(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
経頭蓋磁気刺激のためのシステムであって、前記システムは、
身体の第１の外部身体部分上に配置されるように構成された第１の電磁コイルと、
第２の場所に配置されるように構成された、前記第１の電磁コイルと電気通信する第２の電磁コイルと、
前記各電磁コイルに電流を提供する刺激装置であって、前記刺激装置は、前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイルに電気的に接続され、前記刺激装置は、
前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイル内に電流を放出するように構成されたエネルギー保存デバイスと、
前記エネルギー保存デバイスと、前記第１の電磁コイルとに接続された、外部から制御可能な第１高速スイッチと、
前記エネルギー保存デバイスと、前記第２の電磁コイルとに接続された、外部から制御可能な第２高速スイッチと、を含む、刺激装置と、
前記第１高速スイッチおよび前記第２高速スイッチのオンとオフとのタイミングの制御をするように前記刺激装置と電気通信する外部制御ユニットであって、前記外部から制御可能な前記第１高速スイッチおよび前記第２高速スイッチのパラメータの前記制御により、前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイルの両方を通る電流の流れから生じる単一の、組み合わされた電流パルスを提供する、外部制御ユニットと、
を含む、システム。
【請求項２】
前記外部制御ユニットは、前記エネルギー保存デバイス上の初期電圧の振幅、前記エネルギー保存デバイスからの電流放出の周波数、パルス間またはパルスの組み合わせ間の時間間隔、各パルスのパルス幅、各パルスのパルス形状、パルス列またはパルス組み合わせの長さ、列間の時間間隔、各動作期間における前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイル内の電流方向の相対的極性、各動作期間における前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイル内の電流が流れる方向、および各種のパルスの数のうち少なくとも１つを制御するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記外部制御ユニットは、前記外部から制御可能な第１の高速スイッチおよび第２の高速スイッチのオンおよびオフ間の時間間隔を個別制御するように構成され、前記時間間隔は相互に可変である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記パルス間の時間間隔は、１〜１０００マイクロ秒である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記パルス間の時間間隔は、１〜１０００ミリ秒である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記時間間隔は、個人の波パターンに合わせて調節可能であり、前記個人の波パターンは、前記個人のＩ波ピークまたはＤ波ピークを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記時間間隔は、０．１ミリ秒〜１００ミリ秒である、請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記単一の、組み合わされた電流パルスは、反復単相電流パルスを含む電界パルスの結果である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記反復単相電流パルスは、電流方向を交互に変える連続する電流パルスを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記単一の、組み合わされた電流パルスは、反復二相電流パルスを含む電界パルスの結果である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２の場所は、前記身体から遠隔である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第２の場所は、第２の外部身体部分であり、前記第１の外部身体部分および前記第２の外部身体部分は、同一の身体部分、前記同一の身体部分の異なる領域、および異なる身体部分のうち少なくとも１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイルは、異なるインダクタンスを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイルは、直列に接続される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイルは、並列に接続される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
請求項１に記載のシステムの作動方法であって、前記作動方法は、
前記刺激装置が、前記第１の電磁コイルおよび前記第１の電磁コイルと電気通信する前記第２の電磁コイルに電流を放出するステップと、
前記第１の電磁コイルを第１の場所に配置するステップと、
前記第２の電磁コイルを第２の場所に配置するステップと、
前記外部制御ユニットが、前記刺激装置のパラメータを制御するステップと、
前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイルに放出された電流から、単一の、組み合わされた電流パルスを生成するステップと、
前記単一の、組み合わされた電流パルスを生成する間、前記外部から制御可能な前記第１高速スイッチおよび前記第２高速スイッチのオンとオフとのタイミングを制御するステップと、
前記単一の、組み合わされた電流パルスと、前記第１の電磁コイルの配置と、前記第２の電磁コイルの配置との結果、対象領域に、パルス形状を有する電界パルスを提供するステップと、を含み、
前記電流を放出するステップは、前記エネルギー保存デバイスを作動させて、前記第１の電磁コイルに電流を放出し、前記第２の電磁コイルに別に電流を放出させ、第１の時間セグメントで前記第１の電磁コイルを通してのみ電流を放出し、第２の時間セグメントで前記第２の電磁コイルを通して電流を放出するステップ、を含む、方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのエネルギー保存デバイス上の初期電圧の振幅、前記少なくとも１つのエネルギー保存デバイスからの電流放出の周波数、パルス間またはパルスの組み合わせ間の時間間隔、各パルスのパルス幅、各パルスのパルス形状、パルス列またはパルス組み合わせの長さ、列間の時間間隔、各動作期間における前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイル内の電流方向の相対的極性、各動作期間における前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイル内の電流が流れる方向、ならびに各種のパルスの数のうち少なくとも１つを制御するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記外部から制御可能な前記第１高速スイッチおよび前記第２高速スイッチのオンまたはオフするタイミングを制御するステップは、パルス間の時間間隔を個別制御するステップを含み、前記時間間隔は相互に可変である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記パルス間の時間間隔を制御するステップは、１〜１０００マイクロ秒の時間間隔をパルス間に設けるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記パルス間の時間間隔を制御するステップは、１〜１０００ミリ秒の時間間隔をパルス間に設けるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記パルス間の時間間隔を制御するステップは、個人の波パターンに合わせて前記時間間隔を調節するステップを含み、前記個人の波パターンは、前記個人のＩ波ピークまたはＤ波ピークを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記パルス間の時間間隔を制御するステップは、０．１ミリ秒〜１００ミリ秒の時間間隔をパルス間に設けるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記結果である電界パルスは、反復単相パルスを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記反復単相パルスは、連続するパルス間において電流方向を交代させるステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記提供するステップ（ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ）において発生した電界パルスは、反復二相パルスを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の電磁コイルを第２の場所に配置するステップは、前記身体から遠隔位置にある場所に前記第２の電磁コイルを配置するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の電磁コイルを第２の場所に配置するステップは、前記第２の電磁コイルを第２の外部身体部分に配置するステップを含み、前記第１の外部身体部分および前記第２の外部身体部分は、同一の身体部分、前記同一の身体部分の異なる領域、および異なる身体部分のうち少なくとも１つである、請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
前記提供するステップは、前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイルに異なるインダクタンスを与えるステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイルを直列接続するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイルを並列接続するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項３１】
前記制御するステップは、前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイルのうち少なくとも１つの内部を流れる電流が低いときに前記外部から制御可能な前記第１高速スイッチおよび前記第２高速スイッチをオンまたはオフし、これにより電圧ノイズおよびスイッチイング損失を低減するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項３２】
前記制御するステップは、前記第１の電磁コイルおよび前記第２の電磁コイルのうち少なくとも１つの内部を流れる電流が高いときに前記外部から制御可能な前記第１高速スイッチおよび前記第２高速スイッチをオンまたはオフするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項３３】
前記放出するステップは、より低い電圧またはより低い電流と共に放出し、これによりサイズのより小さな部品の使用を可能にするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項３４】
前記第２の時間セグメントは、前記第１の時間セグメントより前にある、請求項１６に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２の時間セグメントで前記第２の電磁コイルを通して電流を放出するステップは、前記第２の電磁コイルを介してのみ流れる、請求項１６に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２の時間セグメントで前記第２の電磁コイルを通して電流を放出するステップは、前記第１の電磁コイルと前記第２の電磁コイルとの両方を介して電流を放出するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項３７】
第３の時間セグメントで前記第２の電磁コイルのみを通して電流を放出するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
第２の時間セグメントで前記第２の電磁コイルを通して電流を放出するステップは、第１の時間セグメントで前記第１の電磁コイルを通してのみ電流を放出する方向と反対方向へ放出する、請求項１６に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１の電磁コイルを通してのみ電流を放出するステップのための前記エネルギー保存デバイスを介して前記第２の電磁コイルを通して電流を放出するステップのために用いられる戻りのエネルギーを再利用するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記タイミングを前記制御するステップは、前記単一の、組み合わされた電流パルスの最初の最小または最大の前に前記外部から制御可能な前記第１高速スイッチおよび前記第２高速スイッチの少なくとも１つをオンおよびオフするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項４１】
前記単一の、組み合わされた電流パルスは、スイッチイングによる電流のレートの突然の変化を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項４２】
前記電流のレートの突然の変化は、電流のレートの増加、電流のレートの０への急降下、前記パルスの全体にわたる複数の電流のレートの変化、前記パルスの全体にわたる複数の方向のレートの変化、の少なくとも１つを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記単一の、組み合わされた電流パルスは、前記第１の電磁コイルを介してのみ電流が流れる電流パルスの第１の部分と前記第２の電磁コイルを介してのみ電流が流れる電流パルスの第２の部分とを含み、
前記単一の、組み合わされた電流パルスは、目標とされた領域で結果として電界パルスになり、前記電界パルスは、前記第１および第２の電磁コイルの各々を通る電流の流れとタイミングに依存し、かつ、前記第１および第２の電磁コイルの各々の位置に依存するパルス波形を有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４４】
前記電流パルスの第２の部分は、前記電流パルスの第１の部分より前に生じるように構成される、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記電流パルスの第２の部分の前記電流は、前記第２の電磁コイルを介してのみ流れる、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４６】
前記電流パルスの第２の部分の前記電流は、前記第１の電磁コイルと前記第２の電磁コイルとの両方を介して流れる、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４７】
前記第２の電磁コイルを介してのみ流れる前記電流パルスの第３の部分をさらに含む、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４８】
前記電流パルスの第２の部分は、前記電流パルスの第１の部分の方向と反対方向へ放出される、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４９】
前記電流パルスの第１の部分のための前記エネルギー保存デバイスは、前記電流パルスの第２の部分を生成するために用いられる戻りのエネルギーを再利用するように構成される、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記外部制御ユニットは、前記単一の、組み合わされた電流パルスの最初の最小または最大の前に前記外部から制御可能な前記第１高速スイッチおよび前記第２高速スイッチのオンおよびオフを制御するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５１】
前記電流パルスは、スイッチイングによる電流のレートの突然の変化を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５２】
前記電流のレートの突然の変化は、電流のレートの増加、電流のレートの０への急降下、前記パルスの全体にわたる複数の電流のレートの変化、前記パルスの全体にわたる複数の方向のレートの変化、の少なくとも１つを含む、請求項５１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体器官中で発生する電界パルスパラメータを経頭蓋磁気刺激の使用を通じて制御および変更し、これにより、その結果得られる当該器官中の神経細胞活性化特性に影響を与えるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）は非侵襲的技術であり、短めの磁気パルスを脳または他のヒトの器官に付加することで、ニューロン構造を活性化させる技術である。これらのパルスは、外部から患者上に配置された電磁コイル（例えば、脳治療のために頭皮上に配置されたもの）を通じて刺激装置から送られる高電流（例えば、下層組織内の電流）によって付加され、これにより、局所的軸索脱分極を得る。この技術は、中枢神経系の研究において主要なツールとなっており、また、多様な神経行動学的疾患および神経学的疾患に対して有望となり得る治療法となっている。
【０００３】
ほとんどのＴＭＳデバイスにおいて、コンデンサが事前規定された電圧まで充電され、単一の高速スイッチを用いて、単一の刺激コイルを通じてコンデンサから放電させることにより、磁気刺激が行われる。ＴＭＳコイル内の短い電流に起因して、前記電流の時間導関数に比例する電界が発生する。この電界がニューロン組織に付加されると、ニューロン膜電位に変化が生じる．この電位変化に起因して、前記膜の過分極または脱分極が発生し得る。前記膜が臨界レベルまで脱分極させられると、特定の条件下においてニューロン刺激が発生する。
【０００４】
従来のＴＭＳデバイスにおいて生成される電流のパルス形状は、単相または二相の正弦波である。このパルス形状は、コンデンサＣのキャパシタンス、刺激コイルのインダクタンスＬ、および回路内の抵抗Ｒによって決定される。刺激装置が二相パルスと共に用いられた場合、単相パルスが用いられた場合とは対照的に、サイクル最終部においてそのエネルギーの一部がコンデンサへと戻り、その結果、反復的動作が可能となる。そのため、二相パルスは反復ＴＭＳ（ｒＴＭＳ）において用いられ、単相パルスは単一のパルスの生成に用いられることが多い。
【０００５】
制御可能ＴＭＳ（ｃＴＭＳ）という名称の方法について、Ｐｅｔｅｒｃｈｅｖらの（「Ａ  Ｔｒａｎｓｃｒａｎｉａｌ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｉｍｕｉｌａｔｏｒ  Ｉｎｄｕｃｉｎｇ  Ｎｅａｒ−Ｒｅａｃｔａｎｇｕｌａｒ  Ｐｕｌｓｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ  Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ（ｃＴＭＳ）」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ  Ｂｉｏｍｅｄ  Ｅｎｇ  ２００８、５５：２５７〜２６６）中に開示がある。この方法において、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）がスイッチとして用いられ、ＩＧＢＴをオフにすることにより、単相パルスを制御された様態でトランケートすることができる。前記コイルからのエネルギーはレジスタ中で散逸し、前記コンデンサには戻らない。そのため、この方法における反復ＴＭＳのための能力は限定される。この方法を二相パルス形状に対して利用した方法について、米国特許公開番号第２００７／０２９３９１６Ａｌ中に開示がある。これは、前記二相に対して２つのコンデンサおよびＩＧＢＴを用いることにより、行われる。しかし、この方法においては、スイッチイングは電流が高いときに行われることが多いため、過渡電圧ノイズおよびスイッチイング損失という深刻な問題に繋がり得る。さらに、この開示の場合、矩形パルス形状のみの生成に限定される。加えて、この開示の場合、異なる体器官または体器官領域において異なるパルス形状を誘導することは不可能である。さらに、単一のコイルの使用についてしか開示されていない。
【０００６】
正確なニューロン組織応答は、特定のパルスパラメータ（例えば、誘導電界のパルス形状）によって異なる場合がある。そのため、パルスパラメータ（例えば、パルス形状）を制御された様態で変化させる方法があれば、有利である。パルス形状パラメータの制御の可変性および柔軟性を増大できれば、脳研究ならびに精神医学、神経学および末梢神経に関連する疾患における多様な臨床用途において有用であり得る。
【０００７】
多チャンネル経頭蓋磁気刺激の方法について、米国特許公開番号第ＵＳ２００６０２８７５６６号中に開示がある。この方法において、別個のチャンネルを用いて異なるコイル要素を動作させる。これら複数のチャンネルは、同時に活性化してもよいし、あるいは、異なる遅延時間と共に逐次的に活性化してもよい。各チャンネルの動作間の遅延時間は、マイクロ秒レベルで制御される。この開示中には、本発明におけるようなパルスパラメータ、パルス形状およびパルス極性の特定の制御についての言及が無い。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、経頭蓋磁気刺激のためのシステムが提供される。前記システムは、身体の第１の外部身体部分上に配置されるように構成された第１の電磁刺激コイルと、第２の場所に配置されるように構成された第２の電磁刺激コイルと、高電流を電磁コイルに提供する刺激装置であって、前記刺激装置は、前記第１の電磁刺激コイルおよび前記第２の電磁刺激コイルに電気的に接続される、刺激装置とを含む。前記刺激装置は、少なくとも１つのエネルギー保存デバイスと、少なくとも１つの外部から制御可能な高速スイッチとを含む。前記少なくとも１つのエネルギー保存デバイスは、前記電磁刺激コイルのうち少なくとも１つに電流を放出するように構成され、これにより、その結果、内部体器官内因おいて電界パルスが得られる。前記少なくとも１つの外部から制御可能な高速スイッチは、前記放出された電流パルスのパラメータの制御のために、少なくとも１つのエネルギー保存デバイスと、少なくとも１つの電磁刺激コイルとに接続される。前記システムは、外部制御ユニットをさらに含む。前記外部制御ユニットは、前記外部から制御可能な高速スイッチのパラメータを制御するように、前記刺激装置と電気通信し、これにより前記電流パルスの少なくとも１つのパラメータの制御を可能にし、これにより、ニューロン構造における生理学的効果の制御を可能にする。
【０００９】
本発明の別の実施形態によれば、内部体器官における生理学的効果を経頭蓋磁気刺激を用いて得る方法が提供される。前記方法は、第１の電磁刺激コイルおよび第２の電磁刺激コイルを有するシステムと、前記第１の電磁刺激コイルおよび前記第２の電磁刺激コイルを刺激する刺激装置であって、前記刺激装置は、少なくとも１つのエネルギー保存デバイスおよび少なくとも１つの外部から制御可能な高速スイッチを含む、刺激装置と、前記高速スイッチを制御するように前記刺激装置と電気通信する外部制御ユニットとを提供するステップと、前記第１の電磁刺激コイルを第１の身体部分上に配置するステップと、前記第２の電磁刺激コイルを第２の場所に配置するステップと、前記少なくとも１つの外部から制御可能な高速スイッチのパラメータを前記外部制御ユニットを用いて制御することで、制御された電流パルスを提供するステップと、記制御された電流パルスを前記第１の電磁刺激コイルおよび前記第２の電磁刺激コイルのうち少なくとも１つを通じて放出することで、内部身体部分において電界パルスを生成するステップとを含む。
【００１０】
前記エネルギー保存デバイスは、複数のエネルギー保存デバイスを含み得、前記外部から制御可能な高速スイッチは、１つまたは複数のエネルギー保存デバイスに接続された複数の高速スイッチを含み得る。前記外部制御ユニットは、前記少なくとも１つの外部から制御可能な高速スイッチをオンまたはオフするタイミングと、前記エネルギー保存デバイス上の初期電圧の振幅と、前記エネルギー保存デバイスからの放電の周波数と、パルス間またはパルスの組み合わせ間の時間間隔と、各パルスのパルス幅と、各動作期間における前記電磁刺激コイル内の電流方向の相対的極性と、各動作期間における前記電磁刺激コイル内の電流が流れる方向と、各種類のパルスの数とを制御できるように、構成される。
【００１１】
前記第２の電磁刺激コイルが配置される第２の場所は、前記身体から遠隔であり得る。あるいは、前記第２の場所は第２の外部身体部分であり得、前記第２の外部身体部分において、前記第１の外部身体部分および前記第２の外部身体部分は、同一の身体部分であってもよいし、前記同一の身体部分の異なる領域であってもよいし、あるいは、異なる身体部分であってもよい。前記内部体器官は、前記脳、脊髄または末梢神経内のニューロン組織であり得る。前記制御された電界パルスは、ニューロン構造に対して生理学的効果を持つように構成される。前記生理学的効果は、神経細胞活性化の閾値、誘導されたニューロン活動電位の振幅、誘導されたニューロン活動電位のレイテンシー、ニューロン膜の脱分極、ニューロン膜の過分極、脱分極または過分極あるいは他の任意のパラメータの速度に関連し得る。
【００１２】
第１の電磁刺激コイルおよび第２の電磁刺激コイルは、同一のインダクタンスを持ってもよいし、あるいは異なるインダクタンスを持ってもよい。第１の電磁刺激コイルおよび第２の電磁刺激コイルは、直列に接続してもよいし、あるいは並列に接続してもよい。前記システムは、複数のコイルを含み得る。前記複数のコイルは、他のコイルと同一または異なるインダクタンスを有する複数のコイルを有し、直列および並列の任意の組み合わせにおいて接続される。前記高速スイッチは、前記システム内を流れている電流が低いときにオンまたはオフをすることが可能であり、その場合、電圧ノイズおよびスイッチイング損失を低減し、あるいは、前記システム内を流れている電流が高いときにオンまたはオフをすることが可能であり、その場合、特殊なコンポーネントが必要となり得る。前記第１電磁刺激コイルのおよび前記第２の電磁刺激コイルは、両者のための１つのエネルギー保存デバイスと、前記第１の電磁刺激コイルのための第１のエネルギー保存デバイスと、前記第２の電磁刺激コイルのための第２のエネルギー保存デバイスとに接続され得、あるいは、第１の動作期間において第１のエネルギー保存デバイスおよび第２の動作期間において第２のエネルギー保存デバイスまたはその任意の組み合わせに接続され得る。前記コイルのうち少なくとも１つは、発熱の低減およびエネルギー消費の低減が得られるように、構成され得る。エネルギー消費が低減することにより、前記刺激装置は、高周波数において電流を提供することができる。前記刺激装置はまた、低減した電圧または電流を提供するように構成することもでき、これにより、サイズおよび／または価格の低いコンポーネントの使用が可能となる。いくつかの実施形態において、前記第１の電磁刺激コイルは第１のチャンネルに接続され、前記第２の電磁刺激コイルは第２のチャンネルに接続される。
【００１３】
他に規定無き限り、本明細書中用いられる技術用語および科学用語は全て、本発明が属している分野の当業者によって一般的に理解されるような意味と同じ意味を有する。本明細書中に記載されている方法および材料と同様または均等の材料と同様を本発明の実践または試験において用いることが可能であるが、適切な方法および材料について以下に説明する。矛盾がある場合、定義を含む特許明細書が優先される。加えて、材料、方法および例はひとえに例示目的のためのものであり、限定的なものではないことが意図される。
【００１４】
本発明の上記利点およびさらなる利点は、以下の説明を添付図面と共に参照すれば、より深く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のＴＭＳデバイスの模式図である。
【図２Ａ】ＴＭＳデバイスによって生成された二相パルスの一例の図示である。
【図２Ｂ】ＴＭＳデバイスによって生成された単相パルスの図示である。
【図３】本発明の実施形態によるシステムの模式図である。
【図４】本発明の実施形態による図３のシステムの刺激装置を模式的に示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態による回路図である。
【図６】本発明の一実施形態のパラメータによる、図５に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図７】本発明の別の実施形態のパラメータによる、図５に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図８】本発明の別の実施形態のパラメータによる、図５に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図９】本発明の別の実施形態のパラメータによる、図５に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図１０】本発明の別の実施形態のパラメータによる、図５に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図１１】本発明の別の実施形態のパラメータによる、図５に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図１２】本発明の別の実施形態による回路図である。
【図１３】本発明の一実施形態のパラメータによる、図１２に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図１４】本発明の一実施形態のパラメータによる、図１２に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図１５】本発明の別の実施形態のパラメータによる、図１２に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図１６】本発明の別の実施形態による回路図である。
【図１７】本発明の一実施形態のパラメータによる、図１６に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図１８】本発明の別の実施形態のパラメータによる、図１６に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図１９】本発明の別の実施形態のパラメータによる、図１６に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図２０】本発明の別の実施形態のパラメータによる、図１６に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図２１】本発明の別の実施形態のパラメータによる、図１６に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図２２】本発明の別の実施形態のパラメータによる、図１６に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図２３】本発明の別の実施形態による回路図である。
【図２４】本発明の一実施形態のパラメータによる、図２３に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図２５】本発明の別の実施形態による回路図である。
【図２６】本発明の一実施形態のパラメータによる、図２５に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【図２７】本発明の別の実施形態のパラメータによる、図２５に示す回路の動作時に生成され得るパルス形状を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
簡潔さおよび明確な例示のため、図面中に示す要素は、必ずしも正確に縮尺通りに描写されていないことが理解される。例えば、要素のうちいくつかの寸法を明確さのために他の要素と比べて誇張している場合もあるし、あるいは、いくつかの物理的コンポーネントを１つの機能ブロックまたは要素内に含めている場合もある。さらに、適切と考えられる場合、対応する要素または類似の要素を示すために参照符号を図面中において繰り返し示している場合もある。さらに、図面中に示すブロックのうちいくつかは、単一の機能として組み合わせてもよい。
【００１７】
以下の詳細な説明において、本発明の深い理解を得るために、多数の特定の詳細について説明する。当業者であれば、これらの特定の詳細無しに本発明を実施することが可能であることを理解する。他の場合において、本発明を曖昧にしないために、周知の方法、手順、コンポーネントおよび構造についての詳細な説明を省略している場合もある。
【００１８】
本発明は、経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）を用いてパルスパラメータを制御するシステムおよび方法に関する。本発明によるシステムおよび方法の動作の原理および動作は、図面および添付の図面を参照すれば、より深く理解することができる。
【００１９】
少なくとも本発明の一実施形態を詳細に説明する前に、本発明の用途は、以下の説明に記載の要素または図面中に示す要素の構成および配置の詳細に限定されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、あるいは、多様な様式で実施または実行が可能である。また、本明細書中において用いられる表現および用語は説明目的のためのものであり、限定的なものとしてみなされるべきではないことが理解されるべきである。
【００２０】
従来のＴＭＳデバイスでは、高速スイッチを用いて電気エネルギー保存デバイス（例えば、コンデンサ）からの放電が単一の刺激コイルを通じて行われる。図１中に、従来のＴＭＳデバイスを模式的に示す。コンデンサＣは事前規定された電圧まで充電され、動作時において、コンデンサＣは単一の刺激コイルＬを通じて放電し、これにより、コイルＬ内に電流パルスが発生する。高電流高速スイッチＳを用いて、電流流れを制御する。回路中の抵抗をＲとして示す。前記コイルが体器官（例えば、頭部）上に配置されると、前記コイルは、組織内に電界パルスを発生させ得る。この電界パルスは、前記コイル内の電流パルスの時間導関数に比例する。前記組織中の電界パルスに起因して、ニューロン構造中の膜電位が変化し得る。前記ニューロン膜が閾レベルまで脱分極されると、神経細胞活性化が発生し得る。
【００２１】
従来のＴＭＳデバイスは、二相または単相のパルス形状を生成し得る。二相パルスの一例を図２Ａに示す。図示されているのは、コイル電流Ｉｂｐ（菱形）と、電界Ｅｂｐ（四角）と、コンデンサ内の電圧Ｖｂｐ（三角）と、ニューロン構造中において発生し得る膜電位変化Ｖｍｂｐ（ｘ’ｓ）である。この例において用いられるパラメータは、キャパシタンスＣ＝Ｉ８０μＦ、インダクタンスＬ＝１６μＨ、抵抗Ｒ＝０．０５オーム、コンデンサ内初期電圧Ｖｏ＝３ＯＯＶである。Ｉｂｐの単位はアンペアであり、Ｖｂｐの単位はＶであり、Ｅｂｐの単位はＶ／メートルであり、Ｖｍｂｐの単位（これは、一般的にはｍＶ単位で測定されることが多い）は、図２Ａ中において、グラフスケールに合わせて正規化単位で図示されている。
【００２２】
図２Ａから、サイクル終了時において電気エネルギーの一部がコンデンサへと戻り、そのため、サイクル終了時のＶｂｐの値が、初期値Ｖｏのうち大きな割合を占めていることが分かる。従って、一般的に、二相パルスを生成する刺激装置を反復ＴＭＳ（ｒＴＭＳ）において用いることができる。
【００２３】
単相パルスの一例を図２Ｂに示す。図示されているのは、コイル電流Ｉｍｐ（菱形）と、電界Ｅｍｐ（四角）と、コンデンサ内電圧Ｖｍｐ（三角）と、ニューロン構造内に発生し得る電位変化Ｖｍｂｐ（ｘ’ｓ）とである。この例において用いられるパラメータは、回路を大幅に減衰させるために抵抗がＲ＝Ｖ（４Ｌ／Ｃ）＝０．５９６オームである点を除いて、図２Ａにおいて用いられている例と同じである。単位も図２Ａと同じである。しかし、これらの単位は例示的なものであり、限定的なものとしてみなすべきではない点に留意されたい。
【００２４】
図２Ｂから、二相パルスとは対照的に、単相パルスにおいて、電気エネルギーはコンデンサに戻らないことが分かる。そのため、高周波数反復ＴＭＳにおいて単相パルスを生成する能力が限定される。
【００２５】
本出願が開示するシステムおよび方法の場合、従来のＴＭＳシステムおよび方法と対照的に、コイル電流を多様なパルス形状で生成することが可能であり、その結果得られる電界も制御可能な様式で得ることができる。多様なパルス形状を生成する能力を提供することにより、ＴＭＳの生理学的効果も制御することができる。なぜならば、生物組織中において得られた生理学的効果は、誘導された電界パルスのパラメータの大きく依存し得るからである。詳細には、ニューロン組織における神経細胞活性化の閾値は、電界パルス形状に依存し得る。例えば、活動電位の生成は、ニューロン膜中のナトリウムチャンネルの開口二位損する。３つのｍゲートおよび１つのｈゲートを有するナトリウムチャンネルがあり、これらのｍゲートは、膜脱分極時に開口し、過分極時に閉口し、短い時定数を有する。この１つのｈゲートは、膜過分極時に開口し、脱分極時に閉口し、長居時定数を有することが周知である。そのため、脱分極パルスの直前に過分極パルスを誘導することにより、神経細胞活性化の閾値を低下させることができる。一方、超閾値脱分極パルスの直前にサブ閾値脱分極パルスを誘導することにより、神経細胞活性化の閾値を増加させることもできる。このような操作を用いて、より深い脳部位においても、ＴＭＳ効果の焦点精度を上げることができる。加えて、活動電位の閾値は、脱分極速度にも依存し得る［ＡｚｏｕｚＲ、ＧｒａｙＣＭ．（２０００）Ｄｙｎａｍｉｃ  ｓｐｉｋｅ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｒｅｖｅａｌｓ  ａ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｆｏｒ  ｓｙｎａｐｔｉｃ  ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｃｏｒｔｉｃａｌ  ｎｅｕｒｏｎｓ  ｉｎ  ｖｉｖｏ．Ｐｒｏｃ  Ｎａｔｌ  Ａｃａｄ  Ｓｃｉ  ＵＳＡ  ９７：８１１０−５；Ｎａｕｎｄｏｒｆ  Ｂ、ＷｏＩｆ  Ｆ、Ｖｏｌｇｕｓｈｅｖ  Ｍ（２００６）Ｕｎｉｑｕｅ  ｆｅａｔｕｒｅｓ  ｏｆ  ａｃｔｉｏｎ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｃｏｒｔｉｃａｌ  ｎｅｕｒｏｎｓ．Ｎａｔｕｒｅ  ４４０：１０６０−１０６３］。そのため、脱分極速度の制御により、特に異なる脳領域が異なるパルス形状および／または異なる脱分極速度によって影響を受ける場合に、刺激効果のさらなる局在化が可能となる。
【００２６】
神経細胞活性化の閾値に加えて、前記誘発された活動電位の振幅も、多様なパラメータ（例えば、強度、立ち上がり時間、パルス幅および脱分極のパルス形状および／または過分極電界パルス、脱分極電界パルスおよび／または過分極電界パルスの数、パルス間の時間間隔、および動作周波数）に依存し得る。
【００２７】
ニューロン応答に影響を与える別のパラメータとして、パルス間の時間遅延がある。例えば、対パルスＩ波ｒＴＭＳにおいて、パルスがＩ波周期性（１．５ｍｓおよびその倍数）を有する場合、第２のパルスと第１のパルスによって生成されたＩ波との間の相互作用が促進されることが公知である［Ｚｉｅｍａｎｎ  Ｕ、Ｔｅｒｇａｕ  Ｆ、ＷａｓｓｅｒｍａｎｎＥＭ、Ｗｉｓｃｈｅｒ  Ｓ、Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄｔ  Ｊ、Ｐａｕｌｕｓ  Ｗ．Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｆａｃｉｌｉｔａｔｏｒｙ  Ｉ  ｗａｖｅ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｈｕｍａｎ  ｍｏｔｏｒ  ｃｏｒｔｅｘ  ｂｙ  ｐａｉｒｅｄ  ｔｒａｎｓｃｒａｎｉａｌ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｊ  Ｐｈｙｓｉｏｌ（Ｌｏｎｄ）１９９８；５１１：１８１〜１９０；ＴｈｉｃｋｂｒｏｏｍＧＷ、Ｂｙｒｎｅｓ  ＭＬ、Ｅｄｗａｒｄｓ  ＤＪ、Ｍａｓｔａｇｌｉａ  ＦＬ．Ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ  ｐａｉｒｅｄ−ｐｕｌｓｅ  ＴＭＳ  ａｔ  Ｉ−ｗａｖｅ  ｐｅｒｉｏｄｉｃｉｔｙ  ｍａｒｋｅｄｌｙ  ｉｎｃｒｅａｓｅｓ  ｃｏｒｔｉｃｏｓｐｉｎａｌ  ｅｘｃｉｔａｂｉｌｉｔｙ：ａ  ｎｅｗ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ  ｓｙｎａｐｔｉｃ  ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ．Ｃｌｉｎ  Ｎｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌ２００６；１１７：６１〜６６］。一方、他の刺激間隔（ＩＳＩ）（例えば、１ｍｓまたは２．５ｍｓ）の場合、抑制に繋がり得る［ＲｏｓｈａｎＬ、Ｐａｒａｄｉｓｏ  ＧＯ、Ｃｈｅｎ  Ｒ．２つの  位相ｓ  ｏｆ  ｓｈｏｒｔ−ｉｎｔｅｒｖａｌ  ｉｎｔｒａｃｏｒｔｉｃａｌ  ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ．Ｅｘｐ  Ｂｒａｉｎ  Ｒｅｓ２００３；１５１：３３０〜３３７］。本発明のシステムを用いて、異なるＩＳＩと共に、異なる脳領域にわたって２個以上のＴＭＳパルスを誘導することができる。各パルスの振幅を制御することができる。加えて、特定のパルスによって各脳領域内に誘導される効果の振幅は、パルスを発生させるコイルまたはコイル要素の位置および方向に依存し得る。このようにして、ここに開示されるシステムおよび方法により、特定の脳領域における促進および／または他の脳領域における抑制が可能となる。各パルス組間の刺激間隔は、各個人の波パターンに整合するように調節することができる。そのため、例えば、１．５ｍｓの間隔ではなく当該個人のＩ波ピークに従って調節された間隔でＩ波周期性を得ることができる。この方法により、特定の脳領域（例えば、深い脳領域）におけるＴＭＳ効果の局所性を増大させることができる。加えて、特定の脳領域における促進と、他の脳領域における抑制とを誘導する能力により、多様な神経学的疾患および精神医学的疾患（例えば、鬱病、双極性疾患、依存症、摂食障害、肥満、卒中リハビリテーション、てんかん、片頭痛、パーキンソン病、統合失調症、自閉症、心的外傷、トゥレット症候群、眼瞼けいれんなど）における臨床結果を向上させ得る。
【００２８】
本発明のシステムおよび方法は、複数の電磁刺激コイルを有利に含む。これら複数の電磁刺激コイルは、同様のおよび／または異なるインダクタンスを有し、並列または直列にあるいは双方ともまたは並列または直列に電気的に接続され、１つ以上のエネルギー保存デバイスを備える。これら１つ以上のエネルギー保存デバイスは、１つ以上の高速スイッチを用いて前記コイルに接続され、各スイッチをオンかつ／またはオフするタイミングは、ユーザによって制御可能である。いくつかの実施形態において、これらのスイッチは、電流が低い場合にオンかつ／またはオフ可能であり、これにより、電圧ノイズおよびスイッチイング損失を低減させる。他の実施形態において、スイッチの開口および／または閉口時間のうちいくつかまたは全ては、電流が高いときに行うことができる。このような場合、部品を注意深く選択することが必要となり得、スナバ回路の使用も含まれ得る。いくつかの実施形態において、その他のコイル／コイルは体器官（例えば、頭部）から遠隔にある状態で、これらの刺激コイルのうち１つを当該体器官に取り付けることができる。他の実施形態において、同一の場所において２個以上のコイルを体器官に近接して配置する。さらに他の実施形態において、１つ以上の他のコイルが別の体器官に近接して配置されているかまたは異なる場所（例えば、頭部近隣の異なる場所）において体器官の近隣に配置されている状態で、１つ以上のコイルを特定の場所において当該体器官に近接して配置する。このようにして、身体中の異なる領域（例えば、異なる脳領域および／または脊髄または末梢神経領域）において生成される生理学的効果を区別することが可能となり得る。例えば、特定の脳領域（例えば、より深いニューロン構造）において誘導された選択性効果を上げることが可能となり得る。
【００２９】
２個以上のコイルを用いることにより、電力消費の節約およびコイル発熱の低減も可能となる。詳細には、体器官の近隣のコイル（単数または複数）内を流れる電流量を低減することができ、これにより、発熱問題を最小化することができる。
【００３０】
２個以上のコイルを用いることにより、神経細胞活性化の誘導に必要な電圧の低減も可能となり得る。さらに、前記刺激コイル内に誘導される必要な電流の低減も可能となり得る。そのため、本出願のシステムおよび方法において複数のコイルを用いることにより、現行のＴＭＳ刺激装置の場合よりもより安価かつ／または小型の部品を前記システムにおいて用いることが可能となり得る。なぜならば、前記システムは、より低い値の電圧および／または電流に耐えるように設計され得るからである。
【００３１】
コンデンサエネルギーは、１／２ＣＶ２に比例する。ここで、Ｃはキャパシタンスであり、Ｖは電圧である。従って、サイクル終了時において電圧の一部を特定のパルス形状と共にコンデンサ（単数または複数）に回復させる能力により、二相ではない多様なパルス形状（例えば、単相パルスまたは本出願中に開示される他の任意のパルス形状）を用いて、反復動作がより高い周波数で可能となる。
【００３２】
ここで図３を参照する。図３は、本発明の実施形態によるシステム１０の模式図である。システム１０は、第１の電磁刺激コイル１２および第２の電磁刺激コイル１４を含む。第１の電磁刺激コイル１２および第２の電磁刺激コイル１４はそれぞれ、対象１６の身体上に配置することが可能である。本明細書中に示す実施形態において、第１の電磁刺激コイル１２および第２の電磁刺激コイル１４は、対象１６の頭部上に配置され、前記脳の治療に用いられる。しかし、他の身体部分に対してもシステム１０を用いることが可能であることが容易に明らかである。刺激装置１８は、第１の電磁刺激コイル１２および第２の電磁刺激コイル１４に電気的に接続され、これらの電磁刺激コイルに高電流を提供するように構成される。いくつかの実施形態において、別個の刺激装置１８を第１の電磁刺激コイル１２および第２の電磁刺激コイル１４それぞれに対して用いる。
【００３３】
いくつかの実施形態において、第１の電磁刺激コイル１２を外部身体部分上に配置し、第２の電磁刺激コイル１４を前記対象の身体から遠隔に配置する。いくつかの実施形態において、第２の電磁刺激コイル１４を外部身体部分上にも配置する。前記外部身体部分は、ｗｈｉｃｈｍａｙｂｅ同一の身体部分であってもよいし、前記同一の身体部分の異なる領域であってもよいし、あるいは、異なる身体部分であってもよい。
【００３４】
第１の電磁刺激コイル１２および第２の電磁刺激コイル１４内に高電流が生成されると、内部体器官内に電界パルスが発生する。いくつかの実施形態において、前記内部体器官は、脳、脊髄または末梢神経である。これらの場合において、前記電界パルスは、前記内部体器官内のニューロン構造に対して生理学的効果を持ち得る。例えば、前記電界パルスは、神経細胞活性化の閾値、誘導されたニューロン活動電位の振幅、誘導されたニューロン活動電位のレイテンシー、ニューロン膜の脱分極、ニューロン膜の過分極、脱分極または過分極の速度、促進、抑制、または他のパラメータに影響を与え得る。
【００３５】
ここで図４を参照する。図４は、本発明の実施形態による刺激装置１８を模式的に示すブロック図である。刺激装置１８は、第１の電磁刺激コイル１２および第２の電磁刺激コイル１４のうち少なくとも１つの中に電流を放電する少なくとも１つのエネルギー保存デバイス２０と、少なくとも２つの外部から制御可能な高速スイッチ２２および２３とを含む。これらの少なくとも２つの外部から制御可能な高速スイッチ２２および２３はそれぞれ、エネルギー保存デバイス２０と、第１の電磁刺激コイル１２および第２の電磁刺激コイル１４のうち少なくとも１つとに接続される。外部制御ユニット２４は、エネルギー保存デバイス２０および高速スイッチ２２および２３のパラメータを制御するように、刺激装置１８と電気通信する。外部制御ユニット２４により、高速スイッチ２２および２３または２個よりも多い高速スイッチのオン／オフが可能となる。さらに、外部制御ユニット２４により、各オン／オフのタイミング、エネルギー保存デバイス２０上の初期電圧の振幅、エネルギー保存デバイス２０の電流放電の周波数、パルスまたはパルスの組み合わせ間の時間間隔、パルス幅、パルス形状、パルス列またはパルスまたはパルス組み合わせの長さ、パルス列間の時間間隔、異なる動作期間におけるコイル１２および１４内の電流方向の相対的極性、コイル１２および１４内の電流流れ方向、各種類のパルスの数、および他の任意のパラメータの制御が可能となる。
【００３６】
本発明の一実施形態において、第１の電磁刺激コイル１２および第２の電磁刺激コイル１４は、１つのエネルギー保存デバイスに接続される。本発明の別の実施形態において、第１の電磁刺激コイル１２は第１のエネルギー保存デバイスに接続され、第２の電磁刺激コイル１４は第２のエネルギー保存デバイスに接続される。さらに別の実施形態において、動作期間が異なる場合、異なる構成が必要となり得る。例えば、第１の動作期間において第１のエネルギー保存デバイスが用いられ得、第２の動作期間において第２のエネルギー保存デバイスが用いられ得る。
【００３７】
複数のエネルギー保存デバイス２０および複数の高速スイッチ２２を用いて、第１の電磁刺激コイル１２および第２の電磁刺激コイル１４を直列または並列に制御することができることが容易に明らかである。さらに、各高速スイッチ２２または２３により、１方向またはその他方向および／または両方向における電流流れが可能になり得、各方向における前記流れのオン／オフと、流れのオン／オフのタイミングとを別個に制御することも可能である。パルス間の時間間隔の制御を非限定的に挙げると、例えば、０〜１０００マイクロ秒の範囲、１〜１０００ミリ秒の範囲、およそ１．５ミリ秒またはその倍数、およそ１ミリ秒、およそ２．５ミリ秒、０．５〜１０ミリ秒の範囲、０．１〜１００ミリ秒の範囲、１〜５００マイクロ秒の範囲、または他の範囲がある。加えて、パルス間の時間間隔は、個人の波パターン（例えば、Ｉ波のピークまたはＤ波のピーク）に合わせて調節することができる。パルス列内のパルス間の間隔も、相互に異ならせてよい。放出された電流パルスは、反復単相電流パルス、反復二相電流パルス、交互の方向の反復単相電流パルス、または他の構成であり得る。さらに、２つよりも多くの電磁刺激コイルを本発明において用いることができる。本明細書中、以下、いくつかの非限定的な実施形態および例を示す。
【００３８】
ここで図５を参照する。図５は、本発明の一実施形態による回路図である。図５に示す実施形態において、２つの刺激コイルＬ１およびＬ２が、１つのコンデンサＣ１および４つのＺ１ａ、Ｚ１ｂ、Ｚ２ａおよびＺ２ｂと共に並列に接続されている。図５に示す実施形態において、スイッチＺ１ａ、Ｚ１ｂ、Ｚ２ａおよびＺ２ｂはＩＧＢＴである。しかし、任意の適切なスイッチを用いてよい。各スイッチを開くまたは閉めるタイミングは、ユーザが制御することができる。
【００３９】
図５に示す回路の特定の動作において、電流がゼロに近いときにスイッチイングが行われ得、これにより、過渡電圧ノイズおよびスイッチイング損失が最小化される。前記回路のさらに他の動作において、電流が高いときに前記スイッチイングが行われ得る。このような場合、適切なスナバ回路の使用が必要となり得、また、高電圧および／または電流のノイズに耐え得る部品を注意深く選択することも必要となり得る。図５に示す回路は、異なる値のコイルインダクタンス、キャパシタンス、各回路中の抵抗、初期電圧、ならびに各スイッチの開く異なるタイミングおよび閉まる異なるタイミングと共に用いることができる。いくつかの実施形態において、コイルＬ１およびＬ２は、異なるエネルギー保存デバイスまたはコンデンサに接続可能であり、これにより、初期電圧の別個の制御およびよって前記２つのコイル内の電流振幅の制御が可能となる。
【００４０】
図５の回路のいくつかの例について、以下に説明する。
【００４１】
例１：１つの非限定的な例において、コンデンサＣ１のキャパシタンスＣ＝２５μＦであり、コイルＬ１のインダクタンスｏｆ１５０μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１６μＨであり、前記２つの回路内の抵抗Ｒ１およびＲ２はどちらも０．０５オームであり、前記スイッチのうち２つ（Ｚ１ａおよびＺ２ｂ）は常に閉められている。各スイッチが開くタイミングまたは閉まるタイミングは、ユーザによって制御可能である。
【００４２】
ここで図６を参照する。図６は、例１のパラメータに従って図５に示す回路の動作時に生成可能なパルス形状を示す。図６中に図示するのは、Ｌ１中の電流Ｌ１（Ｌ１）、Ｌ２中の電流Ｉ（Ｌ２）、コンデンサ近隣の電流Ｉ（Ｃ１）、およびコンデンサ電圧Ｖ（Ｃ１）である。この例において、前記コンデンサを初期電圧ｏｆ３００Ｖまで充電する。０〜４０μｓの間、Ｚ２ａのみが開かれ、これにより、コイルＬ２内のみに電流が流れる。４０μｓにおいて、スイッチＺ１ｂも開かれ、これにより、（より低いインダクタンスを有する）コイルＬ２内を流れる電流と反対方向において（より高いインダクタンスを有する）コイルＬ１内に電流が流れる。この例において、コイルＬ２内に単相パルスが発生し、コイルＬ１内に別の単相パルスが発生することが分かる。しかし、コンデンサ電圧Ｖ（Ｃ１）は、１サイクルの終了時においてその初期値の約８５％を取り戻す。そのため、ほとんどの電気エネルギーが前記コンデンサへと戻り、これにより、高周波数ｒＴＭＳの生成が実行可能となる。
【００４３】
この回路による活性化は、いくつかの様態で行うことができる。例えば、
【００４４】
１．コイルＬ２を体器官（例えば、頭部）の近隣に配置し、コイルＬ１を前記体器官から遠隔位置に配置する。この場合、前記体器官内に形状Ｉ（Ｌ２）の単相パルスが誘導される。このパルス形状は、単一のパルスモード、低周波数または高周波数ＴＭＳにおいて誘導され得る。
【００４５】
２．コイルＬ１を体器官（例えば、頭部）の近隣に配置し、コイルＬ２を前記体器官から遠隔位置に配置する。この場合、前記体器官内に形状Ｉ（Ｌ１）の単相パルスが誘導される。このパルス形状は、より長いパルス幅およびより小さな電流振幅を有する。このパルス形状は、単一のパルスモード、低周波数または高周波数ＴＭＳにおいて誘導され得る。
【００４６】
３．コイルＬ２およびコイルＬ１をどちらとも体器官（例えば、頭部）の近隣に配置し、近い場所において同一の電流極性を用いる。この場合、前記体器官内に二相パルスが誘導される。この二相パルスの形状はＩ（Ｃ１）と同様であり、パルス形状Ｉ（Ｌ１）およびＩ（Ｌ２）の合計である。正確なパルス形状は、前記コイル間の電磁結合に起因して変化し得、前記コイルの構成および相対的配置、位置および電流極性によって異なる。このパルス形状は、単一のパルスモード、または低周波数または高周波数ＴＭＳにおいて誘導され得る。
【００４７】
４．コイルＬ２およびコイルＬ１をどちらとも体器官（例えば、頭部）の近隣に配置し、近い場所において反対の電流極性を用いる。この場合、２つの単相パルスの合計が前記体器官内において誘導され、これは、前記パルス形状Ｉ（Ｌ１）およびＩ（Ｌ２）の同一電流方向における合計である。正確なパルス形状は、前記コイル間の電磁結合に起因して変化し得、前記コイルの構成および相対的配置、位置および電流極性によって異なる。このパルス形状は、単一のパルスモード、または低周波数または高周波数ＴＭＳにおいて誘導され得る。
【００４８】
５．３または４と同様であるが、前記２つのコイルは、異なる体器官または体器官（例えば、頭部）の近隣の異なる場所の近隣に配置する。この場合、前記２つの電流内に誘導された電流パルスの異なるコンボリューションに対応する異なるパルス形状が前記身体内の異なる領域において発生する。前記身体中の各領域内の正確なパルス形状は、各コイルからの距離と、各コイル中の電流パルスの振幅および時間的特徴とによって異なる。
【００４９】
例２：別の非限定的例において、コンデンサＣ１はＣ＝２５ｕＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１６ｕＨであり（よって、前記２つのコイル中のインダクタンスは同様または同一であり）、前記２つの回路中の抵抗Ｒ１およびＲ２はどちらとも０．０５オームであり、前記スイッチのうち２つ（Ｚ１ａおよびＺ２ｂ）は常に閉められている。各スイッチの開くタイミングまたは閉まるタイミングは、ユーザによって制御可能である。
【００５０】
ここで図７を参照する。図７は、図５に示す回路を例２のパラメータに従って動作させたときに発生し得るパルス形状を示す。図７中に図示されているのは、Ｌ１中の電流Ｉ（Ｌ１）、Ｌ２中の電流Ｉ（Ｌ２）、コンデンサ近隣の電流Ｉ（Ｃ１）、およびコンデンサ電圧Ｖ（Ｃ１）である。この例において、前記コンデンサを初期電圧３００Ｖまで充電する。０〜４０μｓにおいてＺ２ａのみを開き、これにより、コイルＬ２内のみに電流を流す。４０μｓにおいて、スイッチＺ１ｂも開き、これにより、コイルＬ１内において、コイルＬ２内を流れる電流と反対方向に電流を流す。この例において、コイルＬ２内に単相パルスが発生し、コイルＬ１内に別の単相パルスが発生することが分かる。この場合、前記２つのコイルの電流パルスの組み合わせにより、二相パルス形状が得られる。さらに、第１のパルス（図７中のＩ（Ｌ２））に対する第２のパルス（図７中のＩ（Ｌ１））の振幅は、単一のコイル中において誘導された従来の二相パルスのものよりも高い。
【００５１】
図７から、コンデンサ電圧Ｖ（Ｃ１）は、１サイクル終了時においてその初期値の約８０％を取り戻していることが分かる。従って、高周波数ｒＴＭＳの生成が実行可能となる。サイクル終了時のコンデンサ電圧の正確な値は、キャパシタンス、インダクタンス、抵抗、およびシステム内の動作の時間的特徴によって異なり得る。この回路の活性化は、図６を参照して上述したオプションのうち任意のものを用いて行うことができる。
【００５２】
例３：別の非限定的な例において、コンデンサＣ１、コイルＬ１およびＬ２、および抵抗Ｒ１およびＲ２のパラメータは例２のものと同じである。すなわち、コンデンサＣ１のＣ＝２５ｕＦであり、コイルＬ１のインダクタンス１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１６ｕＨであり（よって、前記２つのコイル中のインダクタンスは同様または同一であり）、前記２つの回路内の抵抗Ｒ１およびＲ２はどちらも０．０５オームである。しかし、各スイッチが開くタイミングまたは閉まるタイミングが変更されている。
【００５３】
ここで図８を参照する。図８は、図５に示す回路を例３のパラメータの動作時に生成され得るパルス形状を示す。図８中に図示されるのは、Ｌ１中の電流Ｉ（Ｌ１）、Ｌ２中の電流Ｉ（Ｌ２）、コンデンサ近隣の電流Ｉ（Ｃ１）、およびコンデンサ電圧Ｖ（Ｃ１）である。この例において、前記コンデンサを初期電圧３００Ｖまで充電する。０〜１１０μｓの間にスイッチＺ１ａおよびＺ１ｂを開き、０〜６０μｓの間にスイッチＺ２ａを開き、Ｚ２ｂを常に閉めている。この例において、０〜１１０μｓの間に二相パルスがコイルＬ１内に発生し、０〜５０μｓの間に単相パルスがコイルＬ２内に発生することが分かる。コンデンサ電圧Ｖ（Ｃ１）は、その初期値の約８０％を取り戻し、これにより高周波反復動作を可能にする。サイクル終了時の前記コンデンサ電圧の正確な値は、キャパシタンス、インダクタンス、抵抗、および前記システム内における動作の時間的特徴に応じて異なり得る。
【００５４】
ここでもやはり、図６中の例について述べたオプション全てを図８中の例において実行することができる。すなわち、体器官において、２つのコイルの効果（図８）を組み合わせることにより、パルス形状（例えば、Ｉ（Ｌ１）、Ｉ（Ｌ２）またはＩ（Ｃ１））を誘導することができる。この場合、Ｉ（Ｃ１）内において二相パルスが生成され、第１の位相の振幅を第２のパルスと比較すると、単一のコイル内において誘導された従来の二相パルスよりも高い。
【００５５】
例４：別の非限定的例において、コンデンサＣ１はＣ＝２５μＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは１μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１６μＨであり、前記２つの回路中の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧はＶ（Ｃ１）＝３００Ｖである。各スイッチの開く／閉まるタイミングは、ユーザによって制御される。
【００５６】
ここで図９を参照する。図９は、図５に示す回路を本発明の一実施形態に従って動作させたときに生成され得るパルス形状を示す。スイッチＺ２ａおよびＺ２ｂを０〜１０３μｓの間に開き、スイッチＺ１ａを１０〜４２μｓの間に開き、スイッチＺ１ｂを常に閉めておく。その結果、０〜１０３μｓの間にコイルＬ２内に二相パルスが得られ、１０〜２６μｓの間にコイルＬ１内に単相パルスが得られる。サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値よりも７０％多い。
【００５７】
この例は、Ｌ１またはＬ２のいずれかと共に実行してもよいし、あるいはＬ１およびＬ２双方を同様の場所または異なる場所において体器官に取り付けて実行してもよい。コイルＬ１中の単相パルスは、電流の急激な増加およびピーク電流の増加と共に、インダクタンスが低減し、パルス幅がより狭くなる。前記２つのコイルが体器官に適用されると、図９中のＩ（Ｃ１）と同様の電流パターンが生成され得、その際、開始時において（この例において０〜１０μｓの間）比較的ゆっくりと増加した後、急激に増加し、その後急激に低減し、その後（２６〜３８μｓの間に）ゆっくりと低減し、その後、電流パルスは反対方向になる。この例は、異なる時点において（すなわち、第２の反対の位相時において）Ｚ１ａおよび／またはＺ１ｂを開くことにより法則化され得、これにより、他のまたはさらなる鋭いパルス（例えば、図９中のＩ（Ｌ１））が生成される。各パルスコンポーネントの幅は、前記コイルのインダクタンス、抵抗および／またはシステム内のキャパシタンスを変更することにより、変更可能である。
【００５８】
例５：別の非限定的例において、例４と同様に、コンデンサＣ１はＣ＝２５μＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは１μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１６μＨであり、前記２つの回路中の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧はＶ（Ｃ１）＝３００Ｖである。しかし、前記スイッチが開く／閉まるタイミングが変更されている。
【００５９】
ここで、図１０を参照する。図１０は、ｆ図５に示す回路を例５のパラメータに従って動作させた場合に生成され得るパルス形状を示す。この例において、スイッチのタイミングは、スイッチＺ１ａが０〜４２μｓの間に開いている点を除いて、例４と同様である。その結果、０〜９０μｓの間にコイルＬ２内に二相パルスが発生し、０〜１８μｓの間にコイルＬ１内に単相パルスが発生する。ここで、サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値の約６１％であり、これは、従来の例よりも低い。これは、サイクルのより大きな部分におけるＬ１を流れる電流と、減衰とがより小さなインダクタンスのコイル（例えば、この場合Ｌ１）におけるよりもより大きいからである。
【００６０】
ここでも、このシステムは、Ｌ１またはＬ２またはのいずれかあるいは双方が体器官の同様のまたは異なる場所に取り付けられた様態で、実施することができる。
【００６１】
例６：別の非限定的例において、例４および例５と同様に、コンデンサＣ１はＣ＝２５μＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは１μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１６μＨであり、前記２つの回路内の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧はＶ（Ｃ１）＝３００Ｖである。しかし、前記スイッチを開ける／閉めるタイミングが変更されている。
【００６２】
ここで図１１を参照する。図１１は、図５に示す回路を例６のパラメータに従って動作させた場合に生成され得るパルス形状を示す。この例において、．スイッチＺ２ａは０〜６４μｓの間に開かれ、スイッチＺ１ｂは６０〜７６μｓの間に開かれる。その結果、０〜６４μｓの間にコイルＬ２内に単相パルスが発生し、６０〜７６μｓの間にコイルＬ１内に反対の単相パルスが発生する。ここで、サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値の約５７％であり、これは、従来例よりも低い。
【００６３】
ここでも、このシステムは、Ｌ１またはＬ２またはのいずれかあるいは双方が体器官の同様のまたは異なる場所に取り付けられた様態で、実施することができる。
【００６４】
ここで図１２を参照する。図１２は、本発明の別の実施形態による回路図である。図１２中に示す実施形態において、２つの刺激コイルＬ１およびＬ２は、１つのコンデンサＣ１および６つのスイッチＺ１ａ、Ｚ１ｂ、Ｚ２ａ、Ｚ２ｂ、Ｚ３ａおよびＺ３ｂと共に直列に接続されている。図１２に示す実施形態において、スイッチＺ１ａ、Ｚ１ｂ、Ｚ２ａ、Ｚ２ｂ、Ｚ３ａおよびＺ３ｂはＩＧＢＴである。しかし、任意の適切なスイッチを用いてもよい。各スイッチの開くタイミングまたは閉まるタイミングは、ユーザによって制御可能である。
【００６５】
ここで、図１２の回路を用いたいくつかの例について説明する。
【００６６】
例７：この例において、、コンデンサＣ１はＣ＝２５ｕＦであり、コイルＬ１のインダクタンス＝１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１５０μＨであり、前記２つのコイル内の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧はＶ（Ｃ１）＝３００Ｖである。各スイッチの開くタイミングまたは閉まるタイミングは、ユーザによって制御可能である。
【００６７】
ここで図１３を参照する。図１３は、図１２に示す回路を例７のパラメータに従って動作させた場合に生成され得るパルス形状を示す。この例において、０〜４１５μｓの間にスイッチＺ１ａ、Ｚ１ｂ、Ｚ２ａおよびＺ２ｂが開かれ、０μｓにおいてスイッチＺ３ａが開かれ、１０μｓにおいて閉められ、Ｚ３ｂは常に閉められている。その結果得られたパルスは、Ｌ１中において０〜１０μｓの間において急激に増加し、極めて急激に低減し、その後二相パルスが発生する。この二相パルスは、パルス幅が長くおよび電流振幅がより低く、これはより高いインダクタンスコイルに典型的な結果である。これが発生する理由としては、１０μｓ後にコイルＬ１およびＬ２が直列接続され、インダクタンスの合計がＬＴ＝Ｌ１＋Ｌ２＝１６６ｕＨとなるからである。コイルＬ２においては、１０μｓまでほとんど電流は流れず、その後二相パルスが発生する。サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値の約６６％である。
【００６８】
ここでも、このシステムは、Ｌ１またはＬ２またはのいずれかあるいは双方が体器官の同様のまたは異なる場所に取り付けられた様態で、実施することができる。
【００６９】
例８：この例において、例７と同様に、コンデンサＣ１はＣ＝２５ｕＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは＝１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１５０μＨであり、前記２つのコイル中の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧はＶ（Ｃ１）＝３００Ｖである。各スイッチの開く／閉まるタイミングは、ユーザによって制御可能である。
【００７０】
ここで図１４を参照する。図１４は、図１２に示す回路を例８のパラメータに従って動作させた際に生成され得るパルス形状を示す。０〜４１５μｓの間にスイッチＺ１ａ、Ｚ１ｂ、Ｚ２ａおよびＺ２ｂが開かれ、０μｓにおいてスイッチＺ３ａが開かれ、（例７におけるような１０μｓと対照的に）２０μｓにおいて閉められ、Ｚ３ｂは常に閉められている。この例において、コイルＬ１内の電流ピークは例７の場合よりもずっと高い。さらに、サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値のわずか３０％である。
【００７１】
例９：この例において、コンデンサＣ１はＣ＝１８０μＦ（そして例７および例８におけるような２５μＦではない）であり、コイルＬ１のインダクタンス＝１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１５０μＨであり、前記２つのコイル中の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧はＶ（Ｃ１）＝３００Ｖである。各スイッチの開くタイミングまたは閉まるタイミングは、ユーザによって制御可能である。この例は、コンデンサに戻った電気エネルギーの一部の増加をキャパシタンスの増加により得ることができることを示すように、設計されている。
【００７２】
ここで図１５を参照する。図１５は、図１２に示す回路を例９のパラメータに従って動作させた場合に生成され得るパルス形状を示す。この例において、２０μｓにおけるコイルＬ１中のピーク電流は例８（図１４）の場合よりも大きく、サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値の約６０％である。このようにして、キャパシタンスの増加により、コンデンサに戻ったエネルギー部分を向上させることができる。
【００７３】
ここで図１６を参照する。図１６は、本発明の別の実施形態による回路図である。図１６中に示す実施形態において、１つのコンデンサＣ１および８つのスイッチＺ１ａ、Ｚ１ｂ、Ｚ２ａ、Ｚ２ｂ、Ｚ３ａ、Ｚ３ｂ、Ｚ４ａおよびＺ４ｂと共に、２つの刺激コイルＬ１およびＬ２が直列に接続されている。図１６に示す実施形態において、スイッチＺ１ａ、Ｚ１ｂ、Ｚ２ａ、Ｚ２ｂ、Ｚ３ａ、Ｚ３ｂ、Ｚ４ａおよびＺ４ｂはＩＧＢＴである。しかし、任意の適切なスイッチを用いてよい。各スイッチの開くタイミングまたは閉まるタイミングは、ユーザによって制御可能である。
【００７４】
ここで、図１６の回路を用いたいくつかの例について説明する。
【００７５】
例１０：この例において、、コンデンサＣ１のキャパシタンスは１８０μＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１５０μＨであり、前記２つのコイル内の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧Ｖ（Ｃ１）は３００Ｖである。スイッチＺ４ａおよびＺ４ｂはコイルＬ１に並列に接続され、スイッチＺ３ａおよびＺ３ｂは、コイルＬ２に並列に接続される。
【００７６】
ここで図１７を参照する。図１７は、図１６に示す回路を例１０のパラメータに従って動作させた場合に生成され得るパルス形状を示す。この例において、０μｓにおいてスイッチＺ３ａおよびＺ３ｂが開かれ、２０μｓにおいて閉められ、スイッチＺ４ａおよびＺ４ｂは２０μｓまで閉められた後、開けられる。その結果、０〜２０μｓの間にコイルＬ１内には電流が流れ、コイルＬ２内には電流は流れない。２０μｓ後、前記コンデンサからの電流はスイッチＺ４ａおよびコイルＬ２を流れ、Ｌ１の電流はスイッチＺ４ｂを通じて指数関数的に減衰する。その結果得られた電流パルスは、０〜２０μｓの間にＬ１中において急激に増加した後、指数関数的に減衰する。コイルＬ２中において、二相パルスが生成される。サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値の約７０％であり、これにより、反復活性化が実行可能となる。コイルＬ１の電流の指数関数的減衰により、電圧損失を低減し、スイッチ上の過渡電圧ノイズも低減することができる。
【００７７】
ここでも、このシステムは、Ｌ１またはＬ２またはのいずれかあるいは双方が体器官の同様のまたは異なる場所に取り付けられた様態で、実施することができる。
【００７８】
例１１：この例において、、コンデンサＣ１のキャパシタンスは１８０μＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１５０μＨであり、前記２つのコイル内の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧Ｖ（Ｃ１）は３００Ｖである。スイッチＺ４ａおよびＺ４ｂはコイルＬ１に並列に接続され、スイッチＺ３ａおよびＺ３ｂはコイルＬ２に並列に接続される。
【００７９】
ここで図１８を参照する。図１８は、図１６に示す回路を例１１のパラメータに従って動作させた場合に生成され得るパルス形状を示す。この例において、０μｓにおいてスイッチＺ３ａおよびＺ３ｂが開かれ、２０μｓにおいて閉められ、２０μｓまでスイッチＺ４ａが閉められ、その後閉められる。スイッチＺ４ｂは常に閉められている。その結果、コイルＬ１中に誘導されたパルス形状は異なる。２０μｓにおいて、電流が低い一定の値まで急激に減衰し、約５５０μｓにおいて、コイルＬ２と同様に第２の位相が反対方向に生成され、約９５０μｓにおいて、コンデンサ電圧が変化した後、Ｌ１中の電流が指数関数的に減衰する。コイルＬ２中において、二相パルスが誘導される。サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値の約６２％である。
【００８０】
ここでも、このシステムは、Ｌ１またはＬ２またはのいずれかあるいは双方が体器官の同様のまたは異なる場所に取り付けられた様態で、実施することができる。コイルＬ１中の定電流の時間間隔（図１８の例において２０〜約５００μｓ）は、Ｌ２のインダクタンスおよび／またはキャパシタンスを変更することにより、変化させることができる。このようにして、可変の間隔を間に挟んだ過分極パルスおよび脱分極パルスを、ニューロン組織中に発生させることができる。
【００８１】
例１２：この非限定的例において、コンデンサＣ１はＣ＝１８０μＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１５０μＨであり、前記２つのコイル内の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧Ｖ（Ｃ１）＝３００Ｖである。スイッチＺ４ａおよびＺ４ｂはコイルＬ１に並列に接続され、スイッチＺ３ａおよびＺ３ｂはコイルＬ２に並列に接続される。
【００８２】
ここで図１９を参照する。図１９は、図１６に示す回路を例１２のパラメータに従って動作させた場合に生成され得るパルス形状を示す。０〜２０μｓの間にスイッチＺ１ａ、Ｚ３ａおよびＺ３ｂが開かれ、２０〜１１００μｓの間にスイッチＺ４ａおよびＺ４ｂが開かれ、０〜１１００μｓの間にスイッチＺ２ａおよびＺ２ｂが開かれる。その結果、０〜２０μｓの間に、Ｌ１内に電流が流れ、Ｌ２内に最小の電流が流れ、２０μｓ後には、Ｌ２内のみに電流が流れ、Ｌ１内には電流は流れず、これにより二相パルスが生成される。この結果は、より単純な回路によって実行可能であり、このより単純な回路において、３つのスイッチおよびコイルＬ１およびＬ２が並列に接続される。その結果得られたＬ１中のパルスは図１９に示すものと同様であるが、２０μｓ後に、電流は急激にゼロまで低減する。サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値の約７０％である。そのため、１のパルス形状を高周波反復動作において生成することができる。閉める時間、キャパシタンスおよび初期コンデンサ電圧を異ならせることにより、この方法により、極めて多様なパルス形状の電界（例えば、ほとんど全ての矩形パルス形状）を生成することが可能となり得る点に留意されたい。
【００８３】
ここでも、このシステムは、Ｌ１またはＬ２またはのいずれかあるいは双方が体器官の同様のまたは異なる場所に取り付けられた様態で、実施することができる。
【００８４】
例１３：この非限定的例において、コンデンサＣ１はＣ＝１８０μＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１５０μＨであり、前記２つのコイル内の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧はＶ（Ｃ１）＝３００Ｖである。スイッチＺ４ａおよびＺ４ｂはコイルＬ１に並列に接続され、スイッチＺ３ａおよびＺ３ｂはコイルＬ２に並列に接続される。
【００８５】
ここで図２０を参照する。図２０は、図１６に示す回路を例１３のパラメータに従って動作させた際に生成され得るパルス形状を示す。この例において、０〜５３０μｓの間に第１の位相時において電流が双方のコイル内を流れる。５３０〜５５０μｓの間および７００〜７２０μｓの間、ほとんどの電流はコイルＬ１内を流れる。そのため、これらの２つの期間において、コイルＬ１中に鋭いパルスが発生する。５５０〜７００μｓの間、双方のコイル内を電流が順次流れる。７２０μｓ後、スイッチＺ１ｂおよびＺ３ｂは閉められ、Ｌ１中の電流はゼロまで減衰し、Ｌ２内のみを電流が流れる。サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値の約５０％である。
【００８６】
前記２つの鋭い電流パルスの時点（図２０の例において、５３０〜５５０μｓの間および７００〜７２０μｓの間）と、これらのパルス間の時間間隔とは、前記スイッチの開く時間および閉まる時間を制御することにより、制御可能かつ可変である。加えて、任意の数の鋭いパルスを同様の様式で生成することができる。これとは別に、このようなパルスは、第１の位相時または第２の位相時のいずれかあるいは第１の位相時および第２の位相時双方において、生成することができる。そのため、極めて多様な脱分極パルス形状および／または過分極パルス形状を生成する手段が得られる。
【００８７】
ここでも、このシステムは、Ｌ１またはＬ２またはのいずれかあるいは双方が体器官の同様のまたは異なる場所に取り付けられた様態で、実施することができる。
【００８８】
例１４：この非限定的例において、例１３と同様に、コンデンサＣ１はＣ＝１８０μＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１５０μＨであり、前記２つのコイル内の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧Ｖ（Ｃ１）＝３００Ｖである。スイッチＺ４ａおよびＺ４ｂはコイルＬ１に並列に接続され、スイッチＺ３ａおよびＺ３ｂはコイルＬ２に並列に接続される。
【００８９】
ここで図２１を参照する。図２１は、図１６に示す回路を例１４のパラメータに従って動作させた際に生成され得るパルス形状を示す。この例において、０〜５３０μｓの間に第１の位相時に双方のコイル内に電流が流れる。５５０〜７００μｓの間に、スイッチＺ４ｂは開かれ、スイッチＺ１ｂおよびＺ３ｂは閉められ、これにより、コイルＬ２内のみを電流が流れ、Ｌ１内の電流はゼロとなる。７２０μｓ後、スイッチＺ１ｂおよびＺ３ｂは閉められ、Ｌ１内の電流は急激に減衰してゼロとなり、Ｌ２内のみを電流が流れる。サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値の約５０％である。
【００９０】
例１５：この非限定的例において、例１３および例１４と同様に、コンデンサＣ１はＣ＝１８０μＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１５０μＨであり、前記２つのコイル内の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧Ｖ（Ｃ１）＝３００Ｖである。スイッチＺ４ａおよびＺ４ｂはコイルＬ１に並列に接続され、スイッチＺ３ａおよびＺ３ｂはコイルＬ２に並列に接続される。
【００９１】
ここで図２２を参照する。図２２は、図１６に示す回路を例１５のパラメータに従って動作させた際に生成され得るパルス形状を示す。この例において、０〜５３０μｓの間に、第１の位相時において双方コイル内に電流が流れる。５５０〜７００μｓの間に、また７２０μｓの後に、スイッチＺ１ｂが開かれ、Ｚ３ｂが閉められる。そのため、双方のコイル内に電流が順次流れる。サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値の約６０％である。
【００９２】
これらの例においてスイッチＺ４ａおよびＺ４ｂは常に閉められているため、スイッチＺ４ａおよびＺ４ｂはこの例の実行において不要である。さらに、別の実施形態において、スイッチＺ４ａは０〜５００μｓの間の一定期間の間開くことができ、その際、恐らくはスイッチＺ１ａを閉めることとし、これにより、第１の位相時におけるパルス形状を変更する。
【００９３】
ここでも、上記例はそれぞれ、Ｌ１またはＬ２またはのいずれかあるいは双方が体器官の同様のまたは異なる場所に取り付けられた様態で、実施することができる。
【００９４】
ここで図２３を参照する。図２３は、本発明のさらなる実施形態による回路図である。図２３に示す実施形態において、３つの刺激コイルＬ１、Ｌ２およびＬ３が接続され、コイルＬ１およびＬ３が並列に接続され、コイルＬ２がコイルＬ１およびＬ３に直列に接続される。この回路はまた、１つのコンデンサＣ１と、１０個のスイッチＺ１ａ、Ｚ１ｂ、Ｚ２ａ、Ｚ２ｂ、Ｚ３ａ、Ｚ３ｂ、Ｚ５ａ、Ｚ５ｂ、Ｚ６ａおよびＺ６ｂとを含む。図２３に示す実施形態において、スイッチＺ１ａ、Ｚ１ｂ、Ｚ２ａ、Ｚ２ｂ、Ｚ３ａ、Ｚ３ｂ、Ｚ５ａ、Ｚ５ｂ、Ｚ６ａおよびＺ６ｂはＩＧＢＴである。しかし、任意の適切なスイッチを用いてよい。各スイッチの開くタイミングまたは閉まるタイミングは、ユーザによって制御可能である。
【００９５】
例１６：この非限定的例において、コンデンサはＣ＝２５μＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１５０μＨであり、コイルＬ３のインダクタンスは１μＨであり、これら３つのコイル内の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧はＶ（Ｃ１）＝３００Ｖである。スイッチＺ６ａおよびＺ６ｂはコイルＬ１およびＬ３に並列に接続され、スイッチＺ３ａおよびＺ３ｂはコイルＬ２に並列に接続される。
【００９６】
ここで図２４を参照する。図２４は、図２３に示す回路を例１６のパラメータに従って動作させた際に生成され得るパルス形状を示す。初期に、コイル内に電流が流れる。２０〜３５μｓの間にスイッチＺ５が開かれ、Ｌ１およびＬ３を通じて電流が順次流れる。３５〜６０μｓの間、Ｌ１内のみを電流が流れる。６０μｓ後、第２の位相において、Ｌ１およびＬ２双方内を電流が流れる。８０〜８５μｓの間および１１０〜１３０μｓの間はスイッチＺ３ｂは開いているため、ほとんどの電流はＬ１内を流れる。１３０μｓ後、Ｚ１は閉められ、Ｚ６は開けられる。そのため、Ｌ１内の電流が急激に減衰し、Ｌ２内を電流が流れ、コンデンサを再充電する。サイクル終了時のコンデンサ電圧は、その初期値の５０％を超えている。
【００９７】
第１の位相（２０〜３５μｓ）におけるＬ３内の鋭いパルスの時点および／または第２の位相（８０〜８５μｓおよび１１０〜１３０μｓ）におけるＬ１内の２つの鋭い電流パルスの時点およびこれらの間の時間間隔は、前記スイッチの開く時間および閉まる時間を制御することにより制御可能かつ可変である。加えて、任意の数の鋭いパルスを同様の方式で生成することができる。これとは別に、このようなパルスは、第１の位相または前記第２の位相のいずれかあるいはこれらの位相双方において生成することができる。そのため、極めて多様な脱分極パルス形状および／または過分極パルス形状を生成するための手段が得られる。
【００９８】
ここでも、このシステムは、Ｌ１またはＬ２またはのいずれかあるいは双方が体器官の同様のまたは異なる場所に取り付けられた様態で、実施することができる。加えて、このようなシステムは、異なるコイルインダクタンス、抵抗、キャパシタンスおよび初期電圧と共に実行することが可能である。
【００９９】
ここで図２５を参照する。図２５は、本発明のさらに別の実施形態による回路図である。図２５に示す実施形態において、２つの刺激コイルＬ１およびＬ２が直列に接続され、２つのコンデンサＣ１およびＣ２が直列に接続され、１２個のスイッチＺ１ａ、Ｚ１ｂ、Ｚ２ａ、Ｚ２ｂ、Ｚ３ａ、Ｚ３ｂ、Ｚ４ａ、Ｚ４ｂ、Ｚ５ａ、Ｚ５ｂ、Ｚ６ａおよびＺ６ｂがある。図２５に示す実施形態において、スイッチＺ１ａ、Ｚ１ｂ、Ｚ２ａ、Ｚ２ｂ、Ｚ３ａ、Ｚ３ｂ、Ｚ４ａ、Ｚ４ｂ、Ｚ５ａ、Ｚ５ｂ、Ｚ６ａおよびＺ６ｂはＩＧＢＴである。しかし、任意の適切なスイッチを用いてよい。各スイッチの開くタイミングまたは閉まるタイミングは、ユーザによって制御可能である。
【０１００】
例１７：この非限定的例において、前記コンデンサのキャパシタンスはＣ１＝１８０μＦおよびＣ２＝７００μＦであり、コイルＬ１のインダクタンスは１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１５０μＨであり、前記２つのコイル内の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧はＶ（Ｃ１）＝３００ＶおよびＶ（Ｃ２）＝４００Ｖである。そのため、Ｃ１の陰極および陽極上への電圧はそれぞれ４００Ｖおよび７００Ｖである。スイッチＺ１ａ／ｂおよびＺ２ａ／ｂは、コンデンサＣ１およびＣ２と共にそれぞれコイルＬ１に接続する。スイッチＺ３ａ／ｂおよびＺ４ａ／ｂは、コンデンサＣ１およびＣ２と共にそれぞれコイルＬ２に接続する。スイッチＺ５ａ／ｂは、コイルＬ１に並列に接続される。
【０１０１】
ここで図２６を参照する。図２６は、図２５に示す回路を例１７のパラメータに従って動作させた際に生成され得るパルス形状を示す。初期においては、スイッチＺ３およびＺ５のみが開かれている。そのため、初期はコンデンサＣ１からコイルＬ２を通じて電流が流れる。１２０μｓ後、スイッチＺ５が閉じられ、Ｚ１が開かれる。そのため、Ｌ１内にも電流が流れる。１８０μｓにおいて、スイッチＺ３が閉められる。そのため、Ｌ２内の電流が減衰し始める。２１０〜３００μｓの間、スイッチＺ１が閉められ、Ｚ２が開かれる。そのため、Ｌ１はＣ１にではなくＣ２に接続される。Ｌ１内の電流は方向を反転させ、２１０μｓにおいて約−６５０Ａから３００μｓにおいて約８４５Ａへと変化する。正ピークと負ピークとの間の相対的振幅および時間間隔は、各スイッチをオン／オフするタイミング、前記コンデンサ上の初期電圧、回路内のキャパシタンス、インダクタンスおよび抵抗の値ｓにより制御可能である点に留意されたい。３００μｓにおいて、スイッチＺ２が閉められ、Ｚ１が開かれる。そのため、Ｌ１はＣ２にではなくＣ１に接続され、Ｌ１内の電流は減衰し、Ｃ１が再充電される。
【０１０２】
サイクル終了時のコンデンサＣ１上の電圧は、その初期値の約７２％（（６０２Ｖ−３８６Ｖ）／３００Ｖ、図２６を参照）であり、Ｃ２内においてその初期値の約９６％（３８６Ｖ／４００Ｖ）である。Ｃ２はより高いキャパシタンスを有するため、相対的な電気エネルギー損失が低くなる。
【０１０３】
例１８：この非限定的例において、コンデンサのキャパシタンスはＣ１＝１８０μＦおよびＣ２＝７００μＦであり、コイルＬ１ｈのインダクタンスは１６μＨであり、コイルＬ２のインダクタンスは１５０μＨであり、前記２つのコイル内の抵抗はＲ１＝Ｒ２＝０．０５オームであり、初期コンデンサ電圧はＶ（Ｃ１）＝３００ＶおよびＶ（Ｃ２）＝３００Ｖである。そのため、Ｃ１の陰極および陽極上の電圧はそれぞれ３００Ｖおよび６００Ｖである。スイッチＺ１ａ／ｂおよびＺ２ａ／ｂは、コンデンサＣ１およびＣ２と共にそれぞれコイルＬ１に接続する。スイッチＺ３ａ／ｂおよびＺ４ａ／ｂは、コンデンサＣ１およびＣ２と共にそれぞれコイルＬ２に接続する。スイッチＺ５ａ／ｂはコイルＬ１に並列接続される。
【０１０４】
ここで図２７を参照する。図２７は、図２５に示す回路を例１８のパラメータに従って動作させた際に生成され得るパルス形状を示す。この例において、、初期には、スイッチＺ１およびＺ６のみが開かれる。そのため、初期はコンデンサＣ１からコイルＬ１を通じて電流が流れる。３０μｓ後、Ｌ１内の電流が約４９０Ａに達すると、スイッチＺ１が閉められ、スイッチＺ３が開かれる。そのため、コイルＬ１およびコイルＬ２双方を電流が順次流れる。１００μｓ〜１２０μｓにおいて、スイッチＺ６およびＺ１が閉められ、Ｚ５が開かれる。そのため、コイルＬ２内を電流が流れ、コイルＬ１内において電流が急激に減衰する。１２０μｓにおいて、スイッチＺ６が開かれ、スイッチＺ５が閉められる。そのため、コイルＬ２およびコイルＬ１内を電流が順次流れる。１５０μｓにおいて、スイッチＺ２が開かれ、スイッチＺ３が閉められる。そのため、Ｌ１はＣ２に接続され、その電流は方向を逆転させる。１８０μｓにおいて、スイッチＺ２が閉められ、スイッチＺ１が開かれる。そのため、Ｌ１はＣ２にではなくＣ１に接続され、Ｌ１内の電流は減衰し、Ｃ１は再充電される。サイクル終了時のコンデンサＣ１上の電圧はその初期値の約６０％（（４６８Ｖ−２８９Ｖ）／３００Ｖ、図２７を参照）であり、Ｃ２内においてはその初期値の約９６％（２８９Ｖ／３００Ｖ）である。
【０１０５】
ここでも、上記例はそれぞれ、Ｌ１またはＬ２またはのいずれかあるいは双方が体器官の同様のまたは異なる場所に取り付けられた様態で、実施することができる。
【０１０６】
上記の全ての非限定的例および本出願から得られる他の任意の実行例は、２つよりも多くのコイルおよび／または１つよりも多くの電気エネルギー保存デバイスを含むように一般化され得る。特定の実施形態において、各コイルは、異なる電気エネルギー保存デバイスに接続され得る。さらに他の実施形態において、いくつかのコイルは、共通電気エネルギー保存デバイスに接続され得る。さらに他の実施形態において、いくかのコイルは、異なる期間（例えば、異なる位相時）において、異なる電気エネルギー保存デバイスに接続され得る。
【０１０７】
本出願中に開示されるシステムおよび方法は、複数のチャンネルを用いて組み合わせることが可能であり、これにより、さらに多様なパルス形状を体器官内に提供することが可能となる。体器官は単一の体器官または複数の体器官であり得、刺激の提供は、体器官の１つの領域または複数の領域にわたって行われ得る。例えば、異なる領域において異なる生理学的効果を提供しかつ／または特定の領域（例えば、より深いニューロン構造）内において誘導される効果の選択性を増加させるように、異なる脳領域に対して刺激を与えることができる。生理学的効果の例をいくつか非限定的に挙げると、反復二相パルス、膜電位の反復脱分極、ニューロン構造における交互の過分極および脱分極、脱分極無しの過分極、過分極無しの脱分極などがある。
【０１０８】
明確さのため、本発明特定の特徴について、別個の実施形態の文脈において説明しているが、これらの特徴を組み合わせて単一の実施形態として提供することも可能であることが理解される。逆に、簡潔さのため、本発明の多様な特徴について、単一の実施形態の文脈において説明しているが、これらの特徴を別個に提供することもできるし、あるいは、別個にまたは任意の適切な組み合わせとして提供することもできる。
【０１０９】
本明細書中、本発明の特定の特徴について例示および記載してきたが、当業者であれば、多くの改変、代替、変更および均等物を想起する。そのため、添付の特許請求の範囲は、このような改変および変更全てを本発明の真なる意図内に収まるものとして網羅することが理解されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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