(57)【要約】【解決手段】本発明は、無線式送信／受信装置に関連付けられた舌電気刺激装置と、２つのマイクロコントローラ、すなわち送受信専用の第１マイクロコントローラ(2) 、及び電気刺激配列体の制御専用の第２マイクロコントローラ(4) とを含む人工口腔システムに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線トランシーバ装置に関連付けられた舌電気刺激ユニットと、２つのマイクロコントローラ、すなわち送受信専用の第１マイクロコントローラ(2) 及び電気刺激配列体の制御専用の第２マイクロコントローラ(4) とを備えた人工口腔システム。
【請求項２】
前記マイクロコントローラ(2,4) は、汎用の非同期トランシーバタイプのシリアルインターフェース(5) によって接続されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記マイクロコントローラ(2,4) は、5 μs より短い時間内で待機モードから作動モードに切り替わることが可能なマイクロコントローラであることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記マイクロコントローラ(2,4) は、受信装置を周期的に起動する非常に短い期間を含む待機位相中、平均電流が非常に低いマイクロコントローラであることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記マイクロコントローラ(2,4) の平均電流は、待機位相中15μA より低く、受信装置の起動期間は、多くとも１ミリ秒続き、毎秒一回生じることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかのシステムを用いた電気刺激法において、
前記マイクロコントローラ(2,4) は夫々、遮断が生じるまで前記マイクロコントローラが遮断の発生の周期的な制御を開始する待機位相にあることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舌電気刺激ユニットの形成法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気刺激ユニットは、人間の舌の上方の硬口蓋に配置された電極配列を、患者の歯列に取り付けられ得る取り外し可能な人工口腔の形で備える。このような電気刺激ユニットは、例えば米国特許第６４３０４５０号明細書に述べられている。
【０００３】
舌電気刺激ユニットの使用は多くの適用例で提案されている。このような適用例は、特に、一時的又は永久的な障害を補うことにより、永久的又は一時的な身体障害者の自律性を高めることを目的としている。このような電気刺激ユニットは、特に、患者の身体が患者自身に与えない情報を患者に提供することが可能である。これらの適用例は、不慮の原因、疾患又は手術による関節又は身体部分の外傷後のリハビリテーションを含む。
【０００４】
患者の舌が、口蓋に取り付けられた電極配列と一定の間隔で（反射運動により）接触することにより、患者に情報を提供することが可能になるので、このような適用例が可能となる。例えば、米国特許第６４３０４５０号明細書に述べられているように、搭載されたカメラから舌電気刺激ユニットに視覚情報を提供することにより、視覚障害が補われる。
【０００５】
対称的に、上記明細書は、患者が自分の周囲との相互作用を可能にするための、舌電気刺激ユニットの使用を提案している。このため、患者は、アラームの起動、又はベッド、車椅子のようなモータで駆動する機器の移動を制御することが可能になり、或いは、光、電話、ドア、コンピュータのような家庭用機器を制御することが可能になる。
【０００６】
上記明細書は更に、同一の舌電気刺激ユニットを、外部から患者に情報を提供すると共に、患者が自分の周囲との相互作用を可能にすべく用いることを提案している。従って、米国特許第６４３０４５０号明細書は、患者が、自身の舌に転送された視覚データに基づき、ロボットハンドのようなアクチュエータを始動することが可能であると述べている。
【０００７】
上記明細書は更に、情報を転送する操作が、舌電気刺激ユニットを備えた人工器官に搭載された無線トランシーバ装置により無線で行われると述べている。従って、米国特許第６４３０４５０号明細書は、カメラから得た情報が、無線式送信／受信によって電気刺激ユニットに与えられると述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６４３０４５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これらの解決法は全て、無線トランシーバ機能を備えた舌電気刺激ユニットは存在しないものの、このような装置の構築は容易であるという仮定に基づいて提供されている。
【００１０】
実際には、このような装置の構築は、多くの難問及び制約に直面する。制約の内、相対的に高い自律性を得るためには、少なくとも１日程度の使用が必要とされるということは注目すべきである。別の制約は体積である。無線トランシーバ装置が舌電気刺激ユニットと同一の人工口腔に含まれ得るように、体積は小さくなければならない。小さな体積という制約と組み合わされる別の制約は、装置の放熱が非常に低くなければならないということである。確かに、患者の硬口蓋、舌、歯茎及び／又は歯が、長期間熱にさらされることは回避されなければならない。
【００１１】
本発明の実施形態は、無線トランシーバ装置に関連付けられた舌電気刺激ユニットを備えた人工口腔システムを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の実施形態は、低い消費電力で作動され得るこのようなシステムを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の実施形態は、体積が小さいこのようなシステムを提供することを目的とする。
【００１４】
本発明の実施形態は、無線周波数モードで作動するこのようなシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
これらの目的及び他の目的の全て又は一部を達成するために、実施形態は、無線トランシーバ装置に関連付けられた舌電気刺激ユニットと、２つのマイクロコントローラ、すなわち送受信専用の第１マイクロコントローラ及び電気刺激配列体の制御専用の第２マイクロコントローラとを備えた人工口腔システムを提供する。
【００１６】
実施形態によれば、前記マイクロコントローラは、汎用の非同期トランシーバタイプのシリアルインターフェースによって接続されている。
【００１７】
実施形態によれば、前記マイクロコントローラは、5 μs より短い時間内で待機モードから作動モードに切り替わることが可能なマイクロコントローラである。
【００１８】
実施形態によれば、前記マイクロコントローラは、受信装置を周期的に起動する非常に短い期間を含む待機位相中、平均電流が非常に低いマイクロコントローラである。
【００１９】
実施形態によれば、前記マイクロコントローラの平均電流は、待機位相中15μA より低く、受信装置の起動期間は、多くとも１ミリ秒続き、毎秒一回生じる。
【００２０】
本発明は、更に前述の実施形態のいずれかのシステムを用いた電気刺激法において、前記マイクロコントローラは夫々、遮断が生じるまで前記マイクロコントローラが遮断の発生の周期的な制御を開始する待機位相にあることを特徴とする方法を提供する。
【００２１】
本発明の前述及び他の目的、特徴及び利点を、添付図面を参照して本発明を限定するものではない特定の実施形態について以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る人工口腔システムの様々な要素を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る人工口腔システムの作動モードの位相を示すタイミング図である。
【図３】本発明の実施形態に係る人工口腔システムの作動モードの別の位相を示すタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る無線トランシーバ装置に関連付けられた舌電気刺激ユニットを備えた人工口腔システムの概略図を示す。
【００２４】
本発明の実施形態に係る人工口腔システムは、トランシーバブロックTRANS を備えており、トランシーバブロックは、送信／受信専用のプロセッサRFCPU 2 に関連付けられた無線周波数トランシーバRF 1を含む。人工口腔システムは更に、電気刺激ブロックを備えており、電気刺激ブロックは、専用プロセッサMATCPU 4によって駆動される電気刺激配列体MATDRIVE 3を制御するための構成要素に関連付けられた電極配列を含む。プロセッサ2 及びプロセッサ4 は、汎用の非同期トランシーバタイプのシリアルインターフェース(UART)5 によって接続されている。
【００２５】
意外なことに、人工口腔に配置された２つのプロセッサを用いることにより、電気刺激装置の制御に加えて送信／受信をも管理することが可能な更に能力が高いプロセッサを用いるより消費電力が低くなる。本発明の実施形態に係る人工口腔システムの以下の説明から分かるように、これは特に、各プロセッサが、互いに独立して低消費電力モードに有利に置かれてもよいという事実に起因する。
【００２６】
本発明の実施形態に係る人工口腔システムの作動モードを、図2,3A,3B の簡略化されたタイミング図に関連して以下に説明する。図2 は、人工口腔システムの待機位相を示す。図3A,3B は、人工口腔システムが外部からデータを受信したときの人工口腔システムの作動位相を示す。
【００２７】
電気刺激配列体の起動要求が外部装置によって送信されない限り、人工口腔システムは待機モードにある。待機モード中に、トランシーバブロックTRANS は、図2 に示されているように、例えば毎秒、周期的に起動状態になる。プロセッサ2 により引き起こされる夫々の起動位相の間に、トランシーバブロックTRANS は、起動要求が外部装置によって送信されたか否かを検出する。起動要求がない状態では、トランシーバブロックTRANS の起動時間は１ミリ秒より短い。起動要求が検出されない限り、平均消費電力は非常に低く、例えば、従来のプロセッサでの15マイクロアンペアより低い。
【００２８】
図3A,3B は、人工口腔システムの作動位相中のトランシーバブロックTRANS 及び電気刺激ブロックELECの作動を示す。図3Aに示されるように、１秒をおいて前の制御から分離される周期的な制御中に、トランシーバブロックTRANS が起動フレームBEGIN を検出したと仮定する。その後、プロセッサ2 は、インターフェース5 を介してトランシーバブロックTRANS 及び電気刺激ブロックELECを作動モードに切り替える。その後、トランシーバブロックTRANS は、作動されるべき電極の位置と、場合によっては刺激の継続時間及び強度に関する指示とを含む一連の電気刺激指示を受信する。例えば、図3Aは連続した５つの指示I1,I2,I3,I4,I5を示す。各指示I は、配列中の電極の電気刺激S に対応する。好ましくは、図3Aと図3Bとの比較によって示されているように、対応する電気刺激が直接互いに連続するように、２つの連続した指示の受信を分離する時間間隔が最適化される。従って、第１の指示I1の受信の終了が、受信プロセッサ2 による指示I1の処理、処理結果の電気刺激プロセッサ4 への転送、該電気刺激プロセッサによる処理、及び電気刺激S1の形での患者への転送に必要な、例えば約100 ミリ秒の時間間隔d で第２の指示I2の受信の終了から分離される。
【００２９】
最後の指示I5が外部装置によって送信されたとき、前記外部装置は全ての送信を遮断し、受信プロセッサ2 は、新たな指示がないことを検出し、人工口腔システムを待機状態に戻す。
【００３０】
変形例によれば、最後の指示I5の送信後、外部装置は、送信が終了したことをプロセッサに通知する終了フレームEND を送信する。
【００３１】
送信が終了したとき、待機状態に戻る前に、トランシーバブロックTRANS が受信確認メッセージを送信することが好ましい。
【００３２】
人工口腔システムの受信モードの作動を、以上に説明した。しかしながら、送信モードにおける作動が対称的であることを、当業者は理解すべきである。電気刺激プロセッサ4 は、指示が電気刺激配列体3 を介して患者から発せられたか否かを検出する待機位相中に、一定の間隔で制御する。１つの制御中に、電気刺激プロセッサが、患者が指示の送信を望んでいると検出した場合、電気刺激プロセッサはインターフェース5 を介してトランシーバブロックTRANS を起動する。
【００３３】
本実施形態によれば、プロセッサ2 及びプロセッサ4 は、非常に短い起動時間及び停止時間を有しており、且つ消費電力が非常に低いマイクロコントローラである。従って、プロセッサは、待機位相にあるトランシーバブロックを周期的に起動する非常に短い位相中に、15μA より低い平均電流、好ましくは多くとも12μA より低い平均電流を有しながら、5 μs 未満で待機状態から作動状態に切り替えることが可能である。説明されているように、このような位相は、例えば毎秒生じて、１ミリ秒程度と短い。例えば、マイクロコントローラは、テキサス・インスツルメンツ（Texas Instruments ）により販売されているタイプMSP 430 であるか、或いは同一の製造業者又は別の製造業者の同等のマイクロコントローラである。一般的に、本発明の実施形態に係る人工口腔システムは、低い動作電圧、周期的な起動管理を含む作動モードでの低消費電力、起動モードでの低消費電力、及び可能な限り短時間、好ましくは5 マイクロ秒より短い時間内で非作動モードから作動モードへ切り替える性能を有する任意のタイプのマイクロコントローラを用いてもよい。舌電気刺激配列体を管理するためのプロセッサ4 は、更に待機モードでの消費電力が非常に低い低体積のプロセッサである必要がある。好ましくは、動作消費電力を減少するために、人工口腔システムは、LDO タイプ（低ドロップアウト電圧）の消費電力が非常に低い2.3Vの調整器によって調整される。このような調整器により、無線周波数トランシーバシステムの処理能力のばらつきなしで、十分に広い動作範囲を保証することが可能になる。確かに、処理能力は、バッテリー電圧が、約2.5 ボルトの公称電圧と調整器の電圧との間にある限り、安定しており、保証される。
【００３４】
電気刺激配列体3 を制御するための装置は、特にデジタル／アナログ変換器とマルチプレクサとを備える。人工口腔システムが非常に迅速に非作動状態になり、好ましくは１マイクロアンペア以下の消費電力が非常に低いモードに切り替わることが可能であるように、構成要素が選択されていることが好ましい。
【００３５】
言うまでもなく、本発明は、当業者に考案される様々な変更及び調整がなされ得る。特に伝送プロトコルは、非常に簡略化された方法で述べられているに過ぎない。所望の適用に応じて特定のプロトコルを選択し適合することは、当業者の技能の範囲内である。同様に、本特許出願の教示、及び所望の適用に応じて人工口腔の様々な要素を選択することも、当業者の技能の範囲内である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｂ】
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【国際調査報告】
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