(57)【要約】両側声帯麻痺の被験者のためのペースメーカーシステムは、被験者の発声筋肉の吸息活性を検出して、第１の信号を生成する検出電極と、この検出電極から第１の信号を受け取って、第２の信号を生成するプロセッサとを含む。第２の信号は第１の信号に実質的に同期する。刺激電極はパルスジェネレータから第２の信号を受け取って、被験者の発声神経を刺激する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両側声帯麻痺の被験者のためのペースメーカーシステムであって、
被験者の発声筋肉の吸息活性を検出して、第１の信号を生成する検出電極と、
前記検出電極から第１の信号を受け取って、この第１の信号に実質的に同期する第２の信号を生成するプロセッサと、
前記プロセッサから第２の信号を受け取って、被験者の発声神経を刺激する刺激電極とを備えるシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記システムが部分的にインプラント可能であるシステム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記システムが全体的にインプラント可能であるシステム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、
被験者の皮膚を通じて前記システムへエネルギを誘導結合するエネルギ結合回路を更に備えるシステム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、
被験者の皮膚を通じて前記システムへエネルギを光学的に結合するエネルギ結合回路を更に備えるシステム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、前記発声筋肉が被験者の舌骨下筋肉を含むシステム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、前記発声筋肉が被験者の気門を含むシステム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムにおいて、前記発声神経が被験者の反回喉頭神経を含むシステム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムにおいて、前記発声神経が被験者の迷走神経を含むシステム。
【請求項１０】
請求項１記載のシステムにおいて、前記プロセッサがパルスジェネレータを含むシステム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電極が二極であるシステム。
【請求項１２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記電極が三極であるシステム。
【請求項１３】
請求項１記載のシステムにおいて、一方の電極が二極であり、もう一方の電極が三極であるシステム。
【請求項１４】
請求項１記載のシステムにおいて、前記プロセッサが、第１の信号が所定のレベルへ達したときを検出して、第２の信号を生成することにより応答するシステム。
【請求項１５】
請求項１記載のシステムにおいて、第２の信号が２相電流パルスであるシステム。
【請求項１６】
請求項１５記載のシステムにおいて、電流パルスが約１ミリ秒ないし２ミリ秒の遅延と、約０．５ｍＡ乃至５．０ｍＡの範囲の振幅を有するシステム。
【請求項１７】
両側声帯自律麻痺の被検者のためのペースメーカーであって、
被検体の発声筋肉の吸息活性を検出して第１の信号を生成する検出電極と、
この検出電極からの第１の信号を受け取って、この第１の信号に実質的に同期する第２の信号を発生するプロセッサと、
このプロセッサから第２の信号を受け取って披検者の発声神経を刺激して、声帯を開放させて吸息を可能にさせるようにする刺激電極とを備えるペースメーカー。
【請求項１８】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、前記ペースメーカーが部分的にインプラント可能であるペースメーカー。
【請求項１９】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、前記ペースメーカーが全体的にインプラント可能であるペースメーカー。
【請求項２０】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、
被験者の皮膚を通じて前記ペースメーカーへエネルギを誘導結合するエネルギ結合回路を更に備えるペースメーカー。
【請求項２１】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、
被験者の皮膚を通じて前記ペースメーカーへエネルギを光学的に結合するエネルギ結合回路を更に備えるペースメーカー。
【請求項２２】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、前記発声筋肉が被験者の舌骨下筋肉を含むペースメーカー。
【請求項２３】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、前記発声筋肉が被験者の気門を含むペースメーカー。
【請求項２４】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、前記発声神経が被験者の反回喉頭神経を含むペースメーカー。
【請求項２５】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、前記発声神経が被験者の迷走神経を含むペースメーカー。
【請求項２６】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、前記プロセッサがパルスジェネレータを含むペースメーカー。
【請求項２７】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、前記電極が二極であるペースメーカー。
【請求項２８】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、前記電極が三極であるペースメーカー。
【請求項２９】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、一方の電極が二極であり、もう一方の電極が三極であるペースメーカー。
【請求項３０】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、前記プロセッサが、第１の信号が所定のレベルへ達したときを検出して、第２の信号を生成することにより応答するペースメーカー。
【請求項３１】
請求項１７記載のペースメーカーにおいて、第２の信号が２相電流パルスであるペースメーカー。
【請求項３２】
請求項３１記載のペースメーカーにおいて、電流パルスが約１ミリ秒ないし２ミリ秒の遅延と、約０．５ｍＡ乃至５．０ｍＡの範囲の振幅を有するペースメーカー。
【請求項３３】
両側声帯自律麻痺の被検者における発声神経を刺激する方法であって、
第１の電極で被検者の発声筋肉の吸息活性を検出して第１の信号を生成する段階と、
第１の信号をプロセッサへ転送し、このプロセッサが第１の信号に実質的に同期する第２の信号を発生する段階と、
第２の電極で第２の信号を受け取って、この第２の電極が第２の信号に従って披検者の発声神経を刺激する段階とを含む方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の方法において、
被検者の皮膚を通じてエネルギを誘導結合するエネルギ結合回路を与えることを更に含む方法。
【請求項３５】
請求項３３記載の方法において、
被検者の皮膚を通じてエネルギを光学的に結合するエネルギ結合回路を与えることを更に含む方法。
【請求項３６】
請求項３３記載の方法において、前記発声筋肉が被験者の舌骨下筋肉を含む方法。
【請求項３７】
請求項３３記載の方法において、前記発声筋肉が被験者の気門を含む方法。
【請求項３８】
請求項３３記載の方法において、前記発声神経が被験者の反回喉頭神経を含む方法。
【請求項３９】
請求項３３記載の方法において、前記発声神経が被験者の迷走神経を含む方法。
【請求項４０】
請求項３３記載の方法において、前記プロセッサがパルスジェネレータを含む方法。
【請求項４１】
請求項３３記載の方法において、前記電極が二極である方法。
【請求項４２】
請求項３３記載の方法において、前記電極が三極である方法。
【請求項４３】
請求項３３記載の方法において、一方の電極が二極であり、もう一方の電極が三極である方法。
【請求項４４】
請求項３３記載の方法において、前記プロセッサが、第１の信号が所定のレベルへ達したときを検出して、第２の信号を生成することにより応答する方法。
【請求項４５】
請求項３３記載の方法において、第２の信号が２相電流パルスである方法。
【請求項４６】
請求項４５記載の方法において、電流パルスが約１ミリ秒ないし２ミリ秒の遅延と、約０．５ｍＡ乃至５．０ｍＡの範囲の振幅を有する方法。
【請求項４７】
被験者の喉頭活性を整調する方法は、
被検者の発声筋肉の電気的活性を検出する段階と、
検出された電気的活性に同期する電気的信号で被検者の発声神経を人工的に刺激する段階とを含む方法。
【請求項４８】
請求項４７記載の方法において、電気的信号により被検者の発声神経を人工的に刺激する段階が、被検者の声帯外転筋の収縮時間に概ね相反する周波数における電気的信号で神経を刺激することを含む方法。
【請求項４９】
請求項４７記載の方法において、電気的信号により被検者の発声神経を人工的に刺激する段階が、被検者の声帯外転筋の収縮時間の相反よりも低い周波数における電気的信号で神経を刺激することを含む方法。
【請求項５０】
請求項４７記載の方法において、前記発声筋肉が被験者の舌骨下筋肉を含む方法。
【請求項５１】
請求項４７記載の方法において、前記発声筋肉が被験者の気門を含む方法。
【請求項５２】
請求項４７記載の方法において、前記発声神経が被験者の反回喉頭神経を含む方法。
【請求項５３】
請求項４７記載の方法において、前記発声神経が被験者の迷走神経を含む方法。
【請求項５４】
被検者の喉頭活性を整調する方法であって、
被検者の発声筋肉の電気的活性を検出する段階と、
検出された電気的活性に同期して被検者の発声神経を吸息中に人工的に刺激して、声帯襞を中間線へ向かって後方に弛緩させる段階とを含む方法。
【請求項５５】
請求項５４記載の方法において、前記発声筋肉が被験者の舌骨下筋肉を含む方法。
【請求項５６】
請求項５４記載の方法において、前記発声筋肉が被験者の気門を含む方法。
【請求項５７】
請求項５４記載の方法において、前記発声神経が被験者の反回喉頭神経を含む方法。
【請求項５８】
請求項５４記載の方法において、前記発声神経が被験者の迷走神経を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、声帯自律麻痺の処置に関し、特に被検者の反回喉頭神経を刺激するデバイス及び方法に関する。
【０００２】
発明の背景
反回神経(recurrent laryngeal nerve:RLN)に対する両側損傷は、深刻な呼吸困難を引き起こし、これは麻痺した声帯により想定される正中傍位置及びそれに起因する呼吸外転筋の損失のためである。喉頭筋肉を刺激する神経繊維の再生は損傷の大きな部分で起きるが、再神経支配された声帯は外転の能力がないので、器官における妨げをなし続ける。
【０００３】
再神経支配された声帯に外転の能力がない１つの理由は、神経支配が誤指向されること（連合運動神経支配として知られる状態）である。連合運動神経支配は、外転筋繊維が内転筋肉に到達して再神経支配するか又はその逆の場合に生じる。従って内転筋肉の収縮が吸息の間に生じると、再神経支配された後部筋肉の吸息性収縮が内転力として無効になる（自律麻痺として知られる状態）。吸息繊維はＲＬＮの神経幹内に不規則に纏められているので、神経繊維の誤指向再生を防止する公知の方法はない。
【０００４】
代替的に、再神経支配された声帯は、再神経支配された運動器(motor units)の数の低減（しばしば筋肉繊維の神経性栄養変化に関係する）、神経伝達障害、又は神経筋接続の成熟不足により、外転の能力がない。
【０００５】
発明の概要
本発明の第１実施形態によれば、両側声帯自律麻痺の被検者のためのペースメーカーシステムであって、被検体の有声化される吸息活性を検出して第１の信号を生成する検出電極と、検出電極から第１の信号を受け取り、第２の信号を生成するプロセッサとを含む。第２の信号は第１の信号と実質的に同期する。システムは、パルスジェネレータから第２の信号を受け取って披検者の発声神経を刺激する刺激電極を更に含む。関連する実施形態によれば、システムは部分的に又は全体的にインプラント可能である。
【０００６】
付加的な関連実施形態によれば、システムはエネルギ結合回路を更に含んでもよく、これは被検者の皮膚を通じてシステムのためのエネルギを誘導結合する。同様にシステムは、被検者の皮膚を通じてシステムのためのエネルギを光学的に誘導結合するエネルギ結合回路を更に含んでもよい。発声筋肉は、被検者の舌骨下筋肉と、横隔膜とのうち何れか一方か或いは両方を含んでもよい。
【０００７】
更なる関連実施形態によれば、プロセッサは、第１の信号が所定のレベルに到達したことを検出して、第２の信号の生成により応答する。付加的に、プロセッサはパルスジェネレータを含む。他の関連実施形態によれば、電極は二極又は三極としてよい。第２の信号は、二相電流パルスとしてもよく、電流パルスは約１ミリ秒ないし２ミリ秒の遅延と、約０．５ｍＡ乃至５．０ｍＡの範囲の振幅を有してもよい。
【０００８】
本発明の他の実施形態において、両側声帯自律麻痺を有する被検者のためのペースメーカーは、被検体の有声化される吸息活性を検出して第１の信号を生成する検出電極を含む。ペースメーカーは、検出電極からの第１の信号を受け取って、この第１の信号に実質的に同期する第２の信号を発生するプロセッサと、このプロセッサから第２の信号を受け取って披検者の発声神経を刺激して、声帯を開放させて吸息を可能にさせるようにする刺激電極とを更に含む。
【０００９】
本発明の更なる実施形態において、両側声帯自律麻痺を有する被検者の発声神経を刺激するための方法は、第１の電極により被検体の有声化される吸息活性を検出すること、及び第１の信号を生成することを含む。第１の信号はプロセッサへ転送され、プロセッサは第２の信号を発生する。第２の信号は実質的に第１の信号と同期し、第２の電極において受信される。第２の電極は第２の信号による被検者の発声神経を刺激する。本発明の関連する実施形態において、この方法は、被検者の皮膚を通じてエネルギを誘導結合するエネルギ結合回路を与えることを更に含む。他の関連実施形態においては、この方法は、被検者の皮膚を通じてエネルギを光学的に結合するエネルギ結合回路を与えることを更に含む。
【００１０】
本発明の他の実施形態において、被検者の喉頭活性を整調する方法は、被検者の発声筋肉の電気的活性を検出すること、及び検出された電気的活性に同期する電気的信号で被検者の発声神経を人工的に刺激することを含む。関連実施形態においては、電気的信号により被検者の発声神経を人工的に刺激することは、被検者の声帯外転筋の収縮時間に概ね相反する周波数における電気的信号で神経を刺激することを含む。本発明の他の関連実施形態においては、電気的信号により被検者の発声神経を人工的に刺激することは、被検者の声帯外転筋の収縮時間の相反よりも低い周波数における電気的信号で神経を刺激することを含む。
【００１１】
本発明の更に他の実施形態においては、被検者の喉頭活性を整調する方法は、被検者の発声筋肉の電気的活性を検出すること、及び検出された電気的活性に同期して被検者の発声神経を吸息中に人工的に刺激して、声帯襞を中間線へ向かって後方に弛緩させることを含む。
【００１２】
本発明の上述した特徴は以下の詳細な説明を添付図面と共に参照することにより一層容易に理解される。
【００１３】
特定実施形態の詳細な説明
本発明のデバイス及び方法による刺激のための基礎原理は、図１に示すように、ＲＬＮ刺激に依存する声帯の周波数依存運動である。このような運動は、外転筋と内転筋との間の収縮時間の差異の結果として生じる。声帯の内転筋、後方輪状破裂(posterior cricoarytenoid:PCA)筋が存在するのみの収縮時間は、外転筋のそれよりも相当に長い。ＲＬＮは、声帯上で働く全ての筋肉（上方喉頭神経(superior laryngeal nerve:SLN)により刺激される輪状破裂（cricoarytenoid:CT）筋を除く）に対する神経繊維を含み、これは全神経上に不規則に分布する。従って、電気的刺激により生成された運動ポテンシャルは常に外転筋と内転筋との両方に到達する。即ち、声門は速い内転に起因して先ず閉止して、次いで開放し、最後に弛緩して声帯の振動を導く。
【００１４】
声帯外転の収縮時間に概ね相反する周波数で刺激されたとき、運動ポテンシャルは、次のパルスが到達するとき内転筋が最後の能動化からちょうど弛緩するときの時刻に筋肉へ到達する（グラフ上のゼロ線の下に示されている）。対照的に、外転は、次の収縮のために到来する始動が一時的な刺激を生じるときに、ちょうど最大収縮に到達する（グラフ上のゼロ線の上に示されている）。従って、その結果の強直性内転張力は、弱い痙攣性外転に勝る。
【００１５】
声帯内転の収縮時間に概ね相反する周波数で刺激するためには、内転筋も強直収縮へ到達し、その数が大きいので（４：１）、声帯は閉止する。この周波数選択的原理は、筋肉の特性に依存しており、神経の特性に依存するものではないので、誤指向（連合運動）された再神経支配が僅かに低減した後も依然として変わらない。全てのＲＬＮが刺激されたとき、誤指向された繊維は運動ポテンシャルの率を筋肉へ運び、それら自身の収縮時間に応じて選択的に能動化する。このことが可能なのは、速い運動器神経により再神経支配されたときでさえ、ＰＣＡ筋肉繊維は、その標準酸化プロファイルの変化及びミオシンＡＴＰａｓｅ酵素の酸安定性の変化に対して高い度合いの抵抗を示すためである。
【００１６】
筋肉を直接にではなく、連合運動的再支配神経を刺激するのは、神経の能動化に必要な動力は筋肉自身の能動化のために必要なそれの１０分の１に満たないためである。更に、神経―加圧帯―電極は、可動筋肉及び組織から遠ざけて、且つ不負所望な反応をもたらす鋭敏な受容器から遠ざけて、神経に沿って配置することができる。
【００１７】
図２は声帯の周波数依存運動のグラフ表示である。１０乃至３０Ｈｚにおける刺激は、声帯の外転段階２０１をもたらす。３０Ｈｚを越えると、声帯内転段階２０２が生じ、両方の刺激により１００Ｈｚで全気管支閉塞２０３を生じる。
【００１８】
図３は完全刺激システムの図示である。両側声帯自律麻痺のためのペースメーカーシステムは、少なくとも１つの刺激(遠心性)電極３０１、少なくとも１つの検出（求心性）電極（図では見えない）、及びプロセッサ３０３を含み、そのプロセッサ３０３は本実施形態においてはパルスジェネレータを含む。図３によれば、プロセッサ３０３は患者の胸部にインプラントされ、螺旋刺激電極３０１は、迷走神経又は反回喉頭神経３０２の周りを、電極リード線３０４及び安全ループ３０５に沿って包囲する。
【００１９】
このシステムは全体的に又は部分的に被検者にインプラントし得る。刺激器はハウジングを含んでもよく、このハウジングは、頑健で小型な密閉封止ケース内に包含された全てのインプラント電子部品と共に非常に小さくすることができる。エネルギ及び必要な情報は被検者の皮膚を通じて誘導的に又は光学的に伝送してもよい。このことは、金属ケースの内側に電子回路を被包して、その金属ケースの脇に又は周辺に二次コイルを配置することにより達成できる。また同様に、このことは、電子回路及び二次コイルを誘電ケースの内側へ被包することによっても達成し得る。
【００２０】
閉止ループシステムの検出（求心性）部分は、電極を含み、この電極は被験者の舌骨下筋又は気門の吸息活性を検出する（即ち、それらの支配神経はその測定又は測定の組み合わせに依存して、最も吸息に同期する信号を送る）。本発明の実施形態によれば、この刺激は呼吸の吸入相に限定される。非吸入相中には、声帯襞は受動的に中央線へ向かって後方へ弛緩して、正常な音声生成及び気管支保護を可能にする。検出電極は、既に検出された活性に応答して第１の信号を発生する。プロセッサ３０３は検出電極から第１の信号を受け取って第２の信号を発生する。第２の信号は第１の信号に実質的に同期する。更に、第２の信号は２相電流パルスであり、この２相電流パルスは約０．１ｍ秒乃至２ｍ秒の遅延と、約０．５ｍＡ乃至５．０ｍＡの範囲における振幅とを有する。
【００２１】
刺激電極３０１はパルスジェネレータから第２の信号を受け取って反回喉頭神経を刺激するか、或いはこれに代えて、迷走神経（ここからＲＬＮが出発するので、迷走神経は外科処置が容易である）を刺激する。刺激電極及び検出電極は２極でも３極でもよい。同様に、一方の電極を２極として、もう一方の電極を３極としてもよい。電極リード線３０４は充分に耐損傷性にせねばならない。リード線本体は一経路に配置して、神経及び刺激器が、筋肉、首及び頭部の運動による影響を可能な限り小さくするようにせねばならない。
【００２２】
上述の原理は、全神経刺激反回喉頭神経、又はこれに代えて、ＲＬＮの起点である迷走神経を刺激することにより、声帯外転自律麻痺患者（ＰＣＡは再神経支配されているが、誤指向されている）を能動化することにも用いることができる。この原理は筋肉特性に基づいており、神経又は筋肉／神経特性に基づくものではないので、自律麻痺患者の処置に関して効果的である。
【００２３】
図４は本発明の他の実施形態による両側声帯自律麻痺の被験者における発声神経を刺激する方法を示すフローチャートである。被験者の発声筋肉（例えば舌骨下筋肉又は気門など）の吸息活性は、第１の電極で検出されて、この第１の電極により第１の信号が生成される（４０１）。第１の信号はプロセッサで受信される（４０２）。ここでもプロセッサはパルスジェネレータを含んでもよい。プロセッサは、第１の信号に実質的に同期する第２の信号を生成する（４０３）。第２の信号は第２の電極における第２の信号により受信されて（４０４）、第２の電極は、第２の信号に従って被験者の発声神経（例えば反回喉頭神経又は迷走神経など）を刺激する（４０５）。
【００２４】
図５は本発明の他の実施形態によれば被験者の喉頭活性を調整する方法を示すフローチャートである。被験者の発声筋肉（例えば舌骨下筋肉又は気門など）の電気的活性が検出されて（５０１）、発声神経（反回喉頭神経又は迷走神経）が検出された電気的活性に同期する電気的信号により人工的に刺激される（５０２）。被験者の発生神経を電気的信号で人工的に刺激することは、被験者の声帯外転の収縮時間に概ね相反する周波数における電気的信号で神経を刺激することを含み得る。同様に、被験者の発生神経を電気的信号で人工的に刺激することは、被験者の声帯外転の収縮時間に概ね相反する周波数か、或いは被験者の声帯内転の収縮時間の相反よりも低い周波数における電気的信号で神経を刺激することを含み得る。
【００２５】
図６は本発明の他の実施形態による被験者の喉頭活性を調整する方法を示すフローチャートである。被験者の発声筋肉の電気的活性が検出されると（６０１）、被験者の発生神経を吸息中に検出された電気的活性に同期して人工的に刺激して（６０２）、被験者の声帯襞を中間線へ向かって後方へ受動的に弛緩させる。
【００２６】
本発明をその特定の実施形態に関連させて説明したが、更なる変更例が可能であることが理解されよう。この出願は、本発明の任意の変形、使用、又は適用を包含し、且つそのような明細書の開示事項からの逸脱は、本発明に関連する技術分野における公知又は慣習的な実施の範囲内にあるものとして含まれることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は本発明の実施形態による声帯の周波数依存運動の基礎原理のグラフ表示である。
【図２】図２は図１の実施形態による声帯の周波数依存動作のグラフ表示である。
【図３】図３は本発明の他の実施形態による完全刺激システムの図示である。
【図４】図４は本発明の他の実施形態による両側声帯自律麻痺を有する被検者の発声神経を刺激するための方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は本発明の他の実施形態により被検者の喉頭活性を整調する方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は本発明の他の実施形態により被検者の喉頭活性を整調する方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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2004524125.tif 000025
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004524125.tif 000027
2004524125.tif 000028
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004524125.tif 000029
2004524125.tif 000030
【国際調査報告】
2004524125.tif 000031
2004524125.tif 000032
2004524125.tif 000033
2004524125.tif 000034