デルマトーム刺激の装置及び方法
神経刺激装置が、デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、第２の周波数とは異なるものでありかつ哺乳類の組織を通過できる第３の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、を含む。この装置は、第１、第２、及び第３の波形発生器に電気的に結合された変調器を含み、この変調器は第１の波形、第１の搬送波形、及び第２の搬送波形を変調して、デルマトーム内の様々な深さで神経を刺激できる変調信号パッケージを発生するように適合される。この装置はまた、変調波形をデルマトーム領域に印加するために変調器に電気的に結合された電極を有する。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔発明の背景〕
〔発明の分野〕
本発明は一般に、神経及び体部位を刺激することに関する。より具体的には、本発明は、治療効果を達成するように標的の神経及び体部位を刺激するために使用される神経刺激装置に関する。
【０００２】
〔関連技術の説明〕
個人の健康及び幸福に影響を与え得る様々な医学的状態があり、そのような状態を医師が治療するのを助けるために多数の治療選択肢が開発されてきた。治療選択肢の数は増加しているが、そのような選択肢は多くの場合、単に対症療法的なものであり、すなわち、根本的な状態を実際に治癒させるのではなく症状を緩和するものである。実際に、状態の根本的な原因を効果的に対象とする治療プロトコルは極めて希である。
【０００３】
１つの一般的な医学的状態が肥満症であり、肥満症は多くの場合、食物摂取とエネルギー消費との不均衡の結果として生じる。重篤な体重減少及び異常な食欲不振は、苦痛及び死に至り得る、同様に重大な状態である。最も知られている例は神経性食欲不振症であり、これは、古典的に若い女性に影響を与え、視床下部及び下垂体機能の病理的な変質に関連付けられる状態である。
【０００４】
もう１つの不都合な医学的状態が大便失禁であり、これは、大便を直腸に保持する随意的な調節の損失に関わるものである。大便失禁は、高齢、疾病、心的外傷など、多数の原因から生じ得る。更にもう１つの状態が尿失禁である。尿失禁の一種が切迫性尿失禁であり、これは、神経学的なものに基づいており、概して排尿筋の不安定性又は「膀胱痙攣」として現れると考えられている。
【０００５】
上記の医学的状態を治療するための多種多様な療法が存在する。ある療法は、食物摂取量を減らすこと及び運動を増やすことなど、行動変容を伴う。もう１つの選択肢は、例えば食欲を抑制しエネルギー消費を増加させるために、薬剤を使用することを伴う。第３の選択肢は、胃バイパス手術及び胃バンディング術などの手術を伴う。これらの治療選択肢は、上述の状態のうちの１つ以上を治療する上で非常に効果的となり得るが、これらは、大いに侵襲的となり、相当な生活様式の変更を必要とし、結果として重大な合併症をもたらすことがある。
【０００６】
一般にＴＥＮＳと呼ばれる経皮的電気神経刺激システムを用いて上記の状態を治療する多数の試みがなされてきた。ＴＥＮＳ装置は、標的の神経（例えば仙骨神経）に近接して患者の体内に埋め込まれなければならない電極リード線を有するため、極めて侵襲的である。ＴＥＮＳに伴うもう１つの欠点は、組織のインピーダンス及びその結果として生じる信号の散逸が原因で、患者に相当な不快感を生じることなく低周波の刺激信号（陰部神経及び／又は仙骨神経を刺激するのに必要な刺激信号など）を送り込むことができる深さに制限があることである。ＴＥＮＳに伴う更にもう１つの欠点は、神経を刺激する上で、より高周波の信号の有効性が制限されることである。その結果として、ＴＥＮＳ装置は、たとえ患者が耐えるとしても長期間は耐えられない非常に高度な電流強度を印加せずには、深い神経刺激を達成することができない。これらの理由により、ＴＥＮＳは２５年間にもわたって利用されてきたにもかかわらず、より深い神経刺激において、ＴＥＮＳの適用はかつて商業的に成功したことがない。
【０００７】
いくつかの神経刺激装置において、発生した電界は広範囲に広がり、標的の神経に加えて、標的でない筋肉及び神経に影響を与えることが観測されている。電界が広範囲に広がることにより、標的の神経における電気信号の強度が相当に低下する。標的の神経を適切に刺激するために、電気信号の強度は相当に増加されなければならない。これにより、装置はより大きな電力を電池から引き出すことが必要となる。
【０００８】
他の神経刺激装置において、組織インピーダンスにより、発生した電界が組織の中に深く進むことが妨げられることが観測されている。その結果として、発生した電界は、表皮の表層にしか浸透することができず、組織の中に深く進んで、組織のより深いところに位置する神経を刺激することができない。
【０００９】
したがって、体部位及び神経を刺激する、改善された装置及び方法が依然として求められている。特に、標的の神経及び体部位を効果的に刺激する一方で、標的でない神経及び体部位は刺激しない、改善された神経刺激装置が依然として求められている。更に、より侵襲性が低く、より小さな電力で効果的に動作し、それによって電力源を交換及び／又は再充電する必要を最小限にする神経刺激装置が依然として求められている。また、電力及び寸法の要件を最小限にする一方で、体組織のより深いところに位置する神経を刺激できる神経刺激装置が依然として求められている。加えて、より小さな電力を用いて神経を効果的に刺激することが可能な装置及び方法が依然として求められている。
【００１０】
〔発明の概要〕
一実施形態において、本発明は、その開示内容が参照によって本明細書に組み込まれる、本発明の譲受人に譲渡された２００５年６月７日出願の米国特許公報第２００５／０２７７９９８号（「第‘９９８号公報」）及び２００６年１月３１日出願の同第２００６／０１９５１５３号（「第‘１５３号公報」）に開示されている装置及び方法など、より有効でかつ非侵襲的な方式で神経を刺激する神経刺激装置に関する。それらの１つ以上の実施形態において、第‘９９８号及び同第‘１５３号公報は、非侵襲的な経皮的神経刺激装置を教示しており、その経皮的神経刺激装置は、搬送波信号とパルス包絡線とを含んだ、制御された振幅変調波形を発生し伝送する。搬送波形は、組織のインピーダンスに起因する減衰を克服するのに十分な周波数のものとなるように設計される。パルス包絡線は、特定の神経を刺激するように設計された特定のパルス幅、振幅、及び形状の情報を含んでいる。第‘９９８号及び同第‘１５３号公報において開示されている装置及び方法は、標的の神経は効果的に刺激するが標的でない末梢神経及び体部位は刺激しない変調波形を発生することができる。更に、第‘９９８号及び同第‘１５３号公報において開示されている装置及び方法は、体組織内のより深いところに位置する神経を効果的に刺激することができる。
【００１１】
一実施形態において、本発明は、哺乳類の皮膚内の特定のデルマトーム内に存在する所定の神経終末又は知覚神経線維を刺激するための装置及び方法を開示する。この装置は、哺乳類の所定の神経を刺激できる周波数を有する第１の波形と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する別の搬送波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、第１、第２、及び第３の波形発生器に電気的に結合された変調装置であって、第１の波形及び搬送波形を変調して変調波形を生成するように適合された、変調装置と、変調装置に電気的に結合された電極であって、哺乳類の皮膚に実質的に隣接して配置され、変調波形をその皮膚に印加するように適合された、電極と、を含む。搬送波形は、単一のパルス包絡線に含められて同時に伝送される。第１の波形は、実質的に１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲内の周波数を有しており、方形波であってもよいが、他の形状が用いられてもよい。搬送波形は、実質的に約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの範囲内の周波数を有してもよく、また正弦波形であってもよい。搬送波形は好ましくは、互いに異なる周波数を有する。他の実施形態において、３つ以上の深さに位置する神経又は神経終末を刺激するために、神経刺激信号をデルマトーム内の様々な組織深さに搬送する３つ以上の搬送波形が発生されてもよい。
【００１２】
本発明の一実施形態において、神経刺激装置は、デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、第２の周波数とは異なるものでありかつ哺乳類の組織を通過できる第３の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、を含む。この装置は望ましくは、第１、第２、及び第３の波形発生器に電気的に結合された変調器であって、第１の波形、第１の搬送波形、及び第２の搬送波形を変調して、デルマトーム内の様々な深さで神経を刺激できる変調信号パッケージを発生するように適合された、変調器を含む。この装置はまた、望ましくは、変調波形をデルマトームに印加するために、変調器に電気的に結合された電極を含む。一実施形態において、この装置は、哺乳類の組織を通過できる第４の周波数を有する第３の搬送波形を発生するように適合された第４の波形発生器を含んでもよい。この実施形態において、変調器は、変調信号パッケージを発生するために第４の波形発生器に電気的に結合されている。
【００１３】
一実施形態において、第１の波形の第１の周波数は約１０Ｈｚ〜２００Ｈｚである。一実施形態において、第１の搬送波形の第２の周波数は約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ、より好ましくは約２００ＫＨｚである。一実施形態において、第２の搬送波形の第３の周波数は約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ、より好ましくは約３００ＫＨｚである。第１及び第２の搬送波形は好ましくは、異なる周波数を有しており、その結果、第１及び第２の搬送波形は、第１の神経刺激波形をデルマトーム内の異なる深さに搬送する。
【００１４】
神経刺激装置は、ヒトなどの哺乳類の皮膚の上に固定可能な経皮的神経刺激パッチを含んでもよい。一実施形態において、神経刺激装置は、哺乳類に埋込み可能な電極を含んでもよい。一実施形態において、神経刺激装置は、埋込み型ハウジングを含む埋込み型パルス発生器を含んでもよい。ハウジングは好ましくは、波形発生器と、変調器と、電力供給源と、を収容する。
【００１５】
本発明の一実施形態において、神経刺激装置は第１のシステムを含み、その第１のシステムは、デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、第１及び第２の波形発生器に電気的に結合された第１の変調器であって、第１の波形及び第１の搬送波形を変調して第１の変調波形を発生するように適合された、第１の変調器と、を有する。装置は好ましくは、第２のシステムを含み、その第２のシステムは、第１の波形の第１の周波数に等しいものでありかつデルマトーム内の神経を刺激できる第３の周波数を含む第２の波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、第２の周波数とは異なるものでありかつ哺乳類の組織を通過できる第４の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第４の波形発生器と、第３及び第４の波形発生器に電気的に結合された第２の変調器であって、第２の波形及び第２の搬送波形を変調して第２の変調波形を発生するように適合された、第２の変調器と、を含む。この装置はまた、望ましくは、第１及び第２の変調波形を印加するために、変調器に電気的に結合された電極を含み、その電極により、第１及び第２の変調波形は、組織内の様々な深さで組織を刺激するために、様々な深さで組織を通過するように適合される。
【００１６】
本発明の一実施形態において、デルマトーム内の神経を様々な深さまで刺激する方法が、デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生することと、デルマトーム内の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生することと、第２の周波数と異なるものでありかつデルマトーム内の組織を通過できる第３の周波数を有する第２の搬送波形を発生することと、を含む。その方法は望ましくは、第１の波形、第１の搬送波形、及び第２の搬送波形を組み合わせて、デルマトーム内の２つの異なる深さで神経を刺激できる変調信号パッケージを発生することと、デルマトーム内の神経を刺激するために、変調波形をデルマトームに印加することと、を含む。
【００１７】
一実施形態において、方法は、第２及び第３の周波数と異なるものでありかつデルマトーム内の組織を通過できる第４の周波数を有する第３の搬送波形を発生することと、第３の搬送波形を、第１の波形、第１の搬送波形、及び第２の搬送波形と組み合わせて、デルマトーム内の３つの異なる深さで神経を刺激できる第２の変調信号パッケージを発生することと、を含むことができる。一実施形態において、第１の波形、第１の搬送波形、及び第２の搬送波形は同時に発生される。別の実施形態において、第１の搬送波形と第２の搬送波形は、互いに排他的に発生される。
【００１８】
一実施形態において、第１の波形の第１の周波数は約１０Ｈｚ〜２００Ｈｚであり、第１の搬送波形の第２の周波数は約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚであり、第２の搬送波形の第３の周波数は約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚである。第１の搬送波形は、第１の波形をデルマトーム内の第１の深さに搬送し、第２の搬送波形は、第１の波形をデルマトーム内の第２の深さに搬送する。
【００１９】
一実施形態において、波形発生器及び電極は、パッチを皮膚に固定するために接着剤を有するパッチ装置内に配置されてもよい。一実施形態において、所定の神経終末は、Ｔ５〜Ｔ９デルマトームの交感求心性神経であってもよく、パッチは、交感神経系の腹腔神経節を刺激するために、実質的に、哺乳類の身体の胸部領域に配置されてもよい。この神経刺激技法は、肥満症の治療に用いられてもよい。別の実施形態において、所定の神経は、脊髄へのＳ１、Ｓ２、及びＳ３求心性副交感神経路であり、パッチは、実質的に、哺乳類の身体の仙骨領域に配置される。この神経刺激技法は、大便失禁及び／又は尿失禁の治療に用いられてもよい。
【００２０】
本発明はまた、哺乳類のデルマトームを刺激するための方法を提供する。一実施形態において、その方法は、デルマトームを刺激できる周波数を有する波形を発生することと、信号を哺乳類の皮膚に印加することと、を含む。別の実施形態において、この方法は、デルマトームを刺激できる周波数を有する第１の波形を発生することと、哺乳類の組織を通過できる個別の周波数を有する一対の搬送波形を発生することと、第１の波形を２つの搬送波形で変調して変調信号を生成することと、変調信号を哺乳類の組織に印加することと、を含む。
【００２１】
本発明のこれらの及び他の好ましい実施形態について、以下でより詳しく説明することにする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】人体に存在するデルマトーム領域を示している図。
【図１Ｂ】人体に存在するデルマトーム領域を示している図。
【図２】哺乳類の組織を通じて延びる神経終末を有する神経を示している図。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による神経刺激パッチの拡大図。
【図３Ｂ】組立て後の図３Ａの神経刺激パッチを示している図。
【図４】本発明の別の実施形態による神経刺激パッチの拡大図。
【図５】本発明の一実施形態による、様々な深さで神経を刺激できる神経刺激装置の模式図。
【図６Ａ】図５の装置によって発生された例示的な波形を示している図。
【図６Ｂ】図５の装置によって発生された例示的な波形を示している図。
【図７】図５の装置によって発生された例示的な波形を示している図。
【図８】本発明の一実施形態による、哺乳類の皮膚に取り付けられた神経刺激装置を示している図。
【図９】本発明の別の好ましい実施形態による神経刺激装置の模式図。
【図１０】本発明の一実施形態による、哺乳類の皮膚に取り付けられた神経刺激装置を示している図。
【図１１】本発明の一実施形態による神経刺激装置の模式図。
【図１２】本発明の別の実施形態による神経刺激装置の模式図。
【００２３】
〔詳細な説明〕
本明細書で使用する見出しは、単に編集を目的としたものであり、説明又は特許請求の範囲を限定するために使用することを意図したものではない。本願の全体を通じて使用されるとき、「してもよい（may）」という語は、義務の意味（すなわち必須を意味する）ではなく、許可の意味で使用されている（すなわち、あることを行う可能性を有することを意味する）。同様に、「含む（include、including、及びincludes）」という語は、あるものを含むが、それらに限定はされないことを意味する。理解を容易にするために、各図に共通する同様の要素を示すために、可能な限り、同様の参照符号が使用されている。
【００２４】
図１Ａ及び１Ｂを参照すると、デルマトーム領域は、単一の後根から発する知覚求心性神経線維を有する身体領域である。図１Ａ及び１Ｂは、人体の皮膚表面に連続的な帯を形成するデルマトームを表している。図１Ａは人体の前面像を示しており、図１Ｂは人体の後面像を示している。図２を参照すると、後根２２は、脊髄神経の求心性知覚根である。後根２２の遠位端部２４に後根神経節２６Ａ、２６Ｂがあり、後根神経節２６Ａ、２６Ｂは、根２２によって運ばれる神経線維のニューロン細胞体を含んでいる。これらの線維はデルマトーム領域２８をなしている。特定のデルマトーム領域２８内の神経終末２６Ａ、２６Ｂを刺激すると、結果として、知覚情報が求心性神経を通じて脊髄及び脳に伝達される。この知覚情報の伝達は、肥満症及び失禁など、特定の状態を治療するために用いられてもよい。
【００２５】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の一実施形態による神経刺激装置３０を示している。神経刺激装置３０は、頂面３４と底面３６とを有する第１の層３２を含む。第１の層３２の底面３６は、開口部４０Ａ、４０Ｂを有する接着層３８によって被覆されており、開口部４０Ａ、４０Ｂは、接着層３８を貫いて延び、活性集積電極４２Ａ及び帰還集積電極４２Ｂを収容する。接着層３８は、電極４２Ａ、４２Ｂの形状に適合しかつ電極を患者の皮膚の表面に直接接触させる孔を含む。装置３０は、対応する電極４２Ａ、４２Ｂを被覆する電解質パッド４４Ａ、４４Ｂを含む。電極４２Ａ、４２Ｂは第１の層３２に直接固定されてもよく、あるいは、プラスチックなどの任意の好適な材料から構成された第２の層によって適所に保持されてもよい。集積電極は、金メッキされてもよく、あるいは他の耐腐食性の金属で作られてもよい。この装置３０は、可撓性の電子基板又はフレキシブル基板の第３の層４６を含み、この第３の層４６は、第‘９９８号公報に記載された電子要素のすべてを収容しており、電極４２Ａ、４２Ｂに電気的に結合されている。フレキシブル基板４６は、電池の接続を完全なものにするように、かつ電子構成部品をより小さな空間に入れるように、電池の上で折り重ねられる部分を有している。第４の層は、電池シール又はリング５０によって定位置に保持され得る、任意の好適な寸法及び形状の薄膜電池４８であり、上部カバー５２は、絆創膏に広く使用されているプラスチック被覆などの任意の好適な被覆である。
【００２６】
図３Ｂを参照すると、神経刺激装置３０は、最上層の一部分の下にあるフォトダイオード５４を含み、このフォトダイオード５４は、消費電力の極めて低い通信受信器として使用され得る。このフォトダイオードは、小型で、廉価であり、非活動時の電力消費がゼロであり、ＲＥリンク（RE link）と比べてエネルギー及び空間効率の大いに高いものである。他の実施形態において、しかしながら、ＲＥリンクが使用されてもよい。装置３０は、電池４８Ａ、４８Ｂによって給電される電極４２Ａ、４２Ｂを含み、電池４８Ａ、４８Ｂは電池シール５０Ａ、５０Ｂで囲まれている。２つの刺激電極４２Ａ、４２Ｂは方側に片寄っており、結果として、装置は幾分かＤ字形状となっている。上部カバー５２は、洗濯、入浴、及びシャワーなどの通常の活動の間に内部の構成部品を保護するために、防水性となっている。
【００２７】
本発明の一実施形態において、神経刺激パッチは、２００７年１１月１６日に出願され「Nerve Stimulation Patches and Methods for Stimulating Selected Nerves」と題された、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１１／９４１，５０８号にて開示された要素のうちの１つ以上を含んでもよく、この米国特許出願第１１／９４１，５０８号の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる。図４を参照すると、神経刺激パッチ１００は、頂面１０４と底面１０６とを有する、回路基板などの基板１０２を有している。回路基板１０２は、電気信号を発生するように適合された構成部品を装着されており、その電気信号は、身体に加えられて、１つ以上の選択された神経を刺激し得る。一実施形態において、回路基板１０２は、能動的構成部品及び受動的構成部品を有しており、それらの構成部品は、選択された神経を刺激するために、電気信号を発生させ、その信号を変調し、その信号を身体に加える。
【００２８】
選択的神経刺激パッチ１００は、パッチのエネルギー源を提供する、電池などの電力源１０８を含む。一実施形態において、電力源１０８は、好ましくは、基板の頂面１０４の上に固定されており、導体１１０の下にある。パッチ１００は望ましくは、導体１１０と電力源１０８の頂面との間に設けられた導電性接着剤（図示せず）を含む。一実施形態において、導体１１０は、作動されると回路基板１０２上の構成部品に電力源１０８を持続的に接続する使い捨ての又は一回使用型のスイッチの一部である。最初に、導体１１０は好ましくは、電力源１０８から離間され分離されている。導体１１０が電力源の頂面に向かって押し付けられると、導体は電力源に（導電性接着剤を介して）接着して、回路基板及び回路基板に取り付けられた構成部品に電力を供給する。導体１１０は、好ましくは可撓性である。一実施形態において、この導体はスパイラル導体である。
【００２９】
選択的神経刺激パッチ１００は、好ましくは、回路基板１０２の上に組み付けられる成形上部キャップ１１２を含む。成形上部キャップ１１２は、以下でより詳細に説明するように、好ましくは透明であり、そのため、光信号が成形上部キャップを通過することができる。成形上部キャップ１１２の一方の端部は、成形上部キャップ１１２の中に形成された弱化領域１１４を有するのが望ましく、この弱化領域１１４は、電池１０８の上部に導体１１０を押し付けるために、押し下げが可能となっている。他の実施形態において、成形上部キャップ１１２は、上部キャップの長さ全体にわたって、均一な厚さを有していてもよい。成形上部キャップ１１２は、好ましくは、下にある回路基板１０２の形状に適合する。一実施形態において、上部キャップ１１２は、射出成形技法を用いて基板１０２の上に形成される。成形上部キャップは、硬化性の封入材料を含んでいてもよい。別の実施形態において、成形上部キャップ１１２は、回路基板に組み付けられる別個の部品として形成されてもよい。
【００３０】
選択的神経刺激パッチ１００はまた、上部キャップ１１２及び回路基板１０２の上にある上部カバー１１６を有している。一実施形態において、上部カバー１１６は、商標ゴアテックスとして販売されている材料などの防水通気性材料でできている。上部カバー１１６は望ましくは、導体１１０と位置合わせされる第１の開口部１１８と、基板上に設けられたＬＥＤと位置合わせされる第２の開口部１２０と、パッチ１００によって発生される出力信号又は波形のパラメータを調節するためのフォトダイオードなどの光スイッチと位置合わせされる第３の開口部１２２と、を有している。
【００３１】
選択的神経刺激パッチ１００はまた、回路基板１０２の底面１０６にてアクセス可能な電極（図示せず）と、それぞれの電極の上にある接着性導電性パッド１２４Ａ、１２４Ｂと、を含む。一実施形態において、電極は基板に配置され、基板の底面にてアクセス可能である。回路基板の底面に電極を設けることにより、パッチ１００の寸法及び／又は設置面積が最小限となっている。また、この構造により、神経刺激パッチを作るのに必要な部品の数が減少している。
【００３２】
図５を参照すると、本発明の一実施形態において、神経刺激パッチなどの神経刺激装置２００が回路基板２０２を含み、この回路基板２０２は、標的の神経を刺激するための電気信号を発生させる構成部品を設けられている。神経刺激パッチ２００は、リチウムイオン電池などの好適な電力源２０４と、標的の神経又は神経終末を刺激できる比較的低い周波数を有する第１の波形２０８を生成する第１の波形発生器２０６と、哺乳類の組織を通過できる比較的高い周波数を有する第２の波形２１２を生成する第２の波形発生器２１０と、哺乳類の組織を通過できる比較的高い周波数を有する第３の波形２１６を生成する第３の波形発生器２１４と、を含む。第２及び第３の波形は好ましくは、組織の異なる深さに進むように、異なる周波数を有する搬送波形を発生する。第１、第２、及び第３の波形発生器２０６、２１０、及び２１４は好ましくは、電池２０４に電気的に結合され、電池２０４により給電される。これらの波形発生器は、テキサス州ダラスのTexas Instrumentsによってモデル番号ＮＥ５５５として販売されているものなど、任意の好適なタイプであってよい。それぞれ第１の波形発生器２０６、第２の波形発生器２１０、及び第３の波形発生器２１４の出力は、振幅変調器２１８に加えられ、振幅変調器２１８は、これら３つの波形を変調信号パッケージ２２０へと変調する。「信号パッケージ」という用語は、本明細書において、任意の方式で互いに変調された２つ以上の個々の信号からなる単一の出力信号を表すために使用されている。一実施形態において、２つの搬送波形２１２、２１６が組み合わされ（図６Ｂを参照）、この組み合わされた波形が、低周波の第１の波形２０８によって更に変調されて、哺乳類の組織の様々な深さに到達できる神経刺激信号２２０（図７を参照）が生成される。
【００３３】
図５、６Ａ、及び６Ｂを参照すると、本発明の一実施形態において、第１の波形発生器２０６は、第１の波形２０８、又は、特定のデルマトーム内の遠位側の後根神経線維などの第１の選択された体部位を刺激することが既知である周波数を有する信号を発生する。一実施形態において、第１の波形２０８は、約１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数、より好ましくは約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数を有してもよく、これらは神経を刺激するのに好適な周波数範囲である。上記のように、これらの比較的低い周波数の信号を、標的の神経を刺激するのに十分な電流密度で特定の標的の神経に到達するように身体組織に通すことは困難であることが観測されている。この問題に対処するために、第２の波形発生器２１０は、約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ、より好ましくは約２００ＫＨｚの、より周波数の高い第１の搬送波形２１２を発生し、第３の波形発生器２１４は、第１の搬送波形２１２とは異なる、別の高周波の第２の搬送波形２１４を発生する。例えば、一実施形態において、第２の搬送波形２１６は、約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ、より好ましくは約３００ＫＨｚの周波数を有する。様々な周波数を有する比較的高い周波数の搬送波形を供給することにより、好ましくは、様々な深さで神経を刺激できる神経刺激信号が生成される。第１及び第２の搬送波形２１２、２１６は、Texas Instrumentsによって販売されているOn-Semi MC1496変調器などの振幅変調器２１８に、第１の神経刺激波形２０８と共に加えられる。
【００３４】
一実施形態において、第１の波形２０８は好ましくは、約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数を有する方形波であり、第１の搬送波形２１２は好ましくは、約２００ＫＨｚの範囲の周波数を有する正弦波信号であり、第２の搬送波形２１６は好ましくは、約３００ＫＨｚの範囲の周波数を有する正弦波信号である。他の実施形態において、他の範囲が波形に使用されてもよい。好ましくは、第１及び第２の搬送波形２１２、２１６は、異なる周波数を有している。図６Ａ、６Ｂ、及び７に示す信号は、単に説明を目的としたものであり、本明細書に記載する例示的な信号を忠実に表現することを意図したものではない。他の周波数が使用されてもよく、また本発明の範囲内に依然として含まれることが企図される。
【００３５】
図５を参照すると、動作中、変調器２１８によって発生された変調信号２２０は電極２２２に伝送され、電極２２２は、その変調信号２２０をデルマトーム領域内の標的の神経に加える。当業者には容易に理解されるように、変調信号２２０を使用すると、搬送波形の高周波性によって低周波信号が標的の神経に感知され（かつ反応され）得るので、標的の神経が効率的に刺激される。更に、搬送波形２１２、２１６は異なる周波数を発生し、それによって、異なる深さで組織を通過する。
【００３６】
図８は、哺乳類の皮膚２２４に張り付けられた、図５の神経刺激装置２００を示している。神経刺激装置２００は、図７に示す神経刺激波形２２０を発生する。神経刺激波形２２０は第１の部分を含み、その第１の部分は、第１の波形２０８と第１の搬送波形２１２との組み合わせたものであり、神経線維の第１の分岐点２２６Ａを刺激するために、哺乳類の組織２２５を通過して、「Ａ」で記された深さに到達することができる。神経刺激波形２２０はまた、第２の部分を有しており、その第２の部分は、第１の波形２０８と第２の搬送波形２１６との組み合わせたものであり、神経線維の第２の分岐点２２６Ｂを刺激するために、哺乳類の組織を通過して、「Ｂ」で記された深さに到達することができる。組織内の他の深さで神経を刺激するために、他の周波数を有する他の搬送波形が加えられてもよい。
【００３７】
本発明は、動作のいかなる特定の理論にも限定されるものではないが、デルマトーム領域の上方における皮膚表面上の電気刺激により、後根神経節に、また最終的には後根自体に帰還する活動電位が、神経線維内に発生すると考えられる。通常のＴＥＮＳ装置に見受けられるものなどの、低周波（１０Ｈｚ〜２００Ｈｚ）及び比較的低いエネルギーレベル（１０〜３０マイクロアンペアの信号）のみを用いた刺激は、皮膚及び組織の電気インピーダンスがエネルギーの流れに抗するので、遠位側の後根線維のより深い分岐点に浸透することがない。皮膚は、表皮、真皮、及び皮下層を含めて様々な層でできているので、低周波信号による皮膚の電気刺激（ＴＥＮＳ）は、結果として、周知の容量効果が原因で相当なエネルギー散逸を皮膚の上部表皮層内に生じる。インピーダンスを克服し、より深い層における神経に到達するために、より大きなエネルギーが用いられると、皮膚表面の振動など、重大な不利な状況が生じる。
【００３８】
これらの組織のインピーダンスの問題を克服するため、また、より深い遠位側の後根神経線維を刺激するためには、信号の振幅が増加しなければならず、あるいは周波数が調整されてもよい。本明細書で説明するように、高周波信号は、身体の組織の中へより深く進行するが、神経を刺激することはない。しかしながら、高周波信号を低周波パルス包絡線で変調すると、神経が効果的に刺激される。つまり、変調信号を高周波搬送波と共に使用すると、電極／皮膚の境界面及び表皮の容量性層が効果的に通り抜けられ、それによって、真皮内の知覚神経終末を直接刺激することが可能となる。更に、異なる周波数（例えば２００ＫＨｚと２００ＫＨｚ）を有する高周波搬送波形を使用すると、異なる深さで神経を刺激することが可能となる。付随する表皮効果、及び真皮内の神経終末を刺激するのに必要なエネルギーは、最小化される。
【００３９】
本発明の一実施形態において、搬送波形の周波数は、デルマトーム領域の遠位側の後根神経線維の活動電位を扇動するのに十分な深さに、ただし他の末梢神経を刺激しない深さに、刺激波形を送達するように調節されてもよい。つまり、神経刺激信号の搬送周波数を変更すると、様々な深さで測定され得る様々な波形が生成される。更に、複数の重なり合う信号が、深さを増して神経根に注がれる（bathe）、特定的に規定された波形の場を生成してもよい。本発明の一実施形態において、神経刺激装置は、単一のパルス包絡線内に２つの搬送波形を発生し、一方は２００ＫＨｚで、もう一方は３００ＫＨｚで伝送する。これらの波形を同時に伝送することにより、波形は本質的には加算され、結果として単一の波形となる。組み合わされた新たな波形は、２つの別々の搬送波形のスペクトル成分を２００ＫＨｚ及び３００ＫＨｚに有する。更に、低周波成分、例えば１０Ｈｚの周波数で複合波形を振幅変調することにより、結果として、パルス化された複合波形が生じる。したがって、これらの搬送波形を様々な周波数で、ただし同時に伝送して使用することにより、デルマトーム内の様々な深さで神経が刺激されてもよい。これらの波形は、皮膚表面にある後根神経線維だけでなく、様々な深さに至る、特定のデルマトーム内のすべての遠位側の後根神経線維を刺激する場を生成する。更に、搬送波形の周波数を制御することにより、神経刺激信号は、標的の神経に搬送される一方で、標的でない神経は刺激しない。本明細書で説明する変調信号を使用することにより、皮膚の中に波形を伝達することができ、また、特定のデルマトーム内の所定の神経終末によって、その波形を検出する（またその波形に反応する）ことが可能となる。
【００４０】
本発明の一実施形態において、第３の搬送波形が使用されてもよい。第３の搬送波形は、上述のように最初の２つの搬送波形に加えられ、３つの別々の搬送波形のスペクトル成分を有する複合波形を生成してもよい。更に別の実施形態において、変調波形の形状は変更されてもよい。例えば、変調波形は、上述のように複数の搬送波形を有する三角波形であってもよい。
【００４１】
これまでに１つの特定の実施形態について説明してきたが、好適な変調信号及び／又は信号パッケージが得られるように、適切な信号が多数の様々な方式で操作され得ることが、当業者には明らかとなろう。例えば、図９を参照すると、本発明の一実施形態において、経皮パッチ３０２などの神経刺激装置３００が、電池３０４によって給電される。神経刺激装置３００は、哺乳類の所定の神経を刺激できる周波数を有する第１の波形３０８を発生するように適合された第１の波形発生器３０６と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する第１の搬送波形３１２を発生するように適合された第２の波形発生器３１０と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する第２の搬送波形３１６を発生するように適合された第３の波形発生器３１４と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する第３の搬送波形３３７を発生するように適合された第４の波形発生器３３５とを、有している。この装置は好ましくは、第１、第２、第３、及び第４の波形発生器３０６、３１０、３１４、及び３３５に電気的に結合された変調装置３１８であって、第１の波形３０８、並びに、搬送波形３１２、３１６、及び３３７を変調して変調波形３２０を生成するように適合された、変調装置３１８と、変調装置３１８に電気的に結合された電極３２２であって、哺乳類の皮膚に変調波形３２０を加えるためにその皮膚に実質的に隣接して配置される、電極３２２と、を有している。
【００４２】
図９及び１０を参照すると、本発明の一実施形態において、神経刺激装置３００は、第１の波形３０８と第１の搬送波形３１２とを組み合わせた第１の信号部分を発生しており、この第１の搬送波形３１２は、神経線維の第１の分岐点３２６Ａを刺激するために、哺乳類の組織３２５を通過して「Ａ」で記す深さに到達することができる。神経刺激装置３００はまた、第１の波形３０８を第２の搬送波形３１６と組み合わせた第２の信号部分を発生しており、その第２の信号部分は、神経線維の第２の分岐点３２６Ｂを刺激するために、哺乳類の組織を通過して、「Ｂ」で記された深さに到達することが可能である。加えて、神経刺激装置３００は、第１の波形３０８を第３の搬送波形３３７と組み合わせた第３の信号部分を発生しており、その第３の信号部分は、後根の遠位側の終末３２７を刺激するために、哺乳類の組織を通過して、「Ｃ」で記された深さに到達することができる。したがって、図９及び１０に示す装置は、様々な深さで神経の様々な部分を刺激することができ、このことは、神経刺激治療の有効性を向上させると考えられる。一実施形態において、神経刺激信号は、様々な神経分岐点を同時に刺激するために、様々な深さに同時に伝達される。一実施形態において、神経刺激信号は、順次式又は交代式のパターンで様々な深さに伝達されてよい。別の実施形態において、各神経分岐点が様々な深さにある神経分岐点の群が、順次式又は交代式のパターンで刺激されてよい。例えば、神経分岐点の第２の群が刺激されていない間に、神経分岐点の第１の群が刺激されてもよく、次いで、第１の群が刺激されていない間に、第２の群が刺激されてもよい。刺激のこのパターンは、２つの群の間で前後に交代されてもよい。他の実施形態は、順次式又は交代式のパターンのために、神経分岐点の第３、第４、又はそれ以上の群を取り入れてもよい。
【００４３】
本発明は、動作のいかなる特定の理論にも限定されるものではないが、根神経の外側の分岐点を様々な深さで刺激することにより、根神経自体を刺激するのに通常必要となる刺激閾値が低下すると考えられる。換言すれば、本発明の装置及び方法は、根神経を刺激するのに必要な電流を減少させる、神経の深さ全体に「注ぐ（bathing）」ための技法を提供すると考えられる。これは、外側の神経分岐点（例えば求心性神経）を様々な深さで刺激することの総合的な効果により、根神経を刺激するのに必要な閾値が効果的に低下するからである。結果として、従来技術の装置及び方法を使用して通常必要となるよりも少ない電力を使用しながらも、効果的な根神経の刺激を達成することができる。更に、より高い電力消費、皮膚の振動、痛み、並びに、標的でない神経及び体部位の不必要な刺激など、従来技術の神経刺激装置に伴う不利な結果が回避され得る。更に、本発明により電力の必要量が減じられることで、電力源を交換及び／又は再充電するまで装置を使用し得る時間の長さが増すことになる。
【００４４】
図１１を参照すると、本発明の一実施形態において、神経刺激装置が２つのシステム４５０Ａ、４５０Ｂを有している。第１のシステム４５０Ａは、哺乳類の所定の神経を刺激できる周波数を有する第１の神経刺激波形４０８を発生するように適合された第１の波形発生器４０６と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する第１の搬送波形４１２を発生するように適合された第２の波形発生器４１０と、を含む。第１のシステム４５０Ａは、第１及び第２の波形発生器４０６、４１０に電気的に結合された変調装置４１８であって、第１の波形４０８及び第１の搬送波形４１２を変調して変調波形４２０を生成するように適合された、変調装置４１８を含む。第２のシステム４５０Ｂは、哺乳類の所定の神経を刺激できる周波数を有する第２の神経刺激波形４１６を発生するように適合された第３の波形発生器４１４と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する第２の搬送波形４３７を発生するように適合された第４の波形発生器４３５と、を含む。第２のシステム４５０Ｂは、第３及び第４の波形発生器４１４、４３７に電気的に結合された第２の変調装置４５２であって、第２の神経刺激波形４１６及び第２の搬送波形４３７を変調して変調波形４５４を生成するように適合された、第２の変調装置４５２を含む。電極４６０は、２つの変調装置４１８、４５２に電気的に結合されており、変調波形を哺乳類の皮膚に印加するために、その皮膚に実質的に隣接して配置される。搬送波形４１２、４３７は好ましくは、異なる周波数を有しており、それによって、異なる深さまで組織を通過する。一実施形態において、第１のシステム４５０Ａは２００ＫＨｚの搬送波形を発生し、この搬送波形は１０Ｈｚの低周波成分によって変調される。同時に、第２のシステム４５０Ｂは３００ＫＨｚの搬送波形を発生し、この搬送波形は１０Ｈｚの低周波成分によって変調される。この組み合わせの結果、異なる搬送周波数を有する２つの変調波形が生じ、それらの搬送周波数は、異なる深さで神経を刺激する。他の実施形態において、低周波波形が様々な周波数を有してもよい。
【００４５】
本発明の一実施形態において、Ｓ２又はＳ３デルマトームの刺激は、脊髄へのＳ２及びＳ３求心性副交感神経路の活性化によって大便失禁及び／又は尿失禁を抑制するために利用され得る。Ｓ２及びＳ３求心性神経路を活性化すると、結果として、下腹神経の活動を促進することにより、下行結腸及び膀胱を神経支配する、遠心性の骨盤の運動神経が抑制されることが認められている。下腹神経の活動が高まると、結腸及び膀胱の弛緩が生じる。一実施形態において、神経刺激装置は、下腹神経及び陰部神経を刺激するために、それらの神経が脊柱を出る仙骨部内など、脊髄の下方のある箇所にて、Ｓ２又はＳ３デルマトームの上に置かれてもよい。
【００４６】
一実施形態において、大便／肛門失禁の治療は、２つの電極を有する比較的小さな装置を皮膚の表面に置くことを含む。電極は、それぞれ約１ｃｍ２の表面積を有するものであり、Ｓ２〜Ｓ３の高さにて、脊椎の正中線から２ｃｍ側方の部位において中心に置かれる。組み合わされた２００ＫＨｚと３００ＫＨｚの正弦搬送波を１０Ｈｚの方形パルス波形で変調したものが、その部位にて伝達されて、Ｓ２〜Ｓ３の後根神経線維につながる求心性知覚神経線維を刺激する。他の実施形態において、１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの範囲内の周波数を有する搬送波など、他の周波数を有する搬送波が使用されてもよい。
【００４７】
一実施形態において、神経刺激装置は、Ｔ５〜Ｔ９デルマトームのうちの１つ以上を刺激して満腹感の知覚を高めるために使用される。この場合、パッチは好ましくは、交感神経系の腹腔神経節を刺激するために、Ｔ５〜Ｔ９デルマトームを標的とするようにＴ５〜Ｔ９椎骨の近傍にて背中の上に置かれる。
【００４８】
一実施形態において、皮膚の表面に置かれる２つの電極を有する神経刺激装置を使用して、肥満症を治療することができる。電極は、それぞれ約１ｃｍ２の表面積を有するものであり、Ｔ５〜Ｔ９の高さにて脊椎の正中線に対して約６ｃｍ側方の部位において中心に置かれ、肋骨の間に延びる。組み合わされた２００ＫＨｚと３００ＫＨｚの正弦搬送波を１０Ｈｚの方形パルス波形で変調したものが、その部位にて伝達されて、Ｔ５〜Ｔ９の後根神経線維につながる求心性知覚神経線維を刺激する。
【００４９】
本発明の一実施形態において、神経刺激装置は、不活発な食欲障害を治療するために使用されてもよい。これは、腹腔神経節を刺激して（本明細書で開示する装置のいずれかを使用して）、胃内容排出及び食欲の原因となる副交感神経の変化を誘発することによって達成されてもよい。本発明は、動作のいかなる特定の理論にも限定されるものではないが、胃を直接神経支配する腹腔神経叢を刺激すると、空腹感を生じさせる神経インパルスを脳に発生できると考えられる。次に、神経刺激により、胃の歩調取りの活動を高め、蠕動を加速することができる。したがって、胃は迅速に空になり、そのため、空腹感を生じさせる正常な神経インパルスが発生される。
【００５０】
特定の患者に対し、より強い食欲を誘発する電流強度と、パルス周波数と、パルス持続時間との組み合わせは、食欲の抑制を誘発する電流強度と、パルス周波数と、パルス持続時間との組み合わせとは異なる。所望の結果をもたらすのに必要な厳密な組み合わせは、患者ごとに異なり得るが、一般に、より長期間にわたってより強く刺激すると、腸の活動が低下して、食欲が減退し抑制される。したがって、所望の効果が食欲の抑制である場合、より高い電流強度、パルス周波数、及び／又はより長期のパルス持続時間で刺激期間をより長期にすることにより、この効果がもたらされる傾向がある。逆に、所望の効果が食欲の増進である場合、より低い電流強度、パルス周波数、及び／又はより短期のパルス持続時間にて刺激期間をより短期にすることにより、この効果がもたらされる傾向があり得る。
【００５１】
図１２を参照すると、本発明の一実施形態において、神経刺激装置は、埋込み型パルス発生器５００を含んでもよく、埋込み型パルス発生器５００は、哺乳類（例えばヒト）の身体に埋込み可能なハウジング５０２を有している。埋込み型パルス発生器（ＩＰＧ）５００は、リチウムイオン電池などの好適な電力源５０４と、第１の波形５０８を生成する第１の波形発生器５０６と、第１の搬送波形５１２を生成する第２の波形発生器５１０と、第２の搬送波形５１６を生成する第３の波形発生器５１４と、を含む。第１、第２、及び第３の波形発生器５０６、５１０、及び５１４は好ましくは、電池５０４に電気的に結合されており、電池５０４によって給電される。これらの波形発生器は、テキサス州ダラスのTexas Instrumentsによってモデル番号ＮＥ５５５として販売されているものなど、任意の好適なタイプであってよい。それぞれ第１の波形発生器５０６、第２の波形発生器５１０、及び第３の波形発生器５１４の出力は、振幅変調器５１８に加えられ、振幅変調器５１８は、これら３つの波形を変調信号パッケージ５２０へと変調する。「信号パッケージ」という用語は、本明細書において、任意の方式で互いに変調された２つ以上の個々の信号からなる単一の出力信号を表すために使用されている。
【００５２】
第１の波形発生器５０６は、第１の波形５０８、又は、神経線維の遠位端部などの第１の選択された体部位を刺激することが既知である周波数を有する信号を発生する。一実施形態において、この周波数は、約１０Ｈｚ〜４００Ｈｚであり、より好ましくは約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの範囲内にある。上記のように、そのような低周波信号を、標的の神経を刺激するのに十分な電流密度で特定の標的の神経に到達するように身体組織に通すことは困難であることが判明している。この問題に対処するために、第２の波形発生器５１０は、より周波数の高い第１の搬送波形５１２（例えば、約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ、より好ましくは約２００ＫＨｚ）を発生し、第３の波形発生器５１４は、別の高周波の第２の搬送波形５１６（例えば、１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ、より好ましくは約３００ＫＨｚ）を発生する。高周波の搬送波形５１２、５１６は、Texas Instrumentsによって販売されているOn-Semi MC1496変調器などの振幅変調器５１８に、第１の波形５０８と共に加えられる。２つの別個の搬送波形５１２、５１６は、デルマトーム領域内の異なる組織深さに神経刺激信号５０８を搬送する。神経刺激波形を他の深さに搬送するために、１つ以上の更なる搬送波形が加えられてもよい。
【００５３】
動作中、変調器５１８によって発生された変調信号５２０は、リード線５７５を通じて電極５２２に伝送される。次に、電極５２２は変調信号５２０を標的の神経線維５２６Ａ、５２６Ｂに加える。当業者には容易に理解されるように、変調信号２１６を使用すると、１つには搬送波形の高周波性によって低周波信号が標的の神経に感知され（かつ反応され）得ることが原因で、標的の神経線維が様々な組織深さで効率的に刺激される。他の実施形態において、埋込み型パルス発生器が、本明細書で開示する特徴又は要素ののうちのいずれかを含んでよい。
【００５４】
本発明の１つ以上の実施形態において、変調信号パッケージの個々の成分は、様々な神経、様々な神経分岐点、様々な筋肉、又は選択された他の体部位を選択的に標的とするように使用されてもよい。したがって、疼痛管理、過活動膀胱、大便失禁、間質性膀胱炎、及び他の任意の骨盤底障害に伴う症状など、様々な症状を緩和するように設計された刺激信号を、単一の神経刺激装置で提供してもよい。神経刺激装置はまた、哺乳類の組織内の様々な深さで神経分岐点を標的とするように使用されてもよい。
【００５５】
本明細書にて開示する本発明は、その用途又は使用法において、添付の図面及び説明に示す部品の構造及び構成の細部に限定されるものではない。本発明の例示的な実施形態は、他の実施形態、変形形態、及び修正形態に実装されても、あるいは組み込まれてもよく、また、様々な方式で遂行されても、あるいは実行されてもよい。例えば、本発明の一実施形態は、女性の神経刺激に関連して説明するが、この実施形態が男性及び小児への使用に容易に適合され得ることは理解されよう。また、本明細書で説明する本発明の原理、機器、及び方法は、分娩及び出産の間の神経の刺激など、様々な他の神経を独立に若しくは同時に刺激すること、又は、所与の神経束の分岐点を選択的に刺激して種々の患者の状態に選択的に対処することへの応用性を有し得るものである。したがって、本発明は、例えば、腹圧性尿失禁、肛門及び大便失禁、疼痛、性的機能不全、間質性膀胱炎、限定するものではないが骨盤痛などの慢性疼痛、夜尿症、並びに、限定するものではないが胃ペーシングなどの胃腸障害の状態うちの１つ以上に同時に、選択的に治療を施すか、あるいは影響を与えるために使用され得る。最終的に、本明細書で説明する本発明はまた、ホルモンを分泌する腺、物理療法に伴う二頭筋刺激などの大きな筋群など、神経以外の体部位を刺激するためにも使用され得る。
【００５６】
本発明について本明細書において特定の実施形態を参照して説明してきたが、これらの実施形態は、本発明の原理及び用途を説明するものに過ぎないことが理解されよう。したがって、例示的な実施形態に対して多数の修正がなされ得ること、並びに、他の構成が本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく考案され得ることが理解されよう。
【００５７】
〔実施の態様〕
（１） 神経刺激装置において、
デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、
哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、
前記第２の周波数とは異なるものでありかつ前記哺乳類の前記組織を通過できる第３の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、
前記第１、第２、及び第３の波形発生器に電気的に結合された変調器であって、前記第１の波形、前記第１の搬送波形、及び前記第２の搬送波形を変調して、前記デルマトーム内の様々な深さで前記神経を刺激できる変調信号パッケージを発生するように適合された、変調器と、
前記変調波形を前記デルマトームに印加するために前記変調器に電気的に結合された電極と、
を備える、神経刺激装置。
（２） 前記哺乳類の前記組織を通過できる第４の周波数を有する第３の搬送波形を発生するように適合された第４の波形発生器を更に備える、実施態様１に記載の神経刺激装置。
（３） 前記変調器が、前記第４の波形発生器に電気的に結合されて前記変調信号パッケージを発生する、実施態様２に記載の神経刺激装置。
（４） 前記第１の波形の前記第１の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚである、実施態様１に記載の神経刺激装置。
（５） 前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、実施態様１に記載の神経刺激装置。
（６） 前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約２００ＫＨｚである、実施態様５に記載の神経刺激装置。
（７） 前記第２の搬送波形の前記第３の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、実施態様１に記載の神経刺激装置。
（８） 前記第２の搬送波形の前記第３の周波数が約３００ＫＨｚである、実施態様７に記載の神経刺激装置。
（９） 皮膚の上に固定可能な経皮的神経刺激パッチを備える、実施態様１に記載の神経刺激装置。
（１０） 前記哺乳類に埋込み可能な電極を備える、実施態様１に記載の神経刺激装置。
【００５８】
（１１） 埋込み型ハウジングを含む埋込み型パルス発生器を備える、実施態様１に記載の神経刺激装置。
（１２） 神経刺激装置において、
第１のシステムであって、
デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、
哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、
前記第１及び第２の波形発生器に電気的に結合された第１の変調器であって、前記第１の波形及び前記第１の搬送波形を変調して第１の変調波形を発生するように適合された、第１の変調器と
を含む、第１のシステムと、
第２のシステムであって、
前記第１の波形の前記第１の周波数に等しいものでありかつ前記デルマトーム内の前記神経を刺激できる第３の周波数を有する第２の波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、
前記第２の周波数とは異なるものでありかつ前記哺乳類の前記組織を通過できる第４の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第４の波形発生器と、
前記第３及び第４の波形発生器に電気的に結合された第２の変調器であって、前記第２の波形及び前記第２の搬送波形を変調して第２の変調波形を発生するように適合された、第２の変調器と、
を含む、第２のシステムと、
前記第１及び第２の変調波形を印加するために前記変調器に電気的に結合された電極であって、前記第１及び第２の変調波形が、前記組織内の様々な深さで前記神経を刺激するために、様々な深さで前記組織を通過するように適合される、電極と、
を備える、神経刺激装置。
（１３） 前記第１の波形の前記第１の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚである、実施態様１２に記載の神経刺激装置。
（１４） 前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、実施態様１２に記載の神経刺激装置。
（１５） 前記第２の波形の前記第３の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚである、実施態様１２に記載の神経刺激装置。
（１６） 前記第２の搬送波形の前記第４の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、実施態様１２に記載の神経刺激装置。
（１７） 皮膚の上に固定可能な経皮的神経刺激パッチを備える、実施態様１２に記載の神経刺激装置。
（１８） 埋込み型ハウジングを含む埋込み型パルス発生器を備える、実施態様１２に記載の神経刺激装置。
（１９） デルマトーム内の神経を様々な深さまで刺激する方法において、
前記デルマトーム内の前記神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生することと、
前記デルマトーム内の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生することと、
前記第２の周波数とは異なるものでありかつ前記デルマトーム内の前記組織を通過できる第３の周波数を有する第２の搬送波形を発生することと、
前記第１の波形、前記第１の搬送波形、及び前記第２の搬送波形を組み合わせて、前記デルマトーム内の２つの異なる深さにて前記神経を刺激できる変調信号パッケージを発生することと、
前記デルマトーム内の前記神経を刺激するために前記変調波形を前記デルマトームに印加することと、
を含む、方法。
（２０） 前記第２及び第３の周波数と異なるものでありかつ前記デルマトーム内の前記組織を通過できる第４の周波数を有する第３の搬送波形を発生することと、
前記第３の搬送波形を、前記第１の波形、前記第１の搬送波形、及び前記第２の搬送波形と組み合わせて、前記デルマトーム内の３つの異なる深さにて前記神経を刺激できる第２の変調信号パッケージを発生することと、を更に含む、実施態様１９に記載の方法。
【００５９】
（２１） 前記第１の波形、前記第１の搬送波形、及び前記第２の搬送波形が同時に発生される、実施態様１９に記載の方法。
（２２） 前記第１の搬送波形及び前記第２の搬送波形が互いに排他的に発生される、実施態様１９に記載の方法。
（２３） 前記第１の波形の前記第１の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚであり、前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚであり、前記第２の搬送波形の前記第３の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、実施態様１９に記載の方法。
（２４） 前記第１の搬送波形が前記第１の波形を前記デルマトーム内の第１の深さに搬送し、前記第２の搬送波形が前記第１の波形を前記デルマトーム内の第２の深さに搬送する、実施態様１９に記載の方法。
（２５） 前記変調波形を印加するために経皮的パッチ又は埋込み型装置を使用することを更に含む、実施態様１９に記載の方法。
【開示の内容】
【０００１】
〔発明の背景〕
〔発明の分野〕
本発明は一般に、神経及び体部位を刺激することに関する。より具体的には、本発明は、治療効果を達成するように標的の神経及び体部位を刺激するために使用される神経刺激装置に関する。
【０００２】
〔関連技術の説明〕
個人の健康及び幸福に影響を与え得る様々な医学的状態があり、そのような状態を医師が治療するのを助けるために多数の治療選択肢が開発されてきた。治療選択肢の数は増加しているが、そのような選択肢は多くの場合、単に対症療法的なものであり、すなわち、根本的な状態を実際に治癒させるのではなく症状を緩和するものである。実際に、状態の根本的な原因を効果的に対象とする治療プロトコルは極めて希である。
【０００３】
１つの一般的な医学的状態が肥満症であり、肥満症は多くの場合、食物摂取とエネルギー消費との不均衡の結果として生じる。重篤な体重減少及び異常な食欲不振は、苦痛及び死に至り得る、同様に重大な状態である。最も知られている例は神経性食欲不振症であり、これは、古典的に若い女性に影響を与え、視床下部及び下垂体機能の病理的な変質に関連付けられる状態である。
【０００４】
もう１つの不都合な医学的状態が大便失禁であり、これは、大便を直腸に保持する随意的な調節の損失に関わるものである。大便失禁は、高齢、疾病、心的外傷など、多数の原因から生じ得る。更にもう１つの状態が尿失禁である。尿失禁の一種が切迫性尿失禁であり、これは、神経学的なものに基づいており、概して排尿筋の不安定性又は「膀胱痙攣」として現れると考えられている。
【０００５】
上記の医学的状態を治療するための多種多様な療法が存在する。ある療法は、食物摂取量を減らすこと及び運動を増やすことなど、行動変容を伴う。もう１つの選択肢は、例えば食欲を抑制しエネルギー消費を増加させるために、薬剤を使用することを伴う。第３の選択肢は、胃バイパス手術及び胃バンディング術などの手術を伴う。これらの治療選択肢は、上述の状態のうちの１つ以上を治療する上で非常に効果的となり得るが、これらは、大いに侵襲的となり、相当な生活様式の変更を必要とし、結果として重大な合併症をもたらすことがある。
【０００６】
一般にＴＥＮＳと呼ばれる経皮的電気神経刺激システムを用いて上記の状態を治療する多数の試みがなされてきた。ＴＥＮＳ装置は、標的の神経（例えば仙骨神経）に近接して患者の体内に埋め込まれなければならない電極リード線を有するため、極めて侵襲的である。ＴＥＮＳに伴うもう１つの欠点は、組織のインピーダンス及びその結果として生じる信号の散逸が原因で、患者に相当な不快感を生じることなく低周波の刺激信号（陰部神経及び／又は仙骨神経を刺激するのに必要な刺激信号など）を送り込むことができる深さに制限があることである。ＴＥＮＳに伴う更にもう１つの欠点は、神経を刺激する上で、より高周波の信号の有効性が制限されることである。その結果として、ＴＥＮＳ装置は、たとえ患者が耐えるとしても長期間は耐えられない非常に高度な電流強度を印加せずには、深い神経刺激を達成することができない。これらの理由により、ＴＥＮＳは２５年間にもわたって利用されてきたにもかかわらず、より深い神経刺激において、ＴＥＮＳの適用はかつて商業的に成功したことがない。
【０００７】
いくつかの神経刺激装置において、発生した電界は広範囲に広がり、標的の神経に加えて、標的でない筋肉及び神経に影響を与えることが観測されている。電界が広範囲に広がることにより、標的の神経における電気信号の強度が相当に低下する。標的の神経を適切に刺激するために、電気信号の強度は相当に増加されなければならない。これにより、装置はより大きな電力を電池から引き出すことが必要となる。
【０００８】
他の神経刺激装置において、組織インピーダンスにより、発生した電界が組織の中に深く進むことが妨げられることが観測されている。その結果として、発生した電界は、表皮の表層にしか浸透することができず、組織の中に深く進んで、組織のより深いところに位置する神経を刺激することができない。
【０００９】
したがって、体部位及び神経を刺激する、改善された装置及び方法が依然として求められている。特に、標的の神経及び体部位を効果的に刺激する一方で、標的でない神経及び体部位は刺激しない、改善された神経刺激装置が依然として求められている。更に、より侵襲性が低く、より小さな電力で効果的に動作し、それによって電力源を交換及び／又は再充電する必要を最小限にする神経刺激装置が依然として求められている。また、電力及び寸法の要件を最小限にする一方で、体組織のより深いところに位置する神経を刺激できる神経刺激装置が依然として求められている。加えて、より小さな電力を用いて神経を効果的に刺激することが可能な装置及び方法が依然として求められている。
【００１０】
〔発明の概要〕
一実施形態において、本発明は、その開示内容が参照によって本明細書に組み込まれる、本発明の譲受人に譲渡された２００５年６月７日出願の米国特許公報第２００５／０２７７９９８号（「第‘９９８号公報」）及び２００６年１月３１日出願の同第２００６／０１９５１５３号（「第‘１５３号公報」）に開示されている装置及び方法など、より有効でかつ非侵襲的な方式で神経を刺激する神経刺激装置に関する。それらの１つ以上の実施形態において、第‘９９８号及び同第‘１５３号公報は、非侵襲的な経皮的神経刺激装置を教示しており、その経皮的神経刺激装置は、搬送波信号とパルス包絡線とを含んだ、制御された振幅変調波形を発生し伝送する。搬送波形は、組織のインピーダンスに起因する減衰を克服するのに十分な周波数のものとなるように設計される。パルス包絡線は、特定の神経を刺激するように設計された特定のパルス幅、振幅、及び形状の情報を含んでいる。第‘９９８号及び同第‘１５３号公報において開示されている装置及び方法は、標的の神経は効果的に刺激するが標的でない末梢神経及び体部位は刺激しない変調波形を発生することができる。更に、第‘９９８号及び同第‘１５３号公報において開示されている装置及び方法は、体組織内のより深いところに位置する神経を効果的に刺激することができる。
【００１１】
一実施形態において、本発明は、哺乳類の皮膚内の特定のデルマトーム内に存在する所定の神経終末又は知覚神経線維を刺激するための装置及び方法を開示する。この装置は、哺乳類の所定の神経を刺激できる周波数を有する第１の波形と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する別の搬送波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、第１、第２、及び第３の波形発生器に電気的に結合された変調装置であって、第１の波形及び搬送波形を変調して変調波形を生成するように適合された、変調装置と、変調装置に電気的に結合された電極であって、哺乳類の皮膚に実質的に隣接して配置され、変調波形をその皮膚に印加するように適合された、電極と、を含む。搬送波形は、単一のパルス包絡線に含められて同時に伝送される。第１の波形は、実質的に１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲内の周波数を有しており、方形波であってもよいが、他の形状が用いられてもよい。搬送波形は、実質的に約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの範囲内の周波数を有してもよく、また正弦波形であってもよい。搬送波形は好ましくは、互いに異なる周波数を有する。他の実施形態において、３つ以上の深さに位置する神経又は神経終末を刺激するために、神経刺激信号をデルマトーム内の様々な組織深さに搬送する３つ以上の搬送波形が発生されてもよい。
【００１２】
本発明の一実施形態において、神経刺激装置は、デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、第２の周波数とは異なるものでありかつ哺乳類の組織を通過できる第３の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、を含む。この装置は望ましくは、第１、第２、及び第３の波形発生器に電気的に結合された変調器であって、第１の波形、第１の搬送波形、及び第２の搬送波形を変調して、デルマトーム内の様々な深さで神経を刺激できる変調信号パッケージを発生するように適合された、変調器を含む。この装置はまた、望ましくは、変調波形をデルマトームに印加するために、変調器に電気的に結合された電極を含む。一実施形態において、この装置は、哺乳類の組織を通過できる第４の周波数を有する第３の搬送波形を発生するように適合された第４の波形発生器を含んでもよい。この実施形態において、変調器は、変調信号パッケージを発生するために第４の波形発生器に電気的に結合されている。
【００１３】
一実施形態において、第１の波形の第１の周波数は約１０Ｈｚ〜２００Ｈｚである。一実施形態において、第１の搬送波形の第２の周波数は約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ、より好ましくは約２００ＫＨｚである。一実施形態において、第２の搬送波形の第３の周波数は約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ、より好ましくは約３００ＫＨｚである。第１及び第２の搬送波形は好ましくは、異なる周波数を有しており、その結果、第１及び第２の搬送波形は、第１の神経刺激波形をデルマトーム内の異なる深さに搬送する。
【００１４】
神経刺激装置は、ヒトなどの哺乳類の皮膚の上に固定可能な経皮的神経刺激パッチを含んでもよい。一実施形態において、神経刺激装置は、哺乳類に埋込み可能な電極を含んでもよい。一実施形態において、神経刺激装置は、埋込み型ハウジングを含む埋込み型パルス発生器を含んでもよい。ハウジングは好ましくは、波形発生器と、変調器と、電力供給源と、を収容する。
【００１５】
本発明の一実施形態において、神経刺激装置は第１のシステムを含み、その第１のシステムは、デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、第１及び第２の波形発生器に電気的に結合された第１の変調器であって、第１の波形及び第１の搬送波形を変調して第１の変調波形を発生するように適合された、第１の変調器と、を有する。装置は好ましくは、第２のシステムを含み、その第２のシステムは、第１の波形の第１の周波数に等しいものでありかつデルマトーム内の神経を刺激できる第３の周波数を含む第２の波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、第２の周波数とは異なるものでありかつ哺乳類の組織を通過できる第４の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第４の波形発生器と、第３及び第４の波形発生器に電気的に結合された第２の変調器であって、第２の波形及び第２の搬送波形を変調して第２の変調波形を発生するように適合された、第２の変調器と、を含む。この装置はまた、望ましくは、第１及び第２の変調波形を印加するために、変調器に電気的に結合された電極を含み、その電極により、第１及び第２の変調波形は、組織内の様々な深さで組織を刺激するために、様々な深さで組織を通過するように適合される。
【００１６】
本発明の一実施形態において、デルマトーム内の神経を様々な深さまで刺激する方法が、デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生することと、デルマトーム内の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生することと、第２の周波数と異なるものでありかつデルマトーム内の組織を通過できる第３の周波数を有する第２の搬送波形を発生することと、を含む。その方法は望ましくは、第１の波形、第１の搬送波形、及び第２の搬送波形を組み合わせて、デルマトーム内の２つの異なる深さで神経を刺激できる変調信号パッケージを発生することと、デルマトーム内の神経を刺激するために、変調波形をデルマトームに印加することと、を含む。
【００１７】
一実施形態において、方法は、第２及び第３の周波数と異なるものでありかつデルマトーム内の組織を通過できる第４の周波数を有する第３の搬送波形を発生することと、第３の搬送波形を、第１の波形、第１の搬送波形、及び第２の搬送波形と組み合わせて、デルマトーム内の３つの異なる深さで神経を刺激できる第２の変調信号パッケージを発生することと、を含むことができる。一実施形態において、第１の波形、第１の搬送波形、及び第２の搬送波形は同時に発生される。別の実施形態において、第１の搬送波形と第２の搬送波形は、互いに排他的に発生される。
【００１８】
一実施形態において、第１の波形の第１の周波数は約１０Ｈｚ〜２００Ｈｚであり、第１の搬送波形の第２の周波数は約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚであり、第２の搬送波形の第３の周波数は約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚである。第１の搬送波形は、第１の波形をデルマトーム内の第１の深さに搬送し、第２の搬送波形は、第１の波形をデルマトーム内の第２の深さに搬送する。
【００１９】
一実施形態において、波形発生器及び電極は、パッチを皮膚に固定するために接着剤を有するパッチ装置内に配置されてもよい。一実施形態において、所定の神経終末は、Ｔ５〜Ｔ９デルマトームの交感求心性神経であってもよく、パッチは、交感神経系の腹腔神経節を刺激するために、実質的に、哺乳類の身体の胸部領域に配置されてもよい。この神経刺激技法は、肥満症の治療に用いられてもよい。別の実施形態において、所定の神経は、脊髄へのＳ１、Ｓ２、及びＳ３求心性副交感神経路であり、パッチは、実質的に、哺乳類の身体の仙骨領域に配置される。この神経刺激技法は、大便失禁及び／又は尿失禁の治療に用いられてもよい。
【００２０】
本発明はまた、哺乳類のデルマトームを刺激するための方法を提供する。一実施形態において、その方法は、デルマトームを刺激できる周波数を有する波形を発生することと、信号を哺乳類の皮膚に印加することと、を含む。別の実施形態において、この方法は、デルマトームを刺激できる周波数を有する第１の波形を発生することと、哺乳類の組織を通過できる個別の周波数を有する一対の搬送波形を発生することと、第１の波形を２つの搬送波形で変調して変調信号を生成することと、変調信号を哺乳類の組織に印加することと、を含む。
【００２１】
本発明のこれらの及び他の好ましい実施形態について、以下でより詳しく説明することにする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】人体に存在するデルマトーム領域を示している図。
【図１Ｂ】人体に存在するデルマトーム領域を示している図。
【図２】哺乳類の組織を通じて延びる神経終末を有する神経を示している図。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による神経刺激パッチの拡大図。
【図３Ｂ】組立て後の図３Ａの神経刺激パッチを示している図。
【図４】本発明の別の実施形態による神経刺激パッチの拡大図。
【図５】本発明の一実施形態による、様々な深さで神経を刺激できる神経刺激装置の模式図。
【図６Ａ】図５の装置によって発生された例示的な波形を示している図。
【図６Ｂ】図５の装置によって発生された例示的な波形を示している図。
【図７】図５の装置によって発生された例示的な波形を示している図。
【図８】本発明の一実施形態による、哺乳類の皮膚に取り付けられた神経刺激装置を示している図。
【図９】本発明の別の好ましい実施形態による神経刺激装置の模式図。
【図１０】本発明の一実施形態による、哺乳類の皮膚に取り付けられた神経刺激装置を示している図。
【図１１】本発明の一実施形態による神経刺激装置の模式図。
【図１２】本発明の別の実施形態による神経刺激装置の模式図。
【００２３】
〔詳細な説明〕
本明細書で使用する見出しは、単に編集を目的としたものであり、説明又は特許請求の範囲を限定するために使用することを意図したものではない。本願の全体を通じて使用されるとき、「してもよい（may）」という語は、義務の意味（すなわち必須を意味する）ではなく、許可の意味で使用されている（すなわち、あることを行う可能性を有することを意味する）。同様に、「含む（include、including、及びincludes）」という語は、あるものを含むが、それらに限定はされないことを意味する。理解を容易にするために、各図に共通する同様の要素を示すために、可能な限り、同様の参照符号が使用されている。
【００２４】
図１Ａ及び１Ｂを参照すると、デルマトーム領域は、単一の後根から発する知覚求心性神経線維を有する身体領域である。図１Ａ及び１Ｂは、人体の皮膚表面に連続的な帯を形成するデルマトームを表している。図１Ａは人体の前面像を示しており、図１Ｂは人体の後面像を示している。図２を参照すると、後根２２は、脊髄神経の求心性知覚根である。後根２２の遠位端部２４に後根神経節２６Ａ、２６Ｂがあり、後根神経節２６Ａ、２６Ｂは、根２２によって運ばれる神経線維のニューロン細胞体を含んでいる。これらの線維はデルマトーム領域２８をなしている。特定のデルマトーム領域２８内の神経終末２６Ａ、２６Ｂを刺激すると、結果として、知覚情報が求心性神経を通じて脊髄及び脳に伝達される。この知覚情報の伝達は、肥満症及び失禁など、特定の状態を治療するために用いられてもよい。
【００２５】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の一実施形態による神経刺激装置３０を示している。神経刺激装置３０は、頂面３４と底面３６とを有する第１の層３２を含む。第１の層３２の底面３６は、開口部４０Ａ、４０Ｂを有する接着層３８によって被覆されており、開口部４０Ａ、４０Ｂは、接着層３８を貫いて延び、活性集積電極４２Ａ及び帰還集積電極４２Ｂを収容する。接着層３８は、電極４２Ａ、４２Ｂの形状に適合しかつ電極を患者の皮膚の表面に直接接触させる孔を含む。装置３０は、対応する電極４２Ａ、４２Ｂを被覆する電解質パッド４４Ａ、４４Ｂを含む。電極４２Ａ、４２Ｂは第１の層３２に直接固定されてもよく、あるいは、プラスチックなどの任意の好適な材料から構成された第２の層によって適所に保持されてもよい。集積電極は、金メッキされてもよく、あるいは他の耐腐食性の金属で作られてもよい。この装置３０は、可撓性の電子基板又はフレキシブル基板の第３の層４６を含み、この第３の層４６は、第‘９９８号公報に記載された電子要素のすべてを収容しており、電極４２Ａ、４２Ｂに電気的に結合されている。フレキシブル基板４６は、電池の接続を完全なものにするように、かつ電子構成部品をより小さな空間に入れるように、電池の上で折り重ねられる部分を有している。第４の層は、電池シール又はリング５０によって定位置に保持され得る、任意の好適な寸法及び形状の薄膜電池４８であり、上部カバー５２は、絆創膏に広く使用されているプラスチック被覆などの任意の好適な被覆である。
【００２６】
図３Ｂを参照すると、神経刺激装置３０は、最上層の一部分の下にあるフォトダイオード５４を含み、このフォトダイオード５４は、消費電力の極めて低い通信受信器として使用され得る。このフォトダイオードは、小型で、廉価であり、非活動時の電力消費がゼロであり、ＲＥリンク（RE link）と比べてエネルギー及び空間効率の大いに高いものである。他の実施形態において、しかしながら、ＲＥリンクが使用されてもよい。装置３０は、電池４８Ａ、４８Ｂによって給電される電極４２Ａ、４２Ｂを含み、電池４８Ａ、４８Ｂは電池シール５０Ａ、５０Ｂで囲まれている。２つの刺激電極４２Ａ、４２Ｂは方側に片寄っており、結果として、装置は幾分かＤ字形状となっている。上部カバー５２は、洗濯、入浴、及びシャワーなどの通常の活動の間に内部の構成部品を保護するために、防水性となっている。
【００２７】
本発明の一実施形態において、神経刺激パッチは、２００７年１１月１６日に出願され「Nerve Stimulation Patches and Methods for Stimulating Selected Nerves」と題された、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１１／９４１，５０８号にて開示された要素のうちの１つ以上を含んでもよく、この米国特許出願第１１／９４１，５０８号の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる。図４を参照すると、神経刺激パッチ１００は、頂面１０４と底面１０６とを有する、回路基板などの基板１０２を有している。回路基板１０２は、電気信号を発生するように適合された構成部品を装着されており、その電気信号は、身体に加えられて、１つ以上の選択された神経を刺激し得る。一実施形態において、回路基板１０２は、能動的構成部品及び受動的構成部品を有しており、それらの構成部品は、選択された神経を刺激するために、電気信号を発生させ、その信号を変調し、その信号を身体に加える。
【００２８】
選択的神経刺激パッチ１００は、パッチのエネルギー源を提供する、電池などの電力源１０８を含む。一実施形態において、電力源１０８は、好ましくは、基板の頂面１０４の上に固定されており、導体１１０の下にある。パッチ１００は望ましくは、導体１１０と電力源１０８の頂面との間に設けられた導電性接着剤（図示せず）を含む。一実施形態において、導体１１０は、作動されると回路基板１０２上の構成部品に電力源１０８を持続的に接続する使い捨ての又は一回使用型のスイッチの一部である。最初に、導体１１０は好ましくは、電力源１０８から離間され分離されている。導体１１０が電力源の頂面に向かって押し付けられると、導体は電力源に（導電性接着剤を介して）接着して、回路基板及び回路基板に取り付けられた構成部品に電力を供給する。導体１１０は、好ましくは可撓性である。一実施形態において、この導体はスパイラル導体である。
【００２９】
選択的神経刺激パッチ１００は、好ましくは、回路基板１０２の上に組み付けられる成形上部キャップ１１２を含む。成形上部キャップ１１２は、以下でより詳細に説明するように、好ましくは透明であり、そのため、光信号が成形上部キャップを通過することができる。成形上部キャップ１１２の一方の端部は、成形上部キャップ１１２の中に形成された弱化領域１１４を有するのが望ましく、この弱化領域１１４は、電池１０８の上部に導体１１０を押し付けるために、押し下げが可能となっている。他の実施形態において、成形上部キャップ１１２は、上部キャップの長さ全体にわたって、均一な厚さを有していてもよい。成形上部キャップ１１２は、好ましくは、下にある回路基板１０２の形状に適合する。一実施形態において、上部キャップ１１２は、射出成形技法を用いて基板１０２の上に形成される。成形上部キャップは、硬化性の封入材料を含んでいてもよい。別の実施形態において、成形上部キャップ１１２は、回路基板に組み付けられる別個の部品として形成されてもよい。
【００３０】
選択的神経刺激パッチ１００はまた、上部キャップ１１２及び回路基板１０２の上にある上部カバー１１６を有している。一実施形態において、上部カバー１１６は、商標ゴアテックスとして販売されている材料などの防水通気性材料でできている。上部カバー１１６は望ましくは、導体１１０と位置合わせされる第１の開口部１１８と、基板上に設けられたＬＥＤと位置合わせされる第２の開口部１２０と、パッチ１００によって発生される出力信号又は波形のパラメータを調節するためのフォトダイオードなどの光スイッチと位置合わせされる第３の開口部１２２と、を有している。
【００３１】
選択的神経刺激パッチ１００はまた、回路基板１０２の底面１０６にてアクセス可能な電極（図示せず）と、それぞれの電極の上にある接着性導電性パッド１２４Ａ、１２４Ｂと、を含む。一実施形態において、電極は基板に配置され、基板の底面にてアクセス可能である。回路基板の底面に電極を設けることにより、パッチ１００の寸法及び／又は設置面積が最小限となっている。また、この構造により、神経刺激パッチを作るのに必要な部品の数が減少している。
【００３２】
図５を参照すると、本発明の一実施形態において、神経刺激パッチなどの神経刺激装置２００が回路基板２０２を含み、この回路基板２０２は、標的の神経を刺激するための電気信号を発生させる構成部品を設けられている。神経刺激パッチ２００は、リチウムイオン電池などの好適な電力源２０４と、標的の神経又は神経終末を刺激できる比較的低い周波数を有する第１の波形２０８を生成する第１の波形発生器２０６と、哺乳類の組織を通過できる比較的高い周波数を有する第２の波形２１２を生成する第２の波形発生器２１０と、哺乳類の組織を通過できる比較的高い周波数を有する第３の波形２１６を生成する第３の波形発生器２１４と、を含む。第２及び第３の波形は好ましくは、組織の異なる深さに進むように、異なる周波数を有する搬送波形を発生する。第１、第２、及び第３の波形発生器２０６、２１０、及び２１４は好ましくは、電池２０４に電気的に結合され、電池２０４により給電される。これらの波形発生器は、テキサス州ダラスのTexas Instrumentsによってモデル番号ＮＥ５５５として販売されているものなど、任意の好適なタイプであってよい。それぞれ第１の波形発生器２０６、第２の波形発生器２１０、及び第３の波形発生器２１４の出力は、振幅変調器２１８に加えられ、振幅変調器２１８は、これら３つの波形を変調信号パッケージ２２０へと変調する。「信号パッケージ」という用語は、本明細書において、任意の方式で互いに変調された２つ以上の個々の信号からなる単一の出力信号を表すために使用されている。一実施形態において、２つの搬送波形２１２、２１６が組み合わされ（図６Ｂを参照）、この組み合わされた波形が、低周波の第１の波形２０８によって更に変調されて、哺乳類の組織の様々な深さに到達できる神経刺激信号２２０（図７を参照）が生成される。
【００３３】
図５、６Ａ、及び６Ｂを参照すると、本発明の一実施形態において、第１の波形発生器２０６は、第１の波形２０８、又は、特定のデルマトーム内の遠位側の後根神経線維などの第１の選択された体部位を刺激することが既知である周波数を有する信号を発生する。一実施形態において、第１の波形２０８は、約１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数、より好ましくは約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数を有してもよく、これらは神経を刺激するのに好適な周波数範囲である。上記のように、これらの比較的低い周波数の信号を、標的の神経を刺激するのに十分な電流密度で特定の標的の神経に到達するように身体組織に通すことは困難であることが観測されている。この問題に対処するために、第２の波形発生器２１０は、約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ、より好ましくは約２００ＫＨｚの、より周波数の高い第１の搬送波形２１２を発生し、第３の波形発生器２１４は、第１の搬送波形２１２とは異なる、別の高周波の第２の搬送波形２１４を発生する。例えば、一実施形態において、第２の搬送波形２１６は、約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ、より好ましくは約３００ＫＨｚの周波数を有する。様々な周波数を有する比較的高い周波数の搬送波形を供給することにより、好ましくは、様々な深さで神経を刺激できる神経刺激信号が生成される。第１及び第２の搬送波形２１２、２１６は、Texas Instrumentsによって販売されているOn-Semi MC1496変調器などの振幅変調器２１８に、第１の神経刺激波形２０８と共に加えられる。
【００３４】
一実施形態において、第１の波形２０８は好ましくは、約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数を有する方形波であり、第１の搬送波形２１２は好ましくは、約２００ＫＨｚの範囲の周波数を有する正弦波信号であり、第２の搬送波形２１６は好ましくは、約３００ＫＨｚの範囲の周波数を有する正弦波信号である。他の実施形態において、他の範囲が波形に使用されてもよい。好ましくは、第１及び第２の搬送波形２１２、２１６は、異なる周波数を有している。図６Ａ、６Ｂ、及び７に示す信号は、単に説明を目的としたものであり、本明細書に記載する例示的な信号を忠実に表現することを意図したものではない。他の周波数が使用されてもよく、また本発明の範囲内に依然として含まれることが企図される。
【００３５】
図５を参照すると、動作中、変調器２１８によって発生された変調信号２２０は電極２２２に伝送され、電極２２２は、その変調信号２２０をデルマトーム領域内の標的の神経に加える。当業者には容易に理解されるように、変調信号２２０を使用すると、搬送波形の高周波性によって低周波信号が標的の神経に感知され（かつ反応され）得るので、標的の神経が効率的に刺激される。更に、搬送波形２１２、２１６は異なる周波数を発生し、それによって、異なる深さで組織を通過する。
【００３６】
図８は、哺乳類の皮膚２２４に張り付けられた、図５の神経刺激装置２００を示している。神経刺激装置２００は、図７に示す神経刺激波形２２０を発生する。神経刺激波形２２０は第１の部分を含み、その第１の部分は、第１の波形２０８と第１の搬送波形２１２との組み合わせたものであり、神経線維の第１の分岐点２２６Ａを刺激するために、哺乳類の組織２２５を通過して、「Ａ」で記された深さに到達することができる。神経刺激波形２２０はまた、第２の部分を有しており、その第２の部分は、第１の波形２０８と第２の搬送波形２１６との組み合わせたものであり、神経線維の第２の分岐点２２６Ｂを刺激するために、哺乳類の組織を通過して、「Ｂ」で記された深さに到達することができる。組織内の他の深さで神経を刺激するために、他の周波数を有する他の搬送波形が加えられてもよい。
【００３７】
本発明は、動作のいかなる特定の理論にも限定されるものではないが、デルマトーム領域の上方における皮膚表面上の電気刺激により、後根神経節に、また最終的には後根自体に帰還する活動電位が、神経線維内に発生すると考えられる。通常のＴＥＮＳ装置に見受けられるものなどの、低周波（１０Ｈｚ〜２００Ｈｚ）及び比較的低いエネルギーレベル（１０〜３０マイクロアンペアの信号）のみを用いた刺激は、皮膚及び組織の電気インピーダンスがエネルギーの流れに抗するので、遠位側の後根線維のより深い分岐点に浸透することがない。皮膚は、表皮、真皮、及び皮下層を含めて様々な層でできているので、低周波信号による皮膚の電気刺激（ＴＥＮＳ）は、結果として、周知の容量効果が原因で相当なエネルギー散逸を皮膚の上部表皮層内に生じる。インピーダンスを克服し、より深い層における神経に到達するために、より大きなエネルギーが用いられると、皮膚表面の振動など、重大な不利な状況が生じる。
【００３８】
これらの組織のインピーダンスの問題を克服するため、また、より深い遠位側の後根神経線維を刺激するためには、信号の振幅が増加しなければならず、あるいは周波数が調整されてもよい。本明細書で説明するように、高周波信号は、身体の組織の中へより深く進行するが、神経を刺激することはない。しかしながら、高周波信号を低周波パルス包絡線で変調すると、神経が効果的に刺激される。つまり、変調信号を高周波搬送波と共に使用すると、電極／皮膚の境界面及び表皮の容量性層が効果的に通り抜けられ、それによって、真皮内の知覚神経終末を直接刺激することが可能となる。更に、異なる周波数（例えば２００ＫＨｚと２００ＫＨｚ）を有する高周波搬送波形を使用すると、異なる深さで神経を刺激することが可能となる。付随する表皮効果、及び真皮内の神経終末を刺激するのに必要なエネルギーは、最小化される。
【００３９】
本発明の一実施形態において、搬送波形の周波数は、デルマトーム領域の遠位側の後根神経線維の活動電位を扇動するのに十分な深さに、ただし他の末梢神経を刺激しない深さに、刺激波形を送達するように調節されてもよい。つまり、神経刺激信号の搬送周波数を変更すると、様々な深さで測定され得る様々な波形が生成される。更に、複数の重なり合う信号が、深さを増して神経根に注がれる（bathe）、特定的に規定された波形の場を生成してもよい。本発明の一実施形態において、神経刺激装置は、単一のパルス包絡線内に２つの搬送波形を発生し、一方は２００ＫＨｚで、もう一方は３００ＫＨｚで伝送する。これらの波形を同時に伝送することにより、波形は本質的には加算され、結果として単一の波形となる。組み合わされた新たな波形は、２つの別々の搬送波形のスペクトル成分を２００ＫＨｚ及び３００ＫＨｚに有する。更に、低周波成分、例えば１０Ｈｚの周波数で複合波形を振幅変調することにより、結果として、パルス化された複合波形が生じる。したがって、これらの搬送波形を様々な周波数で、ただし同時に伝送して使用することにより、デルマトーム内の様々な深さで神経が刺激されてもよい。これらの波形は、皮膚表面にある後根神経線維だけでなく、様々な深さに至る、特定のデルマトーム内のすべての遠位側の後根神経線維を刺激する場を生成する。更に、搬送波形の周波数を制御することにより、神経刺激信号は、標的の神経に搬送される一方で、標的でない神経は刺激しない。本明細書で説明する変調信号を使用することにより、皮膚の中に波形を伝達することができ、また、特定のデルマトーム内の所定の神経終末によって、その波形を検出する（またその波形に反応する）ことが可能となる。
【００４０】
本発明の一実施形態において、第３の搬送波形が使用されてもよい。第３の搬送波形は、上述のように最初の２つの搬送波形に加えられ、３つの別々の搬送波形のスペクトル成分を有する複合波形を生成してもよい。更に別の実施形態において、変調波形の形状は変更されてもよい。例えば、変調波形は、上述のように複数の搬送波形を有する三角波形であってもよい。
【００４１】
これまでに１つの特定の実施形態について説明してきたが、好適な変調信号及び／又は信号パッケージが得られるように、適切な信号が多数の様々な方式で操作され得ることが、当業者には明らかとなろう。例えば、図９を参照すると、本発明の一実施形態において、経皮パッチ３０２などの神経刺激装置３００が、電池３０４によって給電される。神経刺激装置３００は、哺乳類の所定の神経を刺激できる周波数を有する第１の波形３０８を発生するように適合された第１の波形発生器３０６と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する第１の搬送波形３１２を発生するように適合された第２の波形発生器３１０と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する第２の搬送波形３１６を発生するように適合された第３の波形発生器３１４と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する第３の搬送波形３３７を発生するように適合された第４の波形発生器３３５とを、有している。この装置は好ましくは、第１、第２、第３、及び第４の波形発生器３０６、３１０、３１４、及び３３５に電気的に結合された変調装置３１８であって、第１の波形３０８、並びに、搬送波形３１２、３１６、及び３３７を変調して変調波形３２０を生成するように適合された、変調装置３１８と、変調装置３１８に電気的に結合された電極３２２であって、哺乳類の皮膚に変調波形３２０を加えるためにその皮膚に実質的に隣接して配置される、電極３２２と、を有している。
【００４２】
図９及び１０を参照すると、本発明の一実施形態において、神経刺激装置３００は、第１の波形３０８と第１の搬送波形３１２とを組み合わせた第１の信号部分を発生しており、この第１の搬送波形３１２は、神経線維の第１の分岐点３２６Ａを刺激するために、哺乳類の組織３２５を通過して「Ａ」で記す深さに到達することができる。神経刺激装置３００はまた、第１の波形３０８を第２の搬送波形３１６と組み合わせた第２の信号部分を発生しており、その第２の信号部分は、神経線維の第２の分岐点３２６Ｂを刺激するために、哺乳類の組織を通過して、「Ｂ」で記された深さに到達することが可能である。加えて、神経刺激装置３００は、第１の波形３０８を第３の搬送波形３３７と組み合わせた第３の信号部分を発生しており、その第３の信号部分は、後根の遠位側の終末３２７を刺激するために、哺乳類の組織を通過して、「Ｃ」で記された深さに到達することができる。したがって、図９及び１０に示す装置は、様々な深さで神経の様々な部分を刺激することができ、このことは、神経刺激治療の有効性を向上させると考えられる。一実施形態において、神経刺激信号は、様々な神経分岐点を同時に刺激するために、様々な深さに同時に伝達される。一実施形態において、神経刺激信号は、順次式又は交代式のパターンで様々な深さに伝達されてよい。別の実施形態において、各神経分岐点が様々な深さにある神経分岐点の群が、順次式又は交代式のパターンで刺激されてよい。例えば、神経分岐点の第２の群が刺激されていない間に、神経分岐点の第１の群が刺激されてもよく、次いで、第１の群が刺激されていない間に、第２の群が刺激されてもよい。刺激のこのパターンは、２つの群の間で前後に交代されてもよい。他の実施形態は、順次式又は交代式のパターンのために、神経分岐点の第３、第４、又はそれ以上の群を取り入れてもよい。
【００４３】
本発明は、動作のいかなる特定の理論にも限定されるものではないが、根神経の外側の分岐点を様々な深さで刺激することにより、根神経自体を刺激するのに通常必要となる刺激閾値が低下すると考えられる。換言すれば、本発明の装置及び方法は、根神経を刺激するのに必要な電流を減少させる、神経の深さ全体に「注ぐ（bathing）」ための技法を提供すると考えられる。これは、外側の神経分岐点（例えば求心性神経）を様々な深さで刺激することの総合的な効果により、根神経を刺激するのに必要な閾値が効果的に低下するからである。結果として、従来技術の装置及び方法を使用して通常必要となるよりも少ない電力を使用しながらも、効果的な根神経の刺激を達成することができる。更に、より高い電力消費、皮膚の振動、痛み、並びに、標的でない神経及び体部位の不必要な刺激など、従来技術の神経刺激装置に伴う不利な結果が回避され得る。更に、本発明により電力の必要量が減じられることで、電力源を交換及び／又は再充電するまで装置を使用し得る時間の長さが増すことになる。
【００４４】
図１１を参照すると、本発明の一実施形態において、神経刺激装置が２つのシステム４５０Ａ、４５０Ｂを有している。第１のシステム４５０Ａは、哺乳類の所定の神経を刺激できる周波数を有する第１の神経刺激波形４０８を発生するように適合された第１の波形発生器４０６と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する第１の搬送波形４１２を発生するように適合された第２の波形発生器４１０と、を含む。第１のシステム４５０Ａは、第１及び第２の波形発生器４０６、４１０に電気的に結合された変調装置４１８であって、第１の波形４０８及び第１の搬送波形４１２を変調して変調波形４２０を生成するように適合された、変調装置４１８を含む。第２のシステム４５０Ｂは、哺乳類の所定の神経を刺激できる周波数を有する第２の神経刺激波形４１６を発生するように適合された第３の波形発生器４１４と、哺乳類の組織を通過できる周波数を有する第２の搬送波形４３７を発生するように適合された第４の波形発生器４３５と、を含む。第２のシステム４５０Ｂは、第３及び第４の波形発生器４１４、４３７に電気的に結合された第２の変調装置４５２であって、第２の神経刺激波形４１６及び第２の搬送波形４３７を変調して変調波形４５４を生成するように適合された、第２の変調装置４５２を含む。電極４６０は、２つの変調装置４１８、４５２に電気的に結合されており、変調波形を哺乳類の皮膚に印加するために、その皮膚に実質的に隣接して配置される。搬送波形４１２、４３７は好ましくは、異なる周波数を有しており、それによって、異なる深さまで組織を通過する。一実施形態において、第１のシステム４５０Ａは２００ＫＨｚの搬送波形を発生し、この搬送波形は１０Ｈｚの低周波成分によって変調される。同時に、第２のシステム４５０Ｂは３００ＫＨｚの搬送波形を発生し、この搬送波形は１０Ｈｚの低周波成分によって変調される。この組み合わせの結果、異なる搬送周波数を有する２つの変調波形が生じ、それらの搬送周波数は、異なる深さで神経を刺激する。他の実施形態において、低周波波形が様々な周波数を有してもよい。
【００４５】
本発明の一実施形態において、Ｓ２又はＳ３デルマトームの刺激は、脊髄へのＳ２及びＳ３求心性副交感神経路の活性化によって大便失禁及び／又は尿失禁を抑制するために利用され得る。Ｓ２及びＳ３求心性神経路を活性化すると、結果として、下腹神経の活動を促進することにより、下行結腸及び膀胱を神経支配する、遠心性の骨盤の運動神経が抑制されることが認められている。下腹神経の活動が高まると、結腸及び膀胱の弛緩が生じる。一実施形態において、神経刺激装置は、下腹神経及び陰部神経を刺激するために、それらの神経が脊柱を出る仙骨部内など、脊髄の下方のある箇所にて、Ｓ２又はＳ３デルマトームの上に置かれてもよい。
【００４６】
一実施形態において、大便／肛門失禁の治療は、２つの電極を有する比較的小さな装置を皮膚の表面に置くことを含む。電極は、それぞれ約１ｃｍ２の表面積を有するものであり、Ｓ２〜Ｓ３の高さにて、脊椎の正中線から２ｃｍ側方の部位において中心に置かれる。組み合わされた２００ＫＨｚと３００ＫＨｚの正弦搬送波を１０Ｈｚの方形パルス波形で変調したものが、その部位にて伝達されて、Ｓ２〜Ｓ３の後根神経線維につながる求心性知覚神経線維を刺激する。他の実施形態において、１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの範囲内の周波数を有する搬送波など、他の周波数を有する搬送波が使用されてもよい。
【００４７】
一実施形態において、神経刺激装置は、Ｔ５〜Ｔ９デルマトームのうちの１つ以上を刺激して満腹感の知覚を高めるために使用される。この場合、パッチは好ましくは、交感神経系の腹腔神経節を刺激するために、Ｔ５〜Ｔ９デルマトームを標的とするようにＴ５〜Ｔ９椎骨の近傍にて背中の上に置かれる。
【００４８】
一実施形態において、皮膚の表面に置かれる２つの電極を有する神経刺激装置を使用して、肥満症を治療することができる。電極は、それぞれ約１ｃｍ２の表面積を有するものであり、Ｔ５〜Ｔ９の高さにて脊椎の正中線に対して約６ｃｍ側方の部位において中心に置かれ、肋骨の間に延びる。組み合わされた２００ＫＨｚと３００ＫＨｚの正弦搬送波を１０Ｈｚの方形パルス波形で変調したものが、その部位にて伝達されて、Ｔ５〜Ｔ９の後根神経線維につながる求心性知覚神経線維を刺激する。
【００４９】
本発明の一実施形態において、神経刺激装置は、不活発な食欲障害を治療するために使用されてもよい。これは、腹腔神経節を刺激して（本明細書で開示する装置のいずれかを使用して）、胃内容排出及び食欲の原因となる副交感神経の変化を誘発することによって達成されてもよい。本発明は、動作のいかなる特定の理論にも限定されるものではないが、胃を直接神経支配する腹腔神経叢を刺激すると、空腹感を生じさせる神経インパルスを脳に発生できると考えられる。次に、神経刺激により、胃の歩調取りの活動を高め、蠕動を加速することができる。したがって、胃は迅速に空になり、そのため、空腹感を生じさせる正常な神経インパルスが発生される。
【００５０】
特定の患者に対し、より強い食欲を誘発する電流強度と、パルス周波数と、パルス持続時間との組み合わせは、食欲の抑制を誘発する電流強度と、パルス周波数と、パルス持続時間との組み合わせとは異なる。所望の結果をもたらすのに必要な厳密な組み合わせは、患者ごとに異なり得るが、一般に、より長期間にわたってより強く刺激すると、腸の活動が低下して、食欲が減退し抑制される。したがって、所望の効果が食欲の抑制である場合、より高い電流強度、パルス周波数、及び／又はより長期のパルス持続時間で刺激期間をより長期にすることにより、この効果がもたらされる傾向がある。逆に、所望の効果が食欲の増進である場合、より低い電流強度、パルス周波数、及び／又はより短期のパルス持続時間にて刺激期間をより短期にすることにより、この効果がもたらされる傾向があり得る。
【００５１】
図１２を参照すると、本発明の一実施形態において、神経刺激装置は、埋込み型パルス発生器５００を含んでもよく、埋込み型パルス発生器５００は、哺乳類（例えばヒト）の身体に埋込み可能なハウジング５０２を有している。埋込み型パルス発生器（ＩＰＧ）５００は、リチウムイオン電池などの好適な電力源５０４と、第１の波形５０８を生成する第１の波形発生器５０６と、第１の搬送波形５１２を生成する第２の波形発生器５１０と、第２の搬送波形５１６を生成する第３の波形発生器５１４と、を含む。第１、第２、及び第３の波形発生器５０６、５１０、及び５１４は好ましくは、電池５０４に電気的に結合されており、電池５０４によって給電される。これらの波形発生器は、テキサス州ダラスのTexas Instrumentsによってモデル番号ＮＥ５５５として販売されているものなど、任意の好適なタイプであってよい。それぞれ第１の波形発生器５０６、第２の波形発生器５１０、及び第３の波形発生器５１４の出力は、振幅変調器５１８に加えられ、振幅変調器５１８は、これら３つの波形を変調信号パッケージ５２０へと変調する。「信号パッケージ」という用語は、本明細書において、任意の方式で互いに変調された２つ以上の個々の信号からなる単一の出力信号を表すために使用されている。
【００５２】
第１の波形発生器５０６は、第１の波形５０８、又は、神経線維の遠位端部などの第１の選択された体部位を刺激することが既知である周波数を有する信号を発生する。一実施形態において、この周波数は、約１０Ｈｚ〜４００Ｈｚであり、より好ましくは約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの範囲内にある。上記のように、そのような低周波信号を、標的の神経を刺激するのに十分な電流密度で特定の標的の神経に到達するように身体組織に通すことは困難であることが判明している。この問題に対処するために、第２の波形発生器５１０は、より周波数の高い第１の搬送波形５１２（例えば、約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ、より好ましくは約２００ＫＨｚ）を発生し、第３の波形発生器５１４は、別の高周波の第２の搬送波形５１６（例えば、１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ、より好ましくは約３００ＫＨｚ）を発生する。高周波の搬送波形５１２、５１６は、Texas Instrumentsによって販売されているOn-Semi MC1496変調器などの振幅変調器５１８に、第１の波形５０８と共に加えられる。２つの別個の搬送波形５１２、５１６は、デルマトーム領域内の異なる組織深さに神経刺激信号５０８を搬送する。神経刺激波形を他の深さに搬送するために、１つ以上の更なる搬送波形が加えられてもよい。
【００５３】
動作中、変調器５１８によって発生された変調信号５２０は、リード線５７５を通じて電極５２２に伝送される。次に、電極５２２は変調信号５２０を標的の神経線維５２６Ａ、５２６Ｂに加える。当業者には容易に理解されるように、変調信号２１６を使用すると、１つには搬送波形の高周波性によって低周波信号が標的の神経に感知され（かつ反応され）得ることが原因で、標的の神経線維が様々な組織深さで効率的に刺激される。他の実施形態において、埋込み型パルス発生器が、本明細書で開示する特徴又は要素ののうちのいずれかを含んでよい。
【００５４】
本発明の１つ以上の実施形態において、変調信号パッケージの個々の成分は、様々な神経、様々な神経分岐点、様々な筋肉、又は選択された他の体部位を選択的に標的とするように使用されてもよい。したがって、疼痛管理、過活動膀胱、大便失禁、間質性膀胱炎、及び他の任意の骨盤底障害に伴う症状など、様々な症状を緩和するように設計された刺激信号を、単一の神経刺激装置で提供してもよい。神経刺激装置はまた、哺乳類の組織内の様々な深さで神経分岐点を標的とするように使用されてもよい。
【００５５】
本明細書にて開示する本発明は、その用途又は使用法において、添付の図面及び説明に示す部品の構造及び構成の細部に限定されるものではない。本発明の例示的な実施形態は、他の実施形態、変形形態、及び修正形態に実装されても、あるいは組み込まれてもよく、また、様々な方式で遂行されても、あるいは実行されてもよい。例えば、本発明の一実施形態は、女性の神経刺激に関連して説明するが、この実施形態が男性及び小児への使用に容易に適合され得ることは理解されよう。また、本明細書で説明する本発明の原理、機器、及び方法は、分娩及び出産の間の神経の刺激など、様々な他の神経を独立に若しくは同時に刺激すること、又は、所与の神経束の分岐点を選択的に刺激して種々の患者の状態に選択的に対処することへの応用性を有し得るものである。したがって、本発明は、例えば、腹圧性尿失禁、肛門及び大便失禁、疼痛、性的機能不全、間質性膀胱炎、限定するものではないが骨盤痛などの慢性疼痛、夜尿症、並びに、限定するものではないが胃ペーシングなどの胃腸障害の状態うちの１つ以上に同時に、選択的に治療を施すか、あるいは影響を与えるために使用され得る。最終的に、本明細書で説明する本発明はまた、ホルモンを分泌する腺、物理療法に伴う二頭筋刺激などの大きな筋群など、神経以外の体部位を刺激するためにも使用され得る。
【００５６】
本発明について本明細書において特定の実施形態を参照して説明してきたが、これらの実施形態は、本発明の原理及び用途を説明するものに過ぎないことが理解されよう。したがって、例示的な実施形態に対して多数の修正がなされ得ること、並びに、他の構成が本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく考案され得ることが理解されよう。
【００５７】
〔実施の態様〕
（１） 神経刺激装置において、
デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、
哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、
前記第２の周波数とは異なるものでありかつ前記哺乳類の前記組織を通過できる第３の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、
前記第１、第２、及び第３の波形発生器に電気的に結合された変調器であって、前記第１の波形、前記第１の搬送波形、及び前記第２の搬送波形を変調して、前記デルマトーム内の様々な深さで前記神経を刺激できる変調信号パッケージを発生するように適合された、変調器と、
前記変調波形を前記デルマトームに印加するために前記変調器に電気的に結合された電極と、
を備える、神経刺激装置。
（２） 前記哺乳類の前記組織を通過できる第４の周波数を有する第３の搬送波形を発生するように適合された第４の波形発生器を更に備える、実施態様１に記載の神経刺激装置。
（３） 前記変調器が、前記第４の波形発生器に電気的に結合されて前記変調信号パッケージを発生する、実施態様２に記載の神経刺激装置。
（４） 前記第１の波形の前記第１の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚである、実施態様１に記載の神経刺激装置。
（５） 前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、実施態様１に記載の神経刺激装置。
（６） 前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約２００ＫＨｚである、実施態様５に記載の神経刺激装置。
（７） 前記第２の搬送波形の前記第３の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、実施態様１に記載の神経刺激装置。
（８） 前記第２の搬送波形の前記第３の周波数が約３００ＫＨｚである、実施態様７に記載の神経刺激装置。
（９） 皮膚の上に固定可能な経皮的神経刺激パッチを備える、実施態様１に記載の神経刺激装置。
（１０） 前記哺乳類に埋込み可能な電極を備える、実施態様１に記載の神経刺激装置。
【００５８】
（１１） 埋込み型ハウジングを含む埋込み型パルス発生器を備える、実施態様１に記載の神経刺激装置。
（１２） 神経刺激装置において、
第１のシステムであって、
デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、
哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、
前記第１及び第２の波形発生器に電気的に結合された第１の変調器であって、前記第１の波形及び前記第１の搬送波形を変調して第１の変調波形を発生するように適合された、第１の変調器と
を含む、第１のシステムと、
第２のシステムであって、
前記第１の波形の前記第１の周波数に等しいものでありかつ前記デルマトーム内の前記神経を刺激できる第３の周波数を有する第２の波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、
前記第２の周波数とは異なるものでありかつ前記哺乳類の前記組織を通過できる第４の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第４の波形発生器と、
前記第３及び第４の波形発生器に電気的に結合された第２の変調器であって、前記第２の波形及び前記第２の搬送波形を変調して第２の変調波形を発生するように適合された、第２の変調器と、
を含む、第２のシステムと、
前記第１及び第２の変調波形を印加するために前記変調器に電気的に結合された電極であって、前記第１及び第２の変調波形が、前記組織内の様々な深さで前記神経を刺激するために、様々な深さで前記組織を通過するように適合される、電極と、
を備える、神経刺激装置。
（１３） 前記第１の波形の前記第１の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚである、実施態様１２に記載の神経刺激装置。
（１４） 前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、実施態様１２に記載の神経刺激装置。
（１５） 前記第２の波形の前記第３の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚである、実施態様１２に記載の神経刺激装置。
（１６） 前記第２の搬送波形の前記第４の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、実施態様１２に記載の神経刺激装置。
（１７） 皮膚の上に固定可能な経皮的神経刺激パッチを備える、実施態様１２に記載の神経刺激装置。
（１８） 埋込み型ハウジングを含む埋込み型パルス発生器を備える、実施態様１２に記載の神経刺激装置。
（１９） デルマトーム内の神経を様々な深さまで刺激する方法において、
前記デルマトーム内の前記神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生することと、
前記デルマトーム内の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生することと、
前記第２の周波数とは異なるものでありかつ前記デルマトーム内の前記組織を通過できる第３の周波数を有する第２の搬送波形を発生することと、
前記第１の波形、前記第１の搬送波形、及び前記第２の搬送波形を組み合わせて、前記デルマトーム内の２つの異なる深さにて前記神経を刺激できる変調信号パッケージを発生することと、
前記デルマトーム内の前記神経を刺激するために前記変調波形を前記デルマトームに印加することと、
を含む、方法。
（２０） 前記第２及び第３の周波数と異なるものでありかつ前記デルマトーム内の前記組織を通過できる第４の周波数を有する第３の搬送波形を発生することと、
前記第３の搬送波形を、前記第１の波形、前記第１の搬送波形、及び前記第２の搬送波形と組み合わせて、前記デルマトーム内の３つの異なる深さにて前記神経を刺激できる第２の変調信号パッケージを発生することと、を更に含む、実施態様１９に記載の方法。
【００５９】
（２１） 前記第１の波形、前記第１の搬送波形、及び前記第２の搬送波形が同時に発生される、実施態様１９に記載の方法。
（２２） 前記第１の搬送波形及び前記第２の搬送波形が互いに排他的に発生される、実施態様１９に記載の方法。
（２３） 前記第１の波形の前記第１の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚであり、前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚであり、前記第２の搬送波形の前記第３の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、実施態様１９に記載の方法。
（２４） 前記第１の搬送波形が前記第１の波形を前記デルマトーム内の第１の深さに搬送し、前記第２の搬送波形が前記第１の波形を前記デルマトーム内の第２の深さに搬送する、実施態様１９に記載の方法。
（２５） 前記変調波形を印加するために経皮的パッチ又は埋込み型装置を使用することを更に含む、実施態様１９に記載の方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
神経刺激装置において、
デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、
哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、
前記第２の周波数とは異なるものでありかつ前記哺乳類の前記組織を通過できる第３の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、
前記第１、第２、及び第３の波形発生器に電気的に結合された変調器であって、前記第１の波形、前記第１の搬送波形、及び前記第２の搬送波形を変調して、前記デルマトーム内の様々な深さで前記神経を刺激できる変調信号パッケージを発生するように適合された、変調器と、
前記変調波形を前記デルマトームに印加するために前記変調器に電気的に結合された電極と、
を備える、神経刺激装置。
【請求項２】
前記哺乳類の前記組織を通過できる第４の周波数を有する第３の搬送波形を発生するように適合された第４の波形発生器を更に備える、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項３】
前記変調器が、前記第４の波形発生器に電気的に結合されて前記変調信号パッケージを発生する、請求項２に記載の神経刺激装置。
【請求項４】
前記第１の波形の前記第１の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚである、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項５】
前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項６】
前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約２００ＫＨｚである、請求項５に記載の神経刺激装置。
【請求項７】
前記第２の搬送波形の前記第３の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項８】
前記第２の搬送波形の前記第３の周波数が約３００ＫＨｚである、請求項７に記載の神経刺激装置。
【請求項９】
皮膚の上に固定可能な経皮的神経刺激パッチを備える、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項１０】
前記哺乳類に埋込み可能な電極を備える、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項１１】
埋込み型ハウジングを含む埋込み型パルス発生器を備える、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項１２】
神経刺激装置において、
第１のシステムであって、
デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、
哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、
前記第１及び第２の波形発生器に電気的に結合された第１の変調器であって、前記第１の波形及び前記第１の搬送波形を変調して第１の変調波形を発生するように適合された、第１の変調器と
を含む、第１のシステムと、
第２のシステムであって、
前記第１の波形の前記第１の周波数に等しいものでありかつ前記デルマトーム内の前記神経を刺激できる第３の周波数を有する第２の波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、
前記第２の周波数とは異なるものでありかつ前記哺乳類の前記組織を通過できる第４の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第４の波形発生器と、
前記第３及び第４の波形発生器に電気的に結合された第２の変調器であって、前記第２の波形及び前記第２の搬送波形を変調して第２の変調波形を発生するように適合された、第２の変調器と、
を含む、第２のシステムと、
前記第１及び第２の変調波形を印加するために前記変調器に電気的に結合された電極であって、前記第１及び第２の変調波形が、前記組織内の様々な深さで前記神経を刺激するために、様々な深さで前記組織を通過するように適合される、電極と、
を備える、神経刺激装置。
【請求項１３】
前記第１の波形の前記第１の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚである、請求項１２に記載の神経刺激装置。
【請求項１４】
前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、請求項１２に記載の神経刺激装置。
【請求項１５】
前記第２の波形の前記第３の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚである、請求項１２に記載の神経刺激装置。
【請求項１６】
前記第２の搬送波形の前記第４の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、請求項１２に記載の神経刺激装置。
【請求項１７】
皮膚の上に固定可能な経皮的神経刺激パッチを備える、請求項１２に記載の神経刺激装置。
【請求項１８】
埋込み型ハウジングを含む埋込み型パルス発生器を備える、請求項１２に記載の神経刺激装置。
【請求項１】
神経刺激装置において、
デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、
哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、
前記第２の周波数とは異なるものでありかつ前記哺乳類の前記組織を通過できる第３の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、
前記第１、第２、及び第３の波形発生器に電気的に結合された変調器であって、前記第１の波形、前記第１の搬送波形、及び前記第２の搬送波形を変調して、前記デルマトーム内の様々な深さで前記神経を刺激できる変調信号パッケージを発生するように適合された、変調器と、
前記変調波形を前記デルマトームに印加するために前記変調器に電気的に結合された電極と、
を備える、神経刺激装置。
【請求項２】
前記哺乳類の前記組織を通過できる第４の周波数を有する第３の搬送波形を発生するように適合された第４の波形発生器を更に備える、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項３】
前記変調器が、前記第４の波形発生器に電気的に結合されて前記変調信号パッケージを発生する、請求項２に記載の神経刺激装置。
【請求項４】
前記第１の波形の前記第１の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚである、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項５】
前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項６】
前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約２００ＫＨｚである、請求項５に記載の神経刺激装置。
【請求項７】
前記第２の搬送波形の前記第３の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項８】
前記第２の搬送波形の前記第３の周波数が約３００ＫＨｚである、請求項７に記載の神経刺激装置。
【請求項９】
皮膚の上に固定可能な経皮的神経刺激パッチを備える、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項１０】
前記哺乳類に埋込み可能な電極を備える、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項１１】
埋込み型ハウジングを含む埋込み型パルス発生器を備える、請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項１２】
神経刺激装置において、
第１のシステムであって、
デルマトーム内の神経を刺激できる第１の周波数を有する第１の波形を発生するように適合された第１の波形発生器と、
哺乳類の組織を通過できる第２の周波数を有する第１の搬送波形を発生するように適合された第２の波形発生器と、
前記第１及び第２の波形発生器に電気的に結合された第１の変調器であって、前記第１の波形及び前記第１の搬送波形を変調して第１の変調波形を発生するように適合された、第１の変調器と
を含む、第１のシステムと、
第２のシステムであって、
前記第１の波形の前記第１の周波数に等しいものでありかつ前記デルマトーム内の前記神経を刺激できる第３の周波数を有する第２の波形を発生するように適合された第３の波形発生器と、
前記第２の周波数とは異なるものでありかつ前記哺乳類の前記組織を通過できる第４の周波数を有する第２の搬送波形を発生するように適合された第４の波形発生器と、
前記第３及び第４の波形発生器に電気的に結合された第２の変調器であって、前記第２の波形及び前記第２の搬送波形を変調して第２の変調波形を発生するように適合された、第２の変調器と、
を含む、第２のシステムと、
前記第１及び第２の変調波形を印加するために前記変調器に電気的に結合された電極であって、前記第１及び第２の変調波形が、前記組織内の様々な深さで前記神経を刺激するために、様々な深さで前記組織を通過するように適合される、電極と、
を備える、神経刺激装置。
【請求項１３】
前記第１の波形の前記第１の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚである、請求項１２に記載の神経刺激装置。
【請求項１４】
前記第１の搬送波形の前記第２の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、請求項１２に記載の神経刺激装置。
【請求項１５】
前記第２の波形の前記第３の周波数が約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚである、請求項１２に記載の神経刺激装置。
【請求項１６】
前記第２の搬送波形の前記第４の周波数が約１０ＫＨｚ〜約４００ＫＨｚである、請求項１２に記載の神経刺激装置。
【請求項１７】
皮膚の上に固定可能な経皮的神経刺激パッチを備える、請求項１２に記載の神経刺激装置。
【請求項１８】
埋込み型ハウジングを含む埋込み型パルス発生器を備える、請求項１２に記載の神経刺激装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１１−５０５９８１（Ｐ２０１１−５０５９８１Ａ）
【公表日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３８０８９（Ｐ２０１０−５３８０８９）
【出願日】平成２０年１２月９日（２００８．１２．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８６０３１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７９２７０
【国際公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（５９１２８６５７９）エシコン・インコーポレイテッド (170)
【氏名又は名称原語表記】ＥＴＨＩＣＯＮ， ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月９日（２００８．１２．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８６０３１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７９２７０
【国際公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（５９１２８６５７９）エシコン・インコーポレイテッド (170)
【氏名又は名称原語表記】ＥＴＨＩＣＯＮ， ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]