(57)【要約】本発明は、脳刺激、特に深部脳刺激のために電極を目標点に位置決めする装置に関する。この装置は、本発明により、少なくとも１つの電極（２）及び少なくとも１つのセンサ（３）を有する絶縁増幅器（１）を備え、特に制御ユニット（４）を有する構成で構成されている。この制御ユニット（４）は、電極（２）及びセンサ（３）の信号を設定し、刺激の入力を電極（２）を通じて制御し、特に好ましくは、刺激が、光学経路に対して電気的に絶縁して制御される。脳刺激用の目標位置を特に精確にかつ迅速に発見することが、本発明の装置によって可能である。この場合、この発見は、客観的なパラメータにしたがって実施される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脳刺激のために電極を目標位置に位置決めする装置において、
この装置は、少なくとも１つの電極（２）を有する絶縁増幅器（１）及び少なくとも１つのセンサ（３）を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
センサ（３）は、ＥＥＧ頭皮電極，大脳皮質電極，深部電極，脳電極，抹消電極，筋肉電極又はこれらのセンサ（３）のうちの少なくとも２つのセンサ（３）の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
絶縁増幅器（１）は、評価ユニット（４）に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
評価ユニット（４）は、一変数及び二変数又は多変数のデータ処理部を有することを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
装置は、データ視覚化手段を任意に使用できることを特徴とする請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
装置は、制御ユニット（４，４ａ）を任意に使用でき、この制御ユニット（４，４ａ）は、電極（２）を通じて刺激を生成することを可能にすることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
装置は、電極（２）による刺激から電気的に絶縁する接続手段（５）を任意に使用できる請求項３〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
電気接続手段（５）は、信号を電極に伝達する光学送信器及び光学受信器を有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
装置は、絶縁増幅器の過制御を阻止する手段を任意に使用できることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
絶縁増幅器（１）の過制御を阻止する手段は、リレー又はトランジスタ又は電子フィルタ（９）であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
電極（２）及びセンサ（３）の少なくとも一部が、構造部材に内蔵されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
装置は、医療で使用されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳刺激、特に深部脳刺激のために電極を目標点に位置決めする装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば無動，硬直及び振戦のような神経医学の病気の症状は、脳の空間的に極限された領域の異常によって引き起こされる。この症状は、脳刺激、例えば深部脳刺激によって抑えられるか又は消される。刺激を実施するためには、刺激の位置が刺激パラメータに加えて重要である。
【０００３】
脳領域は、従来の技術では例えば核磁気共鳴断層撮影又はコンピュータ断層撮影によって大雑把に位置決めされる。この方法の精度は、脳の解剖学的構造の自然な変化性によって及び物理的な限界条件に基づく方法の限定された分解能によって制限されている。異常に関与するニューロン郡は、ＮＭＲ断層撮影又はＣＴ断層撮影で位置決めされた領域に比べて小さいことがある。それ故に、この方法で得られた情報に基づいて目標点をより正確に決定することがさらに必要である。
【０００４】
例えばBenabid A.L., Pollak P., Gervason C., Hoffmann D., Gao D.M., Hommel M., Perret J.E. De Rougemont J. (1991): "Long-term suppression of tremor by chronic stimulation of the ventral intermediate thalamic nucleous" The Lancet 337, 403-406の論文で開示されている公知の方法によれば、症状の影響、例えば振戦の程度，運動障害及び神経医学の無動が、各刺激位置に対して検査される。そのため、１本の電極が、脳内に挿入される。この電極は、約１mmの最小間隔で往復運動する。刺激が、この電極によってそれぞれの位置で実施される。この特定の点に対する刺激時に、症状に対する刺激の影響が、神経医学的に検査される。この場合、患者は、その患者が刺激の程度に応じて回復を知覚したかどうかを記すことが要求される。しかしながら、患者の質問によって得られた結果が、非常に主観的に評価され、客観的なパラメータが得られない。
【０００５】
刊行物Journal of Neuroscience 20 (2000) 7766-7775 の表題"High frequency Synchronization of Neuronal Activity in the Subthalamic Nucleus of Parkinsonian Patients with Limb Tremor", Levy R., Hutchison W.D., Lozano A.M., Dostrovsky J.O. 著から公知である別の方法の場合、脳のそれぞれの中心領域に固有の目標領域内の放電パターンが、電子生理学又は電子生理学から派生した神経医学によってマイクロ電極線を用いて検出される。この場合、放電に固有の周波数及び／又はパターンにしたがって検査される。これらの周波数及び／又はパターンは、脳の特定の中心領域に関連する。しかしながらこの方法では、大雑把な特徴の検査結果しか得られない。この大雑把な特徴の場合、機能障害との関係が存在するかどうかが最終的に明確にされ得ない。この方法では、検出されたニューロン放電の機能的な意義に関する情報が得られない。これらの操作は、３時間程度長くなる。
【０００６】
これらの従来の技術により公知の方法は、時間と人力がかかりかつ客観的なデータが得られない。振幅による刺激の結果しか分析されない。さらに脳の微小領域が電極を挿入することによって傷付けられる。このことは、対応する位置が塞がるまで刺激及び無意識な活動に対する反応を特定の期間これらの脳領域内で変化させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、最適な目標点が脳内で迅速にかつ特に客観的に算定され得る装置を提供することにある。これらの目標点の位置の発見を簡単にしなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１の上位概念から出発して請求項１の特徴部分に記載の特徴によって解決される。
【０００９】
脳内の最適な目標点を迅速に決定することが、本発明の装置によって可能である。この装置は、特に脳内の目標位置と機能障害との間の関係を確立することを可能にする。
【００１０】
本発明の好適なその他の構成は、従属請求項に記載されている。
【００１１】
図中には、本発明の装置の回路が示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図1 中に示された本発明の装置は、絶縁増幅器（１）を有する。少なくとも１つの電極（２）及び生理学的な測定信号を検出するセンサ（３）が、絶縁増幅器（１）に接続されている。さらにこの絶縁増幅器は、信号を処理し制御するユニット（４）に接続されている。このユニットは、刺激用の光学センサ（５）に接続されている。この光学センサ（５）は、光ファイバ（６）を通じて光学受信器（７）に接続されている。この光学受信器（７）は、信号を生成する刺激ユニット（８）に接続されている。信号生成用のこの刺激器（８）は、電極（２）に接続されている。リレー（９）又はトランジスタが、絶縁増幅器（１）内の電極（２）入力領域に存在する。
【００１３】
本発明の装置は、基本的に３つの異なる動作に基づいて作動し得る：
−電極（２）が、神経医学的な活動、例えば特定の領域の電位（ＬＦＰ）を測定する。この場合、
ａ）目標領域の刺激なしに、又は、
ｂ）目標領域の刺激を伴って、又は、
ｃ）刺激領域を断続的に刺激して動作される。
−センサ（３）は、電子生理学的な特徴を測定する。この特徴は、電極（２）を通じて伝わる、例えばその他の脳領域のニューロン活動，末梢性の振戦又は心拍数，呼吸数，血行，血圧，血気のようなニューロン活動と機能的な関係にある。
【００１４】
ｂ）の場合、刺激が、マクロ電極又はマイクロ電極（２）を通じて発生する。これらの電極は、ニューロン活動も伝える。
【００１５】
脳領域内の放電及び脳領域内のニューロン活動に関連する生理学的な特徴の双方が、装置によって本発明にしたがって測定される。そのため、脳内の電極（２）を通じて記録される信号が、絶縁増幅器（１）に伝えられ、センサ（３）の信号と共にセットされる。
【００１６】
センサ（３）としては、例えば筋肉活動や心拍数を測定する大脳皮質電極，ＥＥＧ頭皮電極，深部電極，脳電極，抹消電極又は加速度計又は呼吸数を測定するサーミスタのグループから構成された例えば少なくとも１つの要素が使用され得る。２つ又は多数の同様な電極の種類も使用され得る。
【００１７】
したがって、脳の目標点内のニューロン活動と別の部位又は脳の別の位置の活動との間の相関関係を二変数又は多変数のデータ分析によって、例えば位相同期又はコヒーレントの分析によって確認することが本発明にしたがって可能である。一番簡単な場合、１つの測定信号を脳から少なくとも１本の電極（２）を通じて受信し、本発明にしたがってセンサ（３）を通じて記録された少なくとも１つの測定信号と共にセットすることが、絶縁増幅器（１）によって可能である。１つの電位差が、この電極の端部で測定され得る。上述した場合ａ）によるこの簡単な実施形では、リレー又はトランジスタ（９）が不要になる。
【００１８】
電極（２）は、少なくとも２本の導線である。電位差が、これらの導線の端部で測定され得るか又は印加され得る。別の実施形では、電極２を２本より多い個別導線から構成してもよい。これらの導線は、測定信号を生成するために又は脳内の刺激のために使用され得る。例えば４本の導線を導体ケーブル内に格納してもよい。この場合、電位差が、異なる端部間で印加され得るか又は測定され得る。これによって、検査又は刺激する目標領域の大きさを変えることができる。電極を構成する導線の本数が、電極に接続されている脳内に挿入すべきケーブルの厚さだけによって制限されている。その結果、脳物質がほとんど損傷されない。市販されている電極は、４本の導線を有するものの、５本，６本又は多数の導線を有してもよく，また３本の導線を有してもよい。
【００１９】
電極（２）が２本より多い導線を有する場合、これらの導線の少なくとも２本の導線をセンサ（３）として機能させてもよい。その結果、電極（２）及びセンサ（３）が１つの構造部材に統合されている実施形が、この特別な場合に存在する。この構造部材のほかに、電極（２）なしに構造的に統合したセンサ（３）がさらに存在し得る。
【００２０】
本発明の好適な実施形では、自然発生的な脳信号−すなわち場合ａ）による先行する刺激なしの信号−だけが評価されるのではなくて、場合ｂ）のような電極を通じた刺激によって引き起こされた信号も評価される。さらに、絶縁増幅器  （１）によって受信された電極（２）及びセンサ（３）の信号が、信号処理及び制御のためにユニット（４）に対して出力される。
【００２１】
別の好適な実施形ｃ）では、方法ａ）及び方法ｂ）が交互に実施される。この方法に対して設けられている装置は、電極（２），絶縁増幅器（１）及びセンサ（３）に加えて信号を処理し制御する制御装置（４）を有する。この制御装置  （４）は、信号を生成する刺激器（８）を有する電気接続された送信器（５）に接続されている。この実施形の場合、同様にリレー又はトランジスタ（９）が、絶縁増幅器（１）の前方に接続されている。この実施形の場合、この装置は、刺激器（８）を選択的に又はプリプログラミングして切り換える手段を有する。
【００２２】
例えば"Detection of n:m Phase Locking from Noisy Data: Application to Magnetoencephalography" von P. Tass, et.al. in Physical Review Letters, 81,3291 (1998)中に記されているように、信号を処理し制御するユニット（４）は、一変数及び二変数データ処理して周波数特性及び相互作用（例えば、コヒーレント，位相同期及び方向性）を明らかにする手段を有する。
【００２３】
さらにこの装置は、特にデータを視覚化する手段を有し、特にデータ保護部をさらに有する。さらに本発明の装置は、参照データバンクを有する。この参照データバンクは、脳領域を記録した刺激応答及び／又は記録した自然発生的なニューロン放電パターンによって確認するために適している。参照データバンクを例えば制御部（４）内に組み込んでもよい。信号処理及び制御は、別の装置４，４ａ（４ａは図示せず）で実行してもよい。処理されたデータは、刺激用の光学送信器（５）に対して再出力される。この光学送信器（５）は、光ファイバ（６）を通じて光学受信器を制御する。制御信号が、方法ｂ）及びｃ）で光学受信器内に光学的に入力することによって、電極（２）の刺激制御が、電気的に絶縁されて実行される。このことは、ノイズ信号が信号を処理し制御するユニット（４）から電極（２）内に入ることが阻止されることを意味する。さらに刺激用の光学送信器（５）から出発して、リレー回路（１）が、光学受信器（７）によって制御される。同様にこのことは、ノイズ信号が入ることを阻止する。この場合、この電気的な絶縁は、必ずしも制御信号の光学的な入力によって実施する必要はなく、むしろその他の代わりの制御を使用してもよい。例えばこれらの制御は、例えば検査を妨害しない超音波帯域内の音響入力でもよい。ノイズのない制御を、例えば適切なアナログ式のフィルタ又はデジタル式のフィルタを利用して実現してもよい。絶縁増幅器が過制御することなしに、リレー回路又はトランジスタは、ニューロン活動が各刺激の直後に再測定され得ることを保証する。例えばフォトセルが、光学受信器（７）として考えられる。この光学受信器は、刺激用の光学送信器（５）によって入力される信号を刺激器（８）及びリレー（１）に対して再出力する。次いで、得られた刺激が、刺激器（８）によって電極（２）を通じて脳内の電位目標領域に対して出力される。刺激器（８）によって目標領域内に到達する電気パルスが、脳内で応答を引き起こす。この応答は、電極（２）によって同様にリレーを通じて絶縁増幅器（１）に対して再出力される。この絶縁増幅器（１）は、これらの脳信号をセンサ（３）に測定される生理学的な特徴と比較する。したがって、測定された脳領域の関連性とこれに関連する生理学的な応答との間の直接的な相関関係が確認され得る。
【００２４】
本発明の装置を使用する場合、特に以下の質問が検査される。
１．病理学的で律動的な活動が目標位置に存在するか？存在する場合は、この律動的な活動の機能的な意義が以下の方法で検査される：
２．この活動が、筋肉活動又はその他の能領域内の活動に位相同期するか又はコヒーレントであるか（その他の深部電極又は大脳皮質電極又はＥＥＧ頭皮電極による測定）？
３．両測定信号間の相互作用の方向性はどうか？深部電極のＬＦＰ（局部領域の電位）が抹消の筋肉活動を促すのか又は抹消の筋肉活動が深部電極のＬＦＰを起こすのか？これによって、深部領域が抹消の振戦の発生源であるかどうか、又は、自己受容器的なフィードバック、すなわち例えば筋肉及び腱の機能状態の応答が目標領域内で検出されるかどうかが決定される。
４．「自然発生的な」、すなわち刺激なしに得られた信号の検査に加えて、さらに（例えば、目標領域及び筋肉活動の）応答が、基準化された試験に基づいて客観的に検査され分類される。この場合、一方では目標領域及び他方では目標領域と別の脳領域との間又は目標領域と抹消の筋肉活動との間の相互作用がどのように変化するかが、刺激（例えば、短い高周波刺激（＞100Hz ），振戦周波数の帯域内のパルス周波数を有する周期パルス）に関する基準化されたデータによって検査される。脳領域を分類又は機能的に確認するため、結果が、特に参照データバンクとオンラインで比較される。
【００２５】
本発明の装置は、医療で、特に神経科医及び精神医学で使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の装置の好適な構成のブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  絶縁増幅器
２  電極
３  センサ
４  制御装置
５  光学送信器
６  光ファイバ
７  光学受信器
８  刺激器
９  リレー
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年5月5日(2004.5.5)
【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】
少なくとも２本の導線を有する少なくとも１つの電極（２）を備え、電位差がこれらの導線の端部で測定され得、そして少なくとも１つのセンサ（３）を備える脳刺激のために電極を目標点に位置決めする装置において、
この装置は、評価ユニット（４）を有し、この評価ユニット（４）は、絶縁増幅器（１）に接続されていて、かつ一変数及び多変数のデータ処理部を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
センサ（３）は、ＥＥＧ頭皮電極，大脳皮質電極，深部電極，脳電極，抹消電極，筋肉電極又はこれらのセンサ（３）のうちの少なくとも２つのセンサ（３）の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
評価装置（４）は、データを視覚化する手段を任意に使用できることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
評価ユニット（４）は、制御ユニット（８）に接続されていて、この制御ユニット（８）は、電極（２）を通じて刺激を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
評価ユニット（４）は、電極（２）による刺激から電気的に絶縁された接続手段（５）に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
電気接続手段（５）は、信号を電極に伝達する光学送信器及び光学受信器を有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
評価ユニット（４）は、絶縁増幅器の過制御を阻止する手段に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
絶縁増幅器（１）の過制御を阻止する手段は、リレー又はトランジスタ又は電子フィルタ（９）であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
電極（２）及びセンサ（３）の少なくとも一部が、構造部材に内蔵されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
装置は、多変数のデータ処理部を有する評価ユニット（４）を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
装置は、医療で、特に神経科医及び精神医学で使用されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【国際調査報告】
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