(57)【要約】  電極によって患者の体に加えられた電気信号により患者内に痛覚消失を生み出すための装置、およびその装置を使用して患者を治療する方法。この装置は、それぞれが正負のパルスを含んだ連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成された信号発生器を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極によって患者の体に加えられた電気信号により前記患者内に痛覚消失を生み出すための装置であって、前記患者の体に張り付けるための電極と、前記電極に接続可能な信号発生器とを含み、前記信号発生器が、それぞれが正負のパルスを含んだ連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成されており、平均パルス幅Ｐｗが１０μｓ以下、Ｖｐ２・Ｐｗ・Ｆｐが少なくとも２００、Ｖｐが平均パルス電圧、Ｆｐが１秒あたりの順パルスおよび逆パルスの数である装置。
【請求項２】
平均パルス幅が４μｓ以下である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
平均パルス幅が１．５μｓ以下である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
平均パルス幅が０．７５μｓ以下である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
平均パルス電圧が少なくとも１００Ｖである、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
平均パルス電圧が少なくとも１５０Ｖである、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記電圧が少なくとも１００Ｖであり、前記パルス幅が６μｓ以下である、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記電圧が少なくとも２００Ｖであり、前記パルス幅が１．５μｓ以下である、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
パルス周波数が少なくとも１０００Ｈｚである、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
パルス周波数が少なくとも５ＫＨｚである、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
Ｖｐ２・Ｐｗ・Ｆｐが少なくとも２５０である、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
Ｖｐ２・Ｐｗ・Ｆｐが少なくとも３４０である、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記２相波が連続波である、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記２相波中のそれぞれのパルスが２５０Ｖ／μｓ超のエッジレートを有する、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記２相波中のそれぞれのパルスが５００Ｖ／μｓ超のエッジレートを有する、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記信号発生器が、前記患者の中を流れる少なくとも３ｍＡの平均モジュラス電流を供給する２相波形を供給するように構成されている、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記信号発生器が、前記患者の中を流れる少なくとも６ｍＡの平均モジュラス電流を供給する２相波形を供給するように構成されている、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記信号発生器が、前記患者の中を流れる少なくとも１０ｍＡの平均モジュラス電流を供給する２相波形を供給するように構成されている、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
パルス間間隔が４μｓ未満である、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
パルス間間隔が１μｓ未満である、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
パルス間間隔が０μｓである、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
患者内に痛覚消失を誘導する方法であって、請求項１から２１のいずれか一項に記載の装置を用意すること、前記患者の体に前記電極を張り付けること、および記載されたとおりの波形を供給することを含む方法。
【請求項２３】
電極によって患者の体に加えられた電気信号により前記患者の体内に痛覚消失を誘導する方法において、前記患者の体に張り付けるための電極と、前記電極に接続可能な信号発生器とを含む装置を使用し、前記信号発生器が、それぞれが正負のパルスを含んだ連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成された方法であって、
前記患者の体表の２か所以上の位置に前記電極を、前記患者の体表の前記位置のうちの少なくとも１つの位置が中枢神経系の上にないように張り付けること、
前記部位に痛覚消失が誘導されるように前記２相電気波形を供給すること
を含む方法。
【請求項２４】
前記位置が、痛みまたは不快の領域、および／あるいは前記痛みまたは不快の領域からの信号を伝達する末梢神経に及ぶ、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
物理的な損傷に関連した痛みまたは不快を軽減する、請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項２６】
炎症状態に関連した痛みまたは不快を軽減する、請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項２７】
平均パルス幅が１０μｓ以下である、請求項２３から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
平均パルス幅が４μｓ以下である、請求項２３から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
平均パルス幅が１．５μｓ以下である、請求項２３から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
平均パルス幅が０．７５μｓ以下である、請求項２３から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
平均パルス電圧が少なくとも１００Ｖである、請求項２３から３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
平均パルス電圧が少なくとも１５０Ｖである、請求項２３から３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記パルス電圧が少なくとも１００Ｖであり、前記パルス幅が６μｓ以下である、請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
前記パルス電圧が少なくとも２００Ｖであり、前記パルス幅が１．５μｓ以下である、請求項２３に記載の方法。
【請求項３５】
パルス周波数が少なくとも１２００Ｈｚである、請求項２３から３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
パルス周波数が少なくとも５ｋＨｚである、請求項２３から３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記信号発生器が、前記患者の中を流れる少なくとも３ｍＡの平均モジュラス電流を供給する２相波形を供給するように構成されている、請求項２３から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記信号発生器が、前記患者の中を流れる少なくとも６ｍＡの平均モジュラス電流を供給する２相波形を供給するように構成されている、請求項２３から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記信号発生器が、前記患者の中を流れる少なくとも１０ｍＡの平均モジュラス電流を供給する２相波形を供給するように構成されている、請求項２３から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
パルス間間隔が４μｓ未満である、請求項２３から３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
パルス間間隔が１μｓ未満である、請求項２３から３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
パルス間間隔が０μｓである、請求項２３から３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記装置が請求項１に記載の装置である、請求項２３から４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
電極によって患者の体に加えられた電気信号により前記患者内に痛覚消失を生み出すための装置であって、前記患者の体に張り付けるための電極と、前記電極に接続可能な信号発生器とを含み、前記信号発生器が、それぞれが正負のパルスを含んだ連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成されており、装置が、前記正パルスと前記負パルスの間の間隔を変化させるための制御要素を含む装置。
【請求項４５】
前記信号発生器が、４μｓ未満の平均パルス幅を有する２相波形を発生させるように構成されている、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記信号発生器が、少なくとも０．５μｓの平均パルス幅を有する２相波形を発生させるように構成されている、請求項４４または４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記信号発生器が、少なくとも１００Ｖの電圧を有する２相波形を発生させるように構成されている、請求項４４から４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４８】
前記制御要素が操作者によって操作可能である、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４９】
前記制御要素がパルス間間隔の自動変動を提供する、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５０】
前記制御要素が、一連の調節サイクル内でのパルス間間隔の自動変動を提供する、請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
調節率が１２００Ｈｚから０．２５Ｈｚである、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
電極によって患者の体に加えられた電気信号により痛覚消失を誘導する方法であって、
前記患者の体に張り付けるための電極と、前記電極に接続された信号発生器とを含む装置を用意すること
を含み、
前記信号発生器が、それぞれが正負のパルスを有する連続する複数のサイクルを含む２相電気波形を発生させるように構成されており、
さらに、前記方法は、
前記患者の体表の２か所以上の位置に前記電極を張り付けること、および
前記２相電気波形を供給すること
を含み、
治療中に、前記正パルスと前記負パルスの間の間隔が調節される
方法。
【請求項５３】
治療中に、前記正パルスと前記負パルスの間の間隔が、前記患者が経験する感覚レベルが変化するように調節される、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記２相波形が４μｓ未満の平均パルス幅を有する、請求項５２または５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記２相波形が少なくとも０．５μｓの平均パルス幅を有する、請求項５２から５４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記信号発生器が、少なくとも１００Ｖの電圧を有する２相波形を発生させるように構成されている、請求項５２から５５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
治療中に、前記調節が、一連の調節サイクル内で繰り返される、請求項５２から５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
調節率が１２００Ｈｚから０．２５Ｈｚである、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
電極によって患者の体に加えられた電気信号により前記患者内に痛覚消失を生み出すための装置の動作パラメータを予め設定するための方法において、前記装置が、前記患者の体に張り付けるための電極と、前記電極に接続可能な信号発生器とを含み、前記信号発生器が、それぞれが正負のパルスを有する連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成されており、前記方法は、
電圧およびパルス幅を選択すること、ならびに
前記電圧およびパルス幅における感覚とパルス間間隔との間の所定の関係を参照して、パルス間間隔を選択すること
を含む方法。
【請求項６０】
電極によって患者の体に加えられた電気信号による痛覚消失の誘導中に処置パラメータを選択する方法において、前記治療が、
前記患者の体に張り付けるための電極と、前記電極に接続可能な信号発生器とを含む装置を用意すること
を含み、
前記信号発生器が、それぞれが順逆のパルスを含んだ連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成されており、
前記治療がさらに、
前記患者の体表の２か所以上の位置に前記電極を張り付けること、および
前記波形を開始電圧およびパルス幅で供給すること
を含み、
前記処置パラメータを選択する方法は、
前記患者が快適な感覚レベルを経験するまで前記電圧および／またはパルス幅を変化させること、ならびに快適な感覚が感じられる電圧およびパルス幅を選択すること
を含む方法。
【請求項６１】
電極によって患者の体に加えられた電気信号により前記患者内に痛覚消失を生み出すための装置であって、前記患者の体に張り付けるための電極と、前記電極に接続可能な信号発生器とを含み、前記信号発生器が、それぞれが正負のパルスを含んだ連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成されており、前記信号発生器が、
電源から所望の電圧を生成するための変換器と、
前記変換器と電気的に接続され、前記電極の１つに前記正パルスを供給するように構成された第１のコンデンサと、
前記変換器と電気的に接続され、前記電極の１つに前記負パルスを供給するように構成された第２のコンデンサと
を含み、
前記第１および第２のコンデンサがそれぞれ、対応する経路によって出力に接続されており、前記経路がそれぞれのスイッチを含み、前記信号発生器が、前記正および負パルスを発生させるための前記対応する経路を通した前記第１および第２のコンデンサの交番放電を引き起こすように前記スイッチの動作を制御するように構成されたコントローラを含む
装置。
【請求項６２】
前記コンデンサの静電容量が電圧の低下とともに低下する、請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記コンデンサがセラミック型コンデンサである、請求項６１または６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記第１および第２のコンデンサが、それぞれのダイオードを介して、前記変換器によって生成された共通の源に接続されており、前記第１および第２のコンデンサに対応した前記経路がそれぞれ、Ｈブリッジの２本のアームによって提供される、請求項６１から６３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６５】
前記出力が１Ａ超のピークパルス電流を有する、請求項６１から６４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６６】
前記出力が２Ａ超のピークパルス電流を有する、請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
パルスオフ時間中に、前記第１および第２のコンデンサを前記それぞれの出力に接続する前記経路上の前記スイッチがオフにされ、１つまたは複数の追加のスイッチが、前記患者出力を短絡させるように操作されるように、スイッチの動作を制御する制御部を含む、請求項６１から６６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６８】
前記信号発生器が２相波形を発生させるように構成されており、前記２相波形のそれぞれのパルスが２５０Ｖ／μｓ超のエッジレートを有する、請求項６１から６７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６９】
前記信号発生器が２相波形を発生させるように構成されており、前記２相波形のそれぞれのパルスが５００Ｖ／μｓ超のエッジレートを有する、請求項６１から６７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７０】
パルス幅を所定の期間よりも短く制限する手段をさらに含む、請求項６１から６９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７１】
前記正または負パルスの持続時間が長すぎることを検出し、前記持続時間を制限するための手段をさらに含む、請求項６１から７０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７２】
パルス「オン」時間が、スイッチドライブロジック内の回路またはレベル変換回路によって制限される、請求項７０または７１に記載の装置。
【請求項７３】
パルス長が、ゲートドライブ上でのエッジトランジションなしではある固定期間よりも長く「オン」状態に留まることができない論理回路と出力トランジスタのうちの一方又は両方によって制限される、請求項７０または７１に記載の装置。
【請求項７４】
治療パルス電荷が、ソフトウェア故障または単一構成要素故障の場合に安全値を超えない、請求項６１から７３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７５】
前記安全値が７５μＣである、請求項７４に記載の装置。
【請求項７６】
前記第１および第２のコンデンサの前記電気接続をそれぞれ接地し、それによって前記パルスの供給を停止させるための手段を有する、請求項６１から７５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７７】
前記接地手段が、前記コントローラによって制御されたスイッチを含む、請求項７６に記載の装置。
【請求項７８】
自体が生成した信号を監視するための独立した１つまたは複数の手段をさらに含む、請求項６１から７７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７９】
前記信号発生器が、請求項１から１８のいずれか一項に記載の２相波形を発生させるように構成されている、請求項６１から７８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８０】
図面を参照して明細書に実質的に記載された装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気治療（ｅｌｅｃｔｒｏｔｈｅｒａｐｙ）に関し、該治療を適用するための装置および方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
活動電位を誘導するいくつかの電気治療手法がある。Ａβ線維は、運動、振動、軽い接触などの無害な事象にそれらが反応することを可能にする低い閾値を有する。Ｍｅｌｚａｃｋ  ａｎｄ  Ｗａｌｌ  １９６５およびＷａｌｌ  １９８６は、他のどの感覚神経も忠実に追従することができない周波数である１００ＨｚでＡβ線維を刺激したときに、痛覚消失（ａｎａｌｇｅｓｉａ）をどのようにして生み出すことができるかを記述している。Ｗａｌｌ  １９８６は、この効果を、患者の神経に挿入された針に電流を流すことによって生み出した。針を神経に挿入する不便さおよびそれによって起こりうる問題を回避するため、彼はすぐに表面電極を使用し、Ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｎｅｒｖｅ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ（経皮的電気神経刺激）（ＴＥＮＳ）と言う用語に行き着く。
【０００３】
Ｗｏｏｌｆ  １９８９はこれらの装置の使用を再検討し、それらの電気パラメータを記述した。通常のＴＥＮＳ機械は、電流を使用してパルスを発生させ、そのパルス幅は５０〜５００μｓまで変化させることができ、電流の振幅は０〜５０ｍＡまで増大させることができ、その周波数は一般に１００Ｈｚである。このＴＥＮＳパルス幅（５０〜５００μｓ）は、Ｃ線維による脊髄内でのＳＰの放出を抑制するＧＡＢＡを放出する介在ニューロンの痛みのない刺痛および刺激を引き起こす低い電圧でＡβ神経を興奮させるのには十分な長さである（Ｄｕｇｇａｎ他  １９８５）。Ｊｏｈｎｓｏｎ他  １９９１は、Ａδ線維を漸増させる程度に振幅を十分に増大させる「高強度刺激」は、脊髄におけるメトエンケファリンの放出を呼び起こし、これは、より一般的なＡβ線維の「低強度刺激」により生み出されるＧＡＢＡの放出によってもたらされるものよりも長期にわたる鎮痛効果を生み出すことを示した。Ｓａｌａｒ他  １９８１は、周波数４０〜６０Ｈｚ、振幅４０〜８０ｍＡでＴＥＮＳを実施すると、脳脊髄液中にオピオイドがゆっくりと放出されることを観察した。それはＡδ線維を直ちに漸増させる信号であり、その発生は鋭痛に関連する。
【０００４】
Ａβ線維を刺激する目的には１ｋＨｚ未満の周波数が使用される。一般的なＴＥＮＳ装置は１００Ｈｚで動作する。しかしＴＥＮＳ周波数は８０Ｈｚ未満までさらに低下させることができる。
【０００５】
組織のインピーダンスは容量性なので、組織のインピーダンスは周波数が増大するにつれて低下する傾向がある。組織侵入を増大させるため、信号は、それぞれの電気信号間の間隔が刺激を必要とする軸索の不応期よりも短い周波数で供給することができる。活動電位を生み出すため、このような信号は、干渉または中断によって低周波刺激を提供するように調節される。
【０００６】
中波電流を加える干渉法は、Ｎｅｍｅｃの米国特許第２，６２２，６０１号、Ｇｒｉｆｆｉｔｈの米国特許第３，０９６，７６８号および他の多くの文献によって例証されている。２つの信号源がそれぞれ一対の電極に接続される。これらの信号源は、組織内に、干渉電流と呼ばれる振幅変調中波信号を以下のように生み出すことができる。第１の信号源は中波搬送波（一般に４．０ｋＨｚ）を使用し、もう１つの信号源は、わずかに異なる周波数（一般に４．１ｋＨｚ）で動作する。それぞれの表面電極対は、２つの振動電流が深部組織で合流するように体表に配置され、深部組織では、変調によって、低周波数域、一般に１００Ｈｚの干渉またはうなり周波数が生み出される。これが深部に位置するＡβ線維を刺激して痛覚消失を生み出すと言われている。
【０００７】
中断形式の変調の一例を挙げると、脳と直接に接触させて電極を挿入する手術上の困難を回避するため、Ｌｉｍｏｇｅの米国特許第３，８３５，８３３号およびＳｔｉｎｕｓ他  １９９０は、Ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ  Ｃｒａｎｉａｌ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ（経皮性頭側刺激）（ＴＣＥＳ）を記述している。これは、供給されるそれぞれのパルスがピーク−ピーク値１００ｍＡとなるように構成された断続的な４ｍｓの中波電流（一般に１６６ｋＨｚ）列を、前側の１つのカソードおよび後側の２つのアノード（それぞれの乳様突起の上に１つずつ配置される）を介して患者の頭に加えるものである。それぞれのパルス（６７ｍＡ）の正行要素は２μ秒続き、負行部分は３３ｍＡのより低い振幅を有するが、４μ秒続く。それぞれの４ｍｓ列は一般に１秒につき７７または１００回繰り返される。中波は、表面電極から脳の組織に侵入するために使用される。Ｓｔｉｎｕｓ  （１９９０）は、このような刺激が痛覚閾値を引き上げるのはアヘン剤が投与されたときだけであることを観察した。
【０００８】
Ｍａｃｄｏｎａｌｄ  ａｎｄ  Ｃｏａｔｅｓの英国特許第ＧＢ２２９００３３号、米国特許第５，７７６，１７０号は、パルス幅が非常に短い信号、一般にパルス幅が４μｓの信号を加える効果を調べ、その電流経路上にある周縁神経軸索の興奮性膜にある電位型チャネルには、この電気信号に対して、膜の閾値に達し活動電位を生じさせるほど十分に反応する間がないことを示した。この形態の電気治療は、表面電極を脊髄の上に配置した場合に、鎮痛効果および気分を変える効果を生じさせる。Ｍａｃｄｏｎａｌｄ  ａｎｄ  Ｃｏａｔｅｓ  １９９５はこの方法をＴＳＥ（Ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ  Ｓｐｉｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｇｅｓｉａ）と呼んだ。Ｔｏｗｅｌｌ他  １９９７は、管理された試験を実施し、電極を脊髄の上に配置した場合にＴＳＥが有益な気分の変化をもたらすことを証明した。
【０００９】
英国特許第ＧＢ２２９００３３号は、周波数を増大させるにつれて電圧を低下させなければならないと述べている。この文献は、１５０Ｖを５ｋＨｚにおける十分な電圧、２５Ｖを１５０ｋＨｚにおける十分な電圧としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、電気治療に関する方法および装置であって、従来技術のいくつかの限界または欠点に対処する方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の態様では、本発明が、電極によって患者の体に加えられた電気信号により患者内に痛覚消失を生み出すための装置であって、患者の体に張り付けるための電極と、電極に接続可能な信号発生器とを含み、信号発生器が、それぞれが正及び負のパルスを含んだ連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成されており、平均パルス幅Ｐｗが１０μｓ以下、Ｖｐ２・Ｐｗ・Ｆｐが少なくとも２００、Ｖｐが平均パルス電圧、Ｆｐが１秒あたりの順パルスおよび逆パルスの数である装置を提供する。
【００１２】
本出願では、波形が電気波形を指す。用語「パルス」は、２相波形の正または負（順または逆）要素を指す。したがって、パルス電圧は正または負パルスの振幅（Ｖ）であり、パルス周波数は、１秒あたりの順パルスおよび逆パルスの数であり、これらの両方を数える。パルス幅Ｐｗは秒を単位として測定される。
【００１３】
１サイクルは、順パルスおよび逆パルスの２つのパルスからなる。したがって、１秒あたりの順パルスおよび逆パルスの数（パルス周波数）はサイクル周波数の２倍に等しい。サイクルの立上り端は正とすることもまたは負とすることもできる。それぞれのサイクルの先頭パルスの極性は通常同じだが、このことは必須ではない。
【００１４】
上述の装置を使用して、患者に高電力治療を施すことができることが分かった。この治療は、（例えばＴＥＮＳパルスを用いたケースのように）不快に感じる可能性があるレベルの活動電位を感覚神経内に発生させることなく実施することができる。
【００１５】
本発明の実施形態は、驚くほど大体積の組織を治療し、かつ／または従来技術よりも効果的に深部構造を治療することができることも分かった。さらに、従来のＴＳＥ治療とは違い、患部の領域に電流が流れる体のポイントに電極を張り付けることによって、必ずしも中枢神経系の上に張り付けなくても治療が可能であることも分かった。特に、これは、炎症を和らげるのに有用であり、これを使用して、例えば関節および内臓の炎症性疾患を治療することが分かった。
【００１６】
本明細書ではその波形を「ＨＰＳＰ」（ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ  ｓｈｏｒｔ  ｐｕｌｓｅ：高電力短パルス）波形と称する。患者に適用することができる電力を考慮すると、Ｖｐ２・Ｐｗ・Ｆｐ≧２００という関係が導き出される。平均消費電力は、Ｗｍ＝Ｐｗ・Ｆｐ・Ｖｐ２／Ｚで近似することができ、上式で、Ｗｍは平均消費電力、Ｚは、組織ならびに装置への接続手段（電極およびリード線）のインピーダンスである。本発明のこの態様は、所与の負荷インピーダンスについて、従来技術において使用されまたは提案された電力レベルよりも大きな電力レベルを提供する。例えば、少なくとも２０ｋＨｚの周波数の調波中に大部分のエネルギーを含む信号が加えられた場合、人体の負荷インピーダンスは１５０Ωで近似することができる。これを基にして英国特許第ＧＢ２２９００３３号によって教示された最大電力は１．１２５Ｗである。本発明は、このレベルよりもかなり高いレベルで機能する。
【００１７】
関係Ｖｐ２・Ｐｗ・Ｆｐ≧２００はＶＲＭＳ≧√２００と等価であり、ＶＲＭＳ≧√２００と表現することもできる。
【００１８】
他の電気治療術式と比較したときの印加電圧の高いＲＭＳ値は、患者に同様に高いＲＭＳ電流を生み出す。例えば、ＶＲＭＳ＝√２００において、負荷１５０Ω（一般的な患者負荷）でのＲＭＳ電流は９４ｍＡとなり、これは、一般に強いＴＥＮＳ信号であるとみなされている１５ｍＡよりも６倍も大きい。
【００１９】
Ｖｐ２・Ｐｗ・Ｆｐは少なくとも２２０とすることができ、少なくとも２５０、３４０または５００であることが好ましい。
【００２０】
より高い電力での加熱効果のため、Ｖｐ２・Ｐｗ・Ｆｐは１８００未満、より好ましくは１２００未満であることが好ましいことがある。
【００２１】
２相波形は連続波形であることが好ましい。「連続」２相波形は、先頭パルス間の間隔が等しい一連のサイクルを意味する。
【００２２】
順パルスおよび逆パルスの平均パルス幅、好ましくはそれぞれの順パルスおよび逆パルスのパルス幅は、６μｓ以下、４μｓ以下、例えば３μｓ、２μｓ、１．５μｓ、１μｓ、０．７５μｓ以下とすることができ、任意選択で少なくとも０．０１μｓ、０．０５μｓまたは０．５μｓとすることができる。いくつかの実施形態では、電界の変化率を増大させるために、例えば組織内の所与の平均モジュラス電流（ｍｅａｎ  ｍｏｄｕｌｕｓ  ｃｕｒｒｅｎｔ）またはＲＭＳ電流について、短いパルス幅が好ましい。
【００２３】
理論によって結び付けようとするわけではないが、電界の変化率を増大させると、痛みの伝達に関与する細胞構造への結合を増大させることができると発明者らは考えている。信号は深部組織に侵入し、中枢および／または末梢神経系で起こる１つまたは複数の過程、例えば微小管のふるまい、ある種のリガンドの放出速度、および／またはさまざまなリガンド型レセプタによるリガンドに対する反応、に影響を及ぼす変化を生み出すことによって、有益な効果を生み出すことができると考えられる。この信号はさらに、活動電位の伝達に関連したイオンの移動度に対して効果を有する可能性があり、末梢神経系と中枢神経系の両方の電位型チャネルなど、他の細胞構造に直接に作用する可能性がある。
【００２４】
本発明のいくつかの実施形態では、平均パルス電圧および好ましくはそれぞれの正および負パルスの電圧が少なくとも１００Ｖ、好ましくは１５０Ｖ、より好ましくは２００Ｖであることが好ましい。任意選択で、例えば安全上の要件を満たすために、平均パルス電圧および／またはそれぞれのパルスの電圧の上限が５００Ｖ、４００Ｖ、３００Ｖまたは２５０Ｖである。
【００２５】
好ましい電圧とパルス幅の全ての組合せが明確に含まれるが、任意選択で、電圧（平均値またはそれぞれのパルスの電圧）が少なくとも１００Ｖのとき、パルス幅（平均値またそれぞれのパルスの幅）は６μｓまたは４μｓ以下であり、電圧が少なくとも１５０Ｖのとき、パルス幅は３μｓ以下であり、電圧が少なくとも２００Ｖのとき、パルス幅は１．５μｓ以下である。
【００２６】
パルス周波数（すなわち１秒あたりの順パルスおよび逆パルスの数）は少なくとも１０００Ｈｚまたは１２００Ｈｚ、より好ましくは少なくとも５ｋＨｚ、より好ましくは１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚまたはそれ以上とすることができる。
【００２７】
パルス周波数は２ＭＨｚ未満、より好ましくは１ＭＨｚまたは５００ｋＨｚ未満、より好ましくは２５０ｋＨｚまたは１００ｋＨｚ未満とすることができる。
【００２８】
１回の完全サイクルのデューティサイクル（「オン時間」と「オフ時間」の比）は、１０％または５％未満、好ましくは２％または１％未満で、特に２相波が連続波の場合、０．１％超でなければならない。
【００２９】
２相波中のそれぞれのパルスは急激な上昇期および下降期を有し、例えば、コンデンサ・ドループ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ  ｄｒｏｏｐ）を前提として、実質的に長方形であることが好ましい。エッジレート（ｅｄｇｅ  ｒａｔｅ）は２５０Ｖ／μｓ超、より好ましくは５００Ｖ／μｓまたは１０００Ｖ／μｓ超であることが好ましい。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態は、パルス「オン」時間中に高パルス電流を有する。例えば波形は、パルス期間全体を通じて少なくとも０．３Ａのパルス電流を有することができる。コンデンサドループのため、パルス電流はパルス期間にわたって変化することができ、例えばパルスの始めに０．７Ａ〜３Ａであり、パルスの終わりに０．５Ａから２Ａに低下することができる。患者の中を流れる平均モジュラス電流は、少なくとも３ｍＡ、好ましくは少なくとも６ｍＡ、より好ましくは少なくとも１０ｍＡであることが好ましい。負荷１５０オームで測定したとき、ＶＲＭＳ＝√２００はＲＭＳ電流９４ｍＡを与える。
【００３１】
本発明者らは、本発明の実施形態において使用される波形を用いて感覚を得ることができることを見出した。発明者らは、２相方形波によって生み出される感覚の閾値、すなわち感覚が最初に感じられる点を測定した。感覚の電圧閾値はパルス幅の影響を受けたが、周波数の影響は実質的に受けなかった。したがって意外にも、感覚閾値は、ＲＭＳ電流または平均モジュラス電流の影響を受けない。さらに、感覚は、生理的限界よりもかなり高いパルス周波数で得ることができ、この周波数は、Ａβ線維が忠実に追従することができる周波数よりも高く、例えば８００Ｈｚから１２００Ｈｚである。
【００３２】
さらに、感覚閾値は、パルス間間隔を変化させることによって変化させることができることが分かった。パルス間間隔を短くするにつれ、所与のパルス幅について感覚が最初に知覚される電圧は高くなり、特に４μｓ超のパルス幅に関してそうである。このことは、感覚のレベルが、装置によって供給される電力レベルまたは電流、あるいは関連する組織内での電界の変化率とは独立に変化することを可能にする。いくつかの実施形態では、感覚が低いかまたは感覚が得られないように感知される感覚のレベルを低くして、例えば装置の動作中に患者が眠ることができるようにすることが望ましい。あるいは、穏かな感覚は、使用者を楽にすることができ、うずきおよび痛みから気をそらすのに役立つので、穏かな感覚を与えることが望ましいこともある。また、軽い刺痛は神経伝達物質の発現においてある役割を果たすかもしれないと考えられている。
【００３３】
パルス間間隔とともに変化する感覚レベルの能力を向上させるため、平均パルス幅および好ましくはそれぞれの順および逆パルスのパルス幅を４μｓ未満とすることが好ましいことがある。
【００３４】
パルス間間隔は４μｓ未満、好ましくは３、２または１μｓ未満、最も好ましくは０μｓとすることができる。１５０Ｖ、２００Ｖまたは２５０Ｖ超などの高電圧（すなわちピークパルス電圧）においても穏かな感覚を与えまたは感覚を全く与えないようにするために、いくつかの実施形態では、小さいパルス間間隔を小さいパルス幅（平均値またはパルスごとの値）、例えば２μｓ以下のパルス幅、より好ましくは１．５μｓまたは１μｓ以下のパルス幅ととともに使用することができる。理論によって結び付けようとするわけではないが、小さいパルス間間隔、好ましくは０μｓのパルス間間隔は、パルスあたりの電界変化率を高めるため、さらに有益である場合があると考えられる。
【００３５】
例えばある感覚が望ましい他の実施形態では、パルス間間隔を少なくとも５μｓ、好ましくは少なくとも６、７、８、９または１０μｓとすることができる。
【００３６】
パルス間間隔を変化させて波の調波を変化させることもできる。理論によって結び付けようとするわけではないが、本発明の発明者らは、波の調波内容はその治療効能を決定する際に重要であると考えている。例えば、本発明のこの態様において好ましい連続波形は、大部分の波エネルギーが幅の狭いピーク付近に集められたバースト波形と比較したときに、そのスペクトルにわたって広く広がった周波数の一連の調波を生み出す。
【００３７】
発明者らは、正パルスと負パルスが等しくパルス間間隔がゼロのパルス幅２μＳの方形波の調波成分を、パルス間間隔が２μＳの同じパルス幅の方形波と比較した。サイクル周波数はともに２０ｋＨｚである。どちらの場合も成分間の間隔は２０ｋＨｚであったが、パルス間間隔が２μＳの波形は、パルス間間隔がゼロの波形の周波数の約半分のところにピークを有する。
【００３８】
発明者らは、パルス幅２μＳ、サイクル周波数５ｋＨｚ、パルス間間隔１００μＳの方形波も調べた。この場合、リターンパルスは順パルス間に等間隔で位置する。これは、信号の調波成分からなる２本の異なる曲線を与える興味深い結果を提供する。一方の曲線は、サイクル周波数の調波成分を表すと言うことができ、もう一方は、パルス自体の成分を表すと言うことができる。この２重曲線構造は、細胞構造間の自然の変異、例えば配向の変異にかかわらず、細胞構造内での共振を励起する機会を増やすために望ましいことがある。したがって、いくつかの実施形態では、パルス間間隔を少なくとも２０、４０、６０、８０または１００μｓ、サイクル間の距離の最大半分までとすることが望ましい。
【００３９】
好ましいＨＰＳＰパルスの幅は、その主要な調波成分の中心が約１２５ｋＨｚ付近にある４μＳから、１０ＭＨｚに等しい０．０５μＳ以下であり、好ましいＨＰＳＰパルスは、１２００Ｈｚから２ＭＨｚの範囲で変化するパルス周波数を含む。
【００４０】
パルス間間隔およびパルス幅の選択はしたがって、療法が提供する周波数の範囲を決定する際に主要な役割を果たす。
【００４１】
ＨＰＳＰ療法は、今日使用されている知られているタイプのパルスおよび連続無線周波電気治療に関連したものよりもずっと幅広く広がった調波を有する、組織の無線周波刺激の一形態であると考えることができる。波形パラメータは、１ｋＨｚから２０ＭＨｚまたはそれ以上の範囲の振動電界を送達するように選択することができる。５０ｋＨｚから１ＭＨｚ（場の調波）をカバーする領域は、細胞構造およびイオンの移動度に対する効果が最大化される領域と考えられ、したがってこれが、使用される周波数の好ましい範囲である。
【００４２】
Ｋｏｔｎｉｋ他２０００は、さまざまな調波周波数における細胞内での外部電界の増幅の程度を調べ、調波周波数が１００ｋＨｚ以下である場合、細胞膜は、外部から印加された交流電流電界を数千倍に増幅することを示した。調波周波数を１００ｋＨｚよりも増大させると、この増幅効果は大幅に低下し、細胞および細胞外液内に含まれる構造の容量性特性はますます重要になる。Ｌｉｕ他１９９０は、（Ｎａ，Ｋ）−ＡＴＰアーゼのＮａ＋およびＫ＋ポンピングモードの活性化に対する振動電界の効果を研究した。この系は、Ｎａ＋イオンの排出および細胞内へのＫ＋イオンの流入（ナトリウムポンプ）を調節して、細胞電解質平衡を維持しまたは活動電位伝達を提供するための（ＡＴＰの加水分解によってエネルギーが与えられる）膜の能動輸送系である。電圧２０Ｖ／ｃｍでさまざまな周波数が調べられ、非結合輸送モードが２つの周波数で示され、流入の増大は１ｋＨｚだけで観察され、流出の増大は特に、それよりも高周波数の１ＭＨｚだけで観察された。
【００４３】
他の態様では、患者内に痛覚消失を誘導する方法において前述の装置を使用することができ、この方法は、患者の体に電極を張り付けること、および前述のとおりの波形を供給することを含む。
【００４４】
本発明の他の態様では、電極によって患者の体に加えられた電気信号により患者内に痛覚消失を生み出すための装置であって、患者の体に張り付けるための電極と、電極に接続可能な信号発生器とを含み、信号発生器が、それぞれが正負のパルスを含んだ連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成されており、装置が、正パルスと負パルスの間の間隔を変化させるための制御要素を含む装置が提供される。
【００４５】
パルス間間隔を変化させることによって感覚を変化させる能力を最大化するため、２相波形の平均パルス幅および好ましくは２相波形のそれぞれの正および負パルスの幅は４μｓ未満であることが好ましく、任意選択で少なくとも０．５μｓまたは２μｓとすることができる。正パルスと負パルスの間の間隔を変化させるための制御要素は、パルス間間隔を、０μｓとサイクル時間の半分との間で、より好ましくは０μｓと２０μｓの間または０μｓと１０μｓの間で変化させることができることが好ましい。
【００４６】
この装置は、感覚をより経験しやすい高い平均パルス電圧、例えば少なくとも１００Ｖ、１５０Ｖまたは２００Ｖの平均パルス電圧において特に有益であることがある。これらの電圧がそれぞれのパルスの電圧であるとより好ましい。任意選択で、Ｖｐ２・Ｐｗ・Ｆｐは少なくとも２００、かつ／あるいは１２００または１８００未満である。加えてまたは代わりに、パルス周波数は少なくとも１０００Ｈｚまたは１２００Ｈｚ、より好ましくは少なくとも５ｋＨｚ、より好ましくは１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚまたはそれ以上であることが好ましいことがある。パルス周波数は２ＭＨｚ未満、より好ましくは１ＭＨｚまたは５００ｋＨｚ未満、より好ましくは２５０ｋＨｚまたは１００ｋＨｚ未満とすることができる。いくつかの実施形態では、波形を前述のＨＰＳＰ波形とすることができる。
【００４７】
制御要素は、操作者、例えば使用者によって操作可能とすることができ、そのため例えば使用者は、快適な感覚レベルを与えるレベルにパルス間間隔を設定することができる。
【００４８】
あるいは、制御要素は、例えば一連の調節サイクル内でのパルス間間隔の自動変動、例えば律動的調節または自動ランダム調節を提供することができる。これは、生理的範囲内で感覚神経を調節するために、１２００Ｈｚ未満、好ましくは１００Ｈｚまたは５０Ｈｚ未満、かつ／または０．２５Ｈｚ超の調節率（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｒａｔｅ）において特に有益となることがある。さらに、この搬送信号は、生理的範囲よりもかなり高い範囲において高いピーク電圧で加えることができるため、それは、大体積の組織に侵入するために電力レベルがかなり高いときに特に有益であることがある。
【００４９】
制御要素は例えば、適当にプログラムされたプロセッサ、手動制御要素、あるいは律動的調節または自動ランダム調節を提供するように適合された回路とすることができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、装置（好ましくはパルス間間隔の自動変動を有する装置）がさらに、パルス電圧またはパルス幅あるいはその両方を変化させるための制御機構、例えばベース感覚レベルを使用者が設定することができる制御機構を含む。
【００５１】
他の態様では本発明が、電極によって患者の体に加えられた電気信号により痛覚消失を誘導する方法であって、
患者の体に張り付けるための電極と、電極に接続された信号発生器とを含む装置を用意すること
を含み、
信号発生器が、それぞれが正負のパルスを有する連続する複数のサイクルを含む２相電気波形を発生させるように構成されており、
さらに、前記方法が、
患者の体表の２か所以上の位置に電極を張り付けること、および
２相電気波形を供給すること
を含み、
治療中に、正パルスと負パルスの間の間隔が調節される
方法を提供する。
【００５２】
治療中に、正パルスと負パルスの間の間隔を、患者が経験する感覚レベルが変化するように調節することができる。
【００５３】
いくつかの実施形態では、この方法が、感覚が感じられないように、任意選択では急速に弱まる過渡的感覚を除いて感覚が感じられないように、パルス間間隔を調整することを含むことが好ましい。他の実施形態では、穏かな感覚を使用者に与えるようにパルス間間隔が調整されることが好ましい。例えばこれは使用者を安心させることができる。
【００５４】
この調節は、所望の感覚レベルを達成するために、例えば一連の調節サイクル内で、治療中に１回または数回実施し、あるいは中断なく継続しまたは繰り返すことができる。
【００５５】
パルス間間隔の調節はさらに有益な治療効果を有することがあり、例えば神経伝達物質の発現を助け、または弛緩を助けることがある。
【００５６】
好ましい実施形態では、この調節が治療中に、例えばランダムにまたは律動的に繰り返される。パルス間間隔の調節率は、生理的範囲内で感覚神経を調節するために、１２００Ｈｚ未満、より好ましくは１００Ｈｚまたは５０Ｈｚ未満、かつ／または０．２５Ｈｚ超であることが好ましい。使用者が少なくともなんらかの感覚を経験することが好ましい。
【００５７】
この方法は好ましくは、一般的なＴＥＮＳパルスよりも効果的に深部組織に侵入することができる高電圧高電流信号の使用を可能にし、次いで、十分に生理的範囲内のパルス間間隔調節率、好ましくは０．２５Ｈｚまたは０．５Ｈｚから５０Ｈｚまたは１２０Ｈｚの調節率で、パルス間間隔を、深部神経内に活動電位が生み出されるような方法で変化させることによって、信号を調節することを可能にする。
【００５８】
上記のそれぞれの方法では、例えばマイクロプロセッサの制御下で、または手動制御によって、パルス間間隔を、例えば律動的に（すなわち複雑であっても識別可能なパターンで）またはランダムに、自動的に調節することができる。この方法が特定の所望の感覚レベルを提供するとき、手動制御および／または使用者が操作可能な制御によってパルス間間隔を調節することが好ましいことがある。他の実施形態では自動制御が好ましい。ランダム調節は、信号に対する適応を減らすのに役立つことがある。
【００５９】
上記のそれぞれの方法はさらに、電圧またはパルス幅あるいはその両方を調整することによってベース感覚レベルを選択することを含む。ベースレベルは例えば、例えばパルス間間隔０μｓにおいて、使用者が過渡的感覚を経験するように選択することができる。
【００６０】
任意選択で、ベース感覚レベルを設定する際に、パルス幅を変化させ、パルス電圧を、１５０、１８０Ｖまたは２００Ｖ超の値に維持することができる。パルス間間隔の調節は次いで、感覚とパルス間間隔の間の良好な相関を与えることができる。
【００６１】
他の態様では本発明が、電極によって患者の体に加えられた電気信号により患者内に痛覚消失を生み出すための装置の動作パラメータを予め設定するための方法において、装置が、患者の体に張り付けるための電極と、電極に接続可能な信号発生器とを含み、信号発生器が、それぞれが正負のパルスを有する連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成されている方法であって、
電圧およびパルス幅を選択すること、ならびに
この電圧およびパルス幅における感覚とパルス間間隔との間の所定の関係を参照して、パルス間間隔を選択すること
を含む方法を提供する。
【００６２】
上記のそれぞれの方法では、波形の好ましい動作条件および動作パラメータが、正パルスと負パルスの間の間隔を変化させるための制御要素を含む上記装置に関して記述したとおりである。
【００６３】
他の態様では本発明が、電極によって患者の体に加えられた電気信号により患者内に痛覚消失を生み出すための装置であって、患者の体に張り付けるための電極と、電極に接続可能な信号発生器とを含み、信号発生器が、それぞれが正負のパルスを含んだ連続する複数のサイクルを含む２相波形を生成するように構成されており、平均パルス幅Ｐｗが１．５μｓ未満であり、正パルスと負パルスの間の間隔が０μｓから２μｓである装置を提供する。
【００６４】
平均パルス電圧（より好ましくはそれぞれのパルスの電圧）が少なくとも１３０Ｖであることが好ましく、少なくとも１５０Ｖまたは１７０Ｖであることがより好ましい。
【００６５】
パルス間間隔は１．５μｓ以下であることが好ましいことがあり、その場合、電圧（平均またはそれぞれの正および負パルスの電圧）を少なくとも１４０Ｖ、好ましくは少なくとも１６０Ｖまたは１８０Ｖとすることができる。パルス間間隔は１μｓ以下であることがより好ましいことがあり、その場合、電圧を少なくとも１８０Ｖ、好ましくは少なくとも２００Ｖ、より好ましくは少なくとも２２０Ｖとすることができる。いくつかの実施形態では、パルス間間隔が０．５μｓ以下または０μｓであることが好ましい。例えば、ゼロパルス間間隔は、パルスあたりの電界変化率を高くするのに有利である。
【００６６】
平均パルス幅および好ましくはそれぞれのパルスの幅は１．５μｓ未満、より好ましくは１．２５、１μまたは０．７５μｓ未満であることが好ましい。
【００６７】
いくつかの実施形態では、パルス周波数を少なくとも１０００または１２００Ｈｚ、より好ましくは少なくとも５ｋＨｚ、１０ｋＨｚまたは２０ｋＨｚ、かつ／あるいは２ＭＨｚ、１ＭＨｚ、５００ｋＨｚまたは２５０ｋＨｚ未満とすることができる。任意選択で、Ｖｐ２・Ｐｗ・Ｆｐは少なくとも２００、かつ／あるいは１２００または１８００未満である。
【００６８】
他の態様では本発明が、電極によって患者の体に加えられた電気信号により患者の体内に痛覚消失を誘導する方法において、患者の体に張り付けるための電極と、電極に接続可能な信号発生器とを含む装置を使用し、信号発生器が、それぞれが正負のパルスを含んだ連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成された方法であって、
患者の体表の２か所以上の位置に電極を、患者の体表の前記位置のうちの少なくとも１つの位置が中枢神経系の上にないように張り付けること、
前記部位に痛覚消失が誘導されるように２相電気波形を供給すること
を含む方法を提供する。
【００６９】
前記２か所以上の位置が中枢神経系、すなわち脳または脊髄の上にないことが好ましい。少なくとも１つの位置が脊髄のすぐ近くになく、例えば首の表面になく、かつ／あるいは脊柱から側方に１０または１５ｃｍ超のところに位置し、かつ／あるいは体の腹側にあることがより好ましい。これらの位置は、痛みまたは不快の領域および／あるいは痛みまたは不快の前記領域からの信号を伝達する末梢神経をまたぐことが好ましい。すなわち、痛みまたは不快の領域および／あるいは痛みまたは不快の前記領域からの信号を伝達する末梢神経の上下または両側にあることが好ましい。これらの位置は、痛みまたは不快の領域および／あるいは痛みまたは不快の前記領域からの信号を伝達する末梢神経を含む領域を通る電流を供給することが好ましい。例えば、少なくとも１つの位置を、肢（手または足を含む腕または脚）、腹部または顔の領域の表面または内部とすることができる。
【００７０】
痛覚消失を誘導するこの方法は、慢性または急性状態に関連した痛みまたは不快を軽減する方法とすることができる。例えば、この方法を、物理的な損傷（術後疼痛、骨折、挫傷、筋肉疲労などを含む）あるいは慢性または急性の病気または疾患に関連した痛みまたは不快を軽減する方法とすることができる。
【００７１】
前記方法は、炎症状態、特に慢性関節リウマチ、ならびに他の関節および内臓の炎症状態に関連した痛みまたは不快を軽減する方法であることが好ましいことがある。この方法をさらに前記状態を治療する方法とすることができる。
【００７２】
平均パルス幅およびより好ましくはそれぞれのパルスの幅は１０μｓ未満、より好ましくは６μｓ未満、４μｓ未満、より好ましくは３μｓ、２μｓ、１．５μｓ、１μまたは０．７５μｓ未満であることが好ましい。平均電圧および好ましくはそれぞれのパルスの電圧は少なくとも１００Ｖ、好ましくは少なくとも１５０Ｖまたは２００Ｖであることが好ましいことがある。
【００７３】
好ましい電圧とパルス幅の全ての組合せが明確に含まれるが、任意選択で、いくつかの実施形態では、電圧（平均値またはそれぞれのパルスの電圧）が少なくとも１００Ｖのとき、パルス幅（平均値またそれぞれのパルスの幅）は６μｓまたは４μｓ以下であり、電圧が少なくとも１５０Ｖのとき、パルス幅は３μｓ以下であり、電圧が少なくとも２００Ｖのとき、パルス幅は１．５μｓ以下である。
【００７４】
パルス周波数は少なくとも１２００Ｈｚ、より好ましくは少なくとも５ｋＨｚ、より好ましくは１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚまたはそれ以上、かつ／または２ＭＨｚ、１ＭＨｚ、５００ｋＨｚ、２５０ｋＨｚまたは１００ｋＨｚ未満とすることができる。
【００７５】
任意選択で、Ｖｐ２・Ｐｗ・Ｆｐは少なくとも２００、かつ／あるいは１２００または１８００未満である。いくつかの実施形態では、波形が前述のＨＰＳＰ波形である。
【００７６】
他の態様では本発明が、電極によって患者の体に加えられた電気信号による痛覚消失の誘導中に処置パラメータを選択する方法において、前記治療が、
患者の体に張り付けるための電極と、電極に接続可能な信号発生器とを含む装置を用意すること
を含み、
信号発生器が、それぞれが順及び逆のパルスを含んだ連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成されており、
前記治療がさらに、
患者の体表の２か所以上の位置に電極を張り付けること、および
波形を開始電圧およびパルス幅で供給すること
を含み、
前記処置パラメータを選択する方法が、
患者が快適な感覚レベルを経験するまで電圧および／またはパルス幅を変化させること、ならびに快適な感覚が感じられる電圧およびパルス幅を選択すること
を含んでいる。
【００７７】
好ましくはこの方法が、例えば平均パルス電圧および好ましくはそれぞれのパルスの電圧が０〜５００Ｖ、好ましくは０〜２５０Ｖ、２００Ｖまたは１５０Ｖの範囲内で変化するように、パルス電圧を変化させることを含む。
【００７８】
開始パルス幅（平均値および好ましくはさらにそれぞれのパルス幅の値）は１０μｓ以下、最も好ましくは４μｓ以下とすることができる。パルス幅を、０．０１μｓ、０．０５μｓまたは０．５μｓから４μｓまたは１０μｓまでの範囲で変化させることが好ましい。
【００７９】
任意選択で、この方法はさらに、波形を開始パルス間間隔で供給すること、および例えば０μｓ〜２０μｓの範囲、好ましくは０μｓ〜１０μｓの範囲でパルス間間隔を変化させることを含む。この実施形態では、開始パルス幅（平均値および好ましくはさらにそれぞれのパルス幅の値）を４μｓ以下とすることができる。
【００８０】
パルス周波数は１２００Ｈｚ超、より好ましくは少なくとも５ｋＨｚ、より好ましくは１０ｋＨｚまたは２０ｋＨｚ以上とすることができる。
【００８１】
好ましい一実施形態ではこの方法が、快適な感覚が感じられる電圧およびパルス幅を選択した後に、１秒あたりのパルス数Ｆｐを、Ｆｐが少なくとも２００／（Ｖｐ２・Ｐｗ）、好ましくは１８００／（Ｖｐ２・Ｐｗ）または１２００／（Ｖｐ２・Ｐｗ）未満となるように増やす追加のステップを含む。Ｆｐは少なくとも３００／（Ｖｐ２・Ｐｗ）または４００／（Ｖｐ２・Ｐｗ）であることが好ましい。
【００８２】
上述の本発明の一部または全部の態様では、２相波形のそれぞれのパルスが急激な上昇および下降を有し、例えば、コンデンサドループを前提として、実質的に長方形であることが好ましい。それぞれのパルスは２５０Ｖ／μｓ以上、より好ましくは５００Ｖ／μｓまたは１０００Ｖ／μｓ以上のエッジレートを有することができる。
【００８３】
これらの一部または全部の態様では、２相波形を、複数のパルスの列を含み、その後に静穏期が続く「バースト」波形とすることができる。しかし、２相波形は連続波形であることが好ましいことがあり、その場合、１回の完全サイクルのデューティサイクル（「オン時間」と「オフ時間」の比）は１０％または５％未満、より好ましくは２％または１％未満で、０．１％超であることが好ましい。
【００８４】
さらに、順パルスと逆パルスの電荷の量が等しいことが好ましいことがある。これは平均電流をゼロにし、イオン輸送を最小化するのに役立つ。便利には、これは、順パルスと逆パルスの電圧およびパルス幅を等しくすることによって達成することができる。順パルスと逆パルスの振幅（電圧）またはパルス幅が等しくない場合には、これらの２つのパルスの平均値が計算される。第２のパルスの振幅またはパルス幅が第１のパルスと同じでないことが望ましい場合には、第２のパルスのパラメータを、患者に印加される電圧の平均値がゼロになるように調整することが好ましい。
【００８５】
さらに、患者内に痛覚消失を誘導するためのこの装置が、１つの２相波形を生み出すように構成された単一の信号発生器を含むことが好ましいことがある。同様に、一部または全部の方法が、単一の信号発生器から単一の２相波形を供給することを含むことが好ましいことがある。この装置／方法によって２つ以上の波形が供給される場合には、干渉効果を低減させるために、これらの波形が同じサイクル周波数の波形であるか、または一方が他方の整数倍であることが好ましい。
【００８６】
患者に比較的に高い電力を与えることを含む治療法の難点は、誤動作の場合に危険なレベルの電荷が適用されることを防ぐ安全機構を用意しておかれなければならないことである。このことは、可変周波数、パルス幅および電圧を適用することができる装置でもそうである。
【００８７】
特に関連性が高い２つの国際安全規格がある。これらは、ＩＥＣ６０６０１−２−１０、「Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｓａｆｅｔｙ  ｏｆ  ｎｅｒｖｅ  ａｎｄ  ｍｕｓｃｌｅ  ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒｓ」および米国の規格ＡＡＭＩ  ＮＳ４−１９８５（Ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｎｅｒｖｅ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）である。
【００８８】
６０６０１−２−１０の主な安全上の要件は以下のとおりである。
【００８９】
・出力電流（ｒｍｓ）の上限はＤＣで８０ｍＡ、４００Ｈｚで５０ｍＡ、１５００Ｈｚで８０ｍＡ、１５００Ｈｚ超で１００ｍＡである（抵抗負荷５００オーム）。
【００９０】
・最大パルスエネルギーは３００ｍＪを超えてはならない。
【００９１】
・ピーク出力電圧は５００Ｖを超えてはならない。
【００９２】
ＡＡＭＩ  ＮＳ４は改訂中であり、これはすでに１０年を超えているので、米国国家規格（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）としての地位は後退している。しかしこの規格はＡＡＭＩ（Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ）規格として留まっており、ＴＥＮＳ装置の設計の最も直接に関連した公表文書である。ＮＳ４の主な要件は以下のとおりである。
【００９３】
・抵抗負荷２００Ω、５００Ωおよび１ｋΩが試験負荷として規定される。抵抗５００Ωは安全目的の基準波形とされている。
【００９４】
・効能のための最低出力（コントロールは最大）はパルスあたり７μＣか、または刺激成分の平均振幅が、５００Ωの負荷に対して少なくとも０．５ｍＡである複合波形である。
【００９５】
・パルスあたり最大電荷はいかなることがあっても、５００Ωの負荷に対して７５μＣを超えてはならない。
【００９６】
・最大平均電流は、イオン輸送による熱傷を低減させるためのＤＣ電流の限界である１０ｍＡを超えてはならない。
【００９７】
英国特許第ＧＢ２２９００３３号には、直流電流刺激の可能性から患者を分離するため、コンデンサを電極の１つと直列に配置することが提案されている。しかしこのような配置は、方形波形状のパルスを生み出す目的には適さない。
【００９８】
他の態様では、本発明が、電極によって患者の体に加えられた電気信号により患者内に痛覚消失を生み出すための装置であって、患者の体に張り付けるための電極と、電極に接続可能な信号発生器とを含み、信号発生器が、それぞれが正負のパルスを含んだ連続する複数のサイクルを含む２相波形を発生させるように構成されており、信号発生器が、
電源から所望の電圧を生成するための変換器と、
変換器と電気的に接続され、電極の１つに正パルスを供給するように構成された第１のコンデンサと、
変換器と電気的に接続され、電極の１つに負パルスを供給するように構成された第２のコンデンサと
を含み、
第１および第２のコンデンサがそれぞれ、対応する経路によって出力に接続されており、経路がそれぞれのスイッチを含み、信号発生器が、正および負パルスを発生させるための対応する経路を通した第１および第２のコンデンサの交番放電を引き起こすようにスイッチの動作を制御するように構成されたコントローラを含む
装置を提供する。
【００９９】
したがってこの装置は、特に変換器が所望の電圧を生み出すが電流出力が制限される場合に、装置が持続した有害な平均電流を発生させることができず、あるいは単独でまたはコンデンサと組み合わせてパルス時間中に危険な電流を発生させることができず、あるいはソフトウェア故障または単一構成要素故障の場合に安全値を超えるパルスを送達することができないように、操作できるようにすることができる。
【０１００】
この装置の利点は、誤動作の場合に患者に加えられる電荷の量を制限する重要な安全対策がハードウェア内にあることである。
【０１０１】
誤動作の場合に供給されうる電流を許容されるレベルに制限するため、正および負サイクルで伝達される電荷とパルス時間にわたって変換器によって供給することができる電流の合計が危険なレベルを超えないことが望ましいことを発明者らは認識した。これは、例えば故障条件下でも最大値７５μＣを超えないことが好ましい。
【０１０２】
これらの考慮の結果、変換器から電荷を送達することができる速度、および／またはコンデンサに蓄積することができる電荷の量には限界がある。その結果、パルス時間にわたって電圧のかなりのドループが生じる可能性があり、特に持続時間の長いパルスではそうである。
【０１０３】
この装置では、共通の変換器から給電された２つの独立したコンデンサを放電させることによって波が生み出される。１つは正パルスを供給し、１つは負パルスを供給する。この装置は、実質的に対称な波を生み出す。これは、コンデンサの放電の進行中の電圧降下は、正および負パルスに同じ程度の影響を及ぼすからである。
【０１０４】
この変換器は、電池から所望の電圧を生成するように適合されていることが好ましいが、追加源または代替源としての主電源から所望の電圧を生成するように適合させることもできる。この装置は任意選択で、適当な電池、例えば再充電可能な電池を含むことができる。
【０１０５】
好ましい一実施形態では、信号発生器が、急速な上昇期および下降期を有する、例えば実質的に長方形の出力を生み出す。
【０１０６】
出力は、１Ａ、１．５Ａまたは２Ａまたは３Ａ超のパルス電流（すなわちピークパルス電流）を有することができる。任意選択で、出力がＶｐ２・Ｐｗ・Ｆｐ＞２００であることが好ましい。
【０１０７】
いくつかの実施形態では出力が前述のＨＰＳＰ波である。
【０１０８】
コンデンサの静電容量は電圧の低下とともに低下することが好ましい。このことは、広い電圧範囲にわたって、高電圧において安全なレベルの電荷だけを蓄積し、さらに、低電圧において、より低い電圧である必要があるより長いパルスで有効な刺激を送達するのに十分な電荷を蓄積する装置の能力を向上させる。セラミック型コンデンサが特に好ましい。
【０１０９】
好ましい一実施形態では、コンデンサからの出力がないことが望ましいとき、すなわちパルスオフ時間中に、それぞれのコンデンサを出力に接続する経路上のスイッチがオフにされ、１つまたは複数の追加のスイッチが、直接にまたは装置０Ｖを介して患者出力を互いに短絡させるように操作される。装置は、前記スイッチの動作を制御する制御機構を含むことが好ましい。これは、パルスの立下り区間を迅速にゼロに復帰させるのに役立つ。エッジレートは２５０Ｖ／μｓ超であることが好ましく、５００Ｖ／μｓまたは１０００Ｖ／μｓ超であることがより好ましい。
【０１１０】
好ましい実施形態では、追加の制御および安全システムが提供される。例えば、１つまたは２つ以上の独立システムによってパルス幅を制御し、かつ／または制限することができる。例えば、パルス幅は、論理回路によって、かつ／またはゲートドライブ上でのエッジトランジションなしではある固定期間よりも長く「オン」状態に留まることができない出力トランジスタによって制限することができる。後者はさらにマイクロプロセッサ故障に対する保護を提供する。これは、マイクロプロセッサが故障し、その出力がフリーズした状態になることが予想されるためである。
【０１１１】
コンデンサ定格の慎重な選択およびパルス「オン時間」制限制御機構（スイッチドライブロジック内の回路、レベル変換回路など）の使用によって、治療パルス電荷が、正常動作条件下でパルスあたり２５μＣを超えず、単一故障または２重故障条件下でパルスあたり７５μＣを超えない広範囲のパルスおよび出力電圧を有する装置を設計することができる。
【０１１２】
信号発生器はさらに、信号を監視する、例えば装置によって生み出された電流および／または電圧を監視する、独立した１つまたは２つ以上の手段を含むことができる。これらは、変換器からの出力電流を測定するための手段（測定された電流は、電流限界または電流制御ループを提供するために変換器のハードウェア回路にフィードバックし、かつ／または監視プロセスのためにマイクロプロセッサに供給することができる）、一方または両方のコンデンサからの電流を測定するための手段、および／あるいは患者に適用された電圧および電流を測定するための手段を含むことができる。
【０１１３】
前記第１および第２のコンデンサはそれぞれ、対応する経路によって患者への出力経路に接続されることが好ましい。この信号を監視するための手段は出力経路上に位置することが好ましい。あるいは、電子工学的により都合がよい場合には、この手段を出力からの戻り経路上に配置することもできる。これは、この経路が装置０Ｖ電位にあり、したがって出力センサから信号の変換を必要としないためである。
【０１１４】
この装置は、いずれかの経路上の電圧および／または出力電流が所定の限界を超えた場合に、例えばこれがハードウェア内に実装された監視回路によって検出されたときに、装置０Ｖまでコンデンサを放電させるように動作する安全装置を含むことが好ましい。最も好ましくは、この装置がシリコン制御整流器（ＳＣＲ）である。好ましい実施形態では、この装置がさらに、マイクロプロセッサによってエラーまたはシャットダウンが識別された場合にマイクロプロセッサによって操作可能でなければならない。
【０１１５】
好ましくは、この装置が、装置によって生み出された電圧および／または電流を監視するための独立した少なくとも２つの回路を含み、さらに測定値を比較するための手段を含み、これによっていずれかの回路のエラーを検出することができ、任意選択で装置を停止させる。
【０１１６】
信号を監視および／または比較し、かつ／あるいは経路の放電を制御するための手段はハードウェア内に実装されルことが好ましく、これはさらに、都合よく、マイクロプロセッサをバックアップとして使用して実装することもできる。
【０１１７】
本発明の諸態様を独立に論じてきたが、これらは、任意の組合せで一緒に使用することもできる。
【０１１８】
本発明の上記の態様では、装置の電極を表面電極または埋没電極とすることができる。したがって、患者の体表の位置に電極を張り付けると言うときには、電極を埋め込むことも含まれるものと解釈されたい。通常、埋没電極はその先端を除き絶縁材料で覆われるが、このことは必須ではない。
【０１１９】
次に、本発明のいくつかの態様の特定の実施形態を図面を参照してより詳細に説明する。これらは説明および例として提供されるものあり、これらを本発明を限定するものと解釈してはならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１２０】
体インピーダンスおよび消費電力
大きさ５０×５０ｍｍのステンレス鋼メッシュ電極を使用して、発明者らは、以下の位置をまたぐ電極間のインピーダンスのさまざまな測定を実施した：ａ）前腕の正中神経上。電極の中心間の間隔は１７０ｍｍ。ｂ）胸郭の後側。電極は脊柱のＴ１およびＴ１２の上に配置した。ｃ）頸の両側。電極は乳様突起のすぐ下に配置した。
【０１２１】
測定されたインピーダンスは例えば電極の付着力の変化によって最大＋／−６ｄＢ変動しうるので、これらの測定は誤差を生じやすい。測定は、異なるタイプの電極を使用することによっても変化することがある。しかし、ステンレス鋼メッシュ基板を使用した品質のよい電極および慎重な張付け手法を用いると、被検者に対して測定が短時間で実施される場合には、インピーダンスは、体表の異なる位置間で驚くほど少しの量しか変化しない。
【０１２２】
図３に、正中神経の上で前述のとおりに測定した組織のインピーダンスのグラフを示す。有効な近似として、このインピーダンスは、図４に示すような直列ＲＣ結合に似ている。Ｒ１およびＣ１は組織を表し、Ｃ２はリード線および電極の静電容量を表す。Ｃ２は、１０ＭＨｚ付近の周波数においてわずかな降下を引き起こす。このことはこの装置にも見られるが、実用上は無視することができる。ＤＣ体ＤＣ抵抗をシミュレートするためにこの等価回路に値の大きい並列抵抗器を追加することができるが、これは数ＭΩであり、したがって無視することができる。このグラフを精査すると、示したこの例では、組織は主に２１ｋＨｚ超で抵抗性であると考えることができる。ステンレス鋼メッシュ導体電極を用いて測定した一般的な抵抗値は、前腕上および脊柱のＴ１とＴ１２の間で１５０Ω、頸の両側で１２０Ωである。
【０１２３】
ＣおよびＲ項の効果は、図５に示すようなパルス時間１μＳ、パルス間間隔１μＳの一般的なＨＰＳＰサイクルで電流および電圧を調べた場合に見ることができる。この電流トレースは、直列容量の効果によるパルスオン時間中の電流の低下を示している。パルス間間隔の間に装置は電極を互いに短絡させ、静電容量を放電させる。これは、パルス間間隔中に、波形の上面の傾斜と同じ大きさの小さな逆パルスを生じさせる。
【０１２４】
前述のとおり、２０ｋＨｚから２ＭＨｚの領域に支配的な調波がある持続時間の短いＨＰＳＰパルスに関しては、組織を抵抗負荷によって近似することができる。その結果として、負荷の消費電力は、パルスの振幅だけを考慮することによって推定することができる。したがって平均消費電力Ｗｍは、Ｗｍ＝δ．Ｖｐ２／Ｒによって近似することができる。上式で、Ｖｐはパルスの電圧、Ｒは測定された負荷抵抗、δはデューティサイクルである。この式は、組織の静電容量による出力電流のドループを無視しており、このことは、この電力式がより長いパルスに対しては過大評価になることを意味している。
【０１２５】
容易に計算することができるより優れた近似は、負荷等価回路中の直列容量を考慮し、負荷時定数に対して長いサイクル時間を仮定し、パルスサイクルを、下式によって表される４ステップ入力の和によって近似することにより与えられる。
【数１】
2008500086.tif 000003
【０１２６】
上式で、Ｖは印加電圧、Ｒは負荷抵抗、τ＝Ｃ．Ｒ、Ｃは直列容量、ｔ１＝ｔ２＝ｔ３＝ｔはパルス幅およびパルス間間隔であり、両者は同じと仮定する。Ｔ＝サイクル時間である。
【０１２７】
この近似の結果を図７に示す。この図では、消費電力を一定に保つ試みにおいて、周波数を増大させるにつれ、パルス幅を比率パルス幅＝Ｔ／１００に従って直線的に低減させた。
【０１２８】
範囲Ｔ＝５０〜５００μＳにわたり、この図は、Ｖ＝２００Ｖ、Ｒ＝１５０ΩおよびＣ＝５０ｎＦでサイクル周波数が２０から２ｋＨｚまで変化したときに０．５から５μＳまで直線的に変化させたパルス幅をシミュレートする。この短パルスに関しては、消費電力がこの範囲にわたって４．４から５．３Ｗまで増大し、その差は２０％である。この誤差は、実際の装置で考慮が必要な場合、補正係数を直線によって近似することにより考慮することができるが、以前の段落で仮定したように、通常はこの誤差を無視することが許容される。
【０１２９】
高い電力レベルでは電極の下の組織が温まり始め、このことは、患者に送達することができる電力の量に限界を設ける。実験によって得られた組織加熱に対する一般的な限界（５０×５０ｍｍの電極を使用。ただしより大きな電極を使用してこれを延長することも可能である）は８〜１２Ｗである。
【０１３０】
上で論じた組織の直列容量による電流のドレープを無視すると、加熱限界は、Ｖｐ＝√（Ｚ．Ｐ／δ）によって近似することができる。上式で、Ｖｐ＝パルス電圧（Ｖ）、Ｚ＝患者インピーダンス（Ω）であり、１５０オームで一定であると仮定する。Ｐは、実験によって導き出した電力限界、δはデューティサイクルである。δ＝Ｐｗ．Ｆｐであり、上式でＰｗはパルス幅、Ｆｐ＝１秒あたりのパルス数（順パルスと逆パルスの両方を数える）である。
【０１３１】
Ｍａｃｄｏｎａｌｄ  ａｎｄ  Ｃｏａｔｅｓの英国特許第ＧＢ２２９００３３号は、加熱は、周波数を増大させるにつれて電圧を低下させなければならないことを意味する制限条件であると述べており、Ｍａｃｄｏｎａｌｄは、１５０Ｖを５ｋＨｚにおける単一極性波の限界電圧、２５Ｖを１５０ｋＨｚにおける限界電圧としている。これらの点を通る電力一定の曲線を当てはめると、Ｖｐ＝√（１６８／δ）によって近似される電力限界が与えられる。先に定義したとおり患者インピーダンスを１５０Ωと仮定したときの電力限界は１．１２５Ｗである。Ｍａｃｄｏｎａｌｄ  ａｎｄ  Ｃｏａｔｅｓが指定した周波数で、本発明の態様に基づく装置は、それぞれ４００Ｖおよび７３Ｖよりも良好な限界を有し、これらは、英国特許第ＧＢ２２９００３３号に記載された値の２倍を優に超える。
【０１３２】
波形調波
治療波形に関して理想的なパルス波形を図１に示す。パルス列は、小さなマークスペース比を有する図１に示すようなパルスの連続ストリームとし、または複数のパルスとその後に続く活動のないギャップとからなる図２に示すようなバーストとすることができる。
【０１３３】
波形の周波数内容は一般に、フーリエ解析によってその成分に関して表現される。
【０１３４】
図８に、図１および２に似ているがパルス間間隔がゼロである単純化された２つの波形の成分を示す。単一サイクル曲線は、２０ｋＨｚで繰り返された５００ｋＨｚ方形波の１回のサイクルを表す。バースト曲線は、２ｋＨｚで繰り返された１０サイクルのバーストの５００ｋＨｚ方形波である。結果として両方の波形のエネルギーは同一である。これらの曲線は、パルス幅１μＳ、パルス間間隔ゼロの２相パルスを表す。
【０１３５】
この図から、単一サイクル波は、スペクトル全体にわたって広く広がった２０ｋＨｚ間隔の周波数の一連の調波を有し、バースト波は、２ｋＨｚ（すなわちバースト繰返し周波数）間隔の調波を有し、バースト波では、５００ｋＨｚの幅の狭いピーク付近に大部分のエネルギーが集中し、４００ｋＨｚから６００ｋＨｚの範囲の外側にはエネルギーがほとんどないことが分かる。このピークは、バースト中のサイクル数が増大するにつれてより顕著になる。単一サイクル形式は、スペクトル全体にわたって波形のエネルギーを分散させることによって細胞結合の可能性を最大化するので、本発明のある種の態様および実施形態においては好ましい。
【０１３６】
図９に、正パルスと負パルスが等しくパルス間間隔がゼロのパルス幅２μＳの方形波の成分を、パルス間間隔が２μＳの同じパルス幅の方形波と比較したものを示す。サイクル周波数はともに２０ｋＨｚである。このグラフは、２０ｋＨｚの成分間のよく知られた間隔を示しているが、パルス間間隔が２μＳの波形は、間隔がゼロの波形の周波数の約半分のところにピークを有する。これは、第２の方形波が同様の周期の正弦波のピークを表すことによって説明することができる。
【０１３７】
図１０に、パルス幅２μＳ、サイクル周波数５ｋＨｚ、パルス間間隔１００μＳの方形波を示す。この場合、リターンパルスは順パルス間に等間隔で位置する。これは、この信号の調波成分からなる２本の異なる曲線を与える興味深い結果を提供する。一方の曲線は、サイクル周波数の調波成分を表すと言うことができ、もう一方は、パルス自体の成分を表すと言うことができる。
【０１３８】
感覚閾値
仮定されている作用機構によれば、独立した２つの作用モードがあり、１つは、ＴＥＮＳ機械の場合のように、活動電位を発生させて治療効果を提供することに関係し、これとは独立した他の１つは振動電界に基づく。穏やかな刺痛感覚はしばしば患者を安心させ、前述のとおり、神経伝達物質の発現において重要な役割を果たす可能性もある。
【０１３９】
表１に、ＨＰＳＰ刺激を使用した感覚閾値を、パルス幅およびパルス振幅の関数として示す。電極は、前腕の正中神経の上に、１７０ｍｍの間隔で、先頭パルスが肘に最も近くなるように配置した。使用した波形は、１μＳの固定パルス間間隔を有する図５に示すような対称２相波形である。パルス幅ｔを表１に指定されているとおりに変化させた。パルス振幅は、感覚を生み出す最低電圧Ｖｓであり、電極間で記録されたゼロ−ピーク電圧である。使用した２相波形において、ピーク−ピーク電圧値は表１に表示された値の２倍になる。
【表１】
2008500086.tif 000004
【０１４０】
表１の結果を図１１のグラフに示す。この曲線は、図１２に示すような対数−対数スケール上にプロットすると直線になる。この曲線を調べることにより、感覚を生み出す最低電圧（Ｖｓ）とパルス幅ｐとの間の関係は、固定パルス間間隔１μＳについて、関係式Ｖｓ＝ｋｐｍによって近似することができる。この式でｋおよびｍは定数であり、このケースではｋ＝２７０、ｍ＝−１．０２６５である。
【０１４１】
全く異なる方法で導き出されたものだが、図１１の曲線はその形状が、Ｌｉ他１９７６によって観察された「強さ−時間曲線」に非常によく似ている。ここで、Ｌｉ他は、切開された神経に印加された単一パルスの所与の持続時間について、その神経から記録された活動電位を生み出すのに必要な振幅を調べた。Ｌｉ他の観察および一般に受け入れられた現在の見解によれば、この強さ−時間曲線は、刺激電流と持続時間がある範囲にわたって相互にトレードオフの関係にあることを指示している。
【０１４２】
しかしこの見解は発明者らの結果と一致しない。表１ならびに図７および８は、前腕上に配置された５０×５０ｍｍの表面電極によって、０．５から２０μＳのさまざまなパルス幅で感覚を生み出すのに必要な最低振幅の効果を明らかにしている。現在生み出すことができるタイプの短い高電力パルスを使用して、所与のパルス幅ごとに、４つの異なるサイクル周波数（１００Ｈｚから５ｋＨｚ）の効果を比較した。感覚は、受け入れられた生理的限界よりもかなり高い刺激速度で起こることが分かり、また、ある時間にわたって流れる所与の任意の振幅の電流の量はサイクル周波数に正比例するにもかかわらず、それぞれのパルス幅で、感覚閾値は、サイクル周波数が変化してもあまり変化しないことも分かる。５ｋＨｚで患者の中を流れる（運ばれる電荷の速度に比例した）平均モジュラス電流は、１００Ｈｚにおけるそれの５０倍だが、この観察から、所与の任意のパルス幅で感覚閾値はほぼ同じである。例えば、幅２μＳのパルスで、実験によって測定された１００Ｈｚにおける平均モジュラス電流は０．２７ｍＡ（約１５ｍＡ  ＲＭＳ）であり、５，０００Ｈｚではそれが１３．５ｍＡ（約９５ｍＡ  ＲＭＳ）であった。５０μＳ以上の一般的なＴＥＮＳパルスでは、前者が痛みを伴う刺激レベルを表し、後者が耐えられない刺激レベルを表す。
【０１４３】
次に発明者らは、パルス間間隔を変化させる効果を調べた。下に示したデータも、以前に説明した正中神経上の電極を用いて得たものである。表２に、サイクル周波数５ｋＨｚ、１．５μＳの２相パルスについて、感覚閾値とパルス間間隔の関係を示す。
【表２】
2008500086.tif 000005
【０１４４】
この結果を図１３のグラフに示す。最初に感覚が得られる電圧は、パルス間間隔が０．５から約１０μＳに増大するにつれて急激に低下し、その後、感覚はパルス間間隔から事実上独立していることが分かる。
【０１４５】
パルス間間隔０μＳの２，５００ＨｚＨＰＳＰ波形を、パルス間間隔１μＳの同一の波形と比較した場合、感覚閾値は、パルス幅２μＳではそれぞれ２００Ｖおよび１４０Ｖだが、パルス幅５μＳではそれぞれ５０Ｖおよび４８Ｖでしかない。２から４μＳ程度のパルス幅および２００Ｖ程度の電圧では、パルス間間隔を０μＳと１０μＳの間で変化させるだけで、感覚レベルを、強い刺痛のレベルから、感覚がほとんどまたは全く無いレベルまで変化させることが可能である。これは、電気治療装置の知覚される治療レベルを制御し、一定の治療電流を患者に送達する新しい方法を提供する。これはさらに、深部組織に侵入するように連続する高電力レベルで送達される信号に関して、生理的範囲内の速度で感覚神経を調節する新しい方法を表す。これを、信号の振幅全体の制御と組み合わせることもできる。
【０１４６】
ここで報告される感覚閾値は、被験者が最初に感覚を報告する最低刺激レベルである。数秒後、神経は慣れ、この感覚は消失する。使用される一般的な刺激レベルは、非常に穏かな感覚のためのものでも、これよりもいくぶん高いであろう。これらの感覚限界はしたがって、最低治療レベルをそこに設定し、それによって所与の波形に関して最大電荷を不快感なしに患者へ送達することができる有用な基準点を提供する。感覚レベルは体の別の部分では多少変化することに留意されたい。例えば、脊柱のＴ１とＴ１２の上の電極では、感覚レベルがわずかに高い。
【０１４７】
これらの結果は、サイクル周波数、パルス間間隔およびパルス幅を変化させることによって、患者に安全かつ快適に送達することができるエッジレートおよび電荷量、ならびに患者が感じる感覚レベルを独立に制御することが可能であることを証明している。感覚レベルとは独立に高い平均電流を高電圧で送達できることによって、電界効果に基づく作用モードを最大化し、大体積の深部組織への侵入を達成することができる。
【０１４８】
医学的観察
いくつかの態様および実施形態において、本発明は、末梢または中枢の深部組織内の機能に影響を及ぼすことができるパルスを苦痛なく適用し、特に炎症を起こした領域内に有益な変化を生み出すことを可能にする。
【０１４９】
痛みのある筋骨格領域に適用すると、急性状態に関連しているのかまたは慢性状態に関連しているのかにかかわらず、６０分以内に、圧痛および苦痛の一時的な緩和が生み出される傾向がある。報告された副作用は報告されておらず、長期刺激の限度は見つかっていない。
【０１５０】
感覚を生じさせることなく治療することができる驚くべき量の組織の例を挙げるため、５０×５０ｍｍの１つの表面電極を一方の足裏に配置し、もう一方の電極を他方の足に配置して、一方の脚から他方の脚に信号が伝わるようにすることができる。このようにすると、両下肢の任意の領域（例えば膝または腰）のうずきおよび痛みを同時に緩和することができる。
【０１５１】
この研究に使用したパラメータは、パルス幅が０．５μＳ、サイクル周波数が２０ｋＨｚであり、パルス間間隔が０〜４μＳの範囲で変化し、平均パルス電圧が一般に２２０Ｖである２相波形である。
【０１５２】
表３に、急性および慢性の筋骨格の痛みに苦しむ１７人の患者に電極を配置し、２０ｋＨｚのＨＰＳＰを用いて６０分間治療した予備的研究の詳細を示す。治療を停止した直後に全員が５０％以上の痛みの軽減を感じた。
【表３】
2008500086.tif 000006
2008500086.tif 000007
【０１５３】
電気治療装置の詳細な説明
図１４を参照すると、装置は、電池０１または外部主電源０２から一般に０〜５００Ｖの範囲の可変高電圧を生み出すブースト変換器０３を含む。
【０１５４】
出力電圧のレベルは、ディジタルアナログ変換器または他の手段０５を介してマイクロプロセッサ０４によって指令される。電源の出力電流は回路０６によって感知され、測定された電流Ｉ０は、電流限界または電流制御ループを提供するためにブースト変換器内のハードウェア回路にフィードバックされ、同時に、監視目的のためマイクロプロセッサに供給される。ブースト変換器は、それが連続的に生み出すことができる最大電圧および電流がハードウェア内の安全な最大値に制限されるように設計され、マイクロプロセッサはこれらの限界内の出力だけを設定する。
【０１５５】
装置の出力段はＨブリッジ配置０９からなり、これは、マイクロプロセッサの制御下で論理回路１２によって生成されたスイッチングシーケンスによって出力波形の順および逆パルスを合成することを可能にする。この論理回路は、マイクロプロセッサとは独立にパルス幅を制限する回路を含み、これは、後に論じるように、故障条件下で患者に送達される電荷を制限するために重要である。
【０１５６】
さらにレベル変換回路１３が配置される。これは、論理回路１２からの論理レベル信号を、高圧ＤＣ源からの信号に対して変換して、出力トランジスタにスイッチング信号を供給する電子回路である。このレベル変換回路は、出力トランジスタがある固定期間（一般に２００μＳ）よりも長くオン状態に留まることができないように設計される。この回路は２つの保護レベルを提供する。第１に、この回路は、正常動作においてパルスを患者に印加することができる最長期間を限定し、論理ブロック内に実装された以前の段落で説明したパルス幅制限機能のバックアップの働きをする。第２に、この回路は、マイクロプロセッサ故障に対する別の保護レベルを提供する。これは、マイクロプロセッサが故障し、その出力がフリーズした状態になることが予想されるためである（マイクロプロセッサ故障に対する追加の保護が、システムによって定期的にリセットされるこの図には示されていないウォッチドッグ回路によって提供される）。
【０１５７】
Ｈブリッジ０９の２本のアームは、２つのバスコンデンサ０８によって、２つのダイオード０７を介して給電される。それぞれのバスコンデンサのサイズは同一であり、それぞれ順および逆パルス用のエネルギーを供給する。単一の順または逆パルスの一般的な形状を図６に示す。分かりやすくするためパルスの上面の傾斜は誇張されている。この波形は、その立上りおよび立下り区間において高い変化率を示し、パルス用のエネルギーを供給するバスコンデンサの部分放電の結果であるバスのドループ０２を除けば実質的に方形波の形状を有する。立下り区間０３はゼロボルトまで急激に下降していることに留意されたい。これは、オフ期間中にＨブリッジ配置内の両方の下部装置をオンにすることによって達成される。
【０１５８】
以前に論じたとおり、患者に送達される電荷の制限は、装置の安全において重要な考慮事項であり、電荷は、それが胸部を貫通すると害となる可能性がある値である７５μＣの限界を超えてはならず（ＡＡＭＩ  ＮＳ４）、パルスあたり３００ｍＪを超えてはならない（ＩＥＣ６０６０１−２−１０）。バスコンデンサは、複数の構成要素が故障し、それにより蓄積された電荷が全て送達された場合でも患者に送達される全電荷が危険なレベルに決して達することがないように設計される。患者に送達される電荷は、正および負サイクルにおいて伝達される電荷とパルス時間中のブースト変換器の連続出力とを足し合わせることによって計算される。そのため、ブースト変換器のサイズは、パルス出力中に負荷にかかる電圧を維持するように決定することができない。別個の順および逆バスコンデンサを配置するこの配置は、バスのドループにもかかわらず、順パルスと逆パルスが事実上同一の電荷を患者に送達することを可能にし、それによって正味のＤＣ電流が流れないことを保証し、このことは、１つまたは複数の電極へのイオン輸送によって引き起こされる有害反応を防ぐ。ＨＰＳＰ波形では、１〜４Ａの最大パルス電流が好ましい（より高いパルス電流が可能なこともある）。
【０１５９】
ここで、出力段は２つのセラミック型コンデンサを使用し、それぞれのコンデンサは、図５に示されたタイプのバランスのとれたほぼ方形波の形状の２相パルスが生み出されるように、順および逆パルスを供給する。
【０１６０】
図１４を再び参照すると、２次的な保護として、独立した安全回路が配置される。これは、出力電流センサ１１およびシリコン制御整流器（ＳＣＲ）１０、ならびに患者に印加されるバス電圧および電流を独立に測定する、この図には示されていない他のセンシングおよび基準回路からなる。この回路は主に以下の２つの機能を提供する。
【０１６１】
ａ）この回路は、バス電圧Ｖ０および／またはＶ１あるいは出力電流Ｉ１が規格によって設定された限界を超えた場合に両方のバスを放電させる。
【０１６２】
ｂ）この回路は、１次回路によって生成された電流および電圧を測定する第２の手段を提供する。この電流および電圧はマイクロプロセッサに報告される。
【０１６３】
ＳＣＲは、マイクロプロセッサによって外部から操作することもでき、それによって、シャットダウンまたはエラーがマイクロプロセッサによって識別された場合にＤＣバスを放電する手段を提供する。出力電流センサは図の出力回路内に示されている。
【０１６４】
この独立回路は、電圧設定点とこの独立回路によって報告された電圧とを比較することによって、ブースト変換器の電圧制御部に故障があるかどうかをマイクロプロセッサが判定することを可能にする。さらに、マイクロプロセッサは、システムの電圧基準を別の２次基準と絶えず照合する。マイクロプロセッサはさらに、ブースト変換器の平均出力電流を平均患者電流と比較することによって他の安全チェックを実施する。
【０１６５】
結果的に、この装置は以下の３つのサブシステムを含む。
【０１６６】
ａ）電源および出力段。これは、出力波形を発生させ制御する手段であり、さらに、ハードウェア内に実装される電圧、電流などの出力パラメータに対する限界を有し、主要パラメータの値を報告する手段を有する。
【０１６７】
ｂ）出力パラメータを安全値に制限し、測定値を報告する２次的手段を提供する独立した安全回路。
【０１６８】
ｃ）第１の回路の出力をその最大安全値から低減させることによって出力レベルを制御する手段、ならびに２つの独立回路によって感知された電圧および電流を比較し、それによっていずれかの回路にエラーがあるかどうかを識別し、装置を停止させる手段。
【０１６９】
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【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】大きなマークスペース比を有する基本的な連続２相波形を示す図である（示された時間軸はスケールどおりではない）。
【図２】静穏期によって分離された複数の２相サイクルを有するバースト波形を示す図である。
【図３】正中神経上で測定した体インピーダンスを示す図である。
【図４】リード線静電容量および電極を含む体等価回路を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態である波形の電圧および電流を、１サイクルにわたって示した図である。
【図６】本発明のある種の実施形態に基づくパルス波形を示す図であり、電圧ドループの誇張を示す図である。
【図７】直列負荷静電容量による電流のドループを考慮して、パルス幅をサイクル周波数とともに直線的に変化させた場合に消費される電力を示す図である。
【図８】周波数ドメインにおける連続波形とバースト波形の比較を示す図である。
【図９】周波数ドメインにおけるパルス間間隔が０μｓの波形とパルス間間隔が２μｓの波形との間の比較を示す図である。
【図１０】５ｋＨｚ、２μｓ、パルス間間隔１００μｓの２相パルスの調波成分を示す図である。
【図１１】固定パルス間間隔１μｓの４つのサイクル周波数について、感覚閾値とさまざまなパルス幅における電圧との間の関係を示す図である。
【図１２】４つのサイクル周波数について、感覚閾値とさまざまなパルス幅における電圧との間の関係を、対数−対数スケール上に示した図である。
【図１３】サイクル周波数５，０００Ｈｚ、パルス幅１．５μｓの対称２相波形を使用してさまざまなパルス間間隔において感覚を生み出すために必要な電圧を示す図である。
【図１４】本発明の一態様に基づく装置の一実施形態のブロック図である。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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