神経刺激パッチ及び選択された神経を刺激する方法
選択的神経刺激パッチは、頂面及び底面を有する基板と、少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、基板の頂面の上にあり互いに電気的に相互接続された内蔵構成部品と、少なくとも１つの神経刺激信号を標的の神経に印加するための、基板の中に内蔵され基板の底面にて露出された電極と、基板及び内蔵構成部品の上にある防水通気性カバーと、基板を囲み、カバーと基板とを互いに結合する支持フランジと、を含む。
【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神経及び体部位を刺激するために使用される神経刺激パッチに関する。
【０００２】
〔関連技術の説明〕
神経は、人体の末梢神経系の一部である。神経は、皮膚及び体器官から中枢神経系まで往復して感覚信号を伝達する。神経は、損耗、身体的外傷、感染、及び／又は神経を囲む血管の障害が原因で、損傷を受けることがある。これらの機能的欠陥は、痛み、しびれ、脱力感を、また場合によっては麻痺状態を伴うことがある。神経の損傷によって生じる他の問題には、尿及び便の失禁が含まれ得る。
【０００３】
上記の問題を扱うために、様々な方策が開発されてきた。例えば、尿失禁の治療は、より高頻度に排尿すること及び保護下着を着用することなどの行動修正を伴うことがある。ある社会的状況においては、しかしながら、人は、頻繁に排尿する又は保護下着を着用するという習慣に従うことができないこともある。別の対処法は、処方薬の服用を含めた薬物療法を伴う。しかしながら、この方法論は結果として、副作用又は薬物相互作用を生じることがあり、それによって最終的に中断が必要となる。
【０００４】
上記の状態を扱う別の技法は、標的の神経の近くに配置される電子医療装置を使用して神経を刺激することを伴う。そのような電子医療装置の１つが、埋込型パルス発生器（ＩＰＧ）と一般に呼ばれるものである。ＩＰＧは通常、１つ以上の電極と、電気パルス発生器と、電池と、ハウジングとを含む。電気パルス発生器は、標的の神経を刺激するように適合された電気信号を発生する。電極は発生器から信号を受け取ると、電池からエネルギーを引き出し、標的の神経を刺激するのに好適な強度の電界を発生させる。
【０００５】
ＩＰＧは、神経を刺激するにはある程度効果的であることが判明しているが、外科的手技の間に患者の体の内部に埋め込まれなければならないため、極めて侵襲的である。ＩＰＧはまた、相当な量の電力を消費するが、これは、電極間の電気インピーダンスが増加すること、又は、電極とＩＰＧとの間の電気インピーダンスが増加することに起因し得るものである。これは、電極の移動、１つ以上の電極の封入、及び電極又は体組織の物質特性の変化など、いくつかの要素に起因して生じ得るものである。電極の物質特性の変化は、電極の表面に体液が存在することにより化学変化が生じること、電流が組織を頻繁に通過すること、及び、日常生活の間に自然に損耗が生じることを含めて、多数の要因に起因して生じ得るものである。
【０００６】
また、より高度な電池電力の消費が、「刺激の脱感作」と呼ばれる現象によって生じることがあり、この現象により、人体は、印加された外部電荷に対して抵抗を呈することによって、その印加された外部電荷に反応する。人体は、標的の神経の刺激閾値を増加させることによって、印加された外部電荷に抵抗し、それにより、初期の刺激レベルは非効果的となる。この問題を克服するには、より強大な電荷が発生されなければならず、それによって、更に多くの電池電力が消費される。これにより、電池の交換及び／又は再充電を頻繁に行うことが必要となる。
【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、標的の神経と共に、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】
より有効でかつ非侵襲的な方式で神経を刺激しようとする多くの尽力がなされてきた。例えば、上記の状態を扱うための非侵襲的技法が、本発明の譲受人に譲渡された、２００５年６月７日に出願された米国特許出願公開第２００５／０２７７９９８号、及び２００６年１月３１日に出願された同第２００６／０１９５１５３号において開示されており、それらの開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。具体的には、それらの１つ以上の実施形態において、米国特許出願公開第２００５／０２７７９９８号は、非侵襲的経皮神経刺激装置を教示しており、その装置は、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させ送信する。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。
【０００９】
図１及び２は、第１の層２２を含む通常の神経刺激装置２０を示しており、第１の層２２は頂面２４と底面２６とを有している。第１の層２２の底面２６は、開口部３０Ａ、３０Ｂを有する接着層２８によって被覆されており、開口部３０Ａ、３０Ｂは、接着層２８を貫いて延び、活性集積電極３２Ａ及び帰還集積電極３２Ｂを収容する。接着層２８は、電極３２Ａ、３２Ｂ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２０は、対応する電極３２Ａ、３２Ｂを被覆する電解質パッド３４Ａ、３４Ｂを含む。電極３２Ａ、３２Ｂは第１の層２２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、刺激電極の電解質に接続するための、金メッキされた又は他の耐食性の電着金属パッドであってよい。この装置は、可撓性の電子基板又はフレキシブル基板の第３の層３６を含み、この第３の層３６は、米国特許出願公開第２００５／０２７７９９８号に記載された電子要素のすべてを収容しており、電極３２Ａ、３２Ｂに電気的に結合されている。フレキシブル基板３６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４０によって定位置に保持され得る、任意の寸法及び形状の薄膜電池３８であり、上部カバー４２は、絆創膏（bandages）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。
【００１０】
図２を参照すると、神経刺激装置２０は、最上層の一部分の下にあるフォトダイオード４４を有しており、このフォトダイオード４４は、極めて低消費電力の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。装置２０は、電池３８Ａ、３８Ｂによって給電される電極３２Ａ、３２Ｂを含み、電池３８Ａ、３８Ｂは電池シール４０Ａ、４０Ｂで囲まれている。２つの刺激電極３２Ａ、３２Ｂは一方の側に片寄っており、結果として、装置は幾分Ｄ字形状となっている。上部カバー４２は、洗濯、入浴、及びシャワーなどの通常の活動の間、内部の構成部品を保護するために、防水性となっている。
【００１１】
上記の進歩にもかかわらず、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、より小型であり、より小さな面積（footprint）を有し、より経済的であり、より少数の部品を有し、組み立てがより容易である選択的神経刺激パッチが依然として求められている。また、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。
【００１２】
〔発明の概要〕
本発明は、神経及び体部位を刺激するためのシステム、装置、及び方法に関する。一実施形態において、小型の選択的神経刺激パッチが、標的の神経及び体部位を刺激するために、身体を効果的に通過する神経刺激信号を発生させ印加する。一実施形態において、神経刺激信号は、波形が身体を通過する効率を向上させるために変調され得る波形である。この効率により、結果として、標的の神経を刺激する一方で標的でない神経は刺激せず、消費する電池電力がより少なく、再充電されるまでより長期間にわたって動作し得る装置が得られる。
【００１３】
本発明の一実施形態において、神経刺激パッチは、頂面と底面とを有する、回路基板などの基板と、少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、基板の頂面上にある、互いに電気的に相互接続されている能動及び受動構成部品などの構成部品と、少なくとも神経刺激信号を印加するための、基板の上に配置され基板の底面にて露出されている少なくとも１つの電極とを含む。神経刺激パッチは望ましくは、商標ゴアテックスとして販売されている材料など、基板を覆う防水通気性上部カバーと、基板を囲み、上部カバーを基板と結合する支持フランジとを含む。
【００１４】
本発明の一実施形態において、支持フランジは、支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有し、上部カバーの一部分は、支持フランジの頂面に適合する。支持フランジは、支持フランジの裏面から支持フランジの頂面に延びる排出開口部を有してもよい。排出開口部は望ましくは、パッチの内側からパッチの外側に水分を排出するために、上部カバーと連通している。
【００１５】
本発明の一実施形態において、神経刺激パッチは、基板上の構成部品及び基板の頂面を少なくとも部分的に被覆する封入材を含み、それにより、支持フランジは封入材を囲む。一実施形態において、封入材は透明であり、したがって、光が封入材層の中に、また封入材層の外に進むことができる。封入材を覆う上部カバーの少なくとも一部分が、少なくとも部分的に半透明であるか、少なくとも部分的に透明であるか、あるいは透明であってよい。
【００１６】
本発明の一実施形態において、基板上にある構成部品には、パッチを作動させるための電池などの電力源、及びその電力源に結合されたスイッチが含まれる。スイッチは、１回限り作動されるように適合された１回使用型のスイッチであってもよい。構成部品にはまた、パッチが作動されていることを示す光信号を発生させるための、ＬＥＤなどの発光素子と、少なくとも１つの神経刺激信号と関連付けられたパラメータを制御するための信号を受信するように適合された、フォトダイオードなどの光センサーとが含まれ得る。一実施形態において、光信号がフォトダイオードに向けられ、感光信号（sense light signals）が、パッチの神経刺激出力を調節するために使用される。
【００１７】
本発明の一実施形態において、神経刺激パッチは、頂面と底面とを有する回路基板と、少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、回路基板の頂面上にある複数の内蔵構成部品と、内蔵構成部品に通電するための、回路基板の頂面上にある電力源と、回路基板内に配置された電極とを含む。電極は、回路基板の底面にてアクセス可能であり、少なくとも１つの神経刺激信号を印加するための内蔵構成部品と電気的に相互接続される。選択的神経刺激パッチは望ましくは、回路基板を覆う防水通気性カバーと、回路基板に結合され、回路基板を囲む支持フランジであって、支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有する、支持フランジとを含む。支持フランジは可撓性であってもよく、支持フランジのその傾斜する頂面にてアクセス可能な複数の排出開口部を有してもよく、排出開口部は、水分をパッチから排出するために、防水通気性上部カバーと連通する。
【００１８】
一実施形態において、神経刺激パッチは、パッチを表面に固定するための、電極上にある接着性ヒドロゲルパッドなどの導電性接着パッドを含む。導電性接着パッドは交換可能であり、それにより、パッチを一時的に表面から取り外し、次いで交換するかあるいは表面上に再配置することが可能である。
【００１９】
本発明の一実施形態において、神経刺激パッチは、頂面と底面とを有する基板と、少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、基板の頂面上にある互いに電気的に相互接続されている内蔵構成部品と、少なくとも１つの神経刺激信号を印加するための、基板の中に内蔵され基板の底面にて露出されている電極とを含む。このパッチは望ましくは、基板及び内蔵構成部品を覆う防水通気性カバーと、基板を囲み、防水通気性カバーを基板と結合する支持フランジとを含む。支持フランジは好ましくは、支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有し、それにより、カバーの少なくとも一部分が、支持フランジのその傾斜する頂面に適合する。
【００２０】
本発明の一実施形態において、透明な封入材料が内蔵構成部品の上にあり、支持フランジがその透明な封入材料を囲む。内蔵構成部品には、電力源、１回型の作動スイッチ、発光素子、及び光センサーを挙げることができる。一実施形態において、防水通気性カバーは、１回型の作動スイッチと位置合わせされる第１の開口部と、発光素子と位置合わせされる第２の開口部と、光センサーと位置合わせされる第３の開口部とを有する。このパッチは、パッチを表面に取り付けるための、電極を被覆する導電性接着パッドと、防水通気性カバーの周囲の裏面部分を被覆する接着層とを含んでもよい。接着パッド及び接着層により、パッチを表面から一時的に取り外し、次いで後に表面に再び取り付けることが可能になり得る。一実施形態において、接着パッドは、新しい接着パッドと交換されてもよい。
【００２１】
本発明は、いかなる特定の動作理論によっても限定されるものではないが、電極を基板に内蔵することにより、神経刺激パッチの寸法及び面積が最小になると考えられる。結果として、神経刺激パッチは、全体としての縦断面がより低く、患者の皮膚表面などの表面に対して面積がより小さなものとなる。
【００２２】
本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチは、１つ以上の電極と、１つ以上の波形発生器と、１つ以上の変調器と、電池とを含み得る。波形発生器は好ましくは、標的の神経を選択的に刺激し、かつパッチと標的の神経との間の組織を透過することが可能な波形を発生させる。電池は、神経刺激パッチに好ましい電力源であり、波形発生器は電池から電力を引き出す。変調器は、波形発生器からの波形を変調して変調波形を生成し、その変調波形を電極に送信する。変調器から電気信号を受信すると、電極は望ましくは、標的の神経を刺激するための電界を発生させる。
【００２３】
本発明の一実施形態において、電池は非再充電式電池である。本発明の別の実施形態において、電池は再充電式電池であり、その充電式電池は、誘導結合を用いて、共通の磁界を通してエネルギーを伝送することによって、又は、電力源を再充電するための任意の他の既知の技術を用いることによって、無線周波数信号を使用して再充電されてもよい。
【００２４】
本発明は、いかなる特定の動作理論によっても限定されるものではないが、各神経は、神経の構成単位であるニューロンに起因する固有の物理的特性を有すると考えられる。直径、長さ、及び髄鞘形成など、ニューロンの物理的特性により、神経における静電容量及び電気信号の伝導速度が決まる。したがって、各神経は、特定の周波数を有する波形を印加することによって、選択的に刺激され得る。
【００２５】
通常、標的の神経の興奮周波数は、１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲内にある。そのような低周波を有する電気信号は、電極の封入又は時間に伴う電極の移動によって生じ得る、電極と標的の神経との間の組織によってもたらされる組織インピーダンスに打ち勝つことができない。本発明の選択的神経刺激パッチは、搬送波信号とパルス包絡線とから構成された、制御された振幅変調波形を伝送する。搬送波形は、組織インピーダンスに打ち勝つ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。神経組織を活性化するために変調信号が使用される一方で、高インピーダンス組織（皮下的又は経皮的）を通過させるために高周波搬送波信号が使用され得る。
【００２６】
本発明の１つ以上の実施形態において、選択的神経刺激パッチは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２００５／０２７７９９８号（２００５年６月７日に出願された米国出願第１１／１４６，５２２号）及び同第２００６／０１９５１５３号（２００６年１月３１日に出願された米国出願第１１／３４３，６２７号）に記載された装置及び技法を使用して、標的の神経を刺激するための変調波形を発生させるように適合されており、これらの特許出願公開の開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。この波形は望ましくは、搬送波形をパルス包絡線で変調させることによって発生される。振幅、周波数などの搬送波形の特性は、組織インピーダンス及び標的の神経の刺激閾値に打ち勝つように選択される。パルス包絡線は、標的の神経を選択的に刺激するように設計された特定のパルス幅、振幅、及び形状を有する波形である。この波形は、電気信号の強度の損失を最小にして、効率的に組織に透過して標的の神経に到達し、それにより電池電力を節約することが可能であり、電池電力はそれ以外の方法では、標的の神経を低周波信号で刺激する数回の試行で使用されることになる。更に、標的の神経のみが刺激され、標的でない神経は刺激されない。
【００２７】
一実施形態において、神経又は体部位を刺激するための選択的神経刺激パッチが、第１の周波数を有する第１の波形を発生させるように適合された第１の波形発生器と、第１の周波数よりも高い第２の周波数を有する搬送波形を発生させ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ており、第１の波形及び搬送波形を変調して変調波形を発生させるように適合された変調器と、変調波形を印加するための、変調器に電気的に結合された電極とを含む。このパッチは、波形発生器及び変調器に電力を供給するための、電池などの電力源を含む。一実施形態において、第１及び第２の波形発生器、変調器、電池、並びに電極はすべて、回路基板などの単一の基板に設けられる。好ましい一実施形態において、第１の波形は、標的の神経又は標的の体部位を刺激するように適合された周波数を有する。第１の波形は、実質的に１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲内にある周波数を有してもよく、搬送波形は、実質的に１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの範囲内にある周波数を有してもよい。
【００２８】
好ましい一実施形態において、選択的神経刺激パッチは、バイオフィードバックデータを受信するように、またバイオフィードバックデータに応答して第１及び第２の波形発生器の動作を制御するように適合されたマイクロプロセッサを含んでもよい。また、このパッチは望ましくは、バイオフィードバックデータを受信するように適合された受信装置を含み、その受信装置は、マイクロプロセッサと通信してマイクロプロセッサにバイオフィードバックデータを供給する。この神経刺激パッチはまた、受信装置と通信する少なくとも１つのセンサーを含んでもよく、その少なくとも１つのセンサーは、膀胱圧など、哺乳類の１つ以上の生理学的状態を感知するように適合されている。感知された１つ以上の生理学的状態を伝送するために、伝送器が少なくとも１つのセンサーと結合されてもよい。伝送器は無線伝送器であってもよい。
【００２９】
本発明の１つ以上の実施形態について、女性の神経刺激及び女性の泌尿系に関連して説明しているが、本発明が、男性、小児、及び成人の神経刺激、並びに、男性、小児、及び成人の泌尿系における使用に容易に適合され得ることは理解されよう。更に、本明細書で開示する本発明の原理、機器、及び方法は、冠状動脈又は肺機能などの他の分野における機能性の評価及び治療にも応用性を有し得るものである。更にまた、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。加えて、本明細書で説明した技法は、腹圧性尿失禁、肛門及び大便失禁、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、夜間多尿症、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という状態に寄与するかあるいは影響を与える神経系の様々な構成要素に応用され得る。更に、本発明は、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。
【００３０】
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】
【００３１】
本発明の上記の特徴が子細に理解され得るように、上に簡潔に要約した本発明の実施形態のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、それらの実施形態が添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、本発明の範囲に包含される典型的な実施形態のみを示すものであることに留意されたい。したがって、図面は限定するものとは見なされず、本発明は、他の同等に効果的な実施形態があることを認め得るものである。
【図１】従来の神経刺激パッチの分解図。
【図２】組立て後の図１の神経刺激パッチ。
【図３】本発明の一実施形態による、基板と、成形カバーと、防水通気性上部カバーとを有する選択的神経刺激パッチの分解図。
【図４】図３に示す基板の上面斜視図。
【図５】基板の底面が上に向いた、図３の基板の正面図。
【図６】本発明の一実施形態による、部品が互いに組み立てられた後の、図３に示す基板及び成形カバーの上面図。
【図７Ａ】図３に示す防水通気性上部カバーの上面図。
【図７Ｂ】図７Ａに示す上部カバーの裏面図。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による、基板とその基板を囲む支持フランジとを含む神経刺激パッチの斜視図。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による神経刺激パッチの底面図。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による神経刺激パッチの横断面図。
【図９Ｂ】図８Ａに示す神経刺激パッチの別の横断面図。
【図１０】本発明の一実施形態による神経刺激パッチの裏面図。
【図１１】本発明の更に別の実施形態による神経刺激パッチ。
【図１２】図１１に示す神経刺激パッチによって発生された例示的な波形。
【図１３】本発明の更に別の実施形態による神経刺激パッチ。
【図１４】図１３に示す神経刺激パッチによって発生された例示的な波形。
【図１５】本発明の更に別の実施形態による神経刺激パッチ。
【図１６】図１５に示す神経刺激パッチによって発生された例示的な波形。
【図１７】本発明の更なる実施形態による神経刺激パッチ。
【００３２】
〔詳細な説明〕
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について、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。
【００３３】
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。
【００３４】
図３を参照すると、本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチ１００が、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、それらの電気信号は、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。
【００３５】
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を含んでいる。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１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。
【００３６】
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、望ましくは、成形上部キャップ１１２の中に形成された弱化領域１１４を有しており、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。
【００３７】
図３を参照すると、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を覆う上部カバー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。
【００３８】
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。
【００３９】
図４及び５を参照すると、本発明の一実施形態において、回路基板１０２は、頂面１０４と底面１０６とを含む。電池などの電力源１０８が、頂面１０４の上に、かつ導体１１０の下に配置されている。導電性接着剤１２６が、導体１１０と電池１０８の頂面との間に設けられている。導体１１０が、電池１０８の頂面に向かって下向きに押し付けられると、回路基板が作動される、つまり「オンにされる」。導電性接着剤は、好ましくは、導体１１０と電池１０８との持続的な電気相互接続を維持し、その結果、選択的神経刺激パッチは常に作動された状態を維持する。
【００４０】
図４を参照すると、回路基板は好ましくは、頂面１０４の上にある発光ダイオード（ＬＥＤ）１２８を有している。回路基板１０２が作動されると、ＬＥＤ １２８は、パッチが動作していることを示す光を発する。ＬＥＤ １２８によって発せられた光は、連続的な光線又は断続的な光線を生成することができる。回路基板１０２はまた、その頂面１０４の上にある光センサー１３０を有している。フォトダイオードなどの光センサー１３０は、神経刺激パッチによって発生された出力波形又は信号を調節するために、入射した光信号に応答する。
【００４１】
図５を参照すると、本発明の一実施形態において、回路基板１０２は、その底面１０６にてアクセス可能な一対の電極１３２Ａ、１３２Ｂを含む。これらの電極は望ましくは、刺激パッチの寸法を減じるために、回路基板に組み込まれている。図１及び２に示すパッチなどの先行技術のパッチにおいて、電極は回路基板から離間しており、それにより、パッチの全体的寸法及び面積が増加している。本発明は、電極１３２Ａ、１３２Ｂを回路基板の中に組み込み、電極を基板１０２の底面１０６にてアクセス可能にすることによって、パッチの寸法及び面積を最小化しようと試みるものである。図５において、接着性導電性パッド１２４Ａが第１の電極１３２Ａの上にある。以下でより詳細に説明するように、接着性導電性パッドは、接着性ヒドロゲルパッドであってもよく、電極１３２Ａ、１３２Ｂと患者の皮膚との間に確実な電気信号経路を形成するように適合されている。
【００４２】
図６を参照すると、本発明の一実施形態において、基板に取り付けられた構成部品を保護するために、成形上部キャップ１１２が回路基板１０２の上にある。成形上部キャップ１１２は好ましくは透明であり、そのため、光信号は成形上部キャップ１１２を通過することができる。一実施形態において、ＬＥＤ １２８によって発生された光は、透明な上部キャップ１１２を通過することができ、そのため、パッチ１００の作動状態が観測され得る。加えて、回路基板１０２に取り付けられた構成部品によって発生される波形又は信号を調節するために、透明な上部キャップ１１２を通じて光要素１３０へと光信号が透過されてもよい。成形上部キャップ１１２は、基板１０２の上にその場で形成されることができ、あるいは、基板から離れて形成され、次いで基板１０２に組み付けられてもよい。一実施形態において、成形上部キャップ１１２は、導体１１０の上に位置合わせされる、より薄いあるいは弱化された領域１１４を有する、弱化された領域１１４は、選択的神経刺激パッチ１００を作動させるために、電池１０８の上部に導体１１０を押し付けるように押し下げられてもよい。
【００４３】
図７Ａ及び７Ｂを参照すると、本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチは、回路基板及び成形上部キャップを覆う上部カバー１１６を含む。上部カバー１１６は好ましくは、商標ゴアテックスとして販売されている材料などの可撓性の防水通気性材料でできている。当業者には周知のように、ゴアテックス材料は、通常はナイロン又はポリエステルの布地に接合されたウレタンコーティングを有する薄い多孔質フルオロポリマー膜でできている。この膜は、１平方インチ当たり約９０億個の孔を有し、各孔は水滴と比べて約２０，０００分の１の大きさであり、液体水に対して膜を不浸透性にする一方で、より小さな水蒸気は依然として通過させる。結果として、ゴアテックスは、通気性があり、防水性があり、更には防風性のある材料となっている。外側の布地は、撥水剤で処理されてもよい。布地の縫製の間に生じたピンホールを通じた水漏れを防止するために、継ぎ目が封止されてもよい。ウレタンコーティングは、保護層を提供すると共に、異物（すなわち体の油分）が積層体を湿潤させ、膜を通じて水分を運ぶのを防止する。したがって、上部カバー１１６は、水がパッチに進入するのを防止すると共に、水蒸気及び水分をパッチから流出させる。一実施形態において、上部カバー１１６は、持ち上がった中央平坦部１３４と、その中央平坦部１３４を囲む実質的に平坦な外縁部１３６と、中央平坦部１３４と外縁部１３６との間に延びる傾斜した遷移領域１３８とを有している。一実施形態において、中央平坦部１３４は、中央平坦部１３４を貫いて延びる１つ以上の開口部を有している。第１の開口部１１８は好ましくは電池の上にある可撓性導体と位置合わせされ、第２の開口部１２０は好ましくはＬＥＤと位置合わせされ、第３の開口部１２２は好ましくはフォトダイオードなどの光センサーと位置合わせされる。
【００４４】
図７Ｂを参照すると、本発明の一実施形態において、上部カバー１１６の裏面は、１つ以上の接着層を上に設けられている。図７Ｂにおいて、第１の接着層１４０は、中央平坦部１３４の裏面を被覆し、第１の接着層１４０を貫いて延びる開口部を有しており、それらの開口部は、上部カバー１１６に形成された開口部１１８、１２０、１２２と実質的に位置合わせされる。第２の接着層１４２は、上部カバー１１６の裏面の周縁部１３６を被覆している。第１の接着層１４０は好ましくは、回路基板を覆う上部キャップに上部カバー１１６を接着し、第２の接着層１４０は好ましくは、患者の皮膚表面などの表面に上部カバー１１６を接着する。
【００４５】
図８Ａ及び８Ｂを参照すると、選択的神経刺激パッチ１００は望ましくは、回路基板１０２を囲む支持フランジ１４４を含む。支持フランジ１４０は好ましくは、傾斜頂面１４６を有しており、この傾斜頂面１４６は、上部カバー１１６（図７Ａ）の傾斜した遷移領域１３８を支持するように適合されている。一実施形態において、支持フランジ１４４は可撓性である。支持フランジ１４０は望ましくは、支持フランジ１４０の傾斜頂面１４６と底面１５０との間に延びる複数の排出開口部１４８を有している。排出開口部１４８により、望ましくは、水分（例えば汗）がパッチ１００から流出することが可能となる。図８Ａを参照すると、支持フランジ１４４はまた、基板１０２の頂面の上に導入される封入材料を制御し付形するための型として機能してもよい。支持フランジは、封入材料が硬化されるまで、封入材料の流れを制御し制限してもよい。封入材料が硬化されると、その封入材料は基板の上にある構成部品を保護する。
【００４６】
図８Ｂを参照すると、支持フランジ１４４は、上部カバー１１６の傾斜した遷移領域１３８と位置合わせされるように、上部カバー１１６の裏面に組み付けられている。支持フランジ１４４は、回路基板１０２を囲み、回路基板を上部カバー１１６に結合している。支持フランジは好ましくは、上部カバー１１６の平坦部と外縁部との間に位置している。
【００４７】
図９Ａ及び９Ｂは、本発明の好ましい一実施形態による神経刺激パッチ１００の横断面図を示している。パッチ１００は、支持フランジ１４４によって囲まれた回路基板１０２を含んでおり、支持フランジ１４４は、基板１０２の周辺部の周りに延びている。一実施形態において、支持フランジ１４４は、基板１０２の頂面の上にある構成部品１５４を被覆する封入材料１５２の型として機能する。封入材料１５２は好ましくは、エポキシなどの誘電材料である。光信号が封入材層を出入りするのを可能するために、封入材料は透明であってもよい。支持フランジ１４４は、上部カバー１１６の傾斜した遷移領域１３８を支持する傾斜頂面１４６を有している。パッチはまた、望ましくは、電力源１０８と、電力源ホルダー１５６と、電力源カバー１５８とを含む。本発明の一実施形態において、第２の電池接点１６０が基板１０２の上に設けられてもよく、また、最初に間隙１６２が電力源１０８の底面と第２の電池接点１６０との間に存在してもよい。この実施形態において、電力源１０８は、第２の電池接点１６０に向かって押し下げられて、神経刺激パッチ１００を作動させることができる。
【００４８】
図９Ｂを参照すると、支持フランジ１４４は望ましくは、パッチから水分を排出するために、支持部ランジ１４４を貫いて延びる孔を有している。上部カバー１１６は好ましくは、水分が孔１４８を通過してパッチから流出するのを可能にする通気性材料でできている。パッチは好ましくは、基板１０２の底面にてアクセス可能な第１の電極の上にある第１の導電性接着パッド１２４Ａと、基板１０２の底面にてアクセス可能な第２の電極の上にある第２の導電性接着パッド１２４Ｂとを含んでいる。第１及び第２の導電性接着パッド１２４Ａ、１２４Ｂは好ましくは、電極と患者の皮膚との確実な電気的相互接続を形成している。接着性導電性パッチ１２４Ａ、１２４Ｂには、接着性ヒドロゲルパッチを挙げることができる。
【００４９】
図１０は、図９Ａ及び９Ｂに示す神経刺激パッチ１００の裏面を示しており、支持フランジは取り外されている。回路基板１０２は、第１の接着層１３４を使用して、上部カバー１１６の平坦領域の裏面に接着されている。第２の接着層１４２は、上部カバーを患者の皮膚表面などの表面に取り付けるために、上部カバー１１６の裏面の周縁部１３６の上にある。電極と患者の皮膚との確実な電気的相互接続を形成するために、またパッチを表面に取り付けるために、パッチは、それぞれの電極（図示せず）を被覆する導電性接着パッド１２４Ａ、１２４Ｂを含む。
【００５０】
上記のように、神経刺激パッチが体内の神経と筋肉との双方を刺激するために使用され得ることが知られている。従来の神経刺激パッチに伴う１つの問題は、印加された電気信号が広範囲に広がる傾向があり、標的の筋肉及び神経だけでなく、標的でない筋肉及び神経にも作用するということである。更に、この信号の散逸に対処するために、印加電流レベルは、標的の部位における電流密度が適切となるように、相当に増加されなければならない。電気信号の印加に伴う別の難題は、多くの神経が、１０Ｈｚ〜４０Ｈｚ程度の低周波信号によって刺激されることである。しかしながら、そのような低周波信号は、体組織を通過して標的の神経に達することができない。これらの難題のうちの多くが本発明によって克服されており、それについて、これから以下でより詳細に説明することにする。
【００５１】
本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチは、２１９ＫＨｚの疑似正弦波、振幅変調波形を使用し、包絡線の幅及び繰返し率は、それぞれ２００ｍｓ及び２０Ｈｚから調節可能である。出力振幅は望ましくは、シリアルポートへの光リンクを使用して、２．５ボルト〜１０ボルト、約１ボルトの８ステップに設定される。出力電圧は、符号化された赤外線信号によってパッチに光学的にリンクする制御器を使用して、ユーザーによって設定されてもよい。
【００５２】
本発明の一実施形態において、刺激出力の波形パラメータの大部分は予め設定され、刺激電極は、構成部品の残りの直接下に配置される。パッチは好ましくは、回路に給電する１回型の作動スイッチを有している。選択的神経刺激パッチは、作動されると、電池が枯渇するまで連続的に動作するように適合されている。電極は、好ましくは回路基板の中に内蔵されており、金メッキされても、急速に酸化することのない貴金属層で被覆されてもよい。このパッチは、パッチの内部及び電極の周りに水分が蓄積するのを防止するために、また、入浴又はシャワーの間に水が侵入するのを防止するために、防水通気性上部カバーを含む。一実施形態において、フォトダイオードが上部カバーの一区分の下に設けられ、低電力通信受信器として使用される。
【００５３】
本発明の一実施形態において、本明細書で開示する選択的神経刺激パッチは、粘着性のヒドロゲル電極と、可撓性の上部カバーの縁部にある帯状の周辺部接着剤とを使用して、皮膚に取り付けられるように適合されている。粘着性のヒドロゲルを使用することにより、電極を所定の位置に保持するために、別々の接着剤を有する必要性が排除されている。これらの二重目的型の接着材料は、水分の変化に対して比較的許容性があり、電極を皮膚に長期間にわたって効果的に取り付けるものである。選択的神経刺激パッチと皮膚との境界面では、水性の比較的圧縮性のない電解質材料の使用が必要となることがあり、その電解質材料は、ＥＧＧ電極で使用されるものなどの半流動体のヒドロゲル、又は、ＴＥＮＳ電極で使用されるものなどの半固体のヒドロゲルであり得る。一実施形態において、電極上のヒドロゲルは円柱として構成され、それらの円柱は、回路基板上の電極（例えば金メッキされた接点）の上方で中心に置かれる。円柱の直径により、刺激電極の有効接触面積が決まる。一実施形態において、ヒドロゲル円柱は、寸法において、回路基板上の電極領域と実質的に同様であるが、金属接点を被覆するのに十分な大きさである。一実施形態において、神経刺激パッチは、それぞれの中心が２．５４ｃｍ（１インチ）離れた、２つの１．０７ｃｍ（０．４２０インチ）径の金メッキされた接点を有する。
【００５４】
本発明の好ましい一実施形態において、ヒドロゲルパッドは、ある程度の厚さを有しており、その厚さは、通気性、保管寿命、及び局所表面の輪郭への適合性において助けとなるものである。厚さが過度になると、ゲルが追い出される可能性が高くなり、また装置の全高が増加し得るため、ヒドロゲルパッドを過度に厚くすることはできない。パッチの高さは低い方が好ましいので、ヒドロゲルは可能な限り薄くされるべきである。一実施形態において、ゲルは１．５２ｃｍ（約０．６インチ）厚である。一実施形態において、２つの接点の最短の縁部同士の間隙は１．３４ｃｍ（０．５２５インチ）であり、それによって、汗によって生じた塩橋に抗するのに十分な幅の空間がもたらされる。本発明の一実施形態において、電極は並んで配置される。別の実施形態において、電極は同心である。
【００５５】
使用中、ヒドロゲルパッドは、パッチが不安定になった場合、患者によって交換されてもよい。更に、ユーザーは、装置を時々使用するだけでもよい。一実施形態において、パッチは、取り外され、後に再配置されるかあるいは表面に再び置かれてもよい。
【００５６】
本発明の選択的神経刺激パッチは、使用前に長期間にわたって保管されるように設計されている。したがって、パッチが意図的に作動されるまで、電池と回路とが時期尚早に接触しないように、パッチが構成されていることが重要である。したがって、パッチは望ましくは、１回作動式の密封されたスイッチ機構を有している。そのスイッチ機構は、磁石（パッケージに含まれている）の存在下で常時「オフ」となるリードスイッチ、常時オフから常時オン状態に機械的に切り換えられ得るオーバーセンタースイッチ機構、初期の接触が導電性接着剤によって維持される、上述のスイッチに似たスイッチ、又は、エンドユーザーによって意図的に押されるまで、通常の回路の成立を防止する電池接点の構成を含めて、いくつかの設計を有することができる。
【００５７】
本発明の一実施形態において、パッチは、電池に押し付けることによって作動され、これにより、電池は、回路基板の頂面に配置された接点と持続的に接触するように、環状の電池ホルダー内で下方に０．１２７ｍｍ〜０．２５４ｍｍ（０．００５インチ〜０．０１０インチ）移動し、それによって装置を作動させる、つまり「電源オン」にする。パッチの作動は好ましくは、回路を作動させ、電池が枯渇し神経刺激パッチが機能しなくなるまで回路を動作させる、１回限りの不可逆工程である。
【００５８】
先行技術の神経刺激パッチに伴う１つの問題は、パッチの縁部が他の物体に引っ掛かることがあり、その結果、パッチが患者から引き離され得ることである。これらの問題を回避するために、本発明は、皮膚からパッチの全厚まで傾斜して遷移させており、それにより、衣類又は対向する物体に引っ掛かる可能性がより低くなったパッチを提供している。一実施形態において、パッチは、回路基板の周辺に滑り嵌めされる、可撓性の遷移支持フランジを含んでおり、傾斜によって皮膚へと遷移している。排出孔又は送り穴が支持フランジを貫いて延びており、通気性上部カバーを通じて、閉じ込められた水分に流出経路が与えられている。支持フランジは、細りのない（no-pinch）柔軟な縁部をパッチに設けること、ひっかかりを防止する傾斜した周辺部を生じることを含めたいくつかの機能を実施するものであり、その傾斜した周辺部は上部カバーをも支持し、上部カバーは、パッチの上部の平坦な面から皮膚へと遷移し、また上部カバーは、一体の薄型エンクロージャを提供し、その薄型エンクロージャは、長期間にわたる保管と後の使用の間、電子部品を封入し水分及び腐食から保護する封入材料を収容するためのものである。
【００５９】
本発明の一実施形態において、封入材料は半硬質のエポキシであり、そのエポキシは、ＬＥＤからの光が見えるように、また外部コントローラからのＩＲ光信号がフォトダイオードに到達するように、透明又は半透明となっている。一実施形態において、可撓性の上部カバー材料は、ＩＲ又は可視光を通すことができる。別の実施形態において、上部カバーは、その上部カバー内に形成された孔を有しており、その孔は、本明細書で説明する光構成部品に到達するように光を通すことが可能である。
【００６０】
本発明の１つ以上の実施形態において、選択的神経刺激パッチは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２００５／０２７７９９８号（２００５年６月７日に出願された米国出願第１１／１４６，５２２号）及び同第２００６／０１９５１５３号（２００６年１月３１日に出願された米国出願第１１／３４３，６２７号）に記載された装置及び技法を使用して、標的の神経を刺激するための変調波形を発生させるように適合されており、これらの特許出願公開の開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。この波形は望ましくは、搬送波形をパルス包絡線で変調させることによって発生される。振幅、周波数などの搬送波形の特性は、組織のインピーダンス及び標的の神経の刺激閾値に打ち勝つように選択される。パルス包絡線は、標的の神経を選択的に刺激するように設計された特定のパルス幅、振幅、及び形状を有する波形である。この波形は、電気信号の強度の損失を最小にして、効率的に組織を透過して標的の神経に到達し、それにより電池電力を節約することが可能であり、電池電力はそれ以外の方法では、標的の神経を低周波信号で刺激する数回の試行で使用されることになる。更に、標的の神経のみが刺激され、標的でない神経は刺激されない。
【００６１】
図１１を参照すると、本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチ２００が回路基板２０２を含んでおり、この回路基板２０２は、神経及び体部位を刺激するための電気信号を発生するように操作され得る。パッチ１００は、リチウム電池などの好適な電力源２０８と、第１の波形発生器２６４と、第２の波形発生器２６６と、を含む。第１及び第２の波形発生器２６４、２６６は、電池２０８に電気的に結合されており、電池２０８によって給電される。波形発生器２６４、２６６は、テキサス州ダラス（Dallas）のテキサスインスツルメンツ社（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。第１の波形発生器２６４は、体内の神経を刺激することが知られている周波数を有する第１の波形２６８を発生させる。一実施形態において、その周波数は、約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの範囲内にある。別の実施形態において、その周波数は、約１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲内にある。上記のように、そのような低周波信号（例えば１０Ｈｚ〜４０Ｈｚ）は、それ自体では、体組織を通過して標的の神経を効果的に刺激することができない。これらの問題を克服するために、本発明の神経刺激パッチ２００は、より高い周波数を有する第２の波形２７０を発生させる第２の波形発生器２６６を含んでもよい。第２の波形は、約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの周波数を有している。第２の波形２７０は第１の波形２６８と共に、テキサスインスツルメンツ社によって販売されている、呼称Ｏｎ−Ｓｅｍｉ ＭＣ１４９６を有する変調器などの振幅変調器２７２に加えられる。
【００６２】
変調器２７２は、回路基板２０２の底面にてアクセス可能な電極２３２に伝送される変調波形２７４を発生させる。図１１は１つの電極２３２のみを示しているが、本発明の好ましい実施形態が、２つ以上の電極を有していてもよい。電極２３２は、変調波形２７４を標的の神経に加えて、その標的の神経を刺激する。図１１及び１２を参照すると、第１の波形２６８は好ましくは、約１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの周波数を有する方形波であり、第２の波形２７０は好ましくは、１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの周波数を有する正弦波信号である。上記の周波数範囲は、単に例示的なものであり、したがって、他の周波数範囲が利用されてもよく、また本発明の範囲に依然として含まれる。当業者には容易に理解されるように、第２の波形（搬送波）２７０を用いた第１の波形２６８の変調は、結果として、図１２に示す外形を有する変調波又は信号２７４を生じる。
【００６３】
本発明の一実施形態において、電極は、選択された体部位（例えば膀胱）に関連付けられる１つ以上の標的の神経（図示せず）に変調波形信号を加えるように適合される。変調波形は、体組織を通じて容易に伝播することが可能な高周波搬送波形と、選択された体部位に対する標的の神経を刺激するように適合された低周波信号とを含む。図１２を参照すると、本発明は、動作のいかなる理論にも限定されるものではないが、変調信号２７４を発生させることで、低周波波形２６８を標的の神経に効果的に搬送する搬送波形２７０の高周波性により、神経刺激波形２６８が組織を通じて伝播することが可能となると考えられる。
【００６４】
本発明の一実施形態において、動作の基礎原理は、体内の神経が、隣接するニューロンに影響を与えることなく選択的に刺激の標的にされ得ることである。当業者には周知のように、神経系組織内に見られる興奮性細胞の電気化学的活動の結果として、生体電気性電位が生じる。これらの興奮性細胞は、２つの電気的状態、つまり静止電位又は活動電位にて存在する。適切な刺激が与えられて、細胞が活動又は閾電位に到達し、この時に神経が「発火」し、活動電位が、細胞膜に沿って減衰しない一定の伝導速度で伝わるまで、細胞は静止電位状態を維持する。活動電位のこの全か無かの反応により、細胞の膜電位は、特徴的な反復サイクルを経ることになり、その反復サイクルにおいて、電位はまず、負の静止電位から正の活動電位に移行し、次いですべて約１ｍｓ以内に再び低下して負の休止電位に戻る。刺激が閾電位を超える限り、応答は、刺激の大きさにかかわらず依然として同じである。
【００６５】
興奮性細胞膜が（適切な刺激から）活動電位の反応を有する場合、第２の刺激に反応する能力は相当に変化する。活動電位の初期の脱分極部分の間、細胞膜は、刺激の強度にかかわらず、更なる刺激に反応することができない。この期間は絶対不応期と呼ばれる。絶対不応期の直後に、相対不応期と呼ばれる期間が続く。相対不応期の間、細胞膜は、強度の刺激にのみ反応することができる。絶対不応期及び相対不応期が存在することにより、結果として、細胞が繰返し放電され得る上限周波数が生じる。したがって、ニューロンは、周波数に依存する装置と見なされ得る。ニューロンの周波数依存成分は、ニューロンの全静電容量に依存し、全静電容量はニューロンごとに異なり、誘電媒体の長さ、直径、被覆（髄鞘形成）、及び透過性の関数となる。換言すれば、いかなる誘電媒体に対しても、ニューロンの長さ若しくは直径か、又は髄鞘形成のいずれかが異なれば、全静電容量は異なるものとなる。
【００６６】
人体のニューロンは、直径、長さ、及び髄鞘形成において大いに異なるので、これらのニューロンの静電容量及び伝導速度（動作周波数）も同様に異なる。隣接するニューロンの物理的特性の差異を用いると、選択された神経が、隣接するニューロンに影響を与えることなく、刺激の標的にされ得る。つまり、隣接するニューロンの周波数応答（静電容量）を特徴付け、刺激の周波数を、重複のない領域に合わせることによって、選択的な神経刺激が達成され得る。例えば、ニューロンＡは０Ｈｚ〜２０Ｈｚの動作周波数帯域を有し、ニューロンＢは２０Ｈｚ〜３０Ｈｚの動作周波数範囲を有するという、隣接する２つのニューロンに対し、ニューロンＢは、ニューロンＡに影響を与えることなく、選択的に刺激され得る。更に、上で議論したようにいかなる量の刺激でもニューロンＢを発火させることのないニューロンＢの絶対不応期の間に刺激が加えられる場合、又は、相対不応期の間に刺激作用を生じさせるのに必要な大きさに刺激が満たない場合、ニューロンＡは、重複する周波数範囲においても選択的に刺激され得る。更に本明細書で説明するように、これらの原理は、体内の２つ以上の神経の選択的刺激を達成するために適用され得る。
【００６７】
図１３を参照すると、本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチ３００が回路基板３０２を含み、この回路基板３０２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３００は、リチウムイオン電池などの好適な電力源３０８と、第１の波形３６８を生成する第１の波形発生器３６４と、第２の波形３７０を生成する第２の波形発生器３６６と、第３の波形３８２を生成する第３の波形発生器３８０と、を含む。第１、第２、及び第３の波形発生器３６４、３６６、及び３８０は好ましくは、電池３０８に電気的に結合されており、電池３０８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（Dallas）のテキサスインスツルメンツ社（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。第１の波形発生器３６４、第２の波形発生器３６６、及び第３の波形発生器２２６の出力は、振幅変調器３７２に加えられ、振幅変調器３７２は、これら３つの波形を変調信号パッケージ３７４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。
【００６８】
図１３及び１４を参照すると、第１の波形発生器３６４は、約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの範囲の周波数で刺激されることが既知である陰部神経など、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第１の波形３６８又は信号を発生させる。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３６６は、より高い周波数の搬送波形３７０を発生させ、搬送波形３７０は第１の波形３６８と共に、テキサスインスツルメンツ社（Texas Instruments）から販売されているＯｎ−Ｓｅｍｉ ＭＣ１４９６変調器などの振幅変調器３７２に加えられる。第１の波形３６８は好ましくは、約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数を有する方形波であり、第２の波形３７０は好ましくは、１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの周波数を有する正弦波信号である。第２の波形（搬送波形）３７０を用いて第１の波形３６８を変調することにより、結果として、概ね図１４に示す外形を有する変調波形又は信号３７４が得られる。図１４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。
【００６９】
動作中、変調器３７２によって発生された変調信号３７４は電極３３２に伝送される。次に、電極３３２は変調信号３７４を標的の神経に印加する。当業者には容易に理解されるように、変調信号３７４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。
【００７０】
図１４を参照すると、変調信号３７４が、周期的な不活性期３８４を有することが認められる。神経刺激パッチ（図１３）を使用して１つの標的の神経のみを選択的に刺激するのではなく、変調信号３７４の周期的な不活性期３８４は、第２の標的の神経又は他の体部位を刺激するように適合された第２の変調信号を発生させるために利用され得る。図１３及び１４を参照すると、このことを達成するために、第３の波形発生器３８０は第３の波形３８２を発生させており、第３の波形３８２は、第１の波形３６８とは異なり、かつ第２の神経又は体部位を刺激するように特定的に選択された周波数を有している。例示的な第３の波形３８２が図１４に示されている。第３の波形３８２は望ましくは、第１の変調信号３７４と干渉するのを回避するために、第１の波形３６８とは位相が異なっている。更に、本発明の一実施形態において、第１及び第２の神経を刺激する周波数範囲が重複する場合、第１の神経が第２の変調信号に反応しないようにするために、第１の神経の不応期の間に第３の波形３８２が発生されるかあるいは印加されることができる。
【００７１】
第１及び第３の波形発生器３６４、３８０は好ましくは、互いに位相の異なるそれぞれの波形３６８、３８２を発生させ、その結果、搬送波形３７０と組み合わされると、波形３６８、３８２は、信号パッケージ３８６（図１４）の別個の分離した部分に沿って現れ、第１及び第３の波形の各々は、様々な神経及び体部位を特定的に標的にするように選択された周波数を有する。例えば、第１の波形３６８は、陰部神経の自律要素分岐点（autonomic element branches）に影響を及ぼすことが知られる２０Ｈｚの周波数を有してもよく（過活動膀胱に作用するため）、また、第３の波形３８２は、陰部神経の体性運動分岐点（somatomotor branch）に影響を及ぼすことが知られる１０Ｈｚの周波数を有してもよい（間質性膀胱炎（intersticial cystitis）の治療に有用である）。周波数範囲に重複が存在する限り、第３の波形３８２は、第１の神経の不応期の間に印加されてもよい。
【００７２】
上述のシステム及び方法により、変調信号パッケージの個々の成分は、様々な神経、様々な神経枝、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得る。つまり、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、複数の様々な症状を緩和するように設計された刺激信号を、単一の神経刺激パッチで提供することができる。
【００７３】
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、適切な信号が様々な方式で操作され得ることが、当業者には理解されよう。例えば、図１３及び１４を参照すると、本発明の一実施形態において、第４の波形発生器３９０が含められてもよく、この第４の波形発生器３９０は、第２の搬送波形３７０とは異なる周波数を有する第４の搬送波形３９２を発生させる。このことは、第１及び第２の神経又は体部位の刺激において信号が様々な種類又は量の組織を通過することが要求される場合、望ましいものとなり得る。図示のように、単一の振幅変調器を使用する実施形態において、第４の搬送波形３９２は好ましくは、変調信号３７４に影響を与えるのを回避するために、第１の波形３６８の不活性期間の間にのみ加えられる。
【００７４】
図１５及び１６の実施形態において、第１の波形４６８及び第２の搬送波４７０が第１の振幅変調器４７２Ａに供給されて、第１の変調波形４７４Ａが発生され得る。第３の波形４８２及び第４の搬送波形４９２が第２の振幅変調器４７２Ｂに供給されて、第２の変調波形４７４Ｂが発生され得る。これらの第１及び第２の変調波形は、第３の振幅変調器４９４によって更に変調されて、電極４３２を通じて伝送され得る変調信号パッケージ４９６が生成され得る。本発明の一実施形態において、第１及び第２の変調信号４７４Ａ、４７４Ｂは、別々の第１及び第２の電極（図示せず）を通じて印加され得る。本発明の１つ以上の他の実施形態において、変調波形が不活性期間を有する場合、更なる信号がこれらの不活性期間に挿入されて、他の神経、筋肉、又は体部位が標的とされてもよい。
【００７５】
図１７を参照すると、本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチ５００は望ましくは、１つ以上のバイオフィードバック機構を有している。バイオフィードバック機構は望ましくは、系にフィードバックを与え、系の不変的操作とは対照的に、系の選択的操作を可能にする。結果として、神経刺激は必要なときにのみ生じ得る。
【００７６】
パッチ５００は、回路基板５０２と、電池などの電力源５０８と、第１の波形５６８を発生させる第１の波形発生器５６４と、第２の波形５７０を発生させる第２の波形発生器５６６と、を含む。第１及び第２の波形発生器５６４、５６６は、電池５０８に電気的に結合されており、電池５０８によって給電される。波形発生器５６４、５６６は、テキサス州ダラス（Dallas）のテキサスインスツルメンツ社（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。第１の波形発生器５６４は、体内の神経を刺激することが知られている周波数を有する第１の波形５６８を発生させる。一実施形態において、その周波数は、約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの範囲内にある。別の実施形態において、その周波数は、約１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲内にある。上記のように、そのような低周波信号（例えば１０Ｈｚ〜４０Ｈｚ）は、それ自体では、体組織を通過して標的の神経を効果的に刺激することができない。この問題を克服するために、選択的神経刺激パッチ５００は、より高い周波数（例えば１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ）を有する第２の波形５７０を発生させる第２の波形発生器５６６を有しており、この第２の波形５７０は第１の波形５６６と共に、テキサスインスツルメンツ社（Texas Instruments）から販売されている呼称Ｏｎ−Ｓｅｍｉ ＭＣ１４９６を有する変調器など、振幅変調器５７２に印加される。
【００７７】
変調器５７２は、電極５３２に伝送される変調波形５７４を発生させる。次に電極５３２は、変調波形５７４を標的の神経（図示せず）に印加して、その標的の神経を刺激する。一実施形態において、選択的神経刺激パッチ５００は、第３の波形５８２を発生させる第３の波形発生器５８０と、第４の波形５９２を発生させる第４の波形発生器５９０とを含んでもよい。
【００７８】
神経刺激パッチ５００はまた、１つ以上のセンサー装置５９８を含む。センサー装置は、体内に埋込み可能であってもよい。センサー装置５９８は好ましくは、選択された生体生理学的特性を感知する少なくとも１つのセンサー６００と、以下でより詳しく説明するように、センサー６００によって収集されたデータ又は情報を、更に処理するために再び体外に伝送するデータ伝送装置６０２とを含む。伝送器６０２は、データを無線で伝送してもよい。
【００７９】
一実施形態において、信号伝送器６０２は、より大きな信号制御システム６０４の一部であり、その信号制御システム６０４は、カリフォルニア州サニーヴェール（Sunnyvale）のマキシムセミコンダクターズ社（Maxim Semiconductors）によるＭＡＸ１４７２などの受信装置６０６を更に含み、受信装置６０６は、電池５０８に電気的に結合され、電池５０８によって給電される。受信装置６０６は、１つ以上のセンサー装置５９８からデータを受信し、このデータをマイクロコントローラ６０８に供給する。マイクロコントローラは好ましくは、データを受信し分析するように、また、このデータに基づいて第１及び第２の波形発生器５６４、５６６に入力を供給し、それによって、神経刺激パッチによる信号伝送を制御するようにプログラムされている。バイオフィードバックセンサー６００は、膀胱内など体内に埋め込まれる圧力センサーであってもよい。当業者には周知のように、膀胱内の圧力を継続的に測定すると、膀胱収縮の存在及び規模が明らかとなり得る。そのような圧力測定により、（結果として膀胱内の圧力がゆっくりと規律的に上昇する正常な膀胱収縮と比較して）痙性膀胱の筋活動が明らかとなった場合、フィードバック信号が受信装置６０６に、続いてマイクロコントローラ６０８に伝送されることができる。受信されたフィードバック信号に応答して、マイクロコントローラ６０８は、波形発生器５６４、５６６を制御することにより、電極５３２が変調信号を伝送するようにする。変調信号が標的の神経（例えば陰部神経）によって受け取られることで膀胱筋が刺激されて、痙攣性の筋収縮が実質的に排除される。
【００８０】
一実施形態において、バイオフィードバック装置５９８は、電力源、１つ以上のセンサー構成部品、及び電子インターフェイスを含めて複数の電子構成部品を含んでもよく、それらの電子構成部品の各々は、当該技術分野において周知の方式で、互いに電気的に結合され、プリント回路基板上に機械的に装着される。１つ以上のセンサー構成部品は、体内の所定の生理学的特性を感知し、そのような特性を表す信号又はデータを電気的インターフェイスに伝送する。このシステムは、感知した生理学的特性と相関するデータを記憶するデータ記憶要素を含んでもよいが、患者の体から外にデータを伝送する伝送器を更に含んでもよく、したがって、その伝送器は、上述のように変調信号の発生を制御するために使用され得る。バイオフィードバック装置は、折畳み可能なハウジング又はケージで実質的に囲まれてもよい。
【００８１】
本発明の好ましい一実施形態において、バイオフィードバック装置は好ましくは、電極の動作を制御するために使用される連続的なフィードバックを供給するために、長期間にわたって身体（例えば膀胱）の中に残される。連続的なフィードバックが使用されない場合、本明細書で説明する埋込み型センサーは、それでもやはり、正確な診断及び／又は適切な治療の提供に有用なデータを取得するために使用され得る。本発明の一実施形態において、装置は１日〜２日間にわたって膀胱内に残され、圧力測定が１／２秒毎に行われ得る。後に、圧力変化の種類及び頻度が分析され、体の機能を評価するためのフィードバックが提供され得る。例えば、時間をかけて小嚢の圧力を測定すると、排尿の回数及び頻度が明らかとなることがあり、過活動膀胱又は膀胱の過剰な張り（overfilling）が示唆され得る。一実施形態において、センサー要素は、拡張スリープモードで動作するように設計され、一定の時間間隔で「起床」して圧力などを測定する。十分なデータが収集されると、装置はその後に、カテーテルを膀胱に挿入して埋込み可能な装置を回収すること、又は、膀胱鏡の操作チャネル又は他の好適な器具を使用して装置を回収することなどによって、膀胱から取り出され得る。カテーテル又は膀胱鏡が膀胱の中に挿入され、装置が把持され、カテーテル又は膀胱鏡のチャネルの中に再び引き込まれ、その後に身体から取り出される。
【００８２】
図１７を参照すると、バイオフィードバックデータを利用する実施形態において、受信器６０６は、複数のバイオフィードバック装置５９８からフィードバックデータを受信することができる。これらの実施形態において、上に示し説明したものに類似した第２の埋込み型バイオフィードバックセンサーが、別の身体の穴（例えば膣管）に挿入されてもよい。第２のバイオフィードバックセンサーは、「タンポンに似た」装置又はケーシングに封入されてもよく、その装置又はケーシングは、タンポンに類似した、巻かれた又は束ねられた木綿で作られたものである。一実施形態において、第２の埋込み型バイオフィードバック装置は腹圧を感知し、第１の埋込み型バイオフィードバック装置は膀胱圧を感知する。結果として、膀胱圧を腹圧から減じることによって、排尿筋圧（すなわち、膀胱組織の壁の筋肉の内張りの圧力）が決定され得る。当業者には周知のように、排尿筋圧の上昇は、患者がいきむ、咳をする、くしゃみをする、笑うなどするときに起こり、これらの圧力の検出は、様々な膀胱及び下部尿道の病態の診断において臨床的に重要である。例えば、排尿筋圧が増加する頻度により、切迫尿失禁を評価するのに有意味なデータが得られる。
【００８３】
本発明の一実施形態において、神経刺激パッチを含むシステムが、第１の埋込み型バイオフィードバックセンサーと、第２の埋込み型バイオフィードバックセンサーとを有している。埋込み型バイオフィードバックセンサーの一方は、埋込み型バイオフィードバックセンサーにデータを伝送し、その埋込み型バイオフィードバックセンサーは次いで、データの両セットを受信器６０６（図１７）に無線で伝送する。
【００８４】
本発明の一実施形態において、電極から標的の神経又は体部位への刺激エネルギーの伝導性は、電極から標的の神経又は体部位に完全に又は部分的に延び得る導電路を配置することによって増大され得る。導電路は、デンマークのコンチュラ社（Contura）によるアクアミド（Aquamid）（登録商標）ゲル注射剤などの架橋ポリアクリルアミドゲルであってもよい。注射されるかあるいは別の方法で挿入されるこの生体不活性ゲルは、高度な伝導性があり、水溶液であっても水溶液でなくてもよい。ゲルは硬質ではなく、患者の身体に適合し得るので、埋め込まれるゲルは、送出しの容易さ、侵襲性の低さ、及び患者の安心感を含めて多数の利点をもたらす。上記のように、注入ゲル路の明らかな利点は、電極から標的の神経への高度な伝導性の経路であり、この経路は周りの組織よりもはるかに伝導性がある。これにより、エネルギーの散逸が減じられ、電極と標的の神経との間のエネルギー移動の効率が増加する。
【００８５】
導電性ゲルは、電極と標的の神経との間に延びる。導電性ゲルを使用する１つの利点は、電極は標的の神経の一平面にのみ接近し得るのに対し、変形可能でかつ流動可能な導電性ゲルは、標的の神経を覆うことができることである。結果として、導電性ゲルは、３６０度すべての角度で標的の神経と電気的及び物理的接触をなし、それにより、標的の神経への変調波形又は神経刺激信号の印加性を向上させることができる。一実施形態において、導電性ゲルは、標的の神経と実質的に接触する場所から、外側の皮膚層により近い場所へ延びてもよい。１つ以上の実施形態において、任意の外形をなす複数の導電性ゲルのポケット又は路が使用されてよい。
【００８６】
１つの好適な導電性ゲルについて上で説明したが、様々な他のゲルもまた好適となる。多数の熱硬化性ヒドロゲル及び熱可塑性ヒドロゲルが同様に使用され得る。熱硬化性ヒドロゲルの例には、ポリＨＥＭＡとコポリマーの架橋した変種、Ｎ−置換アクリルアミド、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリ（グリセリルメタクリレート）、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル−Ｎ’−アクリルアミド）、並びに、それらと、親水性及び疎水性コモノマー、架橋剤、他の改質剤との組み合わせが挙げられる。熱可塑性ヒドロゲルの例には、ＨＹＰＡＮなどのアクリル誘導体、ビニルアルコール誘導体、親水性ポリウレタン（ＨＰＵ）及びスチレン／ＰＶＰブロックコポリマーが挙げられる。
【００８７】
上述の内容は、本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の他の及び更なる実施形態が、本発明の基本的範囲から逸脱することなく考案され得る。
【００８８】
〔実施の態様〕
（１） 頂面と底面とを有する基板と、
少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、前記基板の前記頂面の上にあり互いに電気的に相互接続されている構成部品と、
前記少なくとも１つの神経刺激信号を印加するための、前記基板上に配置されており、前記基板の前記底面にて露出されている少なくとも１つの電極と、
を備える、神経刺激パッチ。
（２） 前記基板を覆う防水通気性上部カバーを更に備える、実施態様１に記載の神経刺激パッチ。
（３） 前記基板を囲み、前記上部カバーを前記基板と結合する支持フランジを更に備える、実施態様２に記載の神経刺激パッチ。
（４） 前記支持フランジが、前記支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有する、実施態様３に記載の神経刺激パッチ。
（５） 前記上部カバーの一部分が前記支持フランジの前記頂面に適合する、実施態様４に記載の神経刺激パッチ。
（６） 前記支持フランジが、前記支持フランジの裏面から前記支持フランジの前記頂面に延びる排出開口部を更に備え、前記排出開口部が、前記パッチの内側から前記パッチの外側に水分を排出するために、前記上部カバーと連通している、実施態様５に記載の神経刺激パッチ。
（７） 前記構成部品及び前記基板の前記頂面を少なくとも部分的に被覆する封入材を更に備え、前記支持フランジが前記封入材を囲む、実施態様３に記載の神経刺激パッチ。
（８） 前記封入材が透明である、実施態様７に記載の神経刺激パッチ。
（９） 前記上部カバーが前記封入材を覆っており、前記上部カバーが少なくとも部分的に半透明である、実施態様８に記載の神経刺激パッチ。
（１０） 前記基板の上にある前記構成部品が、前記パッチを作動させるために電力源及び前記電力源に結合されたスイッチを備える、実施態様１に記載の神経刺激パッチ。
【００８９】
（１１） 前記スイッチが、１回のみ作動されるように適合されたスイッチを含む、実施態様１０に記載の神経刺激パッチ。
（１２） 前記構成部品のうちの１つが、前記パッチが作動されていることを示す光信号を発生させるための発光素子を備える、実施態様１に記載の神経刺激パッチ。
（１３） 前記構成部品のうちの１つが光センサーを備え、その光センサーが、前記少なくとも１つの神経刺激信号に関連付けられたパラメータを制御するための信号を受信するように適合されている、実施態様１に記載の神経刺激パッチ。
（１４） 前記構成部品が、
前記基板の前記頂面の上にあり、第１の周波数を有する第１の波形を発生させるように適合されている第１の波形発生器と、
前記第１の周波数よりも高い第２の周波数を有する搬送波形を発生させ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ており、前記第１の波形及び前記搬送波形を変調して変調波形を発生させるように適合された変調器であって、前記少なくとも１つの電極が、前記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ている、変調器と、
を備える、実施態様１に記載の神経刺激パッチ。
（１５） 前記構成部品が、
前記第１の波形と異なり、かつ位相が異なる、第３の周波数を有する第３の波形を発生させるように適合された第３の波形発生器を更に備え、
前記変調器が、前記第３の波形発生器に電気的に結合されており、前記搬送波形、第１及び第３の波形を変調して前記変調波形を発生させるように適合されており、前記第１の波形が、第１の標的の神経を刺激するように適合されており、前記第３の波形が、第２の標的の神経を刺激するように適合されている、実施態様１４に記載の神経刺激パッチ。
（１６） 神経刺激パッチにおいて、
頂面と底面とを有する回路基板と、
少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、前記回路基板の前記頂面の上にある複数の内蔵構成部品と、
前記内蔵構成部品に通電するための、前記回路基板の前記頂面の上にある電力源と、
前記回路基板内に配置されており、前記回路基板の前記底面にてアクセス可能であり、前記少なくとも１つの神経刺激信号を印加するために前記内蔵構成部品に電気的に相互接続されている電極と、
前記回路基板の上にある防水通気性カバーと、
前記回路基板に結合されており、前記回路基板を囲んでいる支持フランジであって、前記支持フランジが、前記支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有し、前記支持フランジが、前記支持フランジの前記傾斜する頂面にてアクセス可能な複数の排出開口部を有し、前記排出開口部が、水分を前記パッチから排出するために、前記防水通気性上部カバーと連通している、支持フランジと、
を備える、神経刺激パッチ。
（１７） 前記パッチを表面に固定するための、前記電極の上にある導電性接着パッドを更に備える、実施態様１６に記載の神経刺激パッチ。
（１８） 前記導電性接着パッドが接着性ヒドロゲルパッドを含む、実施態様１７に記載の神経刺激パッチ。
（１９） 前記内蔵構成部品及び前記基板の前記頂面を覆う透明な封入材料を更に備え、前記支持フランジが前記透明な封入材料を囲む、実施態様１６に記載の神経刺激パッチ。
（２０） 前記内蔵構成部品が、
前記回路基板の前記頂面の上にあり、第１の周波数を有する第１の波形を発生させるように適合されている第１の波形発生器と、
前記第１の周波数よりも高い第２の周波数を有する搬送波形を発生させ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ており、前記第１の波形及び前記搬送波形を変調して変調波形を発生させるように適合された変調器であって、前記電極のうちの少なくとも１つが、前記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ている、変調器と、
を備える、実施態様１６に記載の神経刺激パッチ。
【００９０】
（２１） 頂面と底面とを有する基板と、
少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、前記基板の前記頂面の上にあり互いに電気的に相互接続されている内蔵構成部品と、
前記少なくとも１つの神経刺激信号を印加するための、前記基板の中に内蔵されており前記基板の前記底面にて露出されている電極と、
前記基板及び前記内蔵構成部品の上にある防水通気性カバーと、
前記基板を囲み、前記防水通気性カバーを前記基板と結合する支持フランジであって、前記支持フランジが、前記支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有し、前記カバーの少なくとも一部分が、前記支持フランジの前記傾斜する頂面に適合する、支持フランジと、
を備える、神経刺激パッチ。
（２２） 前記支持フランジが、前記支持フランジの裏面から前記支持フランジの前記傾斜する頂面に延びる複数の排出孔を備え、前記排出孔が、前記パッチの内側から前記パッチの外側に水分を排出するために、前記防水通気性材料と連通している、実施態様２１に記載の神経刺激パッチ。
（２３） 前記内蔵構成部品の上にある透明な封入材料を更に備え、前記支持フランジが前記透明な封入材を囲む、実施態様２１に記載の神経刺激パッチ。
（２４） 前記内蔵構成部品が、電力源と、１回型の作動スイッチと、発光素子と、光センサーと、を備え、前記防水通気性カバーが、前記１回型の作動スイッチと位置合わせされた第１の開口部と、前記発光素子と位置合わせされた第２の開口部と、前記光センサーと位置合わせされた第３の開口部と、を備える、実施態様２３に記載の神経刺激パッチ。
（２５） 前記電極を被覆する導電性接着パッドと、前記パッチを表面に取り付けるための、前記防水通気性カバーの周囲の裏面部分を被覆する接着層と、を更に備える、実施態様２１に記載の神経刺激パッチ。
【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神経及び体部位を刺激するために使用される神経刺激パッチに関する。
【０００２】
〔関連技術の説明〕
神経は、人体の末梢神経系の一部である。神経は、皮膚及び体器官から中枢神経系まで往復して感覚信号を伝達する。神経は、損耗、身体的外傷、感染、及び／又は神経を囲む血管の障害が原因で、損傷を受けることがある。これらの機能的欠陥は、痛み、しびれ、脱力感を、また場合によっては麻痺状態を伴うことがある。神経の損傷によって生じる他の問題には、尿及び便の失禁が含まれ得る。
【０００３】
上記の問題を扱うために、様々な方策が開発されてきた。例えば、尿失禁の治療は、より高頻度に排尿すること及び保護下着を着用することなどの行動修正を伴うことがある。ある社会的状況においては、しかしながら、人は、頻繁に排尿する又は保護下着を着用するという習慣に従うことができないこともある。別の対処法は、処方薬の服用を含めた薬物療法を伴う。しかしながら、この方法論は結果として、副作用又は薬物相互作用を生じることがあり、それによって最終的に中断が必要となる。
【０００４】
上記の状態を扱う別の技法は、標的の神経の近くに配置される電子医療装置を使用して神経を刺激することを伴う。そのような電子医療装置の１つが、埋込型パルス発生器（ＩＰＧ）と一般に呼ばれるものである。ＩＰＧは通常、１つ以上の電極と、電気パルス発生器と、電池と、ハウジングとを含む。電気パルス発生器は、標的の神経を刺激するように適合された電気信号を発生する。電極は発生器から信号を受け取ると、電池からエネルギーを引き出し、標的の神経を刺激するのに好適な強度の電界を発生させる。
【０００５】
ＩＰＧは、神経を刺激するにはある程度効果的であることが判明しているが、外科的手技の間に患者の体の内部に埋め込まれなければならないため、極めて侵襲的である。ＩＰＧはまた、相当な量の電力を消費するが、これは、電極間の電気インピーダンスが増加すること、又は、電極とＩＰＧとの間の電気インピーダンスが増加することに起因し得るものである。これは、電極の移動、１つ以上の電極の封入、及び電極又は体組織の物質特性の変化など、いくつかの要素に起因して生じ得るものである。電極の物質特性の変化は、電極の表面に体液が存在することにより化学変化が生じること、電流が組織を頻繁に通過すること、及び、日常生活の間に自然に損耗が生じることを含めて、多数の要因に起因して生じ得るものである。
【０００６】
また、より高度な電池電力の消費が、「刺激の脱感作」と呼ばれる現象によって生じることがあり、この現象により、人体は、印加された外部電荷に対して抵抗を呈することによって、その印加された外部電荷に反応する。人体は、標的の神経の刺激閾値を増加させることによって、印加された外部電荷に抵抗し、それにより、初期の刺激レベルは非効果的となる。この問題を克服するには、より強大な電荷が発生されなければならず、それによって、更に多くの電池電力が消費される。これにより、電池の交換及び／又は再充電を頻繁に行うことが必要となる。
【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、標的の神経と共に、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】
より有効でかつ非侵襲的な方式で神経を刺激しようとする多くの尽力がなされてきた。例えば、上記の状態を扱うための非侵襲的技法が、本発明の譲受人に譲渡された、２００５年６月７日に出願された米国特許出願公開第２００５／０２７７９９８号、及び２００６年１月３１日に出願された同第２００６／０１９５１５３号において開示されており、それらの開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。具体的には、それらの１つ以上の実施形態において、米国特許出願公開第２００５／０２７７９９８号は、非侵襲的経皮神経刺激装置を教示しており、その装置は、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させ送信する。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。
【０００９】
図１及び２は、第１の層２２を含む通常の神経刺激装置２０を示しており、第１の層２２は頂面２４と底面２６とを有している。第１の層２２の底面２６は、開口部３０Ａ、３０Ｂを有する接着層２８によって被覆されており、開口部３０Ａ、３０Ｂは、接着層２８を貫いて延び、活性集積電極３２Ａ及び帰還集積電極３２Ｂを収容する。接着層２８は、電極３２Ａ、３２Ｂ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２０は、対応する電極３２Ａ、３２Ｂを被覆する電解質パッド３４Ａ、３４Ｂを含む。電極３２Ａ、３２Ｂは第１の層２２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、刺激電極の電解質に接続するための、金メッキされた又は他の耐食性の電着金属パッドであってよい。この装置は、可撓性の電子基板又はフレキシブル基板の第３の層３６を含み、この第３の層３６は、米国特許出願公開第２００５／０２７７９９８号に記載された電子要素のすべてを収容しており、電極３２Ａ、３２Ｂに電気的に結合されている。フレキシブル基板３６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４０によって定位置に保持され得る、任意の寸法及び形状の薄膜電池３８であり、上部カバー４２は、絆創膏（bandages）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。
【００１０】
図２を参照すると、神経刺激装置２０は、最上層の一部分の下にあるフォトダイオード４４を有しており、このフォトダイオード４４は、極めて低消費電力の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。装置２０は、電池３８Ａ、３８Ｂによって給電される電極３２Ａ、３２Ｂを含み、電池３８Ａ、３８Ｂは電池シール４０Ａ、４０Ｂで囲まれている。２つの刺激電極３２Ａ、３２Ｂは一方の側に片寄っており、結果として、装置は幾分Ｄ字形状となっている。上部カバー４２は、洗濯、入浴、及びシャワーなどの通常の活動の間、内部の構成部品を保護するために、防水性となっている。
【００１１】
上記の進歩にもかかわらず、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、より小型であり、より小さな面積（footprint）を有し、より経済的であり、より少数の部品を有し、組み立てがより容易である選択的神経刺激パッチが依然として求められている。また、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。
【００１２】
〔発明の概要〕
本発明は、神経及び体部位を刺激するためのシステム、装置、及び方法に関する。一実施形態において、小型の選択的神経刺激パッチが、標的の神経及び体部位を刺激するために、身体を効果的に通過する神経刺激信号を発生させ印加する。一実施形態において、神経刺激信号は、波形が身体を通過する効率を向上させるために変調され得る波形である。この効率により、結果として、標的の神経を刺激する一方で標的でない神経は刺激せず、消費する電池電力がより少なく、再充電されるまでより長期間にわたって動作し得る装置が得られる。
【００１３】
本発明の一実施形態において、神経刺激パッチは、頂面と底面とを有する、回路基板などの基板と、少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、基板の頂面上にある、互いに電気的に相互接続されている能動及び受動構成部品などの構成部品と、少なくとも神経刺激信号を印加するための、基板の上に配置され基板の底面にて露出されている少なくとも１つの電極とを含む。神経刺激パッチは望ましくは、商標ゴアテックスとして販売されている材料など、基板を覆う防水通気性上部カバーと、基板を囲み、上部カバーを基板と結合する支持フランジとを含む。
【００１４】
本発明の一実施形態において、支持フランジは、支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有し、上部カバーの一部分は、支持フランジの頂面に適合する。支持フランジは、支持フランジの裏面から支持フランジの頂面に延びる排出開口部を有してもよい。排出開口部は望ましくは、パッチの内側からパッチの外側に水分を排出するために、上部カバーと連通している。
【００１５】
本発明の一実施形態において、神経刺激パッチは、基板上の構成部品及び基板の頂面を少なくとも部分的に被覆する封入材を含み、それにより、支持フランジは封入材を囲む。一実施形態において、封入材は透明であり、したがって、光が封入材層の中に、また封入材層の外に進むことができる。封入材を覆う上部カバーの少なくとも一部分が、少なくとも部分的に半透明であるか、少なくとも部分的に透明であるか、あるいは透明であってよい。
【００１６】
本発明の一実施形態において、基板上にある構成部品には、パッチを作動させるための電池などの電力源、及びその電力源に結合されたスイッチが含まれる。スイッチは、１回限り作動されるように適合された１回使用型のスイッチであってもよい。構成部品にはまた、パッチが作動されていることを示す光信号を発生させるための、ＬＥＤなどの発光素子と、少なくとも１つの神経刺激信号と関連付けられたパラメータを制御するための信号を受信するように適合された、フォトダイオードなどの光センサーとが含まれ得る。一実施形態において、光信号がフォトダイオードに向けられ、感光信号（sense light signals）が、パッチの神経刺激出力を調節するために使用される。
【００１７】
本発明の一実施形態において、神経刺激パッチは、頂面と底面とを有する回路基板と、少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、回路基板の頂面上にある複数の内蔵構成部品と、内蔵構成部品に通電するための、回路基板の頂面上にある電力源と、回路基板内に配置された電極とを含む。電極は、回路基板の底面にてアクセス可能であり、少なくとも１つの神経刺激信号を印加するための内蔵構成部品と電気的に相互接続される。選択的神経刺激パッチは望ましくは、回路基板を覆う防水通気性カバーと、回路基板に結合され、回路基板を囲む支持フランジであって、支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有する、支持フランジとを含む。支持フランジは可撓性であってもよく、支持フランジのその傾斜する頂面にてアクセス可能な複数の排出開口部を有してもよく、排出開口部は、水分をパッチから排出するために、防水通気性上部カバーと連通する。
【００１８】
一実施形態において、神経刺激パッチは、パッチを表面に固定するための、電極上にある接着性ヒドロゲルパッドなどの導電性接着パッドを含む。導電性接着パッドは交換可能であり、それにより、パッチを一時的に表面から取り外し、次いで交換するかあるいは表面上に再配置することが可能である。
【００１９】
本発明の一実施形態において、神経刺激パッチは、頂面と底面とを有する基板と、少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、基板の頂面上にある互いに電気的に相互接続されている内蔵構成部品と、少なくとも１つの神経刺激信号を印加するための、基板の中に内蔵され基板の底面にて露出されている電極とを含む。このパッチは望ましくは、基板及び内蔵構成部品を覆う防水通気性カバーと、基板を囲み、防水通気性カバーを基板と結合する支持フランジとを含む。支持フランジは好ましくは、支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有し、それにより、カバーの少なくとも一部分が、支持フランジのその傾斜する頂面に適合する。
【００２０】
本発明の一実施形態において、透明な封入材料が内蔵構成部品の上にあり、支持フランジがその透明な封入材料を囲む。内蔵構成部品には、電力源、１回型の作動スイッチ、発光素子、及び光センサーを挙げることができる。一実施形態において、防水通気性カバーは、１回型の作動スイッチと位置合わせされる第１の開口部と、発光素子と位置合わせされる第２の開口部と、光センサーと位置合わせされる第３の開口部とを有する。このパッチは、パッチを表面に取り付けるための、電極を被覆する導電性接着パッドと、防水通気性カバーの周囲の裏面部分を被覆する接着層とを含んでもよい。接着パッド及び接着層により、パッチを表面から一時的に取り外し、次いで後に表面に再び取り付けることが可能になり得る。一実施形態において、接着パッドは、新しい接着パッドと交換されてもよい。
【００２１】
本発明は、いかなる特定の動作理論によっても限定されるものではないが、電極を基板に内蔵することにより、神経刺激パッチの寸法及び面積が最小になると考えられる。結果として、神経刺激パッチは、全体としての縦断面がより低く、患者の皮膚表面などの表面に対して面積がより小さなものとなる。
【００２２】
本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチは、１つ以上の電極と、１つ以上の波形発生器と、１つ以上の変調器と、電池とを含み得る。波形発生器は好ましくは、標的の神経を選択的に刺激し、かつパッチと標的の神経との間の組織を透過することが可能な波形を発生させる。電池は、神経刺激パッチに好ましい電力源であり、波形発生器は電池から電力を引き出す。変調器は、波形発生器からの波形を変調して変調波形を生成し、その変調波形を電極に送信する。変調器から電気信号を受信すると、電極は望ましくは、標的の神経を刺激するための電界を発生させる。
【００２３】
本発明の一実施形態において、電池は非再充電式電池である。本発明の別の実施形態において、電池は再充電式電池であり、その充電式電池は、誘導結合を用いて、共通の磁界を通してエネルギーを伝送することによって、又は、電力源を再充電するための任意の他の既知の技術を用いることによって、無線周波数信号を使用して再充電されてもよい。
【００２４】
本発明は、いかなる特定の動作理論によっても限定されるものではないが、各神経は、神経の構成単位であるニューロンに起因する固有の物理的特性を有すると考えられる。直径、長さ、及び髄鞘形成など、ニューロンの物理的特性により、神経における静電容量及び電気信号の伝導速度が決まる。したがって、各神経は、特定の周波数を有する波形を印加することによって、選択的に刺激され得る。
【００２５】
通常、標的の神経の興奮周波数は、１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲内にある。そのような低周波を有する電気信号は、電極の封入又は時間に伴う電極の移動によって生じ得る、電極と標的の神経との間の組織によってもたらされる組織インピーダンスに打ち勝つことができない。本発明の選択的神経刺激パッチは、搬送波信号とパルス包絡線とから構成された、制御された振幅変調波形を伝送する。搬送波形は、組織インピーダンスに打ち勝つ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。神経組織を活性化するために変調信号が使用される一方で、高インピーダンス組織（皮下的又は経皮的）を通過させるために高周波搬送波信号が使用され得る。
【００２６】
本発明の１つ以上の実施形態において、選択的神経刺激パッチは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２００５／０２７７９９８号（２００５年６月７日に出願された米国出願第１１／１４６，５２２号）及び同第２００６／０１９５１５３号（２００６年１月３１日に出願された米国出願第１１／３４３，６２７号）に記載された装置及び技法を使用して、標的の神経を刺激するための変調波形を発生させるように適合されており、これらの特許出願公開の開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。この波形は望ましくは、搬送波形をパルス包絡線で変調させることによって発生される。振幅、周波数などの搬送波形の特性は、組織インピーダンス及び標的の神経の刺激閾値に打ち勝つように選択される。パルス包絡線は、標的の神経を選択的に刺激するように設計された特定のパルス幅、振幅、及び形状を有する波形である。この波形は、電気信号の強度の損失を最小にして、効率的に組織に透過して標的の神経に到達し、それにより電池電力を節約することが可能であり、電池電力はそれ以外の方法では、標的の神経を低周波信号で刺激する数回の試行で使用されることになる。更に、標的の神経のみが刺激され、標的でない神経は刺激されない。
【００２７】
一実施形態において、神経又は体部位を刺激するための選択的神経刺激パッチが、第１の周波数を有する第１の波形を発生させるように適合された第１の波形発生器と、第１の周波数よりも高い第２の周波数を有する搬送波形を発生させ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ており、第１の波形及び搬送波形を変調して変調波形を発生させるように適合された変調器と、変調波形を印加するための、変調器に電気的に結合された電極とを含む。このパッチは、波形発生器及び変調器に電力を供給するための、電池などの電力源を含む。一実施形態において、第１及び第２の波形発生器、変調器、電池、並びに電極はすべて、回路基板などの単一の基板に設けられる。好ましい一実施形態において、第１の波形は、標的の神経又は標的の体部位を刺激するように適合された周波数を有する。第１の波形は、実質的に１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲内にある周波数を有してもよく、搬送波形は、実質的に１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの範囲内にある周波数を有してもよい。
【００２８】
好ましい一実施形態において、選択的神経刺激パッチは、バイオフィードバックデータを受信するように、またバイオフィードバックデータに応答して第１及び第２の波形発生器の動作を制御するように適合されたマイクロプロセッサを含んでもよい。また、このパッチは望ましくは、バイオフィードバックデータを受信するように適合された受信装置を含み、その受信装置は、マイクロプロセッサと通信してマイクロプロセッサにバイオフィードバックデータを供給する。この神経刺激パッチはまた、受信装置と通信する少なくとも１つのセンサーを含んでもよく、その少なくとも１つのセンサーは、膀胱圧など、哺乳類の１つ以上の生理学的状態を感知するように適合されている。感知された１つ以上の生理学的状態を伝送するために、伝送器が少なくとも１つのセンサーと結合されてもよい。伝送器は無線伝送器であってもよい。
【００２９】
本発明の１つ以上の実施形態について、女性の神経刺激及び女性の泌尿系に関連して説明しているが、本発明が、男性、小児、及び成人の神経刺激、並びに、男性、小児、及び成人の泌尿系における使用に容易に適合され得ることは理解されよう。更に、本明細書で開示する本発明の原理、機器、及び方法は、冠状動脈又は肺機能などの他の分野における機能性の評価及び治療にも応用性を有し得るものである。更にまた、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。加えて、本明細書で説明した技法は、腹圧性尿失禁、肛門及び大便失禁、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、夜間多尿症、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という状態に寄与するかあるいは影響を与える神経系の様々な構成要素に応用され得る。更に、本発明は、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。
【００３０】
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】
【００３１】
本発明の上記の特徴が子細に理解され得るように、上に簡潔に要約した本発明の実施形態のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、それらの実施形態が添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、本発明の範囲に包含される典型的な実施形態のみを示すものであることに留意されたい。したがって、図面は限定するものとは見なされず、本発明は、他の同等に効果的な実施形態があることを認め得るものである。
【図１】従来の神経刺激パッチの分解図。
【図２】組立て後の図１の神経刺激パッチ。
【図３】本発明の一実施形態による、基板と、成形カバーと、防水通気性上部カバーとを有する選択的神経刺激パッチの分解図。
【図４】図３に示す基板の上面斜視図。
【図５】基板の底面が上に向いた、図３の基板の正面図。
【図６】本発明の一実施形態による、部品が互いに組み立てられた後の、図３に示す基板及び成形カバーの上面図。
【図７Ａ】図３に示す防水通気性上部カバーの上面図。
【図７Ｂ】図７Ａに示す上部カバーの裏面図。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による、基板とその基板を囲む支持フランジとを含む神経刺激パッチの斜視図。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による神経刺激パッチの底面図。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による神経刺激パッチの横断面図。
【図９Ｂ】図８Ａに示す神経刺激パッチの別の横断面図。
【図１０】本発明の一実施形態による神経刺激パッチの裏面図。
【図１１】本発明の更に別の実施形態による神経刺激パッチ。
【図１２】図１１に示す神経刺激パッチによって発生された例示的な波形。
【図１３】本発明の更に別の実施形態による神経刺激パッチ。
【図１４】図１３に示す神経刺激パッチによって発生された例示的な波形。
【図１５】本発明の更に別の実施形態による神経刺激パッチ。
【図１６】図１５に示す神経刺激パッチによって発生された例示的な波形。
【図１７】本発明の更なる実施形態による神経刺激パッチ。
【００３２】
〔詳細な説明〕
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について、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。
【００３３】
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。
【００３４】
図３を参照すると、本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチ１００が、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、それらの電気信号は、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。
【００３５】
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を含んでいる。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１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。
【００３６】
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、望ましくは、成形上部キャップ１１２の中に形成された弱化領域１１４を有しており、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。
【００３７】
図３を参照すると、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を覆う上部カバー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。
【００３８】
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。
【００３９】
図４及び５を参照すると、本発明の一実施形態において、回路基板１０２は、頂面１０４と底面１０６とを含む。電池などの電力源１０８が、頂面１０４の上に、かつ導体１１０の下に配置されている。導電性接着剤１２６が、導体１１０と電池１０８の頂面との間に設けられている。導体１１０が、電池１０８の頂面に向かって下向きに押し付けられると、回路基板が作動される、つまり「オンにされる」。導電性接着剤は、好ましくは、導体１１０と電池１０８との持続的な電気相互接続を維持し、その結果、選択的神経刺激パッチは常に作動された状態を維持する。
【００４０】
図４を参照すると、回路基板は好ましくは、頂面１０４の上にある発光ダイオード（ＬＥＤ）１２８を有している。回路基板１０２が作動されると、ＬＥＤ １２８は、パッチが動作していることを示す光を発する。ＬＥＤ １２８によって発せられた光は、連続的な光線又は断続的な光線を生成することができる。回路基板１０２はまた、その頂面１０４の上にある光センサー１３０を有している。フォトダイオードなどの光センサー１３０は、神経刺激パッチによって発生された出力波形又は信号を調節するために、入射した光信号に応答する。
【００４１】
図５を参照すると、本発明の一実施形態において、回路基板１０２は、その底面１０６にてアクセス可能な一対の電極１３２Ａ、１３２Ｂを含む。これらの電極は望ましくは、刺激パッチの寸法を減じるために、回路基板に組み込まれている。図１及び２に示すパッチなどの先行技術のパッチにおいて、電極は回路基板から離間しており、それにより、パッチの全体的寸法及び面積が増加している。本発明は、電極１３２Ａ、１３２Ｂを回路基板の中に組み込み、電極を基板１０２の底面１０６にてアクセス可能にすることによって、パッチの寸法及び面積を最小化しようと試みるものである。図５において、接着性導電性パッド１２４Ａが第１の電極１３２Ａの上にある。以下でより詳細に説明するように、接着性導電性パッドは、接着性ヒドロゲルパッドであってもよく、電極１３２Ａ、１３２Ｂと患者の皮膚との間に確実な電気信号経路を形成するように適合されている。
【００４２】
図６を参照すると、本発明の一実施形態において、基板に取り付けられた構成部品を保護するために、成形上部キャップ１１２が回路基板１０２の上にある。成形上部キャップ１１２は好ましくは透明であり、そのため、光信号は成形上部キャップ１１２を通過することができる。一実施形態において、ＬＥＤ １２８によって発生された光は、透明な上部キャップ１１２を通過することができ、そのため、パッチ１００の作動状態が観測され得る。加えて、回路基板１０２に取り付けられた構成部品によって発生される波形又は信号を調節するために、透明な上部キャップ１１２を通じて光要素１３０へと光信号が透過されてもよい。成形上部キャップ１１２は、基板１０２の上にその場で形成されることができ、あるいは、基板から離れて形成され、次いで基板１０２に組み付けられてもよい。一実施形態において、成形上部キャップ１１２は、導体１１０の上に位置合わせされる、より薄いあるいは弱化された領域１１４を有する、弱化された領域１１４は、選択的神経刺激パッチ１００を作動させるために、電池１０８の上部に導体１１０を押し付けるように押し下げられてもよい。
【００４３】
図７Ａ及び７Ｂを参照すると、本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチは、回路基板及び成形上部キャップを覆う上部カバー１１６を含む。上部カバー１１６は好ましくは、商標ゴアテックスとして販売されている材料などの可撓性の防水通気性材料でできている。当業者には周知のように、ゴアテックス材料は、通常はナイロン又はポリエステルの布地に接合されたウレタンコーティングを有する薄い多孔質フルオロポリマー膜でできている。この膜は、１平方インチ当たり約９０億個の孔を有し、各孔は水滴と比べて約２０，０００分の１の大きさであり、液体水に対して膜を不浸透性にする一方で、より小さな水蒸気は依然として通過させる。結果として、ゴアテックスは、通気性があり、防水性があり、更には防風性のある材料となっている。外側の布地は、撥水剤で処理されてもよい。布地の縫製の間に生じたピンホールを通じた水漏れを防止するために、継ぎ目が封止されてもよい。ウレタンコーティングは、保護層を提供すると共に、異物（すなわち体の油分）が積層体を湿潤させ、膜を通じて水分を運ぶのを防止する。したがって、上部カバー１１６は、水がパッチに進入するのを防止すると共に、水蒸気及び水分をパッチから流出させる。一実施形態において、上部カバー１１６は、持ち上がった中央平坦部１３４と、その中央平坦部１３４を囲む実質的に平坦な外縁部１３６と、中央平坦部１３４と外縁部１３６との間に延びる傾斜した遷移領域１３８とを有している。一実施形態において、中央平坦部１３４は、中央平坦部１３４を貫いて延びる１つ以上の開口部を有している。第１の開口部１１８は好ましくは電池の上にある可撓性導体と位置合わせされ、第２の開口部１２０は好ましくはＬＥＤと位置合わせされ、第３の開口部１２２は好ましくはフォトダイオードなどの光センサーと位置合わせされる。
【００４４】
図７Ｂを参照すると、本発明の一実施形態において、上部カバー１１６の裏面は、１つ以上の接着層を上に設けられている。図７Ｂにおいて、第１の接着層１４０は、中央平坦部１３４の裏面を被覆し、第１の接着層１４０を貫いて延びる開口部を有しており、それらの開口部は、上部カバー１１６に形成された開口部１１８、１２０、１２２と実質的に位置合わせされる。第２の接着層１４２は、上部カバー１１６の裏面の周縁部１３６を被覆している。第１の接着層１４０は好ましくは、回路基板を覆う上部キャップに上部カバー１１６を接着し、第２の接着層１４０は好ましくは、患者の皮膚表面などの表面に上部カバー１１６を接着する。
【００４５】
図８Ａ及び８Ｂを参照すると、選択的神経刺激パッチ１００は望ましくは、回路基板１０２を囲む支持フランジ１４４を含む。支持フランジ１４０は好ましくは、傾斜頂面１４６を有しており、この傾斜頂面１４６は、上部カバー１１６（図７Ａ）の傾斜した遷移領域１３８を支持するように適合されている。一実施形態において、支持フランジ１４４は可撓性である。支持フランジ１４０は望ましくは、支持フランジ１４０の傾斜頂面１４６と底面１５０との間に延びる複数の排出開口部１４８を有している。排出開口部１４８により、望ましくは、水分（例えば汗）がパッチ１００から流出することが可能となる。図８Ａを参照すると、支持フランジ１４４はまた、基板１０２の頂面の上に導入される封入材料を制御し付形するための型として機能してもよい。支持フランジは、封入材料が硬化されるまで、封入材料の流れを制御し制限してもよい。封入材料が硬化されると、その封入材料は基板の上にある構成部品を保護する。
【００４６】
図８Ｂを参照すると、支持フランジ１４４は、上部カバー１１６の傾斜した遷移領域１３８と位置合わせされるように、上部カバー１１６の裏面に組み付けられている。支持フランジ１４４は、回路基板１０２を囲み、回路基板を上部カバー１１６に結合している。支持フランジは好ましくは、上部カバー１１６の平坦部と外縁部との間に位置している。
【００４７】
図９Ａ及び９Ｂは、本発明の好ましい一実施形態による神経刺激パッチ１００の横断面図を示している。パッチ１００は、支持フランジ１４４によって囲まれた回路基板１０２を含んでおり、支持フランジ１４４は、基板１０２の周辺部の周りに延びている。一実施形態において、支持フランジ１４４は、基板１０２の頂面の上にある構成部品１５４を被覆する封入材料１５２の型として機能する。封入材料１５２は好ましくは、エポキシなどの誘電材料である。光信号が封入材層を出入りするのを可能するために、封入材料は透明であってもよい。支持フランジ１４４は、上部カバー１１６の傾斜した遷移領域１３８を支持する傾斜頂面１４６を有している。パッチはまた、望ましくは、電力源１０８と、電力源ホルダー１５６と、電力源カバー１５８とを含む。本発明の一実施形態において、第２の電池接点１６０が基板１０２の上に設けられてもよく、また、最初に間隙１６２が電力源１０８の底面と第２の電池接点１６０との間に存在してもよい。この実施形態において、電力源１０８は、第２の電池接点１６０に向かって押し下げられて、神経刺激パッチ１００を作動させることができる。
【００４８】
図９Ｂを参照すると、支持フランジ１４４は望ましくは、パッチから水分を排出するために、支持部ランジ１４４を貫いて延びる孔を有している。上部カバー１１６は好ましくは、水分が孔１４８を通過してパッチから流出するのを可能にする通気性材料でできている。パッチは好ましくは、基板１０２の底面にてアクセス可能な第１の電極の上にある第１の導電性接着パッド１２４Ａと、基板１０２の底面にてアクセス可能な第２の電極の上にある第２の導電性接着パッド１２４Ｂとを含んでいる。第１及び第２の導電性接着パッド１２４Ａ、１２４Ｂは好ましくは、電極と患者の皮膚との確実な電気的相互接続を形成している。接着性導電性パッチ１２４Ａ、１２４Ｂには、接着性ヒドロゲルパッチを挙げることができる。
【００４９】
図１０は、図９Ａ及び９Ｂに示す神経刺激パッチ１００の裏面を示しており、支持フランジは取り外されている。回路基板１０２は、第１の接着層１３４を使用して、上部カバー１１６の平坦領域の裏面に接着されている。第２の接着層１４２は、上部カバーを患者の皮膚表面などの表面に取り付けるために、上部カバー１１６の裏面の周縁部１３６の上にある。電極と患者の皮膚との確実な電気的相互接続を形成するために、またパッチを表面に取り付けるために、パッチは、それぞれの電極（図示せず）を被覆する導電性接着パッド１２４Ａ、１２４Ｂを含む。
【００５０】
上記のように、神経刺激パッチが体内の神経と筋肉との双方を刺激するために使用され得ることが知られている。従来の神経刺激パッチに伴う１つの問題は、印加された電気信号が広範囲に広がる傾向があり、標的の筋肉及び神経だけでなく、標的でない筋肉及び神経にも作用するということである。更に、この信号の散逸に対処するために、印加電流レベルは、標的の部位における電流密度が適切となるように、相当に増加されなければならない。電気信号の印加に伴う別の難題は、多くの神経が、１０Ｈｚ〜４０Ｈｚ程度の低周波信号によって刺激されることである。しかしながら、そのような低周波信号は、体組織を通過して標的の神経に達することができない。これらの難題のうちの多くが本発明によって克服されており、それについて、これから以下でより詳細に説明することにする。
【００５１】
本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチは、２１９ＫＨｚの疑似正弦波、振幅変調波形を使用し、包絡線の幅及び繰返し率は、それぞれ２００ｍｓ及び２０Ｈｚから調節可能である。出力振幅は望ましくは、シリアルポートへの光リンクを使用して、２．５ボルト〜１０ボルト、約１ボルトの８ステップに設定される。出力電圧は、符号化された赤外線信号によってパッチに光学的にリンクする制御器を使用して、ユーザーによって設定されてもよい。
【００５２】
本発明の一実施形態において、刺激出力の波形パラメータの大部分は予め設定され、刺激電極は、構成部品の残りの直接下に配置される。パッチは好ましくは、回路に給電する１回型の作動スイッチを有している。選択的神経刺激パッチは、作動されると、電池が枯渇するまで連続的に動作するように適合されている。電極は、好ましくは回路基板の中に内蔵されており、金メッキされても、急速に酸化することのない貴金属層で被覆されてもよい。このパッチは、パッチの内部及び電極の周りに水分が蓄積するのを防止するために、また、入浴又はシャワーの間に水が侵入するのを防止するために、防水通気性上部カバーを含む。一実施形態において、フォトダイオードが上部カバーの一区分の下に設けられ、低電力通信受信器として使用される。
【００５３】
本発明の一実施形態において、本明細書で開示する選択的神経刺激パッチは、粘着性のヒドロゲル電極と、可撓性の上部カバーの縁部にある帯状の周辺部接着剤とを使用して、皮膚に取り付けられるように適合されている。粘着性のヒドロゲルを使用することにより、電極を所定の位置に保持するために、別々の接着剤を有する必要性が排除されている。これらの二重目的型の接着材料は、水分の変化に対して比較的許容性があり、電極を皮膚に長期間にわたって効果的に取り付けるものである。選択的神経刺激パッチと皮膚との境界面では、水性の比較的圧縮性のない電解質材料の使用が必要となることがあり、その電解質材料は、ＥＧＧ電極で使用されるものなどの半流動体のヒドロゲル、又は、ＴＥＮＳ電極で使用されるものなどの半固体のヒドロゲルであり得る。一実施形態において、電極上のヒドロゲルは円柱として構成され、それらの円柱は、回路基板上の電極（例えば金メッキされた接点）の上方で中心に置かれる。円柱の直径により、刺激電極の有効接触面積が決まる。一実施形態において、ヒドロゲル円柱は、寸法において、回路基板上の電極領域と実質的に同様であるが、金属接点を被覆するのに十分な大きさである。一実施形態において、神経刺激パッチは、それぞれの中心が２．５４ｃｍ（１インチ）離れた、２つの１．０７ｃｍ（０．４２０インチ）径の金メッキされた接点を有する。
【００５４】
本発明の好ましい一実施形態において、ヒドロゲルパッドは、ある程度の厚さを有しており、その厚さは、通気性、保管寿命、及び局所表面の輪郭への適合性において助けとなるものである。厚さが過度になると、ゲルが追い出される可能性が高くなり、また装置の全高が増加し得るため、ヒドロゲルパッドを過度に厚くすることはできない。パッチの高さは低い方が好ましいので、ヒドロゲルは可能な限り薄くされるべきである。一実施形態において、ゲルは１．５２ｃｍ（約０．６インチ）厚である。一実施形態において、２つの接点の最短の縁部同士の間隙は１．３４ｃｍ（０．５２５インチ）であり、それによって、汗によって生じた塩橋に抗するのに十分な幅の空間がもたらされる。本発明の一実施形態において、電極は並んで配置される。別の実施形態において、電極は同心である。
【００５５】
使用中、ヒドロゲルパッドは、パッチが不安定になった場合、患者によって交換されてもよい。更に、ユーザーは、装置を時々使用するだけでもよい。一実施形態において、パッチは、取り外され、後に再配置されるかあるいは表面に再び置かれてもよい。
【００５６】
本発明の選択的神経刺激パッチは、使用前に長期間にわたって保管されるように設計されている。したがって、パッチが意図的に作動されるまで、電池と回路とが時期尚早に接触しないように、パッチが構成されていることが重要である。したがって、パッチは望ましくは、１回作動式の密封されたスイッチ機構を有している。そのスイッチ機構は、磁石（パッケージに含まれている）の存在下で常時「オフ」となるリードスイッチ、常時オフから常時オン状態に機械的に切り換えられ得るオーバーセンタースイッチ機構、初期の接触が導電性接着剤によって維持される、上述のスイッチに似たスイッチ、又は、エンドユーザーによって意図的に押されるまで、通常の回路の成立を防止する電池接点の構成を含めて、いくつかの設計を有することができる。
【００５７】
本発明の一実施形態において、パッチは、電池に押し付けることによって作動され、これにより、電池は、回路基板の頂面に配置された接点と持続的に接触するように、環状の電池ホルダー内で下方に０．１２７ｍｍ〜０．２５４ｍｍ（０．００５インチ〜０．０１０インチ）移動し、それによって装置を作動させる、つまり「電源オン」にする。パッチの作動は好ましくは、回路を作動させ、電池が枯渇し神経刺激パッチが機能しなくなるまで回路を動作させる、１回限りの不可逆工程である。
【００５８】
先行技術の神経刺激パッチに伴う１つの問題は、パッチの縁部が他の物体に引っ掛かることがあり、その結果、パッチが患者から引き離され得ることである。これらの問題を回避するために、本発明は、皮膚からパッチの全厚まで傾斜して遷移させており、それにより、衣類又は対向する物体に引っ掛かる可能性がより低くなったパッチを提供している。一実施形態において、パッチは、回路基板の周辺に滑り嵌めされる、可撓性の遷移支持フランジを含んでおり、傾斜によって皮膚へと遷移している。排出孔又は送り穴が支持フランジを貫いて延びており、通気性上部カバーを通じて、閉じ込められた水分に流出経路が与えられている。支持フランジは、細りのない（no-pinch）柔軟な縁部をパッチに設けること、ひっかかりを防止する傾斜した周辺部を生じることを含めたいくつかの機能を実施するものであり、その傾斜した周辺部は上部カバーをも支持し、上部カバーは、パッチの上部の平坦な面から皮膚へと遷移し、また上部カバーは、一体の薄型エンクロージャを提供し、その薄型エンクロージャは、長期間にわたる保管と後の使用の間、電子部品を封入し水分及び腐食から保護する封入材料を収容するためのものである。
【００５９】
本発明の一実施形態において、封入材料は半硬質のエポキシであり、そのエポキシは、ＬＥＤからの光が見えるように、また外部コントローラからのＩＲ光信号がフォトダイオードに到達するように、透明又は半透明となっている。一実施形態において、可撓性の上部カバー材料は、ＩＲ又は可視光を通すことができる。別の実施形態において、上部カバーは、その上部カバー内に形成された孔を有しており、その孔は、本明細書で説明する光構成部品に到達するように光を通すことが可能である。
【００６０】
本発明の１つ以上の実施形態において、選択的神経刺激パッチは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２００５／０２７７９９８号（２００５年６月７日に出願された米国出願第１１／１４６，５２２号）及び同第２００６／０１９５１５３号（２００６年１月３１日に出願された米国出願第１１／３４３，６２７号）に記載された装置及び技法を使用して、標的の神経を刺激するための変調波形を発生させるように適合されており、これらの特許出願公開の開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。この波形は望ましくは、搬送波形をパルス包絡線で変調させることによって発生される。振幅、周波数などの搬送波形の特性は、組織のインピーダンス及び標的の神経の刺激閾値に打ち勝つように選択される。パルス包絡線は、標的の神経を選択的に刺激するように設計された特定のパルス幅、振幅、及び形状を有する波形である。この波形は、電気信号の強度の損失を最小にして、効率的に組織を透過して標的の神経に到達し、それにより電池電力を節約することが可能であり、電池電力はそれ以外の方法では、標的の神経を低周波信号で刺激する数回の試行で使用されることになる。更に、標的の神経のみが刺激され、標的でない神経は刺激されない。
【００６１】
図１１を参照すると、本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチ２００が回路基板２０２を含んでおり、この回路基板２０２は、神経及び体部位を刺激するための電気信号を発生するように操作され得る。パッチ１００は、リチウム電池などの好適な電力源２０８と、第１の波形発生器２６４と、第２の波形発生器２６６と、を含む。第１及び第２の波形発生器２６４、２６６は、電池２０８に電気的に結合されており、電池２０８によって給電される。波形発生器２６４、２６６は、テキサス州ダラス（Dallas）のテキサスインスツルメンツ社（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。第１の波形発生器２６４は、体内の神経を刺激することが知られている周波数を有する第１の波形２６８を発生させる。一実施形態において、その周波数は、約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの範囲内にある。別の実施形態において、その周波数は、約１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲内にある。上記のように、そのような低周波信号（例えば１０Ｈｚ〜４０Ｈｚ）は、それ自体では、体組織を通過して標的の神経を効果的に刺激することができない。これらの問題を克服するために、本発明の神経刺激パッチ２００は、より高い周波数を有する第２の波形２７０を発生させる第２の波形発生器２６６を含んでもよい。第２の波形は、約１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの周波数を有している。第２の波形２７０は第１の波形２６８と共に、テキサスインスツルメンツ社によって販売されている、呼称Ｏｎ−Ｓｅｍｉ ＭＣ１４９６を有する変調器などの振幅変調器２７２に加えられる。
【００６２】
変調器２７２は、回路基板２０２の底面にてアクセス可能な電極２３２に伝送される変調波形２７４を発生させる。図１１は１つの電極２３２のみを示しているが、本発明の好ましい実施形態が、２つ以上の電極を有していてもよい。電極２３２は、変調波形２７４を標的の神経に加えて、その標的の神経を刺激する。図１１及び１２を参照すると、第１の波形２６８は好ましくは、約１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの周波数を有する方形波であり、第２の波形２７０は好ましくは、１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの周波数を有する正弦波信号である。上記の周波数範囲は、単に例示的なものであり、したがって、他の周波数範囲が利用されてもよく、また本発明の範囲に依然として含まれる。当業者には容易に理解されるように、第２の波形（搬送波）２７０を用いた第１の波形２６８の変調は、結果として、図１２に示す外形を有する変調波又は信号２７４を生じる。
【００６３】
本発明の一実施形態において、電極は、選択された体部位（例えば膀胱）に関連付けられる１つ以上の標的の神経（図示せず）に変調波形信号を加えるように適合される。変調波形は、体組織を通じて容易に伝播することが可能な高周波搬送波形と、選択された体部位に対する標的の神経を刺激するように適合された低周波信号とを含む。図１２を参照すると、本発明は、動作のいかなる理論にも限定されるものではないが、変調信号２７４を発生させることで、低周波波形２６８を標的の神経に効果的に搬送する搬送波形２７０の高周波性により、神経刺激波形２６８が組織を通じて伝播することが可能となると考えられる。
【００６４】
本発明の一実施形態において、動作の基礎原理は、体内の神経が、隣接するニューロンに影響を与えることなく選択的に刺激の標的にされ得ることである。当業者には周知のように、神経系組織内に見られる興奮性細胞の電気化学的活動の結果として、生体電気性電位が生じる。これらの興奮性細胞は、２つの電気的状態、つまり静止電位又は活動電位にて存在する。適切な刺激が与えられて、細胞が活動又は閾電位に到達し、この時に神経が「発火」し、活動電位が、細胞膜に沿って減衰しない一定の伝導速度で伝わるまで、細胞は静止電位状態を維持する。活動電位のこの全か無かの反応により、細胞の膜電位は、特徴的な反復サイクルを経ることになり、その反復サイクルにおいて、電位はまず、負の静止電位から正の活動電位に移行し、次いですべて約１ｍｓ以内に再び低下して負の休止電位に戻る。刺激が閾電位を超える限り、応答は、刺激の大きさにかかわらず依然として同じである。
【００６５】
興奮性細胞膜が（適切な刺激から）活動電位の反応を有する場合、第２の刺激に反応する能力は相当に変化する。活動電位の初期の脱分極部分の間、細胞膜は、刺激の強度にかかわらず、更なる刺激に反応することができない。この期間は絶対不応期と呼ばれる。絶対不応期の直後に、相対不応期と呼ばれる期間が続く。相対不応期の間、細胞膜は、強度の刺激にのみ反応することができる。絶対不応期及び相対不応期が存在することにより、結果として、細胞が繰返し放電され得る上限周波数が生じる。したがって、ニューロンは、周波数に依存する装置と見なされ得る。ニューロンの周波数依存成分は、ニューロンの全静電容量に依存し、全静電容量はニューロンごとに異なり、誘電媒体の長さ、直径、被覆（髄鞘形成）、及び透過性の関数となる。換言すれば、いかなる誘電媒体に対しても、ニューロンの長さ若しくは直径か、又は髄鞘形成のいずれかが異なれば、全静電容量は異なるものとなる。
【００６６】
人体のニューロンは、直径、長さ、及び髄鞘形成において大いに異なるので、これらのニューロンの静電容量及び伝導速度（動作周波数）も同様に異なる。隣接するニューロンの物理的特性の差異を用いると、選択された神経が、隣接するニューロンに影響を与えることなく、刺激の標的にされ得る。つまり、隣接するニューロンの周波数応答（静電容量）を特徴付け、刺激の周波数を、重複のない領域に合わせることによって、選択的な神経刺激が達成され得る。例えば、ニューロンＡは０Ｈｚ〜２０Ｈｚの動作周波数帯域を有し、ニューロンＢは２０Ｈｚ〜３０Ｈｚの動作周波数範囲を有するという、隣接する２つのニューロンに対し、ニューロンＢは、ニューロンＡに影響を与えることなく、選択的に刺激され得る。更に、上で議論したようにいかなる量の刺激でもニューロンＢを発火させることのないニューロンＢの絶対不応期の間に刺激が加えられる場合、又は、相対不応期の間に刺激作用を生じさせるのに必要な大きさに刺激が満たない場合、ニューロンＡは、重複する周波数範囲においても選択的に刺激され得る。更に本明細書で説明するように、これらの原理は、体内の２つ以上の神経の選択的刺激を達成するために適用され得る。
【００６７】
図１３を参照すると、本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチ３００が回路基板３０２を含み、この回路基板３０２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３００は、リチウムイオン電池などの好適な電力源３０８と、第１の波形３６８を生成する第１の波形発生器３６４と、第２の波形３７０を生成する第２の波形発生器３６６と、第３の波形３８２を生成する第３の波形発生器３８０と、を含む。第１、第２、及び第３の波形発生器３６４、３６６、及び３８０は好ましくは、電池３０８に電気的に結合されており、電池３０８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（Dallas）のテキサスインスツルメンツ社（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。第１の波形発生器３６４、第２の波形発生器３６６、及び第３の波形発生器２２６の出力は、振幅変調器３７２に加えられ、振幅変調器３７２は、これら３つの波形を変調信号パッケージ３７４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。
【００６８】
図１３及び１４を参照すると、第１の波形発生器３６４は、約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの範囲の周波数で刺激されることが既知である陰部神経など、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第１の波形３６８又は信号を発生させる。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３６６は、より高い周波数の搬送波形３７０を発生させ、搬送波形３７０は第１の波形３６８と共に、テキサスインスツルメンツ社（Texas Instruments）から販売されているＯｎ−Ｓｅｍｉ ＭＣ１４９６変調器などの振幅変調器３７２に加えられる。第１の波形３６８は好ましくは、約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数を有する方形波であり、第２の波形３７０は好ましくは、１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの周波数を有する正弦波信号である。第２の波形（搬送波形）３７０を用いて第１の波形３６８を変調することにより、結果として、概ね図１４に示す外形を有する変調波形又は信号３７４が得られる。図１４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。
【００６９】
動作中、変調器３７２によって発生された変調信号３７４は電極３３２に伝送される。次に、電極３３２は変調信号３７４を標的の神経に印加する。当業者には容易に理解されるように、変調信号３７４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。
【００７０】
図１４を参照すると、変調信号３７４が、周期的な不活性期３８４を有することが認められる。神経刺激パッチ（図１３）を使用して１つの標的の神経のみを選択的に刺激するのではなく、変調信号３７４の周期的な不活性期３８４は、第２の標的の神経又は他の体部位を刺激するように適合された第２の変調信号を発生させるために利用され得る。図１３及び１４を参照すると、このことを達成するために、第３の波形発生器３８０は第３の波形３８２を発生させており、第３の波形３８２は、第１の波形３６８とは異なり、かつ第２の神経又は体部位を刺激するように特定的に選択された周波数を有している。例示的な第３の波形３８２が図１４に示されている。第３の波形３８２は望ましくは、第１の変調信号３７４と干渉するのを回避するために、第１の波形３６８とは位相が異なっている。更に、本発明の一実施形態において、第１及び第２の神経を刺激する周波数範囲が重複する場合、第１の神経が第２の変調信号に反応しないようにするために、第１の神経の不応期の間に第３の波形３８２が発生されるかあるいは印加されることができる。
【００７１】
第１及び第３の波形発生器３６４、３８０は好ましくは、互いに位相の異なるそれぞれの波形３６８、３８２を発生させ、その結果、搬送波形３７０と組み合わされると、波形３６８、３８２は、信号パッケージ３８６（図１４）の別個の分離した部分に沿って現れ、第１及び第３の波形の各々は、様々な神経及び体部位を特定的に標的にするように選択された周波数を有する。例えば、第１の波形３６８は、陰部神経の自律要素分岐点（autonomic element branches）に影響を及ぼすことが知られる２０Ｈｚの周波数を有してもよく（過活動膀胱に作用するため）、また、第３の波形３８２は、陰部神経の体性運動分岐点（somatomotor branch）に影響を及ぼすことが知られる１０Ｈｚの周波数を有してもよい（間質性膀胱炎（intersticial cystitis）の治療に有用である）。周波数範囲に重複が存在する限り、第３の波形３８２は、第１の神経の不応期の間に印加されてもよい。
【００７２】
上述のシステム及び方法により、変調信号パッケージの個々の成分は、様々な神経、様々な神経枝、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得る。つまり、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、複数の様々な症状を緩和するように設計された刺激信号を、単一の神経刺激パッチで提供することができる。
【００７３】
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、適切な信号が様々な方式で操作され得ることが、当業者には理解されよう。例えば、図１３及び１４を参照すると、本発明の一実施形態において、第４の波形発生器３９０が含められてもよく、この第４の波形発生器３９０は、第２の搬送波形３７０とは異なる周波数を有する第４の搬送波形３９２を発生させる。このことは、第１及び第２の神経又は体部位の刺激において信号が様々な種類又は量の組織を通過することが要求される場合、望ましいものとなり得る。図示のように、単一の振幅変調器を使用する実施形態において、第４の搬送波形３９２は好ましくは、変調信号３７４に影響を与えるのを回避するために、第１の波形３６８の不活性期間の間にのみ加えられる。
【００７４】
図１５及び１６の実施形態において、第１の波形４６８及び第２の搬送波４７０が第１の振幅変調器４７２Ａに供給されて、第１の変調波形４７４Ａが発生され得る。第３の波形４８２及び第４の搬送波形４９２が第２の振幅変調器４７２Ｂに供給されて、第２の変調波形４７４Ｂが発生され得る。これらの第１及び第２の変調波形は、第３の振幅変調器４９４によって更に変調されて、電極４３２を通じて伝送され得る変調信号パッケージ４９６が生成され得る。本発明の一実施形態において、第１及び第２の変調信号４７４Ａ、４７４Ｂは、別々の第１及び第２の電極（図示せず）を通じて印加され得る。本発明の１つ以上の他の実施形態において、変調波形が不活性期間を有する場合、更なる信号がこれらの不活性期間に挿入されて、他の神経、筋肉、又は体部位が標的とされてもよい。
【００７５】
図１７を参照すると、本発明の一実施形態において、選択的神経刺激パッチ５００は望ましくは、１つ以上のバイオフィードバック機構を有している。バイオフィードバック機構は望ましくは、系にフィードバックを与え、系の不変的操作とは対照的に、系の選択的操作を可能にする。結果として、神経刺激は必要なときにのみ生じ得る。
【００７６】
パッチ５００は、回路基板５０２と、電池などの電力源５０８と、第１の波形５６８を発生させる第１の波形発生器５６４と、第２の波形５７０を発生させる第２の波形発生器５６６と、を含む。第１及び第２の波形発生器５６４、５６６は、電池５０８に電気的に結合されており、電池５０８によって給電される。波形発生器５６４、５６６は、テキサス州ダラス（Dallas）のテキサスインスツルメンツ社（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。第１の波形発生器５６４は、体内の神経を刺激することが知られている周波数を有する第１の波形５６８を発生させる。一実施形態において、その周波数は、約１０Ｈｚ〜３０Ｈｚの範囲内にある。別の実施形態において、その周波数は、約１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲内にある。上記のように、そのような低周波信号（例えば１０Ｈｚ〜４０Ｈｚ）は、それ自体では、体組織を通過して標的の神経を効果的に刺激することができない。この問題を克服するために、選択的神経刺激パッチ５００は、より高い周波数（例えば１０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚ）を有する第２の波形５７０を発生させる第２の波形発生器５６６を有しており、この第２の波形５７０は第１の波形５６６と共に、テキサスインスツルメンツ社（Texas Instruments）から販売されている呼称Ｏｎ−Ｓｅｍｉ ＭＣ１４９６を有する変調器など、振幅変調器５７２に印加される。
【００７７】
変調器５７２は、電極５３２に伝送される変調波形５７４を発生させる。次に電極５３２は、変調波形５７４を標的の神経（図示せず）に印加して、その標的の神経を刺激する。一実施形態において、選択的神経刺激パッチ５００は、第３の波形５８２を発生させる第３の波形発生器５８０と、第４の波形５９２を発生させる第４の波形発生器５９０とを含んでもよい。
【００７８】
神経刺激パッチ５００はまた、１つ以上のセンサー装置５９８を含む。センサー装置は、体内に埋込み可能であってもよい。センサー装置５９８は好ましくは、選択された生体生理学的特性を感知する少なくとも１つのセンサー６００と、以下でより詳しく説明するように、センサー６００によって収集されたデータ又は情報を、更に処理するために再び体外に伝送するデータ伝送装置６０２とを含む。伝送器６０２は、データを無線で伝送してもよい。
【００７９】
一実施形態において、信号伝送器６０２は、より大きな信号制御システム６０４の一部であり、その信号制御システム６０４は、カリフォルニア州サニーヴェール（Sunnyvale）のマキシムセミコンダクターズ社（Maxim Semiconductors）によるＭＡＸ１４７２などの受信装置６０６を更に含み、受信装置６０６は、電池５０８に電気的に結合され、電池５０８によって給電される。受信装置６０６は、１つ以上のセンサー装置５９８からデータを受信し、このデータをマイクロコントローラ６０８に供給する。マイクロコントローラは好ましくは、データを受信し分析するように、また、このデータに基づいて第１及び第２の波形発生器５６４、５６６に入力を供給し、それによって、神経刺激パッチによる信号伝送を制御するようにプログラムされている。バイオフィードバックセンサー６００は、膀胱内など体内に埋め込まれる圧力センサーであってもよい。当業者には周知のように、膀胱内の圧力を継続的に測定すると、膀胱収縮の存在及び規模が明らかとなり得る。そのような圧力測定により、（結果として膀胱内の圧力がゆっくりと規律的に上昇する正常な膀胱収縮と比較して）痙性膀胱の筋活動が明らかとなった場合、フィードバック信号が受信装置６０６に、続いてマイクロコントローラ６０８に伝送されることができる。受信されたフィードバック信号に応答して、マイクロコントローラ６０８は、波形発生器５６４、５６６を制御することにより、電極５３２が変調信号を伝送するようにする。変調信号が標的の神経（例えば陰部神経）によって受け取られることで膀胱筋が刺激されて、痙攣性の筋収縮が実質的に排除される。
【００８０】
一実施形態において、バイオフィードバック装置５９８は、電力源、１つ以上のセンサー構成部品、及び電子インターフェイスを含めて複数の電子構成部品を含んでもよく、それらの電子構成部品の各々は、当該技術分野において周知の方式で、互いに電気的に結合され、プリント回路基板上に機械的に装着される。１つ以上のセンサー構成部品は、体内の所定の生理学的特性を感知し、そのような特性を表す信号又はデータを電気的インターフェイスに伝送する。このシステムは、感知した生理学的特性と相関するデータを記憶するデータ記憶要素を含んでもよいが、患者の体から外にデータを伝送する伝送器を更に含んでもよく、したがって、その伝送器は、上述のように変調信号の発生を制御するために使用され得る。バイオフィードバック装置は、折畳み可能なハウジング又はケージで実質的に囲まれてもよい。
【００８１】
本発明の好ましい一実施形態において、バイオフィードバック装置は好ましくは、電極の動作を制御するために使用される連続的なフィードバックを供給するために、長期間にわたって身体（例えば膀胱）の中に残される。連続的なフィードバックが使用されない場合、本明細書で説明する埋込み型センサーは、それでもやはり、正確な診断及び／又は適切な治療の提供に有用なデータを取得するために使用され得る。本発明の一実施形態において、装置は１日〜２日間にわたって膀胱内に残され、圧力測定が１／２秒毎に行われ得る。後に、圧力変化の種類及び頻度が分析され、体の機能を評価するためのフィードバックが提供され得る。例えば、時間をかけて小嚢の圧力を測定すると、排尿の回数及び頻度が明らかとなることがあり、過活動膀胱又は膀胱の過剰な張り（overfilling）が示唆され得る。一実施形態において、センサー要素は、拡張スリープモードで動作するように設計され、一定の時間間隔で「起床」して圧力などを測定する。十分なデータが収集されると、装置はその後に、カテーテルを膀胱に挿入して埋込み可能な装置を回収すること、又は、膀胱鏡の操作チャネル又は他の好適な器具を使用して装置を回収することなどによって、膀胱から取り出され得る。カテーテル又は膀胱鏡が膀胱の中に挿入され、装置が把持され、カテーテル又は膀胱鏡のチャネルの中に再び引き込まれ、その後に身体から取り出される。
【００８２】
図１７を参照すると、バイオフィードバックデータを利用する実施形態において、受信器６０６は、複数のバイオフィードバック装置５９８からフィードバックデータを受信することができる。これらの実施形態において、上に示し説明したものに類似した第２の埋込み型バイオフィードバックセンサーが、別の身体の穴（例えば膣管）に挿入されてもよい。第２のバイオフィードバックセンサーは、「タンポンに似た」装置又はケーシングに封入されてもよく、その装置又はケーシングは、タンポンに類似した、巻かれた又は束ねられた木綿で作られたものである。一実施形態において、第２の埋込み型バイオフィードバック装置は腹圧を感知し、第１の埋込み型バイオフィードバック装置は膀胱圧を感知する。結果として、膀胱圧を腹圧から減じることによって、排尿筋圧（すなわち、膀胱組織の壁の筋肉の内張りの圧力）が決定され得る。当業者には周知のように、排尿筋圧の上昇は、患者がいきむ、咳をする、くしゃみをする、笑うなどするときに起こり、これらの圧力の検出は、様々な膀胱及び下部尿道の病態の診断において臨床的に重要である。例えば、排尿筋圧が増加する頻度により、切迫尿失禁を評価するのに有意味なデータが得られる。
【００８３】
本発明の一実施形態において、神経刺激パッチを含むシステムが、第１の埋込み型バイオフィードバックセンサーと、第２の埋込み型バイオフィードバックセンサーとを有している。埋込み型バイオフィードバックセンサーの一方は、埋込み型バイオフィードバックセンサーにデータを伝送し、その埋込み型バイオフィードバックセンサーは次いで、データの両セットを受信器６０６（図１７）に無線で伝送する。
【００８４】
本発明の一実施形態において、電極から標的の神経又は体部位への刺激エネルギーの伝導性は、電極から標的の神経又は体部位に完全に又は部分的に延び得る導電路を配置することによって増大され得る。導電路は、デンマークのコンチュラ社（Contura）によるアクアミド（Aquamid）（登録商標）ゲル注射剤などの架橋ポリアクリルアミドゲルであってもよい。注射されるかあるいは別の方法で挿入されるこの生体不活性ゲルは、高度な伝導性があり、水溶液であっても水溶液でなくてもよい。ゲルは硬質ではなく、患者の身体に適合し得るので、埋め込まれるゲルは、送出しの容易さ、侵襲性の低さ、及び患者の安心感を含めて多数の利点をもたらす。上記のように、注入ゲル路の明らかな利点は、電極から標的の神経への高度な伝導性の経路であり、この経路は周りの組織よりもはるかに伝導性がある。これにより、エネルギーの散逸が減じられ、電極と標的の神経との間のエネルギー移動の効率が増加する。
【００８５】
導電性ゲルは、電極と標的の神経との間に延びる。導電性ゲルを使用する１つの利点は、電極は標的の神経の一平面にのみ接近し得るのに対し、変形可能でかつ流動可能な導電性ゲルは、標的の神経を覆うことができることである。結果として、導電性ゲルは、３６０度すべての角度で標的の神経と電気的及び物理的接触をなし、それにより、標的の神経への変調波形又は神経刺激信号の印加性を向上させることができる。一実施形態において、導電性ゲルは、標的の神経と実質的に接触する場所から、外側の皮膚層により近い場所へ延びてもよい。１つ以上の実施形態において、任意の外形をなす複数の導電性ゲルのポケット又は路が使用されてよい。
【００８６】
１つの好適な導電性ゲルについて上で説明したが、様々な他のゲルもまた好適となる。多数の熱硬化性ヒドロゲル及び熱可塑性ヒドロゲルが同様に使用され得る。熱硬化性ヒドロゲルの例には、ポリＨＥＭＡとコポリマーの架橋した変種、Ｎ−置換アクリルアミド、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリ（グリセリルメタクリレート）、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル−Ｎ’−アクリルアミド）、並びに、それらと、親水性及び疎水性コモノマー、架橋剤、他の改質剤との組み合わせが挙げられる。熱可塑性ヒドロゲルの例には、ＨＹＰＡＮなどのアクリル誘導体、ビニルアルコール誘導体、親水性ポリウレタン（ＨＰＵ）及びスチレン／ＰＶＰブロックコポリマーが挙げられる。
【００８７】
上述の内容は、本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の他の及び更なる実施形態が、本発明の基本的範囲から逸脱することなく考案され得る。
【００８８】
〔実施の態様〕
（１） 頂面と底面とを有する基板と、
少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、前記基板の前記頂面の上にあり互いに電気的に相互接続されている構成部品と、
前記少なくとも１つの神経刺激信号を印加するための、前記基板上に配置されており、前記基板の前記底面にて露出されている少なくとも１つの電極と、
を備える、神経刺激パッチ。
（２） 前記基板を覆う防水通気性上部カバーを更に備える、実施態様１に記載の神経刺激パッチ。
（３） 前記基板を囲み、前記上部カバーを前記基板と結合する支持フランジを更に備える、実施態様２に記載の神経刺激パッチ。
（４） 前記支持フランジが、前記支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有する、実施態様３に記載の神経刺激パッチ。
（５） 前記上部カバーの一部分が前記支持フランジの前記頂面に適合する、実施態様４に記載の神経刺激パッチ。
（６） 前記支持フランジが、前記支持フランジの裏面から前記支持フランジの前記頂面に延びる排出開口部を更に備え、前記排出開口部が、前記パッチの内側から前記パッチの外側に水分を排出するために、前記上部カバーと連通している、実施態様５に記載の神経刺激パッチ。
（７） 前記構成部品及び前記基板の前記頂面を少なくとも部分的に被覆する封入材を更に備え、前記支持フランジが前記封入材を囲む、実施態様３に記載の神経刺激パッチ。
（８） 前記封入材が透明である、実施態様７に記載の神経刺激パッチ。
（９） 前記上部カバーが前記封入材を覆っており、前記上部カバーが少なくとも部分的に半透明である、実施態様８に記載の神経刺激パッチ。
（１０） 前記基板の上にある前記構成部品が、前記パッチを作動させるために電力源及び前記電力源に結合されたスイッチを備える、実施態様１に記載の神経刺激パッチ。
【００８９】
（１１） 前記スイッチが、１回のみ作動されるように適合されたスイッチを含む、実施態様１０に記載の神経刺激パッチ。
（１２） 前記構成部品のうちの１つが、前記パッチが作動されていることを示す光信号を発生させるための発光素子を備える、実施態様１に記載の神経刺激パッチ。
（１３） 前記構成部品のうちの１つが光センサーを備え、その光センサーが、前記少なくとも１つの神経刺激信号に関連付けられたパラメータを制御するための信号を受信するように適合されている、実施態様１に記載の神経刺激パッチ。
（１４） 前記構成部品が、
前記基板の前記頂面の上にあり、第１の周波数を有する第１の波形を発生させるように適合されている第１の波形発生器と、
前記第１の周波数よりも高い第２の周波数を有する搬送波形を発生させ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ており、前記第１の波形及び前記搬送波形を変調して変調波形を発生させるように適合された変調器であって、前記少なくとも１つの電極が、前記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ている、変調器と、
を備える、実施態様１に記載の神経刺激パッチ。
（１５） 前記構成部品が、
前記第１の波形と異なり、かつ位相が異なる、第３の周波数を有する第３の波形を発生させるように適合された第３の波形発生器を更に備え、
前記変調器が、前記第３の波形発生器に電気的に結合されており、前記搬送波形、第１及び第３の波形を変調して前記変調波形を発生させるように適合されており、前記第１の波形が、第１の標的の神経を刺激するように適合されており、前記第３の波形が、第２の標的の神経を刺激するように適合されている、実施態様１４に記載の神経刺激パッチ。
（１６） 神経刺激パッチにおいて、
頂面と底面とを有する回路基板と、
少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、前記回路基板の前記頂面の上にある複数の内蔵構成部品と、
前記内蔵構成部品に通電するための、前記回路基板の前記頂面の上にある電力源と、
前記回路基板内に配置されており、前記回路基板の前記底面にてアクセス可能であり、前記少なくとも１つの神経刺激信号を印加するために前記内蔵構成部品に電気的に相互接続されている電極と、
前記回路基板の上にある防水通気性カバーと、
前記回路基板に結合されており、前記回路基板を囲んでいる支持フランジであって、前記支持フランジが、前記支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有し、前記支持フランジが、前記支持フランジの前記傾斜する頂面にてアクセス可能な複数の排出開口部を有し、前記排出開口部が、水分を前記パッチから排出するために、前記防水通気性上部カバーと連通している、支持フランジと、
を備える、神経刺激パッチ。
（１７） 前記パッチを表面に固定するための、前記電極の上にある導電性接着パッドを更に備える、実施態様１６に記載の神経刺激パッチ。
（１８） 前記導電性接着パッドが接着性ヒドロゲルパッドを含む、実施態様１７に記載の神経刺激パッチ。
（１９） 前記内蔵構成部品及び前記基板の前記頂面を覆う透明な封入材料を更に備え、前記支持フランジが前記透明な封入材料を囲む、実施態様１６に記載の神経刺激パッチ。
（２０） 前記内蔵構成部品が、
前記回路基板の前記頂面の上にあり、第１の周波数を有する第１の波形を発生させるように適合されている第１の波形発生器と、
前記第１の周波数よりも高い第２の周波数を有する搬送波形を発生させ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ており、前記第１の波形及び前記搬送波形を変調して変調波形を発生させるように適合された変調器であって、前記電極のうちの少なくとも１つが、前記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ている、変調器と、
を備える、実施態様１６に記載の神経刺激パッチ。
【００９０】
（２１） 頂面と底面とを有する基板と、
少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、前記基板の前記頂面の上にあり互いに電気的に相互接続されている内蔵構成部品と、
前記少なくとも１つの神経刺激信号を印加するための、前記基板の中に内蔵されており前記基板の前記底面にて露出されている電極と、
前記基板及び前記内蔵構成部品の上にある防水通気性カバーと、
前記基板を囲み、前記防水通気性カバーを前記基板と結合する支持フランジであって、前記支持フランジが、前記支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有し、前記カバーの少なくとも一部分が、前記支持フランジの前記傾斜する頂面に適合する、支持フランジと、
を備える、神経刺激パッチ。
（２２） 前記支持フランジが、前記支持フランジの裏面から前記支持フランジの前記傾斜する頂面に延びる複数の排出孔を備え、前記排出孔が、前記パッチの内側から前記パッチの外側に水分を排出するために、前記防水通気性材料と連通している、実施態様２１に記載の神経刺激パッチ。
（２３） 前記内蔵構成部品の上にある透明な封入材料を更に備え、前記支持フランジが前記透明な封入材を囲む、実施態様２１に記載の神経刺激パッチ。
（２４） 前記内蔵構成部品が、電力源と、１回型の作動スイッチと、発光素子と、光センサーと、を備え、前記防水通気性カバーが、前記１回型の作動スイッチと位置合わせされた第１の開口部と、前記発光素子と位置合わせされた第２の開口部と、前記光センサーと位置合わせされた第３の開口部と、を備える、実施態様２３に記載の神経刺激パッチ。
（２５） 前記電極を被覆する導電性接着パッドと、前記パッチを表面に取り付けるための、前記防水通気性カバーの周囲の裏面部分を被覆する接着層と、を更に備える、実施態様２１に記載の神経刺激パッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂面と底面とを有する基板と、
少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、前記基板の前記頂面の上にあり互いに電気的に相互接続されている構成部品と、
前記少なくとも１つの神経刺激信号を印加するための、前記基板上に配置されており、前記基板の前記底面にて露出されている少なくとも１つの電極と、
を備える、神経刺激パッチ。
【請求項２】
前記基板を覆う防水通気性上部カバーを更に備える、請求項１に記載の神経刺激パッチ。
【請求項３】
前記基板を囲み、前記上部カバーを前記基板と結合する支持フランジを更に備える、請求項２に記載の神経刺激パッチ。
【請求項４】
前記支持フランジが、前記支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有する、請求項３に記載の神経刺激パッチ。
【請求項５】
前記上部カバーの一部分が前記支持フランジの前記頂面に適合する、請求項４に記載の神経刺激パッチ。
【請求項６】
前記支持フランジが、前記支持フランジの裏面から前記支持フランジの前記頂面に延びる排出開口部を更に備え、前記排出開口部が、前記パッチの内側から前記パッチの外側に水分を排出するために、前記上部カバーと連通している、請求項５に記載の神経刺激パッチ。
【請求項７】
前記構成部品及び前記基板の前記頂面を少なくとも部分的に被覆する封入材を更に備え、前記支持フランジが前記封入材を囲む、請求項３に記載の神経刺激パッチ。
【請求項８】
前記封入材が透明である、請求項７に記載の神経刺激パッチ。
【請求項９】
前記上部カバーが前記封入材を覆っており、前記上部カバーが少なくとも部分的に半透明である、請求項８に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１０】
前記基板の上にある前記構成部品が、前記パッチを作動させるために電力源及び前記電力源に結合されたスイッチを備える、請求項１に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１１】
前記スイッチが、１回のみ作動されるように適合されたスイッチを含む、請求項１０に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１２】
前記構成部品のうちの１つが、前記パッチが作動されていることを示す光信号を発生させるための発光素子を備える、請求項１に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１３】
前記構成部品のうちの１つが光センサーを備え、その光センサーが、前記少なくとも１つの神経刺激信号に関連付けられたパラメータを制御するための信号を受信するように適合されている、請求項１に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１４】
前記構成部品が、
前記基板の前記頂面の上にあり、第１の周波数を有する第１の波形を発生させるように適合されている第１の波形発生器と、
前記第１の周波数よりも高い第２の周波数を有する搬送波形を発生させ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ており、前記第１の波形及び前記搬送波形を変調して変調波形を発生させるように適合された変調器であって、前記少なくとも１つの電極が、前記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ている、変調器と、
を備える、請求項１に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１５】
前記構成部品が、
前記第１の波形と異なり、かつ位相が異なる、第３の周波数を有する第３の波形を発生させるように適合された第３の波形発生器を更に備え、
前記変調器が、前記第３の波形発生器に電気的に結合されており、前記搬送波形、第１及び第３の波形を変調して前記変調波形を発生させるように適合されており、前記第１の波形が、第１の標的の神経を刺激するように適合されており、前記第３の波形が、第２の標的の神経を刺激するように適合されている、請求項１４に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１】
頂面と底面とを有する基板と、
少なくとも１つの神経刺激信号を発生させるための、前記基板の前記頂面の上にあり互いに電気的に相互接続されている構成部品と、
前記少なくとも１つの神経刺激信号を印加するための、前記基板上に配置されており、前記基板の前記底面にて露出されている少なくとも１つの電極と、
を備える、神経刺激パッチ。
【請求項２】
前記基板を覆う防水通気性上部カバーを更に備える、請求項１に記載の神経刺激パッチ。
【請求項３】
前記基板を囲み、前記上部カバーを前記基板と結合する支持フランジを更に備える、請求項２に記載の神経刺激パッチ。
【請求項４】
前記支持フランジが、前記支持フランジの外周に向かって下向きに傾斜する頂面を有する、請求項３に記載の神経刺激パッチ。
【請求項５】
前記上部カバーの一部分が前記支持フランジの前記頂面に適合する、請求項４に記載の神経刺激パッチ。
【請求項６】
前記支持フランジが、前記支持フランジの裏面から前記支持フランジの前記頂面に延びる排出開口部を更に備え、前記排出開口部が、前記パッチの内側から前記パッチの外側に水分を排出するために、前記上部カバーと連通している、請求項５に記載の神経刺激パッチ。
【請求項７】
前記構成部品及び前記基板の前記頂面を少なくとも部分的に被覆する封入材を更に備え、前記支持フランジが前記封入材を囲む、請求項３に記載の神経刺激パッチ。
【請求項８】
前記封入材が透明である、請求項７に記載の神経刺激パッチ。
【請求項９】
前記上部カバーが前記封入材を覆っており、前記上部カバーが少なくとも部分的に半透明である、請求項８に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１０】
前記基板の上にある前記構成部品が、前記パッチを作動させるために電力源及び前記電力源に結合されたスイッチを備える、請求項１に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１１】
前記スイッチが、１回のみ作動されるように適合されたスイッチを含む、請求項１０に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１２】
前記構成部品のうちの１つが、前記パッチが作動されていることを示す光信号を発生させるための発光素子を備える、請求項１に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１３】
前記構成部品のうちの１つが光センサーを備え、その光センサーが、前記少なくとも１つの神経刺激信号に関連付けられたパラメータを制御するための信号を受信するように適合されている、請求項１に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１４】
前記構成部品が、
前記基板の前記頂面の上にあり、第１の周波数を有する第１の波形を発生させるように適合されている第１の波形発生器と、
前記第１の周波数よりも高い第２の周波数を有する搬送波形を発生させ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ており、前記第１の波形及び前記搬送波形を変調して変調波形を発生させるように適合された変調器であって、前記少なくとも１つの電極が、前記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ている、変調器と、
を備える、請求項１に記載の神経刺激パッチ。
【請求項１５】
前記構成部品が、
前記第１の波形と異なり、かつ位相が異なる、第３の周波数を有する第３の波形を発生させるように適合された第３の波形発生器を更に備え、
前記変調器が、前記第３の波形発生器に電気的に結合されており、前記搬送波形、第１及び第３の波形を変調して前記変調波形を発生させるように適合されており、前記第１の波形が、第１の標的の神経を刺激するように適合されており、前記第３の波形が、第２の標的の神経を刺激するように適合されている、請求項１４に記載の神経刺激パッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公表番号】特表２０１１−５０２７０７（Ｐ２０１１−５０２７０７Ａ）
【公表日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３４０９５（Ｐ２０１０−５３４０９５）
【出願日】平成２０年１１月５日（２００８．１１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８２４３５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０６４６４１
【国際公開日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【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１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月５日（２００８．１１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８２４３５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０６４６４１
【国際公開日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【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）】
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