(57)【要約】      （修正有）【課題】患者の所定の神経または神経束の電気活性の所定の変調によって障害が軽減できる患者の障害の治療・制御に適した神経刺激装置等の埋込み可能な医療装置を作動するための装置及び方法を提供する。【解決手段】神経刺激装置１０は、作動されると、プログラム可能な電気波形を生成するように応答する刺激ジェネレータと、その刺激ジェネレータに電気的に接続され、迷走神経等の患者の所定神経に波形を与える電極アレーとを備える。神経刺激装置は更に、神経の電気活性の所定の変調を生成するために所定の神経を刺激するように選択されたパラメータ値を有する波形を提供するようにプログラムされるように構成されている。神経刺激装置は、刺激ジェネレータを選択的に作動するために手動または自動的に生成される患者が開始した信号に応答するように構成されている。【選択図】  図２
2006043467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の激しい混乱した運動を特徴とする発作として現れる障害を治療する神経刺激装置であり、
患者の所定の神経に印加すべき治療用のプログラムされた電気刺激を生成するための信号ジェネレータを備え、障害を治療するための所定の治療を実施するために作動される時に動作する埋込み可能な電子手段と、
患者の所定の神経に対して治療用の上記刺激を送るために上記信号ジェネレータに接続可能な埋込み可能な送り手段と、
作動手段と
を備え、
上記作動手段が、運動センサ手段及び選択手段を備えており、
運動センサ手段及び選択手段は、患者の運動を検出して、当該運動が患者の正常な肉体運動の特徴を示しているかまたは発作に関係する激しい混乱した型の特徴を示しているかを選択的に判定し、当該運動が発作に関係する激しい混乱した型の特徴を示している場合のみ、上記電子手段を自動的に作動させて、上記送り手段が上記信号ジェネレータに接続されているときには患者の上記所定の神経に対して治療用の上記刺激を送って、障害を治療する
ことを特徴とする神経刺激装置。
【請求項２】
上記選択手段は、運動の激しさを測定する検出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項３】
上記運動センサ手段は、患者による運動の周波数を示す電気信号を生成し、上記検出手段は、電気信号を所定の周波数帯に制限する電気信号フィルタを備えることを特徴とする請求項２に記載の神経刺激装置。
【請求項４】
上記運動センサ手段は、患者の運動に応答した電気コンタクトのオン・オフの周波数を示す電気信号を生成し、上記検出手段は、運動の所定の間隔の間に生じたコンタクトの数を確認するカウンタを備えることを特徴とする請求項２に記載の神経刺激装置。
【請求項５】
上記埋込み可能な電子手段がハウジングを有し、上記作動手段が、このハウジング内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項６】
障害を治療するための所定の治療を実施するために作動される時に動作する埋込み可能な電子手段と、
患者の体の所定区域に対して上記の治療を送るために電子手段に接続された埋込み可能な送り手段と、
電子手段を作動するために患者によって開始された信号に応答して、上記電子手段に接続されている時、体の所定区域に対して上記送り手段によって治療を送り、それによって障害を治療する作動手段と
を備え、
上記作動手段が、可聴周波数及び超音波周波数の一方の範囲内の信号を生成する手動信号手段を内蔵する腕輪を備えることを特徴とする医療装置。
【請求項７】
上記腕輪はさらに、上記電子手段を自動的に作動させる信号を生成するために、治療する障害の生理的徴候に応答するセンサ手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の医療装置。
【請求項８】
上記埋込み可能な電子手段がハウジングを有し、上記作動手段はさらに、上記ハウジング内に配置された受信手段を備え、当該受信手段は、上記センサ手段によって生成された信号に応答して、当該信号が、正常反応の類似した生理的徴候とは異なる治療中の障害の生理的徴候を示すものであるかどうかを確認し、その障害の生理的徴候のみに応答するように上記電子手段の作動を制限することを特徴とする請求項７に記載の医療装置。
【請求項９】
患者の体外に設けられて、上記検出手段によって生成される信号を受ける受信手段の感度を選択的に調節する手段をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の医療装置。
【請求項１０】
患者の所定の神経または神経束の電気活性の所定の変調による緩和が可能な患者の障害を治療及び制御する神経刺激装置であり、
作動された時、プログラム可能な電気波形を生成するように応答する、埋込み可能な刺激ジェネレータと、
上記波形を患者の所定の神経に送るために、上記刺激ジェネレータに電気的に接続可能に構成された埋込み可能な電極アレーと、
上記刺激ジェネレータを選択的に作動させるために、手動及び／又は自動で生成されて患者から発せられた信号に応答する作動手段と
を備え、
上記刺激ジェネレータが、所定の神経または神経束を刺激して、その電気活性を変調するために、上記波形を所定のパラメータ値でプログラミング可能であり、
上記作動手段が、
患者が治療中の障害の徴候または開始を感知したときに、手動で生成された信号に応答して、上記刺激ジェネレータの作動を起動する信号を生成する手段と、
障害の明白な徴候により自動的に生成された信号に応答して、当該自動的に生成された信号が、治療中の障害の症状の出現を本当に表していることを確認した後のみ、上記刺激ジェネレータの作動を起動する信号を生成する手段と
を備えることを特徴とする神経刺激装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、患者の所定の神経または神経束に変調電気信号を加えて精神障害、神経障害または病的障害を治療・制御する神経刺激装置等の埋込み型バッテリ作動医療装置を作動するための技術及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
癲癇や各種の不随意運動障害の治療のために迷走神経を生理学的に外部から電気的に刺激することは、下記の特許文献１に開示されている。埋込み可能なニューロサイバネティックプロテーゼ（Neuro-cybernetic prosthesis)(ＮＣＰ）は、ＮＣＰジェネレータの外部電流を、脳の神経網に作用する特定の抑制神経群の電気化学的特性に合わせるニューロサイバネティクススペクトル識別法を用いている。抑制神経は、他の神経束内に埋め込まれており、そして、ＮＣＰを脳神経放電の促進状態に合わせることにより直接または間接的に選択的に活性化されて、痙攣または発作を制御する。この米国特許のスペクトル識別の解析法では、活性化したい神経の電気化学的特性に基づいてＮＣＰのパルスジェネレータの一定の電気パラメータを選択する。
【特許文献１】ザバラ(J.Zabara)の米国特許第4,702,254号
【０００３】
改良された埋込み可能な神経刺激装置が、本出願と同じ譲渡人に譲渡された下記の特許文献２に開示されている。特許文献２の開示内容は、ここに引用して本明細書に組み入れる。便宜上、特許文献２に記載された型の神経刺激装置の刺激ジェネレータのブロック図を図１に示し、埋込み型の装置の位置の詳細及び組み合わされたリード／電極装置を図２に示した。埋め込まれた装置は、非同期シリアル通信によって患者の身体の外部のプログラマ及び／またはモニタと通信する。
【特許文献２】リース  エス．テリー，ジュニア(Reese S. Terry, Jr.)らの米国特許第5,154,172号
【０００４】
刺激ジェネレータ10は、患者の体内に外科手術によって胸の皮膚の直ぐ下に形成されたポケット内に埋め込まれる（図２）。ハウジング21は、密封され、患者の体液及び組織と生物学的適合する材料で作られている。この神経刺激装置には更に、患者の迷走神経27等の選択した神経に刺激ジェネレータの出力信号を加えるためのリード装置22を有する埋込み可能な刺激電極25（以下で詳細に説明）が含まれる。患者の体外の構成要素には、刺激ジェネレータに対してパラメータの変更を遠隔操作し且つ刺激ジェネレータからの信号をモニタするためのプログラミングワンド33と、パラメータを調節し、ジェネレータ、プログラミングワンド及びコンピュータの間の通信を制御するためのソフトウェアが組み込まれたコンピュータ35とが含まれる。
【０００５】
刺激ジェネレータは、電圧調節器13の入力に接続された端子を有するリチウムチオニルクロライドセル等の電池12を有する。電圧調節器13は電池の出力を平滑化して、論理・制御部15へ電力を供給する。この論理・制御部15は、マイクロプロセッサを備え、刺激ジェネレータによって生成される出力パルスの電流または電圧、周波数、パルス幅、オン時間及びオフ時間等、装置のプログラム可能な関数を制御する。これらがプログラム可能であることによって出力パルス信号を選択的に加えることができ、それによって、障害に適用される治療方法を実現するために迷走神経の電気的活性を変調することができる。刺激ジェネレータの論理及び制御関数のタイミング信号は、水晶発振器16から供給される。磁気的に作動されるリードスイッチ14により、患者は装置を動作させることができる。
【０００６】
組み込みアンテナ17によって、埋め込まれた刺激ジェネレータと外部電子部品（プログラミング装置、モニタ装置の両方を含む）との間の通信が可能であり、装置はパラメータ変更用のプログラミング信号を受信でき、プログラミングワンドからそしてプログラミングワンドへの遠隔測定制御情報を送信することができる。上記システムが一旦プログラムされると、外部コンピュータとプログラミングワンドを用いて（医師が）再プログラムするまで、プログラムされた設定で装置は連続的に作動する。
【０００７】
障害の治療のために埋め込まれた電池作動式装置ではエネルギーを節約することが重要である。そのため、パワーダウン回路18は、リードスイッチ14と論理／制御回路15とに電気的に接続されており、水晶発振器16からクロックパルスでタイミングをとり、論理／制御部15のマイクロプロセッサおよび／または発振器への電力を、装置が実質的に睡眠状態になるがしかし命令がきた時には迅速に作動する程度まで、低下させる。パワーダウンモードすなわち睡眠状態は、そのプログラムされた刺激出力信号を生成するように装置が動作状態に置かれた後は、時間を合わせた間隔で自動的に始められる。また、マイクロプロセッサが、患者による装置の手動の作動によって動作状態に置かれるまで、減少パワー状態にあるようにしてもよい。
【０００８】
刺激ジェネレータ10の論理・制御部15は、プログラムされた信号レベルを生成する出力部19を制御する。出力部19のプログラムされた出力信号は、ジェネレータケース（ハウジング）上の電気コネクタ20を介して、その先端が刺激電極に接続されたリード装置22に供給される（図２）。埋め込まれた装置の刺激信号のパラメータは、患者の必要性に応じて遠隔操作(プログラミングワンド33を介して)によって較正され、刺激ジェネレータを作動して治療を行うようにマイクロプロセッサにプログラムされる。
【０００９】
図２は、患者の胸部のジェネレータ10と患者の頸部に埋め込まれた神経電極アレー25と組み合わされたリード22の配置を図示したものである。このリードの基端部はハウジング21のコネクタ20に接続されている。電極アレー25は例えば下記の特許文献３に記載の形式のバイポーラ刺激電極である。
【特許文献３】ブッララ(Bullara)の米国特許第4,573,481号
【００１０】
特許文献１に記載の埋込み型ＮＣＰまたは特許文献２に記載の神経刺激装置は、手動または自動で動作状態に置かれて、発作期間中治療を行う。手動の場合、患者は、発作が始まると、埋込み位置の上に磁石を置いて、リードスイッチを作動させることによって装置を動作させることができる。自動の場合には、発作の直前または発作が生じた時に、或る種の状態パラメータ（ＥＥＧ）の瞬間的変化を検出して起動される。また、埋め込まれた装置を周期的に動作させて、発作の発生を減らしおよび／または発作程度を小さくする予防または防止法として用いることもできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の主な目的は、埋込み型神経刺激装置の手動または自動による作動技術の改良を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、埋め込み装置のすぐ近傍の外部に磁石を置くことによって埋め込み装置を手動で作動させるために単に患者が持ち運ぶ磁石を提供したり、内部的に発生する周期的な目覚めによって自動的に作動する装置を使用するよりもむしろ、装置を作動させるための外部制御用の他のすなわち付加的な技術を使用することが望ましいことを認識した。手動作動の現在の技術の欠点は、例えば、患者が癲癇の発作などのような治療すべき障害が始まったことを感じた時に、迅速に磁石をとることが困難な場合がある。一方、ＥＥＧ電極等の特殊なセンサは、複雑で極めて高度な埋め込み処置を必要とする。
【００１３】
本発明によると、患者の所定の神経または神経束の刺激による障害の治療装置は、埋込み型の刺激ジェネレータと電極アレーとその付属リードの他に、患者によって開始された信号に応答して、刺激ジェネレータを作動させ（動作状態に置き）または場合によっては不作動にする（不動作状態に置く）作動手段を備える。本発明の１つの特徴によると、神経刺激装置は、患者が埋込み位置上の皮膚を軽く叩くタッピング(tapping)に応答して、「オン」状態に作動されるように使用される。実際、タッピングは、ジェネレータハウジングで容易に検出できる振動または圧力を生じさせる。様々な型のセンサが、この目的のため装置に内蔵できる。
【００１４】
１実施例では、センサは、装置のハウジングの内側面に、好ましくは埋込み後皮膚の下に位置するハウジングの外側面のすぐ裏側に接着されたまたはしっかりと取りつけられた加速度計または圧電素子（セラミックまたはプラスチック）である。そのような素子は、ハウジングの振動またはハウジングにかかる圧力の変化を検出し、従って、患者による軽いタッピングが検知され、検知信号が装置を作動するために使用される。
【００１５】
別の実施例では、タッピングの特定のコード化パターンまたはコード化シーケンスを認識するようにプログラミングし、例えば、装置が現在その刺激状態にある時、コード化シーケンスは、装置を不作動する（オフにする）か、または、出力パルスの振幅及び／または周波数を大きくするかまたは小さくするために使用できる。その代わりとして、または、付加的に、この特徴によれば、刺激が干渉する恐れがある活動を患者が実行しようとする時、患者のタッピングシーケンスを認識して、予めプログラムされた時間だけ刺激を遅らせることができるので、有効である。従って、患者は、装置の動作に対して、医師が患者に合わせて決定した範囲の限られた制御を行うことができる。
【００１６】
患者によって開始された信号による装置の自動作動は、本発明によれば、治療すべき特定の障害の始まりまたは発作を示す患者による活動を検出することによって実施される。従って、例えば、切迫した癲癇発作は、埋込み型検知（例えばＥＥＧ）電極、埋込み型脳インピーダンス測定電極を使用する電気測定または末端神経または脊髄の電気活性測定によって検出されるが、付加的な埋込み外科手術を必要としない自動作動のためのより単純な技術は、ある種の発作の特徴である患者の激しい運動を検出することである。また、この目的のため、振動センサまたは加速度計が使用される。しかしながら、センサの感度は、個々の患者の発作の特徴によく合わせることができるようにプログラミング等によって変更可能でなければならない。発作が検出され、装置が作動して、素早い治療を与える共に、反面、患者の正常な運動が装置による神経刺激を開始させるに十分なほど感度が高くないことが望ましい。
【００１７】
或る種の発作の特徴である激しい運動活性を検出する信頼性の向上は、センサを患者の手足に、好ましくは、患者の手首に装着する腕輪に配置することによって実現される。別の手動作動は、患者自身が発作の前兆または開始を感知した時、埋め込み型装置の電気作動のために簡単に押し下げることができる押しボタンを備えることによって実施される。この場合、手動作動または自動作動は、埋込み型神経刺激装置内に回路によって検出されるための音響信号または超音波信号を送信する腕輪内の超小型ジェネレータによって起動される。１実施例では、信号は、増幅及び帯域フィルタリングをした後、ハウジング内の圧電装置によって検出される。
【００１８】
ここでは、また、好ましくは腕輪の内部に配置されているセンサは、加速度計、振動センサ、または患者の手首が動いたときに水銀球が内部ジャケットの回りに位置する電気コンタクトを電気接続する水銀球センサ等の接触型センサである。接触型センサの場合、オン・オフ数は、運動の速度と激しさを示す。
【００１９】
従って、本発明の目的は、神経刺激による障害の治療の必要を示す患者によって開始された信号に応答して、埋込み型神経刺激装置の手動作動及び自動作動の手段を提供することにある。
本発明のまた別の目的は、癲癇発作に応答して、治療するために、患者の体内に埋め込まれた神経刺激装置を作動する、障害の単純な指標を検出することに適した装置を提供することにある。
【実施例】
【００２０】
本発明の上記の目的、特徴、利点及びその他の目的、特徴、利点は、添付図面を参照して行う下記の好ましい実施例及びその方法の詳細な説明から明らかになろう。
【００２１】
図３を参照すると、患者により手動で作動される神経刺激装置の実施例は、一対の導電層52、53の間に挟まれて固定された弗化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ、商標「キナール(Kynar)」で販売)またはセラミックの層の形の圧電センサ50を備える。圧電センサは、装置が埋め込まれた後、患者の皮膚のすぐ下になる外側面の反対側に位置する、刺激ジェネレータのハウジング21の内側面に接着されている。埋め込み処置により、ハウジングの外側面と患者の組織との間に良好な接触を形成することが望ましい。手動による作動を可能にするこの実施例の全構成要素は、刺激ジェネレータのハウジング内に配置されている。
【００２２】
導電層52、53に各々接続された一対の導電リード55、56は更に、外部からプログラム可能な感度を有するセンサ回路58の入力端子に接続されている。センサ回路をさらに詳細に図４に図示した。埋め込まれたハウジングの上にある皮膚を患者の指でタッピングすることによって作用する層50に対する物理的な力の結果として生成する圧電センサの電気出力は、リード55、56を介してセンサ回路58に入力される。この信号は、センサ回路内の電荷増幅器60に入力され、増幅器の出力は帯域フィルタ62に入力される。帯域フィルタは、約50〜200ヘルツ(Hz)の範囲内の信号周波数を通す。フィルタ62からの出力信号は、検出器63の予め選択された閾値レベルを越える入力信号に応答して出力を生成するようになされた検出回路63に出力される。センサ回路58の感度は、外部プログラマを使用して、増幅器60の利得及び／または検出器63の閾値レベルを適切にプログラミングすることによって変更できる。
【００２３】
センサ回路58は、刺激ジェネレータを手動で作動させるための患者自身のタッピング以外の発生源（例えば、患者の通常の生理的活動）から、ハウジング及び圧電センサに与えられる無関係な振動に装置が応答しないように確実にするためのものである。この選択性は、センサ回路58の出力信号（ＴＡＰ）が入力されるタイミング及び状態回路65（図３）によって強化される。このタイミング及び状態回路65は更に、刺激ジェネレータの論理・制御部内の、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）68が付属するマイクロプロセッサ67から命令を受ける。
【００２４】
図５のフローチャートを参照して、タイミング及び状態回路65の動作を説明する。図５のフローチャートによるタイミング及び状態回路の機能を実現する回路及び／またはソフトウェアの形成は、多数のよく知られている方法によって実現できる。タイミング及び状態回路は、実質的にタッピングシーケンスが始まるのを準備状態69で待つ、５つの状態を有する状態装置である。準備状態の間、シーケンスにおけるタッピングの回数を数えるために使用されるカウンタは、クリアされた状態に保持される。単純にシーケンスにおける最後のタッピングからの時間を数える別のカウンタもまたクリアされて保持される。
【００２５】
タッピングが検出されると、状態装置を待ち状態70に変化させる。時間カウンタが作動始める。この状態は、タッピングの検出を“デバウンシング”するように作用し、それは、一つ一つのタッピングが単一のイベントとして検出される機会を向上させる。例えば、時間カウンタで100ミリ秒が過ぎると、状態装置はインクメリント状態71に入る。この状態で、タッピングカウンタはインリクメントされ、１つのタッピングの検出を記録する。３つの異なる状態の何れかが起こると、この状態を去る。
【００２６】
他の２つの出口状態のどちらかの前にタッピングが起きると、タッピングの間の時間をカウントしているカウンタはクリアにされ（リセット一時停止72)、次いで、機械は、再度待ち状態70に入る。インクリメントから出る他の２つの状態は、タッピングの最大可能カウントの検出と、例えば、約1.5秒の値にセットされた一時停止期間の経過である。この期間の間、さらにタッピングが検出されないと、タッピングシーケンスは終了したものとする。その２つの出口状態のどちらか起きると、論理・制御部でマイクロプロセッサの割り込みまたはフラッグを立てる処理（状態73)が起きる。
【００２７】
マイクロプロセッサは、シーケンスにおけるタッピングの回数（すなわち、最後にリセットされた時からのタッピングの回数）を読出し、その数のタッピングシーケンスによって示される命令で作用する。新しい命令を受ける準備がされている時、マイクロプロセッサは状態装置を準備状態69にリセットする。
【００２８】
大部分の基本的な命令は単にカウントされたタッピングの数によって示される。タッピングが１回のカウントは、例えば、起こり得る事故として処理され、無視される。一方、２回または３回のタッピングシーケンスは、論理・制御部内でマイクロプロセッサによる出力部からのプログラムされた信号の連続出力をトリガするために使用される。４回または５回のタッピングシーケンスは、例えば、実行中の信号の連続出力をオフにするために使用される。また、７回のタッピングシーケンスは、例えば24時間の間装置を作動停止にするように、装置を無期限に作動停止するために使用できる。
【００２９】
より複雑な命令セットは、装置内のリードスイッチを作動させるために外部磁石を付加して使用することによって展開できる。例えば、リードスイッチが連続的に閉じている間起きるタッピングシーケンスを使用して、要求されるリプログラミングの型をエンコードすることができる。奇数の計数はどれも無視され、一方、２の計数は振幅を所定の値だけ小さくすることを示すために使用され、４の計数は周波数を所定のパーセンテージ大きくすることを示すために使用される。これらの変更は、直ぐに実施される。または、これらの変更は、所望ならば、特定の時間内にリードスイッチを閉じることなく、タッピングシーケンスからなる入力を形成することによって、さらに工夫して、遅延することができる。
【００３０】
このようにして、埋め込まれた装置は、容易に作動され、制御され、場合によっては、埋め込まれた装置の上にある皮膚を軽くタッピングするシーケンスを加えることによって患者がリプログラミングすることさえできる。より複雑な命令のためにタッピングと組み合わせて磁石を使用する必要がない限り、神経刺激装置を作動するための使用される磁石または他のじゃまになる装置を持ち運んだり、または、そのために必要とされる時磁石を配置する必要は全くない。また、埋め込まれた装置は、異なるコードパターンまたは患者によるタッピングシーケンスを認識するように容易にプログラムされ、それによって、現在刺激モードにある時は装置をオフにするようなことができ、または、刺激の強さ及び／または周波数を大きくしたり、小さくしたり、あるいは、選択した時間の間刺激の開始を遅延させることができる。
【００３１】
発作が激しい運動を生じさせ、神経刺激によって発作を治療できる癲癇または他の障害の患者の場合における自動作動にも有効である、埋め込み型神経刺激装置の患者による簡単な手動作動のための別の実施例が図６に示されている。作動電子機器の一部が、患者が手首につける腕輪の内部に内蔵されている。腕輪は、２つの理由のために手首に付けられるのが好ましい。１つは、神経刺激装置の手動作動のため患者が容易にアクセスことができることである。もう１つは、患者が激しい運動発作に苦しんでいる場合には、運動検出装置は患者の手足に装着されている方が、自動作動のためには信頼性が高いことである。
【００３２】
図６の実施例では、腕輪75（一点鎖線で図示）は、プッシュボタンスイッチ76、運動検出装置78、検出論理回路80及びゲート化発振器回路81を備える。それらの電子部品は、半導体集積回路内に微細化された形で容易に製造される。装置の電源は、従来の時計用電池型の電池でよく、好ましくは、腕輪の内部に容易に収まる寸法と容量を備えるリチウム電池である。プッシュボタンスイッチを押し下げることによって手動でトリガされるか、または運動検出装置によって生成された信号によって自動的にトリガされると、検出論理回路80は、入力信号が埋め込まれた神経刺激装置を作動する必要を示していることを判定する。次に、検出論理回路は、例えば、図７に図示したように、繰り返し周波数（周波数）が約10キロヘルツ(10KHz)のパルス列が約50ミリ秒(ms)持続してそのあとでオフ期間が50ms続いて、パルス列のサイクルが100msとなる一連のパルス列を生成するゲート化された発振器にイネーブル入力を与える。
【００３３】
図８に詳細に図示された検出論理回路を参照すると、そのような動作は、図１０の“Ｘアウト・オブＹ”検出器からの論理『真』のレベルの形で、運動検出装置78から出力される運動検出、または、図１１の回路からの閾値検出（その両方を詳細に後述する）、あるいは、腕輪上の作動プッシュボタン76を手動で閉じることによって、起動される。これらは、フリップフロップ83をリセットする。そして、フリップフロップ83は、ゲート発振器81を作動し、更に、別の時間カウンタ84のカウントを開始する。250msの経過時間間隔を示す計数のように、そのカウントがオーバーフローすると、フリップフロップ83がリセットされ、ゲート発振器はオフになる。
【００３４】
神経刺激装置を作動するために、ゲート発振器出力波は、好ましくは、可聴周波数または超音波周波数のどちらかである。手首の腕輪の場合は、この出力は図６に示すような一般的な型のセラミッック圧電変換器82に入力される。変換器は、腕輪の内側面上にあり、患者の手首の皮膚に良好に接触する。その目的は、生成した音響信号を変換器を介して直接腕に結合することにある。従って、音響信号は、直接手足の塊を介して胴内に伝搬し、埋め込み型刺激装置のケースの内側表面に固定さた変換器（図示せず）に受けられる。信号は、刺激ジェネレータケース内の同調増幅器を使用して検出可能なレベルまで増大させることもできる。正当性のキーを提供する、２つの「オフ」フェイズによって分けられた３つの「オン」フェイズで、特徴的な50msオン／50msオフのパターンが検出され、ノイズ免疫性を最大にすることができる。
【００３５】
同調増幅器は、最高周波数（例えば、10KHz)の近傍または最高周波数に中心がある高いＱのフィルタとして作動する。受信装置は、正確な繰り返し周波数（ここでは、10Hz、すなわち、10KHzのパルスからなるバーストが10Hzの速度で繰り返される)で交互のオン及びオフ期間を探すように構成されている。これらの安全装置は、神経刺激装置が、偽の信号によってではなく、適切な信号によってのみ作動するか、または、そうでなければ、制御される(刺激の強さまたは周波数を大きくするか、装置を不作動にするか、または、刺激を遅延する)ことを確実にするためのものである。
【００３６】
運動センサは、患者による運動を自動的に検出するために腕輪の内部に備えられている。検出装置78の運動センサ部は、加速度計か振動センサ等の知られている型のものならばどれでもよいが、好ましくは、図９の主な部分に図示したような接触型センサである。患者の手首が運動をうける時、水銀球等の導電性球は、他の電気絶縁ジャケットを中心に配置された互いに近接する電気コンタクトの間に電気接続を形成する。接触型センサでは、接触のオン・オフ及び特定の配置の数は、手首の位置での患者の運動の速度と激しさを示す。
【００３７】
各々、そのような接触型センサの内部の上から見た図及び側面図である図９(a)及び(b)に図示したように、回転式水銀球86が移動するジャケット88の電気的に絶縁された壁（床）85は、互いに間隔をあけた電気コンタクト柱またはピン（電極）87で被覆されている。ピン間の間隔は、床の表面上にある球86の幅より僅かに小さく、従って、球が近接する電極に接触すると、それらの電極は短絡される。図９(a)に黒い円で示したように、ピンは１つおきにアースされており、他のものは検出するために使用される。
【００３８】
患者の手首の運動によって、球86は表面85の周りを運動し、進行して、隣接する対のピン87に短絡する。各センサピンは、受動的に、正の電圧に引き上げられる。センサ出力は、運動検出装置の処理部として図１０に図示したもののような“Ｘアウト・オブＹ”検出装置に入力される。
【００３９】
図１０の回路は、下記のように動作する。参照番号93等の各ピンに接続されたフリップフロップ95は、最後のサンプリング時の入力状態を記憶する。排他的ＯＲ回路96は、記憶された値を現在の値と比較し、その２つの値が異なると、論理『真』の出力を生成する。ピンモニタ回路の全ての出力は、セット／リセットフリップフロップ100のセット入力において、ＯＲゲート98によって一緒にＯＲ演算される。このフリップフロップがリセットされていない時、いずれかのピンの論理状態が変化すると、状態変化の存在が記憶される。各クロック期間101(例えば、公称では、40ms）毎に、この情報はレジスタ102にシフトされる。そのレジスタは、最後のＮ個のクロック期間の各々の入力状態遷移の存在を示すビットを有する。シフトレジスタの並列出力は、“Ｘアウト・オブＹ”検出器105によってモニタされ、十分に高いパーセンテージ（Ｙビットの内のＸビット）が状態変化を示す時、作動を起動する型の運動が検出されたという認識を構成する。
【００４０】
セット／リセットフリップフロップ100の論理レベルをレジスタ102内にシフトする同じクロック端は、最後の値を記憶するフリップフロップ95に入力ピンの現在の状態を記憶させる。このクロック端で始まるクロックの位相は、セット／リセットフリップフロップを零レベルにリセットする。このクロック位相は、好ましくは、装置が状態の変化に反応する時間の割合を最大にするように、逆の位相より短い。
【００４１】
激しい運動が起きると、導電性球は周囲を転がり、ピン対にむしろランダムに接触する。運動が激しいほど、異なるピンが影響される時間の割合も高くなり、所定のサンプリング間隔中にピン状態遷移が検出される確率が高くなる。これは、“Ｘアウト・オブＹ”検出器がイベントを検出する確率を大きくする。
【００４２】
“Ｘアウト・オブＹ”検出器は、ハードウェアでもソフトウェアでも実現できる。ハードウェアで実現する場合では、シフトレジスタの長さはＹ＋１である。最初のＹビットの“１”の数の現在のカウント値が、累算器及び加算器を使用して保持される。新しい状態がシフトレジスタに入力されるたびに、最も古いビットと比較が行われる。レジスタ内の最も古いビットが最も新しいビットと同じである時、累算器の値は変化しないままである。最も古いビットが異なる時、累算器はインクリメントされるか（最も新しいビットが１であり、最も古いビットが０である）、または、デクリメントされる（最も新しいビットが０であり、最も古いビット１である）。累算器が閾値に達すると、その時、発作の検出が宣言され、刺激ジェネレータが作動して、その治療を行う。
【００４３】
加速度計を使用して運動を検出する場合、図１１に示すような閾値検出装置が、刺激ジェネレータの作動を起動するために、運動検出装置の処理部として使用される。図１１(a)は、運動を探知するために１次元加速度計（上記の水銀球接触センサではない）の使用の例を示す。この場合、加速信号は、フィルタ112で帯域フィルタリングされ、次に、検出器113によって閾値が検出される。検出器113による閾値検出の直前で、包絡線検波、続いて、低域フィルタリングによる信号処理機能により、付加的な利点を得ることができる。
【００４４】
閾値検出を含む３次元運動探知のより理想的なケースは、図１１(b)の回路に図示されている。直交加速度計120、121及び122からの信号は、帯域フィルタリングされ、整流され、結合され、その結合結果が閾値検出されて、刺激ジェネレータの作動（またはより選択的な出力）を起動しなければならない型の、腕輪に作用する力のより実際的な指示を与えることができる。より大きい精度が必要な時でさえ、３つの加速信号の平方の合計の平方根を計算する処理によってその指示を与えることができる。
【００４５】
運動検出装置は少なくとも一部分が患者の体外で実現されるように示した。それは、ある種の発作に関する激しい運動の検出の信頼性をより高くするために好ましい。しかし、運動検出装置は、埋め込み型刺激ジェネレータのハウジング内に内蔵されることも、または、それ自体を別のケース内に収容して、患者の体内に埋め込むこともできる。
【００４６】
ここでは、埋込み型神経刺激装置の手動作動または自動作動のための好ましい実施例及び方法について説明したが、上記の説明から、本発明の精神及び範囲内でこれらの実施例及び方法の変更及び修正が可能であることは本発明の技術分野の当業者には明らかであすう。例えば、本発明の原理は、他の埋込み可能な医療装置にも少なくとも幾つかの点で適用できる。従って、本発明は、請求の範囲及び応用される法の規則及び原則によってのみ限定されるものとする。
【００４７】
本明細書の説明及び請求の範囲で、「患者によって開始された信号」または「患者が開始した信号」とは、患者の一部または患者が装着する手段（磁石等の別個の装置の要求とは異なる）によって患者が手動で生成した信号、または、患者による障害の外部発現（ＥＥＧ変化等の内部パラメータとは反対）の結果として自動的に生じる信号を意味するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】は、上記の埋め込み可能な神経刺激装置（刺激ジェネレータ部）の簡単なブロック図であり、
【図２】は、上記したように患者の体内に埋め込まれた図１の神経刺激装置及びその付属構成要素の簡単な構成図であり、
【図３】は、本発明による刺激ジェネレータを手動で作動するための、刺激ジェネレータハウジング内に内蔵された回路の実施例の簡単なブロック図であり、
【図４】は、図３の実施例のセンサ回路のさらに詳細なブロック図であり、
【図５】は、図３の実施例の部分の動作を説明するためのフローチャートであり、
【図６】は、埋め込まれた神経刺激装置を手動または自動で作動するためのセンサ装置の別の実施例の簡単なブロック図であり、
【図７】は、図６の回路の部分によって生成されるパルスの波形であり、
【図８】は、図６の回路で使用される検出論理回路の１実施例であり、
【図９】は、図６の回路で使用される運動センサの１実施例であり、
【図１０】は、図６の回路で運動検出装置部として使用される検出装置の１実施例の簡単なブロック図であり、
【図１１】は、図６の回路で検出装置部として使用される検出装置の別の実施例の簡単なブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
10    刺激ジェネレータ
13    電圧調節器
14    リードスイッチ
15    論理・制御部
16    水晶発振器
20    電気コネクタ
21    ハウジング
22    リード装置
25    埋込み可能な刺激電極
27    患者の迷走神経
33    プログラミングワンド
35    コンピュータ
【図１】
2006043467.tif 000003
【図２】
2006043467.tif 000004
【図３】
2006043467.tif 000005
【図４】
2006043467.tif 000006
【図５】
2006043467.tif 000007
【図６】
2006043467.tif 000008
【図７】
2006043467.tif 000009
【図８】
2006043467.tif 000010
【図９】
2006043467.tif 000011
【図１０】
2006043467.tif 000012
【図１１】
2006043467.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月6日(2005.9.6)
【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】
患者の激しい混乱した運動を特徴とする発作として現れる障害を治療する神経刺激装置であり、
患者の所定の神経に印加すべき治療用のプログラムされた電気刺激を生成するための信号ジェネレータを備え、障害を治療するための所定の治療を実施するために起動された時に動作する埋込み可能な電子手段と、
患者の上記所定の神経に対して治療用の上記電気刺激を与えるために上記信号ジェネレータに接続可能な埋込み可能な電極手段と、
作動手段と
を備え、
上記作動手段が、運動センサ手段を備えており、
上記運動センサ手段は、患者の運動を検出して、当該運動が患者の正常な肉体運動の特徴を示しているかまたは発作に関係する激しい混乱した型の特徴を示しているかを選択的に判定し、当該運動が発作に関係する激しい混乱した型の特徴を示している場合のみ、上記電子手段を自動的に起動させて、上記電極手段が上記信号ジェネレータに接続されているときには患者の上記所定の神経に対して治療用の上記電気刺激を与えて、障害を治療する
ことを特徴とする神経刺激装置。
【請求項２】
上記作動手段は、運動の激しさを測定する検出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項３】
上記運動センサ手段は、患者による運動の周波数を示す電気信号を生成し、上記作動手段は、電気信号を所定の周波数帯に制限する電気信号フィルタを備えることを特徴とする請求項２に記載の神経刺激装置。
【請求項４】
上記運動センサ手段は、患者の運動に応答した電気コンタクトのオン・オフの周波数を示す電気信号を生成し、上記作動手段は、運動の所定の間隔の間に生じたコンタクトの数を確認するカウンタを備えることを特徴とする請求項２に記載の神経刺激装置。
【請求項５】
上記埋込み可能な電子手段がハウジングを有し、上記作動手段が、このハウジング内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項６】
障害を治療するための所定の治療を実施するために起動された時に動作する埋込み可能な電子手段と、
患者の体の所定区域に対して上記所定の治療を実施するために上記電子手段に接続可能な埋込み可能な電極手段と、
上記電子手段を起動するために患者によって発せられた信号に応答して、上記電極手段が上記電子手段に接続されている時、患者の体の所定区域に対して上記電極手段によって治療を実施し、それによって障害を治療する作動手段と
を備え、
上記作動手段が、可聴周波数及び超音波周波数の一方の範囲内の信号を生成する手動信号手段を内蔵する腕輪を備えることを特徴とする医療装置。
【請求項７】
上記腕輪はさらに、上記電子手段を自動的に起動させる信号を生成するために、治療する障害の生理的徴候に応答するセンサ手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の医療装置。
【請求項８】
上記埋込み可能な電子手段がハウジングを有し、上記作動手段はさらに、上記ハウジング内に配置された受信手段を備え、当該受信手段は、上記センサ手段によって生成された信号に応答して、当該信号が、正常反応の類似した生理的徴候とは異なる治療中の障害の生理的徴候を示すものであるかどうかを確認し、その障害の生理的徴候のみに応答するように上記電子手段の起動を制限することを特徴とする請求項７に記載の医療装置。
【請求項９】
患者の体外に設けられて、上記検出手段によって生成される信号を受ける受信手段の感度を選択的に調節する手段をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の医療装置。
【請求項１０】
患者の所定の神経または神経束の電気活性の所定の変調による緩和が可能な患者の障害を治療及び制御する神経刺激装置であり、
起動された時、プログラム可能な電気波形を生成するように応答する、埋込み可能な刺激ジェネレータと、
上記電気波形を患者の所定の神経に印加するために、上記刺激ジェネレータに電気的に接続可能に構成された埋込み可能な電極アレーと、
上記刺激ジェネレータを選択的に起動させるために、手動及び／又は自動で生成されて患者から発せられた信号に応答する作動手段と
を備え、
上記刺激ジェネレータが、所定の神経または神経束を刺激して、その電気活性を変調するために、上記電気波形を所定のパラメータ値でプログラミング可能であり、
上記作動手段が、
患者が治療中の障害の徴候または開始を感知したときに、手動で生成された信号に応答して、上記刺激ジェネレータの作動を起動する信号を生成する手段と、
障害の明白な徴候により自動的に生成された信号に応答して、当該自動的に生成された信号が、治療中の障害の症状の出現を本当に表していることを確認した後のみ、上記刺激ジェネレータの作動を起動する信号を生成する手段と
を備えることを特徴とする神経刺激装置。
【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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、患者の所定の神経または神経束に変調電気信号を加えて精神障害、神経障害または病的障害を治療・制御する神経刺激装置等の埋込み型バッテリ動作式医療装置を起動するための技術及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
癲癇や各種の不随意運動障害の治療のために迷走神経を生理学的に外部から電気的に刺激することは、下記の特許文献１に開示されている。埋込み可能なニューロサイバネティックプロテーゼ（Neuro-cybernetic prosthesis)(ＮＣＰ）は、ＮＣＰジェネレータの外部電流を、脳の神経網に作用する特定の抑制神経群の電気化学的特性に合わせるニューロサイバネティクススペクトル識別法を用いている。抑制神経は、他の神経束内に埋め込まれており、そして、ＮＣＰを脳神経放電の促進状態に合わせることにより直接または間接的に選択的に活性化されて、痙攣または発作を制御する。この米国特許のスペクトル識別の解析法では、活性化したい神経の電気化学的特性に基づいてＮＣＰのパルスジェネレータの一定の電気パラメータを選択する。
【特許文献１】ザバラ(J.Zabara)の米国特許第4,702,254号
【０００３】
改良された埋込み可能な神経刺激装置が、本出願と同じ譲渡人に譲渡された下記の特許文献２に開示されている。特許文献２の開示内容は、ここに引用して本明細書に組み入れる。便宜上、特許文献２に記載された型の神経刺激装置の刺激ジェネレータのブロック図を図１に示し、埋込み型の装置の位置の詳細及び組み合わされたリード／電極装置を図２に示した。埋め込まれた装置は、非同期シリアル通信によって患者の身体の外部のプログラマ及び／またはモニタと通信する。
【特許文献２】リース  エス．テリー，ジュニア(Reese S. Terry, Jr.)らの米国特許第5,154,172号
【０００４】
刺激ジェネレータ10は、患者の体内に外科手術によって胸の皮膚の直ぐ下に形成されたポケット内に埋め込まれる（図２）。ハウジング21は、密封され、患者の体液及び組織と生物学的に適合する材料で作られている。この神経刺激装置には更に、患者の迷走神経27等の選択した神経に刺激ジェネレータの出力信号を加えるためのリード装置22を有する埋込み可能な刺激電極25（以下で詳細に説明）が含まれる。患者の体外の構成要素には、刺激ジェネレータに対してパラメータの変更を遠隔操作し且つ刺激ジェネレータからの信号をモニタするためのプログラミングワンド33と、パラメータを調節し、ジェネレータ、プログラミングワンド及びコンピュータの間の通信を制御するためのソフトウェアが組み込まれたコンピュータ35とが含まれる。
【０００５】
刺激ジェネレータは、電圧調節器13の入力に接続された端子を有するリチウムチオニルクロライドセル等の電池12を有する。電圧調節器13は電池の出力を平滑化して、論理・制御部15へ電力を供給する。この論理・制御部15は、マイクロプロセッサを備え、刺激ジェネレータによって生成される出力パルスの電流または電圧、周波数、パルス幅、オン時間及びオフ時間等、装置のプログラム可能な関数を制御する。これらがプログラム可能であることによって出力パルス信号を選択的に加えることができ、それによって、障害に適用される治療方法を実現するために迷走神経の電気的活性を変調することができる。刺激ジェネレータの論理及び制御関数のタイミング信号は、水晶発振器16から供給される。磁気的に操作されるリードスイッチ14により、患者は装置を動作させることができる。
【０００６】
組み込みアンテナ17によって、埋め込まれた刺激ジェネレータと外部電子部品（プログラミング装置、モニタ装置の両方を含む）との間の通信が可能であり、装置はパラメータ変更用のプログラミング信号を受信でき、プログラミングワンドからそしてプログラミングワンドへの情報を送信することができる。上記システムが一旦プログラムされると、外部コンピュータとプログラミングワンドを用いて（医師が）再プログラムするまで、プログラムされた設定で装置は連続的に動作する。
【０００７】
障害の治療のために埋め込まれた電池作動式装置ではエネルギーを節約することが重要である。そのため、パワーダウン回路18は、リードスイッチ14と論理／制御回路15とに電気的に接続されており、水晶発振器16からクロックパルスでタイミングをとり、論理／制御部15のマイクロプロセッサおよび／または発振器への電力を、装置が実質的にスリープ状態になるがしかし命令がきた時には迅速に作動する程度まで、低下させる。パワーダウンモードすなわちスリープ状態は、そのプログラムされた刺激出力信号を生成するように装置が動作状態に置かれた後は、所定の間隔で自動的に始められる。また、マイクロプロセッサが、患者による装置の手動起動によって動作状態に置かれるまで、減少パワー状態にあるようにしてもよい。
【０００８】
刺激ジェネレータ10の論理・制御部15は、プログラムされた信号レベルを生成する出力部19を制御する。出力部19のプログラムされた出力信号は、ジェネレータケース（ハウジング）上の電気コネクタ20を介して、その先端が刺激電極に接続されたリード装置22に供給される（図２）。埋め込まれた装置の刺激信号のパラメータは、患者の必要性に応じて遠隔操作(プログラミングワンド33を介して)によって較正され、刺激ジェネレータを作動して治療を行うようにマイクロプロセッサにプログラムされる。
【０００９】
図２は、患者の胸部のジェネレータ10と患者の頸部に埋め込まれた神経電極アレー25と組み合わされたリード22の配置を図示したものである。このリードの基端部はハウジング21のコネクタ20に接続されている。電極アレー25は例えば下記の特許文献３に記載の形式のバイポーラ刺激電極である。
【特許文献３】ブッララ(Bullara)の米国特許第4,573,481号
【００１０】
特許文献１に記載の埋込み型ＮＣＰまたは特許文献２に記載の神経刺激装置は、手動または自動で動作状態に置かれて、発作期間中治療を行う。手動の場合、患者は、発作が始まると、埋込み位置の上に磁石を置いて、リードスイッチを操作することによって装置を起動させることができる。自動の場合には、発作の直前または発作が生じた時に、或る種の状態パラメータ（ＥＥＧ）の瞬間的変化を検出して起動される。また、埋め込まれた装置を周期的に動作させて、発作の発生を減らしおよび／または発作程度を小さくする予防または防止法として用いることもできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の主な目的は、埋込み型神経刺激装置の手動または自動による起動技術の改良を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、埋め込み装置のすぐ近傍の外部に磁石を置くことによって埋め込み装置を手動で起動させるために単に患者が持ち運ぶ磁石を提供したり、内部的に発生する周期的な目覚めによって自動的に起動する装置を使用するよりもむしろ、装置を起動させるための外部制御用の他のすなわち付加的な技術を使用することが望ましいことを認識した。手動起動の現在の技術の欠点は、例えば、患者が癲癇の発作などのような治療すべき障害が始まったことを感じた時に、迅速に磁石をとることが困難な場合がある。一方、ＥＥＧ電極等の特殊なセンサは、複雑で極めて高度な埋め込み処置を必要とする。
【００１３】
本発明によると、患者の所定の神経または神経束の刺激による障害の治療装置は、埋込み型の刺激ジェネレータと電極アレーとその付属リードの他に、患者によって発せられた信号に応答して、刺激ジェネレータを起動させ（動作状態に置き）または場合によっては不作動にする（不動作状態に置く）起動手段を備える。本発明の１つの特徴によると、神経刺激装置は、患者が埋込み位置上の皮膚を軽く叩くタッピング(tapping)に応答して、「オン」状態にされる。実際、タッピングは、ジェネレータハウジングで容易に検出できる振動または圧力を生じさせる。様々な型のセンサが、この目的のため装置に内蔵できる。
【００１４】
１実施例では、センサは、装置のハウジングの内側面に、好ましくは埋込み後皮膚の下に位置するハウジングの外側面のすぐ裏側に接着されたまたはしっかりと取りつけられた加速度計または圧電素子（セラミックまたはプラスチック）である。そのような素子は、ハウジングの振動またはハウジングにかかる圧力の変化を検出し、従って、患者による軽いタッピングが検知され、検知信号が装置を起動するために使用される。
【００１５】
別の実施例では、タッピングの特定のコード化パターンまたはコード化シーケンスを認識するようにプログラミングし、例えば、装置が現在その刺激状態にある時、コード化シーケンスは、装置を不作動する（オフにする）か、または、出力パルスの振幅及び／または周波数を大きくするかまたは小さくするために使用できる。その代わりとして、または、付加的に、この特徴によれば、刺激が干渉する恐れがある活動を患者が実行しようとする時、患者のタッピングシーケンスを認識して、予めプログラムされた時間だけ刺激を遅らせることができるので、有効である。従って、患者は、装置の動作に対して、医師が患者に合わせて決定した範囲内の限られた制御を行うことができる。
【００１６】
患者によって発せられた信号による医療装置の自動起動は、本発明によれば、治療すべき特定の障害の始まりまたは発作を示す患者による活動を検出することによって実施される。従って、例えば、切迫した癲癇発作は、埋込み型検知（例えばＥＥＧ）電極、埋込み型脳インピーダンス測定電極を使用する電気測定または末端神経または脊髄の電気活性測定によって検出されるが、付加的な埋込み外科手術を必要としない自動起動のためのより単純な技術は、ある種の発作の特徴である患者の激しい運動を検出することである。また、この目的のため、振動センサまたは加速度計が使用される。しかしながら、センサの感度は、個々の患者の発作の特徴によく合わせることができるようにプログラミング等によって変更可能でなければならない。発作が検出され、医療装置が起動して、素早い治療を与える共に、反面、患者の正常な運動が装置による神経刺激を開始させるほど感度が高くないことが望ましい。
【００１７】
或る種の発作の特徴である激しい運動活性を検出する信頼性の向上は、センサを患者の手足に、好ましくは、患者の手首に装着する腕輪に配置することによって実現される。別の手動起動は、患者自身が発作の前兆または開始を感知した時、埋め込み型装置を電気的に作動させるために簡単に押し下げることができる押しボタンを備えることによって実施される。この場合、手動起動または自動起動は、埋込み型神経刺激装置内の回路によって検出されるための音響信号または超音波信号を送信する腕輪内の超小型ジェネレータによってなされる。１実施例では、信号は、増幅及び帯域フィルタリングをした後、ハウジング内の圧電装置によって検出される。
【００１８】
ここでは、また、好ましくは腕輪の内部に配置されているセンサは、加速度計、振動センサ、または患者の手首が動いたときに水銀球が内部ジャケットの回りに位置する電気コンタクトを電気接続する水銀球センサ等の接触型センサである。接触型センサの場合、オン・オフ数は、運動の速度と激しさを示す。
【００１９】
従って、本発明の目的は、神経刺激による障害の治療の必要を示す患者によって発せられた信号に応答して、埋込み型神経刺激装置の手動起動及び自動起動の手段を提供することにある。
本発明のまた別の目的は、癲癇発作に応答して、治療するために、患者の体内に埋め込まれた神経刺激装置を起動する、障害の単純な指標を検出することに適した装置を提供することにある。
【実施例】
【００２０】
本発明の上記の目的、特徴、利点及びその他の目的、特徴、利点は、添付図面を参照して行う下記の好ましい実施例及びその方法の詳細な説明から明らかになろう。
【００２１】
図３を参照すると、患者により手動で起動される神経刺激装置の実施例は、一対の導電層52、53の間に挟まれて固定された弗化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ、商標「キナール(Kynar)」で販売)またはセラミックの層の形の圧電センサ50を備える。圧電センサは、装置が埋め込まれた後、患者の皮膚のすぐ下になる外側面の反対側に位置する、刺激ジェネレータのハウジング21の内側面に接着されている。埋め込み処置により、ハウジングの外側面と患者の組織との間に良好な接触を形成することが望ましい。手動による起動を可能にするこの実施例の全構成要素は、刺激ジェネレータのハウジング内に配置されている。
【００２２】
導電層52、53に各々接続された一対の導電リード55、56は更に、外部からプログラム可能な感度を有するセンサ回路58の入力端子に接続されている。センサ回路をさらに詳細に図４に図示した。埋め込まれたハウジングの上にある皮膚を患者の指でタッピングすることによって層50に対して作用する物理的な力の結果として生成する圧電センサの電気出力は、リード55、56を介してセンサ回路58に入力される。この信号は、センサ回路内の電荷増幅器60に入力され、増幅器の出力は帯域フィルタ62に入力される。帯域フィルタは、約50〜200ヘルツ(Hz)の範囲内の信号周波数を通す。帯域フィルタ62からの出力信号は、検出器63の予め選択された閾値レベルを越える入力信号に応答して出力を生成する検出器63に入力される。センサ回路58の感度は、外部プログラマを使用して、増幅器60の利得及び／または検出器63の閾値レベルを適切にプログラミングすることによって変更できる。
【００２３】
センサ回路58は、刺激ジェネレータを手動で起動させるための患者自身のタッピング以外の発生源（例えば、患者の通常の生理的活動）から、ハウジング及び圧電センサに与えられる無関係な振動に装置が応答しないように確実にするためのものである。この選択性は、センサ回路58の出力信号（ＴＡＰ）が入力されるタイミング及び状態回路65（図３）によって強化される。このタイミング及び状態回路65は更に、刺激ジェネレータの論理・制御部内の、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）68が付属するマイクロプロセッサ67から命令を受ける。
【００２４】
図５のフローチャートを参照して、タイミング及び状態回路65の動作を説明する。図５のフローチャートによるタイミング及び状態回路の機能を実現する回路及び／またはソフトウェアの形成は、多数のよく知られている方法によって実現できる。タイミング及び状態回路は、実質的にタッピングシーケンスが始まるのを準備段階69で待つ、図５に５つのブロックで示す５つの段階を有する状態装置である。準備段階の間、シーケンスにおけるタッピングの回数を数えるために使用されるカウンタ（タッピングカウンタ）は、クリアされた状態に保持される。単純にシーケンスにおける最後のタッピングからの時間を数える別のカウンタ（時間カウンタ）もまたクリアされて保持される。
【００２５】
タッピングが検出されると、状態装置を待ち段階70に変化させる。時間カウンタが動作し始める。この待ち段階は、タッピングの検出を“デバウンシング”するように作用し、それは、一つ一つのタッピングが単一のイベントとして検出される機会を向上させる。例えば、時間カウンタで100ミリ秒が過ぎると、状態装置はインクメリント段階71に入る。このインクメリント段階で、タッピングカウンタはインリクメントされ、１つのタッピングの検出を記録する。以下に説明する３つの異なる状態移行条件の何れかが満たされると、このインクメリント段階から次の段階に移行する。
【００２６】
後述する他の２つの状態移行条件のどちらかが満たされる前にタッピングが起きると、タッピングの間の時間をカウントしているカウンタはクリアにされ（リセット一時停止段階72)、次いで、状態装置は、再度待ち段階70に入る。インクリメント段階から出る他の２つの状態移行条件は、タッピングの最大可能カウントの検出と、例えば、約1.5秒の値にセットされた一時停止期間の経過との２つである。この期間の間、さらにタッピングが検出されないと、タッピングシーケンスは終了したものとする。その２つの状態移行条件のどちらか満たされると、論理・制御部でマイクロプロセッサの割り込みまたはフラッグを立てる処理（段階73)が起きる。
【００２７】
マイクロプロセッサは、シーケンスにおけるタッピングの回数（すなわち、最後にリセットされた時からのタッピングの回数）を読出し、その数のタッピングシーケンスによって示される命令で作用する。新しい命令を受ける準備がされている時、マイクロプロセッサは状態装置を段階状態69にリセットする。
【００２８】
大部分の基本的な命令は単にカウントされたタッピングの数によって示される。タッピングが１回のカウントは、例えば、起こり得る事故として処理され、無視される。一方、２回または３回のタッピングシーケンスは、論理・制御部内でマイクロプロセッサによる出力部からのプログラムされた信号の連続出力をトリガするために使用される。４回または５回のタッピングシーケンスは、例えば、実行中の信号の連続出力をオフにするために使用される。また、７回のタッピングシーケンスは、例えば24時間の間装置を作動停止にするように、装置を無期限に動作停止するために使用できる。
【００２９】
より複雑な命令セットは、装置内のリードスイッチを操作させるために外部磁石を付加して使用することによって展開できる。例えば、リードスイッチが連続的に閉じている間起きるタッピングシーケンスを使用して、要求されるリプログラミングの型をエンコードすることができる。奇数のカウントはどれも無視され、一方、２のカウントは振幅を所定の値だけ小さくすることを示すために使用され、４のカウントは周波数を所定のパーセンテージ大きくすることを示すために使用される。これらの変更は、直ぐに実施される。または、これらの変更は、所望ならば、特定の時間内にリードスイッチを閉じることなく、タッピングシーケンスからなる入力を形成することによって、さらに工夫して、遅延することができる。
【００３０】
このようにして、埋め込まれた装置は、容易に起動され、制御され、場合によっては、埋め込まれた装置の上にある皮膚を軽くタッピングするシーケンスを加えることによって患者がリプログラミングすることさえできる。より複雑な命令のためにタッピングと組み合わせて磁石を使用する必要がない限り、神経刺激装置を起動するための使用される磁石または他のじゃまになる装置を持ち運んだり、または、そのために必要とされる時磁石を配置する必要は全くない。また、埋め込まれた装置は、異なるコードパターンまたは患者によるタッピングシーケンスを認識するように容易にプログラムされ、それによって、現在刺激モードにある時は装置をオフにするようなことができ、または、刺激の強さ及び／または周波数を大きくしたり、小さくしたり、あるいは、選択した時間の間刺激の開始を遅延させることができる。
【００３１】
発作が激しい運動を生じさせ、神経刺激によって発作を治療できる癲癇または他の障害の患者の場合における自動起動にも有効である、埋め込み型神経刺激装置の患者による簡単な手動起動のための別の実施例が図６に示されている。起動用電子機器の一部が、患者が手首につける腕輪の内部に内蔵されている。腕輪は、２つの理由のために手首に付けられるのが好ましい。１つは、神経刺激装置の手動起動のため患者が容易にアクセスことができることである。もう１つは、患者が激しい運動発作に苦しんでいる場合には、運動検出装置は、患者の手足に装着されている方が、自動起動のためには信頼性が高いことである。
【００３２】
図６の実施例では、腕輪75（一点鎖線で図示）は、プッシュボタンスイッチ76、運動検出装置78、検出論理回路80及びゲート式発振器81を備える。それらの電子部品は、半導体集積回路内に微細化された形で容易に製造される。装置の電源は、従来の時計用電池型の電池でよく、好ましくは、腕輪の内部に容易に収まる寸法と容量を備えるリチウム電池である。プッシュボタンスイッチを押し下げることによって手動でトリガされるか、または運動検出装置によって生成された信号によって自動的にトリガされると、検出論理回路80は、その入力信号が、埋め込まれた神経刺激装置を起動する必要があることを示していることを判定する。次に、検出論理回路は、例えば、図７に図示したように、繰り返し周波数（周波数）が約10キロヘルツ(10KHz)のパルス列が約50ミリ秒(ms)持続してそのあとでオフ期間が50ms続いて、パルス列のサイクルが100msとなる一連のパルス列を生成するゲート式発振器にイネーブル入力を与える。
【００３３】
図８に詳細に図示された検出論理回路を参照すると、そのような動作は、図１０の“Ｘアウト・オブＹ”検出器からの論理『真』のレベルの形で、運動検出装置78から出力される運動検出、または、図１１の回路からの閾値検出（その両方を詳細に後述する）、あるいは、腕輪上の操作用プッシュボタン76を手動で閉じることによって、起動される。これらは、フリップフロップ83をリセットする。そして、フリップフロップ83は、ゲート式発振器81を動作させ、更に、別の時間カウンタ84のカウントを開始する。250msの経過時間間隔を示す計数のように、そのカウントがオーバーフローすると、フリップフロップ83がリセットされ、ゲート式発振器はオフになる。
【００３４】
神経刺激装置を起動するために、ゲート式発振器出力波は、好ましくは、可聴周波数または超音波周波数のどちらかである。手首の腕輪の場合は、この出力は図６に示すような一般的な型のセラミッック圧電変換器82に入力される。圧電変換器は、腕輪の内側面上にあり、患者の手首の皮膚に良好に接触する。その目的は、生成した音響信号を変換器を介して直接腕に結合することにある。従って、音響信号は、直接手足の内部を介して胴内に伝搬し、埋め込み型刺激装置のケースの内側表面に固定さた変換器（図示せず）に受けられる。信号は、刺激ジェネレータケース内の同調増幅器を使用して検出可能なレベルまで増大させることもできる。正当性のキーを提供する、２つの「オフ」フェイズによって分けられた３つの「オン」フェイズで、特徴的な50msオン／50msオフのパターンが検出され、ノイズ耐性を最大にすることができる。
【００３５】
同調増幅器は、最高周波数（例えば、10KHz)の近傍または最高周波数に中心がある高いＱのフィルタとして動作する。受信装置は、正確な繰り返し周波数（ここでは、10Hz、すなわち、10KHzのパルスからなるバーストが10Hzの速度で繰り返される)で交互のオン及びオフ期間を探すように構成されている。これらの安全装置は、神経刺激装置が、偽の信号によってではなく、適切な信号によってのみ起動するか、または、そうでなければ、制御される(刺激の強さまたは周波数を大きくするか、装置を不作動にするか、または、刺激を遅延する)ことを確実にするためのものである。
【００３６】
運動センサは、患者による運動を自動的に検出するために腕輪の内部に備えられている。検出装置78の運動センサ部は、加速度計か振動センサ等の知られている型のものならばどれでもよいが、好ましくは、図９に主要部分を図示したような接触型センサである。患者の手首が運動をうける時、水銀球等の導電性球は、他の電気絶縁ジャケットを中心に配置された互いに近接する電気コンタクトの間に電気接続を形成する。接触型センサでは、接触のオン・オフ及び特定の配置の数は、手首の位置での患者の運動の速度と激しさを示す。
【００３７】
各々、そのような接触型センサの内部の平面図及び側面図である図９(a)及び(b)に図示したように、回転式水銀球86が移動するジャケット88の電気的に絶縁された壁（床）85には、互いに間隔をあけた電気コンタクト柱またはピン（電極）87が設けられいる。ピン間の間隔は、床の表面上にある球86の幅より僅かに小さく、従って、球が近接する電極に接触すると、それらの電極は短絡される。図９(a)に黒い円で示したように、ピンは１つおきにアースされており、他のものは検出するために使用される。
【００３８】
患者の手首の運動によって、球86は表面85の周りを運動し、進行して、隣接する対のピン87に短絡する。各センサピンは、受動的に、正の電圧に引き上げられる。センサ出力は、運動検出装置の処理部として図１０に図示したもののような“Ｘアウト・オブＹ”検出装置に入力される。
【００３９】
図１０の回路は、下記のように動作する。参照番号93等の各ピンに接続されたフリップフロップ95は、最後のサンプリング時の入力状態を記憶する。排他的ＯＲ回路96は、記憶された値を現在の値と比較し、その２つの値が異なると、論理『真』の出力を生成する。ピンモニタ回路の全ての出力は、セット／リセットフリップフロップ100のセット入力において、ＯＲゲート98によって一緒にＯＲ演算される。このフリップフロップがリセットされていない時、いずれかのピンの論理状態が変化すると、状態変化の存在が記憶される。各クロック期間101(例えば、公称では、40ms）毎に、この情報はレジスタ102にシフトされる。そのレジスタは、最後のＮ個のクロック期間の各々の入力状態遷移の存在を示すビットを有する。シフトレジスタの並列出力は、“Ｘアウト・オブＹ”検出器105によってモニタされ、十分に高いパーセンテージ（Ｙビットの内のＸビット）が状態変化を示す時、それは（刺激ジェネレータを）起動すべき型の運動が検出されたという認識を構成する。
【００４０】
セット／リセットフリップフロップ100の論理レベルをレジスタ102内にシフトする同じクロック端は、最後の値を記憶するフリップフロップ95に入力ピンの現在の状態を記憶させる。このクロック端で始まるクロックの位相は、セット／リセットフリップフロップを零レベルにリセットする。このクロック位相は、好ましくは、装置が状態の変化に反応する時間の割合を最大にするように、逆の位相より短い。
【００４１】
激しい運動が起きると、導電性球は周囲を転がり、ピン対にむしろランダムに接触する。運動が激しいほど、異なるピンが影響される時間の割合も高くなり、所定のサンプリング間隔中にピン状態遷移が検出される確率が高くなる。これは、“Ｘアウト・オブＹ”検出器がイベントを検出する確率を大きくする。
【００４２】
“Ｘアウト・オブＹ”検出器は、ハードウェアでもソフトウェアでも実現できる。ハードウェアで実現する場合では、シフトレジスタの長さはＹ＋１である。最初のＹビットの“１”の数の現在のカウント値が、累算器及び加算器を使用して保持される。新しい状態がシフトレジスタに入力されるたびに、最も古いビットと比較が行われる。レジスタ内の最も古いビットが最も新しいビットと同じである時、累算器の値は変化しないままである。最も古いビットが異なる時、累算器はインクリメントされるか（最も新しいビットが１であり、最も古いビットが０である）、または、デクリメントされる（最も新しいビットが０であり、最も古いビット１である）。累算器が閾値に達すると、その時、発作の検出が宣言され、刺激ジェネレータが起動して、その治療を行う。
【００４３】
加速度計を使用して運動を検出する場合、図１１に示すような閾値検出装置が、刺激ジェネレータの動作を起動するために、運動検出装置の処理部として使用される。図１１(a)は、運動を探知するために１次元加速度計（上記の水銀球接触センサではない）の使用の例を示す。この場合、加速信号は、フィルタ112で帯域フィルタリングされ、次に、検出器113によって閾値が検出される。検出器113による閾値検出の直前で、包絡線検波、続いて、低域フィルタリングによる信号処理機能により、付加的な利点を得ることができる。
【００４４】
閾値検出を含む３次元運動探知のより理想的なケースは、図１１(b)の回路に図示されている。直交加速度計120、121及び122からの信号は、帯域フィルタリングされ、整流され、結合され、その結合結果が閾値検出されて、刺激ジェネレータの動作（またはより選択的な出力）を起動しなければならないことを表す型の、腕輪に作用する力のより実際的な指示を与えることができる。より大きい精度が必要な時でさえ、３つの加速信号の平方の合計の平方根を計算する処理によってその指示を与えることができる。
【００４５】
運動検出装置は少なくとも一部分が患者の体外で実現されるように示した。それは、ある種の発作に関する激しい運動の検出の信頼性をより高くするために好ましい。しかし、運動検出装置は、埋め込み型刺激ジェネレータのハウジング内に内蔵されることも、または、それ自体を別のケース内に収容して、患者の体内に埋め込むこともできる。
【００４６】
ここでは、埋込み型神経刺激装置の手動起動または自動起動のための好ましい実施例及び方法について説明したが、上記の説明から、本発明の精神及び範囲内でこれらの実施例及び方法の変更及び修正が可能であることは本発明の技術分野の当業者には明らかであすう。例えば、本発明の原理は、他の埋込み可能な医療装置にも少なくとも幾つかの点で適用できる。従って、本発明は、請求の範囲及び応用される法の規則及び原則によってのみ限定されるものとする。
【００４７】
本明細書の説明及び請求の範囲で、「患者によって発せられた信号」または「患者が発した信号」とは、患者の一部または患者が装着する手段（磁石等の別個の装置の要求とは異なる）によって患者が手動で生成した信号、または、患者による障害の外部発現（ＥＥＧ変化等の内部パラメータとは反対）の結果として自動的に生じる信号を意味するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】は、上記の埋め込み可能な神経刺激装置（刺激ジェネレータ部）の簡単なブロック図であり、
【図２】は、上記したように患者の体内に埋め込まれた図１の神経刺激装置及びその付属構成要素の簡単な構成図であり、
【図３】は、本発明による刺激ジェネレータを手動で起動するための、刺激ジェネレータハウジング内に内蔵された回路の実施例の簡単なブロック図であり、
【図４】は、図３の実施例のセンサ回路のさらに詳細なブロック図であり、
【図５】は、図３の実施例の部分の動作を説明するためのフローチャートであり、
【図６】は、埋め込まれた神経刺激装置を手動または自動で起動するためのセンサ装置の別の実施例の簡単なブロック図であり、
【図７】は、図６の回路の部分によって生成されるパルスの波形であり、
【図８】は、図６の回路で使用される検出論理回路の１実施例であり、
【図９】は、図６の回路で使用される運動センサの１実施例であり、
【図１０】は、図６の回路で運動検出装置部として使用される検出装置の１実施例の簡単なブロック図であり、
【図１１】は、図６の回路で検出装置部として使用される検出装置の別の実施例の簡単なブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
10    刺激ジェネレータ
13    電圧調節器
14    リードスイッチ
15    論理・制御部
16    水晶発振器
20    電気コネクタ
21    ハウジング
22    リード装置
25    埋込み可能な刺激電極
27    患者の迷走神経
33    プログラミングワンド
35    コンピュータ