(57)【要約】情報プロセッサ（「マイクロプロセッサ」）、電気刺激器回路（「刺激回路」）、遠隔測定回路（「遠隔測定トランシーバ」）を含むインプラント可能な胃刺激器（「単一チャンバ／切換え可能電極ＩＧＳ」）を使用する、患者の胃刺激用のセンサベースの胃刺激器システムおよび方法。インプラント可能な刺激器は、胃電気活動（徐波および／または蠕動波）を検知し、プログラムされた割合の正常な胃活動を意図的に分裂または秩序破壊するために電気刺激を送達する。刺激は、（トラック）正常な胃電気活動によってトリガされ、伝播する胃電気活動を予測するために空間的オフセットと共に送達することができ、または次に伝播する徐波または蠕動波を予測するために時間的に遅延させることができる。プログラマ（図示せず−無線周波数データリンクを介す）は、刺激パラメータおよびインターパルを非侵襲的にプログラムすることができる。刺激器は、１つまたは複数の刺激部位を刺激することができ、あるいは１つまたは複数の独立してプログラム可能な検知チャネルおよび／または刺激チャネルを組み込むことができる（「電極切換回路」および「出力／入力電極」参照）。インプラント可能な胃刺激器の情報プロセッサは、患者の胃壁に電気刺激信号を加えるための感受性の期間またはウィンドウを決定するために、電極センサからの胃刺激情報を使用する。
2004509714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の胃刺激用システムであって、
情報プロセッサ、検知回路、電気刺激器回路、電極切換回路、遠隔測定回路、リアルタイムクロック、および電源を備えるインプラント可能な胃刺激器と、
前記インプラント可能な胃刺激器の前記遠隔測定回路と共に動作可能であって、前記情報プロセッサと共に前記電気刺激器回路および前記検知回路の動作を制御するための遠隔プログラマと、
前記電気刺激器回路から患者の胃壁に電気刺激を伝達するための２つ以上の電極と、
前記胃壁から前記インプラント可能な胃刺激器の前記検知回路に、検知された胃電気活動を伝達するための２つ以上の電極と
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記刺激電極および検知電極を前記インプラント可能な胃刺激器と結合させるための近位端部コネクタを有する１つまたは複数の伸長したリード本体シースを備え、前記刺激電極および検知電極のリードは、前記伸長したリード本体シースを通ってその遠位端部に延びており、前記伸長したリード本体シースの前記遠位端部は、前記患者の胃壁との電気的通信用であり、さらに前記刺激電極および検知電極の胃壁上または胃壁内における位置決め用であ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】
前記複数の刺激電極および検知電極は、胃壁の様々な位置に位置決め可能であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記電極の機能は、プログラム可能な電極切換回路によって制御されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記インプラント可能な胃刺激器の前記遠隔測定回路は、前記遠隔プログラマとの通信用に設けられた無線周波数遠隔測定トランシーバを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記情報プロセッサは、プログラム可能なマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
その日のプログラム可能な時間に、一時的に電力節約状態に戻ることができることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記検知電極は、前記インプラント可能な胃刺激器の前記検知回路に、前記情報プロセッサで処理を行なって内因性電気活動のインターパル、振幅、持続時間を識別するための胃電気信号を伝えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記検知電極は、前記インプラント可能な胃刺激器の前記検知回路に、前記情報プロセッサで処理を行なって内因性電気活動の周波数スペクトルを識別するための胃電気信号を送ることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記情報プロセッサは、電気活動を解析し、徐波または蠕動波として分類することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記情報プロセッサは、内因性電気活動を解析し、前記活動を正常または異常と分類することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
正常な電気活動のプログラム可能な閾値がないときに、一時的に電力節約状態に戻ることができることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記刺激器の電気刺激送達は、正常として分類された電気活動によってトリガされることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記刺激器は、正常なイベントのすべてまたはある割合について電気刺激を送達するようにプログラムされることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記電気刺激は、内因性電気活動全体にわたって送達されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記電気刺激は、内因性電気活動に対する空間的オフセットを伴って送達されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記電気刺激は、検知された内因性電気活動に対する時間的オフセットを伴って送達されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記電気刺激は、次の正常な電気活動を予測して送達されることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前期時間的オフセットはプログラム可能であることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記電気刺激の時間的送達は、最近の前に起きた電気活動イベントの連続履歴を考慮するアルゴリズムに基づいて適合可能であることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記刺激電極の極性はプログラム可能であり、１対または複数の電極間で刺激を可能にすることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記刺激器は、１つまたは複数の前記様々な刺激電極を切り換えて多相刺激に対処するようにプログラムされることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記電気刺激は、
０．０から１５Ｖまたは０．０から１５ｍＡの間のパルス振幅、
２０ｍｓｅｃから５００ｍｓｅｃの間のパルス幅、
１と５の間のイベント当たりのパルス数、および、
パルス幅の２５から１００％の間の最初の位相幅
を含むパラメータ内でプログラム可能な、１つまたは複数の２相パルスを含むことを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記パルス幅は、アレイ内の２つ以上のコンデンサ間の切換えによって適応されることを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記電気刺激は、
０．０から１５Ｖまたは０．０から１５ｍＡの間のパルス振幅、
１００μｓｅｃから７５０μｓｅｃの間のパルス幅、
１０から１２０Ｈｚの間の１秒当たりのパルス数（周波数）、および、
０．５と３０秒の間のパルス列の持続時間
を含むパラメータ内でプログラム可能な、交番する極性のパルス列を含むことを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
パラメータは、検知されたイベントについて数、インターパル周波数、持続時間、振幅などを含んでおり、整調されたイベントの数が後続の再呼出し用に記憶されることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
検知された内因性波形が遠隔測定で外部プログラマに送られて、適切な刺激パラメータを確立する際の助けとされることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記刺激器は、１つまたは複数の独立してプログラム可能な刺激チャネルまたは検知チャネルを組み込むことができることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２９】
少なくとも１つの刺激チャネルを、神経刺激に関連するパラメータでプログラム可能とすることができることを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０００年９月２６日に出願された米国特許仮出願第６０／２３５，６６０号に基づく優先権の利益を主張する。
【０００２】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は、肥満を治療するために胃運動性および／または胃の効率を減少させるように使用することができるインプラント可能な胃電気刺激器（ｇａｓｔｒｉｃ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒ）に関する。より詳細には、本システムは、インプラント可能な電気刺激器と、１本または複数のインプラント可能な刺激器リード（電極）と、外部プログラマと、さらに、肥満および他の摂食障害を治療するために同期電気刺激周波数、インターパル、振幅、またはそのようなパラメータの組合せを自動制御するように使用されるアルゴリズムを使用する。
【０００３】
２．関連技術の説明
肥満は、西洋文明において主要な健康問題である。人口の３３％が太りすぎであり、その数は毎年増加していることが調査によって示されている。肥満は、米国内で第２位の予防可能な死因である。肥満は、ほぼあらゆる身体系に影響を及ぼすいくつかの共存症（ｃｏｍｏｒｂｉｄｉｔｉｅｓ）と関連している。これら共存症の中には、高血圧症、糖尿病、冠動脈疾患、呼吸障害、筋骨格問題がある。肥満に関連するコストは、１年間当たり７００億ドルに達すると推定されている。
【０００４】
複数の要因が肥満の原因となっているが、身体的不活性と過食が２大要因である。既存療法には、食餌療法、体操、食欲抑制薬（ａｐｐｅｔｉｔｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｖｅ ｄｒｕｇｓ）、代謝促進薬（ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｄｒｕｇｓ）、胃道の外科的制限、胃道の外科的修正が含まれる。これらの療法の効能は、ほとんどまたは全く減量しないものから、初期体重の５０％に達する減量にまで及ぶ。
【０００５】
胃不全麻痺は、正常な胃の機能が損なわれている有害な医学的状態である。胃不全麻痺患者は、むかつきおよび／または嘔吐や胃の不快感という症状を伴う胃運動性の減少を示す。患者は、鼓脹、または早発のもしくは長期の満腹（満足）感を訴えることがある。一般にこの状態は、（取り分および／または頻度において）食物摂取の減少を引き起こし、その後に減量が起きる。生理的には、この状態は、胃の損傷またはニューロパシー、あるいは胃筋の衰弱または損傷またはジストロフィとその後の（振幅および／または周期が）減衰された胃筋の蠕動活動を伴う恐れがある。また、一部の研究によって、胃の律動異常（ｄｙｓｒｈｙｔｈｍｉａｓ）を伴うことも示されている。
【０００６】
胃不全麻痺の症状および因果関係の調査により、介在でき、かつ調節できる場合には、肥満のための療法として有益となる可能性のあるいくつかの効果が明らかにされている。本開示は、正常な胃運動性の電気生理学的な秩序破壊または分裂を誘発することにより、軽度な可逆的形態の胃不全麻痺を実施することができる可能性のある一種のインプラント可能な電気デバイスについて述べる。
【０００７】
胃は、溶解、還元、摂取した食物の運動性といった主たる機能を有する消化道（消化管）の複雑な臓器である。これらの典型的な機能は、溶解を増進するための生化学反応物の分泌と、粒子サイズを縮小してて混合を増進するための動的な混合運動と、糜粥（小さな食物粒子と生化学反応物の溶液）を腸内に移動させるための動的な推進運動とによって行われる。胃の動的な運動は、胃壁／胃筋の編成された／同期された収縮によって行われる。
【０００８】
胃の正常な収縮は、神経活動、化学的な活動、筋性活動の３つの制御構成要素によるものである。
【０００９】
神経的制御構成要素は、胃を刺激する内在神経および外来神経を指す。内在神経は、収縮や運動性を制御する様々な神経伝達物質およびペプチドを放つ。外来神経は、調節物質（ｍｏｄｕｌａｔｉｖｅ ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ）を放つことによって収縮に影響を及ぼすことができることが研究によって示されている。
【００１０】
化学的制御構成要素は、神経末端または胃の内分泌・パラクリンの細胞および腺から放たれる様々な物質（神経伝達物質、神経修飾物質、ペプチド）を指す。これらの生化学物質は、平滑筋細胞に対して、または神経に対して直接作用して収縮や運動性の発生を調節するか、または制御することができる。
【００１１】
筋性制御構成要素は、平滑筋細胞の分極および脱分極に関係する平滑筋細胞の小さな電気振動を指す。筋性活動は、電気制御活動または徐波（ｓｌｏｗ ｗａｖｅ）と呼ばれる。
【００１２】
徐波は、蠕動活動のための基礎となるクロックである。徐波は偏在し、典型的には、２〜４サイクル毎分の周期で発生する。徐波すべてが収縮に連係しているわけではないが、正常な蠕動収縮は、徐波と同期して発生しなければならない。
【００１３】
正常な蠕動収縮を開始するためには、複数の制御手段が存在しなければならない。徐波（細胞膜電位の脱分極から引き起こされる）は、基本タイミング／インターパルおよび編成をもたらす。しかし、典型的な徐波脱分極だけの強度は、平滑筋収縮を開始するのに必要とされる興奮閾値を超えるのに十分でない。神経的または化学的構成要素もまた、筋性活動を増やすために存在しなければならない。神経的および／または化学的構成要素が存在するときに、脱分極強度が興奮閾値を超え、収縮が発生する。（収縮は、電気応答活動または活動電位と呼ばれるさらなる電気活動を引き起こす。）
しかし、収縮を開始することは、蠕動活動の一部にすぎない。生理的に有効とする（効率的に胃の内容物を還元し、混合し、かつ／または推進させる）ために、収縮は、３次元で適時に（胃の様々な筋層を跨いで、かつ／または沿って）編成された、同期された形で伝播しなければならない。
【００１４】
典型的には、収縮は、胃壁の輪状筋層および縦走筋層を必要とする。輪状平滑筋層の収縮は、管腔径を縮小させる。縦走筋層の収縮は、胃の長さを縮小させ、収縮した輪状筋層に隣接する管腔の伸張を助けるように、また輪状筋の隣接する未収縮部分に収縮を伝播するように働くことができる。両筋層間の協調収縮が蠕動伝播に必要である。
【００１５】
３つの制御構成要素のいずれかもしくはすべてに、および／または収縮伝播の協調に意図的に干渉することにより、収縮とそれに伴う動的機能を減ずることができる。電気生理学的には、この干渉は、以下のいずれか１つまたは組合せとして施すことができる。
（ａ）徐波または蠕動波の（空間的または時間的に）前または間に個々の細胞または細胞の小グループの非同期脱分極を誘発して波の秩序破壊／減衰を生じる電気刺激、
（ｂ）徐波または蠕動波の前に大面積の細胞群の同期脱分極を誘発して波に無反応である領域を生じる電気刺激（収縮を誘発することもできる）、
（ｃ）刺激された領域の神経脱感受性、抑制、遮断を生じる胃神経の持続性電気刺激、
（ｄ）４ｃｐｍより大きい周期で徐波を同調化し、蠕動が起こらないようにｔａｃｈｙｇａｓｔｒｉａ状態を生じる電気刺激、
（ｅ）内因性周期に匹敵するが異なる位置で始まる周期で徐波を同調化し、競争する異所性の波を生じる電気刺激、
（ｆ）蠕動協調の分断（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）を生じる個々の筋層の時間的または空間的に分離された指向性電気刺激。
【００１６】
他の方法もまた同じ目的を達成することができるが、容易に適用することができない、あるいは反復のまたは複数の適用を必要とする可能性がある、あるいは逆転が困難となる可能性がある。これら他の方法には、
（ａ）切除技法（無線周波数、マイクロ波、極低温）によって胃平滑筋の傷を作り出し、筋肉の収縮性を減らす、または収縮ベクトルを効率の低い方向／シーケンスに変化させること、および、
（ｂ）正確な用量およびパターンの筋内麻痺剤（たとえば、ボツリヌス毒素、クラーレなど）を投与し、作用を受ける領域が収縮しないようにし、かつ／または特定の効率の低い経路に沿って強制的に収縮させることが含まれる。
【００１７】
これらの項目は、別個の開示で論じる。本開示は、電気生理学的な障害手段に焦点を合わせる。
【００１８】
胃や、胃腸道の他の部分の電気刺激は、かねてから実験されている。大抵の実験は、通常、蠕動活動を速める、または強化／補強することを試みることにより、胃内容排出（ｇａｓｔｒｉｃ ｅｍｐｔｙｉｎｇ）を改善することに向かっていた。
【００１９】
１９９５年６月３日に発行された「Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｒｅａｔｉｎｇ Ｏｂｅｓｉｔｙ ａｎｄ Ｓｙｎｄｒｏｍｅｓ Ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ Ｍｏｔｏｒ Ｄｉｓｏｒｄｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔｏｍａｃｈ ｏｆ ａ Ｐａｔｉｅｎｔ」に関するＣｉｇａｉｎａの米国特許第５，４２３，８７２号は、連続電気パルスを生成して胃全体を刺激し、それによって自然な胃運動性を人為的に変え、胃排出を防止する、または胃を介する食物の通過を遅らせる、胃の前庭部領域（ａｎｔｒｕｍ ａｒｅａ）でのインプラント可能な胃電気刺激器について述べている。しかし、Ｃｉｇａｉｎａは、単に刺激デバイスであり、磁気を加えること（治療に必要とされないとき刺激を加えることによってエネルギーを浪費する）によって得られる手動繰返しのもの以外にオンデマンドの刺激を組み入れていないという固有の欠点を有する。
【００２０】
１９９７年１１月２５日に発行された「Ｇａｓｔｒｏ−ｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ Ｐａｃｅｍａｋｅｒ Ｈａｖｉｎｇ Ｐｈａｓｅｄ Ｍｕｌｔｉ−Ｐｏｉｎｔ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ」に関するＣｈｅｎらの米国特許第５，６９０，６９１号は、同期された電気刺激を様々な位置で送達してＧＩ道内で蠕動運動を加速する、または減衰させるために、胃の大彎（ｇｒｅａｔｅｒ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）に沿っていくつかの電極を使用する携帯またはインプラント可能な胃ペースメーカについて述べている。さらにＣｈｅｎらはセンサ電極または刺激電極を設け、複数の電極に刺激を送達して同期された電気刺激を実現するために臓器の応答を検知する。しかし、Ｃｈｅｎらは、特に蠕動の流路に沿って位置する複数の電極を介して進む同期された刺激を対象とし、特にその電気刺激に対する臓器の応答を検知する。Ｃｈｅｎは、療法を適用するために内因性電気活動を検知することに対処していない。
【００２１】
１９９８年１１月１７日に発行された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ Ｔｒａｃｔ」に関するＢｏｕｒｇｅｏｉｓの米国特許第５，８３６，９９４号は、検知された活動量に基づいて刺激を加える、または停止するために、所定の周波数帯域幅の１つまたは複数のセンサによって内因性胃電気活動を直接検知することを組み入れるインプラント可能な胃刺激器について述べている。Ｂｏｕｒｇｅｏｉｓの検知回路は、蠕動波が検知された場合に療法を抑止し、検知されない場合に刺激する。胃運動性を減ずるように療法を適用してはいない。
【００２２】
２０００年７月１８日に発行された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ Ｔｒａｃｔ」に関するＢｏｕｒｇｅｏｉｓの米国特許第６，０９１，９９２号は、’９９４特許と同様である。異なるパラメータの別個の電気パルス列を提供することに関し、パルス列は、少なくとも２つのパルスの一続きからなる。この療法は、胃の蠕動を増進するように適用される。
【００２３】
２０００年８月１５日に発行された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ Ｔｒａｃｔ」に関するＢｏｕｒｇｅｏｉｓの米国特許第６，１０４，９５５号は、内因性徐波のインターパルを決定し、胃道が消化間期にあるとき刺激を防止するために、検知モードへの転換を備える胃刺激器に関する。先のＢｏｕｒｇｅｏｉｓ特許同様、’９５５は、胃の正常性を増進するように刺激に対処する。
【００２４】
１９９９年１月１９日に発行された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ ａ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｎｇ Ｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ Ｔｒａｃｔ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ」に関するＦａｍｉｌｏｎｉの米国特許第５，８６１，０１４号は、予め設定された時間の間、または異常な電気活動の持続時間の間、電気刺激を与えて胃の律動の異常を治療するために、胃腸道の異常な電気活動を検知するインプラント可能な胃刺激器に関する。Ｆａｍｉｌｏｎｉもまた、予め設定された時間の間、異常活動を記録することに対処するが、正常な胃活動を変えて、肥満のための治療など可変の結果を達成することに対処していない。正常な胃活動を分裂させるように治療を適用してはいない。
【００２５】
したがって、周知の従来技術は、（１）内因性活動に関連することなく（同期された、または同期されていない）電気刺激を与えること、または（２）正常な蠕動を誘発するために電気刺激を与えること、または（３）異常な胃活動を打ち消すために電気刺激を与えることに関する。
【００２６】
したがって、従来技術は、正常な内因性胃活動を分裂させる意図された目的で内因性胃電気活動に関連して電気刺激を与えることに対処していない。
【００２７】
（発明の概要）
本発明は、インプラント可能な胃刺激（ＩＧＳ）およびリードシステムを適用して、内因性胃電気活動を検知し、その活動を正常または異常として識別し、さらに、正常な活動を分裂させる／秩序破壊する意図された目的でそれに電気刺激を加えることを対象とする。
【００２８】
簡単に要約すると、本発明は、情報プロセッサと、電気刺激回路と、電気検知回路と、電極切換回路と、遠隔測定回路とを含むインプラント可能な胃刺激器を使用する、患者の胃刺激のための胃刺激器システムおよび方法に関する。遠隔プログラマ（ｒｅｍｏｔｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｅｒ）が備えられ、情報プロセッサと共に電気刺激器回路の動作を制御するための、インプラント可能な胃刺激器の遠隔測定回路と共に動作する。刺激および／または検知電極用に、インプラント可能な胃刺激器と患者の胃壁の間にリードが設けられる。刺激電極は、電気刺激器回路から患者の胃壁に電気信号を伝達するために設けられ、一方、センサ電極は、（患者の胃壁から）電気検知回路を介して情報プロセッサに内因性胃電気活動情報を送るために設けられる。電極切換回路は、各電極の機能および極性を情報プロセッサによって制御することを可能にする。
【００２９】
（好ましい実施の形態の詳細な説明）
本発明の好ましい実施形態は、インプラント可能な胃刺激器（ＩＧＳ）と、胃壁およびＩＧＳに電気結合される１本または複数のインプラント可能なリード（２つ異常の電極）と、無線周波数データリンクを介してＩＧＳと非侵襲的に通信する（双方向）ことができる外部プログラマとからなる（図１参照）。
【００３０】
外部プログラマは、医師（ユーザ）とＩＧＳ間のインターフェースである。外部プログラマは、ＩＧＳと通信するためのトランシーバと、医師に使用可能な入力／出力方法を提供するためのユーザインターフェース（たとえば、キーボード、触覚のまたはソフトボタン、ディスプレイ、ソフトウェア）と、入力または出力を両端（デバイスまたはユーザ）にとって適切なフォーマットに処理するための電子回路およびソフトウェアとからなる。プログラマは、無線周波数データリンクを介して、情報をデバイスに伝達し、デバイスから情報を受け取る。情報は、データパケットのストリングとして伝達される。好ましい実施形態では、エラー検査アルゴリズムを使用して、ストリングまたはパケットの正確さを決定することになる。
【００３１】
インプラント可能なリードは、ＩＧＳと（電気的、機械的に）インターフェースするコネクタ（近位）端部と、コネクタ（近位）電気端子と電極間で電気的に連続なリード本体（医用部分）と、胃壁とインターフェースする電極（遠位）端部とからなる（図２Ａ参照）。
【００３２】
コネクタ端部は、１つまたは複数の近位電気終端部と、終端部と周囲環境の間で絶縁するための手段と、コネクタをＩＧＳ接続に固定するための機械的手段とからなる。
【００３３】
リード本体（医用部分）は、電極と近位電気終端部の間の電気的に連続なパスからなる。典型的には、このパスは伸長した金属コイルである。リード本体は、１本または複数のコイルを有することができる。コイルは、絶縁シースによって互いに、また周囲環境から絶縁されている。図２Ｂは、典型的なリード本体構造を示す。典型的には、各コイルは、特定の近位端子（ＩＧＳ入力／出力に対応）および特定の電極に接続される。一代替構成は、同じコイルに接続された複数の電極を有することができる。
【００３４】
リードの電極（遠位）端部は、胃壁と電気的に通じている。好ましい実施形態では、電極を対にして使用して２極検知／刺激を行う。しかし、やはり好ましい実施形態では、２極対が同じインプラント可能なリード上にあることは必要とされない（その代わりに複数の単極リード、または単極リードと多極リードの組合せを使用することができる）。電極は、胃平滑筋の輪状層と通じているべきである。この連絡は、（縦走筋または輪状筋内の）筋間で電極を埋め込む漿膜との表面接触によって、または漿膜下配置によって行うことができる。図３は、輪状層内に埋め込まれた電極を示す。電極のサイズおよび構成は、機能、インプラント位置、および使用される刺激パラメータを考慮しなければならない。検知電極は、内因性胃電気信号を獲得するように最大の表面積を有するべきである。刺激電極は、刺激のためにエネルギー密度を集中するように最小の表面積を有するべきであるが、刺激パルスによる、またイオン不均衡による金属の電離の作用をも考慮しなければならない。同様に、胃壁は厚さが（位置に応じて）４〜５ｍｍから１ｃｍを超えるまでに変わり、輪状層と縦走層がその厚さのおよそ半分を構成している。さらに、遠位端部は、電極を胃壁に確実に固定するための手段を含む。好ましい実施形態の固定機構は、互いに反対側の、また電極の両側に位置する１対のポリマー尖叉である。図２Ａは、リードの遠位端部の尖叉構成を示す。代替の固定実施形態は、組織を介し、リード本体上のエラストマースリーブ（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ ｓｌｅｅｖｅ）の周りで縫合糸によりリードを胃壁に固定することである。
【００３５】
ＩＧＳは小型でコンパクトなパルス発生器である。外部は、気密ハウジングと、リードを内蔵エレクトロニクスに電気／機械接続するための手段とからなる。内部には、ＩＧＳは電子回路および電源（バッテリおよび／またはＲＦエネルギー結合回路）を含む。
【００３６】
好ましい実施形態では、電子回路が、マイクロプロセッサと、電気検知（入力）回路と、電気刺激（出力）回路と、電極切換回路と、遠隔測定回路と、ランダムアクセスメモリとからなる（図４参照）。一代替実施形態では、ＩＧＳは、胃系の様々な領域に、より最適な検知／刺激をもたらすように、複数の検知および／または刺激回路（チャネル）を有することができる（図５参照）。
【００３７】
マイクロプロセッサは、ＩＧＳの機能、性能、および（あるなら）解析を制御する情報プロセッサとして働く集積回路である。マイクロプロセッサは、遠隔測定回路、検知回路、ＲＡＭから、また内蔵機能検査から入力を受け取る。マイクロプロセッサは、プログラミングと入力に基づいて、遠隔測定回路、刺激回路、ＲＡＭ、電極切換回路への出力を制御する。プロセッサは、入力および出力シーケンスならびにパラメータの基本タイミングおよびルーティングを制御する。
【００３８】
検知回路は、リードの選択された検知電極を介して内因性胃電気活動からの信号を受け取る。検知入力は、内因性胃活動を分類するために、または刺激出力用のトリガとして使用される。検知回路は、内因性信号を濾波／増幅し、それをマイクロプロセッサに伝達する。検知回路は、内因性胃活動を分類する際に助けとなるように、ニューラルネットワーク手法を使用することができる。検知電極の選択、検知のタイミング、および増幅度は、マイクロプロセッサによって制御し、（遠隔測定回路を介して）プログラム可能である。
【００３９】
刺激回路は、刺激に使用される電気パルスを送る。刺激回路は、定電流手法または定電圧手法を使用することができる。好ましい実施形態では、刺激回路が、プログラム可能な振幅、周期（１秒間当たりのパルス数）、パルス幅のパルスを送ることになる。一代替実施形態は、より幅の広い連続（またはほぼ連続する）パルスを達成するために、アレイ内の個々のコンデンサ間での切換え（スイッチキャパシタ技術）を使用して、隣接する、または重なり合う幅の狭いパルスを送ることを必要とする。刺激回路は、マイクロプロセッサによって制御され、プログラム可能である。
【００４０】
電極切換回路は、各電極の機能、および電極の極性を確立する。好ましい実施形態では、検出のために１対の電極を使用することを、また刺激のために１対または複数の対の電極を使用することを可能にする。図６および７は、３および４電極システムについて可能な検知構成（複数の対）、および可能な刺激ベクトルを示す。刺激と検知は、同じ電極を使用することができる。刺激持続時間の間、電極切換回路は、刺激電極の極性を変化させ、多相パルス、パルス間または一続きのパルス間で交番する極性、様々な刺激ベクトルを作り出すことができる。同様に、切換回路は、検知電極の様々な対により、様々な検知位置で、または様々なベクトルに沿って胃電気活動をサンプリングすることを可能にすることができる。複雑な検知パターンを使用して、徐波の伝播方向およびインターパルを区別することができる。切換回路はまた、刺激パルスによって検知増幅器が飽和することを防止するために、補償（検知において必要とされるスイッチを跨いで内部漏れ電流をオフセットする）およびブランキングをも含むことができる。切換回路は、マイクロプロセッサによって制御され、プログラム可能である。複雑な切換スキームはＲＡＭ内に記憶し、プログラムとして起動することができる。切換ソフトウェアは、確実に各構成が少なくとも１つの２極対を有して電気回路を完成させるように設計されることになる。
【００４１】
遠隔測定回路は、アンテナとトランシーバからなる。この回路はまた、大規模なデータトランザクションに対処するために遠隔測定バッファを含むこともできる。遠隔測定回路は、プログラマとの間でパルスを送受信する。この回路は、無線周波数で振幅変調、周波数変調、またはパルス変調を使用することができる。好ましい実施形態では、遠隔測定は、ＩＧＳの深いインプラントを可能にするために数インチの範囲を有することになる。遠隔測定ストリングは、双方向通信（ｔｗｏ ｗａｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を確立するための開始プロトコル、デバイス／プログラマを識別するための識別パケット、必要データを通信するための複数の情報またはプログラミングパケット、情報の精度を確保するためのパケットのエラー検査（巡回符号検査またはチェックサム）、ストリングの終わりを合図するための終了プロトコルを使用することになる。着信ストリングは、マイクロプロセッサによって処理され、ＩＧＳのパラメータを設定することになる。発信ストリングは基本的に、着信ストリングが受け入れられたことを入力確認し、ＩＧＳ設定を確認し、または外部プログラマによって処理するために生データ／情報を提供することになる。
【００４２】
ＲＡＭは、ＩＧＳ用の情報およびプログラムを記憶するために使用される。ＲＡＭは、内因性胃活動に関して検知された情報をマイクロプロセッサから受け取り、選択されたアルゴリズムに従って活動が正常かどうか判定するためにその情報を解析し、選択された特定のプログラミングに従って療法を開始するためにその解析出力をマイクロプロセッサに送る。複数のプログラムをＲＡＭ内に記憶して、ＩＧＳアクチベーション、応答、性能の特定のプロフィルを確立することができる。ＲＡＭはまた、デバイス性能、胃活動、施される療法を示す様々なパラメータを記憶するために使用することもできる。
【００４３】
使用時には、本発明の好ましい実施形態は、以下のように動作する。
【００４４】
リードの電極は、胃平滑筋の輪状層との通信用に胃壁内または胃壁上に（腹腔鏡により、または切開を介して）植え込まれることになる（図３参照）。胃の下部は、主に固体混合と運動性の責任を担うため、電極の好ましい位置は、より小彎に沿った前庭部である。大彎ほど広がらず、より安定した位置が得られるので、より小彎が好ましい。リードを固定した後で、ＩＧＳをリードに接続し、患者の腹部の皮下または筋膜下ポケット内にインプラントすることになる。
【００４５】
正常な胃電気活動は、胃底のペースメーカ領域から幽門に向かって約５ｍｍ毎／秒の速度で尾方に進む。この活動は、前庭部から下に進むにつれて速度を増し、編成される。（図８は、胃に沿って位置Ａから位置Ｆに正常な徐波が進むところを示す。）正常な活動は、異常な活動から識別可能なパルス振幅、パルス幅、周期（インターパル）を有する。図９は、徐波を識別／分類するために使用することができる識別可能なパラメータを示す。
【００４６】
インプラントされた電極を内因性活動が横切るとき、細胞の脱分極により（脱分極を受けていない領域内の第２の電極に比べて差動で）その電極上で電位を伝える。２つの電極が検知電極として働くようにプログラムされている場合には、電位が検知回路に伝達される。電位はそこで濾波され、増幅され、情報プロセッサに提供される。情報プロセッサは、（任意のＲＡＭプログラム／アルゴリズムと共に）その活動を正常または異常と識別／分類する。図１０は、一連の胃活動と、波の可能な分類を示す。正常と識別された場合には、情報プロセッサが、プログラムされたパラメータにより刺激を開始する。異常と分類された場合には、マイクロプロセッサが検知を再開する。内因性信号および刺激のいくつかのパラメータが、履歴を目的として、また他のアルゴリズムで使用するためにＲＡＭ内に記録される。
【００４７】
本発明の一代替実施形態は、収縮に起因する電気応答活動の証拠を求めて、検知された信号の周波数成分を解析する。信号が収縮に伴う周波数を含む場合には、より強いタイプの刺激を使用して、収縮を分裂／秩序破壊または分断する。
【００４８】
好ましい実施形態は、検知された活動およびプログラムされた治療スキームに基づく１つまたは複数の刺激療法を使用することができる。刺激は、等しく交番する極性の電気パルス列、非対称に交番する極性の電気パルス列、等しいまたは不等な位相幅の多相パルスを使用することができる。刺激は、単一または複数の部位で送達することができる。図１１は、複数（２つ）の部位での刺激を示す。さらに、少なくとも１つの２極対が選択されていることを条件として、任意の１対の電極または複数の電極間（の任意の点）で刺激ベクトルを切り換えることができる（図６および７参照）。刺激スキームは以下のように説明される。
【００４９】
（ａ）徐波を跨ぐ刺激（図１２）。徐波を跨ぐ刺激は、徐波の反対側にある電極間で刺激を加えるとき行われる。波に誘発される脱分極の前に細胞を脱分極するように設計されている。これにより細胞が波に無反応となり、刺激領域内で徐波の減衰を生ずる。徐波を跨ぐ刺激は、関係する細胞のいくつかが（波の結果として）すでに脱分極されており、それらの細胞に対してエネルギーが浪費される点で欠点を有する。
【００５０】
（ｂ）伝播に先行する（空間的オフセット）刺激（図１３）。伝播する波に空間的に先行する刺激は、波の一部でない関係細胞だけの利点を提供する。欠点は、波が到着する前に細胞の再分極が発生しないようにするために、空間的オフセットの度合い（長さおよび方向／向き）を考慮しなければならないことである。伝播経路に対して配置された比較的固定された電極構成を必要とする可能性がある。
【００５１】
（ｃ）伝播に先行する（空間的および時間的オフセット）刺激（図１４）。時間的、空間的オフセットを伴う、波の伝播に先行する刺激は、波が到着する前に細胞が再分極しないようにするために、１カ所での検知と、プログラム可能な遅延を伴うもう一つの場所での刺激とを必要とする。空間的なオフセットの利点を提供し、同じ目的を達成するために正確な電極の配向を必要としない。
【００５２】
（ｄ）予測（次の波を予測する時間的遅延）刺激（図１５）。予測刺激は、１対の電極間で検知し、次の正常な波が予測される直前まで刺激を遅延させることを必要とする。刺激は、検知電極、または検知電極から上流の任意の電極セットに加えることができる。遅延量は、検知識別／パラメータ記憶から導出される正常なインターパルの履歴から計算される。図１６は、次の正常な徐波までに予想されるインターパルのタイミングを計算するために使用される連続履歴を示す。この計算は、正常インターパルの連続履歴を平均し、その平均から小さな時間インターパルを減算することを必要とすることになる。図１７は、予測刺激インターパルのタイミングを示す。
【００５３】
（ｅ）分断刺激（図１８）。分断刺激は、１カ所で蠕動収縮を検知すること、および内因性収縮に向かって、また遠ざかって伝播することになる競争収縮を呼び起こすためのもう一つの場所での強い刺激を必要とする。２つの収縮が出会うところで互いに打ち消すことになる。先行する、呼び起こされた収縮は、内因性運動より先に起こり、胃運動性の効率が減少するので、糜粥のボリュームを有さないことになる。
【００５４】
（ｆ）異所性刺激。異所性刺激は、運動性の自然な伝播を提供しない位置において、内因性インターパルより短いインターパルで強い刺激を加えることによって、内因性電気活動を無効にすることを必要とする。好ましい位置は、伝播の大部分が逆行するように、幽門に近い胃前庭部上である。
【００５５】
（ｇ）神経／胃組合せ刺激。神経／胃組合せ刺激は、胃の神経衰弱を抑制し、または遮断し、または脱感受性化するように意図された特定の刺激と共に、先にリストした療法スキームのいずれかを適用することを必要とする。刺激は、神経および筋構成要素を、または特定の神経または筋波形専用の別個のチャネルを有するパルス列の組合せとすることができる。
【００５６】
（ｈ）比例刺激。比例刺激は、先の刺激スキームのいずれかまたはすべて（異所性刺激を除く）の調節物である。比例刺激では、プログラム可能な割合の適格（正常）内因性活動に分裂、秩序破壊、分断刺激を加える。図１９および２０は、正常な徐波の２５％および５０％の秩序破壊を示す。（図２０の一代替実施形態は、他の正常な徐波すべてを分裂させることである。）このタイプの刺激は、医師が内因性活動を調節し、依然としていくつかの正常機能を保存することを可能にする。さらに、（患者の具合が悪いときなど）異常な胃活動が増加したときには、適格正常波の数が減少するために、比例刺激の頻度が低下することになる。
【００５７】
本発明は、多数の様々な電気生理学的刺激の実施形態で使用することができ、そのような変形形態または使用方法はすべて本発明によって企図されていることを理解されたい。胃刺激および検知に関連して本発明の実施形態を説明したが、当業者なら現在説明されている好ましい実施形態を超える応用例でそれを使用することができることは明らかである。したがって、そのような代替、修正形態、種々実施形態を含む本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ＩＧＳシステムの構成要素を示す図である。
【図２Ａ】
刺激リード、およびリード本体の構造をさらに示す図である。
【図２Ｂ】
刺激リード、およびリード本体の構造をさらに示す図である。
【図３】
胃内の電極の配置を示す図である。
【図４】
単一チャネルＩＧＳの機能ブロック図である。
【図５】
多チャネルの機能ブロック図である。
【図６】
３電極システムについて電極の可能な検知「対群」および刺激ベクトル（複数の対）を示す図である。
【図７】
４電極システムについて可能な検知「対群」および刺激ベクトルを示す図である。
【図８】
胃に沿って正常な胃徐波の進行を示す図である。
【図９】
胃徐波の識別可能な特徴を示す図である。
【図１０】
正常および異常な胃活動の識別／分類を示す図である。
【図１１】
複数の部位での電気刺激を示す図である。
【図１２】
徐波を跨ぐ電気刺激を示す図である。
【図１３】
空間的なオフセットを伴う電気刺激を示す図である。
【図１４】
空間的、時間的オフセットを伴う電気刺激を示す図である。
【図１５】
予測電気刺激を示す図である。
【図１６】
次の徐波の予想されるインターパルを計算するために使用される検知履歴を示す図である。
【図１７】
予測刺激のタイミングを示す図である。
【図１８】
位置Ｅで加えられた分断刺激（位置Ｃで検知することによってトリガされた）を示す図である。分断刺激は、対向する収縮を開始することを意図している。
【図１９】
正常な徐波の２５％の秩序破壊をすることを意図された比例刺激を示す図である。
【図２０】
正常な徐波の５０％の秩序破壊をすることを意図された比例刺激を示す図である。一代替実施形態は、他の正常な徐波すべてを分裂させることになる。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004509714.tif 000066
【国際調査報告】
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