(57)【要約】【課題】システム外で神経の活動を発生させることなく神経を介した信号伝達をブロックするための装置、システムおよび方法を提供する。【解決手段】初動活動を低減させた状態で神経を介した信号伝達をブロックする方法は、軸索を介した信号の伝達をブロックするためにＨＦＡＣを神経の軸索に印加するステップを含む。上記方法はまた、直流（ＤＣ）を軸索に印加するステップと、時間が経つにつれてＤＣの振幅を予め定められた振幅に増加させるステップと、ＨＦＡＣを印加するステップと、次いでＤＣを減少させるステップとを含み得る。上記方法はまた、軸索を介した信号の伝達を可能にするためにＨＦＡＣの振幅を一時的に低減させるステップと、その後、初動反応を引起すことなく伝達をブロックするために振幅を増加させるステップとを含み得る。上記方法はまた、平衡がとれていない電荷を神経に一時的に印加するステップと、次いで、時間が経つにつれて電荷を平衡させるステップとを含み得る。【選択図】図１３
2014054567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
電極と、
前記電極に接続された波形発生器と、
コントローラとを備え、
前記コントローラは、
最初に直流（ＤＣ）を神経の軸索に印加するように前記波形発生器を制御するように構成され、前記ＤＣは第１のＤＣ振幅を有し、前記第１のＤＣ振幅を有するＤＣは、前記軸索において神経ブロックを発生させるのに十分でなく、
前記コントローラはさらに、
次いで、前記第１のＤＣ振幅を第２のＤＣ振幅に変化させることによって、第１の期間にわたって前記ＤＣを変更するように前記波形発生器を制御するように構成され、前記第２のＤＣ振幅を有するＤＣは、前記神経において伝導ブロックを発生させるのに十分であり、
前記コントローラはさらに、
次いで、高周波交流（ＨＦＡＣ）を前記神経に印加するように前記波形発生器を制御するように構成され、前記ＨＦＡＣはＨＦＡＣ振幅およびＨＦＡＣ周波数を有し、前記ＨＦＡＣは前記神経において伝導ブロックを発生させるように構成され、
前記コントローラはさらに、
次いで、前記第２のＤＣ振幅を第３のＤＣ振幅に変化させることによって、第２の期間にわたって前記ＤＣを変更するように前記波形発生器を制御するように構成され、前記第３のＤＣ振幅を有するＤＣは、前記神経において伝導ブロックを発生させるのに十分でなく、
前記ＤＣおよび前記ＨＦＡＣの組合せ、ならびに、前記ＤＣおよび前記ＨＦＡＣが印加される順序は、前記ＨＦＡＣのみが印加された場合の神経伝導ブロックを発生させることに関連する前記神経における初動活動と比較して、前記神経における前記初動活動を低減させる、装置。
【請求項２】
前記電極は、４つのノードの電極を備え、
前記４つのノードの電極は、ＨＦＡＣを印加するための２つの内側ノードの組と、ＤＣを印加するための２つの外側ノードの組とを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電極は、３つのノードの電極を備え、
前記３つのノードは、前記ＨＦＡＣおよびＤＣの両方をともに印加するための２つの外側ノードの組と、前記ＨＦＡＣのみを印加するための中心ノードとを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ＨＦＡＣ周波数は、１キロヘルツ〜１００キロヘルツの範囲内である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記神経伝導ブロックは、運動神経ブロック、感覚神経ブロック、自律神経ブロック、胸鎖乳突ブロック、正中神経ブロック、横隔神経ブロック、腹腔神経叢神経ブロック、および被変調痙縮ブロックのうちの１つであり、
前記神経伝導ブロックは、斜頸、神経腫の痛み、しゃっくり、筋ジストロフィ、癌の痛み、術後の痛み、慢性的な痛み、痛み、および卒中のうちの１つ以上の症候を治療するために適用される、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本願は、「高周波数神経ブロックのシステムおよび方法（System and Method For High Frequency Nerve Block）」と題される、同一の発明者によって２００７年１０月２９日に出願された米国仮出願第６０／９８３，４２０号の利益を主張する。
【０００２】
連邦政府の資金提供の表示
本発明は、ＮＩＨ（国立画像生物医学・生物工学研究所（National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering））が認めた認可番号ＥＢ００２０９１のもとで政府の支援を受けて行なわれた。連邦政府は、本発明において特定の権利を有する。
【０００３】
著作権表示
この特許文献の開示の一部は、著作権保護を受ける材料を含んでいる。著作権所有者は、特許商標庁の包袋または記録に掲載されるように特許文献または特許情報開示をファックス再生することに異議はないが、他の点では何があってもすべての著作権の権利を保有する。
【背景技術】
【０００４】
背景
神経インパルスの好ましくないおよび／または協調性のない発生は、病状によっては障害を引起す要因になり得る。たとえば、協調性のない運動信号は、卒中での痙縮、脳性麻痺、多発性硬化症、および他の症状を引起し得る。協調性のない信号の結果として、所望の機能運動ができなくなる可能性がある。チック症、舞踏病などを含む症状での不随意運動信号は、好ましくない動きを引起し得る。さらに、好ましくない感覚信号は痛みを引起す可能性がある。従来のアプローチは、神経インパルスを伝える神経に沿って好ましくないまたは協調性のない神経インパルスを遮って、障害を引起す症状を減らそうおよび／または無くそうと試みてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの症状の治療に関連する従来のアプローチは、満足のいかない結果を生み出してきた。たとえば、薬物治療は、好ましくない副作用を引起し、特定の神経に対して特異的に作用するのではなく身体に全体的に作用し、即効性がなく、迅速に元に戻せなかったかもしれない。化学治療（たとえば、ボトックス、フェノールブロック）は、より特異的に適用され得るが、神経に対して破壊的であり、再適用する必要があり、迅速に元に戻せなかったかもしれない。他の従来の痛みの治療（たとえば、経皮的電気神経刺激（transcutaneous electrical nerve stimulation）（ＴＥＮＳ）、植込型痛み刺激器）も、生み出す結果は最適以下であった。
【０００６】
交流（ＡＣ）神経刺激も直流（ＤＣ）神経刺激も当該技術分野において公知である。神経に対する高周波交流（high-frequency alternating current）（ＨＦＡＣ）の抑制効果については、１９００年代初頭から報告されている。さらに、ＤＣ電気神経刺激は、神経活動の完全に近いブロックを発生させることが実証されている。しかしながら、従来のＤＣ刺激は、長期間にわたって送られると、身体組織および／または電極の両方に損傷を与えていた。したがって、従来のＤＣ刺激は、特定の用途には適さなかった。ＤＣ神経ブロックが引起す損傷は、少なくとも部分的には、神経に印加される電荷の平衡がとれていないことに起因する。組織にゼロ正味電荷を送るＨＦＡＣは、神経ブロックの方法としてはより安全であるように思われる。しかしながら、ＨＦＡＣが神経に送られると、ＨＦＡＣは、望ましくなくかつ痛みを伴うであろう神経の活動のバーストを引起す。ＨＦＡＣが発生させる活動のバーストは、初動活動と称される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
概要
本願は、システム外で神経の活動を発生させることなく神経を介した信号伝達をブロックするための装置、システムおよび方法に関する。一例は、ＨＦＡＣベースの神経伝導ブロックの初動に対する神経の望ましくない反応を無効にする、防ぐ、または最小限にする組合せで、ＤＣおよび高周波交流（ＨＦＡＣ）を印加することに関する。
【０００８】
神経信号伝達をブロックする１つの例示的な方法は、第１の振幅のＤＣを神経の軸索に印加するステップと、次いで、ある期間にわたってＤＣの振幅を予め定められた第２の振幅に増加させるステップとを備える。ＤＣが第２の振幅に達した後、ＨＦＡＣが印加される。ＨＦＡＣが印加された後、ＤＣの振幅は減少する。
【０００９】
神経信号伝達をブロックする別の例示的な方法は、信号伝達をブロックする第１の振幅のＨＦＡＣを印加するステップを備える。上記方法は、軸索を介した信号の伝達を可能にするためにＨＦＡＣ振幅を一時的に低減させるステップを含む。上記方法はまた、再び伝達をブロックするために、その後選択的にＨＦＡＣ振幅を増加させるステップを含む。この例では、その後のブロッキングは、初動反応を引起すことなく行なわれる。
【００１０】
神経信号伝達をブロックする別の例示的な方法は、平衡がとれていない電荷を神経の軸索に一時的に印加するステップを備える。一例では、平衡がとれていない電荷を印加するステップは、平衡がとれていない電荷ＡＣを軸索に印加するステップと、時間が経つにつれて当該電荷を平衡させるステップとを含み得る。別の例では、平衡がとれていない電荷を印加するステップは、平衡がとれていない電荷ＡＣを軸索に印加するステップと、電荷を平衡させながら、時間が経つにつれて振幅を変化させるステップとを含み得る。別の例では、平衡がとれていない電荷を印加するステップは、振幅が増加するＤＣ電荷を印加するステップと、予め定められた振幅に達した後、平衡がとれていないＡＣを印加するステップと、時間が経つにつれてＡＣ振幅およびＡＣ電荷のバランスを徐々に増加させるステップとを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】神経ブロックに関連する開ループ装置を示す。
【図２】神経ブロックに関連する開ループ装置を示す。
【図３】神経ブロックに関連する閉ループ装置を示す。
【図４】神経ブロックに関連する閉ループ装置を示す。
【図５】初動緩和神経ブロックに関連するＤＣおよびＨＦＡＣの組合せを示す。
【図６】初動緩和神経ブロックに関連する方法を示す。
【図７】初動緩和神経ブロックに関連するＨＦＡＣを示す。
【図８】初動緩和神経ブロックに関連するＨＦＡＣを示す。
【図９】初動緩和神経ブロックに関連するＨＦＡＣを示す。
【図１０】初動緩和神経ブロックに関連するＨＦＡＣを示す。
【図１１】初動反応が緩和された神経伝導ブロックの提供に関連する方法を示す。
【図１２】初動反応が緩和された神経伝導ブロックの提供に関連する方法を示す。
【図１３】初動反応が緩和された神経伝導ブロックの提供に関連する装置を示す。
【００１２】
明細書に組入れられ、明細書の一部を構成する添付の図面は、さまざまな例示的なシステム、方法、およびこの発明のさまざまな局面の他の例示的な実施例を示している。図中の示される要素の境界（たとえば、ボックス、ボックスの群、または他の形状）は境界の一例を表わしていることを理解されたい。当業者は、いくつかの例では、１つの要素が複数の要素として示される場合もあれば、複数の要素が１つの要素として示される場合もあることを理解する。いくつかの例では、別の要素の内部構成要素として示されている要素が外部構成要素として実現されてもよく、逆の場合も同様である。さらに、要素は一定の比例に応じて描かれていない可能性がある。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明
例示的なシステム、方法および装置は、ＨＦＡＣ波形を用いて神経ブロックを発生させる。ＨＦＡＣ波形によって発生したブロックは、単に疲労ブロックではなく、神経における伝導ブロックである。ブロックは、「神経伝導ブロック」と称されてもよい。ブロックは、疲労しすぎて反応できず、次のパルスまでにもはや回復できなくなるまで神経が刺激された結果ではない。ＨＦＡＣ波形は、軸索を介した信号伝達をブロックすることによって、神経を介した伝導をブロックする。ある神経の端部から別の神経の端部への化学信号の伝達を遮断する化学ブロックとは異なって、ＨＦＡＣ神経伝導ブロックは、神経の軸索が、ブロックのエリアを通り過ぎるいかなる信号も伝達することを防ぐ。ブロックは、神経膜における電位依存性イオンチャネルに対する影響で、電流がいかに活性化を発生させるか、または電流がいかに神経伝導をブロックするかに基づく。
【００１４】
ＨＦＡＣ波形は、不活性化ゲートを閉鎖させる神経膜を脱分極させる。初動反応を発生させる生物物理学的機構は、神経膜に対する脱分極電流の効果に基づく。一般に、神経膜の脱分極は、高速ナトリウムイオンチャネルの開放を引起し、活動電位を起動する。しかしながら、神経を交流脱分極場に配置することは、実際には伝導の失敗を招くことになる。なぜなら、神経を交流脱分極場に配置することは、強制的に、不活性化ナトリウムイオンゲートを閉じたままにするためである。したがって、脱分極は、神経伝導の活性化およびブロッキングの両方に関与する。初動反応を発生させるのは、この動作の二分裂である。
【００１５】
初動反応の２つの局面が存在する。第１の局面は、ブロック閾値に近いまたはブロック閾値を上回るＡＣが印加されているそれらの神経線維で生じる単収縮反応の合計である。「ブロック閾値」は、その電圧を下回ると完全なブロックが得られない電圧として定義される。ブロック閾値は、周波数とともに増加する。ブロック閾値は、一般に、軸索の直径に反比例して変化する。さらに、ブロック閾値は、およそ電極からの軸索に対する垂直距離の二乗として変化する。電極が軸索に１ミリメートルよりも近づくと、軸索の長さに沿った電極位置は、ブロック閾値の振幅にも影響を及ぼす。
【００１６】
一般に約２０ミリ秒で生じる初期発火が終わると、これらの軸索はブロックされる。第２の局面は、何秒も続く可能性がある、ある期間の反復発火である。この第２の局面は、必ずしも存在するとは限らず、ＨＦＡＣの振幅が高くなるにつれて大幅に低減される傾向がある。この第２の局面は、電極から広がる電流の外縁上にある軸索の反復発火に起因し得る。最終的に、これらの線維における発火は停止する。電気信号の振幅は、電極からの距離とともに減少する。振幅が高くなった状態での第２の局面の減少は、振幅が高くなることにより、神経線維のうちのより多くの神経線維が、十分な振幅を与えてブロックを発生させる領域内に完全に配置されることに関連し得る。電流勾配がより急であるので、反復発火を発生させる振幅領域内にはほとんど線維がない。
【００１７】
不所望の初動を無くすことは、もっぱら、初動反応の両方の局面を無くすことを含む。反復局面は、振幅および周波数を調整することによって低減することができる。たとえば、３０キロヘルツで１０ボルトのピーク・トゥ・ピーク正弦波形は、反復局面を無くし得る。一般に、周波数および振幅を単独で変化させることによって初動反応全体を無くすことは不可能である。
【００１８】
ＤＣ神経ブロックが引起す損傷は、神経に印加される電荷の不平衡に起因することを想起されたい。したがって、例示的なシステム、方法および装置は、ＡＣを用いて電荷を平衡させる。電荷を平衡させることは、平衡がとれていない電荷が引起す損傷を防ぐおよび／または最小限にする。純粋なＡＣ神経ブロックは、通常、起動時に神経から初動反応を発生させる。したがって、本明細書に記載されクレームされるいくつかの例は、最初にＤＣを神経に印加し、その後、ＨＦＡＣを神経ブロックに印加する。ＤＣおよびＨＦＡＣの組合せは、ブロックされるべき神経における初動反応の発生を防ぐように作られる。神経伝導ブロックとしてＨＦＡＣ波形を利用する従来のアプローチは、ＨＦＡＣ波形を人間の患者に適用する際には通常許容できない初動反応を発生させる。
【００１９】
交流に関連して本明細書において用いられる「高周波数」（たとえば、ＨＦＡＣ）は、約１キロヘルツを上回る周波数を指す。いくつかの例では、高周波数は、より具体的に５〜５０キロヘルツを指す。本明細書に記載される例示的なシステム、方法および装置は、パルスあたり約４〜１０ボルトの振幅を有する波形を利用する。本明細書に記載される例示的なシステム、方法および装置は、約１ミリアンペア〜約１２ミリアンペアの電流を有する波形を利用する。これらの電圧およびアンペア数の範囲内で、より高い周波数を有する波形は、一般に、効果的なブロックを提供するためにより高い振幅を必要とする。
【００２０】
本明細書に記載される例は、運動神経ブロック、感覚神経ブロックおよび自律神経ブロックを含む分野での適用例を有していてもよい。さらに、本明細書に記載される例は、ブロックがスイッチによって制御される開ループ構成、および／または、ブロックがセンサによって自動的に制御される閉ループ構成で適用されてもよい。
【００２１】
図１は、神経における伝達のブロッキングに関連する例示的な装置２０を示す。装置２０は、ＨＦＡＣならびに／またはＤＣ信号およびＨＦＡＣ信号の両信号を神経２６に送るのに好適な、コントローラ２４に接続された電極２２を含む。装置２０は、コントローラ２４がブロックの適用を制御するためにスイッチを含む開ループ構成を有する。この装置２０の構成は、たとえば筋痙縮の制御を容易にし得る。装置２０は、神経２６の運動枝上のＨＦＡＣ電極２２の組によってＨＦＡＣを印加してもよい。これは、神経２６に関連する特定の筋肉を標的にすることを容易にし、その筋肉を弛緩させることを容易にする。一例では、装置２０は、斜頸の治療に有用な胸鎖乳突ブロックを提供してもよい。
【００２２】
図２は、たとえば、神経腫の痛み、失った外肢に関連する痛み、損傷を受けた外肢に関連する痛みなどをブロックするために用いられる装置３０を示す。したがって、装置３０は、正中神経ブロックを発生させてもよい。装置３０は、ＨＦＡＣブロッキング電極３２と、植込型コントローラ３４とを備える。ブロッキング電極３２は、神経腫に近位の神経に隣接して位置決めされてもよい。本願では、神経ブロックは、連続的に送られることができ、外部の信号装置３６などを用いて引起すことができる。
【００２３】
図３は、運動ブロックを提供する装置４０を示す。運動ブロックは、記録された信号によって引起されてもよい。装置４０は、閉ループシステムであり、難治性のしゃっくりをブロックするための用途で示されている。切迫性しゃっくりに関連する徴候（たとえば、生体信号）は、センサ４２によって記録されてもよい。一例では、この徴候は、大信号として横隔神経上に現れ得る。この信号は、ＨＦＡＣブロックを横隔神経に適用するようにコントローラ４４の作動を制御してもよい。ブロックは、横隔神経に隣接した電極４６を用いて投与されてもよい。ＨＦＡＣブロックは、短い期間にわたって横隔膜の収縮を防ぎ、横隔膜にしゃっくりさせる信号を遮断および／または阻止する。
【００２４】
筋肉を動かすことに関連する信号は、ユーザがその筋肉を動かそうとすると、記録されてもよい。信号は、神経に沿って伝播され得る。これらの信号は、卒中の患者、多発性硬化症を患う患者、脳性麻痺を患う患者などの痙縮筋肉の制御を容易にし得る。一例では、信号は、痙縮筋肉および非痙縮筋肉の両方から記録されてもよい。したがって、図４は、コントローラ５２を含む装置５０を示す。コントローラ５２は、筋肉５６および／または筋肉５６を制御する神経におけるセンサ５４からの信号を記録して処理するための記録装置を備える。コントローラ５２は、筋肉５６を制御する神経に隣接した電極６０にＨＦＡＣ波形を加えるように信号発生器５８を制御する。
【００２５】
痙縮は、筋肉の機能を低下させる。しかしながら、不所望の運動活動の部分的なブロックを発生させることによって、機能の改善が達成され得る。したがって、例示的な装置、方法などは、ＨＦＡＣブロックを迅速に反転させるように構成されてもよい。一例では、機能の改善は、たとえば神経活動、筋肉活動などを含む検知された活動に基づいて神経ブロックを変化させるインテリジェント制御システムとＨＦＡＣブロックを組合せることによって達成されてもよい。
【００２６】
例示的なシステム、方法および装置は、非初動および／または初動緩和ＨＦＡＣブロック解決策の少なくとも３つのカテゴリをもたらし得る。第１の例では、別個の「初動ブロッキング」電極がＨＦＡＣ電極の両側にＤＣブロックを適用する。第２の例では、ＨＦＡＣ波形の、電荷の平衡がとれた状態での一過性の変動が、非初動および／または初動緩和ＨＦＡＣブロックを発生させる。第３の例では、ＨＦＡＣ波形の、電荷の平衡がとれていない状態での一過性の変動が、非初動および／または初動緩和ＨＦＡＣブロックを発生させる。
【００２７】
図５は、ＨＦＡＣブロックを発生させるためのＤＣ波形５１０とＨＦＡＣ波形５２０との組合せを示す。一例では、ＤＣ波形５１０およびＨＦＡＣ波形５２０は、別個の電極を用いて与えられる。一例では、ＤＣ波形およびＨＦＡＣ波形は、１組の電極によって与えられる。ＤＣ波形５１０における電荷は、ＨＦＡＣ波形５２０がオンになる前に、領域５１２において増加する。領域５１４におけるＤＣ波形５１０は、ＤＣブロックを提供するのに十分な振幅を有しており、ＨＦＡＣ波形５２０からの初動反応をブロックすることになる。ＤＣ波形５１０は、一旦初動活動が完了すると、領域５１４において減少する。以下に記載する電荷不平衡波形とは異なって、この傾斜のついたＤＣ波形５１０は、ＨＦＡＣ波形５２０が引起す初動活動を発生させることができるが、その初動活動が伝播することを防ぐ。このレベルのＤＣの連続的な送達は、ＤＣを送る電極および付近の組織に損傷を与える可能性があるが、ＤＣブロックをたまに短い期間適用することによって、このような損傷は生じないかもしれない。一例では、ＤＣブロックは、ＨＦＡＣブロックがオンになるたびに、約１００〜２００ミリ秒間、送られる。単極電極によってＤＣブロックを発生させることができるので、一例では、ＤＣ電極およびＨＦＡＣ電極は組合せられて単一の５極神経カフ電極にされてもよい。この５極神経カフ電極は、直流用の２つの外側電極と、ＨＦＡＣ用の３つの内側電極とを含んでいてもよい。電極のさらなる形態は、ＤＣとＨＦＡＣとが外側電極上で重ね合わせられる３極神経カフ電極を利用してもよい。
【００２８】
図６は、初動緩和ＨＦＡＣに関連する方法を示す。方法６００は、６１０において、神経の初動活動を変更するために第１の波形をその神経に加えるステップを含む。方法６００はまた、６２０において、第２の一過性の波を神経に加えるステップを含む。方法６００はまた、６３０において、神経においてＨＦＡＣブロックを継続させるために第３の定常状態波を神経に加えるステップを含む。
【００２９】
図７は、ブロック閾値を上回る急速な初動ブロックを適用して、初期初動反応を受入れるステップを含む電荷平衡アプローチを示す。このアプローチでは、振幅は次いでブロック閾値以下に下げられるが、反復発火のゾーンを回避するのに十分に高く維持される。以前にブロックされた神経は、通常、この振幅でＨＦＡＣ送達領域を介して伝導できる。次いで、ブロックが要求されると、振幅はブロック閾値に増加する。この例では、ブロックは、さらなる発火なしに、したがって追加の初動反応がない状態で、達成することができる。この方法は、ゼロ正味電荷を維持するが、ブロックが必要でないときでさえ波形が送られることを必要とする。この例では、まずシステムがオンになると、依然として初動が生じる。この方法は、たとえば卒中の適用例で利用されてもよい。この環境では、機能タスク中に、ブロックの急速な変調の期間が存在し得る。この振幅変調方法は、ブロック状態と非ブロック状態との迅速な遷移を発生させることができるので、この環境では好適であり得る。不活動の期間中は、ブロックをオフにすることができる。しかしながら、ブロックは、初動ブロッキングの選択肢のうちの１つを用いて、活動の前に再起動させることができる。
【００３０】
図８は、初期オフセット電荷を有するＨＦＡＣ波形８１０を加えることを示す。ＨＦＡＣ波形８１０は、次いで、電荷平衡平均値に増加する。このタイプの、電荷の平衡がとれていない状態での一過性の変動は、初動反応を無くし得る。ＨＦＡＣ波形８１０は、最初は電荷の平衡がとれておらず、次いで、数１０ミリ秒以上にわたって電荷平衡波形に遷移する。これは、短い期間の有効直流を達成する。図８では、ＨＦＡＣ波形８１０の振幅もオフセット量も、電荷平衡波形に向かって傾斜がついている。
【００３１】
図９は、神経ブロックを発生させるための別のＨＦＡＣ波形９１０を示す。これは、電荷不平衡波形を用いて初動反応を無くすおよび／または緩和し、単相活性化中に生じる仮想電極ゾーンに頼る第２の例である。十分に大きな脱分極単相パルスの場合、初動反応に関連する初期活動電位は、隣接する仮想陽極においてブロックされる。これは、陽極包囲ブロックと称されてもよい。この特徴を用いて、ＨＦＡＣブロックは単相波形から始まり、この単相波形は、送られた第１のパルスから始まる陽極包囲ブロックを発生させる。その後、電荷不平衡は減少して、平衡を達成する。定常状態の状態は、ブロックを維持する電荷平衡ＨＦＡＣ波形である。この波形の一過性の部分は、約１００ミリ秒以上続き、軸索の直径および電極の距離にわたってロバスト性がある。
【００３２】
図１０は、神経ブロックを発生させるための別の波形１０１０を示す。波形１０１０は、傾斜のついた陰極または陽極直流から始まる。本明細書では「傾斜のついた」という用語が用いられるが、当業者は、より一般的に、波形がＤＣおよび／またはＨＦＡＣ振幅の線形および／または非線形の増加を含んでいてもよいことを理解する。したがって、「傾斜のついた」または「傾斜している」は、あるレベルまでの線形の増加が必要であると解釈すべきではない。ＨＦＡＣ波形は、傾斜のついた直流が印加される期間後に開始される。ＨＦＡＣ波形は、ブロック閾値に達するまで、その振幅を増加させる。この時点で、波形全体が電荷平衡状態になるまで、ＤＣオフセットは減少し、したがって、初動活動電位なしにＨＦＡＣブロックを確立することができる。一例では、ＤＣオフセットピークは、ＨＦＡＣ振幅の約１０％の範囲内である。一例では、ＤＣが印加される合計時間は、約８０ミリ秒である。合計時間は、ＤＣ増加と、ＤＣ安定状態と、ＤＣ減少とを含む。
【００３３】
以下の詳細な説明のいくつかの部分は、アルゴリズムの点で表わされている。これらのアルゴリズム的な説明および図は、作業の実体を他者に伝えるために当業者によって用いられる。アルゴリズムは、ここでおよび一般に、結果を生み出す一連の動作であると考えられる。この動作は、物理量の物理的操作を含んでいてもよい。物理的操作は、具体的な、実体のある、有用な、実世界の結果を作成する。
【００３４】
例示的な方法は、フロー図を参照してよりよく理解することができる。説明を簡略化する目的で、示される方法論は一連のブロックとして示され、記載されている。しかしながら、それらの方法論はブロックの順序によって限定されるものではないことを理解されたい。なぜなら、いくつかのブロックは、示され記載されるものとは異なる順序で、および／または、他のブロックと同時に、生じる可能性があるためである。さらに、すべてとは言えない図示されるブロックが、例示的な方法論を実現するために必要とされてもよい。ブロックは、複数の構成要素に組合せられる場合もあれば、分けられる場合もある。さらに、追加のおよび／または代替的な方法論が、追加の、図示されないブロックを利用できる。
【００３５】
図１１は、ＨＦＡＣ神経伝導ブロックに関連する方法１１００を示す。方法１１００は、１１１０において、第１のＨＦＡＣを神経の軸索に印加するステップを含む。第１のＨＦＡＣは、第１の振幅、第１の周波数および第１の電流を有する。振幅、周波数および電流の組合せは、軸索において神経伝導ブロックを発生させるように構成される。神経伝導ブロックは、実際には、軸索を介した信号の伝達をブロックすることを想起されたい。
【００３６】
方法１１００はまた、１１２０において、第２のＨＦＡＣを軸索に印加するステップを含む。第２のＨＦＡＣは、第２の振幅、第２の周波数および第２の電流を有する。この振幅、周波数および電流の組合せは、軸索において神経伝導ブロックを発生させない。しかしながら、この振幅、周波数および電流の組合せは、軸索において神経伝導ブロックを発生させるのに十分な第３のＨＦＡＣを印加したときに軸索において初動状態が発生することを防ぐ。当業者は、第３のＨＦＡＣが第１のＨＦＡＣと類似していてもよいまたは同一であってもよいことを理解する。
【００３７】
したがって、方法１１００はまた、１１３０において、第３のＨＦＡＣを軸索に印加するステップを含む。第３のＨＦＡＣは、第３の振幅、第３の周波数および第３の電流を有する。この第３の振幅、第３の周波数および第３の電流の組合せは、軸索において神経伝導ブロックを発生させる。しかしながら、この第３の振幅、第３の周波数および第３の電流の組合せは、そうでなければこうむるであろう初動活動よりも少ない初動活動で、軸索において神経伝導ブロックを発生させる。
【００３８】
一例では、３つの周波数はすべて、１キロヘルツ〜１００キロヘルツの範囲内である。一例では、第１および第３の周波数は同じであり、第２の周波数は異なっている。一例では、第１の振幅および第３の振幅は、４ボルトのピーク・トゥ・ピーク〜１０ボルトのピーク・トゥ・ピークの範囲内である。一例では、第１の電流および第３の電流は、１ミリアンペア〜１２ミリアンペアの範囲内である。当業者は、周波数、振幅および電流のさまざまな組合せが神経伝導ブロックを発生させることができることを理解する。神経伝導ブロックは、たとえば、運動神経ブロック、感覚神経ブロック、自律神経ブロックなどであってもよい。神経伝導ブロックは、斜頸、神経腫の痛み、しゃっくり、脳性麻痺、筋ジストロフィ、卒中などの症候を治療するために適用されてもよい。神経伝導ブロックは、たとえば、胸鎖乳突ブロック、正中神経ブロック、横隔神経ブロック、被変調痙縮ブロックなどであってもよい。
【００３９】
方法１１００は、開ループ制御装置から受信した制御信号に少なくとも部分的に基づいて、第１のＨＦＡＣ、第２のＨＦＡＣおよび／または第３のＨＦＡＣを選択的に印加するように制御されてもよい。制御信号は、たとえばスイッチから受信されてもよい。同様に、方法１１００は、閉ループ制御装置から受信した制御信号に少なくとも部分的に基づいて、第１のＨＦＡＣ、第２のＨＦＡＣおよび／または第３のＨＦＡＣを選択的に印加するように制御されてもよい。閉ループ制御装置は、たとえばセンサであってもよい。方法１１００はまた、開ループ装置および／または閉ループ装置からの入力に基づいて、ＨＦＡＣの周波数、電圧および電流を選択的に変更するように制御されてもよい。
【００４０】
異なる例では、第１のＨＦＡＣ、第２のＨＦＡＣおよび／または第３のＨＦＡＣは、最初は電荷に対して平衡がとれていなくてもよい。したがって、方法１１００は、最初は平衡がとれていないＨＦＡＣの電荷をある期間にわたって平衡させるステップを含んでいてもよい。一例では、方法１１００は、電荷が平衡されている間、時間が経つにつれて、平衡がとれていないＨＦＡＣの振幅を変化させるステップを含んでいてもよい。
【００４１】
図１２は、ＨＦＡＣ神経伝導ブロックに関連する方法１２００を示す。方法１２００は、１２１０において、最初に直流（ＤＣ）を神経の軸索に印加するステップを含む。このＤＣは、軸索において神経ブロックを発生させるのに十分でない第１のＤＣ振幅を有する。方法１２００は、次いで、１２２０において、ある期間にわたって第１のＤＣ振幅を増加させるステップに進む。第１のＤＣ振幅は、軸索において神経ブロックを発生させるのに十分な第２のＤＣ振幅に増加する。
【００４２】
方法１２００は、次いで、１２３０において、ＨＦＡＣを軸索に印加するステップに進む。ＨＦＡＣは、ＨＦＡＣ振幅、ＨＦＡＣ周波数およびＨＦＡＣ電流を有する。周波数、振幅および電流の組合せは、軸索において神経伝導ブロックを発生させるように設計される。なお、ＨＦＡＣは、ＤＣが所望のレベルに増加した後に印加される。方法１２００は、次いで、１２４０において、ある期間にわたって第２のＤＣ振幅を第３のＤＣ振幅に減少させるステップに進む。第３のＤＣ振幅を有するＤＣは、軸索において神経ブロックを発生させるのに十分でない。したがって、方法１２００は、ブロッキング電極に近位または遠位で神経中に見られる初動活動を低減させる順序でＤＣおよびＨＦＡＣの組合せを提供する。
【００４３】
一例では、ＤＣオフセットピークは、ＨＦＡＣ振幅の５％〜１５％の間である。一例では、ＤＣが増加して次いで減少する第１の期間および第２の期間は、まとめて８０ミリ秒未満となる。別の例では、第１の期間は１００ミリ秒〜２００ミリ秒の間であり、第２の期間は１００ミリ秒〜２００ミリ秒の間である。
【００４４】
図１３は、ＨＦＡＣ神経伝導ブロックに関連する装置１３００を示す。装置１３００は、電極１３１０と、電極に接続された波形発生器１３２０とを含む。装置１３００はまた、コントローラ１３３０を含む。コントローラ１３３０は、波形発生器１３２０を制御して、方法１１００（図１１）および／または方法１２００（図１２）に関連して記載したようにＤＣおよび／またはＨＦＡＣを印加するためのものである。一例では、装置１３００は、コントローラ１３３０および／または波形発生器１３２０を選択的に制御するためにスイッチ１３４０を含んでいてもよい。別の例では、装置１３００は、コントローラ１３３０および／または波形発生器１３２０を選択的に制御するためにセンサ１３５０を含んでいてもよい。一例では、電極１３１０は５つのノードを有していてもよい。５つのノードは、ＨＦＡＣを印加するための２つの内側ノードの組と、ＤＣを印加するための３つの外側ノードの組とを含んでいてもよい。
【００４５】
「一実施例」、「実施例」、「一例」、「例」などへの言及は、そのように記載された実施例または例が特定の特徴、構造、特質、特性、要素、または限定を含んでいてもよいことを示すが、すべての実施例または例が必ずしもその特定の特徴、構造、特質、特性、要素、または限定を含んでいるわけではないことを示している。さらに、「一実施例では」という語句を繰返し用いることは、そうであるかもしれないが、必ずしも同じ実施例を指しているわけではない。
【００４６】
例示的なシステム、方法などは例を説明することによって示され、例は相当詳細に記載されてきたが、添付の特許請求の範囲をこのような詳細に制限するまたは何らかの形で限定することは出願人の意図するところではない。もちろん、本明細書に記載されるシステム、方法などを説明する目的で、構成要素または方法論のあらゆる考えられる組合せを説明することは不可能である。したがって、この発明は、示され記載される具体的な詳細、代表的な装置および例示的な例に限定されるものではない。よって、本願は、添付の特許請求の範囲内に含まれる変更、修正および変形を包含するよう意図されている。
【００４７】
詳細な説明または特許請求の範囲において「または」という用語が利用される限り（たとえば、ＡまたはＢ）、「ＡまたはＢまたはその両方」を意味するよう意図されている。出願人が「ＡまたはＢのみであるが両方ではない」ことを示そうとするときには、「ＡまたはＢのみであるが両方ではない」という用語が利用される。よって、本明細書における「または」という用語の使用は包括的な使用であり、排他的な使用ではない。ブライアン・Ａ・ガーナー（Bryan A. Garner）による「現代法律用法辞典（A Dictionary of Modern Legal Usage）」の６２４（第２版、１９９５年)を参照されたい。
【００４８】
「Ａ、ＢおよびＣのうちの１つまたはそれ以上」という語句が本明細書において利用される限り（たとえば、Ａ、ＢおよびＣのうちの１つまたはそれ以上を格納するように構成されたデータ記憶装置）、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、ＡＢＣ、ＡＡＡ、ＡＡＢ、ＡＡＢＢ、ＡＡＢＢＣ、ＡＡＢＢＣＣなどの可能性の組を伝えるよう意図されている（たとえば、データ記憶装置は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、ＡおよびＢおよびＣ、ＡおよびＡおよびＡ、ＡおよびＡおよびＢ、ＡおよびＡおよびＢおよびＢ、ＡおよびＡおよびＢおよびＢおよびＣ、ＡおよびＡおよびＢおよびＢおよびＣおよびＣなど）。Ａのうちの１つ、Ｂのうちの１つ、およびＣのうちの１つを必要とすることは意図されない。出願人が「Ａのうちの少なくとも１つ、Ｂのうちの少なくとも１つ、およびＣのうちの少なくとも１つ」を示そうとするときには、「Ａのうちの少なくとも１つ、Ｂのうちの少なくとも１つ、およびＣのうちの少なくとも１つ」という表現が利用される。
【符号の説明】
【００４９】
２０，３０，４０，５０，１３００  装置、２２，３２，４６，６０，１３１０  電極、２４，３４，４４，５２，１３３０  コントローラ、２６  神経、３６  信号装置、４２，５４，１３５０  センサ、５６  筋肉、５８  信号発生器、１３２０  波形発生器、１３４０  スイッチ。
【図１】
2014054567.tif 000003
【図２】
2014054567.tif 000004
【図３】
2014054567.tif 000005
【図４】
2014054567.tif 000006
【図５】
2014054567.tif 000007
【図６】
2014054567.tif 000008
【図７】
2014054567.tif 000009
【図８】
2014054567.tif 000010
【図９】
2014054567.tif 000011
【図１０】
2014054567.tif 000012
【図１１】
2014054567.tif 000013
【図１２】
2014054567.tif 000014
【図１３】
2014054567.tif 000015