(57)【要約】神経運動疾患の症状を軽減するのに役立つ運動タイミングスティミュレーターシステム及び方法が提供される。一実施態様によれば、患者の歩行を改善する方法が提供される。本方法は、複数の刺激チャンネルを用いて、複数の刺激点で、複数の刺激プロンプトを生成することを含む。複数の刺激点は、各脚上に対称に位置させる。本方法は、さらに複数の刺激プロンプトを、複数の刺激点を介して時間間隔をおいて加え、関連した脚上の複数の刺激チャンネルの一つがアクティブであるときにはいつでもリターン電極をアクティブにすることを含む。複数の刺激プロンプトは、患者の歩行とは同期させない。複数の刺激チャンネルの各々を、複数の刺激点の一つでの刺激電極と関連させる。
2006503658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の歩行を改善する方法であって、
複数の刺激チャンネルを用いて、複数の刺激点で、複数の刺激プロンプトを生成するが、
前記複数の刺激点を、各脚に対称に位置させることと、
前記複数の刺激プロンプトを、時間間隔を設けて、前記複数の刺激点にわたって加えるが、
前記複数の刺激プロンプトを、前記患者の歩行とは同期させないことと、
前記複数の刺激チャンネルの各々が、前記複数の刺激点の一つで刺激電極と関連しているが、
関連する脚上の前記複数の刺激チャンネルの一つがアクティブであるときにはいつでもリターン電極をアクティブにすることと、
を含む方法。  
【請求項２】
前記複数の刺激プロンプトの各々の刺激パルス時間が、約１４ミリ秒である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の刺激点が複数の筋肉と関連しており、前記複数の筋肉の収縮が対応する刺激プロンプトとは一致していない、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の刺激プロンプトの強度を、前記複数の刺激点と関連した筋肉についての運動しきい値より低く設定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の刺激プロンプトの振幅を、運動しきい値より低く設定して、前記複数の刺激点と関連した筋肉の中枢神経系誘発収縮を容易にすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の刺激プロンプトの持続時間を設定して、前記複数の刺激点と関連した筋肉の中枢神経系誘発融合収縮を容易にすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
複数の刺激チャンネルを用いた複数の刺激点での複数の刺激プロンプトを生成することは、各脚の前頚骨筋、腓腹筋及び大腿直筋の運動点付近における刺激プロンプトを生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
複数の刺激プロンプトを生成することは、右脚上の前頚骨筋付近、右脚上の腓腹筋付近、左脚上の前頚骨筋付近、左脚の腓腹筋付近、右脚の大腿直筋付近及び左脚の大腿直筋付近の刺激点で刺激プロンプトを順次生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
各刺激チャンネルが、それぞれキュークロックと関連している、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第一チャンネルが、第一キュークロックと関連しており、関連刺激電極の刺激パルスが、第一キュークロックがアクティブであるときにアクティブである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第一キュークロックが、第一キュー間隔中にアクティブである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第二チャンネルが、第二キュークロックと関連しており、関連刺激電極の刺激パルスが、第二キュークロックがアクティブであるときにアクティブである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第二キュークロックが、第二キュー間隔の後半中にアクティブである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一キュー間隔が、約０．４秒である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二キュー間隔が、約０．４秒である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
第三チャンネルが、第三キュークロックと関連しており、関連刺激電極の刺激パルスが、第三キュークロックがアクティブであるときにアクティブである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第三キュークロックが、前記第一キュー間隔の第二クオーター期中アクティブである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一キュークロック、第二キュークロック及び第三キュークロックが、一方の脚上に位置している刺激電極と関連している、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
第四チャンネル、第五チャンネル及び第六チャンネルが、第四キュークロック、第五キュークロック及び第六キュークロックが、前記第一キュークロック、前記第二キュークロック及び前記第三キュークロックとは反対のキュー間隔の同じ部分の間はアクティブである、第四キュークロック、第五キュークロック及び第六キュークロックと関連している、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記刺激パルスのパルス幅が、約４００マイクロ秒である、請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
二相性法で前記複数の刺激チャンネルの各々について刺激パルスを適用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の刺激チャンネルの各々について、時分割多重化刺激パルスをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記刺激プロンプトについての刺激電流が、約１０ミリアンペアである、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
個人についての姿勢の不安定を軽減する方法であって、
複数の刺激チャンネルを用いて、複数の刺激点で、複数の刺激プロンプトを生成するが、
前記複数の刺激点を、両脚に対称に位置させることと、
前記複数の刺激プロンプトを、時間間隔を設けて、前記複数の刺激点にわたって加えるが、
前記複数の刺激チャンネルの各々が、前記複数の刺激点の一つで刺激電極と関連していることと、
関連する脚上の前記複数の刺激チャンネルの一つがアクティブであるときにはいつでもリターン電極をアクティブにするが、
前記複数の刺激点が複数の筋肉と関連しており、前記複数の筋肉の収縮が対応する刺激プロンプトとは一致していないことと、
を含む方法。  
【請求項２５】
前記複数の刺激プロンプトの各々の刺激パルス時間が、約１４ミリ秒である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
二相性法で前記複数の刺激チャンネルの各々について刺激パルスを適用することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記複数の刺激チャンネルの各々について、時分割多重化刺激パルスをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記刺激パルスの各々のパルス幅が、約４００マイクロ秒である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記複数の刺激プロンプトの強度を、前記複数の筋肉についての運動しきい値より小さく設定することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記複数の刺激プロンプトの振幅を運動しきい値より小さく設定して、前記中枢神経系により制御される前記複数の筋肉の収縮を容易にすることをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
前記複数の刺激プロンプトの持続時間を、前記複数の筋肉の融合収縮を容易にする持続時間よりも小さく設定することをさらに含んだ、請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
複数の刺激チャンネルを用いた複数の刺激点での複数の刺激プロンプトを生成することは、各脚の前頚骨筋、腓腹筋及び大腿直筋の運動点付近における刺激プロンプトを生成することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
複数の刺激プロンプトを生成することは、右脚上の前頚骨筋付近、右脚上の腓腹筋付近、左脚上の前頚骨筋付近、左脚の腓腹筋付近、右脚の大腿直筋付近及び左脚の大腿直筋付近の運動点で刺激プロンプトを順次生成することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３４】
前記複数の刺激チャンネルが、各脚ごとに３つの刺激チャンネルを含み、前記３つの刺激チャンネルの各々が個々にキュークロックと関連している、請求項２４に記載の方法。
【請求項３５】
第一チャンネル及び第三チャンネルが、第一キュークロックと関連しており、関連刺激電極の刺激パルスが、第一キュークロックがアクティブであるときにアクティブである、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第一キュークロックが、第一キュー間隔の前半中にアクティブである、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
第二チャンネルと第四チャンネルが、第二キュークロックと関連しており、関連刺激電極の刺激パルスが、第二キュークロックがアクティブであるときにアクティブである、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記第二キュークロックが、第一キュー間隔の後半中アクティブである、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第一キュー間隔及び第二キュー間隔が、各々約０．４秒である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
第五及び第六チャンネルが、第三キュークロックと関連しており、関連刺激電極の刺激パルスが、第三キュークロックがアクティブであるときにアクティブである、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記第三キュークロックが、第二キュー間隔の後半中アクティブである、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第一チャンネル、第二チャンネル及び第五チャンネルが、一方の脚上に位置している刺激電極と関連している、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
腕振りを改善する方法であって、
複数の刺激チャンネルを用いて、複数の刺激点で、複数の刺激プロンプトを生成するが、
前記複数の刺激点を、腕振りを促すように位置させることと、
前記複数の刺激プロンプトを、時間間隔を設けて、前記複数の刺激点にわたって加えるが、
前記複数の刺激プロンプトを、前記腕振りとは同期させないことと、
前記複数の刺激チャンネルの各々が、前記複数の刺激点の一つで刺激電極と関連しているが、
前記複数の刺激チャンネルの一つがアクティブであるときにはいつでもリターン電極をアクティブにすることと、
を含む方法。
【請求項４４】
前記複数の刺激プロンプトの各々の刺激パルス時間が、約１４ミリ秒である、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記複数の刺激チャンネルの各々について、位相刺激パルスを交互にかけることをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記複数の刺激チャンネルの各々について、時分割多重刺激パルスをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
前記刺激パルスの各々のパルス幅が、約２００マイクロ秒である、請求項４３に記載の方法。
【請求項４８】
前記複数の刺激点が複数の筋肉と関連しており、前記複数の筋肉の収縮が対応する刺激プロンプトとは一致していない、請求項４３に記載の方法。
【請求項４９】
前記複数の刺激プロンプトの強度を、前記複数の筋肉についての運動しきい値より低く設定することをさらに含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記複数の刺激プロンプトの振幅を、運動しきい値より低く設定して、前記複数の筋肉の中枢神経系誘発収縮を容易にすることをさらに含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記複数の刺激プロンプトの持続時間を、前記複数の筋肉の中枢神経系誘発の融合収縮を容易にする持続時間よりも小さく設定することをさらに含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
複数の刺激チャンネルを用いた複数の刺激点での複数の刺激プロンプトを生成することは、一方の腕の三頭筋及び腕橈骨筋の運動点付近における刺激プロンプトを生成することを含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項５３】
複数の刺激チャンネルを用いた複数の刺激点での複数の刺激プロンプトを生成することは、前記関連肩の前方三角筋及び後方三角筋の運動点付近における刺激プロンプトを生成することをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項５４】
複数の刺激プロンプトを生成することが、三頭筋、腕橈骨筋、前三角筋及び後方三角筋の運動点の付近における刺激プロンプトを順次生成することを含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項５５】
前記複数の刺激チャンネルが、２つの刺激チャンネルを含み、前記２つの刺激チャンネルの各々が、個々にキュークロックと関連している、請求項４３に記載の方法。
【請求項５６】
前記複数の刺激チャンネルが、４つの刺激チャンネルを含み、前記刺激チャンネルの第一と第二が、第一キュークロックと関連しており、前記刺激チャンネルの第三及び第四が、第二キュークロックと関連している、請求項４３に記載の方法。
【請求項５７】
関連した刺激電極についての刺激パルスが、前記第一キュークロックがアクティブであるときにアクティブであり、関連した刺激電極についての刺激パルスが、前記第二キュークロックがアクティブであるときにアクティブである、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記第一キュークロックが、第一キュー間隔中アクティブであり、前記第二キュークロックが、前記第二キュー間隔中アクティブである、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記第一及び第二キュー間隔が、各々約０．４秒である、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
運動障害を有する個人の震えを減少させる方法であって、
複数の刺激チャンネルを用いて、複数の刺激点で、複数の刺激プロンプトを生成するが、
前記複数の刺激点を、腕の震えを減少するように位置させることと、
前記複数の刺激プロンプトを、時間間隔を設けて、前記複数の刺激点にわたって加えるが、
前記複数の刺激プロンプトを、前記震えとは同期させないことと、
前記複数の刺激チャンネルの各々が、前記複数の刺激点の一つで刺激電極と関連しているが、
前記複数の刺激チャンネルの一つがアクティブであるときにはいつでもリターン電極をアクティブにすることと、
を含む方法。
【請求項６１】
前記複数の刺激プロンプトの各々の刺激パルス時間が、約１４ミリ秒である、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記複数の刺激チャンネルの各々について、二相刺激パルスをかけることをさらに含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記複数の刺激チャンネルの各々について、時分割多重刺激パルスをさらに含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６４】
前記刺激パルスの各々のパルス幅が、約２００マイクロ秒である、請求項６０に記載の方法。
【請求項６５】
前記複数の刺激点が複数の筋肉と関連しており、前記複数の筋肉の収縮が対応する刺激プロンプトとは一致していない、請求項６０に記載の方法。
【請求項６６】
複数の刺激チャンネルを用いた複数の刺激点での複数の刺激プロンプトを生成することは、一方の腕上の前記腕橈骨筋、円回内筋、橈側ブレビス、橈側ロンガス及び尺骨筋の運動点付近における刺激プロンプトを生成することを含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６７】
複数の刺激プロンプトを生成することが、一方の腕上の前記腕橈骨筋、円回内筋、橈側ブレビス、橈側ロンガス及び尺骨筋の運動点付近における刺激プロンプトを順次生成することを含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６８】
前記複数の刺激チャンネルが、５つの刺激チャンネルを含み、前記５つの刺激チャンネルの各々が、第一及び第二キュークロックにとらわれている、請求項６０に記載の方法。
【請求項６９】
関連した刺激電極についての刺激パルスが、前記第一キュークロックがアクティブであるときにアクティブであり、前記第二キュークロックがアクティブであるときにアクティブである、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記第一キュークロックが、第一キュー間隔中にアクティブであり、前記第二キュークロックが、第二キュー間隔中アクティブである、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記第一及び第二キュー間隔が、各々約０．１秒であり、キュー遅延０．５秒により分離されている、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
パーキンソン病の症状の治療のための動作タイミング刺激システムであって、
患者の一つ以上の動作パラメータを検出するようにした一つ以上の運動センサと、
コントロールパネルと、
複数のカスタマイズされたパラメータ設定メニューと、
過電圧／電流監視回路と、
前記一つ以上の運動センサ、コントロールパネル、カスタマイズされたパラメータ設定メニュー、監視回路から信号を受け取り、症状の所望の治療のために刺激プロンプトを必要とするときを決定する、コントローラーと、
時間間隔を置いた刺激プロンプトのための運動点の付近に配置された複数の皮膚刺激電極であって、前記刺激プロンプトを、症状の所望の治療に基づいて順次加え、
前記複数の刺激プロンプトを、複数の刺激チャンネルを用いて生成し、各刺激チャンネルが、キュークロックと関連しており、
前記刺激プロンプトが、患者の動作とは同期せず、
前記複数の刺激電極の各々に連結した少なくとも一つのリターン電極と、
を備えたシステム。
【請求項７３】
前記コントローラーに連結され、神経系の状態を検出するように処理された一つ以上の関連した筋肉の電気的活動の記録を生成する筋電計をさらに備えている、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７４】
刺激パルス発生器と、時間間隔を置いた刺激プロンプトを生成するコントローラーに応答する刺激電圧／電流発生器をさらに備えている、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７５】
前記刺激点が、複数の筋肉に関連しており、前記複数の筋肉の収縮が、対応する刺激プロンプトとは一致しない、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７６】
前記複数の刺激プロンプトの強度を、前記刺激点と関連した筋肉の運動しきい値よりも低く設定する、請求項７５に記載のシステム。
【請求項７７】
前記複数の刺激プロンプトの振幅を、運動しきい値よりも低く設定して、前記刺激点に関連した筋肉の中枢神経系誘発収縮を容易にする、請求項７５に記載のシステム。
【請求項７８】
前記皮膚刺激電極が、皮膚電気刺激電極を備えている、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７９】
前記皮膚刺激電極が、皮膚機械的刺激電極を備えている、請求項７２に記載のシステム。
【請求項８０】
前記一つ以上の運動センサが、少なくとも一つの加速度計を備えている、請求項７２に記載のシステム。
【請求項８１】
パーキンソン病の症状の治療用システムであって、
複数の動作タイミングスティミュレーター（ＭＴＳ）システムを備え、各ＭＴＳシステムが、
患者の一つ以上の動作パラメータを検出するようにした一つ以上の運動センサと、
コントロールパネルと、
複数のカスタマイズされたパラメータ設定メニューと、
過電圧／電流監視回路と、
前記一つ以上の運動センサ、コントロールパネル、カスタマイズされたパラメータ設定メニュー、監視回路から信号を受け取り、症状の所望の治療のために刺激プロンプトを必要とするときを決定する、コントローラーと、
時間間隔を置いた刺激プロンプトのための運動点の付近に配置された複数の皮膚刺激電極であって、前記刺激プロンプトを、症状の所望の治療に基づいて順次加え、
前記複数の刺激プロンプトを、複数の刺激チャンネルを用いて生成し、各刺激チャンネルが、キュークロックと関連しており、
前記刺激プロンプトが、患者の動作とは同期せず、
前記複数の刺激電極の各々に連結した少なくとも一つのリターン電極と、
前記複数のＭＴＳシステムを横切って協調した刺激が得られる同期インターフェースと、
を備えたものである、
システム。
【請求項８２】
前記ＭＴＳシステムの一つ以上が、前記コントローラーに連結され、神経系の状態を検出するように処理された一つ以上の関連した筋肉の電気的活動の記録を生成する筋電計をさらに備えている、請求項８１に記載のシステム。
【請求項８３】
前記ＭＴＳシステムの各々が、刺激パルス発生器と、時間間隔を置いた刺激プロンプトを生成するコントローラーに応答する刺激電圧／電流発生器をさらに備えている、請求項８１に記載のシステム。
【請求項８４】
前記刺激点が、複数の筋肉に関連しており、前記複数の筋肉の収縮が、対応する刺激プロンプトとは一致しない、請求項８１に記載のシステム。
【請求項８５】
前記複数の刺激プロンプトの強度を、前記刺激点と関連した筋肉の運動しきい値よりも低く設定する、請求項８４に記載のシステム。
【請求項８６】
前記複数の刺激プロンプトの振幅を、運動しきい値よりも低く設定して、前記刺激点に関連した筋肉の中枢神経系誘発収縮を容易にする、請求項８４に記載のシステム。
【請求項８７】
前記皮膚刺激電極が、皮膚電気刺激電極を備えている、請求項８４に記載のシステム。
【請求項８８】
前記皮膚刺激電極が、皮膚機械的刺激電極を備えている、請求項８４に記載のシステム。
【請求項８９】
前記一つ以上の運動センサが、少なくとも一つの加速度計を備えている、請求項８４に記載のシステム。
【請求項９０】
患者の歩行を改善する際の習慣性を減少させる方法であって、
複数の刺激チャンネルを用いて、複数の刺激点で、複数の刺激プロンプトを生成するが、
前記複数の刺激点を、各脚に対称に位置させることと、
前記複数の刺激プロンプトを、時間間隔を設けて、前記複数の刺激点にわたって加えるが、
前記複数の刺激プロンプトを、前記患者の歩行とは同期させないことと、
前記複数の刺激チャンネルの各々が、前記複数の刺激点の一つで刺激電極と関連しているが、
関連する脚上の前記複数の刺激チャンネルの一つがアクティブであるときにはいつでもリターン電極をアクティブにすることと、
前記複数の刺激プロンプトについてのパルス時間を直線的に変更する工程と、
を含む方法。
【請求項９１】
動作疾患の治療用の動作タイミングスティミュレーターシステムであって、
時間間隔を置いた刺激プロンプトのための運動点付近に配置した複数の皮膚刺激電極であって、前記刺激プロンプトが、前記患者の歩行を改善するために順次加えられるものである、電極と、
運動センサ、患者入力、前記刺激電極及び過電圧／電流監視回路のうちの一つ以上からの信号を受け取るコントローラーと、を備え、
前記複数の刺激プロンプトが、複数の刺激チャンネルを用いて生成され、各刺激チャンネルが、キュークロックと関連しており、
前記複数の刺激プロンプトが、前記患者の歩行と同期しておらず、
前記複数の刺激チャンネルの各々が、前記複数の刺激点のうちの一つで刺激電極と関連している、
システム。
【請求項９２】
前記複数の皮膚刺激電極が、各脚上の運動点付近に配置されている、請求項９１に記載のシステム。
【請求項９３】
前記複数の皮膚刺激電極が、各脚の前記前頚骨筋、腓腹筋及び大腿直筋の運動点付近に配置されている、請求項９１に記載のシステム。
【請求項９４】
前記複数の皮膚刺激電極が、前記右脚上の前記前頚骨筋付近、前記右脚上の前記腓腹筋付近、前記左脚上の前記前頚骨筋付近、前記左脚の前記腓腹筋付近、前記右脚の前記大腿直筋付近及び前記左脚の前記大腿直筋付近の刺激点に配置されている、請求項９１に記載のシステム。
【請求項９５】
動作疾患の治療用の動作タイミングスティミュレーターシステムであって、
時間間隔を置いた刺激プロンプトのための運動点付近における刺激点に配置した複数の皮膚刺激電極であって、前記刺激プロンプトを順次加えて患者の姿勢の不安定を軽減する、電極と、
運動センサ、患者入力、前記刺激電極及び過電圧／電流監視回路のうちの一つ以上からの信号を受け取るコントローラーと、を備え、
前記複数の刺激プロンプトが、複数の刺激チャンネルを用いて生成され、各刺激チャンネルが、キュークロックと関連しており、
前記複数の刺激プロンプトが、前記患者の歩行と同期しておらず、
前記複数の刺激チャンネルの各々が、前記複数の刺激点のうちの一つで刺激電極と関連している、
システム。
【請求項９６】
前記複数の皮膚刺激電極が、各脚上の運動点付近に配置されている、請求項９５に記載のシステム。
【請求項９７】
前記刺激プロンプトが、各脚の前記前頚骨筋、腓腹筋及び大腿直筋の運動点付近で生成される、請求項９５に記載のシステム。
【請求項９８】
前記複数の皮膚刺激電極が、前記右脚上の前記前頚骨筋付近、前記右脚上の前記腓腹筋付近、前記左脚上の前記前頚骨筋付近、前記左脚の前記腓腹筋付近、前記右脚の前記大腿直筋付近及び前記左脚の前記大腿直筋付近の刺激点に配置されている、請求項９５に記載のシステム。
【請求項９９】
動作疾患の治療用の動作タイミングスティミュレーターシステムであって、
時間間隔を置いた刺激プロンプトのための運動点付近における刺激点に配置した複数の皮膚刺激電極であって、前記刺激プロンプトが、前記患者の腕振りを改善するために順次加えられるものである、電極と、
運動センサ、患者入力、前記刺激電極及び過電圧／電流監視回路のうちの一つ以上からの信号を受け取るコントローラーと、を備え、
前記複数の刺激プロンプトが、複数の刺激チャンネルを用いて生成され、各刺激チャンネルが、キュークロックと関連しており、
前記複数の刺激プロンプトが、前記患者の歩行と同期しておらず、
前記複数の刺激チャンネルの各々が、前記複数の刺激点のうちの一つで刺激電極と関連している、
システム。
【請求項１００】
前記複数の皮膚刺激電極が、腕上の運動点付近に配置されている、請求項９９に記載のシステム。
【請求項１０１】
前記刺激プロンプトが、一方の腕上の三頭筋及び腕橈骨筋の運動点付近に生成される、請求項９９に記載のシステム。
【請求項１０２】
前記刺激プロンプトが、関連肩の前方三角筋及び後方三角筋の運動点付近にさらに生成される、請求項１０１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連技術】
【０００１】
本出願は、同時係属仮出願第６０／４２０，７６９号（‘７６９出願）（出願日２００２年１０月２４日）に関連し、その出願日の利益を主張するものである。‘７６９出願は、引用することにより本明細書の内容とする。
【０００２】
本出願は、同時係属米国出願第０９／６５９，３５１号（‘３５１出願）（発明の名称：Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｒｅｌｉｅｆ  ｏｆ  Ｓｙｍｐｔｏｍｓ  ｏｆ  Ｎｅｕｒｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｄｉｓｏｒｄｅｒｓ（神経障害の症状を軽減するための適応刺激装置）；出願日２０００年９月１２日）及び米国出願第１０／００５，４５８（‘４５８出願）（発明の名称：Ｍｏｖｅｍｅｎｔ  Ｔｉｍｉｎｇ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒ（運動タイミング刺激装置）；出願日２００１年１１月２日)に関連している。‘３５１出願及び‘４５８出願は、引用することにより本明細書の内容とする。
【技術分野】
【０００３】
本発明は、運動障害の治療用システム及び方法に関する。特に、本発明は、パーキンソン病の症状を軽減するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
運動障害は、一つ以上の筋肉又は筋肉群を含む神経障害である。運動障害には、パーキンソン病、ハンチントン舞踏病、進行性核上性麻痺、ウィルソン病、ツレット症候群、てんかん並びに種々の慢性の震え、チック及び失調症などがある。異なる臨床的に観察される運動障害は、脳の同一又は類似の領域に帰着する。
【０００５】
パーキンソン病（ＰＤ）は、年齢が５０歳を超える人々の約１％に影響を及ぼし、年齢が７０歳を超える人々の約２．５％以下に影響を及ぼす神経変性障害である。この疾患の特徴は、運動上のものであり、安静時の震え、硬直及び運動不能症／運動緩慢（それぞれ、運動を開始できないこと、及び運動が緩慢であること）並びに姿勢の不安定がある。これらの特徴により、歩行及び姿勢の乱れが生じて、ウォーキング、料理、食べること、個人衛生及び運動等の日常的な仕事中に行動障害を引き起こす。
【０００６】
ＰＤにおける異常歩行は、開始時のためらい、フリージング、加速歩行、ストライド長さの減少及び活動の低下によって特徴付けられる。好ましい歩行速度は、対照と比較して、ＰＤ患者では、はるかに遅い。この欠損は、ストライドの長さの減少により説明できる（Ｍｏｒｒｉｓ等、１９９４年）。
【０００７】
ＰＤは、黒質緻密部（ＳＮｐｃ）のニューロンを産生するドーパミンの選択的神経変性から生じる運動機能障害により特徴付けられる。したがって、主な治療は、レボドパ及びドーパミン作動薬等のドーパミンを置き換える薬理学的介入などである。症状が医薬品ではもはや効果的に治療できないときに、淡蒼球切開術又は脳深部電気刺激法（ＤＢＳ）等の外科的介入が用いられてきた。興味深いことに、姿勢の不安定は、一つの小さな（ｎ＝６）研究ではＤＢＳで改善したのに対して、不安定性は、レボドパにより悪化した（Ｒｏｃｃｈｉ等、２００２年）。
【０００８】
ＰＤについての治療が主に薬理的であるのに対して、ＰＤにおける基底核機能不全についての研究により、運動症状、とりわけ運動性行為の開始及びタイミングに関連した症状の治療について、身体のリハビリ法が開発された（Ｌａｎｓｅｋ、１９９９年）。例えば、ＰＤの一つの注目すべき特徴が、運動不能及び運動緩慢に関連した欠損は、刺激開始運動とは異なり、自己開始動作中により顕著になることである。ＰＤ患者が、正しい外部間隔キューで正常に動くことができる場合の「矛盾運動」の一般的なシナリオに、疾患が進行したＰＤ患者であっても、正常の運動ができる可能性があることを示す実証的証拠がある（Ｇｌｉｃｋｓｔｅｉｎ＆Ｓｔｅｉｎ、１９９１年）。
【０００９】
聴覚キューが、理学療法及び在宅歩行訓練について用いられうまくいった（Ｆｒｅｅｄｌａｎｄ等、２００２年；Ｅｎｚｅｎｓｂｅｒｇｅｒ等，１９９７年；Ｍｏｒｒｉｓ等、１９９４年；Ｔｈａｕｔ等，１９９６年；Ｍａｒｃｈｅｓｅ等，２０００年）。興味深いことに、０．６２５ヘルツの周期的パターンが最も効果的であった。視覚的及び電気的皮膚キューも、歩行を改善するため、及び運動を開始するために用いられた（Ｍｏｒｒｉｓ等、１９９４年；Ｂｕｒｌｅｉｇｈ−Ｊａｃｏｂｓ等，１９９７年）。患者は、しばしば外部からの視角及び聴覚キューを用いて症状を軽減している。これらには、介護者により与えられる口頭での指示、メトロノームからの聴覚キュー、レーザーポインター又はフロアタイルパターンからの視角キュー、又はマスキングテープを等間隔で配置して視角ターゲットとしての役割を果たしてストライドを大きくすることなどがある。しかしながら、これらの非薬理学的な領域は、まだ未発達の状態にある。理学療法及びＰＤ患者による他の適応「トリック」にもかかわらず、薬理学的（さらには、神経外科的）治療法を補完する科学的根拠に基づいた理学療法のシステム開発が極めて必要とされている（Ｈｉｌｄｉｃｋ−Ｓｍｉｔｈ、１９９９年）。
【００１０】
姿勢の安定性は、ＰＤにおいて、異常な姿勢の揺れ、外部摂動に反応しての補償力生成の減少、及びより高い緊張性ＥＭＧバックグラウンド活性により低下する。レボドパによる治療は、中外側方向において実際に姿勢の揺れを増加することが示された（Ｒｏｃｃｈｉ等、２００２年）。姿勢の揺れに及ぼすこの影響及びしたがって、姿勢の不安定性は、抗パーキンソン病治療の臨床的評価においては、通常検出されないことがある。これは、この方向での姿勢の安定性は、ＰＤにおける運動欠損を評価するための認められている臨床スケールであるＵｎｉｆｉｅｄ  Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ  Ｄｉｓｅａｓｅ  Ｒａｔｉｎｇ  Ｓｃａｌｅ（米国パーキンソン病評価スケール）（ＵＰＤＲＳ）（Ｆａｈｎ＆Ｅｌｔｏｎ、１９８７年）では評価されないからである。ＰＤ患者は、大きな振幅並進摂動を補償するための適当な力を出すことができない。これらの欠損は、拮抗筋の不適切なバースティング及び緊張性バックグラウンド活動の増加も伴う（Ｈｏｒａｋ等、１９９６年）。
【００１１】
姿勢の不安定性及び歩行異常は、過度の伸張反射によっても影響されることがある。ＰＤ患者は、外部変異に対する受動的及び意志による反応の両方に対して中枢介在過度潜伏伸張反射を示す（Ｌｅｅ＆Ｔａｔｔｏｎ、１９７５年；Ｊｏｈｎｓｏｎ等、１９９１年）。この異常反射は、アンタゴニストを容易にしながらアゴニストの作用を切り捨てることによりストライドの長さと力の生成を減少させる役割を有することが示唆された。
【００１２】
さらに、脳磁気図記録（ＭＥＧ）分析により、ＰＤ皮質に連続的に存在する震え周波数及び二重震え周波数で皮質振動があることが判明した（Ｖｏｌｋｍａｎｎ等、１９９６年；Ｌｌｉｎａｓ等、１９９９年；Ｔｉｍｍｅｒｍａｎ等、２００３年）。これらの振動は、それら自体は必ずしも臨床試験では安静時震えとして示されるのではなく、それらが、運動をこれらの振動の側頭ウインドウ内でシンクロナイズ及びフィットさせることにより動作緩慢において役割を果たすことが示唆された。このように、大きな振幅エクスカーションは、動き及び力の発生の次の震えサイクル限定範囲の開始時で切り捨てられる。また、これらの振動は、安静スタンスＥＭＧに見られるバースティングの原因ともなることがある。
【００１３】
習慣作用は、知覚された刺激強度の減少を生じる通常の経皮刺激の問題となることがしばしばある。この習慣作用を最小限とするのに使用される通常の方法には、二相刺激パルス及びパルスの振幅変調などがある。振幅変調により、強度を変化させると思われるパルスが得られる。すなわち、ＣＮＳは、この強度の変化に携わり続ける。パルス繰返し率の低下（パルス間隔の増加）も、習慣作用に対する感受性を減少させる。通常の経皮刺激間隔は、典型的には５〜１０ミリ秒である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記した理由、本明細書を読み且つ理解することにより当業者には明らかとなるであろう以下で述べる他の理由から、当該技術分野においては、神経運動障害を患っている患者の症状を軽減する方法の改善が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
神経運動障害の症状の治療についての上記した問題及び他の問題は、本発明の実施態様により解決され、且つ以下の本明細書の記載を読み且つ検討することにより理解されるであろう。
【００１６】
本発明によれば、患者の歩行を改善する方法が提供される。この方法は、複数の刺激チャンネルを用いて、複数の刺激点で、複数の刺激プロンプトを生成する工程と、前記複数の刺激プロンプトを、時間間隔を設けて、前記複数の刺激点にわたって加える工程と、関連する脚上の前記複数の刺激チャンネルの一つがアクティブであるときにはいつでもリターン電極をアクティブにする工程とを含む。複数の刺激点は、各脚上に対称に位置させる。複数の刺激プロンプトは、患者の歩行とは同期させない。複数の刺激チャンネルの各々は、複数の刺激点の一つの刺激電極と関連している。
【００１７】
また、本発明によれば、個人についての姿勢の不安定を軽減する方法が提供される。この方法は、複数の刺激チャンネルを用いて、複数の刺激点で、複数の刺激プロンプトを生成するが、前記複数の刺激プロンプトを、時間間隔を設けて、前記複数の刺激点にわたって加えることと、関連する脚上の前記複数の刺激チャンネルの一つがアクティブであるときにはいつでもリターン電極をアクティブにすることとを含む。複数の刺激点は、両脚に対称に位置させる。複数の刺激チャンネルの各々を、複数の刺激点の一つの刺激電極と関連している。前記複数の刺激点が複数の筋肉と関連しており、前記複数の筋肉の収縮が対応する刺激プロンプトとは一致していない。
【００１８】
また、本発明によれば、腕振りを改善する方法が提供される。この方法は、複数の刺激チャンネルを用いて、複数の刺激点で、複数の刺激プロンプトを生成することと、前記複数の刺激プロンプトを、時間間隔を設けて、前記複数の刺激点にわたって加えることと、前記複数の刺激チャンネルの一つがアクティブであるときにはいつでもリターン電極をアクティブにすることとを含む。複数の刺激点を、腕振りを促すように位置させる。複数の刺激プロンプトは、腕振りとは同期させない。複数の刺激チャンネルの各々を、複数の刺激点の一つの刺激電極と関連させる。
【００１９】
また、本発明によれば、パーキンソン病の症状の治療のための運動タイミング刺激システムが提供される。このシステムは、患者の一つ以上の動作パラメータを検出するようになっている一つ以上の運動センサと、コントロールパネルと、複数のカスタマイズされたパラメータ設定メニューと、過電圧／電流監視回路とを備えている。このシステムは、さらに前記一つ以上の運動センサ、コントロールパネル、カスタマイズされたパラメータ設定メニュー、監視回路から信号を受け取り、症状の所望の治療のために刺激プロンプトを必要とするときを決定する、コントローラーと、時間間隔を置いた刺激プロンプトのための運動点の付近に配置された複数の皮膚刺激電極であって、前記刺激プロンプトを、症状の所望の治療に基づいて順次加える電極を備えている。前記複数の刺激プロンプトは、複数の刺激チャンネルを用いて生成し、各刺激チャンネルが、キュークロックと関連している。前記刺激プロンプトを、患者の動作とは同期させない。このシステムは、さらに前記複数の刺激電極の各々に連結した少なくとも一つのリターン電極を備えている。
【００２０】
また、本発明によれば、運動障害を患っている個人の震えを減少させる方法が提供される。この方法は、複数の刺激チャンネルを用いて複数の刺激点で複数の刺激プロンプトを生成することと、前記複数の刺激プロンプトを時間間隔を設けて、前記複数の刺激点にわたって加えることと、前記複数の刺激チャンネルの一つがアクティブであるときにはいつでもリターン電極をアクティブにすることとを含む。前記複数の刺激点は、腕の震えを減少するように位置させる。前記複数の刺激プロンプトを、前記震えとは同期させない。前記複数の刺激チャンネルの各々が、前記複数の刺激点の一つで刺激電極と関連させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下の詳細な説明において、これに関する一部分を構成し、且つ本発明を実施できる具体的実施態様を示している添付図面を参照する。これらの実施態様は、当業者が本発明を実施するのに十分な程度に詳細に記載されており、他実施態様も利用でき、且つ論理的、機械的及び電気的な変更は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなくおこなうことができる。したがって、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。
【００２２】
本発明によるパーキンソン病（ＰＤ）における動作緩慢及び震えを軽減するための非侵襲性システムが開示される。このシステムでは、ＰＤにおける運動を容易とするために、多チャンネル電気的又は機械的刺激プロンプトが使用される。一実施態様によれば、このシステムは、ロバスト設定可能パラメータを有する刺激装置と有効な適用方法から構成されている。一実施態様によれば、刺激プロンプトは、パーキンソン病の症状を軽減することが示された、実験から得られたタイミングパターンである。従来のシステム（Ｐｒｏｃｈａｚｋａ特許５，５６２，７０７）とは異なり、刺激は、筋肉を収縮させるものではなく、運動とは同期させない。
【００２３】
本発明の実施態様によれば、障害のある自己受容を補償するための外部増強知覚の論理的手法が提供される。一実施態様によれば、皮膚電気刺激を、運動障害のためのプロンプトとして使用する。周期的に外部刺激プロンプトを加えることにより、ほぼ正常な運動を回復しやすくなる。本発明の実施態様によれば、胴、手足及び四肢に静的又は適応皮膚電気的又は機械的刺激を加えることによる、ＰＤの症状を軽減する方法及びシステムが提供される。一実施態様によれば、この療法は、筋紡錘求心神経並びに皮膚及び皮下動き受容器又は求心神経の刺激により自己受容に影響する。一実施態様によれば、ゴルジ腱及び筋紡錘求心神経の電気的刺激が、刺激された筋肉の伸張反射に影響し、且つ逆支配を介して、伸張ユニットの紡錘運動ドライブに影響する。
【００２４】
一実施態様によれば、皮膚刺激は、視角又は聴覚キュー(visual or auditory cues)に類似した運動キュー(movement cue)としての役割を果たす。ある実施態様によれば、また、これにより、筋紡錘求心神経及び神経間を介して伸張ユニットの剛さを減少するとともに、中枢神経系を介して筋肉の収縮が容易になる。逆神経間を介してアンタゴニストを阻害しながら主動筋収縮を容易にすることにより、刺激により、筋肉伸張反射がより正常となる。手足上の刺激点に対して電極又はトランスデューサにより時間間隔をおいて刺激を加えることにより、患者に対して、運動を開始し且つ調節するのに使用されるパターンが与えられる。ある実施態様によれば、キューと同期するのではなく、患者は、このパターンを使用して個々に合わせたタイミングを得ることができる。
【００２５】
本発明の実施態様によれば、複数の刺激点に知覚刺激プロンプトを局部的に加えることにより、動作緩慢、硬直、震え、姿勢の不安定などのＰＤ症状の軽減がなされる。また、本発明の実施態様によれば、神経障害のための介入としての治療も提供される。
【００２６】
図1は、本発明の教示による、１００で概略示した運動タイミングスティミュレーター（ＭＴＳ）システムの一実施態様のブロック図である。一実施態様によれば、運動タイミングスティミュレーターシステム１００は、バッテリ−で動くようになっている。システム１００は、一つ以上のセンサ１０７からデータを受け取るコントローラ１０８を備えている。一実施態様によれば、センサ１０７は、運動センサー、例えば、三軸加速計等である。一実施態様によれば、センサ１０７は、患者の一つ以上の運動パラメータ、運動の欠如、加速、減速等を検出するようになっている。別の実施態様によれば、センサ１０７は、同時係属米国出願第０９／６５９，３５１（‘３５１出願）（発明の名称：Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｒｅｌｉｅｆ  ｏｆ  Ｓｙｍｐｔｏｍｓ  ｏｆ  Ｎｅｕｒｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｄｉｓｏｒｄｅｒｓ（神経疾患の症状を軽減するための適応刺激装置）；出願日２０００年９月１２日）に記載されているようなものである。別の実施態様によれば、センサ１０７は、同時係属米国出願第１０／００５，４５８（‘４５８出願）（発明の名称：Ｍｏｖｅｍｅｎｔ  Ｔｉｍｉｎｇ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒ（運動タイミング刺激装置）；出願日２００１年１１月２日）に記載されているようなものである。一実施態様によれば、ＭＴＳ１００は、‘４５８出願に記載されているようなものである。別の実施態様によれば、ＭＴＳ１００は、‘３５１出願に記載されているようなものである。
【００２７】
コントローラー１０８は、ＭＴＳシステム１００の中央コントロール要素である。一実施態様によれば、コントローラー１０８は、低電力マイクロコントローラーである。別の実施態様によれば、コントローラー１０８は、筋電計１０５からのデータを受け取る。別の実施態様によれば、コントローラー１０８は、一つ以上の運動センサ１０７と筋電計１０５の両方からデータを受け取る。コントローラー１０８は、データを使用して刺激パルスセレクタ１１８及び刺激電圧／電流発生器１２２を制御して刺激電極及び/又はスティミュレーター１２０に送信する信号を生成する。一実施態様によれば、電極１２０は、一つ以上の刺激電極とリターン電極を備えている。一実施態様によれば、刺激電極が、電気的スティミュレーター、機械的スティミュレーター及び/又は音響スティミュレーターの一つ以上であり、複数の刺激チャンネルを用いて複数の刺激点で複数の刺激プロンプトが得られる。一実施態様によれば、コントローラー１０８は、刺激電極電流及び各刺激パルスについての印加電圧を監視する。一実施態様によれば、コントローラー１０８は、電力を監視して電極出力密度がＦＤＡ仕様書（ＦＤＡ、１９９９年）を確実に超えないようにする。
【００２８】
動作中、刺激電極１２０を介して電流をかけることにより、刺激が得られる。別の実施態様によれば、刺激電極１２０により生成された圧力波により刺激が得られる。一実施態様によれば、刺激電極１２０は、機械的バイブレータ又は音響トランスデューサである。一実施態様によれば、刺激プロンプトについての電流は、約１０ミリアンペアである。
【００２９】
動作中、コントローラー１０８は、刺激プロンプトに使用される刺激波形についての基本タイミングを発生する。また、コントローラー１０８は、センサ情報及び/又はオペレータの制御に基づいて、周波数、パルス幅、波形形状、振幅を調整する。電気的刺激については、コントローラー１０８は、刺激電極電圧及び電流も、過電圧／電流監視回路１２４を介して監視して、患者が不快な刺激レベルにさらされるのを防止する。コントローラー１０８は、表示・制御パネル１１６、カスタマイズされたパラメータ設定メニュー１０９、運動センサ１０７、筋電計１０５、同期インターフェース１０３、構成(configuration)制御インターフェース１０６、過電圧／電流監視回路１２４等から受け取った入力信号からの情報を処理する。一実施態様によれば、装置を取り付けている個人は、制御パネル１１６により快適レベルに制御機器を調整できる。他のパラメータは、制御パネル１１６、ラップトップコンピュータ又は携帯情報端末から、構成制御インターフェース１０６を介して調整できる。システム１００に埋め込まれたソフトウエアは、刺激電極１２０により刺激の適応を実施する。動作中、一つ以上の運動センサ１０７が、コントローラー１０８により問い合わせを受け、情報を使用して補償刺激信号を提供する。一実施態様によれば、刺激プロンプトは、一つ以上の機械的又は音響的トランスデューサにより得られる皮膚電気又は振動刺激の形態でよい。別の実施態様によれば、筋電計１０５は、筋電的にＥＭＧにおけるバースティングを検出する。
【００３０】
一実施態様によれば、刺激電圧／電流発生器１２２は、個々の刺激信号を生成する。一実施態様によれば、発生器１２２は、プログラム可能電流制限を用いた一定電圧型である。一実施態様によれば、また、電圧は、コントローラー１０８によっても調整される。動作中、電流制限値を調整することにより、システム１００は、一定電流又は一定電圧ソースとして効果的に使用できる。
【００３１】
動作中、同期インターフェース１０３により、中央クロック同期が得られ、システム１００等の複数のシステムにより協調刺激が可能となる。一実施態様によれば、各刺激サイクルの開始時に、低振幅パルスの短高周波数バーストを、刺激電極１２０を介してかける。一実施態様によれば、このバーストは、各システム１００により復号され、各刺激サイクルについてのスタートマーカーとして使用される。
【００３２】
動作中、構成制御インターフェース１０６は、装置パラメータの制御を可能とする外部コンピュータインターフェースである。一実施態様によれば、構成制御インターフェース１０６を、有線、赤外又はワイヤレスリンクの一つとして実行する。
【００３３】
一実施態様によれば、刺激パルスセレクタ１１８は、各刺激チャンネルに対して刺激パルスを時分割多重化する。他の送信法を、時分割多重化の代わりに使用できる。
【００３４】
刺激チャンネルは、刺激チャンネルについて刺激出力又はリターンとして選択できる。したがって、数多くの刺激チャンネルは、共通リターンチャンネルを共有してもよいし、刺激チャンネルを対にしてもよい。パルスは、正又は負のゴーイングパルスとして通過させることができる。したがって、単相又は交互位相及び二位相波形が、支持される。刺激信号は、非重複パルスとして位相整合されて、電気刺激を使用するときに刺激電極間の電流の望ましくないクロスカップリングを防止する。
【００３５】
動作中、一実施態様によれば、リターン電極の表面積は、一定の刺激チャンネル電極の面積の約３倍である。これにより、刺激電極における電流密度が高くなる。したがって、刺激電極部位で感知された刺激は、リターン電極部位よりも大きい。したがって、プロンプトは、刺激電極とリターン電極部位との比較によって感知される。デューティサイクルが、リターン電極についてはるかに高いので、より大きな表面積及び関連する電流密度の減少によっても、皮膚刺激の危険が減少する。
【００３６】
表１に、システム１００について、多数の振幅及び電流プログラム可能パラメータと、それらの機能の詳細をまとめて示す。
【００３７】
【表１】
2006503658.tif 000003
【００３８】
表２に、システム１００について、多数の周波数関連プログラム可能パラメータと、それらの機能の詳細をまとめて示す。
【００３９】
【表２】
2006503658.tif 000004
【００４０】
図２は、図１のシステム１００等の運動タイミング刺激システムについての刺激パルスの一実施態様を示す。一実施態様によれば、図２の波形を、電気刺激システムに適用する。別の実施態様によれば、波形を、圧力刺激システムに適用する。図２は、６チャンネルを示すけれども、説明は、いずれの数のチャンネルを有するシステムについても適用できる。
【００４１】
本実施態様によれば、システム１００等のＭＴＳシステムにより、６つ以下の刺激チャンネルと２つのリターンチャンネルで局所的に適用した電極２２０−１〜２２０−６を介して同期した電気刺激が得られる。一実施態様によれば、一定のパルス間隔Ｔ１で、各チャンネルが順次パルシングする。パルス間隔Ｔ１は、他のチャンネルとは時間がオフセットしているが、各チャンネルについて同じである。一実施態様によれば、パルス幅ＰＷ１は、各チャンネルについて同じである。別の実施態様によれば、パルス幅Ｐ１〜Ｐ６は、独立して各チャンネルごとに調整される。このことは、図３に関して、以下でさらに説明する。動作中、いずれかの一定のチャンネルについて、パルス極性は、図２に示すように、順次パルスの間で交互であってもよい。本実施態様によれば、パルスは、一つおきについて極性が交互になっている。本実施態様によれば、チャンネル１は、パルス間隔Ｔ１中、正のゴーイングパルスから開始し、パルス間隔Ｔ２中、負のゴーイングパルスから開始する。
【００４２】
動作中、一実施態様によれば、全ての刺激チャンネルは、２つの共通リターンチャンネルのうちの一つを使用する。一つの刺激電極２２０−１〜２２０−６及び一つのリターン電極２２０−Ｒは、いずれかの一定の時間でアクティブとなり、これらの電極の間に電流が流れる。一つの刺激電極２２０−１〜２２０−６のみが、いずれかの一定の時間でアクティブであるので、刺激電極２２０−１〜２２０−６間には電流は流れない。一定のチャンネルについて刺激パルスがアクティブでないときには、チャンネルが、高インピーダンス状態で変動する。パルス間で、全てのチャンネルは、共通電圧無効基準点に関連している。
【００４３】
図３は、本発明の教示による二位相刺激パルスの一実施態様を示す。一実施態様によれば、図３の波形を、電気刺激システムに適用する。別の実施態様によれば、波形を、圧力刺激システムに適用する。図３は、６チャンネルを示すが、説明は、いずれの数のチャンネルのシステム、及び図１のシステム１００等の運動タイミング刺激システムによる刺激についての波形にも適用できる。
【００４４】
一実施態様によれば、システム１００等のＭＴＳシステムにより、６つ以下の刺激チャンネルと２つのリターンチャンネルで局所的に適用した電極を介して同期した電気刺激が得られる。一定のパルス間隔Ｑ１で、各チャンネルが順次パルシングする。パルス間隔Ｑ１は、他のチャンネルとは時間がオフセットしているが、各チャンネルについて同じである。一実施態様によれば、パルス幅ＰＷ２は、各チャンネルについて同じである。別の実施態様によれば、パルス幅Ｐ−１〜Ｐ−６は、独立して各チャンネルごとに調整される。別の実施態様によれば、パルス幅Ｐ−１〜Ｐ−６が、各チャンネルごとに独立して調整される。本実施態様によれば、二位相刺激パルスは、パルス幅Ｐ１について負のゴーイングパルスを発生し、一つのパルス間隔Ｑ１内でのパルス幅Ｐ２についてパルス間遅延後に正のゴーイングパルスを発生する。本実施態様によれば、パルス間遅延は、１００＋マイクロ秒である。第一パルスは、負ゴーイングであり、脱分極を容易にする。第二パルスにより、荷電平衡がなされる。
【００４５】
動作中、図２に示す実施態様と図３に示す実施態様の両方において、全てのパルス幅Ｐ−１〜Ｐ−６が、各チャンネルごとに独立して調整できる。パルス幅デルタＰｄｘは、各チャンネルごとに規定でき、得られるパルス幅は、Ｐ１＝Ｐｗ＋Ｐｄ１となる。
【００４６】
動作中、一実施態様によれば、全ての刺激チャンネルは、２つの共通リターンチャンネルのうちの一つを使用する。一つの刺激電極３２０−１〜３２０−６及び一つのリターン電極３２０−Ｒは、いずれかの一定の時間でアクティブとなり、これらの電極の間に電流が流れる。一つの刺激電極３２０−１〜３２０−６のみが、いずれかの一定の時間でアクティブであるので、刺激電極３２０−１〜３２０−６間には電流は流れない。一定のチャンネルについて刺激パルスがアクティブでないときには、チャンネルが、高インピーダンス状態で変動する。パルス間で、全てのチャンネルは、共通電圧無効基準点に関連している。
【００４７】
別の実施態様によれば、単相モードを選択して、連続したパルスについて、パルスが同じ極性であるようにしてもよい。
【００４８】
全てのパルス型について、一実施態様によれば、バーストカウントを選択して、各サイクルごとに、一定のチャンネルについて複数のパルスを生じるようにしてもよい。各チャンネルについてのパルスが、時分割多重化されているので、各チャンネルについて、バーストカウント数のパルスが生じるまで、通常の時分割配列が続く。約１００マイクロ秒で、連続するチャンネルについてパルスが分離される。６チャンネルについてのバーストレートを、非二位相パルスについて１／（正味チャンネルパルス幅の合計＋６００マイクロ秒）として算出する。二位相パルスについては、さらなる１００マイクロ秒が、位相間に現れ、バーストレートは、１／（２＊正味チャンネルパルス幅の合計＋１２００マイクロ秒）として計算される。
【００４９】
一定の刺激電極についてのリターン電極についての部位の選択は、胴を通って電流が流れるのを最小とする方法を用いて決定される。一例として、３つの刺激電極を各脚上に配置する場合、一実施態様によれば、個々のリターン電極を、各脚上に配置して、同側の刺激電極についてのリターンとして役割を果たさせる。ある状況では、共通リターン電極をリターン電流パスとして使用しないことが望ましいことがある。これは、電極を、胴を通って電流が流れることがある胸領域付近に配置する場合である。この状況を避けるために、チャンネル１／２、３／４、５／６及びリターン電極１／リターン電極２を、対で構成して、チャンネル２、４、６及びリターン電極２が、それぞれのリターン電極となるようにしてもよい。この構成のバリエーションも支持され、それにより低い番号が付けられたチャンネルが共通リターンを使用し、一方、より高い番号が付けられたチャンネルがペアワイズに刺激する。
【００５０】
一実施態様によれば、キュークロック(cue clocks)として称されているゲートクロックは、図４に示すように実行される。キュークロック「Ａ」及び「Ｂ」は、キュー間隔Ｃ１の間アクティブである。キュークロック「Ｑ１」〜「Ｑ４」は、キュー間隔の半分の間、アクティブである。キュー遅延Ｄ１は、キュークロック「Ａ」のアクティブ位相とキュークロック「Ｂ」のアクティブ位相との間の時間である。
【００５１】
図２及び図３に示す各刺激チャンネルは、個々にキュークロックと関連させることができる。次に、図２に示す刺激パルスは、図４に示すマップキュークロックがアクティブであるときにのみアクティブである。チャンネル１／２、３／４及び５／６がペアワイズモードであるときには、キュークロックの選択は、それらが、それぞれチャンネル１、３及び５に従属しているのでチャンネル２、４及び６については無効とされる。一実施態様によれば、キュークロックの分解能が、キュークロック「Ｖ１」〜「Ｖ８」により高まる。キュークロック「Ｖ１」〜「Ｖ８」は、各「Ａ」及び「Ｂ」キュー間隔の第４の間アクティブである。したがって、「Ｖ」クロックは、「Ｑ」クロックの半分である。
【００５２】
複数の変調スキームが、有効性を改善するために適用できる。一つの振幅変調スキームによれば、振幅は、変調間隔で０から振幅制御設定まで直線的に増加させる。別の振幅変調スキームによれば、連続した変調間隔で、振幅が、振幅設定と振幅設定の半分との間で交互である。一実施態様によれば、これらの振幅変調スキームにより、習慣性が減少する。
【００５３】
図１に関して記載したＭＴＳ１００等のＭＴＳシステムの設計及び適用に固有なものに、異なる電極のフェイズドアクティベーションから生じる有効振幅変調がある。一定の電極が、せいぜい各サイクルにおける単一のプロンプト間隔についてイネーブルされるので、その電極についてのプロンプトデューティサイクルは、キュークロック周期の５０％未満である。したがって、キュー間隔０．４秒及びキュー遅延０．２秒については、一定のキューが、総合１．２秒キュークロック周期の０．４秒の間アクティブであり、０．８秒の間アクティブでない。これは、有効な振幅変調である。
【００５４】
ＭＴＳキューイング刺激周期が典型的には１２〜２０ミリ秒であり、これに対して通常の経皮刺激については５〜１０ミリ秒であるので、ＭＴＳは、習慣性を受けにくい。
【００５５】
刺激パルス間隔を周波数変調することを使用して、習慣性を減少させることもできる。パラメータ選択可能間隔及び範囲にわたって図２に示す周期Ｔ１を直線的に変更することにより、刺激周波数が変化する。また、範囲は、パラメータ選択を介して直線的に変化するのに対してランダムであることもできる。
【００５６】
マルチデバイス同期化
手足にわたって電極を配線するのをなくすために、複数のＭＴＳユニットを、各々が足首又は手首に取り付けるようにすることが望ましい。次に、配線は、スリップオン衣類に入れて、患者又は介護者が適用しやすくすることができる。しかしながら、この機能を提供するには、複数の装置を同期化することができる機構を設けなければならない。
【００５７】
この同期化は、各刺激パルス間隔の開始時に１０のバースト（５〜１０マイクロ秒パルス）を生成して刺激サイクルの開始を示すことによりおこなわれる。各ＭＴＳにおけるディスクリミネータは、この同期化パルスを検出し、刺激サイクルを開始する。バーストは、送信され、アンテナとしての本体を用いて刺激電極を介して受信される。これらのパルスの振幅は、知覚しきい値よりもはるかに低い刺激パルスと比較して極めて低い。同期化パルス間隔は、刺激パルス間隔と比較して極めて短いので、同期化バーストは、刺激パルスから容易に差別化できる。
【００５８】
ＭＴＳは、同期化バーストについてのマスター発生器でよい。ＭＴＳをパワーアップすると、それがディスクリミネータを監視してバーストを検出する。パワーアップ後１秒以内にバーストが検出されない場合には、バーストの発生を開始する。次に、衝突について監視し、衝突が検出される場合にはバーストマスター検出サイクルを再スタートする。
【００５９】
本発明によれば、パーキンソン病における動作緩慢、無運動及びフリージングを軽減するためのシステム及び方法が提供される。一実施態様によれば、刺激パルス間隔１４ミリ秒を、図２及び図３に示すように加える。これは、通常神経筋電気刺激及び機能的電気刺激に使用される４０Ｈｚ周波数よりも顕著に高く、経皮電気神経スティミュレーターで痛みを軽減するのに使用される１００Ｈｚよりも低い。一実施態様によれば、図４に示すようにキュークロック周期（２＊キュー間隔＋２＊キュー遅延）１．２秒が用いられる。これは、通常神経筋電気刺激及び機能的電気刺激について使用される５〜２０秒よりも顕著に低い。組み合わせにおいて、複数の電極によるキュークロック周期と交互パターンは、うまく働いて運動障害を軽減する。
【００６０】
一実施態様によれば、歩行を改善する方法が提供される。電極の設定及び配置の一実施態様を、表３及び表４に示す。
【００６１】
【表３】
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【表４】
2006503658.tif 000006
【００６２】
本実施態様によれば、電極を、両脚の運動点付近における刺激点上に配置する。これを、図５ａ及び図５ｂに示す。一実施態様によれば、パルス間隔１４ミリ秒をパルス幅４００マイクロ秒とともに使用する。他の実施態様によれば、パルス幅を調整して、快適なレベルの刺激が得られるようにする。チャンネル１をキュークロック「Ａ」にマッピングし、電極を、右脚の前脛骨に適用する。チャンネル２を、キュークロック「Ｑ４」にマッピングし、電極を、右脚上の腓腹筋に適用する。チャンネル３をキュークロック「Ｂ」にマッピングし、電極を、左脚の前脛骨に適用する。チャンネル４を、キュークロック「Ｑ２」にマッピングし、電極を、左脚上の腓腹筋に適用する。「Ｖ２」クロック間隔をチャンネル５に割り当て、電極を右脚上の大腿直筋に適用する。「Ｖ６」クロック間隔をチャンネル６に割り当て、電極を左脚上の大腿直筋に適用する。
【００６３】
本実施態様によれば、キュー間隔０．４秒は、刺激を、刺激チャンネル２及び４に構成したそれぞれ「Ａ」又は「Ｂ」クロック位相についた適用される時間量を表す。０．２秒キュー遅延は、キュークロック「Ａ」と「Ｂ」との間及びキュークロック「Ｂ」と「Ａ」との間の時間量を表す。以下の式を用いてキュークロック周期を求める。
【００６４】
キュークロック周期＝２＊キュー間隔＋２＊キュー遅延＝２（０．２）＋２（０．４）＝１．２秒
【００６５】
チャンネル５に割り当てられた「Ｖ２」クロック間隔は、キュークロック「Ａ」の１／４の間アクティブであり、間隔が０．１秒となる。チャンネル１は、キュークロック「Ａ」間隔全体０．４秒についてアクティブである。チャンネル３、４及び６により、左脚に対して対称刺激が与えられ、キュークロックは右脚と反対に選択する。
【００６６】
本実施態様によれば、各々表面積が約２．３６平方インチである刺激電極を、両脚上に配置する。リターン電極を、各足上に配置する。各リターン電極の表面積は、約８平方インチである。一実施態様によれば、リターン電極を、各足の上に配置する。リターン電極は、関連する脚上の刺激チャンネルがアクティブであるときにはいつでもアクティブである。これにより、胴を通って流れる電流が減少し、対称リターンパスが得られる。
【００６７】
キュークロック構成により、異なる筋肉に対する順次刺激プロンプトが可能となる。筋肉の収縮は、機能的電気刺激にみられるような刺激プロンプトとは一致しない。キューは、収縮を誘発するための運動しきい値を満たすのには振幅が不十分であり、融合収縮を容易にするには不十分な持続期間である。機能的電気刺激の場合とは異なり、患者は、キューと同期しようとしないときによりよく機能する。歩行の改善の場合、患者は、疲労しにくい。評価中、患者から、ＭＴＳを使用したときに、疲労がより少ないとの報告があった。これは、主動筋の中枢神経系（ＣＮＳ）制御融合収縮の結果であり、ＰＤにおいて観察される不規則な運動に対してより均一な運動を生じる。均一な運動では、エネルギーがより少なくてすむ。また、これは、筋肉が早く疲労するＦＥＳに対するカウンターでもある。ＦＥＳは、最初に早く疲労する筋肉繊維の収縮を容易にする。このことは、正常ＣＮＳ制御筋収縮の場合であるような緩慢疲労筋繊維の正常な回復に反している。
【００６８】
一実施態様によれば、バランスの改善方法が提供される。一実施態様によれば、バランスは、上記の表３及び４並びに図５に記載したような歩行の改善に使用される構成を使用することにより改善される。一実施態様によれば、これらのパラメータは、円形において回転する等の交互に作用させるのに最もよく働く。
【００６９】
別の実施態様によれば、椅子から立ち上がったり、リーチング等の対称の収縮が必要であることのバランスを改善する方法が提供される。電極の設定及び配置を、表５及び６に示す。
【００７０】
【表５】
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【表６】
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【００７１】
一実施態様によれば、腕動作緩慢を軽減する方法が提供される。腕振り機能障害は、パーキンソン病に共通の障害であり、電極の配置法は、予測される腕振りの改善に焦点が合わされている。一実施態様によれば、電極配置により、ひじの曲げ及び肩の腕振りが促される。電極の設定及び配置の一実施態様を、表７及び表８に示す。
【００７２】
【表７】
2006503658.tif 000009
【表８】
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【００７３】
図６（ａ）は、ひじ屈曲及び伸張を促すための、２つの電極Ａ及びＢを備えた腕動作緩慢を軽減するための電極配置の一実施態様を示す。腕振りは、刺激プロンプトとは同期していない。一実施態様によれば、電極を、腕の運動点付近の刺激点上に配置する。これを、図６（ａ）に示す。
【００７４】
図６（ｂ）は、ひじ屈曲及び伸張並びに肩での腕振りを促すための、４つの電極を備えた腕動作緩慢を軽減するための電極配置の一実施態様を示す。一つの電極は、キュークロック「Ｂ」と関連しており、三頭筋に適用して、ひじを伸張して腕を後ろに振るのを促す。別の電極は、キュークロック「Ａ」と関連しており、腕橈骨筋に適用して、ひじを屈曲して腕を前方に振るのを容易にするのを促す。キュークロックＡと関連した２つの電極のうちの一つと、キュークロックＢと関連した別の電極を、それぞれ前三角筋及び後三角筋に適用し、肩の運動を促す。一実施態様によれば、電極を、腕の運動点付近における刺激点に配置する。これを、図６（ｂ）に示す。
【００７５】
配置の方法を、腕振りに関して説明したが、これらの同じ運動が、食べるのに必要とするリーチング、ポインティング及びひじの屈曲にも必要とされる。上記した電極の配置により、一般的に腕の運動が容易となる。
【００７６】
一実施態様によれば、共通リターン電極を、左右の両腕に利用する。一実施態様によれば、共通リターン電極を、肩の上に配置する。肩の上に共通リターン電極を配置することにより、胴を流れる電流を最小限とすることができる。
【００７７】
一実施態様によれば、腕の運動及び手書きを改善する方法が提供される。腕の運動機能障害は、パーキンソン病に共通している。これらの運動は、製図、手書き又は日常生活の活動、例えば、食べることと関連させることができる。腕の運動を改善するための電極の設定及び配置の一実施態様を表９及び表１０に示す。本実施態様によれば、電極配置は、これらの腕の運動を改善することに焦点があてられている。上記したように、一実施態様によれば、腕の運動は、機能的電気刺激の場合であるようなプロンプトとは同期しない。
【００７８】
【表９】
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【表１０】
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【００７９】
図７は、６つの電極４−Ｑ１及び２−Ｑ３を用いて腕運動、例えば、製図、手書き又は他の日常生活の活動を促して、腕の運動を改善するための電極配置の一実施態様を示す。腕の運動は、刺激プロンプトとは同期しない。一実施態様によれば、電極を、腕の運動点付近の刺激点上に配置する。これを、図７に示す。
【００８０】
一実施態様によれば、震えを減少するための電極配置方法が提供される。震えを減少するための電極の設定及び配置の一実施態様を、表１１及び表１２に示す。この方法は、強制的に筋肉を収縮させることはない。動作緩慢法と同様に、刺激プロンプトは、運動又は震えとは同期しない。本実施態様によれば、強度設定は、運動しきい値より下に調整する。パラメータ設定の一実施態様を、表１１に示す。選択されたキューを、「Ｏｎ」で示す。このことは、キュークロック「Ａ」又は「Ｂ」がアクティブであるときにはいつでもキューはアクティブ（Ｏｎ）であることを示している。これにより、有効キュークロック周波数が１．６７Ｈｚとなる。周波数は、パーキンソン病と関連した安静時震えよりも４〜６Ｈｚ未満である。
【００８１】
明確にするために、電極の位置において、複数のチャンネルを使用して表１２に示すような刺激電極をイネーブルにする。全ての刺激電極は同じキュークロックに従属しているので、ひじ下の前腕を包囲する、バーチャル単一刺激電極を実現できる。一実施態様によれば、電極を、腕の運動点付近の刺激点上に配置する。
【００８２】
【表１１】
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【表１２】
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【００８３】
本発明の実施態様により、運動障害、運動緩慢の軽減、オン/オフ変動による症状の軽減、開始時のためらい及びフリージングの軽減等についての薬物療法に対する補助療法が提供される。本発明の実施態様によれば、さらに患者が肉体的歩行訓練に焦点を合わせやすくしたり、運動を容易にしたりすることができる。
【００８４】
本発明の実施態様は、皮膚電気刺激には限定されず、効果のある適用ポイントが判明したら、皮膚の下にスティミュレーターを植えつけて求心神経を刺激することも可能である。一実施態様によれば、スティミュレーターは、ワイヤレスリンクにより制御して、パラメータを調整し、刺激を同期させる。脳深部電気刺激法とは異なり、皮膚の下にスティミュレーターを植えつけて求心神経を刺激することは、侵襲的ではない。したがって、頭蓋感染の脳外科手術に関連する危険、出血又は失明を回避できる。
【００８５】
電気刺激についての一実施態様によれば、運動点付近に適用した電極は、最も効果的な配置であると考えられる。刺激レベルは、刺激により一つ以上の刺激点と関連した筋肉の中枢神経系誘発収縮が容易になるとき、ＰＤ症状の軽減に最も効果的である。
【００８６】
刺激パターン及び波形は、ウォーキング、ライティング又はポインティング等のタスクに基づいて静的に選択できる。また波形は、外部センサからの入力に基づいて修正することもできる。これらのセンサは、促進、重力ベクトルに対する異なる身体部の向き、触覚及び局所フィードバックと関連した圧力を測定するために身体の上に配置できる。
【００８７】
結論
以上、本発明の実施態様を説明した。これらの実施態様により、生物の身体の種々の位置での感知及び刺激をおこなうことにより神経運動障害の症状を軽減するのに役立つ運動タイミングスティミュレーターが提供される。
【００８８】
本明細書において、具体的実施態様を説明し且つ記載したが、当業者には、同じ目的を達成すると考えられるいずれの配置をも具体的実施態様の代わりに用いることができることは明らかであろう。本出願は、本発明のいずれの適応又は変更もカバーしている。例えば、この技術は、主に神経運動障害の症状を軽減するのに開発されたものであるが、他の領域にも適用できる可能性がある。これらには、他の障害、例えば、ハンチントン病の症状の軽減及び神経障害のリハビリ療法などがある。他の用途には、フライトスーツに組み込んで高加速操縦をする航空機搭乗員の場所の失見当を防止すること及び乗り物酔いの症状の軽減などをあげることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の教示による運動タイミング刺激システムの実施態様を示すブロック図である。
【図２】本発明の教示による運動タイミング刺激系用の刺激パルスの一実施態様を示す。
【図３】本発明の教示による運動タイミング刺激系用の二位相刺激パルスの一実施態様を示す。
【図４】本発明の教示による運動タイミングスティミュレーターとともに使用されるキュークロックの一実施態様を示す。
【図５ａ】本発明の教示による歩行を改善するための電極配置の一実施態様を示す。
【図５ｂ】本発明の教示による歩行を改善するための電極配置の一実施態様を示す。
【図６ａ】本発明の教示による腕動作緩慢を軽減するための電極配置の一実施態様を示す。
【図６ｂ】本発明の教示による腕動作緩慢を軽減するための電極配置の一実施態様を示す。
【図７】本発明の教示による腕運動を改善するための電極配置の一実施態様を示す。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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