(57)【要約】【解決手段】骨格筋を制御するための方法は、概して、体内で生成されかつ少なくとも第１骨格筋の制御に作用する少なくともひとつの符号化波形信号に実質的に類似する少なくともひとつの符号化波形信号を生成する工程と、第１骨格筋を制御するべく、生成した波形信号を検体に転送する工程を含む。第１波形信号は検体の神経系に転送される。本発明によれば、脊髄損傷、硬化症、脳性まひ、放射線神経ダメージ、脈拍誘導ニューロンダメージ等から生じる不随意筋の動き（例えば、痙攣及び筋肉収縮）及び筋肉の動き及び制御の部分的または全体的な損失を含むさまざまな骨格筋損傷及び障害の治療に容易かつ効果的に使用可能な骨格筋を制御するためのシステム、装置及び方法を与えることができる。【選択図】図1A
2008508031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨格筋を制御するための方法であって、
制御信号として、少なくとも第１骨格筋により認識可能な少なくとも第１波形信号を生成する工程と、
前記第１骨格筋を制御するべく、検体へ第１波形信号を転送する工程と、
から成る方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記第１波形信号は前記検体の神経系に転送されるところの方法。
【請求項３】
骨格筋を制御するための方法であって、
体内で生成されかつ少なくとも第１骨格筋の制御に作用する少なくともひとつの符号化波形信号と実質的に対応する少なくとも第１波形信号を生成する工程と、
前記第１骨格筋を制御するべく、前記第１波形信号を検体に転送する工程と、
から成る方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記第１波形信号は前記検体の神経系に転送される、ところの方法。
【請求項５】
骨格筋を制御するための方法であって、
体内で生成された複数の波形信号を捕獲する工程であって、前記波形信号は少なくとも第１骨格筋の制御に作用するところの工程と、
少なくとも第１波形信号を生成する工程であって、前記第１波形信号は捕獲された波形信号の少なくともひとつと実質的に対応し、かつ前記第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第２波形信号を含むところの工程と、
前記第１骨格筋を制御するべく、前記第２波形信号を検体に転送する工程と、
から成る方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記第２波形信号は前記検体の神経系に転送されるところの方法。
【請求項７】
骨格筋を制御するための方法であって、
体内で生成された複数の波形信号を捕獲する工程であって、前記波形信号は骨格筋の制御に作用し、前記波形信号は複数の信号成分を含むところの工程と、
捕獲した波形信号の信号成分を抽出する工程と、
捕獲した波形信号及び信号成分を記憶媒体内に格納する工程と、
少なくとも第１骨格筋の制御に作用する第１波形信号を生成する工程であって、前記第１波形信号は捕獲した波形信号の少なくともひとつと実質的に対応する少なくとも第２波形信号を含むところの工程と、
前記第１骨格筋を制御するべく、検体に前記第１波形信号を転送する工程と、
から成る方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記第１波形信号は前記検体の神経系に転送される、ところの方法。
【請求項９】
骨格筋を制御するための方法であって、
第１検体内で生成された第１の複数の波形信号を捕獲する工程であって、前記第１の複数の波形信号は骨格筋の制御に作用する第１波形信号を含むところの工程と、
前記第１波形信号からベースライン骨格筋波形信号を生成する工程であって、前記ベースライン骨格筋波形信号は第１骨格筋の制御に作用するところの工程と、
第１検体内で生成された第２の複数の波形信号を捕獲する工程であって、前記第２の複数の波形信号は前記第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第２波形信号を含む、ところの工程と、
前記ベースライン骨格筋波形信号を前記第２波形信号と比較する工程と、
前記ベースライン骨格筋波形信号と第２波形信号との比較に基づいて、第３波形信号を生成する工程と、
前記第１の検体に第３波形信号を転送する工程であって、前記第３波形信号は前記第１骨格筋の制御に作用するところの工程と、
から成る方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記第１の複数の波形信号を捕獲する工程は、複数の検体から前記第１の複数の波形信号を捕獲する工程から成る、ところの方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、前記第３波形信号は、前記第２波形信号と実質的に対応する、ところの方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法であって、前記第３波形信号は、前記ベースライン骨格筋波形信号と実質的に対応する、ところの方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の方法であって、前記第３波形信号は、前記第１の検体の神経系に転送される、ところの方法。
【請求項１４】
骨格筋を制御するための方法であって、
第１の検体内で生成された第１の複数の波形信号を捕獲する工程であって、前記第１の複数の波形信号は骨格筋の制御に作用する第１波形信号を含むところの工程と、
前記第１の複数の波形信号を記憶媒体の第１位置に格納する工程と、
前記第１の複数の波形信号からベースライン骨格筋波形信号を生成する工程であって、前記ベースライン骨格筋波形信号は第１骨格筋の制御に作用するところの工程と、
前記第１検体内で生成された第２の複数の波形信号を捕獲する工程であって、前記第２の複数の波形信号は前記第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第２波形信号を含むところの工程と、
前記第２波形信号を前記記憶媒体の第２位置に格納する工程と、
前記ベースライン骨格筋波形信号を前記第２波形信号と比較する工程と、
前記ベースライン骨格筋波形信号と第２波形信号との比較に基づいて第３波形信号を生成する工程と、
前記第３波形信号を前記第１検体へ転送する工程であって、前記第３波形信号は前記第１骨格筋の制御に作用するところの工程と、
から成る方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記第１の複数の波形信号を捕獲する工程は、複数の検体から前記第１の複数の波形信号を捕獲する工程から成る、ところの方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、前記第３波形信号は前記第１検体の神経系に転送される、ところの方法。
【請求項１７】
骨格筋を制御するための方法であって、
検体の少なくとも第１骨格筋の状態をモニターする工程と、
前記第１骨格筋の骨格筋障害に応答して、少なくともひとつの骨格筋状態信号を与える工程と、
前記骨格筋状態信号に応答して前記第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第１波形信号を生成する工程と、
前記骨格筋損害を緩和するべく、前記第１波形信号を検体に転送する工程と、
から成る。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記第１波形信号は前記検体の神経系に転送される、ところの方法。
【請求項１９】
骨格筋を制御するための方法であって、
体内で生成されかつ骨格筋の制御に作用する波形信号を捕獲する工程であって、前記波形信号は第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第１波形信号を含むところの工程と、
検体の前記第１骨格筋の骨格筋状態をモニターする工程と、
前記第１骨格筋の状態を示す少なくともひとつの骨格筋状態信号を与える工程と、
捕獲した波形信号及び骨格筋状態信号を記憶媒体内に格納する工程と、
骨格筋障害を示す骨格筋状態信号に応答して前記第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第１波形を生成する工程と、
前記骨格筋障害を緩和するべく、前記検体に前記第１波形信号を転送する工程と、
から成る方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記第１波形信号は、骨格筋障害を示す捕獲した波形信号のひとつの成分に応答して生成される、ところの方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、前記第１波形信号は前記検体の神経系に転送される、ところの方法。
【請求項２２】
骨格筋を制御するための方法であって、
体内で生成されかつ骨格筋の制御に作用する第１の複数の波形信号を捕獲する工程と、
骨格筋障害を示す第１の検体から少なくとも第１波形信号を捕獲する工程と、
骨格筋障害を緩和するよう作用する交絡波形信号を生成する工程と、
骨格筋障害を緩和するべく前記第１の検体へ前記交絡波形信号を転送する工程と、
から成る方法。
【請求項２３】
骨格筋を制御するための装置であって、
体から波形信号を捕獲するよう適応された少なくとも第１信号プローブであって、前記波形信号は体内で普通に生成されかつ骨格筋の制御に作用する波形信号を表す、ところのプローブと、
前記信号プローブと通信しかつ前記波形信号を受信するよう適応されたプロセッサであって、前記プロセッサは捕獲した波形信号に基づいて少なくとも第１波形信号を生成するようさらに適応され、前記第１波形信号は制御信号として少なくとも第１骨格筋により認識可能である、ところのプロセッサと、
前記第１骨格筋を制御するべく、前記第１波形信号を前記検体へ転送するための、検体と通信するよう適応された少なくとも第２信号プローブと、
から成る装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置であって、前記プロセッサは捕獲した波形信号を格納するよう適応された記憶媒体を含む、ところの装置。
【請求項２５】
請求項２３に記載の装置であって、前記第２信号プローブは、前記検体の神経系への直接伝達により、前記第１波形信号を前記検体へ直接転送するよう適応される、ところの装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００４年７月３０日出願の米国仮特許出願第60/592,751号、２００４年８月１８日出願の米国仮特許出願第60/602,438号及び２００４年８月２４日出願の米国仮特許出願第60/604,279号に基づくのであるとともに、２００３年６月１８日出願の米国仮特許出願に基づく２００４年６月１８日出願の米国特許出願第10/871,928号の部分継続出願である。
【０００２】
本発明は、概して、骨格筋をモニターしかつ制御するための医療方法及び装置に関し、特に、転送される神経電気符号化信号により骨格筋を制御するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、周知のように、脳は、電気信号（活動電位または波形信号）により骨格筋を調節（または制御）し、それが神経系を通じて転送される。神経系は、脳及び脊髄から成る中枢神経、並びに、脳及び脊髄の外側に配置される神経細胞（すなわち、ニューロン）及び周辺細胞の集合から成る脳及び周辺神経系を含む。さまざまな神経ネットワーク及び神経系が解剖学的には分離しているが、機能的には相互接続している。
【０００４】
周知のように、周辺神経系は神経細胞（またはニューロン）及びそれをサポートするグリア細胞（またはグリア）から構成される。脳からの信号を伝達する作用ニューロン単位は、遠心神経と呼ばれる。遠心神経はセンサーまたは状態情報を脳に伝達する。同時に、神経系のこれらのコンポーネントは、人体器官、筋肉、分泌腺及び他の生理系の機能、調整及び変更に対応可能である。
【０００５】
周知のように、典型的なニューロンは４つの形態的定義領域、(i)細胞体、(ii)樹状突起、(iii)軸索、及び(iv)シナプス前終末、を含む。細胞体（体質）は細胞の代謝の中心である。細胞体は、細胞の遺伝子を格納する核及び、細胞のたんぱく質を合成する粗面及び滑面小胞体を含む。
【０００６】
典型的に、神経細胞体は２種類のアウトグロース（またはプロセス）樹状突起及び軸索を含む。ほとんどのニューロンはいくつかの樹状突起を有し、これらは分枝し、他の神経細胞からの信号を受信するための主装置として機能する。
【０００７】
軸索はニューロンの主伝導単位である。軸索は符号化電気信号を人体器官、骨格筋及び他の生理系に伝達し、それらの機能を制御する。軸索は０．１ｍｍから２ｍｍの範囲の距離で電気信号を伝達することができる。
【０００８】
軸索の終端付近で、軸索は他のニューロンと接触する微細なブランチに分枝される。接触点はシナプスと呼ばれる。信号を転送する細胞はシナプス前細胞と呼ばれる。信号を受信する細胞はシナプス後細胞と呼ばれる。軸索のブランチでの特別の隆起（シナプス前終末）はシナプス前細胞内で転送サイトとして機能する。
【０００９】
ほとんどの軸索は、シナプス後ニューロンの樹状突起付近で終端する。しかし、細胞体または、シナプス前細胞の軸索の開始セグメントまたは終端部分で、通信が生じ得る。
【００１０】
活動電位とよばれる軸索に沿って転送される電気信号は、高速で過渡的なオール-オア-ナン神経インパルスである。典型的に、活動電位は約１００mV以下の振幅及び約１msecの間隔を有する。活動電位は、約１〜１００m/secの範囲の速度で、破損または歪みなく、軸索に沿って伝導される。軸索を横切るに従いインパルスは連続的に再生されるため、活動電位の振幅は軸索を通じて一定のままである。
【００１１】
周知のように、神経信号は多くの活動電位を含む合成信号である。神経信号はまた、適当な器官機能及び／または系に対する命令のセットを含む。骨格筋神経信号は、初期筋肉張力、筋肉の動き程度等に関する情報を含む、所望の動きを実行するための筋肉に対する命令のセットを含む。
【００１２】
神経信号または神経電気符号化信号は、完全な器官機能に対する完全な情報のセットを含む符号である。２００５年５月９日出願の米国特許出願第11/125,480号に記載されるように、波形信号として実行されるこれらの神経信号が分離され、記録され、標準化されかつ検体に送信されると、生成された神経特定波形命令（波形信号）が骨格筋を制御し、多くの筋肉損傷を治療するために使用される。ここで損傷は、これに限定されないが、脊髄損傷、脳腫瘍、多発硬化症、脳性麻痺、放射線誘導神経損傷、ストローク誘導ニューロン損傷等を含む。
【００１３】
周知のように、骨格筋の収縮及び動きは、大脳皮質、小脳及び脳システム構造を含む多くの上記脳構造により、命令されかつ整理される。さまざまな脳指定タスクを達成するために、神経信号が目標の骨格筋または筋肉に送信され、段階的な微同調モーター動作を誘導する。
【００１４】
さまざまな生理的システムを制御するために、活動電位または符号化電気神経信号を記録するための装置または工程を含む、さまざまな装置、システム及び方法が開発されてきた。しかし、典型的に、信号は広範な処理にさらされ、続いて筋肉刺激装置のような機械的装置またはシステムを作動及び／または調節するために使用される。その例が米国特許第6,360,740号及び第6,651,652号に開示されている。
【特許文献１】米国特許第6,360,740号
【特許文献２】米国特許第6,651,652号
【００１５】
米国特許第6,360,740号には、呼吸補助を与えるためのシステム及び方法が開示されている。その方法は、患者の呼吸中枢内に生成される呼吸信号を記録する工程を含む。呼吸信号は、筋肉刺激装置または人口呼吸器を制御するために、処理されかつ使用される。
【００１６】
米国特許第6,651,652号には、無呼吸睡眠を治療するための装置及び方法が開示されている。その装置は、神経電気信号を捕獲し、呼吸に関連する信号成分を減算するよう適応された呼吸センサーを含む。信号は、人口呼吸器を制御するよう、同様に処理されかつ使用される。
【００１７】
米国特許第5,167,229号には、骨格筋の動きを誘導するための方法及び装置が開示されている。該方法は、センサー、すなわち入力コマンド手段を体内に移植する工程を含み、該センサーは体の動きを検出しかつ選択した生理的動きまたは動きの集合を表す信号を与えるよう適応されている。その後、信号は、目標の筋肉を刺激するよう適応された移植電極を制御するよう処理されかつ制御される。
【００１８】
ほとんどの周知の装置と同じく、上記開示された装置及び方法に関連する主な欠点は、生成されかつ転送される制御信号はユーザーにより決定され、かつ装置判別的であることである。上記制御信号は、体内で生成される信号に関連せずまたは代表するものではない。したがって、転送されても骨格筋の制御に作用しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
したがって、実質的に記録した符号化電気神経信号（以下、波形信号という）に対応しかつ骨格筋の制御に作用する波形信号を生成しかつ人体へ転送するための手段を含む、骨格筋を制御するための方法及び装置を与えることが所望される。
【００２０】
本発明の目的は、骨格筋を制御するための従来の方法及び装置に関連した欠点を克服する骨格筋を制御するための方法及び装置を与えることである。
【００２１】
本発明の他の目的は、体内で生成された符号化波形信号に実質的に対応し、かつ骨格筋の制御に作用する骨格筋波形信号を生成するための手段を含む骨格筋を制御するための方法及び装置を与えることである。
【００２２】
本発明の他の目的は、体内で生成されかつ骨格筋の制御に作用する波形信号を記録するための手段を含む骨格筋を制御するための方法及び装置を与えることである。
【００２３】
本発明の他の目的は、体内で生成された少なくともひとつの符号化波形信号を代表する少なくともひとつのベースライン骨格筋信号を記録した波形信号から生成するよう適応された処理処断を含む骨格筋を制御するための方法及び装置を与えることである。
【００２４】
本発明の他の目的は、記録した骨格筋波形信号をベースライン骨格筋信号と比較しかつその比較に基づいて骨格筋信号を生成するよう適応された処理手段を含む骨格筋を制御するための方法及び装置を与えることである。
【００２５】
本発明の他の目的は、骨格筋の損傷及び疾患を検出するためのモニター手段を含む、骨格筋を制御するための方法及び装置を与えることである。
【００２６】
本発明の他の目的は、体内で生成されかつ骨格筋の制御に作用する符号化波形信号に実質的に対応する波形信号を人体へ転送するための手段を含む、骨格筋を制御するための方法及び装置を与えることである。
【００２７】
本発明の他の目的は、体内で生成されかつ骨格筋の制御に作用する符号化波形信号に実質的に対応する信号を体内の神経系へ直接転送するための手段を含む、骨格筋を制御するための方法及び装置を与えることである。
【００２８】
本発明の他の目的は、脊髄損傷及び筋肉神経ダメージを含む筋肉及び神経関連の疾患及び異常を治療する際に容易に使用可能な、骨格筋を制御するための方法及び装置を与えることである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記目的及び記述に従い、その詳細は以下から明らかとなる。本発明のひとつの態様において、骨格筋を制御するための方法は、(i)体内で生成されかつ制御信号として少なくとも第１骨格筋により認識可能な少なくともひとつの符号化波形信号に実質的に対応する少なくとも第１符号化波形信号を生成する工程と、(ii)第１骨格筋を制御するべく検体に第１波形信号を転送する工程とから成る。
【００３０】
本発明の他の態様において、骨格筋を制御するための方法は概して、(i)体内で生成されかつ少なくとも第１骨格筋の制御に作用する符号化波形信号を捕獲する工程と、(ii)制御信号として第１骨格筋により認識可能な少なくとも第１波形信号を生成する工程と、(iii)第１骨格筋を制御するべく、検体に第１波形信号を転送する工程とから成る。
【００３１】
本発明のひとつの実施例において、第１波形信号は、捕獲された波形信号の少なくともひとつと実質的に対応しかつ第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第２波形信号を含む。
【００３２】
本発明のひとつの実施例において、第１波形信号は検体の神経系に転送される。他の実施例において、第１波形信号は、首、頭または脊髄領域の目標ゾーン付近に送信される。
【００３３】
本発明の他の態様において、骨格筋を制御するための方法は概して、(i)体内で生成されかつ骨格筋の制御に作用する符号化波形信号を捕獲する工程と、(ii)捕獲した波形信号を保存媒体に格納する工程であって、当該保存媒体が波形信号成分により実行される関数に従って捕獲した波形信号の成分を格納するよう適応されているところの工程と、(iii)捕獲した波形信号の少なくともひとつと実質的に対応し、かつ少なくとも第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第１波形信号を生成する工程と、(iv)第１骨格筋を制御するべく検体に第１波形信号を転送する工程と、から成る。
【００３４】
本発明の他の態様において、骨格筋を制御するための方法は概して、(i)第１検体の体内で生成された骨格筋の制御に作用する複数の波形信号を捕獲する工程と、(ii)複数の捕獲した波形信号からベースライン骨格筋波形信号を生成する工程であって、ベースライン骨格筋波形信号は第１骨格筋の制御に作用するところの工程と、(iii)第１検体内で生成された第１骨格筋の制御に作用する第２波形信号を捕獲する工程と、(iv)ベースライン波形信号を第２波形信号と比較する工程と、(v)ベースラインと第２波形信号との比較に基づき、第３波形信号を生成する工程と、(vi)第３波形信号を第１検体へ転送する工程であって、第３波形信号は第１骨格筋の制御に作用するところの工程とから成る。
【００３５】
本発明のひとつの実施例において、複数の波形信号は第２検体から捕獲される。
【００３６】
本発明の他の実施例において、複数の波形信号は複数の検体から捕獲される。
【００３７】
好適に、第３波形信号は検体の神経系に転送される。他の実施例において、第３波形信号は、首、頭または脊髄領域の目標ゾーン付近へ転送される。
【００３８】
本発明の他の態様において、骨格筋を制御するための方法は概して、(i)検体の少なくとも第１骨格筋の状態をモニターする工程と、(ii)第１骨格筋の骨格筋障害に応答して、少なくともひとつの骨格筋状態信号を与える工程と、(iii)骨格筋状態信号に応答して第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第１波形信号を生成する工程と、(iv)骨格筋障害を和らげるために検体に第１波形信号を転送する工程とから成る。
【００３９】
本発明の他の態様において、骨格筋を制御するための方法は概して、(i)体内で生成され、骨格筋の制御に作用する波形信号を捕獲する工程であって、該波形信号は第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第１波形信号を含むところの工程と、(ii)検体の第１骨格筋の骨格筋状態をモニターし、第１骨格筋の状態を示す少なくともひとつの骨格筋状態信号を与える工程と、(iii)捕獲した波形信号及び骨格筋状態信号を記憶媒体に格納する工程と、(iv)骨格筋の障害を示す捕獲した波形信号の成分または骨格筋状態信号に応答して、第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第１波形信号を生成する工程と、(v)骨格筋の障害を和らげるために第１波形信号を検体に転送する工程とから成る。
【００４０】
本発明の他の態様において、骨格筋を制御するための方法は概して、(i)体内で生成され、骨格筋の制御に作用する第１の複数の波形信号を捕獲する工程と、(ii)検体から骨格筋の障害を示す少なくとも第１波形信号を捕獲する工程と、(iii)骨格筋の障害を和らげるよう作用する交絡信号を生成する工程と、(iv)骨格筋の障害を和らげるべく検体に交絡波形信号を転送する工程とから成る。
【００４１】
本発明の他の態様において、骨格筋を制御するための装置は概して(i)人体から符号化波形信号を捕獲するよう適応された少なくとも第１信号プローブであって、波形信号は体内で自然に生成される波形信号の代表であり、骨格筋の制御に作用するところの第１信号プローブと、(ii)信号プローブと連結し、波形信号を受信するよう適応されたプロセッサであって、該プロセッサはさらに捕獲した波形信号に基づいて少なくとも第１波形信号を生成するよう適応され、第１波形信号は制御信号として少なくとも第１骨格筋により認識可能である、ところのプロセッサと、(iii)第１骨格筋を制御するべく第１波形信号を転送するための、検体と通信するよう適応された少なくとも第２信号プローブと、から成る。
【００４２】
好適に、プロセッサは捕獲した波形信号を格納するよう適応される記憶媒体を含む。
【００４３】
ひとつの実施例において、プロセッサは信号成分によって実行される関数に従い記憶手段内に捕獲した波形信号の成分を抽出しかつ格納するよう適応されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明を詳細に説明する前に、本発明は、以下に説明する装置、システムまたは方法に限定されるものではないことを明記する。したがって、ここに開示されるものと同等または類似の多くの装置、システム及び方法が本発明の実施に使用可能であるが、以下に好適なシステム及び方法が説明される。
【００４５】
ここで使用される専門用語は、本発明の特定の実施例を説明するためのものであり、限定するものではない。
【００４６】
特に定義がなければ、ここで使用されるすべての技術及び科学用語は本発明の属する技術分野の当業者により通常使用される意味で使用される。
【００４７】
また、引用したすべての文献、特許及び特許出願は、ここに参考文献として組み込まれる。
【００４８】
最後に、明細書及び特許請求の範囲で使用されるように、文脈が特に示さない限り単数形式の“a” “an” “the”は複数の指示を含む。よって、 “a waveform signal”は２つまたはそれ以上の信号を含み、 “a skeletal muscle disorder”は２つまたはそれ以上の障害を含む。
【００４９】
定義
ここで使用される用語“神経系”は、脊髄、髄質、小脳、中脳、間脳及び大脳半球を含む中枢神経、並びにニューロン及びグリアを含む頭部及び周辺神経系を意味しかつ含む。
【００５０】
ここで使用される用語“符号化波形信号”及び“波形信号”は、体内で生成されかつ体内でニューロンにより伝達される合成電気信号、神経コード、神経信号及びその成分及びセグメントを意味しかつ含む。
【００５１】
ここで使用される用語“骨格筋”は、骨格系への少なくともひとつの付着を通常有する横紋筋を意味しかつ含み、その収縮及び膨張は認知作用により制御または仲介される。
【００５２】
ここで使用される用語“目標領域”は、電気信号の印加により目標神経へ信号を直接印加することなく所望の神経制御を誘導することができるところの神経系の一部付近の人体の領域を意味しかつ含む。
【００５３】
ここで使用される用語“患者”及び“検体”は、人間及び動物を意味しかつ含む。
【００５４】
ここで使用される用語“叢”は、中枢神経系の外側の神経繊維の分枝またはもつれを意味しかつ含む。
【００５５】
ここで使用される用語“神経節”は、中枢神経系の外側に配置された神経細胞体の集合を意味しかつ含む。
【００５６】
ここで使用される用語“骨格筋損傷”及び“骨格筋障害”は、その通常の働きを妨げる骨格筋のあらゆる機能不全を意味しかつ含む。その機能不全は、脊髄損傷及び切断、脳腫瘍、多発性硬化症、脳性麻痺及び付随意筋収縮を含む多数の既知の要因及び事象により生じる。
【００５７】
本発明は、骨格筋を制御するための従来の方法及び装置に関連する欠点を実質的に減少させまたは除去する。本発明のひとつの実施例において、骨格筋を制御するための装置は概して、体内で生成され、少なくとも第１骨格筋の制御に作用する少なくともひとつの波形信号（すなわち、符号化電気神経信号）に実質的に対応する少なくともひとつの波形信号を生成するための手段及び検体へ波形信号を転送するための手段を含む。本発明の好適実施例において、波形信号は検体の神経系へ転送される。
【００５８】
他の実施例において、装置は、少なくとも第１骨格筋の制御に作用する検体からの波形信号を記録するための手段を含む。本発明に従い、検体は、生成された波形信号が転送されるのと同じ検体かまたは異なる検体でもよい。
【００５９】
図２から９を参照して、さまざまな骨格筋及び上半身の筋肉構造が示され、それらは本発明の方法及び装置を使って制御される。図２から７に示すように、肩及び上腕の骨格筋は、肩甲挙筋、大小菱形筋、三角筋、棘上筋、僧帽筋、胸筋、烏口腕筋、上腕二頭及び三頭筋、及び広背筋を含む。
【００６０】
図８（Ａ）、８（Ｂ）及び図９に示されるように、前腕、手首及び手の骨格筋は、指伸筋及び屈筋、尺長手根伸筋、長親指外転筋及び長親指屈筋、虫様筋、親指対立筋及び親指内転筋、及び指及び手首屈筋を含む。
【００６１】
上半身の骨格筋のみが示されているが、下半身の骨格筋も同様に本発明の態様の範囲内に属する。これらの骨格筋は、これに限定されないが、四頭筋、膝屈曲筋、長内転筋、外側広筋、中間及び内側筋、及び縫工筋を含む。
【００６２】
示されるように、骨格筋動作及び制御に関連する符号化波形信号はさまざまな脳構造内で発生する。波形信号は主に脊髄を通じて転送される。上記した肩、腕、手首及び手の骨格筋を制御する波形信号もまた脳神経叢、放射神経、正中神経及び尺骨神経を通じて転送される。
【００６３】
本発明に従い、目標骨格筋を制御する波形信号は、波形信号を目標骨格筋に伝達する任意の神経に沿って捕獲されるか、または収集される。例として、手の親指外転筋に伝達された波形信号は脳神経叢から捕獲される。
【００６４】
体内の特定の神経から符号化信号を捕獲するための、及び神経電気信号（または符号化波形信号）を格納し、処理しかつ転送するための方法及び装置が、ここに参考文献として組み込む２００１年１１月２０日出願の米国特許出願第10/000,005号及び２００５年５月９日出願の米国特許出願第11/125,480号に記載されている。
【００６５】
図１(A)から(D)を参照すると、腕、前腕、手及び指の骨格筋の制御に作用する波形信号の実施例が示されている。図１(A)及び(B)に示される信号16、17は、腕を上方に持ち上げ、指を広げて手を後ろに引く。図１(C)及び(D)に示す信号28、30は図１(A)及び(B)に示される信号と同じ動きにより小さい強度（すなわち、柔らかい動き）を与える。
【００６６】
図１(A)及び(B)に示すように、各信号16、17は負領域18を含み、それは筋肉及び／または神経が動きを準備していることを示すものであると思われる。負領域18の次には大きな正領域20が続き、それは所望の動きを生成し、その後の負領域22は信号のリセット及び評価領域を表す。
【００６７】
上記したように、信号は、初期筋肉緊張、筋肉の動きの程度（深さ）のような筋肉の動き機能に関する符号化情報を含む。
【００６８】
本発明のひとつの実施例に従い、図１(A)及び(B)に示す信号のような、体内で生成されかつ骨格筋の制御に作用する符号化波形信号が捕獲され、プロセッサまたは制御モジュールへ転送される。好適には、制御モジュールは捕獲した信号を格納するよう適応された記憶手段を含む。好適実施例において、制御モジュールはさらに、信号成分により実行される関数に従い記憶手段に（プロセッサにより実行される）捕獲した信号の成分を格納するよう適応される。
【００６９】
本発明に従い、格納した信号は、少なくともひとつ、好適には複数のベースライン骨格筋波形信号を確立するべく実質的に使用される。モジュールは、以下に説明するように、検体から捕獲した骨格筋波形信号（及びその成分）を比較し、同じまたは異なる検体に送信するための少なくともひとつの波形信号または修正したベースライン波形信号を生成するようプログラムされ得る。このような修正は、例えば、より迅速またはよりパワフルな筋肉の動きを与えるよう骨格筋信号の振幅を増加させることを含む。
【００７０】
本発明に従い、好適に、捕獲した波形信号は専用手段により処理され、少なくともひとつの捕獲した波形信号を代表しかつ少なくともひとつの骨格筋の制御（すなわち、制御信号として脳または少なくともひとつの骨格筋により認識される）に作用する波形信号（すなわち、符号化電気神経信号）が制御モジュールにより生成される。好適に当該波形信号は、制御モジュールの記憶手段内に同様に格納される。
【００７１】
ここに参考文献として組み込む、２００５年６月１０日出願の米国特許出願には、符号化波形信号を処理するための方法及び装置が記載されている。
【００７２】
本発明のひとつの実施例に従い、生成された波形信号は格納手段からアクセスされ、目標の骨格筋を制御するべく送信機（または治療部材）を通じて検体へ転送される。ここに詳細に記載するように、生成した波形信号を検体に転送するためにさまざまな送信機が本発明の態様内で使用可能である。
【００７３】
本発明に従い、転送された波形信号の印加電圧は、信号の転送中の電圧損失を考慮して交流２０ボルトまで（直流３ボルトまで）が可能である。好適には、電流は２アンペア以下の出力に維持される。
【００７４】
神経と直接接続された電極を介しての神経への直接伝導は、電圧が交流３ボルト以下及び電流が１０分の１アンペア以下の出力を有する。
【００７５】
米国特許出願第11/125,480号に詳細に記載されるように、転送される波形信号の電圧の変化は動きに変更を生じさせ、それは概して電圧の変化に比例する。例えば、わずかに高い電圧で伝達される波形信号は、目標筋肉のより強くかつより大きい動きを生じさせる。同様に、わずかに低い電圧で伝達される同じ波形信号は、目標筋肉のより弱くかつより小さい動きを生じさせる。
【００７６】
図１０を参照して、本発明の骨格筋制御システム20Aのひとつの実施例が略示されている。図１０に示されるように、制御システム20Aは、検体と通信する骨格筋信号センサー21から符号化神経信号または波形信号を受信するよう適応された制御モジュール22及び少なくともひとつの治療部材24を含む。
【００７７】
治療部材24は、人体と通信するよう適応され、制御モジュール22から生成波形信号を受信する。本発明に従い、治療部材24は電極、アンテナ、震動トランスデューサ、または人間及び動物の骨格筋機能を制御する骨格筋波形信号を転送するための他の適当な形式の伝導アタッチメントから成る。
【００７８】
治療部材24は手術プロセスにより適当な神経に取り付けられる。この手術は、例えば、胸立体鏡手術でのキーホール入口により達成される。必要ならば、より大きな開胸術または他の手術アプローチが治療部材24の位置で使用されてもよい。
【００７９】
図１０に示されるように、制御モジュール22及び治療部材24は完全に別個の要素であり、それによりシステム20Aは遠隔的に動作可能となる。本発明に従い、制御モジュール22は、特定の作用及び／または検体用に作られた固有なものか、または従来の装置であってもよい。
【００８０】
図１１を参照すると、本発明の他の実施例である制御システム20Bが示されている。図１１に示されるように、システム20Bは図１０に示すシステム20Aと類似する。しかし、この実施例において、制御モジュール22及び治療部材24は連結されている。
【００８１】
図１２を参照すると、本発明のさらに他の実施例である制御システム20Cが示されている。図１２に示されるように、制御システム20Cは同様に、制御モジュール22及び治療部材24を含む。システム20Cはさらに、少なくともひとつの骨格筋信号センサー21を含む。
【００８２】
システム20Cはまた処理モジュール（またはコンピュータ）26を含む。本発明に従い、処理モジュール26は別個のコンポーネントであるか、または制御モジュール22’のサブシステムであってもよい。
【００８３】
上記したように、処理モジュール（または制御モジュール）26は好適には、捕獲した骨格筋波形信号を格納するように適応された記憶手段を含む。好適実施例において、処理モジュール26はさらに、信号成分により実行される関数に従い捕獲した骨格筋波形信号の成分を記憶手段から抽出しかつ記憶手段内に格納するよう適応される。
【００８４】
本発明のひとつの実施例において、骨格筋を制御するための方法は、(i)体内で生成されかつ制御信号として少なくとも第１骨格筋により認識可能な少なくともひとつの符号化波形信号と実質的に対応する少なくとも第１符号化波形信号を生成する工程と、(ii)第１骨格筋を制御するべく、検体に第１波形信号を転送する工程とを含む。
【００８５】
本発明のひとつの実施例において、第１波形信号が検体の神経系に転送される。他の実施例において、第１波形信号は、首、頭または脊髄領域の目標ゾーン付近に転送される。
【００８６】
本発明に従い、生成された波形信号は、好適に、定電流または定電圧方式で検体に転送される。
【００８７】
定電流方式は、抵抗が変化するに従い変動する電圧レベルを与える。ひとつの実施例において、正及び負プローブ（正プローブの頭部に負プローブが配置される）が目標神経に取り付けられる。プローブ間の距離は好適に約２cmである。内側筋肉とグランドとの間で接地もされる。
【００８８】
定電圧方式で、信号プローブは目標神経に取り付けられる。信号プローブは神経コードの正及び負の部分の両方を与えることができるが、神経コードの正部分のみが神経を刺激するのに使用される。信号接地プローブは必要ない。接地接続は内部筋肉とグランドとの間で同様に為される。
【００８９】
本発明の他の実施例において、骨格筋を制御する方法は概して、(i)体内で生成され、少なくとも第１骨格筋の制御に作用する波形信号を捕獲する工程と、(ii)第１骨格筋により制御信号として認識可能な少なくとも第１波形信号を生成する工程と、(iii)第１骨格筋を制御するべく検体に第１波形信号を転送する工程とから成る。
【００９０】
好適実施例において、第１波形信号は、捕獲した波形信号の少なくともひとつに実質的に対応しかつ第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第２波形信号を含む。
【００９１】
本発明のひとつの実施例において、第１波形信号が検体の神経系に転送される。他の実施例において、第１波形信号は首、頭または脊髄領域の目標ゾーン付近に転送される。
【００９２】
本発明の他の実施例において、骨格筋を制御する方法は、(i)体内で生成されかつ骨格筋の制御に作用する波形信号を捕獲する工程と、(ii)捕獲した波形信号を記憶媒体に格納する工程であって、該記憶媒体は信号成分により実行される関数に従い捕獲した波形信号の成分を格納するよう適応されているところの工程と、(iii)捕獲した波形信号の少なくともひとつと実質的に対応しかつ少なくとも第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第１波形信号を生成する工程と、(iv)第１波形信号を検体へ転送する工程とから成る。
【００９３】
本発明の他の実施例において、骨格筋を制御する方法は概して(i)第１検体内で生成されかつ骨格筋の制御に作用する第１の複数の波形信号を捕獲する工程と、(ii)第１の複数の波形信号からベースライン骨格筋波形信号を生成する工程であって、該ベースライン骨格筋波形信号は第１骨格筋の制御に作用するところの工程と、(iii)第１検体内で生成されかつ第１骨格筋の制御に作用する第２波形信号を捕獲する工程と、(iv)ベースライン波形信号を第２波形信号と比較する工程と、(v)ベースラインと第２波形信号との比較に基づいて、第３波形信号を生成する工程と、(vi)第３波形信号を第１検体に転送する工程であって、第３波形信号は第１骨格筋の制御に作用するところの工程とから成る。
【００９４】
本発明のひとつの実施例において、第１の複数の波形信号は第２の検体から捕獲される。
【００９５】
本発明の他の実施例において、第１の複数の波形信号は複数の検体から捕獲される。
【００９６】
本発明のひとつの実施例において、第１及び第３の波形信号が検体の神経系に転送される。他の実施例において、第１波形信号は首、頭または脊髄領域の目標ゾーン付近に転送される。
【００９７】
本発明に従い、波形信号を検体へ転送する工程は、受信神経または神経叢へ取り付けた電極を介した直接伝達により達成され得る。上記したように、これは、選択した目標神経へ物理的に電極を取り付けるために、手術の介入を必要とする。
【００９８】
本発明の他の実施例において、波形信号を検体へ送信する工程は、波形信号を震動形式に転換することによっても達成される。その後、適当な神経が震動信号の符号化命令を受信しかつ従うことができるように、震動信号は首、頭または脊髄領域に送信される。
【００９９】
本発明は、骨格筋を効果的に制御するための方法及び装置を与える。したがって、当該方法及び装置は、麻痺した検体のいくつかまたはほとんどの外肢（腕、手及び足）の動きを回復するのに使用できる。本発明の方法及び装置はまた、高血圧及び痙直から生じる不随意筋収縮のようなさまざまな骨格筋の損傷または障害の治療に使用できる。
【０１００】
図１３を参照すると、さまざまな骨格筋の損傷及び障害の治療に使用可能な骨格筋制御システム30のひとつの実施例が示されている。図１３に示されるように、システム30は検体の少なくとも第１の骨格筋の骨格筋機能または状態をモニターしかつ第１骨格筋状態を示す少なくともひとつの信号を送信するよう適応された少なくともひとつの骨格筋センサー32を含む。
【０１０１】
本発明に従い、第１骨格筋状態は、骨格筋の動きまたはその欠如、筋肉緊張等を含む複数の因子により決定される。本発明の態様内で、上記因子すなわち骨格筋の損傷または障害を検出するために、さまざまなセンサーが使用可能である。
【０１０２】
システム30はさらにプロセッサ36を含み、それは骨格筋センサー32から骨格筋状態信号を受信するのに適応される。プロセッサ36はさらに骨格筋信号プローブ34により記録された骨格筋波形信号を受信するよう適応される。
【０１０３】
本発明の好適実施例において、プロセッサ36は捕獲した波形信号及び骨格筋状態信号を格納するための記憶手段を含む。プロセッサ36はまた波形信号の成分を抽出しかつ信号成分を記憶手段に格納するよう適応される。
【０１０４】
好適実施例において、プロセッサ36は、骨格筋の損傷及び／または障害を示す骨格筋状態信号及び／または骨格筋の障害を示す波形信号及びその成分を検出し、かつ少なくともひとつの骨格筋の制御に作用する少なくともひとつの波形信号を生成するようプログラムされる。よって、上記実施例の好適態様において、プロセッサ36は、第１骨格筋の障害を示す骨格筋状態信号を検出し、かつ、検体に送信されると第１骨格筋の障害を緩和するよう第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第１波形信号を生成するようプログラムされる。
【０１０５】
図１３を参照して、生成された波形信号は、検体と通信するよう適応された送信機38に送られる。送信機38はさらに、折り返された骨格筋を制御しかつ検出された骨格筋の障害を緩和するべく波形信号を検体に転送するよう適応される。
【０１０６】
本発明に従い、好適に波形信号は、折り返された骨格筋と通信するひとつまたはそれ以上の神経に転送される。複数または単数の波形信号が、一緒に転送されてもよい。
【０１０７】
したがって、本発明の他の実施例に従い、骨格筋を制御するための方法は概して、(i)検体の少なくとも第１骨格筋の状態をモニターする工程と、(ii)第１骨格筋の骨格筋の障害に応答する少なくともひとつの骨格筋状態信号を与える工程と、(iii)骨格筋状態信号に応答して第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第１波形信号を生成する工程と、(iv)骨格筋の障害を緩和するべく検体に第１波形信号を転送する工程とから成る。
【０１０８】
本発明の他の実施例に従い、骨格筋を制御するための方法は、(i)体内で生成されかつ骨格筋の制御に作用する波形信号を捕獲する工程であって、波形信号は第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第１波形信号を含むところの工程と、(ii)検体の第１骨格筋の骨格筋状態をモニターし、第１骨格筋の状態を示す少なくともひとつの骨格筋状態信号を与える工程と、(iii)捕獲した波形信号及び骨格筋及状態信号を記憶媒体内に格納する工程と、(iv) 骨格筋の障害を示す骨格筋状態信号または捕獲した波形信号の成分に応答して第１骨格筋の制御に作用する少なくとも第１波形信号を生成する工程と、(v)骨格筋の障害を緩和するべく、検体に第１波形信号を転送する工程とから成る。
【０１０９】
本発明のさらに他の実施例において、骨格筋を制御するための方法は概して、(i)体内で生成されかつ骨格筋の制御に作用する第１の複数の波形信号を捕獲する工程と、(ii)骨格筋の障害を示す検体からの少なくとも第１波形信号を捕獲する工程と、(iii)骨格筋の障害を緩和するよう作用する交短信号を生成する工程と、(iv)骨格筋の障害を緩和するべく検体に交絡波形信号を転送する工程とから成る。
【０１１０】
本発明はさまざまな利点を与える。その利点のひとつは、脊髄損傷、硬化症、脳性まひ、放射線神経ダメージ、脈拍誘導ニューロンダメージ等から生じる不随意筋の動き（例えば、痙攣及び筋肉収縮）及び筋肉の動き及び制御の部分的または全体的な損失を含むさまざまな骨格筋損傷及び障害の治療に容易にかつ効果的に使用可能な骨格筋を制御するためのシステム、装置及び方法を与えることである。
【０１１１】
本発明の思想及び態様から離れることなく、さまざまな使用及び条件に適応させるように本発明を修正及び変形することが可能である。これらの変更及び修正は特許請求の範囲に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１Ａ】図１Aは、腕の骨格筋の制御に作用する人体から捕獲した波形信号を示す。
【図１Ｂ】図１Bは、前腕の骨格筋の制御に作用する人体から捕獲した波形信号を示す。
【図１Ｃ】図１Cは、手のひらの骨格筋の制御に作用する人体から捕獲した波形信号を示す。
【図１Ｄ】図１Dは、指の骨格筋の制御に作用する人体から捕獲した波形信号を示す。
【図２】図２は、上半身の骨格筋の背面図を示す。
【図３】図３は、右肩及び胸の骨格筋の正面図を示す。
【図４】図４は、右腕の骨格筋の正面図を示す。
【図５】図５は、深層筋肉構造を表した右腕の骨格筋の正面図を示す。
【図６】図６は、右腕の骨格筋の背面図を示す。
【図７】図７は、深層筋肉構造を表した右腕の骨格筋の背面図を示す。
【図８Ａ】図８Aは、右前腕の骨格筋の背面図を示す。
【図８Ｂ】図８Bは、右前腕の骨格筋の背面図を示す。
【図９】図９は、右手の骨格筋の正面図を示す。
【図１０】図１０は、本発明に従う骨格筋制御システムのひとつの実施例を略示したものである。
【図１１】図１１は、本発明に従う骨格筋制御システムの他の実施例を略示したものである。
【図１２】図１２は、本発明に従う骨格筋制御システムの他の実施例を略示したものである。
【図１３】図１３は、本発明に従う骨格筋制御システムの他の実施例を略示したものである。
【図１Ａ】
2008508031.tif 000003
【図１Ｂ】
2008508031.tif 000004
【図１Ｃ】
2008508031.tif 000005
【図１Ｄ】
2008508031.tif 000006
【図２】
2008508031.tif 000007
【図３】
2008508031.tif 000008
【図４】
2008508031.tif 000009
【図５】
2008508031.tif 000010
【図６】
2008508031.tif 000011
【図７】
2008508031.tif 000012
【図８Ａ】
2008508031.tif 000013
【図８Ｂ】
2008508031.tif 000014
【図９】
2008508031.tif 000015
【図１０】
2008508031.tif 000016
【図１１】
2008508031.tif 000017
【図１２】
2008508031.tif 000018
【図１３】
2008508031.tif 000019
【国際調査報告】
2008508031.tif 000020