【手続補正書】
【提出日】令和2年5月26日(2020.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管壁又は臓器壁に沿って移動するパルスの脈波伝播速度を決定するための、又は該脈波伝播速度に基づいて前記血管壁又は臓器壁の特性を決定するためのシステムであって、当該システムは、
身体埋込型装置を含み、
該身体埋込型装置は、
前記血管又は臓器の周りに埋め込むためのカフと、
アクチュエータであって、前記血管壁又は臓器壁の近くにおいて、前記アクチュエータの作動によって前記パルスを前記血管又は臓器に沿った第１の位置に与えるためのアクチュエータと、
前記血管又は臓器に沿った第２の位置で前記パルスを感知するためのセンサであって、前記第２の位置は前記第１の位置とは異なる、センサと、
前記アクチュエータを制御するとともに、前記感知したパルスを解析し、且つ前記パルスの提供と前記パルスの感知との間の時間差から、前記脈波伝播速度、又は該脈波伝播速度に基づく前記血管壁又は臓器壁の前記特性を決定するコントローラと、を有する、
システム。
【請求項２】
前記アクチュエータは、前記血管又は臓器を圧迫して圧力波を誘導するためのものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記アクチュエータは、前記血管壁又は臓器壁のある地点又は周囲にある、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記アクチュエータ及び前記センサは、同じ前記身体埋込型装置上にある、又は、
前記身体埋込型装置は、前記アクチュエータのための別個に埋込可能な第１の埋込可能要素と、前記センサのための別個に埋込可能な第２の埋込可能要素とを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記アクチュエータと共に配置される第２のセンサと、前記センサと共に配置される第２のアクチュエータとをさらに含み、それにより反対方向の速度測定を可能にする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記アクチュエータ及び前記第２のセンサは第１の多機能装置であり、前記センサ及び前記第２のアクチュエータは第２の多機能装置である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記アクチュエータは、パルスを前記血管壁に与えて該血管壁に沿って前記センサに移動させるように適合される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記アクチュエータは、パルスを前記血管壁に与えて前記血管の内容物を介して前記センサに移動させるように適合される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、血管壁の剛さの指標を提供するようにさらに適合される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラは、血流速度の指標を提供するようにさらに適合される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記アクチュエータは、電気活性ポリマーアクチュエータを含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記センサは、圧力センサ、モーションセンサ、又は歪みゲージを含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】脈波伝播速度の決定
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば血圧監視のための脈波伝播速度の決定に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、患者の生理学的状態が、少なくとも埋込型医療装置（ＩＭＤ）ハウジングの自由壁で圧力波を生成して圧力波を検出することによって、検出されることを開示している。アクチュエータ要素が、自由壁、例えばＩＭＤハウジングの一部に接触し、患者の流体及び組織内に圧力波を生成する自由壁の動きを生じさせ得る。次に、自由壁に接触する検出器素子が、自由壁によって受け取られた反射圧力波を検出することができる。次に、ＩＭＤ内の音響モジュールが、伝達された圧力波と反射された圧力波との間の時間遅延に基づいて、患者の生理学的状態、例えば膀胱充満状態を決定することができる。ＩＭＤが刺激療法、例えば失禁療法も患者に送達するいくつかの例では、ＩＭＤは、決定された生理学的状態に基づいて刺激療法を自動的に調整することもできる。
【０００３】
特許文献２は、血管系における脈動圧力波を相殺又は最小化する、血管疾患状態のためのアクティブな圧力制御装置を開示している。適応装置は、少なくとも１つのセンサ、プロセッサ、及び少なくとも１つのアクチュエータを含む。１つ又は複数のセンサが圧力波を検出し、その圧力波を電気信号に変換する。プロセッサは、１つ又は複数のセンサから入力信号を受け取り、出力信号を生成する。１つ又は複数のアクチュエータが出力信号を受け取り、圧力波を生成する。圧力波は、元の波と組み合わされると、波の振幅を最小限に抑える傾向がある。
【０００４】
特許文献３は、血流の圧力波測定を開示している。装置は、血管に沿って位置付けされた波源及び少なくとも２つの検出器を含み得る。超音波トランスデューサ又は機械的供給源を含み得る波源は、血管内を流れる血液に圧力波を誘導するように構成される。一例では、検出器は両方とも、血流の方向に関して、波源の下流に位置付けされる。別の例では、第１の検出器が波源の上流に位置付けされ、第２の検出器が波源の下流に位置付けされる。誘導された圧力波が第１及び第２の検出器に到達するのにかかる時間の差は、血管内の血流の速度を示す。
【０００５】
非特許文献１による記事は、小さな正弦波圧力信号に対するそれら大きな血管の伝達特性に関して大きな血管の弾性挙動を決定する方法を開示している。
【０００６】
特許文献４は、動脈内皮機能測定を開示している。「リラクサスコープ(relaxoscope)」は、動脈内皮機能の程度を検出する。動脈内皮機能の障害は、アテローム性動脈硬化症の初期のイベントであり、心血管疾患の主要な危険因子と相関している。上腕動脈（ＢＡ）等の動脈は、血管収縮又は血管弛緩の数分前と数分後に直径が測定される。動脈径の変化は、血流依存性血管形成（ＦＭＶＭ）の尺度である。リラクサスコープは、線形アクチュエータを介し表面の橈骨動脈に人工パルスを誘導する。超音波ドップラー聴診器が、このパルスを、パルス誘導点の近く１０〜２０ｃｍで検出する。パルスの印加と検出との間の遅延は、脈波伝播時間（ＰＴＴ）を提供する。動脈径の変化の前後のＰＴＴを測定することにより、血管径、平滑筋の緊張、壁の厚さの変化によるＰＴＴの変化に基づいてＦＭＶＭを測定できる。
【０００７】
目立たない健康感知システムの需要が高まっている。特に、被検体の一般的な健康に関するより良い情報を提供するために、従来の病院の治療から個人を中心とした目立たないバイタルサイン・センサテクノロジーへのシフトがある。
【０００８】
このようなバイタルサイン監視システムは、病気の予防による治療コストの削減及び生活の質の向上に役立つ。それら監視システムは、医師が被検体の一般的な健康状態を診断しようとするときに解析するための改善した生理学的データを提供し得る。バイタルサインの監視には、典型的に、心拍数、血圧、呼吸数、深部体温等の物理パラメータの１つ又は複数の監視が含まれる。
【０００９】
米国では、成人人口の約３０％が高血圧である。この人口の約５２％だけが自分の体調を管理している。高血圧は明らかな症状がなく、最終的には死に至る可能性がある一般的な健康問題であり、そのため「サイレントキラー」と呼ばれることが多い。血圧は一般的に加齢とともに上昇し、その後の人生で高血圧になるリスクがかなりある。６５〜７４年齢層の人々の約６６％が高血圧である。持続性高血圧は、脳卒中、心不全、及び死亡率の増大の主要なリスク要因の１つである。
【００１０】
高血圧患者の健康状態は、ライフスタイルの変化、健康的な食事療法の選択、及び投薬療法によって改善することができる。特に高リスクの患者にとって、２４時間連続の血圧監視は非常に重要であり、通常の日常生活の活動を妨げないシステムが明らかに望まれている。
【００１１】
血圧は通常、収縮期血圧と拡張期血圧という２つの測定値として測定される。収縮期血圧は、心臓の左心室の最大収縮中に動脈で発生する。拡張期血圧は、心筋が拍動の合間に休息し、血液が補充されるときの動脈の圧力を指す。正常な血圧は１２０／８０ｍｍＨｇであるとみなされる。血圧が１４０／９０ｍｍＨｇを超える場合に、人は高血圧であるとみなされ、血圧レベルの上昇に対して２段階の高血圧が規定され、血圧が１８０／１１０ｍｍＨｇに達した場合に高血圧クリーゼ（hypotensive  crisis）が規定される。これらの値をメートル法に換算すると、７６０．０ｍｍＨｇは１０１．３２５ｋＰａに等しいことに留意されたい。
【００１２】
血圧を監視する方法には、主に２つのクラスがある。
【００１３】
侵襲的な直接血圧監視の場合に、ゴールドスタンダード（gold  standard）はカテーテル法である。流体中の歪みゲージは、動脈部位の血液と直接接触して配置される。この方法は、動的な（臨床）状況で正確で連続的な血圧監視が必要な場合にのみ使用される。この方法は、血圧をリアルタイムで監視するために、集中治療医学及び麻酔において最も一般的に使用されている。
【００１４】
非侵襲的な間接血圧監視の場合に、オシロメトリー（oscillometry）は一般的な自動血圧測定方法である。この方法は、圧力センサが組み込まれたカフを（cuff）使用する。しかしながら、睡眠中の血圧監視では、被検体の血圧を測定するためにカフが通常規則的な時間間隔で膨張及び収縮するため、これは不快な方法とみなされる。これは、睡眠の質に大きな悪影響を及ぼすことが多い。
【００１５】
血圧を推定する他の非侵襲的方法は、脈波伝播速度（ＰＷＶ：pulse  wave  velocity）に基づいている。この手法は、動脈を介して移動する圧脈波の速度が血圧に関連しているという事実に基づいている。ＰＷＶは、脈波伝播時間（ＰＴＴ：pulse  transit  time）から導出される。通常、脈波伝播時間は、（ｉ）波形をサンプリング及びフィルタリングすること、（ｉｉ）波形内の拍動を検出すること、（ｉｉｉ）拍動内で基準点として機能する特徴（パルス到達モーメント）を検出すること、及び（ｉｖ）特徴同士の間の時間遅延としてＰＴＴを計算することによって推定される。
【００１６】
ＰＷＶは、ＰＷＶ＝Ｄ／ＰＴＴによって得られ、ここで、Ｄはパルスの移動距離を表す。ＰＷＶは、較正ステップによって血圧推定値に変換することができる。多くの場合、血圧とＰＷＶとの間の関係を表すＭｏｅｎｓ−Ｋｏｒｔｅｗｅｇ方程式が適用される。
【００１７】
測定中のパルス移動距離Ｄが安定している場合に、血圧は、較正機能によってＰＴＴから直接推測できる。
【００１８】
血圧を測定する他の方法には、聴診、眼圧測定、超音波測定、及び脈波形態に基づく手法が含まれる。
【００１９】
非侵襲的で快適な血圧監視システムが依然として必要とされている。
【００２０】
血圧等の生理学的パラメータを監視するための埋込型センサ装置を提供することが知られている。最初の挿入は侵襲的な処置であるが、これが完了すると、センサは長期間に亘って邪魔にならない感知のために所定の位置に留まる。こうして、埋め込まれたセンサ技術はまた、（長期的には）低侵襲性とみなされる。
【００２１】
埋込型装置によって、心不全、末梢動脈疾患、又は高血圧等の慢性疾患の患者の邪魔にならない長期監視が可能になる。監視の目的は、安心感や早期警告の指標を提供することであるが、薬物療法を減らしたり、一般的に薬物療法を管理したりすることも目的としている。
【００２２】
ウェアラブル又は皮膚に挿入可能なものは、心血管系に直接アクセスできないため、このニーズに対応できない。このニーズに対応するには、スマートな心血管埋込型装置が不可欠である。この文脈において、「スマート」とは、そのような埋込型装置におけるセンサ及びアクチュエータの統合を意味する。既に利用可能であるか、又は開発中である心血管埋込型装置は、例えば、血圧センサ（Ｃａｒｄｉｏｍｅｍｓ）、再狭窄センサ（ｉＳｔｅｎｔ）、又は例えばマイクロ蠕動ポンプ（ＭＰＳ  ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ）に基づく制御される薬物送達インプラントである。
【００２３】
特許文献５は、例えば、圧力波の伝播及び反射に基づいて、血管の状態の測定を行うための埋込型装置を開示している。
【００２４】
脈波伝播速度を正確に測定するための低侵襲的な方法が依然として必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／３１０７０６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／１６５９６４号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１６／１０６３２６号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／２６４７５５号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１２／０２７１２００号明細書
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】ANLIKER  M  ET  AL:  "DISPERSION  AND  ATTENUATION  OF  SMALL  ARTIFICIAL  PRESSURE  WAVES  IN  THE  CANINE  AORTA”,  CIRCULATION  RESEARCH,  GRUNE  AND  STRATTON,  BALTIMORE,  US,  vol.23,  1  October1968,  pages  539-551
【発明の概要】
【００２７】
本発明は、独立請求項によって規定される。従属請求項は、有利な実施形態を規定する。
【００２８】
本発明の一態様による例によれば、脈波伝播速度を決定するためのシステムが提供される。システムは、身体に埋込可能な身体埋込型装置を含む。身体埋込型装置は、例えば手術における患者の治療中に又は例えば数時間又は数日の短い回復期間等に身体に一時的に埋め込まれるだけの装置を含むことができる。しかしながら、それら装置は、特に、例えば、数週間又は数か月又は数年等の長期間に亘って体内に留まり得る埋込型装置を含むか、又はこの埋込型装置と同じである。
【００２９】
このシステムは、作動によって人工パルスを形成できるアクチュエータを含み、このパルスは、システムに含まれるセンサによって検出される前に、既知の距離に亘って血管又は臓器の壁に沿って伝達される。パルスは、機械的パルス、つまり物理的な運動であり、こうして液体又は（柔軟な）固体媒体内を移動できる圧力波を生成する。アクチュエータは、好ましくは、電気信号によって駆動されるが、原理的には、光等の別の刺激を使用して作動を行うことができる。
【００３０】
血管（例えば、動脈）特性の局所的な変化はパルス伝達に影響し、これらは、脈波伝播時間（ＰＴＴａｐ−ここで「ａｐ」は動脈パルスを意味する）及び対応するパルス速度（ＰＷＶａｐ）と相関している。本発明は、正確な距離及び変動する脈波形状に関して不確実性を有することなく、ＰＴＴａｐ及びＰＷＶａｐ測定を正確に行うことを可能にする。身体埋込型装置を、血管（例えば、動脈）に取り付けるか、又は血管に埋め込むことができる。身体埋込型装置は、血管（動脈）の剛さに影響を与えるプラーク又は他の血管（動脈）堆積物で覆われる傾向がある血管（の一部）の近くに又は直接その上に位置付けすることができる。
【００３１】
アクチュエータを作動させることにより、任意の人工のパルス波（pulse  wave：脈波）を、心臓のパルスから独立して（及びそれに加えて）、血液及び／又は血管壁に発生させることができる。センサとアクチュエータとの間の距離は、適用の前に非常に正確に知られているとみなすことができ、また動作中に安定しているとみなすこともできる。センサは、圧力、変形、又は動きに反応する。
【００３２】
生成されたパルスは、経時的に非常に信頼性が高く正確であるため、生成と受信との間の時間間隔又はパルスの振幅／形状の変化はない。振幅、形状、又は時間間隔のいずれかで変化が検出された場合に、これは、例えばプラークによって引き起こされる狭窄等による信号／伝播経路の変化の指標として使用できる。人工パルス形状の解析には、受信パルスの時間微分（特に１次微分及び２次微分）の解析だけでなく、周波数領域の変換（高速フーリエ変換、ＦＦＴを使用）の解析が含まれる。パルスの感知は、センサによる第２の位置でのパルスの到達の感知を含むことができる。センサは、パルスを感知し、このパルスに基づいてセンサ信号を提供する。この信号は、コントローラで解析できる。
【００３３】
第１の位置と第２の位置との間の距離は、好ましくは２ｃｍ以上である。より好ましくは４ｃｍ以上、さらに好ましくは６ｃｍ以上である。ややコンパクトなシステムの場合に、距離は２５ｃｍ未満、２０ｃｍ未満、１５ｃｍ未満、又は１０ｃｍ未満にすることができる。
【００３４】
身体埋込型装置は、例えば、動脈の周りに埋め込むためのカフを含んでもよい。アクチュエータは、動脈を圧迫又は刺激（striking）して圧力波を誘導するためのものである。
【００３５】
アクチュエータは、ある地点にあってもよく、又は血管壁の周囲にあってもよい。
【００３６】
身体埋込型装置は、アクチュエータ及びセンサを含む単一のユニットであり得る。
これは、単一の埋込処置のみを必要とし得る。身体埋込型装置は、アクチュエータを含む第１のユニット、及び第１のユニットとは別個であり、センサを含む第２のユニットの形態であり得る。これにより、アクチュエータ及びセンサをさらに離して配置できるが、可能な個別の埋込処置には費用がかかる。
【００３７】
システムは、アクチュエータと共に配置された第２のセンサと、このセンサと共に配置された第２のアクチュエータとをさらに含むことができ、それにより、反対方向の速度測定を可能にする。これは、パルス速度を決定するときに血流速度を補償するために使用することができ、血流速度の別個の決定を可能にし得る。
【００３８】
アクチュエータ及び第２のセンサは、第１の多機能装置であり得、センサ及び第２のアクチュエータは、第２の多機能装置であり得る。こうして、同時に又は時間的に連続して、感知及び作動を行うことができる装置を使用することができる。
【００３９】
アクチュエータは、例えば、パルスを血管壁に与えて血管壁に沿ってセンサに移動させるか、又はパルスを血管壁に与えて血管の内容物を介してセンサに移動させるように適合される。
【００４０】
コントローラは、センサ信号を受信し、センサ信号を解析することができる。そのコントローラは、脈波伝播速度を測定することができる。そのコントローラは、例えば、血管壁の剛さ及び／又は血流速度の指標を提供することも可能であり得る。これは、解析されたパルスに基づいて行うことができる。
【００４１】
コントローラは、身体埋込型装置の一部であり得、解析結果を身体埋込型装置から離れた受信機に送信することが可能であり得る。身体埋込型装置のスペースを減らすために、コントローラは、身体埋込挿入型装置から離れていることが好ましい。センサはセンサ信号をコントローラに送信し、コントローラは解析を行って、所望の結果をユーザに提供する。
【００４２】
アクチュエータは、電気活性ポリマーアクチュエータを含み得る。同じタイプの装置、又は同じ実際の装置でさえ、感知及び作動に使用することができる。これらの装置は、小さな形状因子で、ソフトで静かな低電力センサ及びアクチュエータを実現するため、スマートインプラントへの埋め込みに最適である。
【００４３】
センサは、圧力センサ、モーションセンサ、又は歪みゲージを含み得る。好ましい一例は、電気活性ポリマー圧力又は変形センサである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
次に、本発明の例を、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【図１】脈波伝播速度を決定するためのシステムの第１の例を示す図である。
【図２】血流と任意のパルス伝播とを重ね合わせることができることを示す図である。
【図３】脈波伝播速度を決定するためのシステムの第２の例を示す図である。
【図４】アクチュエータが第１の身体埋込型装置の一部であり、センサが第２の身体埋込型装置の一部である例を示す図である。
【図５】インプラントの各端部にアクチュエータ及びセンサが存在する変形例を示す図である。
【図６】アクチュエータによって制御される２つのレベルの血管閉塞を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明は、脈波伝播速度を決定するためのシステムを提供し、このシステムは、血管壁の近傍にパルスを与えるためのアクチュエータと、パルスの到達を感知するためのセンサとを有する身体埋込型装置を含む。脈波伝播速度は、アクチュエータの作動とパルスの感知との間の時間差から取得される。このシステムは、センサで検出する前に、血管に沿って既知の距離だけ伝達される人工パルス（脈波）を形成するために使用される。
【００４６】
このシステムは、人間又は動物の被検体の血管又は臓器の壁を調査するために使用できる。このシステムは、人間や動物の体の臓器の壁を検査するために使用できる。ただし、特に関心があるのは、血管とその壁である。重要な血管は、動脈や大動脈等の血液循環系の血管である。他の血管も同様に検査することができる。これらには、リンパ系のもの、気管支等の気道のもの、或いは食道又は胃腸管等の消化器系のものを含めることができる。
【００４７】
本発明は、動脈ツリーに沿った圧脈波の伝播にそれぞれ関連する脈波伝播速度（ＰＷＶ）及び脈波伝播時間（ＰＴＴ）の概念を利用するシステムを提供する。ＰＴＴ及びＰＷＶは、血圧の予測因子として使用できることが知られている。
【００４８】
ＰＴＴは、血液脈波が動脈セグメント内において特定の距離を移動する伝播時間として規定される。実際には、ＰＰＧを用いて遠位動脈のＥＣＧ  Ｒ波及びパルス到達モーメントを監視する簡便な方法により、大抵の場合、心電図検査（ＥＣＧ）とフォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）との組合せを使用して、脈波伝播時間を測定する。
【００４９】
こうして、既知の距離を、アクチュエータとセンサとの間、すなわち、パルスの発生位置とパルスの感知位置との間で選択することができる。必要な距離は、血管の近傍の組織のパルス伝達特性に依存し得る。例えば、約１０ｋＨｚのセンサ出力サンプルレート（かなり単純なコントローラで達成できるはず）を想定すると、そのサンプルレートは１００μｓのサンプル時間間隔に相関し、パルス波が大動脈（血管）内を移動する距離は、そのような血管内の脈波伝播速度が約７（プラス又はマイナス２）ｍ／ｓであるため、約０．７ｍｍである。さらに、この距離の測定精度が１％以上であると想定すると、パルスを与える位置とパルスを感知する位置との間の全距離は７０ｃｍにする必要がある。距離が長くなる及び／又はサンプルレートが高くなると、測定精度が向上する。
【００５０】
例えば、これらの一方又は両方を最適化できる。そのため、サンプルレートがｋＨｚ範囲の場合に、距離範囲は、２ｃｍより大きく、４ｃｍより大きく、又は６ｃｍより大きくなり得る。有用な範囲は５ｃｍ〜１０ｃｍの間であり、これは、手術で使用される現在のステントサイズと相関し得る。他の距離範囲を選択できること、及び他のサンプリングレートを選択できることも明らかであろう。信号解析にも関連する距離のより詳細な議論が、以下に提供される。
【００５１】
距離は、第１の位置（アクチュエータがパルスを与える位置）から第２の位置（センサがパルスを感知する位置）まで測定され得る。
【００５２】
脈波速度は、動脈壁の固有の弾性に関連している。ＰＷＶは、より硬い動脈で増大し、大動脈で測定した場合に、心血管の罹患率及び死亡率の独立した予測因子である。ＰＷＶの予測力を考えると、硬化を予防又は軽減する戦略を特定することは、心血管イベントの予防に重要になり得る。１つの見解は、大動脈に沿ったアテローム性動脈硬化の結果として大動脈硬化が起こるというものである。しかしながら、年齢及び血圧以外に、ＰＷＶとアテローム性動脈硬化の古典的な危険因子の間には殆ど又は全く関連性がない。
【００５３】
さらに、内膜中膜肥厚及び非石灰化アテロームによって測定されるように、ＰＷＶはアテローム性動脈硬化の初期段階では増大しないが、進行したアテローム斑内で発生する大動脈石灰化の存在下では増大する。加齢に伴う脈圧の拡大は、加齢に伴う高血圧の有病率の増大の主な原因であり、動脈硬化に起因するとされている。
【００５４】
動脈硬化は、圧力の変化に応じて拡張及び収縮する動脈の能力の低下を表す。血管の硬さを表すパラメータには、コンプライアンス及び伸展性がある。コンプライアンス（Ｃ）は、血圧（ΔＰ）の変化に応じた体積変化（ΔＶ）の尺度である。
Ｃ＝ΔＶ／ΔＰ
【００５５】
硬い血管では、体積変化、従ってコンプライアンスは、所与の圧力変化に対して減少する。しかしながら、体積がより小さくなると、動脈壁の所与の弾性に対するコンプライアンスが減少するので、コンプライアンスは、初期の動脈体積にも関係する。伸展性（Ｄ）は、初期体積に対するコンプライアンスである。
Ｄ＝ΔＶ／（ΔＰ・Ｖ）
【００５６】
従って、それ（伸展性）は壁の剛さと密接に関係している。コンプライアンス／伸展性が低下すると、動脈ツリーに沿った圧脈波の伝播速度が増大する。つまり、脈波伝播速度は、Ｂｒａｍｗｅｌｌ  ａｎｄ  Ｈｉｌｌの方程式（ρを血液密度として）による動脈伸展性に関連する。
【数１】
2021504000.tif 000001
【００５７】
ただし、殆どの場合、ＰＷＶは、圧脈波が２つの設定点の間を移動するのにかかる時間を測定することによって計算される。典型的には、頸動脈波及び大腿脈波は、頸動脈及び大腿動脈の上に取り付けられた感圧トランスデューサによって取得される。脈波伝播時間（ＰＴＴ）は、頸動脈及び大腿脈波のアップストローク（upstroke）の開始の間の時間間隔（Δｔ）である（“foot-to-foot”法として知られている）。頸動脈記録ポイントと大腿脈波記録ポイントとの間のパルス波の移動距離（Ｄ）は、メジャー（tape  measure）を用いて体表面上で測定される。
ＰＷＶ＝ｄ／Δｔ＝ｄ／（ｔ２−ｔ１）
【００５８】
一般的に使用されるポイントは、表面にあってアクセスし易いため、頸動脈及び大腿動脈である。それは、加齢に伴う最も大きな硬化を示す大動脈の上の領域をカバーする。ただし、このような手法では、長距離に亘るＰＷＶを平均化するのに限られる。
【００５９】
原理的には、ＰＷＶ／ＰＴＴ値は、互いにより近いポイントから取得できる。しかしながら、問題は、典型的に皮膚で測定される２つの脈波検出の間の距離の不正確な測定である。さらに、特定のケースでは、例えば、患者の脈が非常に不規則で、特に脈波形状がある場合に、時間間隔（Δｔ）を十分に決定できないか、時間間隔（Δｔ）は連続的ではない。これにより、ＰＴＴが正しく測定されず、結果としてＰＷＶも正しく測定されない。従って、ＰＴＴ／ＰＷＶの決定に基づく他の医療診断、例えば、動脈硬化測定又はプラーク検出は、精度に欠ける。
【００６０】
図１は、脈波伝播速度を決定するシステムの第１の例を示している。そのシステムは、身体埋込型装置１０を含み、この装置１０は、血管壁１６の近傍にパルス１４を与えるためのアクチュエータ１２と、アクチュエータとは異なる位置でのパルスの到達を感知するためのセンサ１８とを含む。このセンサ１８は、例えば、血流の方向を考慮して、アクチュエータ１２の下流の位置に配置され得るが、感知は上流であってもよく、又は以下で議論するように、実際に、パルスタイミング測定を反対方向で（in  both  opposing  directions）行ってもよい。コントローラ２０、２２が、アクチュエータ１２を制御し、センサ信号を解析するために提供される。コントローラは、制御回路２０等の、装置１０の一部として埋め込まれるいくつかの部分と、信号を処理するためのプロセッサ等の、身体埋込型装置の外部にあるいくつかの部分２２とを含み得る。コントローラの部分同士の間には無線通信２４が存在する。コントローラ２２、２４は、アクチュエータの作動とパルスの感知との間の時間差から脈波伝播速度を決定する。
【００６１】
図１は、血管、特に動脈２６の周りに位置付けされたカフのような身体埋込型装置１０を示す。
【００６２】
図１の例では、パルスがアクチュエータとセンサとの間で血液を介して移動すると想定される。以下にさらに説明するように、パルスが主に血管壁を介して移動する他の例がある。しかしながら、全ての場合において、本発明はＰＷＶの測定を提供する。
【００６３】
カフは柔らかく、その剛さが動脈硬化よりもはるかに低く、カフは動脈に巻き付けられている。カフの向きは血流方向に依存している可能性があるため、血流方向に対してアクチュエータの下流にセンサを埋め込む必要がある。他の例は、以下でさらに説明するように、埋込方向に影響されない場合がある。
【００６４】
アクチュエータは、例えば、電気活性ポリマーアクチュエータである。センサはまた、電気活性ポリマー圧力又は変形センサとして実装してもよい。アクチュエータ及びセンサは、血管の全周に亘って、或いは片側又は端点でクランプされる。アクチュエータ及びセンサは、作動したときに動脈から浮き上がるのを防ぐための剛性部品を含み得る。これは、アクチュエータ又はセンサが取り付けられている質量体（塊）、アクチュエータ又はセンサが取り付けられている動脈の周りの狭い剛性のバンドであり得、或いはアクチュエータ又はセンサ自体が動脈を取り囲み得る。
【００６５】
カフ全体を身体の適切な場所に位置付けすることにより、例えば、クランプ機構が骨自体によって機械的に安定化されるように、骨に近い場合に、動脈からの浮き上がりも防止され得る。
【００６６】
アクチュエータが作動すると、アクチュエータの下の動脈が圧迫される。或いは、身体埋込型装置が動脈内に適用されると、アクチュエータが血管の内壁に突き当たるか、又は血液に向けられると、アクチュエータが血液中に直接パルス波を発生させる。これは、動脈中及び／又は動脈壁中の媒体（すなわち、血液）における人工圧脈波の発生につながる。
【００６７】
血液を介した圧脈波の伝達は、主要な伝播経路とみなされる。しばらくすると、この脈波はカフの反対側に配置されたセンサによって検出される。人工脈波の励起と受信との間の時間差を計算することにより、脈波伝播時間を非常に正確に規定でき、アクチュエータとセンサとの間の距離を非常に正確に知ることができる。従って、人工のＰＷＶａｐ値は、人間の自然な心拍（脈波）とは独立して、非常に確実に計算できる。
【００６８】
センサには、圧電式又はピエゾ抵抗式圧力センサを使用することができる。しかしながら、動き（例えば、加速度計）又は機械的撓み（例えば、歪みゲージ）に敏感な他のセンサも同様に使用することができる。他の既知のセンサ（例えば、静電容量又は他のインピーダンスが変化するＭＥＭＳセンサ）を使用することができる。
【００６９】
動脈壁の反射や硬さの減衰や変化はパルス伝播に影響を与えるため、この装置を使用して、プラークの成長、狭窄、動脈瘤のような重要な動脈疾患を特定できる。
【００７０】
制御回路２０は、例えば、短いオン／オフパルスを送達するようにアクチュエータを制御するが、原理的には、他の任意のパルス形状を使用して、アクチュエータを制御することもできる。また、コントローラ２０及び２２全体を使用して、センサ信号を読み出して処理し、ＰＴＴａｐ値、従ってＰＷＶａｐ値を計算する。次に、これらの計算した値を送信するか、後で読み出すためにメモリに記憶するか、又は生データを外部計算に提供することができる。
【００７１】
単一のパルスの代わりに、いくつかのパルス（又は特定のパルス繰返し周波数の連続信号でさえ）を適用してもよい。そのような場合に、さらに、パルス生成と受信との間の位相シフトは、可能な追加の微分器とみなしてもよい。
【００７２】
電子機器２０とセンサ及びアクチュエータとの間の接続は、電気的に絶縁された可撓性ワイヤ（又は屈曲性フォイル）によって実現され得るか、又は電気接続線として機能するカフ自体に電気的に絶縁された部分があり得る。その代わりに、電子機器への接続装置として機能するカフの上にカバーがあってもよい。データの外部読取りは、読取り装置をその外部に接続することによって、或いは（アクティブトランシーバ装置又はさらに簡便にはパッシブ（インダクタンス結合ベースの）トランシーバであり得る）最先端の無線通信原理を使用することによって、より便利に行うことができる。
【００７３】
ＰＷＶａｐ値及びＰＴＴａｐ値の決定に加えて、剛性に関する情報もセンサ信号から導き出すことができる。動脈の硬さは、ＰＷＶａｐ値及びＰＴＴａｐ値だけでなく、信号の振幅及び形状にも影響する。例えば、軟組織は、硬い組織よりも多くの入力パルス波を減衰させる。従って、純粋な時間依存動作に加えて、センサ信号の振幅及び形状を考慮して、硬さ（従って、プラークの成長）又は他の機械的パラメータに関する情報を導き出すことができる。
【００７４】
適用前に身体埋込型装置を較正することが望ましい場合がある。従って、人工的に生成されたパルスの脈波伝播速度は、後で適用するのと同様の条件下で、身体埋込型装置を人工組織（例えば、人工動脈）又はさらに自然の動脈（人間又は動物）に適用することによって決定できる。例えば、動脈は、（定常状態のＰＷＶａｐ／ＰＴＴａｐを決定するために）アクティブな血流を生成することなく、及び／又は異なる血流速度及び／又は異なる血圧で、血液（又は同様の液体）で満たされ得る。さらに、この較正には、異なる剛さ値でのテスト、又は材料（人工プラークを表す）を組織（人工動脈等）に追加して、適用前のＰＷＶａｐ値及びＰＴＴａｐ値の変化をできるだけ正確に知るためのテストが含まれる場合がある。
【００７５】
この較正により、（絶対）血流速度の測定も可能になる。時間間隔Δｔ１は装置によって決定される。ただし、この時間間隔は、人工パルスの脈波伝播速度と血流速度との重ね合わせに基づいており、これら脈波伝播速度及び血流速度は同じ方向にあると想定される。従って、血流速度を人工脈波伝播速度から分離する必要がある。人工的に生成されたパルス波は、血流の速度よりもはるかに速く伝播する（こうして、血流の影響は無視できる）と想定できるが、この較正に基づいて実際の血流速度を決定するのがさらに有益になり得る。
【００７６】
図２を参照すると、血流と任意のパルス伝播との重ね合わせを次のように記述できる。
ｖｂｆ＋ｖａｐ＝Δｄ／Δｔ１
【００７７】
上記では、ｖｂｆは血流の速度であり、ｖａｐは人工的脈波速度であり、Δｄはパルスの生成と受信との間の距離であり、Δｔ１は測定された時間間隔である。
【００７８】
較正によれば、人工脈波の伝播速度は既知であり、時間間隔Δｔ１が測定され、距離Δｄは適用前に既知である。これにより、血流速度を計算することができる。
【００７９】
上述したように、人工パルスは動脈壁に沿っても移動し得る。このような伝播経路は、例えば動脈瘤を検出する必要がある場合に考慮することができる。なぜなら、そのような場合に、伝播経路は確かに変化するからである。
【００８０】
図３は、この目的のための構成を示している。アクチュエータ１２及びセンサ１８は、血管壁に沿った直接経路に沿って設けられる。アクチュエータは、パルス波が好ましくは血管壁上を又は血管壁を介して伝播するように血管外壁をノック（knock）する。壁の剛さ（プラーク等）又は壁の構成（動脈瘤等）の変化に応じて、パルス伝播が変化する。この変化はセンサで検出できる。
【００８１】
上記の例は、スポット／ポイントのようなアプローチで生成されたパルス波を示しており、アクチュエータは血管の制限された小さな領域のみをノックする。ただし、このような場合に、アクチュエータが適切に位置付けされていないと、プラークが検出されないリスクが高くなる。従って、血管の周りを完全に包むより長いアクチュエータを使用することができ、それにより、作動するときに、動脈全体が僅かに圧迫され、それに応じて、動脈の全周囲に接近し、最終的に調査される。
【００８２】
上記の例は、単一の身体埋込型装置を示している。
【００８３】
図４は、アクチュエータ１２が第１の身体埋込型装置１０ａの一部であり、センサ１８が第２の身体埋込型装置１０ｂの一部である例を示している。次に、アクチュエータ及びセンサは、空間的に分離され、同じ身体埋込型装置の一部ではない場合がある。従って、動脈の硬さの変化に対する身体埋込型装置自体（例えば、カフ）の影響が低減され得、より長い距離もカバーし得る。アクチュエータ及びセンサは、同じ電子機器に接続してもよく、又は図示のように、それら自体の回路２０ａ、２０ｂを有してもよい。
【００８４】
図５は、身体埋込型装置の各端部にアクチュエータ及びセンサがある変形例を示している。
【００８５】
こうして、アクチュエータ１２とともに配置された第２のセンサ１８’と、センサ１８とともに配置された第２のアクチュエータ１２’とが存在する。
【００８６】
この構成の第１の利点は、（心臓から発生した）自然な脈波の検出である。この自然な脈波は、人工的なパルスを生成しなくても、最初にセンサ１８’でセンサ信号を開始し、続いてセンサ１８で信号を生成する。従って、計算される時間間隔は、心臓によって開始されたＰＷＶに対応する。これは、自然な脈波と任意のパルス波（脈波）の形状が異なるため、予め規定された駆動形式でアクチュエータを駆動することにより、任意に生成したパルス波の速度と並行して決定することができる。
【００８７】
この構成の別の利点は、血流速度を決定することである。第１の時間間隔Δｔ１は、アクチュエータ１２を作動させ、センサ１８で感知することにより決定され得る。次に、第２の時間間隔Δｔ２は、第２のアクチュエータ１２’を作動させ、第２のセンサ１８’で感知することにより決定される。
【００８８】
人工脈波が血流と同じ方向にある間に検出される場合（アクチュエータ１２が使用される場合）と、血流と反対の方向にある間に検出される別の場合（アクチュエータ１２’が使用される場合）とで、血流速度を決定することができる。従って、Δｔ１はΔｔ２とは異なる（より短い）ため、血流速度に関連する新しい時間間隔Δｔ＝Δｔ２−Δｔ１を計算できる。
【００８９】
数学的には、これは次のように記述できる。
ｖｂｆ−ｖａｐ＝Δｄ／Δｔ２
【００９０】
２つの測定値の間の差である新しい時間間隔を、次のように規定できる。
Δｔ＝Δｔ２−Δｔ１
【００９１】
これら２つの方程式を組み合わせることにより、血流速度を次のように取得できる。
【数２】
2021504000.tif 000002
【００９２】
ＥＡＰ装置をアクチュエータ及びセンサとして、さらに並行して使用できることはよく知られている。作動信号の上に重ねられて、高周波発振信号が提供され得、ＥＡＰのインピーダンス測定が決定され得る。このインピーダンスは、加えられた機械的負荷、圧力、又は他の環境条件（の変化）によって変化する。
【００９３】
こうして、１つ又は複数の多目的ＥＡＰ発生器（感知及び作動用）を、例えば、身体埋込型装置の各端部に１つ使用して、圧脈波を形成し、圧力の変化を測定することができる。
【００９４】
上記のように、多目的ＥＡＰ発生器を並列アクチュエータとして使用することもできる。よって、アクチュエータは、図６に示されるように、血流又はＰＷＶ測定中に血管を部分的に閉じるように構成できる。図６は、アクチュエータ１２によって制御される２つのレベルの血管閉塞を示し、これは、測定作動（ＡＣ電圧）が重畳されるＤＣ作動電圧を印可することにより実現され得る。これには３つの利点がある。
【００９５】
第１に、インライン（in-line）較正を実行できる。血管を部分的に閉じることにより、流れ特性を直径の関数として決定できる。これは、身体埋込型装置の寿命の後半で狭窄の程度を決定するのに役立ち得る。
【００９６】
第２に、血管特性のＰＷＶ測定では、心拍パルスによる血管壁の（弾性的な）運動が測定時間に亘って遮断されるため、血管がＥＡＰ発生器要素によって完全にブロックされ、測定による心拍の干渉を回避できる。
【００９７】
第３に、血流測定では、ＥＡＰ発生器を作動させることで血管を部分的にブロックできる。これにより、一連の測定が様々な作動レベルで可能になり、（部分的な）閉塞をシミュレートする。一連の測定を様々な既知の条件下で行うと、血流測定の精度が向上し、狭窄の検出にも役立ち得る。
【００９８】
測定された血流は、アクチュエータによる血管の部分的な閉鎖が（アクチュエータの近傍の）狭窄よりも大きい場合にのみ、大幅に変化する。ＤＣ作動範囲全体を掃引し、血流に対する（部分的な）血管閉鎖の効果を測定することにより、狭窄の程度の測定値を決定でき、較正を行う必要はない。
【００９９】
この効果は、（上述したように）反対方向のパルスフロー検出にも有効である。
【０１００】
本発明は、多くの用途に適用できる。その主な関心事は個人用の健康装置である。上記の用途は、自然プラーク（成長）の検出に焦点を当てているが、他の用途も同様に可能である。追加の用途は、例えばバイパス等、他の埋込型装置によって開始されたプラーク成長の可能な検出である。大抵の場合、これらの他タイプの人工装置はプラークを誘導し、その後目詰まりを引き起こす可能性がある。さらに別の可能な用途は、動脈瘤の発生及び成長を検出することである。
【０１０１】
上述したように、コントローラはデータ処理を行う。コントローラは、必要な様々な機能を実行するために、ソフトウェア及び／又はハードウェアを使用して様々な方法で実装できる。プロセッサは、１つ又は複数のマイクロプロセッサを使用するコントローラの一例であり、コントローラは、必要な機能を実行するためにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を使用してプログラムされ得る。もっとも、コントローラは、プロセッサを使用して又は使用せずに実装でき、一部の機能を実行する専用ハードウェアと、他の機能を実行するプロセッサ（例えば、１つ又は複数のプログラムされたマイクロプロセッサ及び関連回路）との組合せとしても実装できる。
【０１０２】
本開示の様々な実施形態で使用することができるコントローラの例は、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むが、これらに限定されるものではない。
【０１０３】
様々な実施態様では、プロセッサ又はコントローラは、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、及びＥＥＰＲＯＭ等の、揮発性及び不揮発性コンピュータメモリ等の１つ又は複数の記憶媒体に関連付けられ得る。記憶媒体は、１つ又は複数のプログラムでエンコードすることができ、プログラムが１つ又は複数のプロセッサ及び／又はコントローラ上で実行されたときに、必要な機能を実行することができる。様々な記憶媒体は、プロセッサ又はコントローラ内に固定されるか、又は可搬型であり得、その媒体に記憶された１つ又は複数のプログラムは、プロセッサ又はコントローラにロードされ得る。
【０１０４】
上述したように、アクチュエータ及びオプションでセンサも、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）装置を使用して実装され得る。ＥＡＰは、電気応答性材料の分野で新たに出現した材料クラスである。ＥＡＰは、センサ又はアクチュエータとして機能し、様々な形状に容易に製造でき、多種多様なシステムに容易に統合できる。
【０１０５】
過去１０年間で大幅に改善された、作動応力及び歪み等の特性を有する材料が開発された。技術的なリスクが製品開発で許容できるレベルまで低減されているため、ＥＡＰは商業的及び技術的に増々関心が高まっている。ＥＡＰの利点には、低電力、小さな形状因子、柔軟性、ノイズのない動作、精度、高解像度の可能性、高速応答時間、周期的な作動等がある。
【０１０６】
ＥＡＰ材料の改善されたパフォーマンス及び特定の利点により、新しい用途への適用性がもたらされる。ＥＡＰ装置は、電気的作動に基づいて、コンポーネント又は特徴の少量の移動が所望される全ての用途で使用できる。同様に、この技術は小さな動きの検知にも使用できる。
【０１０７】
ＥＡＰを使用すると、一般的なアクチュエータと比較して、比較的大きな変形と小さな体積又は薄い形状因子での力との組合せにより、以前は不可能だった機能が可能になるか、又は一般的なセンサ／アクチュエータの解決策よりも大きな利点が得られる。ＥＡＰは、ノイズのない動作、正確な電子制御、高速応答、及び広い範囲、０〜１ＭＨｚ等、最も典型的には２０ｋＨｚ未満の可能な作動周波数も提供する。
【０１０８】
電気活性ポリマーを使用する装置は、電界駆動型材料とイオン駆動型材料とに細分することができる。
【０１０９】
電界駆動型ＥＡＰの例には、圧電ポリマー、電歪ポリマー（ＰＶＤＦベースのリラクサーポリマー等）、及び誘電エラストマーが含まれる。他の例には、電歪グラフトポリマー、電歪ペーパー、エレクトレット、電気粘弾性エラストマー、及び液晶エラストマーが含まれる。
【０１１０】
イオン駆動型ＥＡＰの例は、共役／導電性ポリマー、イオン交換ポリマー金属複合体（ＩＰＭＣ：Ionic  Polymer  Metal  Composites）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が含まれる。他の例には、イオン性ポリマーゲルが含まれる。
【０１１１】
電界駆動型ＥＡＰは、直接的な電気機械結合を介した電界によって作動する。それらＥＡＰは、通常、高電界（メートルあたり数十メガボルト）を必要とするが、低電流である。ポリマー層は、通常、駆動電圧をできるだけ低く保つために薄くなっている。
【０１１２】
イオンＥＡＰは、イオン及び／又は溶媒の電気的誘導輸送によって活性化される。それらＥＡＰは、通常、低電圧を必要とするが、大電流である。それらＥＡＰは、液体／ゲル電解質媒体が必要である（ただし、一部の材料系は固体電解質を使用して動作することもできる）。
【０１１３】
どちらのクラスのＥＡＰにも複数のファミリーメンバーがあり、それぞれに独自の利点と欠点とがある。
【０１１４】
電界駆動型ＥＡＰの第１の注目すべきサブクラスは、圧電及び電歪ポリマーである。従来の圧電性ポリマーの電気機械的性能は限られているが、この性能の向上における画期的な成果により、ＰＶＤＦリラクサーポリマーが生まれ、このポリマーは自発的な電気分極（電界駆動による整列）を示す。これらの材料は、歪んだ方向の性能を向上させるために、予め歪ませた状態にすることができる（予め歪ませることにより、分子配列が改善される）。歪みは通常中程度のレジーム（１〜５％）であるため、通常は金属電極が使用される。他のタイプの電極（導電性ポリマー、カーボンブラックベースのオイル、ゲル、エラストマー等）も使用できる。電極は、連続的であっても、又はセグメント化してもよい。
【０１１５】
電界駆動型ＥＡＰの関心のある別のサブクラスは、誘電エラストマーである。この材料の薄膜をコンプライアント電極の間に挟み込み、平行板コンデンサを形成することができる。誘電エラストマーの場合に、印加された電界によって誘導されるマクスウェル応力により、フィルムに応力が発生し、厚みが収縮し、面積が拡大する。歪み性能は、典型的に、エラストマーに予歪みを与えることで拡大する（予歪みを保持するためにフレームが必要である）。歪みはかなりの大きさになり得る（１０〜３００％）。これは、使用できる電極のタイプも制限する。低歪みと中歪みの場合には、金属電極及び導電性ポリマー電極を検討できる。高歪みの場合には、カーボンブラックベースのオイル、ゲル、又はエラストマーが典型的に使用される。電極は、連続的であっても、又はセグメント化してもよい。
【０１１６】
イオンＥＡＰの第１の注目すべきサブクラスは、イオン交換ポリマー金属複合体（ＩＰＭＣ）である。ＩＰＭＣは、２つの薄い金属電極又は炭素ベースの電極の間に積層された、溶媒で膨潤したイオン交換ポリマー膜で構成されており、電解質を使用する必要がある。典型的な電極材料は、Ｐｔ、Ｇｄ、ＣＮＴ、ＣＰ、Ｐｄである。典型的な電解質は、Ｌｉ＋及びＮａ＋の水ベースの溶液である。電界が印加されると、カチオンは、典型的に、水とともにカソード側に移動する。これは、親水性クラスターの再編成とポリマーの膨張とをもたらす。カソード領域の歪みは、ポリマーマトリックスの残りの部分に応力をもたらし、アノードに向けて屈曲させる。印加電圧を逆にすると、曲げが反転する。よく知られたポリマー膜はナフィオン（登録商標）及びフレミオン（登録商標）である。
【０１１７】
イオン性ポリマーの注目すべき別のサブクラスは、共役／導電性ポリマーである。共役ポリマーアクチュエータは、典型的に、共役ポリマーの２つの層に挟み込まれた電解質から構成される。電解質は、酸化状態を変化させるために使用される。電解質を介してポリマーに電位が印加されると、電子がポリマーに追加され又はポリマーから除去され、酸化及び還元が促進される。還元は収縮をもたらし、酸化は膨張をもたらす。
【０１１８】
場合によっては、ポリマー自体が（寸法的に）十分な導電性を有さないときに、薄膜電極が追加される。電解質は、液体、ゲル、又は固体材料（すなわち、高分子量ポリマーと金属塩との複合体）であり得る。最も一般的な共役ポリマーは、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡＮｉ）、及びポリチオフェン（ＰＴｈ）である。
【０１１９】
アクチュエータは、電解質に懸濁されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）で形成することもできる。電解質はこのナノチューブと二重層を形成し、電荷の注入を可能にする。この２層電荷注入は、ＣＮＴアクチュエータの主要なメカニズムと考えられている。ＣＮＴは、ＣＮＴに電荷が注入された電極コンデンサとして機能し、その電荷は、電解質のＣＮＴ表面への移動によって形成された電気二重層によって平衡化される。炭素原子の電荷を変化させると、Ｃ−Ｃ結合長が変化する。その結果、単一のＣＮＴの膨張及び収縮を観察できる。
【０１２０】
開示された実施形態に対する他の変形は、図面、明細書の開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求の範囲に記載された発明を実施する際に当業者によって理解され達成され得る。特許請求の範囲において、「備える、有する、含む（comprising）」という語は他の要素又はステップを排除するもではなく、不定冠詞「１つの（a  an）」は複数を除外するものではない。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用できないことを示すものではない。請求項の参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈すべきではない。