(57)【要約】  神経障害を検出、予防、および／または治療するための装置および方法を開示する。これらの装置および方法は、電気刺激を利用するものであり、独特な同心リング電極の構成要素を備えている。開示する方法は、哺乳動物の頭皮上で複数の電極を配置することと、その哺乳類の脳の電気パターンを監視して神経学的現象の発症を確認することと、神経学的現象を示す脳の電気パターンの位置を確認することと、経皮的または経頭蓋的な電気刺激を神経学的現象の位置に印加して、脳の電気パターンを有益に変更することとを含んでいる。開示する方法は、てんかん、パーキンソン病、ハンチントン病、アルツハイマー病、うつ、双極性障害、恐怖症、統合失調症、多重人格障害、片頭痛または頭痛、振盪、注意欠陥多動性障害、摂食障害、物質乱用および不安など、さまざまな適応症の検出、予防、および／または治療に有用となりうる。開示する方法はまた、他の周辺刺激技法と共に使用することもできる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療装置であって、制御モジュールと、１つまたは複数の電極と、電源とを備え、前記制御モジュールは、電極調停器と、検出サブシステムと、インピーダンスサブシステムと、メモリサブシステムと、刺激サブシステムと、通信サブシステムと、中央処理装置とを備え、前記１つまたは複数の電極は、多極構成を含む医療装置。
【請求項２】
請求項１に記載の医療装置であって、前記検出サブシステムは、１つまたは複数の増幅器と、１つまたは複数のアナログ−デジタル変換器と、デジタル信号プロセッサとを備える医療装置。
【請求項３】
請求項１に記載の医療装置であって、前記インピーダンスサブシステムは、１つまたは複数のインピーダンス信号発生器と、インピーダンス制御器とを備える医療装置。
【請求項４】
請求項１に記載の医療装置であって、前記刺激サブシステムは、１つまたは複数の刺激信号発生器と、刺激制御器と、高圧電源とを備える医療装置。
【請求項５】
請求項１に記載の医療装置であって、前記１つまたは複数の電極は、少なくとも１つの外側導電要素と、１つの中心導電要素とを備え、前記少なくとも１つの外側導電要素は、前記中心導電要素を囲んでいる医療装置。
【請求項６】
請求項５に記載の医療装置であって、前記導電要素は、リング、正方形、長方形、楕円形、または任意の数の辺を有する多角形の同心の幾何学的構成で配置される医療装置。
【請求項７】
請求項５に記載の医療装置であって、前記導電要素は、前記導電要素の間に間隙を形成するように配置され、前記間隙は、前記少なくとも１つの外側導電要素の幅に等しい医療装置。
【請求項８】
請求項５に記載の医療装置であって、前記導電要素は、前記導電要素の間に間隙を形成するように配置され、前記間隙は、前記少なくとも１つの外側導電要素の幅よりも狭いか、または前記少なくとも１つの外側導電要素の幅に等しい医療装置。
【請求項９】
請求項５に記載の医療装置であって、前記１つまたは複数の電極は、表面型または埋込み型である医療装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の医療装置であって、前記１つまたは複数の電極は、金属、非金属の導電材料、またはそれらの組合せから製作され、前記金属または前記非金属の導電材料は、生体適合性を有するか、または導電性の生体適合コーティングを備えている医療装置。
【請求項１１】
請求項４に記載の医療装置であって、前記１つまたは複数の刺激信号発生器は、単相性、二相性、または多相性の波形を有する電気信号を供給する医療装置。
【請求項１２】
請求項４に記載の医療装置であって、前記１つまたは複数の刺激信号発生器は、約０．１Ｈｚから約２５００Ｈｚの範囲の周波数と、約１０μ秒から約１０秒の範囲のパルス幅と、約１５秒から約３０分の持続時間とを有する電気信号を供給する医療装置。
【請求項１３】
請求項４に記載の医療装置であって、前記１つまたは複数の刺激信号発生器は、約５００ｍＶから約２ｋＶの範囲の電圧、または約０．０１ｍＡから約１０００ｍＡの範囲の電流を供給する医療装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の医療装置であって、前記装置は、神経障害の検出、予防、治療のため、またはそれらの任意の組合せのために使用される医療装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の医療装置であって、前記神経障害は、てんかんまたは他の発作障害、パーキンソン病、ハンチントン病、アルツハイマー病、ピック病、パーキンソン症、硬直、半側バリスム、舞踏病アテトーシス、ジストニア、無動症、運動緩徐、運動亢進症、他の運動障害、うつ、双極性障害、不安、恐怖症、統合失調症、多重人格障害、物質乱用、注意欠陥多動性障害、摂食障害、攻撃性の制御異常もしくは性行動の制御異常、頭痛もしくは慢性頭痛、片頭痛、振盪、脳振盪後症候群、ストレス関連疾患、またはこれらの任意の組み合わせである医療装置。
【請求項１６】
医療方法であって、
ａ．  ２つ以上の要素による電極を少なくとも１つ哺乳動物の一部に配置するステップと、
ｂ．  前記哺乳動物の脳の電気信号のパターンを監視して、神経学的現象の存在または発症を確認するステップと、
ｃ．  電気刺激を印加して前記脳の電気パターンを有益に変更するステップであって、前記刺激は、経皮的に、経頭蓋的に、またはそれらの組合せで印加されるステップとを含み、
ｄ．  神経障害の検出、予防もしくは治療、またはそれらの任意の組合せのために実施される医療方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の医療方法であって、前記電気刺激を印加する前に、神経学的現象を示す前記脳の電気パターンの位置を確認するステップをさらに含む医療方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の医療方法であって、前記少なくとも２つ以上の要素による電極は、前記頭皮の上もしくは下に設置されるか、あるいは前記脳の上、中、もしくは近くに外科的に埋め込まれるか、またはそれらの任意の組合せである医療方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の医療方法であって、前記電気刺激は、持続的電流、パルス電流、特定のパルスパターン、パルス電圧、またはそれらの任意の組合せの形式で印加される医療方法。
【請求項２０】
請求項１６に記載の医療方法であって、前記電気刺激は、約０．１Ｈｚから約２５００Ｈｚの範囲の周波数、約１０μ秒から約１０秒の範囲のパルス幅で、約１５秒から約３０分の持続時間にわたって印加される医療方法。
【請求項２１】
請求項１６に記載の医療方法であって、前記電気刺激は、約１０Ｈｚから約２５０Ｈｚの範囲の周波数、約５０μ秒から約２５０μ秒の範囲のパルス幅で、約３０秒から約５分の持続時間にわたって印加される医療方法。
【請求項２２】
請求項１６に記載の医療方法であって、１つまたは複数の刺激信号発生器によって、約５００ｍＶから約２ｋＶの範囲の電圧、または約０．０１ｍＡから約１０００ｍＡの範囲の電流を供給する医療方法。
【請求項２３】
請求項１６に記載の医療方法であって、１つまたは複数の刺激信号発生器によって、約３０Ｖから約１００Ｖの範囲の電圧、または約５ｍＡから約７５ｍＡの範囲の電流を供給する医療方法。
【請求項２４】
請求項１６に記載の医療方法であって、前記神経障害は、てんかんまたは他の発作障害、パーキンソン病、ハンチントン病、アルツハイマー病、ピック病、パーキンソン症、硬直、半側バリスム、舞踏病アテトーシス、ジストニア、無動症、運動緩徐、運動亢進症、他の運動障害、うつ、双極性障害、不安、恐怖症、統合失調症、多重人格障害、物質乱用、注意欠陥多動性障害、摂食障害、攻撃性の制御異常もしくは性行動の制御異常、頭痛もしくは慢性頭痛、片頭痛、振盪、脳振盪後症候群、ストレス関連疾患、またはこれらの任意の組み合わせである医療方法。
【請求項２５】
請求項１７に記載の医療方法であって、前記電気信号は、少なくとも２つの特定の体積の組織を、特定の構成で配置された少なくとも９個の電極を通じて直接位置特定する医療方法。
【請求項２６】
請求項１７に記載の医療方法であって、前記電気信号は、少なくとも２つの特定の体積の組織を、三極以上の同心電極構成を通じて直接位置特定する医療方法。
【請求項２７】
請求項１７に記載の医療方法であって、前記電気信号は、少なくとも２つの特定の体積の組織を、特定の構成で配置された少なくとも９つの単一要素の電極を通じて直接位置特定する医療方法。
【請求項２８】
請求項１６に記載の医療方法であって、少なくとも３つの要素による電極をさらに備え、脳の電気信号は、前記電極の第１の２要素と前記電極の第２の２要素との間の電気的ポテンシャルを検出することによって監視される医療方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の医療方法であって、前記電気的ポテンシャルをさらに利用して、前記哺乳動物の体のある体積内で前記脳の電気信号の位置を検出する医療方法。
【請求項３０】
請求項１６に記載の医療方法であって、少なくとも３つの要素による電極をさらに備え、前記電極の少なくとも２つの要素の間に電圧を発生させることによって刺激を印加する医療方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の医療方法であって、少なくとも２つの電極を利用して、前記哺乳動物の体のある体積内の特定の位置に刺激を向ける医療方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に医療装置に関し、より具体的には、神経障害の検出、予防、および／または治療のための医療装置ならびにその医療装置に関連する方法に関する。
【０００２】
〔関連出願の相互参照〕
本願は、２００４年１０月１８日に出願された仮出願番号第１０／９６７８９１号、および２００５年１０月１７日に出願された一部継続出願第＿号の利益および優先権を主張する非仮出願であり、その仮出願と一部継続出願の双方は、本明細書に援用されている。
【背景技術】
【０００３】
てんかんは、ひどく衰弱させかつ／または危険となりうるいくつかの神経障害のうちの１つである。てんかんは、発作、特に突発的な機能障害、意識消失、異常な運動現象、心的または感覚的な障害を発生することを特徴とする。２百万人から４百万人もの米国人が、さまざまな形態のてんかんに苦しんでいるであろうと考えられている。研究により判明したところによれば、てんかんの有病率は、世界的には、特に経済的に遅れている国においてはさらに高い可能性があり、てんかん患者数の世界的な数字は、１億を超える可能性があることが示唆されている。
【０００４】
てんかんに対する従来の治療様式は適度に効果的ではあるが、それらの治療様式には、いくつかの重大な欠点がある。てんかんを抑制するための１つの技法は、ドーパミン作動薬または抗コリン剤の使用を含んでいる。この技法を用いててんかんを抑制するには、投与量の調節を繰り返して有効性と副作用とのバランスを取ることが必要である。多数の薬物、とりわけ、ロラゾパン、ジアザパン、バルプロ酸ナトリウム、フェノバルビタール／プリミドン、エトスクシミド、ギャバペンチン、フェニトインおよびカルバマゼピンなどが、てんかんの治療に認可されており、利用可能である。不都合にも、これらの薬物は通常、重大な副作用、特に毒性を有している。さらに、ほとんどの場合、正確な治療上の血清のレベルを維持して、破綻的な発作（投与量が少なすぎる場合）または中毒作用（投与量が多すぎる場合）を回避することが極めて重要である。患者を訓練する必要性は高く、特に剤併用療法を行っていることにより、その患者が回避することを望むであろう不快な副作用が生じるときには、その必要性は高いものとなる。さらに、多くのてんかん患者は、薬物治療に十分に反応するが、かなりの数（少なくとも２０％〜３０％）は反応しない。それらの患者に対し、現在では手術が最も確立されかつ最も実行可能な代替の治療方針である。
【０００５】
医学的に治癒が困難なてんかんに対して実施されている一般的な外科手法には、大脳半球切除術、皮質切除術、肺葉切除術および部分肺葉切除術、ならびに根治性の低い病変部切除術、切断、および定位的破壊などの外科的切除がある。手術は必ずしも完全に成功するものではなく、一般に合併症の危険性がある。さらに、手術は、言語に関する（すなわち、機能的に重要な）脳の領域を損傷し、ならびにその結果としてさまざまな認知機能および他の神経学的機能の長期的な障害をもたらすことがある。外科的治療は、相当数の患者においてさまざまな理由により禁忌とされている。さらに、手術を受けたてんかん患者のうち、多くは依然として手術後もてんかんから解放されていない。
【０００６】
てんかんを抑制するための他の従来手法は、組織破壊である。組織破壊は通常、淡蒼球破壊術、視床破壊術、視床下部破壊術、および他の破壊術を含めた定位的な神経外科的手技によって実施される。これらの手法は、適度に効果的であるにすぎない。
【０００７】
組織破壊術は、固有の外科的危険性を有するだけでなく、多くの根本的な制限がある。１つの明白な制限は、組織の除去または破壊の不可逆性である。したがって、組織を過剰にまたは誤って除去すると致命的となる。
【０００８】
電気刺激は、てんかん治療のための新進の方法である。しかしながら、現在承認されており、尚且つ利用可能な電気刺激装置は、埋め込まれた電極を囲む、または埋め込まれた電極の付近にある神経組織に連続的な電気刺激を印加するものであり、検出を実施するものではなく、簡単に言えば、それらの電気刺激装置は関連する神経学的状態に応答するわけではない。電気刺激装置の一例としては、Ｃｙｂｅｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．のＮｅｕｒｏｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃ  Ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ（ＮＣＰ）がある。この装置の迷走神経刺激器（ＶＮＳ）は、例えば、連続的な電気信号を患者の迷走神経に印加する。ＶＮＳは、検査した患者の約５０％において、発作を約５０％減少させることが判明している。しかし、実質的な臨床的利益をもたらすためには、発作の発生率をさらに大きく減少させることが必要である。ＶＮＳは、発作の電気パターンを変化させることができ、また発作間の時間を長くすると最終的には発作を抑制することができる。しかし、ある調査が示唆するところによれば、生活の質は発作の頻度に依存し、必ずしも発作間の時間には依存しない。それゆえに、抗てんかん治療の究極的な目標は、発作パターンを変化させること、または発作間の時間を長くすることによって、単に発作の減少を促進することとすべきではなく、実際に発作を停止させることとすべきである。
【０００９】
また、電気刺激は他の神経障害の治療にも利用されてきた。例えば、市販されている製品、メドトロニック社（Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ、Ｉｎｃ．）のＡｃｔｉｖａ脳深部刺激器は、主にパーキンソン病の治療を目的としたものであり、胸部埋込み型の連続式脳深部刺激器である。この装置は、所定の神経学的領域内に電極が埋め込まれ、選択した脳深部構造に対して連続的な電気パルスを供給する。慢性の高周波頭蓋内電気刺激は、通常組織破壊の効果を機能的に模倣する目的で、細胞活動を抑制するために用いられる。神経組織への短時間の電気刺激、ならびに神経組織の電気的記録およびインピーダンス測定は、さまざまな神経障害の治療のための神経外科手術の間に、ターゲットの位置特定など、脳構造の同定に広く用いられている方法である。
【００１０】
てんかん治療のために脳深部構造を連続的に刺激することに、一貫した成功は見られていない。発作の停止を効果的に実現するには、てんかん発生帯の病巣の近くで刺激を実施するべきであると考えられている。病巣はしばしば新皮質にあり、その新皮質における連続的な刺激は、失語症、感覚障害、または不随意運動などを含む臨床症状を伴う重大な神経学的な欠陥を引き起こす場合がある。あるいは、全般発作の病巣は移動することがあり、したがって、病巣が移動する箇所に電極を挿入することが必要となる。これは、他の通常の治療様式と同様に、てんかんを持つ患者にいくらかの利益をもたらすが、その効果はしばしば限定的である。
【００１１】
したがって、差し迫った発作の検出に基づいた自動応答式のてんかん治療も研究の対象とされてきた。Ｎｅｕｒｏｐａｃｅ、Ｉｎｃ．は現在、埋込み型の応答式神経刺激器の開発と臨床試験を行っている。ここでもまた、埋込み型システムに伴う危険性が存在する。てんかんの病巣が移動する、または明確な病巣が存在しないような場合に症状が発現すると、発作病巣が存在するであろう位置のすべてに電極を配置することは、ほぼ不可能となる。埋め込む電極の数を最小にし、尚且つ有効性を最大限にするには、妥協することが必要となる。他の主な懸念事項としては、そのような装置は薬物耐性を有する突発的な発作の間に、十分迅速に埋め込むことができないということである。
【００１２】
また、三叉神経刺激は発作活動を非同期化するための取りうる方法である。Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｂｉｏｎｉｃｓ、Ｉｎｃ．社は、現在電気刺激を三叉神経に印加するてんかん治療用の埋込み型装置を開発している。迷走神経と同様に、三叉神経は脳のすべての領域には突出しておらず、またすべての発作を停止することはできない。また、この方法は、上述の装置と同様な埋込み型装置における懸念事項と同じ懸念事項を有している。
【００１３】
人間である患者の医学的に治癒困難な発作における電撃療法（ＥＣＴ）の利用について、文献に１つのみ事例報告があり（Ｇｒｉｅｓｅｍｅｒら、Ｎｅｕｒｏｌｏｇｙ；１９９７  ４９（５）：  １３８９−９２）、この報告において、ある患者は「高強度において休止を伴う発作パターンの変化」を経験し、他の患者は「自発的発作の頻度の減少」を経験した、というものである。驚くべきことに、この方法論を動物モデルにおいてまたは人間の臨床系において調査したさらなる研究は見当たらない。電撃療法（ＥＣＴ）は、通常のＥＥＧ電極を用いて実施され、この通常のＥＥＧ電極では、特定の体積の生物学的組織に刺激を集中させることはできない。ＥＣＴを実施するには、強い筋弛緩剤ならびに鎮静剤がしばしば使用される。したがって、患者を厳重に監視しなければならない。
【００１４】
病巣、すなわちてんかん様活動の始まりにおいて、またはその近くで電気刺激を印加することができれば、発作抑制の効率が向上すると提唱されてきた。発作病巣の発見には通常、機能的磁気共鳴（ｆＭＲＩ）システムなど、非常に高価でかつ非可搬式の画像処理機器が必要であった。そのような精巧なシステムを用いても、発作活動のリアルタイムの解析は依然として達成することはできない。発作病巣の位置を特定するための他の手段としては、頭蓋内に穴をあけ電極を挿入し、脳からの電気活動を記録して解析し、病巣の位置を特定することである。後者の技法はきわめて健康な組織を冒すものであり、脳神経外科医を必要とし、また合併症につながる可能性がある。同様の技法が、パーキンソン病および他の神経障害の治療に適用可能である。これらの技法のいずれもが克服できない他の問題は、病巣がさまざまな他の位置に移動しうるということである。ｆＭＲＩおよび陽電子放射型断層撮影法（ＰＥＴ）などの他の画像処理システムは血流の変化に依存しているが、その血流の変化は発生に数分間を要することがあり、したがって高速に変化する脳活動の画像を捕捉することは不可能となる。どのようにしても、移動する発作病巣を脳内に挿入された電極で写像することは困難であり、移動する病巣を追跡するには、頭蓋内に多数の電極と多数の穴が必要となる。
【００１５】
脳波（ＥＥＧ）の利用は、てんかん治療に対する他の手法である。ＥＥＧは、健康な組織を冒すことなく、脳の電気活動を頭皮表面から記録する方法である。ＥＥＧは、サンプル１つあたり１．０ｍｓ未満という、非常に良好な時間分解能を有することができる。また、ＥＥＧはシステムを移動可能にすることができ、特別に高価になることはない。しかしながら、使用されている電極のタイプでは、頭蓋骨および他の体組織の平滑化効果により、脳内の発生源を位置特定することが困難であるなど、ＥＥＧには限界がある。
【００１６】
生物学的な電気活動の位置を特定するための機構を開示するさまざまな方法が存在している。それらの方法はすべて、円板または双極電極のいずれかから取得したデータを後処理することを含んでいる。後処理は、シミュレートされたポテンシャルと測定されたポテンシャルを繰り返し比較すること、またはソフトウェアフィルタのバンクを使用することのいずれかを含んでいる。これらの方法による発生源の位置を特定するための解決策としては、リアルタイムにしないということであり、またＭＲＩ／ＣＴデータを利用することがしばしば必要となる。一例において、脳磁図（ＭＥＧ）が、脳内における発生源の位置を特定するために用いられている（例えば、米国特許第６６９７６６０号を参照）。ＭＥＧは、ＥＥＧと類似した高度な時間分解能を有するが、非常にコストを要し、移動不能であり、また使用するためには専用の部屋を必要とする。
【００１７】
他の例において、複数の空間フィルタが、脳内のＥＥＧ信号から電気発生源を位置特定するために使用されている（例えば、米国特許第５２６３４８８号を参照）。この技法は後処理を必要とし、また、通常のＥＥＧ電極を使用するので、分解能が制限される。
【００１８】
脳内の電気発生源をＥＥＧ、ＭＲＩを用いて位置特定することに関する他の例において、頭部を撮像する他の方法が、頭皮、頭蓋、脳脊髄液、および脳の形状および厚さを判定するために用いられている（例えば、米国特許第５３３１９７０号を参照）。この情報が取得されると、次いでコンピュータモデルが作成され、数学的なぼけ補正アルゴリズムが適用され、脳の皮質表面上における発生源の位置が推定される。この方法では、発生源がどこから生じるかを判定するために非常に多くの前処理時間を必要とし、リアルタイムで使用することはできない。
【００１９】
類似の手法が、心臓の電気活動を撮像するために利用されてきた（例えば、米国特許第６８５６８３０号を参照）。この方法は、体表のＥＣＧを記録すること、患者の胴体のＭＲＩまたはＣＴ画像を取得すること、および両方の要素を心臓−胴体モデルに入力することを含んでいる。この方法の次のステップは後処理を含み、その後処理によって、体表のポテンシャルが、心臓内の発生源に対して計算され、測定された体表のポテンシャルと比較される。この手順は、２つの要素が所与の事前設定された誤差範囲内になるまで、反復的に繰り返されなければならない。したがって、この手順はリアルタイムで実施することはできない。さらに、発生源の明確な位置を特定することがなく、また、記録は通常のＥＣＧ電極で行われるため、発生源が球状であることによる像のゆがみが明らかとなる。
【００２０】
他の例において、通常のＥＥＧ記録技法および／またはＭＥＧが用いられ、脳の電気活動が発生しているであろう位置に制限が加えられる（例えば、米国特許出願第２００３００９３００４号を参照）。この手法は次の事実により制限されている。その事実というのは、このタイプのシステムが表面ポテンシャルから逆の位置特定を解くために、活動の位置をこの技法の実施前に知らなければならないという事実である。さらに、この技法には、頭部が体積伝導体であることにより、ぼけ効果を生じるという難点がある。
【００２１】
他の例において、電気インピーダンスプレスチモグラフィ（ＥＩＰ）が、生物学的組織の内部における電気発生源の位置を特定するために提案されている（例えば、米国特許出願第２００２００３８０９５号を参照）。ＥＩＰにおいて、一定期間にわたってなされるインピーダンス特性試験が、体組織の変化を位置特定するために利用される。電気刺激が組織内に注入され、リターン信号が測定されて、インピーダンスが決定される。表面の下の発生源は、注入された信号と相互作用するので、導電度のマップが展開され、これらの導電度に基づいて組織内の発生源を反復的に位置特定するためのモデルが構築される。このタイプの装置は依然として、典型的なＥＥＧ電極に依存しており、そのＥＥＧ電極は球状の信号を受け取り、位置を特定する工程にゆがみを生じる。
【００２２】
治療に対する現行の手法には、薬物、手術および埋込み型システムなど、現在利用可能なシステムおよび開発中であるシステムがあるが、そのような現行の手法にはさまざまな複雑な問題があるため、神経障害、特にてんかんにおいて、健康な組織を冒すことなく、てんかんを検出し、治療し、予防するシステムが必要とされている。
【発明の開示】
【００２３】
現在、電撃療法は、うつなどのさまざまな障害の治療に利用されている。しかしながら、ＥＣＴやさまざまな神経障害の治療に現在用いられている薬物治療および埋込み型システムなどの他の治療方法には、さまざまな複雑な問題があり、その問題によって満足できる使用および治療の標準化は限定されている。
【００２４】
上記を考慮すると、神経障害を検出、予防および／または治療することができ、健康な組織を最小限冒すだけの医療装置が必要とされている。好ましくは、そのような装置は電気刺激を伴うが、それは、この手法が所望の結果を達成する大きな可能性を示しているからである。また、安全で効果的であり、持続時間が短く、かつ健康な組織を冒さない、または最小限しか冒さないで検出し、予防し、および／または治療する方法が得られることが望ましい。
【００２５】
したがって、本発明の目的は、所望の結果を安全かつ一貫した方式でもたらすことができるような神経障害の検出、予防、および／または治療のための医療装置を提供することである。
【００２６】
本発明の他の目的は、脳の電気活動を直接測定することによって身体の体積伝導体内にあるさまざまな電気発生源を区別する独特な電極システムを利用した電気刺激器を提供することであり、尚且つフィードバック装置のような医療装置を提供することである。
【００２７】
本発明の他の目的は、発生源の位置特定を改良することができるような医療装置を提供することである。
【００２８】
本発明の他の目的は、神経障害の検出、予防、および／または治療のための方法を提供することである。
【００２９】
本発明のさらなる他の目的は、電気刺激の印加によって発作を検出、予防、および／または治療するための方法を提供することである。
【００３０】
本発明のさらなる目的は、安全で効果的であり、健康な組織を冒すことが最小限であり、かつ治療期間が短くなるような方法を提供することである。
【００３１】
本発明は、電気刺激に基づいた神経障害の検出、予防、および／または治療のための医療装置に関する。本発明の一実施形態において、そのような装置は独特な電極システムを備えており、その電極システムは、脳の電気活動を直接測定することによって、身体の体積伝導体内にあるさまざまな電気発生源を区別することができる。電極は、少なくとも１つの外側導電要素と、１つの中心導電要素とを備えていることが好ましく、外側導電要素は中心導電要素を囲み、それによって同心構成を形成している。この同心リング電極は、非常に高い球状の信号減衰性を有し、それによって位置特定の処理を改善している。電極の導電要素は、リング、正方形、長方形、楕円形、または任意の数の辺を有する多角形の同心の幾何学的構成で配置することができる。電極は、金属、非金属の導電材料、またはそれらの組合せから製作され、その金属または非金属の導電材料は生体適合性を有するか、または導電性の生体適合コーティングを備えている。
【００３２】
本発明の一実施形態において、生体電気神経装置は、制御モジュールと、１つまたは複数の電極と、電源とを備えている。制御モジュールは、刺激サブシステムと、通信サブシステムと、中央処理装置（ＣＰＵ）とを備えている。クロックは、ＣＰＵの外部に取り付けられていてもよく、またＣＰＵ内に組み込まれていてもよい。電極調停器は、方向付けロジック制御器と、１つまたは複数の電子スイッチとを備えている。検出サブシステムは、１つまたは複数の増幅器と、１つまたは複数のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器と、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）とを備えている。インピーダンスサブシステムは、１つまたは複数のインピーダンス信号発生器と、インピーダンス制御器とを備えている。刺激サブシステムは、１つまたは複数の刺激信号発生器と、刺激制御器と、高圧電源とを備えている。
【００３３】
本発明の一実施形態において、電極からの電線は、電極調停器、検出サブシステムおよび刺激サブシステムに接続されている。電線は、脳波図（ＥＥＧ）信号などの信号を電極から電極調停器に伝える。患者の一部に取り付けられた電極は、電極調停器を介して刺激サブシステムによって刺激され、それによって電極はエネルギーを与えられる。電極は好ましくは、頭皮の上もしくは下に配置することによって、または頭皮と脳の間の任意の場所、もしくは脳内の任意の場所に配置することによって、患者の頭皮に取り付けることができる。この取付けによって、脳の刺激が促進される。
【００３４】
また、本発明は神経障害の検出、予防、および／または治療のための方法に関する。
【００３５】
一実施形態において、この方法は、２つの要素による電極を少なくとも１つ哺乳動物の一部に配置することと、哺乳動物の脳の電気信号パターンを監視して神経学的現象の存在または発症を確認することと、神経学的現象を示す脳の電気パターンの位置を電気刺激の印加前に確認することと、電気刺激を印加して脳の電気パターンを有益に変化させることとを含んでいる。
【００３６】
本発明の一実施形態において、脳の電気信号は、特定の構成で配置された少なくとも９つの電極によって、少なくとも２つの特定の体積の組織を直接に位置特定する。他の実施形態において、この直接的な位置特定は、三極以上の同心電極構成によって達成される。
【００３７】
本発明の方法は、経皮的、経頭蓋的または組み合わせた電気刺激の印加を含んでいる。電気刺激は、持続的電流、パルス電流、特定のパルスパターンの持続的電圧、パルス電圧、またはそれらの任意の組合せの形式で印加することができる。本明細書での使用に適切な電気刺激の周波数は、約０．１Ｈｚから約２５００Ｈｚの範囲にあり、本明細書での使用に適切なパルス幅は、約１０μ秒から約１０秒の範囲にあり、本明細書での使用に適切な刺激の持続時間は、約１５秒から約３０分の範囲にある。本発明の方法は、約５００ｍＶから約２ｋＶ、好ましくは約３０ボルトから約１００ボルトの範囲の電圧と、約０．０１ｍＡから約１０００ｍＡ、好ましくは約５．０ｍＡから約５０ｍＡの範囲の電流振幅で印加することを含んでいる。
【００３８】
また、本発明の方法は、薬物などの他の周辺刺激技法と共に、同心電極を介して電気刺激を送出するために、生体電気神経装置を使用することに関する。
【００３９】
本発明の生体電気神経装置およびその装置に関連する方法は、健康な組織を冒すことを最小限にし、好ましくは健康な組織が冒されることがないようにすることができる。
【００４０】
上記の本発明の概要は、図示した実施形態のそれぞれ、または本発明のすべての実施形態を説明することを意図したものではない。以下の図および詳細な説明によって、これらの実施形態を具体的に例示する。
【００４１】
本発明はさまざまな修正および代替の形態に容易に応じるが、その詳細は、一例として図面に示してあり、また詳しく説明することにする。しかしながら、その意図は、本発明を、特定の実施形態に限定するわけではないことを理解されたい。逆に、その意図は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨と範囲に含まれるすべての修正物、等価物、ならびに代替物を含むことである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明は、電気刺激に基づいて神経障害を検出、予防、および／または治療するための医療装置に関する。また、本発明はそのような装置を利用して神経障害を検出、予防、および／または治療するための方法に関する。
【００４３】
〔１．  定義〕
「生体電気神経装置」という語は、本明細書で使用するとき、電気刺激を通じた神経障害の検出、予防、および／または治療のための医療装置を指す。
【００４４】
「同心」という語は、本明細書で使用するとき、より大きい要素がより小さい要素を囲んでいる電極要素を指す。好ましい実施形態において、連続的に増加する半径を有するリングとして構成された導電要素が、中心の導電円板を囲んでいる。
【００４５】
他の実施形態において、中心の電極要素を囲む導電要素は、正方形、長方形、楕円形、または任意の数の辺を有する多角形であってもよい。
【００４６】
「電気発生源」という語は、本明細書で使用するとき、概して、脳内で電気信号を生成するニューロンまたは神経を指す。しかしながら、脳深部刺激療法などの人工の電気発生源を位置特定することが好ましいことがあるため、そのような人工の電気発生源もまたここでは意図することができる。
【００４７】
「電極」という語は、本明細書で使用するとき、電流が電解槽または他の媒体に出入りする際に通過する導電体のことを指す。
【００４８】
「ラプラシアン」という語は、ポテンシャルの２階微分から導かれ、そのフランス人の発明者であるピエール・ラプラス（Ｐｉｅｒｒｅ  Ｌａｐｌａｃｅ）（１７４９〜１８２７年）にちなんだものであり、本明細書で使用するとき、同心リング電極によって測定された感知電位の２階空間微分を指す。ラプラシアンは空間周波数を増加させる。刺激を行うために使用すると、これらの同心リング電極は同じように、典型的な電極よりも明確に電界を組織内に集中させる。
【００４９】
「神経障害」という語は、本明細書で使用するとき、神経学的、精神医学的、心理学的、かつ／または脳血管性の症状もしくは起源による、あるいはそれらから生じる障害、疾患、および／または症候群を指す。神経障害には、てんかんまたは他の全般発作障害もしくは部分発作障害、パーキンソン病、ハンチントン病、アルツハイマー病、ピック病、パーキンソン症、硬直、半側バリスム、舞踏病アテトーシス、ジストニア、無道症、運動緩徐、運動亢進症、うつ、双極性障害、不安、恐怖症、統合失調症、多重人格障害、物質乱用、注意欠陥多動性障害、摂食障害、攻撃性の制御異常もしくは性行動の制御異常、頭痛もしくは慢性頭痛、片頭痛、振盪、脳振盪後症候群、ストレス関連疾患、またはこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
【００５０】
「神経学的現象」という語は、本明細書で使用するとき、発作、片頭痛、うつなどの異常な神経活動を指す。
【００５１】
「刺激」という語は、本明細書で使用するとき、頭皮や脳組織もしくは脳組織の付近、または顔もしくは首などの皮膚面に印加される１つまたは複数の電気信号を指す。
【００５２】
「Ｎ」という語は、本明細書で使用するとき、ある項目が、例えば１からＮなど、不定数すなわち重複して存在することを指す。
【００５３】
「感度」という語は、本明細書で使用するとき、電極の中心の真下にある電気発生源から電極によって検出された信号と、電極の中心の真下でないところにある電気発生源から電極によって検出された信号との比を指す。
【００５４】
理解されたいこととして、「１つの」および「その」という単数形は、本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用するとき、文脈に別段の明確な指示がない限り、複数を指すことを含んでいる。
【００５５】
〔２．  生体電気神経装置〕
本発明の医療装置、すなわち生体電気神経装置１００の実施形態を図１に示すが、この装置は、制御モジュール１１０と、１つまたは複数の電極１２０と、電源１３０とを備えている。生体電気神経装置１００は、信号を観測するための外部機器と、装置制御部と、電線とをさらに備えていてもよい。用途に応じて、本発明の医療装置は、その機能および／または構成が異なっていてもよい。例えば、てんかん発作などの発作の検出、予防、および／または治療に対しては、この装置は発作用刺激器または細動器であってもよく、うつの治療に対しては、この装置はうつ用刺激器であってもよく、その他の用途についても同様である。発作用細動器の機能には、てんかんなどの神経障害による、またはその神経障害から生じる特定の電気活動を検出することが含まれている。うつ用刺激器の機能には、うつによる、またはうつから生じる特定の電気信号を検出することが含まれている。意図する用途にかかわらず、この装置は、独特な同心電極設計を含んでおり、その同心電極設計は、電気発生源の直接的な深度検出、体表での発生源の位置特定、および高分解能の電気信号の検出に使用することができる。したがって、生体電気神経装置は、発生する電気的活動の発生源を位置特定する能力を有している。さらに、この装置は、通常の電極で可能となるよりも、領域をより制限してターゲットとし、より均一な刺激を送出して、神経障害を迅速に改善することができる。また、生体電気神経装置は、刺激を印加する前後の状態を比較して、さらなる供与量の刺激が必要であるかどうかを判定することもできる。より多くの刺激が必要であると判定すると、装置はさらなる刺激を印加することができ、また、刺激がそれ以上必要でないと判定すると、装置は引き続き電気信号を分析して、将来の処置が必要であるかどうかを判定する。
【００５６】
生体電気神経装置の制御モジュール１１０は、電極調停器１１１と、検出サブシステム１１２と、インピーダンスサブシステム１１３と、メモリサブシステム１１４と、刺激サブシステム１１５と、通信サブシステム１１６と、中央処理装置（ＣＰＵ）１１７とを備えている。クロック１１７ａは、ＣＰＵ１１７の外部に取り付けられていてもよく、またＣＰＵ１１７内に組み込まれていてもよい。電極調停器１１１は、その実施形態が図２に示されており、方向付けロジック制御器１１１ａと、１つまたは複数の電子スイッチ１１１ｂとを備えている。検出サブシステム１１２は、その一実施形態が図３に示されており、１つまたは複数の増幅器１１２ａと、１つまたは複数のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１２ｂと、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１１２ｃとを備えている。インピーダンスサブシステム１１３は、その一実施形態が図６に示されており、１つまたは複数のインピーダンス信号発生器１１３ａと、インピーダンス制御器１１３ｂとを備えている。刺激サブシステム１１５は、その一実施形態が図７に示されており、１つまたは複数の刺激信号発生器１１５ａと、刺激制御器１１５ｂと、高圧電源１１５ｃとを備えている。
【００５７】
本発明の装置で使用されるアナログ−デジタル変換器１１２ｂ、デジタル信号プロセッサ１１２ｃ、デジタルメモリ１１４、マイクロコンピュータであってもよい中央処理装置１１７および増幅器１１２ａの構成部品は、当技術分野で知られている構成部品であっても、または市販されているような任意の構成部品であってもよい。これらの構成部品を配線してプログラムする技法は、当技術分野で知られているような任意の技法であってもよい。あるいは、本発明の装置は、これらの構成部品またはこれらの構成部品の機能の任意の組み合わせを備えた特注の超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）またはハイブリッド回路を利用することもできる。
【００５８】
本発明の一実施形態において、電極１２０からの電線は、図１に示すように、電極調停器１１１に、また検出サブシステム１１２および刺激サブシステム１１５に接続されている。電線は、脳波（ＥＥＧ）信号などの信号を電極１２０から電極調停器１１１に伝える。患者の頭皮に取り付けられた電極１２０は、電極調停器１１１を通じて刺激サブシステム１１５によって刺激され、それによって電極１２０は患者に電流を注入する。電極１２０は、頭皮の上もしくは下に配置することによって頭皮に取り付けられ、または頭皮と脳の間の任意の場所、もしくは脳内の任意の場所に取り付けることができる。この取付けによって、脳の刺激が促進される。別の実施形態において、電極１２０の個別の集合および関連付けられた電線が、各サブシステムで利用される。そのような構成において、電極調停器１１１を含む必要がない場合もある。
【００５９】
本発明の生体電気神経装置１００は、健康な組織を冒すことを最小限にし、また好ましくは健康な組織を冒すことがないようにすることができる。このことは、さまざまな理由で有利になりうる。例えば、外科処置を実施して装置を埋め込む必要なく、装置を使用することができる。したがって、装置は、緊急の状況において非常に迅速に、人に対して作用させることができる。研究によれば、より早期に処置を施して発作を抑えると、その結果はより良好なものとなる。さらに、電極の取換えに外科処置が不要となる。電極は、必要に応じて容易に交換することができる。また、既存の電極は、新たな電極設計がより有効であると判定された場合に、外科処置なしで交換することができる。また、電極の位置も手術に頼ることなく変更することができる。電極の取付け機構の再構成のみが、この作業を成し遂げるために必要となり、その再構成は神経外科チームではなく技術者によって実施することができる。さらに、電池は手術をする必要なく取り換えることができる。この作業は、技術者など、神経外科チーム以外の誰もが実施することができる。これらおよび他の利点により、生体電気神経装置の使用は非常に費用の面で効果的となる。この装置における１つの具体的な費用の面での効果的な性質は、１台の埋込み型装置の場合には１人の治療にしか使用できないのに対して、装置１台を複数人の治療に使用できることである。このことは、医学的観点から特に重要であり、それは、緊急の状況で装置を使用する際に、単に１人ではなく複数人の必要性に対処できるからである。
【００６０】
〔２．１  検出サブシステム〕
発作用細動器などの生体電気神経装置１００の検出サブシステム１１２は、神経学的現象を検出する役割を果たしている。検出サブシステム１１２は、神経学的現象を自動的に検出する。本発明の一実施形態において、検出サブシステム１１２は、図３に示すように、信号、例えばＥＥＧ信号（システムのアースを基準とする）を脳または他の発生源から受け取り、その信号を処理して、てんかん発作またはてんかん発作の前兆などの神経学的現象を識別する。中央処理装置（ＣＰＵ）１１７およびメモリサブシステム１１４は、発作用細動器のすべての機能を制御して調整するように機能する。ＣＰＵ１１７は、プログラミングパラメータおよび命令を、相互接続を通じて検出サブシステム１１２に伝送する。検出サブシステム１１２は、神経学的現象の検出を確認するＣＰＵ１１７に信号を伝送する。また、検出サブシステム１１２は、ＥＥＧおよび他の関連するデータをメモリサブシステム１１４に伝送して記憶させることができる。現在利用可能なメモリ技法は、ＥＥＧの記憶に適している。例えば、サンプル１つ当たり１６ビット（２バイト）を１秒間当たり５００サンプルのサンプリング速度（最大１００ヘルツ（Ｈｚ）のサンプリング周波数の５倍超）で使用する４２電極のシステムに対するＥＥＧ記憶には、１分間当たり２，５２０，０００バイトのデータ記憶装置が必要となる。一般に、フラッシュメモリは約１００分間のデータ記憶が可能な２５６メガバイトの装置として入手可能である。
【００６１】
検出サブシステム１１２は、１つまたは複数の増幅器１１２ａと、１つまたは複数のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１２ｂと、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１１２ｃとを備えている。増幅器１１２ａは、帯域フィルタなど、さらなる信号処理回路を備えていてもよい。帯域フィルタは、外部からの信号の周波数成分、あるいはより高域の検出サブシステム１１２の成分に干渉しうる信号の周波数成分を除去することができる前置フィルタとして動作する。通常、帯域フィルタは低周波および高周波が伝達されることを制限する。健康な組織を冒すことなく頭皮表面へ取り付けられるために必要な帯域フィルタは、健康な組織を冒すような装置で用いられている周波数パラメータと同じものを用いてはならない。頭皮表面上では、肌と電極との接触によって、周波数が、埋め込まれた電極からの周波数よりも低くなるという人工的な結果を生じることがある。また、被験者が動くことによっても、周波数が、健康な組織を冒すような電極を用いた場合に見られる周波数よりも低くなるという人工的な結果が生じることがある。健康な組織を冒すことのない外部装置に対しては、高域フィルタの遮断周波数（カットオフ）を、健康な組織を冒すようなシステムに対する周波数よりも高く設定すると有利になることがある。通常、脳波活動に存在する４０Ｈｚを超える信号は多くない。低域フィルタを４０Ｈｚに対して設定する場合、６０Ｈｚまたは５０Ｈｚのノッチフィルタは必要でないことがある。
【００６２】
これらの構成部品は、モジュール式であることが好ましく、個別の構造（アーキテクチャ）を有することもできるが、スペース、電力またはコストの問題により、専用の集積回路内に組み込まれていてもよい。その専用の集積回路は、単一の混合型であってもよいし、または、アナログ処理用の１つの回路とデジタル変換および処理用の１つの回路とを含んだ二重型であってもよい。検出サブシステム１１２は、独立型（スタンドアロン）ユニットとして存在してもよく、また、電極、増幅器１１２ａ、刺激サブシステム１１５、または刺激装置の他の構成部品と一体化されていてもよい。
【００６３】
検出サブシステム１１２の構成部品は、被験者の体の中または上に配置することができる。例えば、検出サブシステム１１２および他の発作用細動器の構成部品は、被験者の皮下に配置して、発作用細動器を被験者の体内で完全に独立させることができる。
【００６４】
通常、神経学的現象が存在しない被験者の脳内に発生する電気活動（脳波で記録される）は、正常であり、一般にはほとんど大きさが変化しない一定の信号である。発作などの神経学的現象の間、電気活動は同期して加算的な効果を有し、正常なＥＥＧよりも高いまたは低いＥＥＧを生じる。
【００６５】
一実施形態において、発作用細動器の検出サブシステム１１２は、神経学的現象を特徴づける脳活動のパターンを識別するために、帯域フィルタによってフィルタ処理された信号を使用する。そのような検出サブシステム１１２は、多数のアルゴリズムのうちのいずれかを用いて、発作を識別することができる。そのようなアルゴリズムは、信号の成分を識別するように適合させることができ、その成分には、信号の大きさ、信号の主周波数成分、および時間周波数解析があるが、これらに限定はされない。
【００６６】
発作などの神経学的現象が、検出サブシステム１１２によって検出されると、ＣＰＵ１１７は、電極調停器１１１および電線を通じて電極１２０のうちのいずれか１つまたは複数に電気信号が伝送されるように、刺激サブシステム１１５に対して指令することができる。適切な電気信号を、脳の中、上、または付近の特定の位置に伝送すると、てんかん発作の通常の進行を食い止めることができると予想される。また、検出サブシステム１１２によって刺激信号が誤って神経学的現象と解釈されたり、刺激信号が検出サブシステム１１２に損傷を与えたりすることがないようにするために、刺激サブシステム１１５は刺激の直前に、電極調停器１１１を通じて検出サブシステム１１２を一時的に動作不能にすることが必要になることもある。
【００６７】
本発明の他の実施形態において、検出サブシステム１１２は、所与の神経学的現象の要件を信号が満たしている期間には信号を（ＣＰＵに、次いで）刺激サブシステム１１５に送り、神経学的現象に関連する脳活動が途絶えたときには信号を刺激サブシステム１１５に送らない。すなわち、刺激信号は神経学的現象が存在するときにのみ送られ、また、刺激信号は、ＥＥＧ信号がしきい値を下回るか、または神経学的現象の既知のパターンを満たさないときには送られない。神経学的現象が存在する期間にのみ、信号を刺激サブシステム１１５に送ることによって、副作用を防止することができる。さらに、そのようにすることによって、組織に対する起こりえる損傷や害を最小にするか、または除くことができる。
【００６８】
検出サブシステム１１２は、異なる深度の発生源を直接検出して発生源の位置特定を容易にすることができ、この特徴は独特な電極設計に不可欠なものである。異なる深度の発生源は、同心円板の誘導フィールドおよびリング双極誘導法の解析に基づいて検出される。そのようなシステムにおいて、感度は、環形（リング）の外半径外の双極子に対して１／ｒ４で急速に低下し、半径方向の双極子の位置特定に対する感度は、円板とリングとの間隙で最大値に達する。円板およびその円板の周りに２つの同心リングを有する三極電極システムは、２つの双極電極システムと考えることができ、すなわち、円板と小さい方のリングとが１つの双極システムを形成し、円板と大きい方のリングとが第２の双極システムを形成している。電気発生源が、図４の点「ａ」のように、円板と小さい方のリングとの間の領域の外側で、ただし大きい方のリングで囲まれた領域の内側で発見された場合、円板と小さい方のリングの双極システムによって検出された信号は、１／ｒ４で急激に減衰し、一方で、円板と大きい方のリングの双極システムによって検出された信号は減衰しない。大きい方の電極で測定されたポテンシャルは、小さい方の電極のポテンシャルよりも大きいものとなる。発生源が、小さい方の電極の半径内にある場合、小さい方の電極によって測定されたポテンシャルは、大きい方の電極によって測定されたポテンシャルよりも大きいものとなる。したがって、それぞれの円板とリングの双極システムは、それらのシステムの半径内にある発生源を空間的に選択する。付加的により大きいリングをさらに追加すると、電極システムによって電気発生源を位置特定できる領域が、さらに拡大する。
【００６９】
発生源は、電極の平面上にある必要はない。同じ構想は、深度の検出にも当てはまる。このようにして、特定の深度の範囲を判定することができる。図４の点「ｂ」のように、電極の平面の下方にある発生源を考える。発生源から円板の中心までの距離は、小さい方のリング双極電極（ＩＲ）の半径の外側にあり、かつ大きい方のリング双極電極（ＯＲ）の半径の内側にある。したがって、円板と小さい方のリングの双極電極によって検出される信号は、１／ｒ４で急激に減衰するが、外側の大きい方のリングで検出される信号は減衰しない。外側のリングのポテンシャルは、円板と中間のリングの差ポテンシャルよりも大きくなる。一方で、双極子が中間のリングの半径内にある場合には、円板と中間のリングの差ポテンシャルは、外側のリングの差ポテンシャルよりも大きくなる。
【００７０】
発生源の位置を特定の体積の組織に直接限定すること、または発生源の位置を他の媒体に直接限定することは、本発明の装置が備えている独特な同心電極構成によって達成されるものであり、また、通常の電極による特定の構成によっても達成することができる。この独特な特徴は、同心電極を用いると通常の電極を用いる場合よりも著しく良好に成し遂げられるが、これは、同心電極が、球状の発生源を通常の電極よりもより一層区別できるからである。この球状に減衰する特徴により、同心電極の外側の距離を越えたところから発生するノイズが制限される。ハードウェア、すなわち電極および回路部品は、電極の差信号を、検出サブシステム１１２によって制御される電極１２０からデジタル信号プロセッサ１１２ｃへ供給する。これらの差の対は、増加する電極のサイズを組み合わせたものである。まず、円板および最も内側のリングのポテンシャル間の差が、双極の配置［円板−リング（１）］で取得され、次いで、円板および同じリングが、図５に示すように互いに短絡され、次に大きいリングと短絡された組みのポテンシャル間の差が、［１／２（円板＋リング（１））−リング（２）］として測定される。短絡された電極要素の平均ポテンシャルが常に使用される。この擬似双極差分法は、いかなる数の同心要素にも適用可能である。擬似双極差分法は、電子回路を用いて実施することができ、または電極要素と基準電極との間に差動入力を取り、差分信号をデジタル式でソフトウェアアルゴリズムと結び付けることによっても実施することができる。
【００７１】
〔２．２  インピーダンスサブシステム〕
本発明の刺激インピーダンスサブシステム１１３は、肌と電極との間のインピーダンスを検査するために使用される。一般に、信号は、インピーダンスが低いと、より効果的に伝送される。本発明の一実施形態において、インピーダンスサブシステム１１３は、図６に示すように、肌と電極との接触がなされ、尚且つ維持されていることを検査して確認するために利用される。肌と電極との接触が強くなりすぎた場合、信号は、両方向において、すなわち検出側へも刺激側からも劣化する。インピーダンスサブシステム１１３は、既知の大きさおよび周波数の信号を生成し、特定の電極１２０を肌と電極とのインピーダンスに関してテストする必要があることを、電極調停器１１１に教示する。インピーダンス制御器１１３ｂは、どの電極をテストするかを決定し、刺激波形の間、または刺激波形シーケンスの開始時にそれらの電極を組み入れる。調停器１１１は、インピーダンステスト信号を特定の電極１２０に経路指定し、信号の復路を検出サブシステム１１２に経路指定する。次に、受信した信号の大きさが、送信した信号の大きさと比較され、オームの法則に基づいて肌と電極との間のインピーダンスの実部を決定することが可能となる。約１Ｈｚから約５００Ｈｚ、好ましくは約１００Ｈｚから約２００Ｈｚなど、本明細書での使用に適した低い周波数では、肌と電極とのインピーダンスは主として実数の抵抗成分となる。また、刺激サブシステム１１５は、インピーダンス検出に使用するための信号を生成することもできるが、しかしながら、これによって刺激信号発生器の仕様がインピーダンス検出用の用途に適さないことから、複雑な問題が生じることがある。例えば、刺激サブシステム１１５は通常、ミリアンペアの範囲で刺激を印加するが、その一方で、インピーダンステスト回路は、マイクロアンペアの範囲の電流を必要とする。さらに、刺激サブシステム１１５は、インピーダンスサブシステム１１３と比較して、より複雑でない刺激波形を生成することがある。
【００７２】
現在使用されている埋込み型システムは、電極が線維で包まれる結果として電極のインピーダンスが増加することにより、効率が経時的に低下することがある。本発明の一実施形態において、定電流刺激が使用される。インピーダンスが変化するとき、刺激電流の大きさは依然として同じであり、効率も同様である。
【００７３】
〔２．３  電極調停装置〕
本発明の刺激電極調停器１１１は、多重化機構である。刺激電極調停器１１１は、電極と刺激サブシステムなどのサブシステムとの間の接続を形成したり、または接続を断つために使用される。本発明の一実施形態において、電極調停器１１１は、図２に示すように、特定の電極１２０との間で信号を方向付けることができる。別個の電極を記録と刺激に使用する場合、調停器は必要ではない。各電極１２０は、検出、インピーダンスおよび刺激の３つのサブシステムに接続することができる。電極調停器１１１の方向付けロジックは、これらのサブシステムのそれぞれから指令を受け、どの電極１２０をどのサブシステムに接続するかを決定する。例えば、刺激サブシステム１１５が、神経学的現象を生じている領域の上にあると判定した特定の電極に刺激を印加しようとするとき、刺激サブシステム１１５は、その特定の電極に刺激サブシステム１１５を接続するように、電極調停器１１１に指令する。調停器１１１は、その電極１２０がまさに刺激されようとしており、検出サブシステム１１２に接続されていないことを、検出サブシステム１１１に知らせる。他の電極１２０は、神経学的現象に対する刺激の効果を評価するために、刺激が継続されている間、依然として検出サブシステム１１２に接続されていてもよい。迅速で堅実な活動化および非活動化のために、またスイッチのはね返りを防止するために、電極スイッチは電極調停器１１１によって利用される。電極１２０のさまざまな相互接続をマッピングする一連の接続が、この電気機構により可能となっている。
【００７４】
〔２．４  刺激サブシステム〕
本発明の刺激サブシステム１１５は、手動でまたは自動で開始することができる。刺激パラメータは、手動で入力されてもプログラムで入力されてもよく、また常駐の刺激パラメータが自動で使用されてもよい。
【００７５】
本発明の一実施形態において、図７は、刺激サブシステム１１５を、他のサブシステムとの相互接続を含めて示している。刺激サブシステム１１５は、神経学的現象が検出されると、それに応答して、頭皮、脳、または他の生物学的組織を刺激するために使用される。刺激サブシステム１１５の好ましい実施形態は、刺激制御器とＮ個の刺激信号発生器とを備えており、刺激信号発生器は電線を通じて電極調停器１１１を介して電極１２０に接続されている。ＣＰＵ１１７からの現象検出信号は、刺激制御器によって受信され、刺激制御器はまず、相互連結（リンク）を介して信号を電極調停器１１１に送信して、特定の電極１２０を検出サブシステム１１２から切断する。そして、刺激している間に刺激による人工の結果が生じることに備えている。次に、刺激制御器は、事前にプログラムされた特定の期間にわたって、刺激指令信号を刺激信号発生器に供給する。刺激指令信号は同時に生じてもよく、また互いに対して相対的な遅延を有していてもよい。これらの遅延は、ＣＰＵ１１７からの命令およびパラメータのダウンロードによってダウンロードすることができる。刺激信号発生器からの刺激信号が、同時かつ同相で脳内の神経学的現象の病巣に到達するように、遅延を調整することが望ましい場合がある。そのようにすると、神経学的現象を絶つ際の刺激サブシステム１１５の性能を向上させることができる。あるいは、経験から述べうるところによれば、特定の信号が神経学的現象の病巣に達したときに位相外れであると、神経学的現象を食い止める上で特に有効となることがある。
【００７６】
刺激指令信号は、刺激信号発生器の出力信号の振幅、波形、周波数、位相、および持続時間、またはそれらの任意の組み合わせの制御に使用することができる。異なる刺激パラメータを異なる電極１２０に適用することができ、それによって、干渉パターンを生成することが可能となる。また、刺激制御器は複数のパターンの刺激を備えていることが可能であり、この刺激は神経学的現象が検出された後にＣＰＵ１１７によってトリガされると自動的に実行するように事前にプログラムされている。また、ＣＰＵ１１７を使用して刺激パラメータを指示することもできる。そのような事前設定された刺激パターンは複数の刺激シーケンスを含んでいてもよく、この刺激シーケンスはさまざまな周波数、大きさおよび／または特定の長さの時間にわたって使用される刺激パラメータの他の組み合わせを有していてもよい。
【００７７】
刺激信号発生器１１５ａによって生成される典型的な刺激信号は、代表的な周波数が約１０Ｈｚから約２５０Ｈｚの範囲にある二相の（すなわち、アースに対して正および負の等しいエネルギーを有する）ものであることが好ましいが、約０．１Ｈｚから約２５００Ｈｚの範囲の周波数が効果的になることがある。また、純粋な直流電圧は、あまり望ましくはないが用いてもよいと考えられる。３０Ｈｚを超える周波数を使用する場合、刺激信号発生器を電極１２０に容量結合して、ＤＣ電圧を遮断することができる。二相パルスの典型的な幅は、好ましくは約５０マイクロ秒と約５００マイクロ秒の間であるが、約１０マイクロ秒から１０秒のパルス幅が、特定の患者に効果的となることがある。正および負の位相のパルス幅は、持続期間および／または大きさが異なるものであってもよい。通常、電圧は約３０ボルトから約１００ボルトの範囲で印加され、電流の振幅は約５．０ミリアンペア（ｍＡ）から約５０ｍＡの範囲で印加される。しかしながら、肌と電極とのインピーダンスが高く、例えば４０，０００オーム以上である場合は、２０００Ｖを超える大きさを使用することが必要となる場合がある。また、電流は、この典型的範囲を超えなくても超えても効果的かつ安全となることができる。刺激は、約１５秒から３０分、好ましくは約３０秒から約５分の持続時間にわたって印加される。
【００７８】
二相電圧（電流）発生回路は、回路設計の技術分野で周知であり、ここで図示する必要はない。同様に、刺激制御器によってさまざまな指令パラメータを刺激信号発生器に供給するプログラミングコードは、周知のプログラミング技法を使用して容易に達成される。
【００７９】
刺激制御器の制御法則によって調節される波形パラメータが刺激電圧の大きさである場合、その設計では、刺激電流を制御したときにインピーダンス変動が独立することによって得られる利益を受けることはない。あるいは、刺激パルス幅の調節が望まれることがある。ある回路実装において、パルス幅の大きさを指定するための利用可能な分解能またはビット数は、パルス電圧または電流を指定するための分解能またはビット数よりも大きいことがある。そのような場合、刺激の大きさを、パルス電流またはパルス電圧の制御でなされるよりも微細に制御することが望まれるならば、パルス幅を変調することが望ましいことがある。管理されるパルス振幅パラメータとして、パルス電圧、パルス電流、またはパルス幅の調整のうちのいずれを選択するかは、刺激制御器によって決定され、その刺激制御器は、オペレータインタフェースを介した通信を用いて設定することができる。他の実施形態では、パルス周波数の変調およびバースト当たりのパルス数の変調が管理される。他のそのような特徴を、上記の特徴に加えてまたは上記の特徴に代わって管理してもよい。
【００８０】
一実施形態において、電荷を均衡化した二相波形が好ましくは生成される。与えられたパルスに含まれる正味の電荷は、パルスの持続時間にわたる刺激電流の時間積分によって決まる。二相構成において、反対極性の一対のパルスが生成され、そのパルス電流の振幅とパルス幅は、電荷の振幅の大きさが等しくなり、極性が反対になるように選択される。ある場合には、二相パルスの対を備えたパルスが、異なる振幅を有することが望ましい場合があり、この場合にはパルスの対がゼロの正味電荷を生物学的組織に導入するように、パルス幅は電荷が等しくなり、かつ反対になるように選択される。
【００８１】
パルス対の波形パラメータは、正味ゼロの電荷を送出するように計算されるが、実際にはノイズ、ならびにデジタル−アナログ変換および増幅段階における精度の限界と非線形性により、結果として、パルス対の電荷にわずかな不均衡が生じることがある。経時的に、この結果として、相当な累積正味電荷が生物学的組織に送出されることがある。正味電荷が神経組織に送出されるという可能性をなくすために、直流（ＤＣ）を遮断するコンデンサが用いられる。この技法は当技術分野で周知である。好ましい一実施形態において、ＤＣ遮断コンデンサは、刺激装置の出力経路と直列に含められる。
【００８２】
また、電極の複数のセットから刺激を印加することによって、刺激が集中する位置に強度が加重される重ね合わせ効果が生じることが予期される。これにより、電極の各セットに要求される刺激強度が低くなり、組織を損傷する危険性が低下するので、有益なことである。また、強度を低下させると、脳の中で発作に影響をしない領域を刺激する機会も減少する。
【００８３】
検出器／刺激器の組合わせに対するフィードバック制御信号は、ＥＥＧ信号および／またはＥＭＧおよびＥＯＧであることが好ましいが、これらに限定はされない。神経学的現象が検出されている間、刺激が加えられる。これは基本的には比例制御である。安定性および性能の要件の指示がある場合、積分器および／または微分器などの他の構成部品を制御に追加して、比例積分微分（ＰＩＤ）制御器を形成することができる。
【００８４】
電源は、装置の各構成部品に電力を供給する。そのような電源は、通常、生体電気神経装置が要求する必要な電圧を取得するために、関連付けられたＤＣ／ＤＣ変換器を有する一次（充電式）蓄電池を利用する。
【００８５】
〔２．５  通信サブシステム〕
本発明の通信サブシステム１１６は、生体電気神経装置との間の外部通信を可能にするために使用することができる。本発明の一実施形態において、生体電気神経装置は、無線テレメータに基づいた構成要素を備えており、その構成要素は、記憶されたＥＥＧ信号、検出パラメータ、または他のパラメータを、コンピュータ、データ記憶装置、または分析用の構成要素または装置に、無線式で伝送またはダウンロードするために用いることができる。また、新たな検出アルゴリズムを、無線テレメータまたは他の任意の方法によって、検出サブシステム１１２にダウンロードすることもできる。
【００８６】
一実施形態において、装置のメモリに記憶されたデータは、データ通信サブシステムが中央処理システム１１７に接続されているときに、無線通信リンクを介して外科医によって取り出される。あるいは、ＲＳ−２３２形式のシリアル接続またはＵＳＢ接続を用いて、外部データインタフェースを外部の外科医またはオペレータのワークステーションに直接接続することもできる。あるいは、シリアル接続は、モデムおよび電話回線を介して、患者の家、緊急自動車、または遠隔地から外科医のワークステーションまで接続してもよい。外科医のワークステーションのコンピュータコンポーネント内にあるソフトウェアによって、外科医は、神経学的現象の前、神経学的現象の間および神経学的現象の後のＥＥＧ情報、ならびに、患者のＥＥＧのスパイク周波数など、神経学的現象の検出に関する特定の情報を含めて、検出された現象の履歴を読み出すことができる。また、ワークステーションによって、外科医またはオペレータは、生体電気神経装置のプログラム可能なパラメータを指定または変更することもできる。これを目的とした高周波トランシーバ回路およびアンテナは、医療装置のデータ通信において広く使用されている。
【００８７】
〔２．６  リアルタイムクロックサブシステム〕
リアルタイムクロック１１７ａは、ＣＰＵ１１７に外部から取り付けられているか、あるいはＣＰＵ１１７に組み込まれており、生体電気神経装置のさまざまな部分を時間調整して同期化するために使用され、また、装置で検出されてメモリに記録された各神経学的現象に対応する正確な日付と時刻を装置が提供できるようにするために使用される。本発明の一実施形態において、ＣＰＵ１１７は、正しい日付と時刻をリアルタイムクロック１１７ａに設定するために、クロック１１７ａにデータを送信する。
【００８８】
〔２．７  同心電極〕
本明細書で使用するための電極１２０は、表面電極または埋込み型電極であり、それぞれタイプは異なる物理的特性および材料特性をおそらくは有している。電極１２０は、接触している組織に順応するように十分に軟質でたわみ性があり、かつ柔軟性があってもよく、剛性があってもよく、またそれらの間のいかなる変形であってもよい。導電電極１２０は、金、白金、イリジウムなどのさまざまな金属、導電性高分子材料などの非金属、またはそれらの任意の組み合わせから製作することができ、それらは生体適合性を有するか、もしくは導電性の生体適合コーティングを有する。各電極１２０は多極構成を有しており、少なくとも２つの導電要素を備えているが、３つの要素、３極を有する電極の実施形態について本明細書において主として開示する。１つまたは複数の導電要素が、円板などの中心導電要素を同心構成で囲んでいる。導電要素の幅は、幅が増加すると空間分解能に逆の影響を与えるように変動することができる。導電要素は、導電要素の間に間隙が形成されるように構成されている。電極間の間隙は、ラプラシアンへの最良近似を確実にするように、導電要素の幅に等しいことが好ましい。この間隙は、指数関数的なフィルタリングなどの特定の空間フィルタをなすように調整することができる。
【００８９】
生体電気神経装置の多くの独特な特徴により、本発明の医療装置にさまざまな利点がもたらされる。一実施形態において、生体電気神経装置は、治療供与量の自動決定を実施する。この供与量の決定には、刺激用の電極の数、電極の極性、電極の構成、刺激周波数、刺激パラメータの波形、刺激の大きさの時間的推移、刺激の動作周期、基準刺激の大きさ、間欠刺激の大きさおよびタイミング、ならびに他の刺激パラメータを選択することが含まれている。この自動化機能により、生体電気神経装置に付加的な利点がもたらされる。
【００９０】
一実施形態において、生体電気神経装置は、信号処理された感覚フィードバック信号を臨床家に提供して、最適な治療のための大きさおよびパターンを臨床家が手動で選択することを支援する。臨床家と患者との間のインタフェースを介して臨床家に提供される感覚フィードバックには、発作の病巣の位置、発作の間隔、震えの推定値、ＥＥＧ信号、および他の信号があるが、これらに限定はされない。
【００９１】
一実施形態において、生体電気神経装置の独特な同心電極は、局所的な電気信号の取得を増進することを可能にし、一方で、より遠方の発生源からの電気信号を急速に減衰させる。
【００９２】
一実施形態において、生体電気神経装置の独特な同心電極は、ＣＴ、ＰＥＴ、ＭＲＪなどの他の画像様式を用いることなく、電気活動の深度および表面位置を直接測定する。これは特に、異常な神経学的発生源を位置特定するのに有用である。発生源が位置特定されると、それらの発生源は、集束した電気刺激のターゲットとされる。
【００９３】
一実施形態において、生体電気神経装置の同心電極は、刺激に使用される。局所的な電気信号の検出を増進することによって得られる利点と同じ利点が、相互性により、電気刺激を加えるときにも有効となる。刺激は、同心電極を使用して、特定の体積の生物学的組織（または他の媒体）に集中させることができる。
【００９４】
一実施形態において、生体電気神経装置は、複数の同心電極から同時に電気刺激を印加するために使用され、その電気刺激は異なる部位から発生し、特定の位置に向けられており、刺激強度はその経路が交差するときに合計される。したがって、個々の電極からの刺激強度を減じることができ、それによって安全率が増加する。
【００９５】
本発明の開示では、同心リング電極を有する医療装置について説明しているが、長方形、楕円形、または三角形もしくは五角形のような多角形など、他の電極形状を利用することもできる。しかしながら、そのような電極のラプラシアンへの近似性は低下する。ある起こりうる状況においては、非円形の電極形状を利用して、指数または楕円フィルタリングなど、信号の空間フィルタリングを電子的捕捉の前に実施すると有利になることがある。
【００９６】
〔３．  神経障害の検出、予防、および／または治療のための方法〕
本発明の生体電気神経装置を使用した神経障害の検出、予防、および／または治療のための方法について以下に説明する。図８の流れ図は、これらの方法を実施するために使用される条件判断経路を示す。実行するための基本的な手段は、図９に示すように、被験者に配置されたシステムを含んでいる。一実施形態において、神経学的現象は、外科医によって検出され、検出サブシステム１１２によって確認される。
【００９７】
他の実施形態において、検出サブシステム１１２は、神経学的現象を自動的に検出する。てんかんの際など、神経学的現象が検出されると、特定の起源を有する現象に対して、神経学的現象の起源の位置が決定される。その後、電気的もしくは他の刺激またはある組み合わせが、神経学的現象を治療するために印加される。信号で再びアクセスし、神経学的現象が抑制されているかどうかを判定し、抑制されていない場合は、刺激が再び加えられる。各神経学的現象は特定の特徴を有し、その特徴によって、検出サブシステムは、さまざまな神経障害、疾患、または症候群を、同じ基本ハードウェアならびに異なる検出アルゴリズムおよびパターンマッチング用データベースを使用して区別する。神経学的現象を予防するために、発生すると予測されている神経学的現象に先立って、または必要に応じて間欠的な間隔で、刺激を加えることができる。その詳細について以下で説明する。
【００９８】
〔３．１  神経学的現象の検出〕
電気刺激によって発作を検出し、それに応じて治療することへの過去の取組みでは、ＥＥＧおよび皮質脳波（ＥＣｏＧ）波形の解析が扱われてきた。一般に、ＥＥＧ信号は、患者の頭皮に取り付けられた電極を介して検出可能な総体的な神経活動ポテンシャルを表す。ＥＥＧ信号に相当する脳深部の対応物であるＥＣｏＧ信号は、硬膜の上または下に埋め込まれた電極を介して、また通常は患者の脳内で検出可能である。文脈に別段の明確かつ明白な指示がない限り、「ＥＥＧ」という語は、本明細書において総称的に使用され、ＥＥＧ信号とＥＣｏＧ信号の双方を指すものとする。
【００９９】
発作抑制の効率を改善するために、発作活動の病巣は、電気刺激を印加する前に位置を突き止められる。本発明の独特な方法および装置は、電気発生源の深度Ｚ，およびＸ、Ｙの位置を直接測定することができる。この位置特定は、神経障害の電気活動起点の位置を突き止めるために利用される。ＥＥＧ信号を位置特定に使用する方法は、きわめて独特なものである。生体電気神経装置は好ましくは、「検出サブシステム」に記載したように、擬似双極法を用いて電気発生源の深度を検出する。または、同心電極は、より深い深度検出のために、５点または９点法の形式で構成される。また、深度検出の目的で、通常の電極を、同心電極を模倣するように配置することもできる。図１０に示す構成を考慮すると、ここで、ｖ０、ｖ１からｖ８は、それらの位置にそれぞれ配置された通常の円板電極によって測定されたポテンシャルであるが、５点法のポテンシャル差Ｐ５は次式で与えられる。
【数１】
2008516696.tif 000002
【０１００】
５点法の変形、すなわち９点法は、ポテンシャル差Ｐ９を次式に従って計算するために使用される。
【数２】
2008516696.tif 000003
【０１０１】
９点法は、５点法に類似した減衰効果を有している。しかしながら、９個の電極は５個の電極よりも広い表面を占めるため、減衰効果は発生源からより遠い距離で始まる傾向がある。９点法のこの幾分緩慢な効果は、図１１に示した比較から分かる。５点法の傾きが９点法の傾きよりも急であることから分かるように、５点法および９点法でのポテンシャルの傾きは異なっている。発生源位置の変動に対する５点法および９点法におけるこの応答の差は、双極子発生源の深度を量子化するために用いることができる。円板電極は、全体的な信号除去において効果的でないため、同心電極が本発明の装置および方法で使用され、電気発生源の深度が直接測定される。
【０１０２】
複数寸法の同心電極で電気発生源の深度を測定すると、Ｘ、Ｙの位置が定められる。式（８）を解くと、双極子のＰ（Ｘ，Ｙ）の位置となる。ここでは、深度ｄｚは既知であるか、または、擬似双極差分法などの何らかの方法によって測定されるものと仮定している。次に、電極によって測定されたポテンシャルは、多導電度媒体内で電気発生源を位置特定するために使用される。より大きいポテンシャルが、遠方の電極よりも発生源により近い電極の上で観測されると推測する。
【０１０３】
電極の中心におけるラプラシアンポテンシャルは、双極の同心リング電極において式（４）によって近似することができる。
【数３】
2008516696.tif 000004
【０１０４】
上式で、Ｖｄｉｓｃ１は円板電極上のポテンシャルであり、Ｖｏｒｉｎｇ１は外側のリング上のポテンシャルであり、ｒｏは外側のリングの半径であり、ＬＰ１は、双極電極を使用して計算されたラプラシアンポテンシャルである。三極の同心のラプラシアンポテンシャルは式（５）によって近似されることが、本発明者によって既に示されている。
【数４】
2008516696.tif 000005
【０１０５】
上式で、Ｖｄｉｓｃ１は円板電極上のポテンシャルであり、Ｖｍｒｉｎｇ１は中間のリング上のポテンシャルであり、Ｖｏｒｉｎｇ１は外側のリング上のポテンシャルであり、ｒｏは外側のリングの半径であり、ＬＰＮ１は三極電極に対する計算されたラプラシアンポテンシャルである。
【０１０６】
電極上のポテンシャルは式（６）によって与えられる。球の中心からの双極子の距離をＲとする。図１２を参照すると、Ｒ≦Ｒ４であり、位置Ｐにおける双極子と電極円板Ｐ１とを結ぶ線は、位置Ｐ４において（ＰＰ１の方向に）内側の球を通り、同様にそれぞれ位置Ｐ３およびＰ２において他の２つの球に交差している。次いで、位置Ｐにおける双極子による表面電極上のポテンシャルが次式で与えられる。
【数５】
2008516696.tif 000006
【０１０７】
上式で、ＶＰＥ１は電極上のポテンシャルであり、ＰＰ４は位置ＰとＰ４との間の距離である。同様に、Ｐ４Ｐ３、Ｐ３Ｐ２、Ｐ２Ｅ１は、これらの点の間の距離であり、ｄｚ４はＰとＰ４のｚ座標間の差である。同様に、ｄｚ３はＰ４とＰ３との間の差であり、ｄｚ２はＰ３とＰ２との間の差であり、ｄｚ１はＰ２とＰ１との間の差である。
【０１０８】
二極および三極の電極構成に対するラプラシアンポテンシャルは、式（４）および式（５）によって計算され、式（８）においてｅｘｐで表されており、表面ポテンシャルの解析的なラプラシアンは、式（７）を用いて計算され、式（８）においてｃａｌで表されている。
【数６】
2008516696.tif 000007
【０１０９】
上式で、ＬＰＮ１ｃａｌは、計算されたラプラシアンポテンシャルであり、ＶＰＥ１は式（６）で与えられる円板上のポテンシャルである。位置の特定は式（８）を用いて実施される。
【数７】
2008516696.tif 000008
【０１１０】
上式で、
【数８】
2008516696.tif 000009
【０１１１】
は（Ｉ＋１）の反復によって位置特定された位置であり、行列ＡＴは、次式で与えられる行列Ａの転置である。
【数９】
2008516696.tif 000010
【０１１２】
もちろん、上記の説明は、コンピュータモデルにおいて計算されたポテンシャルに対するものである。実際のシステムにおいて、電極上のポテンシャルは自動で測定され、式（８）でＸ、Ｙの位置を直接解くために使用され、また擬似双極法または他の方法を用いて深度Ｚを直接解くために使用される。
【０１１３】
電気発生源の深度を位置特定するための他の方法は、伝達関数を含んでいる。一般的に知られていることであるが、表面または発生源から離れて測定されるポテンシャルは、電気発生源の双極子モーメントと、体積伝導体における電気発生源の位置とに依存する。また、表面で測定されるポテンシャルも体積伝導体内で測定されるポテンシャルも、電極の寸法および形状にさらに依存することが知られている。
【０１１４】
表面ポテンシャルを電極の寸法および形状に、または表面に平行な平面内の位置に関連付ける式は、多数存在する。しかしながら、電気発生源の３次元位置と電極システムの形状および寸法を同時に考慮する解析的な式は記されていない。
【０１１５】
本発明に適用可能なものとして、体積伝導体内部の半径方向の双極子により、体積伝導体の表面上で円板電極によって測定されるポテンシャルを与える解析的な式が、次のように定義される。
【数１０】
2008516696.tif 000011
【０１１６】
上式で、Φは表面で測定されるポテンシャルであり、ｑは双極子の電荷であり、（ｘｐ，ｙｐ，ｄ）は双極子の位置であり、σは体積伝導体の材料の導電度であり、ｒは円板の半径である。
【０１１７】
この式を展開して、リングがこの円板電極と同心であることにより測定されるポテンシャルを容易に決定することができる。したがって、円板および互いに結合された複数のリングに対するこの式は深度を与えられるが、これは従来技術で開示された他のどの式でも不可能である。
【０１１８】
図１および図３に示すように、検出サブシステムは、内蔵式の機能と、神経障害を検出するための新たなアルゴリズムを受け取る能力とを有している。一般にこの目的で開示された多数のタイプのアルゴリズムが存在し、それらのアルゴリズムをこの検出サブシステムで利用することができる。同心電極は、通常の電極と比較して信号検出の著しい利点を有することが示されているため、同心電極をこれらの検出アルゴリズムと共に使用することによって、アルゴリズムの効率が改善されるはずである。
【０１１９】
〔Ａ．  てんかん活動の検出および位置特定〕
てんかん発作を抑制する第１の作業は、てんかん発作が発生していることを知ることである。てんかん発作の発生は、生体電気神経装置、例えば発作用細動器や、または外部に設置されたある手段によって判定される。発作が発生するときに発作を確認することが好ましいが、より好ましいこととしては、発作の発生前に発作を確認することである。あるアルゴリズムを用いて、発作前の活動を識別することができる。発作に関連する脳活動の顕著な特徴は、電圧値の大きな変化（すなわちスパイク）を有する信号がＥＥＧ信号の推移に現れることである。そのようなスパイクは、脳活動の過剰な同期化によって生じることがあり、正常でかつ発作と関係のない脳活動による電圧測定値を定量的に上回る。したがって、一般に、発作の存在は、ＥＥＧ信号の推移に電圧スパイクが現れることで確認することができる。
【０１２０】
一実施形態において、発作用細動器の発作検出サブシステムは、予め設定されたレベルに帯域パスフィルタで処理された入力ＥＥＧ信号を、所定のしきい値と比較するか、またはてんかん発作もしくはてんかん状態に関連付けられる脳活動の他のパターンと比較することによって、発作の存在を検出する。発作検出サブシステムは、標準的な回路および／またはソフトウェアを用いて入力データを解析し、入力データと発作検出アルゴリズムとの比較を実施する。
【０１２１】
発作検出アルゴリズムは、被験者の脳活動の明確な特徴を、てんかん発作の発生前、発生中、さらには発生後にも「学習」するように適合させることができる。このようにして、発作検出アルゴリズムは、１つまたは複数のパラメータを格納することができ、それらのパラメータは被験者のてんかん発作の間に監視される。その後に、発作が抑制されると、発作検出アルゴリズムは、データをアルゴリズム自体に組み込む。好ましくは、後の発作が発生するか、または発生すると予測されると、発作検出アルゴリズムは、測定データに基づいて発作の発症を認識し、早期に発作に対処する。発作検出アルゴリズムは、そのアルゴリズムを発作の認識および予防および／または抑制に対してより効果的になるような方式で、経時的に進化するように適合させることが好ましい。
【０１２２】
オペレータは、発作検出アルゴリズムを事前設定することができる。この発作検出アルゴリズムは、発作用細動器の最終設定の前または後のいずれにおいても、オペレータの通信インタフェースを介して手動で設定することができる。適切な発作検出アルゴリズムは、本発明の開示を考慮すれば当業者には明らかとなるであろう。適当な発作検出アルゴリズムは、必要に応じて変更し適合させることができ、これにより、検出サブシステムが経時的に改善することを促進することができ、また、それによって発作検出の効率が絶えず向上し、次いで、その効率の向上は、電気刺激をより効率的に印加することにもなりうる。より長期間にわたり、この結果として、発作頻度が低下し、また苦しんでいる人の生活の質が改善される。発作検出アルゴリズムは、そのアルゴリズムを発作の認識および予防および／または改善に対してより効果的にするような方式で、経時的に進化するように適合することが好ましい。
【０１２３】
〔Ｂ．  疼痛の検出および位置特定〕
理解されたいこととして、頭痛などの疼痛を抑制する目的で電極を配置することが必要となりうる部位を判定するために、複数の方法を用いることができる。頭痛による疼痛の位置は患者によって異なるため、電極を配置する的確な位置は、個人を基準として決定しなければならない。電極の刺激は好ましくは診断時に実施され、疼痛緩和を最大限にする最適な１つまたは複数の刺激部位を確認する。生体電気神経装置は、必要に応じて自己投与の供与量であればオペレータによって制御することができ、そのオペレータは、外科医であっても、治療専門家であっても、さらには患者であってもよい。
【０１２４】
てんかん活動の検出および位置特定に関して先に述べたハードウェアおよび方法は、疼痛の検出および位置特定に使用されるハードウェアおよび方法と概ね類似している。さまざまな種類の疼痛に対して明らかな特定の脳波パターンが存在する。経験的データベースを、前記症状に苦しむ人のために構築することができ、そのデータを使用して、患者の脳波がデータベース内の症状のいずれかに一致するかどうかを比較により判定することができる。一致が見出された場合、適切な治療を施して疼痛を緩和することができる。特定の領域での刺激を利用して、特定の位置から生じる特定の種類の疼痛を位置特定して診断することを容易にすることができる。
【０１２５】
本発明の方法は、さまざまな条件により生じうる疼痛を治療するために用いることができ、その疼痛には、前兆を伴う片頭痛、前兆を伴わない片頭痛、月経性片頭痛、片頭痛の亜型、非定型片頭痛、複雑型片頭痛、片麻痺性片頭痛、変容性片頭痛、および慢性的な日々の頭痛を含む片頭痛と、反復発作性緊張型頭痛と、慢性緊張型頭痛と、薬物乱用頭痛と、反復発作性群発頭痛と、慢性群発頭痛と、群発頭痛の亜型と、慢性発作性片側頭痛と、持続性片側頭痛と、外傷後頭痛と、腰椎穿刺後頭痛と、髄液圧低下による頭痛と、慢性片頭痛による神経痛、頸性頭痛と、外傷後頸部痛と、頭部または顔を含む帯状庖疹後神経痛と、骨粗鬆症に次ぐ脊柱損傷による疼痛と、脊椎における関節痛、脳血管疾患および脳卒中に関連する頭痛と、血管障害（動静脈奇形など）による頭痛と、脊椎における関節痛と、反射性交感神経性ジストロフィー、頸部痛、舌痛症、頚動脈圧痛と、輪状軟骨痛と、中耳損傷による耳痛と、胃痛と、坐骨神経痛と、上顎神経痛と、喉頭痛と、頸筋の筋肉痛と、三叉神経痛（疼痛性チックと呼ばれることもある）と、顎関節障害と、非定型顔面痛と、毛様体神経痛と、傍三叉神経痛（Ｒａｅｄｅｒ症候群とも呼ばれる）と、筋骨格頸部痛と、錐体神経痛と、Ｅａｇｌｅ症候群と、特発性頭蓋内圧亢進症と、口腔顔面痛と、頭部、頸部、および肩部に関する筋筋膜性疼痛症候群と、傍三叉神経麻痺と、翼口蓋神経節の神経痛（顔面下半分頭痛、下部顔面神経痛症候群、スラダー神経痛、スラダー症候群とも呼ばれる）と、頚動脈圧痛と、ビディアン神経痛と、灼熱痛とがあるが、これらに限定はされない。
【０１２６】
〔Ｃ．  他の神経障害の検出および位置特定〕
てんかん活動の検出および位置特定に関して先に述べたハードウェアおよび方法は、他の神経障害の検出および位置特定に使用されるハードウェアおよび方法と概ねに類似している。特定の運動障害に対しては、さまざまなタイプのアルゴリズムを使用してＥＥＧのサインまたは運動障害に関する他のサインを検出できる震えを検出する手段を組み込むことが適切となることがある。他の種類の神経障害に対しては、特定の脳波パターンが明確になりうる根拠がある。経験的データベースを、前記症状に苦しむ人のために構築することができ、そのデータを使用して、患者の脳波がデータベース内の神経障害の症状のいずれかに一致するかどうかを比較により判定することができる。一致が見出された場合、適切な治療を施して神経障害を緩和することができる。特定の領域での刺激を使用して、特定の領域からの疼痛を遮断することによって、特定の位置から生じる特定の種類の神経障害を位置特定して診断することを容易にすることができる。
【０１２７】
本発明の方法は、さまざまな神経障害を検出し位置特定するために用いることができ、その神経障害には、パーキンソン病、ハンチントン病、パーキンソン症、硬直、半側バリスム、舞踏病アテトーシス、無動症、運動緩徐、運動亢進症、ジストニアなどの他の運動障害、脳性麻痺、本態性振戦、半側顔面痙攣、てんかん、または全般もしくは部分発作障害、アルツハイマー病、およびピック病などの神経性障害と、うつ、双極性障害、不安、恐怖症、統合失調症、多重人格障害などの精神疾患と、物質乱用、注意欠陥多動性障害、攻撃性の制御異常、または性行動の制御異常などの精神障害と、頭痛、振盪、脳振盪後症候群、ストレス、片頭痛、慢性頭痛に関連するものなど、他の神経学的状態と、粥状動脈硬化症、脳動脈瘤、脳卒中、脳溢血などの脳血管疾患と、これらの任意の組み合わせとがあるが、それらに限定はされない。
【０１２８】
〔３．２  神経障害の治療および予防〕
本発明の生体電気神経装置は、神経障害を治療および／または予防するために使用することができる。この装置は、単独でまたは感覚入力と共に刺激を患者に印加して、治療としての応答を引き出すものである。感覚入力は、振動、脳組織に向けられていない他の電気信号（例えば、頭皮の単収縮または頭皮もしくは身体の他の部分における感覚による体性感覚刺激）、閃光、音響パルスなどの物理的表現を含んでいてもよい。例えば、薬物送達による他の種類の刺激を、要求に応じて検出サブシステムから供給してもよい。
【０１２９】
刺激制御器１１５ｂに常駐する刺激パラメータ生成アルゴリズムは、刺激が必要な場合、発生源に達するために、どの電極に電気刺激を供給しなければならないかを判定する。刺激パラメータ生成アルゴリズムは、電極調停器１１１に指示してこの作業を達成する。
【０１３０】
〔Ａ．  てんかんの治療および予防〕
本発明者らによる予備研究が示したところでは、脳の発作活動の抑制に電気刺激を使用することが可能である。この考えは、内部式の発作停止装置を作り出すために、容易に変更することができる。あるいは、外部および内部構成要素の双方を使用することができる。
【０１３１】
本発明の生体神経装置、例えば発作用細動器は、てんかんの治療および／または予防に使用される。その最も基本的な変形例において、発作用細動器は、第１のモードにおいて神経刺激を与えるが、これは非応答式の（すなわちプログラムされた）刺激であり、この刺激は神経活動を調整し、脳内で神経の脱同期化をもたらすものであり、結果として神経障害現象が減少する。非応答式の刺激および応答式の刺激は、同じ電極から送出することもできるが、それらの刺激はまた、同じ発作用細動器に接続された別個の電極から送出するようにしてもよい。刺激用の電極の位置は、刺激が神経障害の病巣を標的とできるような位置が好ましい。しかしながら、そうである必要はない。
【０１３２】
非応答式の刺激は通常、約１０Ｈｚから約２５０Ｈｚの範囲の速度で送出され、低強度で持続時間の短いパルスでできている。そのパルスは正方形のパルスであってもよく、また、指数関数状、正弦波状、三角形状、台形状など、他の形態を有してもよい。パルスは、電圧制御をするか、または好ましくは電流制御をすることができる。一般に、パルスは電荷平衡を達成するために二相となるが、正味のＤＣ成分を有する波形もまた、適切な電極と共に使用された場合には実用性を有することがある。刺激がてんかん発生を助長する可能性を低下させるために、約１０Ｈｚから約２５０Ｈｚ（すなわち約１００ミリ秒から約４ミリ秒のパルス間間隔）の範囲の一次周波数を有する高周波刺激を、約１５秒から約３０分またはそれより長い持続時間にわたって使用することができ、必要に応じて、応答式の刺激として同じ電極から、または異なる電極から送出させることができる。刺激は、定期的に、必要なときに、または患者が要求するごとに送出することができる。
【０１３３】
生体電気神経装置の電極１２０は、好ましくは電圧、周波数、パルス幅、電流、および強度を変動させることができる出力刺激信号を生成するように制御可能である。さらに、電極１２０は、好ましくは制御器が、正および負の双方の電流を電極から生成したり、電流を電極から停止したり、電流の方向を電極から変更したりすることができるように制御可能である。電極１２０は、好ましくは複素指数波形などの可変出力、および線形出力の能力を有している。信号発生器は通常、電極１２０を制御するために使用されることが予想されるが、理解されたいこととして、本明細書で説明するようにオペレータが電極を調整できるようにするために、いかなる装置または装置の組み合わせを使用してもよい。
【０１３４】
電極１２０からの刺激の印加、および本明細書で説明するような電極パラメータの調整は、好ましくは、外科医の指示および指導の下で実施することが推奨される。しかしながら、オペレータは技術者であっても患者であってもよく、そのオペレータは電極１２０を作動させて所望の領域を刺激することができる。患者が電極刺激のパラメータを外科医の指示なしに変更することができるように、電極１２０および電極１２０の制御器を構成することも可能であるが、本明細書で開示する方法の誤った適用に伴う危険を回避するために、患者が十分な知識を有していないこともあるため、そのように構成することは推奨されない。
【０１３５】
一実施形態において、電極１２０は、電気刺激用のエネルギー源を提供する電源（蓄電池またはパルス発生器など）に接続される。電極１２０は、単極であっても多極であってもよい。しかしながら、多極電極を使用することが好ましい。単極刺激では通常、１つの極と１つの基準電極が利用され、比較的多量の電流が必要とされる。二極刺激では、負極（陰極）から正極（陽極）に電流が流れる状態で、隣接する極が利用され、単極刺激よりも低い電流レベルで神経組織の脱分極が生じる。ところが、多極刺激は、複数の陽極および陰極を有するので、実際にはある電極は別の電極に対する陽極に、尚且つ正の電極に対する陰極になることができる。非常に複雑な電解を生物学的組織内に多極電極構成で確立することができ、これによって、てんかん様活動の非同期化において利点を得ることができる。
【０１３６】
一実施形態において、電極１２０は、刺激を印加するための電子電流を生成するように制御される。好ましくは、その電流は比較的高周波のパルスを含み、また低い周波数振幅あるいは周波数変調を有することができる。電極の電気刺激に対する的確なパラメータは、患者によって変動する可能性がある。しかしながら、脳に実施された刺激に関する既知のデータに基づくと、本明細書で使用するための適切なパラメータは以下のようになる。周波数は約０．１Ｈｚから約２５００Ｈｚの範囲で、好ましくは約１０Ｈｚから約２５０Ｈｚの範囲にあり、パルス幅は約１０マイクロ秒から約１０秒の範囲で、好ましくは約５０マイクロ秒から約２５０マイクロ秒の範囲にあり、電圧振幅は約５００ｍＶから約２Ｋボルトの範囲で、好ましくは約３０ボルトから約１００ボルトの範囲にあり、電流振幅は約０．０１ｍＡから約１アンペア（Ａ）の範囲で、好ましくは約５．０ｍＡから約５０ｍＡの範囲にある。より短いパルス幅が、安全上の問題により好まれる。他の実施形態では、電流の高周波バーストが、基礎を成している低い周波数の連続的な刺激に重ねて生成される。好ましくは、電極は、プログラマブルコントローラに関連付けられ、そのプログラマブルコントローラは、連続的、計画的、または間欠的な応答式の刺激を生成するために利用することができる。他の実施形態において、プログラマブルコントローラは、刺激を所望の最大レベルに徐々に増加させるために利用される。あるいは、プログラマブルコントローラは、所望の最大レベルの刺激を直ちに生成するために、または最大レベルに達するための任意の数の中間ステップを実行するために利用される。
【０１３７】
本発明の一実施形態において、生体電気神経装置１００は、神経学的現象の予防に利用される。この方法は、脳の電気活動を検出および解析して、てんかん様活動を検出し、またはそのような切迫した活動を検出することを含んでいる。てんかん様活動が存在するか、または切迫している場合、応答式の刺激を開始することができる。また、てんかん様活動を解析した結果は、非応答式の刺激のパラメータを修正して、発作または他の望ましくない神経学的現象の抑制を改善するために使用することもできる。応答式の刺激は、ＥＥＧまたは他の信号の解析により、てんかん様活動などの神経学的現象が切迫しているか、または存在することが示されたときに開始される。発作の発症が検出され、電気刺激が印加されると、発作が回避される。すべての発作が回避されると、定義上、てんかんが予防される。
【０１３８】
他の実施形態において、刺激は、てんかんを予防するために、間欠的または事前設定された期間に印加される。電気刺激は、てんかん患者によって必要に応じて印加されて、てんかん活動を予防することができる。てんかん患者が前兆を感じると、その患者は、電気刺激を開始して発作を回避することができる。ＶＮＳシステムによって、患者は、必要に応じて手動で刺激を開始することができる。発作に対して電気刺激を使用することによる持続的な作用が報告されており、寝る前に刺激を使用するなど、短い期間に刺激を使用しても、長期にわたる利益が得られることが示唆されている。
【０１３９】
他の実施形態において、応答式の刺激のパラメータ（例えば、使用する電極数、刺激信号の形態、刺激信号のパルスまたはサイクルの数、刺激信号の振幅、パルス間の間隔または周波数、刺激信号の持続時間など）は変更される。パラメータの変更は、事前プログラムされたシーケンスに基づいてもよく、また、検出された異常な神経活動のある特徴に基づいてもよい。さらに、応答式の刺激のパラメータは、刺激自体がてんかん発生の素因を脳に与える（燃え上がり現象（キンドリング））傾向が最小になるように、自発性の異常な神経活動のさまざまな発症の間で変更される。脳の電気活動の解析は、刺激が印加されている間も、刺激されていない電極を解析することによって継続し、刺激が所望の効果を有しているかどうかを判定することができる。
【０１４０】
〔Ｂ．  他の神経障害の治療および予防〕
本発明の生体電気神経装置、例えば神経刺激器は、他の神経障害の治療および／または予防に使用される。本発明の一実施形態において、神経刺激器は刺激強度を変更する。刺激は、活性化型、抑制型、または活性型と抑制型の組合わせであってもよく、また障害は神経学的または精神医学的なものである。
【０１４１】
動作の基本モードにおいて、神経刺激器１００は、てんかんに対するのと同様に、非応答式の刺激を印加するために使用される。刺激は、予防手段として所定の時間間隔で印加してもよく、また神経障害現象の検出に応答して印加してもよい。パーキンソン病などの特定の神経疾患の場合に、刺激は、疾患の発現を生じる神経活動を中断させるように印加される。脳深部の刺激においては、視床または淡蒼球の両側刺激が通常目標とされる。本明細書の使用に好ましい刺激パラメータは、開始から停止までの時間の大部分で、約１００Ｈｚから約２００Ｈｚの範囲のパルス、および約５０μ秒から約１００μ秒の範囲のパルス幅である。これらの刺激技法はすべて、健康な組織を冒さないように実施することができる。
【０１４２】
非応答式および応答式モードの双方は、神経障害の予防に有益となりうる。電撃療法などの電気刺激は、神経発生を生じることが知られているため、事前設定された間隔または時折にでも非応答式の神経刺激を印加すると、患者の神経系の予防保守機構として作用させることができる。
【０１４３】
〔Ｃ．  疼痛の治療および予防〕
論じた疼痛を生じる病態生理は、完全には明確でないことがしばしばある。例えば、片頭痛の場合、片頭痛の疼痛が発生する前に起こる多数の神経学現象および血管性の現象が確認されている。研究によれば、一次ニューロンのプロセスが硬膜血管における変化を引き起こし、このことが、三叉神経核の活動化および頭部の疼痛の発症につながる無菌性の炎症を誘発する。具体的には、脳幹における片頭痛の中心部の活動化および脈管周囲の炎症の開始に続く皮質低下によって、患者の皮質神経活動が抑制される。また、頭部の血管の拡張および収縮が発生することもある。脳内の痛みに敏感な主な構造は、太い血管、静脈洞、および髄膜であるため、脈管周囲の炎症が、多くの場合に片頭痛患者が感じる頭痛の主な原因であろうと考えられている。
【０１４４】
太い脳血管、脳軟膜血管、太い静脈洞および周囲の硬膜は、三叉神経節から現れる神経線維の神経叢（大部分は無髄である）、および上側の頸部背面の神経根から現れる後頭蓋窩腫瘍によって神経支配されている。この神経線維の神経叢の形状は、硬膜洞および血管の周りを包む外筒である。神経線維の神経叢は、多数の炎症性媒介物を含んでいる。三叉神経節が刺激されると、炎症性媒介物が解放され、脈管周囲の空間の無菌性の神経原性炎症が生じる。
【０１４５】
本発明の生体電気神経装置は、多数の医学的状態の治療を目的として、頭皮の上もしくは下の１つもしくは複数の電極、または、脳の上、中、もしくは近くに外科的に埋め込まれた電極、あるいはそれらの任意の組合せを使用して、静脈洞および上矢状静脈洞の隣接する硬膜または大脳鎌の電気刺激と、血脈洞、後頭静脈洞、Ｓ状静脈洞、横静脈洞、直静脈洞、下矢状静脈洞、またはそれらの組合せの合流点とを位置特定するために利用することができる。
【０１４６】
本発明の一実施形態において、生体電気神経装置１００は、硬膜洞を神経支配する神経線維を刺激することによって、神経原性炎症を断つために使用される。これは、神経線維を通過し、神経原性炎症を刺激する信号を打ち消すために、電極１２０を使用して電気刺激を１つもしくは複数の硬膜静脈洞ならびに／または周囲の硬膜および大脳鎌に送出することによって達成される。これは、信号を抑制するように機能するニューロンの刺激、信号を抑制するように機能する別のニューロンを活性化するニューロンの刺激、ニューロンを直接抑制するためのニューロンの刺激、神経原性炎症を刺激しうるニューロンの刺激、または以上の組合せのニューロンの刺激によって生じることがある。そのような刺激はまた、血管作用性ペプチドなどの炎症性媒介物が求心神経線維から解放されるプロセスを中断するように機能させることもできる。電極は神経線維と直接接触している必要はなく、刺激電流のみが神経線維に接触する必要がある。
【０１４７】
一実施形態において、治療方法は、神経線維を介して伝達された疼痛信号を遮断することによって、神経原性炎症を伴っていても疼痛緩和をもたらす。神経が神経原性炎症によって敏感になると、その神経は変換器として機能し、化学的な疼痛信号を電気的な疼痛信号に変化させる。次いで、神経は、生成された電気的な疼痛信号を三叉神経節に、次いで脳幹および脳の疼痛中心部に送り返し、その結果、患者が疼痛を知覚する。電極１２０によって印加されて１つもしくは複数の硬膜静脈洞ならびに／または周囲の硬膜および大脳鎌に達した電気刺激は、化学的な疼痛信号を電気的な疼痛信号へ変換することに影響を及ぼし、またその変換を調整することができ、さらには電気的な疼痛信号の伝達を抑制または阻止することもできる。
【０１４８】
また、本発明の方法は、薬物および／または音声などの他の周辺刺激技法と共に、同心電極を通じて電気刺激を送出するために生体電気装置を使用することに関係がある。
【０１４９】
本発明の上記の説明は、人間である被験者（患者）について示したが、本発明はまた他の哺乳動物の治療にも適用可能であることが理解される。
【０１５０】
上述のように、本発明は、神経障害を検出、予防、および／または治療するための装置、ならびにその装置に関連する方法に適用可能である。本発明は、上述の特定の実施形態に限定されるべきではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲において明確に記載されているように、本発明のすべての態様を含むものと理解されるべきである。さまざまな修正、等価な工程、ならびに本発明の適用が可能な多数の構造は、本発明の対象とされる当業者には、本発明の明細書を検討すれば容易に明らかになるであろう。特許請求の範囲は、そのような修正および装置を含むことが意図されている。
【０１５１】
本発明は、添付の図面と共に、本発明のさまざまな実施形態に関する以下の詳細な説明を考慮すれば、より完全に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る生体電気神経装置の制御モジュールを概略的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る生体電気神経装置の電極調停器ならびにその電極調停器と他の構成要素との接続を概略的に示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る生体電気神経装置の検出サブシステムならびにその検出サブシステムと他の構成要素との接続を概略的に示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る２つの深度の体積を直接検出するための三極同心電極の構成を概略的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る擬似双極差分法を実施するための三極同心電極の構成を概略的に示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る生体電気神経装置のインピーダンスサブシステムならびにそのインピーダンスサブシステムと他の構成要素との接続を概略的に示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る生体電気神経装置の刺激サブシステムならびにその刺激サブシステムと他の構成要素との接続を概略的に示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る神経障害の検出、位置特定、および／または治療のための方法を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る三極同心電極を配置された被験者の頭部を概略的に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係る５点および９点計算に使用するための配列で配置された９つの電極の配置を図式的に示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に係る５点法および９点法で測定された電気信号間の差を、双極子の横方向の位置の変動に対して図式的に示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に係る「４つの同心球」頭部モデルの２次元表現を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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