの電圧降下はゼロ（又はごくわずか）のはずである。それにもかかわらず、著しい電圧降下が検出された場合、スイッチが漏れを生じ、治療電流を流すべきでない時に少なくとも何らかの量の治療電流を流していることを示している。本明細書で説明した他の不具合状態の場合と同様に、対策ブロック１９０は、この結果を評価して適切な対策をとることができる。

【0044】

開示したモニタリング回路の利点は、正しいＩＰＧの機能を、実際の治療電流（パルス）の送出中に原位置で判定できる点である。しかしながら、この利点はこれに限定されるものではない。これとは別に、又はこれに加えて、実際の治療刺激を開始する前などの、ＩＰＧが非作動の期間中にモニタリング回路を使用することもできる。このようにして、患者に治療を行うためのものではない、恐らくは患者が気付く可能性の低い、Ｉｏｕｔ＝Ｉｉｎ＝０．５ｍＡなどの比較的小さな振幅の試験電流を用いて電極の各々をテストすることができる。電極の各々を循環し、その関連するスイッチの電圧降下をモニタして、実際の刺激を開始する前に不具合の評価を行うことができる。実際の刺激中に使用する予定の電極のみをこのようにしてテストすることも、たとえ直ぐに使用する予定はなくても全ての電極をテストすることもできる。また、この種の試験パルスを実際の刺激パルスと交互に送出することもできる。従って、実際の刺激パルスを周波数ｆで送出し、低振幅の試験パルスを同じ周波数で、ただし実際の刺激パルスと１８０度位相をずらして送出することができる。

【0045】

当業者であれば、本明細書で開示したあらゆる修正を他の開示した修正と組み合わせて使用することもできると理解するであろう。

【0046】

本発明の特定の実施形態を図示し説明したが、上記の説明は本発明をこれらの実施形態に限定するものではないと理解されたい。当業者には、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正を行えることが明らかであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲に定める本発明の思想及び範囲に含まれ得る代替物、修正物及び同等物も対象とすることが意図されている。

【0047】

以下に本発明の実施態様を記載する。
（実施態様１）埋め込み型刺激装置であって、複数の電極と、少なくとも１つの電流を生じるように構成された少なくとも１つの電流ソースと、前記少なくとも１つの電流を１つ又はそれ以上の電極に、又は前記１つ又はそれ以上の電極から分配するように選択可能な複数のスイッチと、前記スイッチの少なくとも１つにかかる電圧を測定して不具合状態が発生しているかどうかを判定するように構成されたモニタリング回路と、を備えることを特徴とする埋め込み型刺激装置。
（実施態様２）前記モニタリング回路は、前記スイッチの少なくとも１つにかかる前記電圧を予想範囲と比較することによって不具合状態が発生しているかどうかを判定する、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様３）前記予想範囲は、前記スイッチのオン抵抗に基づく、ことを特徴とする実施態様２に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様４）前記予想範囲は、単一の閾値によって定められる、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様５）前記予想範囲は、下限及び上限によって定められる、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様６）Ｎ個の電極に対応するＮ個のスイッチが存在する、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様７）前記少なくとも１つの電流ソースは、少なくとも１つの定電流ソースを含み、前記少なくとも１つの電流は、少なくとも１つの定電流を含む、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様８）前記少なくとも１つの定電流ソースにおいて、前記少なくとも１つの定電流の振幅が調整可能である、ことを特徴とする実施態様７に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様９）前記少なくとも１つの定電流ソースは、前記１つ又はそれ以上の電極に少なくとも１つの電流を供給し、或いは前記１つ又はそれ以上の電極から少なくとも１つの電流を受け取る、ことを特徴とする実施態様７に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様１０）前記少なくとも１つの電流ソースは、少なくとも１つの定電圧を生じて前記少なくとも１つの電流を生じるための少なくとも１つの定電圧ソースを含む、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様１１）前記少なくとも１つの定電圧ソースにおいて、前記少なくとも１つの定電圧の振幅が調整可能である、ことを特徴とする実施態様１０に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様１２）前記モニタリング回路は、前記少なくとも１つの電流を前記１つ又はそれ以上の電極に、又は前記１つ又はそれ以上の電極から分配するように選択された前記スイッチにかかる前記電圧のみを測定するように構成される、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様１３）前記モニタリング回路は、前記少なくとも１つの電流を前記１つ又はそれ以上の電極に、又は前記１つ又はそれ以上の電極から分配するように選択されていない前記スイッチにかかる前記電圧を測定するように構成される、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様１４）前記モニタリング回路は、全ての前記スイッチにかかる前記電圧を測定するように構成される、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様１５）前記少なくとも１つの電流は、患者の組織を刺激するための治療電流を含み、前記モニタリング回路は、前記患者の組織への前記治療電流の供給中に前記スイッチの少なくとも１つにかかる前記電圧を測定するように構成される、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様１６）前記少なくとも１つの電流は、患者の治療を目的としない試験電流を含み、前記モニタリング回路は、前記試験電流の供給中に前記スイッチの少なくとも１つにかかる前記電圧を測定するように構成される、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様１７）前記モニタリング回路は、前記スイッチの少なくとも１つにかかる前記電圧を測定するための少なくとも１つの増幅器を含む、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様１８）前記不具合状態は、前記電極の１つの開回路又は短絡を含む、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様１９）前記モニタリング回路は、制御回路をさらに含み、該制御回路に前記不具合状態が報告されて対策が可能にされる、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様２０）前記対策は、前記電流を停止すること、警告を発すること、前記不具合状態を前記埋め込み型刺激装置のメモリに記録すること、又は前記埋め込み型刺激装置の外部の装置に前記不具合状態を遠隔通信することのうちの１つ又はそれ以上を含む、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様２１）前記少なくとも１つの電流を２つの電極に分配するために２つのスイッチが選択され、前記モニタリング回路は、２つの選択されたスイッチにかかる電圧を測定して不具合状態が発生しているかどうかを判定するように構成される、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様２２）前記２つの選択されたスイッチにかかる前記電圧は同時に測定される、ことを特徴とする実施態様２１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様２３）前記２つの選択されたスイッチにかかる前記電圧は同時に測定されない、ことを特徴とする実施態様２１に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様２４）１つの電流を生じるように構成された電流ソースが１つだけ存在する、ことを特徴とする実施態様１に記載の埋め込み型刺激装置。

【0048】

（実施態様２５）埋め込み型刺激装置であって、複数の電極と、少なくとも１つの電流を生じるように構成された少なくとも１つの第１の電流ソースと、前記少なくとも１つの第１の電流ソースに結合され、前記少なくとも１つの電流を１つ又はそれ以上の電極に分配するように選択可能な複数の第１のスイッチと、前記少なくとも１つの電流を１つ又はそれ以上の電極から分配するように選択可能な複数の第２のスイッチと、前記複数の第１のスイッチの少なくとも１つ及び前記複数の第２のスイッチの少なくとも１つにかかる電圧を測定して不具合状態が発生しているかどうかを判定するように構成されたモニタリング回路と、を備えることを特徴とする埋め込み型刺激装置。
（実施態様２６）前記モニタリング回路は、前記第１又は第２のスイッチの少なくとも１つにかかる前記電圧を予想範囲と比較することによって不具合状態が発生しているかどうかを判定する、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様２７）前記予想範囲は、前記第１又は第２のスイッチのオン抵抗に基づく、ことを特徴とする実施態様２６に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様２８）Ｎ個の電極に対応するＮ個の第１のスイッチ及びＮ個の第２のスイッチが存在する、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様２９）前記モニタリング回路は、前記少なくとも１つの電流を前記１つ又はそれ以上の電極に、及び前記１つ又はそれ以上の電極から分配するように選択された前記第１及び第２のスイッチにかかる前記電圧のみを測定するように構成される、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様３０）前記モニタリング回路は、前記少なくとも１つの電流を前記１つ又はそれ以上の電極に、及び前記１つ又はそれ以上の電極から分配するように選択されていない前記第１及び第２のスイッチにかかる前記電圧を測定するように構成される、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様３１）前記モニタリング回路は、全ての前記第１及び第２のスイッチにかかる前記電圧を測定するように構成される、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様３２）前記少なくとも１つの電流は、患者の組織を刺激するための治療電流を含み、前記モニタリング回路は、前記患者の組織への前記治療電流の供給中に前記複数の第１のスイッチの少なくとも１つ及び前記複数の第２のスイッチの少なくとも１つにかかる前記電圧を測定するように構成される、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様３３）前記少なくとも１つの電流は、患者の治療を目的としない試験電流を含み、前記モニタリング回路は、前記試験電流の供給中に前記複数の第１のスイッチの少なくとも１つ及び前記複数の第２のスイッチの少なくとも１つにかかる前記電圧を測定するように構成される、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様３４）前記不具合状態は、前記電極の１つの開回路又は短絡を含む、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様３５）前記モニタリング回路は制御回路をさらに含み、該制御回路に前記不具合状態が報告されて対策が可能にされる、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様３６）前記対策は、前記電流を停止すること、警告を発すること、前記不具合状態を前記埋め込み型刺激装置のメモリに記録すること、又は前記埋め込み型刺激装置の外部の装置に前記不具合状態を遠隔通信することのうちの１つ又はそれ以上を含む、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様３７）前記モニタリング回路は、前記複数の第１のスイッチの少なくとも１つ及び前記複数の第２のスイッチの少なくとも１つにかかる電圧を同時に測定するように構成される、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様３８）前記モニタリング回路は、前記複数の第１のスイッチの少なくとも１つにかかる電圧を第１の時点で測定し、前記複数の第２のスイッチの少なくとも１つにかかる電圧を第２の時点で測定するように構成される、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様３９）前記少なくとも１つの電流を受け取り又は供給するように構成された、前記第２のスイッチに結合された少なくとも１つの第２の電流ソースをさらに備える、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様４０）１つの電流を生じるように構成された第１の電流ソースが１つだけ存在し、前記電流を受け取り又は供給するための第２の電流ソースが１つだけ存在する、ことを特徴とする実施態様３９に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様４１）前記少なくとも１つの電流を受け取り又は供給するため前記第２のスイッチに結合された基準電位をさらに含む、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。
（実施態様４２）１つの電流を生じるように構成された第１の電流ソースが１つだけ存在する、ことを特徴とする実施態様２５に記載の埋め込み型刺激装置。

【符号の説明】

【0049】

５０、５０' スイッチマトリックス
６０ ＰＤＡＣ（Ｐデジタル−アナログ変換器）
６０' ＮＤＡＣ（Ｎデジタル−アナログ変換器）
６５、６５' 差動増幅器
７０、７０' マルチプレクサ
８０、８０' アナログ−デジタル変換器
１６０ 制御回路
１７０ エラーチェックアルゴリズム
２００ モニタリング回路

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図14】

【図15】