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技術 深部経頭蓋磁気刺激のための片側コイル

出願人 ブレインズウェイリミテッド
発明者 ザンゲンアブラハムロスイフタック
出願日 2014年2月20日 (6年9ヶ月経過) 出願番号 2015-558587
公開日 2016年3月10日 (4年8ヶ月経過) 公開番号 2016-507324
状態 特許登録済
技術分野 磁気治療器
主要キーワード 右コイル 内側線 変位システム 運動閾値 相対電界強度 突出型 ファントムモデル 頭部ファントム
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (17)

課題・解決手段

片側脳領域位置特異的である経頭蓋磁気刺激のためのコイルは、第1の方向に電流フローを有する離隔している複数の刺激用エレメントと、第1の方向と反対の第2の方向に電流フローを有する複数のリターン・エレメントとを用いて設計される。複数の刺激用エレメントおよびリターン・エレメントは、コイルの中心軸の1つの側に分散される。

概要

背景

経頭蓋磁気刺激TMS)は、脳、または他のヒト器官に短い磁気パルス印加し、それによって神経構造活性化するために用いられる非侵襲性技術である。パルスは、患者の外部に配置した(例えば、脳治療のために頭皮上に配置した)電磁コイル刺激装置によって高電流を通過させることにより与えられ、その下にある組織に電流を誘導し、それによって局在性軸索脱分極を生成する。この技術は、様々な神経行動学的および神経学的障害に対する潜在的に有望な治療選択肢となるのみならず、中枢神経系研究における主要なツールとなった。

大部分の既知TMSコイルは、脳皮質における表層脳領域刺激するが、コイルからの距離の関数としての誘導電磁界減衰率が高い。従って、深い方の神経構造に作用する有効性は低い。誘導電界の強度が大幅に増加すれば、深い方の神経構造を刺激することが可能であろう。とは言え、かかる増加した強度での操作は、痙攣および組織に対する生理学的損傷のリスクを増加させかねない。

表層領域の最小限の刺激を伴う深部脳TMSのための方法は、深部脳刺激を可能にし、一方では副作用を最小限に抑える、特許文献1に開示される。そこに記載されたデバイスは、ベースおよび延長部を含み、ベースは、電流フローの個々の経路のための個々の巻線を有し、延長部は、脳の他の領域の不要な刺激を最小限に抑えるように設計される。

しかしながら、他の脳領域への影響を最小限にするとともに深部神経構造を含む脳の特定領域を標的とすることができる、より特別に設計されたコイルに対するニーズが存在する。特に、対側半球への影響を最小限にするとともに特定の半球における片側脳領域を標的とすることができるコイルに対するニーズが存在する。刺激されることが望ましい具体的な脳領域の例は、右または左島皮質である。他の例は、右または左前頭前皮質(PFC:prefrontal cortex)、ブローカ野またはその対側ホモログウェルニッケ野またはその対側ホモログ、嗅内皮質側頭皮質領域、例えば、紡錘状回内の顔認識領域FFA:fusiform face area)、および上側頭溝STS:superior temporal sulcus)を含みうる。コイルは、母集団の大部分に対して利用可能なTMS刺激装置を用いて所望の電界分布を脳内に誘導する必要があり、同時に、神経刺激を可能とするであろう電界強度を関連する脳組織内に誘導しなければならない。刺激強度は、被験者ごと運動閾値に基づいて各被験者それぞれについて所定通りにキャリブレーションされる。従って、コイル効率は、関連する母集団の大部分に関する運動閾値および刺激強度が、利用可能な刺激装置電力出力に対して許容範囲内にあることを保証しなければならない。

概要

片側脳領域に位置特異的である経頭蓋磁気刺激のためのコイルは、第1の方向に電流フローを有する離隔している複数の刺激用エレメントと、第1の方向と反対の第2の方向に電流フローを有する複数のリターン・エレメントとを用いて設計される。複数の刺激用エレメントおよびリターン・エレメントは、コイルの中心軸の1つの側に分散される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

体の部分の磁気刺激のためのコイルであって、前記体の部分の中心部を定義する軸と、前記軸の1つの側に置かれたベース部であって、前記ベース部は、離隔している複数の刺激用エレメントを含み、前記複数の刺激用エレメントは、互いに入れ子になっており、実質的に第1の方向に電流運ぶように構成された、前記ベース部と、複数のリターン・エレメントを含むリターン部であって、前記複数のリターン・エレメントのそれぞれは、前記複数の刺激用エレメントのうちの1つに対応し、前記複数のリターン・エレメントのそれぞれは、実質的に第2の方向に電流を運ぶように構成され、前記第2の方向は、前記第1の方向に対して反対方向であり、前記リターン部は、前記ベース部からある距離離隔している、前記リターン部とを備える、コイル。

請求項2

前記複数の刺激用エレメントは、互いに一様に離隔している、可変的に離隔している、または周期的に離隔している、のうちの少なくとも1つである、請求項1に記載のコイル。

請求項3

前記複数の刺激用エレメントは、第1のベース部群および前記第1のベース部群から離隔している第2のベース部群を備える、請求項1に記載のコイル。

請求項4

前記複数のリターン・エレメントは、第1のリターン部群および前記第1のリターン部群から離隔している第2のリターン部群を備える、請求項1に記載のコイル。

請求項5

前記複数のリターン・エレメントのうちの少なくともいくつかは、突出型リターン・エレメントである、請求項1に記載のコイル。

請求項6

前記複数のリターン・エレメントのうちの少なくともいくつかは、接触型リターン・エレメントである、請求項1に記載のコイル。

請求項7

前記体の部分は、頭である、請求項1に記載のコイル。

請求項8

前記リターン部は、前記軸の前記ベース部と同じ側に置かれた、請求項1に記載のコイル。

請求項9

前記リターン部は、前記軸の前記ベース部と反対側に置かれた、請求項1に記載のコイル。

請求項10

病気治療するための方法であって、体の部分上に片側コイルを配置するステップであって、前記片側コイルは、前記体の部分の中心部を定義する軸と、前記軸の1つの側に置かれたベース部であって、前記ベース部は、離隔している複数の刺激用エレメントを有し、前記複数の刺激用エレメントは、互いに入れ子になっており、実質的に第1の方向に電流を運ぶように構成された、前記ベース部と、複数のリターン・エレメントを含むリターン部分であって、前記複数のリターン・エレメントのそれぞれは、前記複数の刺激用エレメントのうちの1つに対応し、前記複数のリターン・エレメントのそれぞれは、実質的に第2の方向に電流を運ぶように構成され、前記第2の方向は、前記第1の方向に対して反対方向であり、前記リターン部は、前記ベース部からある距離離隔している、前記リターン部と、を含む、ステップと、前記片側コイルを用いて前記体の部分を刺激するステップと、を備える、方法。

請求項11

前記病気の治療は、うつ病双極性障害分裂病ADHD、薬物中毒喫煙中毒アルコール中毒賭博問題、摂食障害肥満症自閉症アスペルガー疾患、てんかんのうちの少なくとも1つを治療することを備える、請求項10に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、一群深部経頭蓋磁気刺激TMS:transcranial magnetic stimulation)コイルに関し、コイルの刺激部は、脳の単一の半球の領域を刺激するように構成される。

背景技術

0002

経頭蓋磁気刺激(TMS)は、脳、または他のヒト器官に短い磁気パルス印加し、それによって神経構造活性化するために用いられる非侵襲性技術である。パルスは、患者の外部に配置した(例えば、脳治療のために頭皮上に配置した)電磁コイル刺激装置によって高電流を通過させることにより与えられ、その下にある組織に電流を誘導し、それによって局在性軸索脱分極を生成する。この技術は、様々な神経行動学的および神経学的障害に対する潜在的に有望な治療選択肢となるのみならず、中枢神経系研究における主要なツールとなった。

0003

大部分の既知TMSコイルは、脳皮質における表層脳領域を刺激するが、コイルからの距離の関数としての誘導電磁界減衰率が高い。従って、深い方の神経構造に作用する有効性は低い。誘導電界の強度が大幅に増加すれば、深い方の神経構造を刺激することが可能であろう。とは言え、かかる増加した強度での操作は、痙攣および組織に対する生理学的損傷のリスクを増加させかねない。

0004

表層領域の最小限の刺激を伴う深部脳TMSのための方法は、深部脳刺激を可能にし、一方では副作用を最小限に抑える、特許文献1に開示される。そこに記載されたデバイスは、ベースおよび延長部を含み、ベースは、電流フローの個々の経路のための個々の巻線を有し、延長部は、脳の他の領域の不要な刺激を最小限に抑えるように設計される。

0005

しかしながら、他の脳領域への影響を最小限にするとともに深部神経構造を含む脳の特定領域を標的とすることができる、より特別に設計されたコイルに対するニーズが存在する。特に、対側半球への影響を最小限にするとともに特定の半球における片側脳領域を標的とすることができるコイルに対するニーズが存在する。刺激されることが望ましい具体的な脳領域の例は、右または左島皮質である。他の例は、右または左前頭前皮質(PFC:prefrontal cortex)、ブローカ野またはその対側ホモログウェルニッケ野またはその対側ホモログ、嗅内皮質側頭皮質領域、例えば、紡錘状回内の顔認識領域FFA:fusiform face area)、および上側頭溝STS:superior temporal sulcus)を含みうる。コイルは、母集団の大部分に対して利用可能なTMS刺激装置を用いて所望の電界分布を脳内に誘導する必要があり、同時に、神経刺激を可能とするであろう電界強度を関連する脳組織内に誘導しなければならない。刺激強度は、被験者ごと運動閾値に基づいて各被験者それぞれについて所定通りにキャリブレーションされる。従って、コイル効率は、関連する母集団の大部分に関する運動閾値および刺激強度が、利用可能な刺激装置電力出力に対して許容範囲内にあることを保証しなければならない。

先行技術

0006

米国特許第7,407,478号

課題を解決するための手段

0007

本発明の一実施形態に従って、経頭蓋磁気刺激のためのコイルが提供される。コイルは、体の部分の中心部を定義する軸と、軸の1つの側に置かれたベース部であって、互いに入れ子になっており、実質的に第1の方向に電流を運ぶように構成された離隔している複数の刺激用エレメントを有する、ベース部と、軸の同じ側に置かれたリターン部とを含み、リターン部は、複数のリターン・エレメントを有し、複数のリターン・エレメントのそれぞれは、複数の刺激用エレメントのうちの1つに対応し、複数のリターン・エレメントのそれぞれは、実質的に第2の方向に電流を運ぶように構成され、第2の方向は、第1の方向に対して反対方向であり、前記リターン部は、前記ベース部からある距離離隔している。

0008

本発明の実施形態において、ベース部は、ヒトの頭もしくは頭部、または別の体器官に対して相補的である。ベースは、関連する体器官(例えば、ヒトの頭もしくは頭部)に追随することが可能なフレキシビリティを有する。

0009

ベースは、本明細書において「主方向(main direction)」と呼ばれる、1つ以上の共通の方向に電流を運ぶ個々のエレメントを含む。この主方向に、体器官内で主な生理学的効果(例えば、神経刺激)が誘発される。これらのエレメントは、狭いセグメント密集するのではなく、むしろ体器官の周りの様々な位置に分散される。いくつかの実施形態では、個々のエレメントがベース全体にわたって均一に分散される。他の実施形態では、いくつかまたはすべてのエレメントが群間いくらか距離をおいた2つ以上の群に分けられてもよい。隣接するエレメント間の間隔は、一様、可変的、周期的(periodic)またはその他であってもよい。いくつかまたはすべてのエレメントが群に分けられる実施形態では、隣接する群間もしくは群と隣接するエレメントとの間の間隔、および各群の幅は、ベース全体にわたって一様、可変的、周期的またはその他であってもよい。エレメントの任意の組み合わせまたは配置が本発明の範囲内に含まれ、固有の特徴は、エレメントが狭いセグメント内に密集しないことである。

0010

主方向に電流を運ぶベース中の個々のエレメントは、それらの経路のすべてまたは実質的な部分において、すべてまたは大部分が関連する体器官(例えば、ヒト頭蓋の一部)に対して接線方向にある。深い方の脳領域における活性化の有効性を最適化するためには、誘導電界の非接線成分を最小限に抑えることが望ましい。誘導電界の方位は、一般に、交流電流を運ぶエレメントの方位に平行なため、特にベースおよびその近傍では、体器官(例えば、ヒト頭蓋)に対して接線方向にないコイル・エレメントの部分を最小限に抑えることが望ましい。

0011

1つ以上の主方向と反対の方向に電流を運ぶコイル・エレメントは、ベースから離れて配置される。これらのエレメントは、本明細書では「リターン・エレメント(return elements)」と呼ばれる。いくつかの実施形態において、リターン・エレメントは、ベースに比べて、他の体器官または体器官の他の部分(例えば、他の頭部領域)に隣接して位置する。これらのリターン・エレメントは、「接触型リターン・エレメント」と称される。他の実施形態では、リターン・エレメントは、体からいくらか距離をおいて位置し、体と接触するようには構成されない。これらのリターン・エレメントは、「突出型リターン・エレメント」と称される。いくつかの実施形態において、リターン・エレメントのうちのいくつかは接触型であり、それらのうちのいくつかは突出型である。

0012

本発明の実施形態において、ベースは、脳の1つの半球、左半球または右半球のいずれかに隣接して置かれる。本発明の実施形態において、刺激用エレメントは、側頭領域、前頭領域、頭頂領域後頭領域、または上記の任意の組み合わせに隣接してもよい。

0013

リターン・エレメントは、ベースから離れて位置する。いくつかの実施形態では、リターン・エレメントは、接触型であり、ベースに対する対側半球の皮質領域に隣接する。いくつかの実施形態では、リターン・エレメントのすべてまたはいくつかは、接触型であり、ベースに対する同側半球の皮質領域に隣接する。他の実施形態では、リターン・エレメントは、突出型であり、任意の脳領域から距離をおいて位置する。さらに他の実施形態では、リターン・エレメントのうちのいくつかは接触型であり、いくつかは突出型である。

0014

ベースの定義は、電流を運ぶコイルの機能エレメントに関する。しかし、デバイスの他のエレメント、例えば、機械部品ケースおよびカバーに関しては何も制限がない。従って、ベースのいくらかのエレメントは、追加のコイル・エレメント、例えば、リターン・エレメントおよび他のエレメントが入ったケースに入れられてもよい。

0015

コイルは、所望の電界分布を脳内に誘導する必要があり、同時に、神経刺激を誘発するのに十分に高い電界強度を関連する脳組織内に誘導しなければならない。

0016

コイルのいくつかの特徴は、上記の目標を達成するために重要である。これらは、以下を含む。

0017

1.ベース部エレメントの配置。この配置をコイル設計ごとおよび具体的な目標ごとに最適化しなければならない。2つの競合する究極目標の間に相互作用が生じうる:一方では、より良好な深さ侵入プロファイル、すなわち、表層領域と比較して深い方の標的脳領域におけるより高い相対電界、他方では標的脳領域におけるより高い絶対電界強度。非限定の例として、ベース部がエレメントの2つの群を含み、それらの間にいくらかの距離dがあると想定する。dが増加すると深さ侵入プロファイルは改善するであろうが、標的脳領域における絶対電界強度が減少しかねない。この強度は、市販の刺激装置を用いて母集団の大多数標的神経構造に所望の生理学的効果を誘発させることが可能でなければならない。従って、他の構成パラメータのみならず、距離dをコイル設計ごとに最適化しなければならない。

0018

2.ベース部に対するリターン部の位置。これらの部分間の距離を設計ごとに最適化しなければならない。短過ぎる距離は、リターン・エレメントの影響に起因して、標的脳領域における全誘導電界の減少をもたらすことになろう。長過ぎる距離は、長い接続用コイル・エレメントが必要になり、それらの影響を考慮しなければならない。そのうえ、容易な位置、ナビゲーションおよび頭を覆う配置に関してコイル・サイズを最適化しなければならない。

0019

3.脳に対するリターン部の位置。リターン・エレメントは、近い方の脳領域に影響を及ぼす。リターン部の位置は、任意の脳構造に対するそれらの影響を考慮しなければならず、設計は、最小限の望ましくない副作用、例えば、運動活性化または痛みをもたらすものでなければならない。

0020

4.リターン・エレメントのタイプ。リターン・エレメントは、先に定義した接触型または突出型のいずれかでありうる。接触型および突出型リターン・エレメントの間の比率は、様々な態様において非常に重要であり、具体的なコイル設計ごとに最適化しなければならない。一般に、突出型エレメントは、脳表面上に静電荷蓄積を誘導する。これは、標的脳領域に誘導される絶対電界の減少をもたらし、表層領域と比較して深い方の脳領域における相対電界強度の減少ももたらす。他方、接触型エレメントは、隣接する脳領域における影響を増加させうる。従って、それぞれの場合に精緻な最適化を行わなければならない。

0021

5.突出型リターン・エレメントを含むコイルにおける、突出型リターン・エレメントの頭からの距離。より長い距離は、脳に対するリターン・エレメントの直接的な影響を減少させるが、リターン・エレメントに接続してそれらを頭から遠ざける、より長い非接線方向のコイル・エレメントの存在に起因して電荷蓄積を増加させる。この影響を考慮するために、それぞれの場合に精緻な最適化を行わなければならない。

0022

6.総合的なコイル・インダクタンスコイル巻線の数、長さ、構成およびパッキングパラメータを所望の範囲のコイル・インダクタンスをもたらすように計画しなければならない。通常、TMSコイル・インダクタンスに関する所望の範囲は、15および30マイクロヘンリの間にある。高過ぎるインダクタンスは、コイルの有効性を減少させ、パルス幅を増加させかねず、しばしばコイル抵抗エネルギー消費およびコイル加熱の増加と関連付けられる。小さ過ぎるインダクタンスは、刺激装置部品を損傷しかねない速い変化率の電流をもたらすことがある。

0023

別に定義されない限り、本明細書に用いられるすべての技術および科学用語は、本発明が属する分野における当業者によって共通に理解されるのと同じ意味を有する。本発明の実施または試験には本明細書に記載されるのと同様または等価な方法および材料を用いることができるが、適切な方法および材料は、以下に記載される。競合の場合には、定義を含めて、本特許明細書を優先することになろう。加えて、材料、方法、および例は、例示的であるに過ぎず、限定を意図するものではない。

0024

本発明の上記およびさらなる利点は、以下の記載を添付図面と併せて参照することによりさらによく理解できる。

図面の簡単な説明

0025

本発明の実施形態による、片側コイルに関する刺激の原理を示す略図である。
本発明の実施形態による、片側コイルに関する刺激の原理を示す略図である。
本発明の実施形態による、図1の片側コイルのベース部の略図である。
本発明の実施形態による、図1の片側コイルのベース部の略図である。
本発明の実施形態による、ベースおよびリターン部が様々な構成を有する、図1の片側コイルのベース部およびリターン部の略図である。
本発明の実施形態による、ベースおよびリターン部が様々な構成を有する、図1の片側コイルのベース部およびリターン部の略図である。
本発明の実施形態による、図1の片側コイルのリターン部の図である。
頭の解剖学区分の図である。
本発明の実施形態による、図1の片側コイルの例である、コイルの斜視図である。
本発明の実施形態による、図1の片側コイルの例である、コイルの斜視図である。
本発明の実施形態による、図1の片側コイルの例である、コイルの斜視図である。
頭上の所定の場所において示された、図8のコイルの斜視図である。
頭上の所定の場所において示された、図8のコイルの斜視図である。
ヒト頭部ファントムモデルで測定した図6のコイルの電界分布マップの図である。
ヒト頭部ファントムモデルで測定した図7のコイルの電界分布マップの図である。
ヒト頭部ファントムモデルで測定した図8のコイルの電界分布マップの図である。

0026

当然のことながら、説明の簡潔さおよび明確さのために、図面に示されるエレメントは、必ずしも正確に、または縮尺通りには描かれていない。例えば、いくつかのエレメントの寸法が明確さのために他のエレメントに比べて誇張されることもあり、いくつかの物理的構成要素が1つの機能ブロックまたはエレメントに含められることもある。さらにまた、適切と思われるところでは、対応または類似するエレメントを示すために複数の図面のうちで参照数字が繰り返されることもある。そのうえ、図面に示されるブロックのうちのいくつかが単一の機能に組み合わされることもある。

0027

以下の詳細な記載には、本発明の十分な理解を提供するために多くの具体的な詳細が提示される。本発明がこれらの具体的な詳細なしに実行できることを当業者は理解するであろう。他の事例では、本発明を曖昧にしないために、よく知られた方法、手順、構成要素および構造が詳細に記載されなかったこともある。

0028

本発明は、深部TMSのための片側ベース・コイルおよびその使用方法を対象とする。本発明によるシステムおよび方法の原理ならびに操作は、図面および付随する記載を参照するとさらによく理解できる。

0029

本発明の少なくとも1つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の記載に提示されるか、または図面に示される構造の詳細および構成要素の配置にはその適用が限定されないことを理解すべきである。本発明は、他の実施形態あるいは様々な方法での実行または実施が可能である。また、本明細書に使用される表現および用語は、説明のためであり、限定的であると見做してはならないことを理解すべきである。

0030

次に、本発明の実施形態による、片側コイルに関する刺激の原理を示す略図である図1Aおよび1Bを参照する。図1Aおよび1Bに示される実施形態において、片側コイルの略図は、本発明の実施形態による片側コイルのエレメントを示すが、これらのエレメントの実際の外観を示すわけではない。図1Aおよび1Bに示されるように、片側コイル10は、ベース部12およびリターン部32を含む。

0031

中心軸14は、体の部分の中央に置かれるコイル10の部分を定義する。中心軸14は、仮想軸としてもよく、または曲線状の軸であってもよく、本明細書では説明のために幾何学的方位に関して用いられることがすぐに分かるはずである。ベース部12は、中心軸14の右側か、または中心軸14の左側のいずれかに置かれるが、両側には置かれない。右側および左側の方向は、解剖学的定義により定義される。従って、図1Aおよび1Bの図では、ベース部12は、中心軸14の右側にあり、図面の左側に示される。「片側コイル」は、ベース部12が中心軸14の1つの側に置かれたコイルとして定義される。リターン部32は、中心軸14のベース部12と同じ側、中心軸14の反対側、または両方に置かれてもよい。ベース部12およびリターン部32は、直線の形状として図1Aおよび1Bに概略的に示される。以下にさらに記載されるように、本発明の実施形態に従って、他の形状が可能であることがすぐにわかるはずである。一実施形態において、図1Aに示されるように、ベース部12は、中心軸14に近接して置かれ、一方でリターン部32は、中心軸14からある距離に置かれる。別の実施形態では、図1Bに示されるように、ベース部12は、中心軸14からある距離に置かれ、一方でリターン部32は、中心軸14に近接して置かれる。リターン部32は、以下にさらに記載されるように、ベース部12からある垂直距離および/または水平距離をおいて配置されてもよい。

0032

ベース部12は、電気の流れの方向を示すための矢印とともに図1Aおよび1Bに示される、複数の刺激用エレメント20を含む。複数の刺激用エレメント20の電気の流れの方向を示す矢印は、「下」向きに示されるが、この指定は、説明のためであり、限定的であると見做してはならないことがすぐにわかるはずである。従って、複数の刺激用エレメント20を通って流れる電流は、片側コイル10の形状によって決定される中心軸14に対して任意の方向にあってもよい。複数の刺激用エレメント20は、第1の刺激用エレメント21、第2の刺激用エレメント22、および第3の刺激用エレメント23とラベル付けされた個々の刺激用エレメントとして示される。図1Aおよび1Bには3つの個々の刺激用エレメントが概略的に示されるが、片側コイル10は、任意の適切な数の刺激用エレメントを含んでもよく、本明細書に示される量には限定されないことがすぐにわかるはずである。複数の刺激用エレメント20は、実質的に互いに平行であり、距離により互いに離隔しており、第1および第2の刺激用エレメント21および22は、第1の刺激用距離D1により分離し、第2および第3の刺激用エレメント22および23は、第2の刺激用距離D2により分離しているなどである。刺激用距離D1、D2などは、互いに等しくてもよく、もしくはランダムまたは周期的に変化してもよい。それぞれの刺激用エレメント20の電気刺激の方向は、実質的に同じである。すなわち、電流は、複数の刺激用エレメント20のそれぞれを通って所定の方向に流れ、複数の刺激用エレメント20は、刺激用エレメント21〜23ごとに電流が実質的に同じ方向に流れるが、距離D1〜D2によって分離するように互いに入れ子になっている。

0033

リターン部32は、複数のリターン・エレメント40を含む。リターン・エレメント40は、電気の流れの方向を示すための矢印とともに図1Aおよび1Bに示される。リターン・エレメント40のための電気の流れの方向は、刺激用エレメント20のための電気の流れの方向と反対であることが図1Aおよび1Bからすぐにわかるはずである。複数のリターン・エレメント40の電気の流れの方向を示す矢印は、「上」向きに示されるが、この指定は、説明のためであり、限定的であると見做してはならないことがすぐにわかるはずである。従って、複数のリターン・エレメント40を通って流れる電流は、複数のリターン・エレメント40を通って流れる電流の方向が複数の刺激用エレメント20を通って流れる電流の方向と実質的に反対(すなわち、180度)であることを条件として、片側コイル10の形状によって決定される中心軸14に対して任意の方向にあってもよい。

0034

複数のリターン・エレメント40は、第1の刺激用エレメント21に対応する第1のリターン・エレメント41、第2の刺激用エレメント22に対応する第2のリターン・エレメント42、第3の刺激用エレメント23に対応する第3のリターン・エレメント43とラベル付けされた個々のリターン・エレメントとして示される。図1Aおよび1Bには3つの個々のリターン・エレメントが概略的に示されるが、片側コイル10は、任意の適切な数のリターン・エレメントを含んでもよく、本明細書に示される量には限定されないことがすぐにわかるはずである。一般に、リターン・エレメント40の数は、刺激用エレメント20の数に対応する。複数のリターン・エレメント40は、実質的に互いに平行であり、距離により互いに離隔しており、第1および第2のリターン・エレメント41および42は、第1のリターン距離D10により分離し、第2および第3のリターン・エレメント42および43は、第2のリターン距離D11により分離しているなどである。刺激距離(Stimulating distances)D10、D11などは、互いに等しくてもよく、もしくはランダムまたは周期的に変化してもよい。いくつかの実施形態において、刺激用エレメント20は、接続用エレメント52経由でリターン・エレメント40に電気的に接続する。いくつかの実施形態において、接続用エレメント52は、実質的にまっすぐであってもよく、図1Aおよび1Bに示されるように、複数の刺激用エレメント20および複数のリターン・エレメント40に対して実質的に垂直な方向に延びてもよい。代替的な実施形態では、接続用エレメント52は、曲線状であってもよく、または複数の刺激用エレメント20を複数のリターン・エレメント40に接続するための他の構成を有してもよい。

0035

次に、本発明の実施形態による、ベース部12の略図である図2Aおよび2Bを参照する。一実施形態において、図2Aに概略的に示されるように、ベース部12は、第1のベース部群16および第2のベース部群18を含む。第1のベース部群16は、第1のベース部群距離D20により第2のベース部群18から分離していてもよい。いくつかの実施形態では、追加のベース部群も含まれて、追加のベース部群距離により互いに分離していてもよい。各ベース部群は、位置、間隔およびリターン・エレメントへの接続を含む、いくつかの判定基準のうちの1つにより群として定義される。例えば、第1のベース部群16は、等しい距離D1およびD2によりそれぞれが分離している複数の刺激用エレメントを含みうるのに対して、第2のベース部群18は、等しい距離D3、D4、D5などにより互いに分離している複数の刺激用エレメントを含みうる。ここでD1およびD2は、D3、D4、D5とは異なる。別の実施形態では、第1のベース部群16は、頭の一部分上に置かれるように構成されてもよく、一方で第2のベース部群18は、頭の別の部分上に置かれるように構成されてもよい。さらに別の実施形態では、第1のベース部群16は、頭と接触しているリターン・エレメントに接続してもよく、第2のベース部群18は、頭から突出しているリターン・エレメントに接続してもよい。第1のベース部群16における電流フローの方向は、第2のベース部群18における電流フローの方向と実質的に同じであることがすぐにわかるはずである。

0036

いくつかの実施形態において、図2Bに示されるように、ベース部12は、可変的な距離をそれらの間に有する複数の刺激用エレメント20を含んでもよい。従って、第1および第2の刺激用エレメント21および22の間の距離D1は、第2および第3の刺激用エレメント22および23の間の距離D2と異なるなどである。

0037

同様に、リターン部32は、複数のリターン部群を有してもよい。例えば、図3Aに示されるように、ベース部12は、第1の構成を有する第1のベース部群16および第2の構成を有する第2のベース部群18を含んでもよく、リターン部32は、第1のリターン部群36および第2のリターン部群34を有する。図3Aに示されるように、第1のベース部群16の特性は、第1のリターン部群36の特性と必ずしも一致しないことがすぐにわかるはずである。例えば、複数の刺激用エレメント20の間の距離は、対応する複数のリターン・エレメント40の間の距離と異なってもよい。別の実施形態では、図3Bに示されるように、ベース部12は、第1の構成を有する第1のベース部群16および第2の構成を有する第2のベース部群18を含んでもよく、一方でリターン部32は、リターン・エレメント40のすべてに関して単一の構成を有する。

0038

次に、本発明の実施形態による、リターン部32の図である図4を参照する。図4に示されるのは、頭の脇に置かれるように構成されたリターン部32であるが、リターン部32の同様の構成は、他の領域、例えば、頭の後部に用いられてもよいことがすぐにわかるはずである。リターン・エレメント40は、2つの異なる高さで示され、リターン・エレメント40のうちのいくつかは、体の部分と接触するように構成されて、(図示されない)ベース部12と同一面上にある。これらのリターン・エレメント40は、接触型リターン・エレメント54と呼ばれる。リターン・エレメント40のうちのいくつかは、ベース部12の面から突出しているように構成され、突出型リターン・エレメント56と呼ばれる。突出型リターン・エレメント56が円形コイル10から突出するように構成されて、ベース部12が接触するように構成された体の部分とそれらが接触しないように構成される限り、突出型リターン・エレメント56は、ベース部12からある垂直距離またはある水平距離にありうる。従って、接続用エレメント52は、水平接続用エレメント51であってもよく、もしくは垂直接続用エレメント53であってもよく、またはリターン部32をベース部12に接続するために必要とされるような追加の構成を有してもよい。

0039

いくつかの実施形態では、複数のリターン・エレメント40のうちのいくつかは接触型リターン・エレメント54であり、複数のリターン・エレメント40のうちのいくつかは突出型リターン・エレメント56である。いくつかの実施形態では、複数のリターン・エレメント40のすべてが接触型リターン・エレメント54である。いくつかの実施形態では、複数のリターン・エレメント40のすべてが突出型リターン・エレメント56である。突出型および/または接触型リターン・エレメントの任意の組み合わせが可能であり、本発明の範囲内に含まれる。

0040

次に、頭100の解剖学的区分の図である図5を参照する。本発明を説明するために、頭100は、4つの区分、すなわち、頭100の前部における前頭部102、前頭部102の後ろの頭100の頂部における頭頂部104、頭100の脇の側頭部106、および頭100の後部における後頭部108を有する。片側コイル10は、刺激用エレメント20をもつベース部12が頭100の第1の区分の1つの側に設置できて、リターン・エレメント40をもつリターン部32も中心軸14の同じ側に設置できるように構成される。従って、例えば、ベース部12は、前−後中心線に沿って中心軸14が延びるようにして前頭部102上に置かれてもよい。別の実施形態では、ベース部12は、後−前中心線に沿って中心軸14が延びるようにして側頭部106上に置かれてもよい。さらに別の実施形態では、ベース部12は、後−前中心線に沿って中心軸14が延びるようにして頭頂部104上に置かれてもよい。さらに別の実施形態では、ベース部12は、外側−内側線に沿って中心軸14が延びるようにして前頭部102上に置かれてもよい。このようにして、ベース部12は、脳の区分を刺激し、一方でリターン部は、刺激される脳の区分から離れた区分においてリターン電流を戻す。いくつかの実施形態では、ベース部12もリターン部32も頭に隣接し、いくつかの実施形態では、ベース部12は頭に隣接し、一方でリターン部32は頭から離れている。いくつかの実施形態では、ベース部12は頭に隣接し、一方でリターン部32エレメントのうちのいくつかは頭に隣接し、リターン部32エレメントのうちのいくつかは頭から離れている。いくつかの実施形態では、接続用エレメント52は頭に隣接し、他の実施形態では、接続用エレメント52は頭から離れている。さらに他の実施形態では、接続用エレメント52のうちのいくつかは頭に隣接し、それらのうちのいくつかは頭から離れている。

0041

次に、本発明の実施形態による、片側コイル10の例である、コイル110の斜視図である図6を参照する。コイル110は、複数の刺激用エレメント20の第1のベース部群16、複数の刺激用エレメント20の第2のベース部群18、複数の刺激用エレメント20の第3のベース部群15、および複数の刺激用エレメント20の第4のベース部群17を有するベース部12を含む。コイル110は、複数の刺激用エレメント20に対応するリターン・エレメント40を含んだリターン部32をさらに含む。リターン部32は、第1および第2のベース部群16および18に対応する第1のリターン部群34、ならびに第3および第4のベース部群15および17に対応する第2のリターン部群36も含む。本明細書に示される実施形態において、ベース部12は、頭100の前頭部102および側頭部106上に置かれるように構成され、リターン部32は、中心軸14に近接して、頭100の上方に置かれるように構成される。複数のリターン・エレメント40は、突出型リターン・エレメント56である。

0042

コイル110は、左または右外側および内側前頭前皮質(PFC:prefrontal cortex)脳領域を刺激するために用いられる。一実施形態において、右PFCを活性化しないで左PFCにおける神経構造を活性化するために右コイル110を用いることができる。このタイプのコイルは、予備研究においてうつ病度合いを改善することを示した。かかるコイルは、うつ病、双極性障害分裂病(分裂病患者の陰性症状を含む)、注意欠陥多動性障害ADHD:attention deficit and hyperactivity disorder)その他を含む様々な脳障害に有用でありうる。

0043

次に、本発明の実施形態による、片側コイル10の例である、コイル210の斜視図である図7を参照する。コイル210は、複数の刺激用エレメント20を有するベース部12を含む。複数の刺激用エレメント20は、頭100の側頭部106上に置かれるように構成される。コイル210は、第1のリターン部群34および第2のリターン部群36を有するリターン部32をさらに含む。第1のリターン部群34は、頭100の頭頂部104上に置かれるように構成され、少なくとも4cmの距離によりベース部から分離している。第1のリターン部群34は、頭と接触するように構成され、従って、接触型リターン・エレメント54を含む。第2のリターン部群36は、突出型リターン・エレメント56である複数のリターン・エレメント40を含む。

0044

コイル210は、右または左のみの側頭脳領域、例えば、島および嗅内皮質を刺激するために用いられ、例えば、分裂病における幻聴、およびすべての種類の中毒、例えば、薬物中毒喫煙中毒、賭博肥満症および摂食障害の治療に有用でありうる。

0045

次に、本発明の実施形態による、片側コイル10の例である、コイル310の斜視図である図8を参照する。

0046

コイル310は、第1の複数の刺激用エレメント20の第1のベース部群16および第2の複数の刺激用エレメント22の第2のベース部群18を有するベース部12を含む。コイル310は、第1の複数の刺激用エレメント20に対応する第1のリターン・エレメント40および第2の複数の刺激用エレメント22に対応する第2のリターン・エレメント37を含んだリターン部32をさらに含む。本明細書に示される実施形態において、第1のリターン・エレメント40は、突出型リターン・エレメント56であり、第2のリターン・エレメント37は、接触型リターン・エレメント54である。本明細書に示される実施形態において、ベース部12は、頭100の頭頂部104および側頭部106上に置かれるように構成され、リターン部32は、頭100の上方に置かれるように構成される。第1のベース部群16は、第2のベース部群18の下方に置かれ、距離D20により第2のベース部群18から分離している。突出型リターン・エレメント56は、頭100から突出するように構成される。接続用エレメント52は、頭100の前頭部に沿ってが延びてもよい。

0047

次に、それぞれ右側および左側から見た、頭100の右側に置かれたコイル310を示す図である図9Aおよび9Bを参照する。

0048

コイル310は、右または左いずれかの半球上の側頭葉脳領域を刺激するために用いられ、例えば、てんかんの治療に有用でありうる。

0049

次に、図6のコイル110の電界分布マップを提示する図10を参照する。コイル110によって生成した電界分布をヒト頭部ファントムモデルで測定した。1mmの分解能をもつ変位システムを用い、プローブファントムモデルの内部で3方向に移動させて、全頭部モデル体積におけるコイルの電界分布を1cmの解像度で測定した。軸状(Axial)および状(coronal)電界マップを生成した。各解剖学的脳領域における誘導電界を示すために、電界マップを解剖学的T1強調MRI冠状スライスに重ね合わせた。電界マップを閾値の120%にセットした刺激装置出力に対して示す。暗画素は、神経活性化のための閾値を超えた電界の大きさを示す。閾値は、手の運動活性化に必要な閾値の許容範囲内である100V/mにセットした。電界の分布を表すマップをコイルごとに描くために用いた刺激装置電力出力の強度は、手の運動皮質部位のおよその深さに従い、1.5cmの深さにおいて、神経運動閾値の120%を得るために必要なレベルにセットした。コイルを前頭前皮質を覆って配置したときに、閾上電界(supra−threshold field)が左外側前頭前、内側前頭前および眼窩前頭領域に誘導されることがわかる。

0050

次に、図7のコイル210の電界分布マップを提示する図11を参照する。コイル210によって生成した電界分布を図10に関する同じ方法を用いて測定した。電界マップを運動閾値の120%にセットした刺激装置出力に対して示す。コイルを右側頭皮質を覆って配置したときに、閾上電界が右島を含む右側頭領域に誘導されることがわかる。

0051

次に、図8のコイル310の電界分布マップを提示する図12を参照する。コイル310によって生成した電界分布を図10に関する同じ方法を用いて測定した。電界マップを運動閾値の120%にセットした刺激装置出力に対して示す。コイルのベース部を右側頭皮質を覆って配置したときに、閾上電界が深い方の領域を含む右側頭領域に誘導されることがわかる。

0052

当然のことながら、明確さのために、別々の実施形態の文脈で記載された本発明のいくらかの特徴は、また、単一の実施形態における組み合わせで提供されてもよい。逆に、簡潔さのために、単一の実施形態の文脈で記載された本発明の様々な特徴は、別々に、また、任意の適切な部分的組合せで提供されてもよい。

実施例

0053

本発明のいくらかの特徴が本明細書に図示され、記載されたが、多くの修正置換、変更、および均等物を当業者は想起するであろう。それゆえに、添付される特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨に含まれるすべてのかかる修正および変更に及ぶことが理解されるべきである。

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