JP2007325652A - Brain depth stimulation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばパーキンソン病、ハンチントン病などの患者の脳深部に向けて穿刺し、留置され、例えば患者の脳深部におけるターゲット領域での各脳神経細胞に、個別に所定の電気的刺激を与え、例えば当該患者固有のオーダメイド治療を実現可能とするための脳深部刺激装置に関する。 The present invention, for example, is punctured and placed in the deep brain of a patient such as Parkinson's disease, Huntington's disease, etc., for example, to each brain nerve cell in the target region in the deep brain of the patient individually to give a predetermined electrical stimulation, For example, the present invention relates to a deep brain stimulation apparatus for enabling the patient-specific order-made treatment.
パーキンソン病、ハンチントン病などの患者に見られる不随意運動、脳卒中患者等に見られる特定機能障害(歩行障害等)を抑制する方法として、脳深部刺激装置(Deep Brain Stimulation System)と呼ばれる装置(通称DBS装置)を脳内の深部に埋め込む治療法が注目を集めている。 A device called the Deep Brain Stimulation System (commonly known as a Deep Brain Stimulation System) is a method for suppressing involuntary movements seen in patients with Parkinson's disease, Huntington's disease, etc. A treatment method in which a DBS device) is embedded deep in the brain has attracted attention.
例えばパーキンソン病などに見られる振戦(通常1秒間に4〜5回周期で繰り返される手足に起こるふるえ)を抑制するDBS装置として、図13に示される装置が使用されている。 For example, the apparatus shown in FIG. 13 is used as a DBS apparatus that suppresses tremors (such as tremors that occur in limbs that are repeated at a frequency of 4 to 5 times per second) as seen in Parkinson's disease.
この装置は先端を脳深部に向けて穿刺し、基端部を脳表面に位置させる状態で脳内に留置される針体1と、例えば脳内などの体内に留置され、上記針体1の基端部に電気ケーブル2を介して接続される刺激電流の出力装置3とにより構成される。
This device punctures the tip toward the deep part of the brain, and the
針体1はタングステン針の表面を絶縁物質でコーティングして構成され、この針体1においては先端部並びに電気ケーブル2が接続される基端部については絶縁物質のコーティングを行わないようにしている。出力装置3から電気ケーブル2を介して針体に供給される刺激電流は、針体1の先端から図14に示すターゲット領域に存在する脳神経細胞4に向けて出力させることを可能にしている。針体1の基端部に向けて刺激電流の供給を行う出力装置3内には、電力供給手段としてのバッテリ、並びに脳神経細胞4に対して所定の電流値並びに電流波形からなる刺激電流を出力するための制御回路が内蔵される。
The
こうしたDBS装置を脳内に留置させるについては、図18に示すように、ある程度剛性を備えたシリコンチューブ等で形成される被覆チューブ5内に針体1を挿入し、この被覆チューブ5を図17に示すように脳深部のターゲット領域Aに向けて穿刺する手術が最初に行われる。この手術は、先ず頭蓋骨の頂部を開頭して行われ、開頭された状態で頭蓋骨を固定して所定のターゲット座標領域AをMRI画像で確認しながら被覆チューブ5を目的領域Aに穿刺、誘導する操作が行う。
In order to place such a DBS device in the brain, as shown in FIG. 18, the
現在いわゆる脳マップにおいて、パーキンソン病の振戦に作用すると思われる脳深部の脳神経細胞については、大抵、その位置が特定されており、先ず脳深部の領域Aにおいて被覆チューブ5の先端より針体1の先端を対応する脳神経細胞4に接触させ、この状態で図16に示すように接触された脳神経細胞4から発生する電流計測を行う。電流計測は針体1の基端部に電流計を接続して行われ、対応する細胞4から発生し、振戦に作用していると思われる発生電流の電流値並びに電流波形をオシロメトリックにモニタすることにより実施される。
In the so-called brain map, the position of the brain neuron in the deep brain that seems to act on the tremor of Parkinson's disease is usually specified. First, in the region A in the deep brain, the
こうして、いくつかの脳神経細胞4に対して針体1の先端を接触させ、電流計測を実施した後、針体1の先端を接触させ、刺激電流を供給するのに適した脳神経細胞4をターゲットA中の細胞の中から選択し、図19に示すようにして針体1の先端を対応する脳神経細胞4に接触・位置決めし、続いて脳深部まで穿刺されていた被覆チューブ5を抜去する。
In this way, the tip of the
この結果、図20に示すように、針体1の先端部が対応する脳神経細胞4に接触・位置決めされる状態で脳深部に穿刺された針体1が脳内に留置される状態となり、一方針体1の基端部は脳表面に位置されることとなる(図15参照)。この状態において、先程オシロメトリックにモニタされ、記憶された対応する脳神経細胞の発生電流の電流値並びに電流波形に基づき、これら発生電流を相殺させて、振戦を発生させないようにするため、所定の電流値並びに電流波形を出力するための制御プログラムを出力装置3内の制御回路に記憶させる。こうして制御回路に当該患者に固有刺激電流の出力プログラムが記憶された該出力装置3を体内(例えば胸部)に埋め込み、出力装置3から脳表面電気ケーブル2を体内に通し、針体1の基端部にケーブル2を接続するようにする。ちなみに、従来電流計測のために脳に穿刺する針体1と、特定のターゲットとなる脳神経細胞4が決定された場合に、当該細胞4に先端を接触し、脳に留置する針体1は別のものとされていた。
As a result, as shown in FIG. 20, the
続いて開頭していた状態にあった頭蓋骨を再び頂部に取着して手術を完了し、出力装置3からケーブル2を介して所定の電流値並びに電流波形からなる刺激電流を対応する脳深部の脳神経細胞4へと供給させるようにする。この結果、パーキンソン病の患者に見られる振戦を抑制することが可能となり、各患者に対応したオーダメイドの治療が実現できることとなる。
Subsequently, the skull that had been in the craniotomy was attached to the top again to complete the operation, and the stimulation current consisting of a predetermined current value and current waveform was transmitted from the
ところで、上記図13ないし図20に示す従来の例によれば、脳内にDBS装置を埋め込む場合、ターゲット領域Aに存在し、例えばパーキンソン病の振戦に作用すると思われる各脳神経細胞の電流計測を行わざるを得ないものとされている。こうした細胞ごとの電気計測は、時間的に限られる脳外科手術において医師に大きな負担となるところであり、ターゲット領域A内において複数存在する細胞のうち、特に振戦等に作用していると思われる脳神経細胞を的確に捕捉できる方法が求められるところである。 By the way, according to the conventional example shown in FIG. 13 to FIG. 20, when a DBS device is embedded in the brain, current measurement of each brain nerve cell that exists in the target region A and seems to act on, for example, Parkinson's disease tremor. It must be done. Such electrical measurement for each cell places a heavy burden on the doctor in time-limited brain surgery, and among the cells existing in the target region A, the brain nerves that are thought to particularly act on tremor etc. There is a need for a method that can accurately capture cells.
また上記図13にないし図20に示す従来例のような方法によると、電流計測の結果、ターゲットA中の細胞の中から刺激電流の供給に適した脳神経細胞4を決定し、針体1の先端の接触・位置決めを行った後は、そのまま頭蓋骨を閉頭してしまうこととなる。
Further, according to the conventional method shown in FIGS. 13 to 20, as a result of the current measurement, the
このため手術後、一定期間、対応する細胞4に対して刺激電流を供給したものの、他の周辺細胞に対する刺激電流がもたらす振るまいにより、微妙に振戦等を作用する細胞の位置が変化することもあり、場合によっては刺激電流の電流値や電流波形を調整し、ターゲットA内の細胞に対する刺激電流の供給を複合的に調整する方法が考えられる。
For this reason, although the stimulation current is supplied to the
こうした調整は、これまで再手術に頼るしか方法が存在せず、手術は再び開頭し、同じターゲットAに対して試行錯誤による電流計測を行わなければならないため、脳外科医にとっても、また患者にとっても大きな負担となるところである。 For this adjustment, there has been no choice but to rely on re-surgery so far, since the surgery has to be reopened and current measurement must be performed on the same target A by trial and error, both for the brain surgeon and for the patient. This is a big burden.
本発明は上記課題に着目してなされたものであり、患者の脳内における脳深部の特定のターゲット領域において、各脳神経細胞に対し、個別に所定の電気的刺激を与えることを可能とし、当該患者固有のオーダメイドの治療を実現可能にすることを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above problem, and in a specific target region deep in the brain of a patient, it is possible to individually give a predetermined electrical stimulus to each brain neuron, The purpose is to make it possible to realize a patient-specific order-made treatment.
上記目的を達成するため、本発明は患者の脳深部に穿刺し、留置されて脳深部における脳神経細胞に電気的刺激を与える脳深部刺激装置であって、先端を脳深部に向けて穿刺し、基端部を脳表面に位置させる状態で脳内に留置される針状基体と、針状基体の先端部位の表面に配設され、相互に5μm ないし500μm 間隔で複数の電極素子を配列されてなる電極チップと、針状基体の基端部に配設され、上記電極チップの各電極素子と電気的に電通され、電極チップの各電極素子に対向配置される脳神経細胞から発生する電流をそれぞれ入力可能とし、あるいは電極チップの各電極素子に対向配置される脳神経細胞に電源から供給される刺激電流を出力可能とする電極端子と、を備えることとしてなる脳深部刺激装置としたものである。 In order to achieve the above object, the present invention is a deep brain stimulation apparatus that punctures a deep part of a patient's brain and is placed and applies electrical stimulation to cerebral nerve cells in the deep brain, and punctures the tip toward the deep brain, A needle-like substrate placed in the brain with the proximal end positioned on the brain surface, and a plurality of electrode elements arranged at intervals of 5 μm to 500 μm are arranged on the surface of the distal end portion of the needle-like substrate. And an electric current generated from a brain nerve cell disposed at the proximal end of the needle-shaped substrate, electrically connected to each electrode element of the electrode chip, and disposed opposite to each electrode element of the electrode chip. In this embodiment, the brain deep stimulation apparatus includes an electrode terminal that can input or output a stimulation current supplied from a power source to a cerebral nerve cell arranged to face each electrode element of the electrode chip.
また、本発明の請求項2は、針状基体は長尺で帯状からなる薄板状のものとされ、電極チップは針状基体の先端部位における表裏両面に複数個配設させてなる請求項1に記載の脳深部刺激装置としたものである。 According to a second aspect of the present invention, the needle-shaped substrate is a long and thin plate-like plate, and a plurality of electrode tips are provided on both the front and back surfaces of the tip portion of the needle-shaped substrate. The deep brain stimulator described in 1. above.
また、本発明の請求項3は、電極チップの各電極素子は、マトリックス状に配列され、かつ対向配置される脳神経細胞に係合可能な突起状のものである請求項1に記載の脳深部刺激装置としたものである。 According to a third aspect of the present invention, each electrode element of the electrode chip is in the form of a protrusion that is arranged in a matrix and can be engaged with a cranial nerve cell that is disposed to face the deep brain. It is a stimulation device.
また、本発明の請求項4は、針状基体の基端部に配設される電極端子には、電極チップの各電極素子側から入力される電流の電流値並びに電流波形をそれぞれ計測するための計測手段を接続させることとした請求項1に記載の脳深部刺激装置としたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in order to measure the current value and current waveform of the current input from each electrode element side of the electrode tip at the electrode terminal disposed at the proximal end portion of the needle-shaped substrate, respectively. The deep brain stimulation apparatus according to
また、本発明の請求項5は、針状基体の基端部に配設される電極端子には、電源より電極チップの各電極素子に向けて個別に所定の電流値並びに電流波形からなる刺激電流を選択的に出力可能とする信号処理制御手段を接続させることとしてなる請求項1に記載の脳深部刺激装置としたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, the electrode terminal disposed at the base end of the needle-shaped substrate has a stimulus having a predetermined current value and current waveform individually from the power source toward each electrode element of the electrode chip. 2. The deep brain stimulation apparatus according to
また、本発明の請求項6は、信号処理制御手段は、体外から無線により、電源より電極チップの各電極素子に向けて個別に出力する刺激電流の出力制御の操作を行うことを可能とし、刺激電流の電流値並びに電流波形を無線操作信号により調整可能に制御することとした請求項5に記載の脳深部刺激装置としたものである。
Further, according to claim 6 of the present invention, the signal processing control means can perform an operation of output control of stimulation currents individually output from the power source to each electrode element of the electrode chip by radio from outside the body, 6. The deep brain stimulation apparatus according to
また、本発明の請求項7は、患者の脳深部に向けて穿刺する針状基体の周部に外装される全体可撓性を有する管状体からなり、針状基体の先端部に配設される電極チップの部分を穿刺された脳深部の脳神経細胞に対向配置するための開口部を先端に備えた被覆チューブを有してなる請求項1に記載の脳深部刺激装置としたものである。
The seventh aspect of the present invention comprises a tubular body having flexibility as a whole and is provided on the peripheral portion of a needle-like base that punctures toward the deep brain of the patient, and is disposed at the tip of the needle-like base. 2. The deep brain stimulation apparatus according to
また、本発明の請求項8は、患者の脳深部に向けて被覆チューブを外装させた針状基体を穿刺するに際して使用される被覆チューブ内に挿入され、脳深部に穿刺する針状基体全体に剛性を保持させるための保形ワイヤを備えることとしてなる請求項7に記載の脳深部刺激装置としたものである。 Further, according to claim 8 of the present invention, the entire needle-like substrate inserted into a covered tube used for puncturing a needle-like substrate having a sheathed tube sheathed toward the deep part of the patient's brain and puncturing the deep part of the brain. 8. The deep brain stimulation apparatus according to claim 7, further comprising a shape-retaining wire for retaining rigidity.
また、本発明の請求項9は、計測手段に、計測された電極チップの各電極素子側から入力される電流の電流値並びに電流波形をそれぞれ記録し、記憶するメモリが接続される請求項4に記載の脳深部刺激装置としたものである。 According to a ninth aspect of the present invention, a memory for recording and storing the current value and current waveform of the current input from each electrode element side of the measured electrode chip is connected to the measuring means. The deep brain stimulator described in 1. above.
本発明の請求項1によれば、患者の脳内における脳深部の特定のターゲット領域において、各脳神経細胞に対し、個別に所定の電気的刺激を与えることを可能とし、当該患者固有のオーダメイドの治療を実現することが可能となる
According to
また本発明の請求項2によれば、電極チップが複数備えられるため、特定のターゲット領域において、より細かく的確な治療の実現が図られることとなる。
According to
また本発明の請求項3によれば、各電極素子と対応する脳神経細胞が強固に結びつき、より細かく的確な治療の実現が図られることとなる。
According to
また本発明の請求項4によれば、各電極素子に対応して、脳神経細胞からの電流が計測できるため、より細かく的確な治療の実現が図られることとなる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the current from the cerebral nerve cell can be measured corresponding to each electrode element, a more precise and accurate treatment can be realized.
また本発明の請求項5によれば、各電極素子に対して個別に所定の電流値並びに電流波形からなる刺激電流が出力可能となり、より細かく的確な治療の実現が図られることとなる。
According to
また本発明の請求項6によれば、脳外科手術後において外部より個別に刺激電流の出力制御の操作が行えるため、医師や患者の負担を軽減し、より細かく的確な治療の実現が図られることとなる。 According to claim 6 of the present invention, since the operation for controlling the output of the stimulation current can be individually performed from the outside after the brain surgery, the burden on the doctor and the patient can be reduced, and more precise and accurate treatment can be realized. It becomes.
また本発明の請求項7によれば、被覆チューブを外挿させた状態でより安全に針状基体の先端を特定のターゲット領域へと誘導させることが可能となる。 According to claim 7 of the present invention, it is possible to guide the tip of the needle-shaped substrate to a specific target region more safely in a state where the coated tube is extrapolated.
また本発明の請求項8によれば、請求項7と同様に被覆チューブを外挿させた状態でより安全に針状基体の先端を特定のターゲット領域へと誘導させることが可能となる。 According to claim 8 of the present invention, similarly to claim 7, it is possible to more safely guide the tip of the needle-like substrate to a specific target region in a state where the covering tube is extrapolated.
さらに本発明の請求項9によれば、計測手段に、計測された電極チップの各電極素子側から入力される電流の電流値並びに電流波形をそれぞれ記録し、記憶するメモリが接続されるため、計測される電流値並びに電流波形に基づき、刺激電流を出力すべき脳神経細胞を容易に選択することができ、ひいては信号出力手段より出力する刺激電流の電流値並びに電流波形を調整する際のデータとして利用することが可能となる。 Further, according to the ninth aspect of the present invention, the measuring means is connected to a memory for recording and storing the current value and current waveform of the current input from each electrode element side of the measured electrode chip, Based on the measured current value and current waveform, it is possible to easily select the brain neuron to which the stimulation current is to be output. As a result, the current value and current waveform of the stimulation current output from the signal output means are adjusted as data. It can be used.
さらに本発明の請求項9によれば、計測手段に、計測された電極チップの各電極素子側から入力される電流の電流値並びに電流波形をそれぞれ記録し、記憶するメモリが接続されるため、計測され、記録並びに記憶される電流値並びに電流波形に基づき、刺激電流を出力すべき脳神経細胞を容易に選択することができ、ひいてはそれら数値を信号出力手段より出力する刺激電流の電流値並びに電流波形を調整する際のデータとして利用することが可能となる。 Further, according to the ninth aspect of the present invention, the measuring means is connected to a memory for recording and storing the current value and current waveform of the current input from each electrode element side of the measured electrode chip, Based on the measured current value and recorded current value and current waveform, it is possible to easily select the brain neuron to which the stimulation current is to be output, and consequently the current value and current of the stimulation current that is output from the signal output means. It can be used as data for adjusting the waveform.
本実施形態に係る脳深部刺激装置は、例えば先端を患者の脳深部に向けて穿刺し、基端部を脳表面に位置させる状態で脳内に留置される針状基体10を備える。
The deep brain stimulation apparatus according to the present embodiment includes, for example, a needle-
針状基体10は、図1の(A)並びに(B)に示すように全体長尺で帯状からなる薄板状のものとされ、上方の基端部を脳表面に位置させ、下方の先端部を脳内に穿刺し、留置させて使用可能とされる。この針状基体10は、脳内に穿刺し、留置される図1(A)での先端領域の長さLを80mmないし160mm程度の長さのものとし、針状基体10の下方先端部には、基体10をの脳内に穿刺する際の抵抗を和らげるための尖鋭部11を備える。また針状基体10の幅W(図1(A)参照)は、2ないし6mm程度のものとしている。さらに図1(B)に示す針状基体10の厚さTは300μm ないし1mm程度のものとされる。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the needle-
一方、針状基体10の先端領域Lが脳内に留置される状態にあって、脳表面に位置される基端部の長さL1は7ないし10mm程度の長さとされ、この部分には図10に示すように体内(例えば胸部)に埋め込まれる出力基置12から、体内を通して脳内まで延設される電気ケーブル13の一端部に配設される接続プラグ14が、図1(A)に示すように接続可能とされる。
On the other hand, in the state where the distal end region L of the needle-
図1(A)、(B)に示すように、針状基体10の先端部位の表裏両面には、正面円形からなる電極チップが複数配設される。すなわち、針状基体10の先端表面側には、電極チップ21ないし電極チップ24の4つの電極チップが上下所定間隔(5ないし8mm間隔)をもって配設され、また針状基体10の先端両面側には、電極チップ25ないし電極チップ28の4つの電極チップが同じく上下所定間隔をもって配設されるようにしている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a plurality of electrode chips each having a front circular shape are arranged on both the front and back surfaces of the distal end portion of the needle-
針状基体10における各電極チップ21〜28は、シリコン基板などの薄板基板で形成される基体10上の表面に、薄膜状にパターン形成され、図2に示すように円形をなす電極チップ21〜28には、マトリックス状に全部で30個の電極素子30が配列される。各電極素子30は、脳深部内の脳神経細胞間の間隔に対応して5μm ないし500μmの間隔を置いて配列形成可能とされ、実施形態では200μm の間隔でパターン形成される。
The electrode chips 21 to 28 in the needle-
各電極素子30は、図3に示すように側方より観た状態において、突起状に外方に突出形成され、該突起状の素子30はパターン形成された素子上に、さらに電着等の方法で導電性金属を付着させて形成される。シリコン基板等で形成される針状基体10の表裏各面は、各電極チップ21〜28のマトリックス状に配列された電極素子30以外の部分については、酸化膜等の絶縁膜で被覆される。絶縁膜で被覆され、積層構造をなす針状基体10の内層には、各電極チップ21〜28の各電極素子30から上方に延びるパターン配線31が層状に配設され(図2参照)、各パターン配線31は、針状基体10の先端が脳内に穿刺された状態において、脳表面に位置される基端部まで延設されて、該基端部において、接続プラグ14に接続可能な電極端子32として位置されることとなる。すなわち、電極端子32は、各電極素子30に対応する数の端子群にて構成され、電極チップ21〜28の各電極素子30の数に対応する端子が基体10の上端に存在することとなる。
As shown in FIG. 3, each
この結果、針状基体10の基端部に配設され、図11に示すように電極チップ21〜28の各電極素子30と電気的に導通される電極端子32は、針状基体10の先端部を脳深部に穿刺し、各電極チップ21〜28の各電極素子30がそれぞれ対応する脳神経細胞に対応配置される状態において、該対向配置される脳神経細胞から発生する微弱な電流をそれぞれ入力することができる。すなわち、図11に示すように電極端子32に電流計測手段33(電流波計測計)に接続することにより、該手段33において、それぞれの電極チップ21〜28の各電極素子30から入力される各脳神経細胞から発生する電流の電流値並びに電流波形を、入力してモニタすることが可能となり、さらにこうしたデータを記憶することも可能となる。
As a result, the
一方、電極端子32に接続プラグ14を接続し、該電極端子32から例えば出力装置12に内蔵される電源34(バッテリ)より供給される電流を、同じく出力装置12に内蔵される信号処理制御手段35において所定の電流値、電流波形に変換させ、個別の電極チップ21〜28の各電極素子30に向けて選択的に出力することが可能となる。すなわち、信号処理制御処理手段35は、予め設定された所定の電流値並びに電流波形からなる電流を電極端子32を介して個別に対応する電極素子30に供給することを可能とし、これにより脳深部に穿刺し、各電極チップ21〜28の各電極素子30がそれぞれ対応する脳神経細胞に対向配置される状態にあって、所望の脳神経細胞に対して対向配置される電極素子30から対応する刺激電流を出力させることが可能となる。
On the other hand, the
このような構成からなる針状基体10を備えた脳深部刺激装置は、脳深部に穿刺し、脳内に留置させる場合に、図5および図6に示すように、全体可撓性を有する管状体からなり、針状基体10の周部を被覆する被覆チューブ37内に挿入して行われる。すなわち、被覆チューブ37はシリコンチューブなど人体に対して親和性有し、かつたとえば薄板状の金属片からなる針状基体10を脳深部に穿刺するに際して、脳細胞を傷付けないように保護するようにしている。また、電極チップ21〜28の各電極素子30が突起状とされるため、針状基体10を被覆チューブ37内に挿入して脳深部に穿刺することで電極素子30が脳細胞を傷付けることが少ない。
The deep brain stimulation apparatus provided with the needle-
また、被覆チューブ37の先端側には、チューブ37内に挿入される針状基体10の先側に配設される各電極チップ21〜28の部分を、穿刺された脳深部の各脳神経細胞の対向位置に配置させ、露出させるための8つ開口部38がそれぞれ備えられる(図5参照)。
In addition, on the distal end side of the
こうして図4,図6に示すように被覆チューブ37を周部に外装され、電極チップ21〜28の位置が各開口部38に対応位置決めされた針状基体10は、必要に応じて被覆チューブ37内に保形ワイヤ39を挿入させ(図4参照)、被覆チューブ37を被覆した針状基体10を、脳深部に向けて穿刺する場合において、針状基体10の全体の剛性を保持し、その直線状態を保形させて、図7のターゲットAに向けて針状基体10を到達させる作業が行い易くなるようにしている。
In this way, as shown in FIGS. 4 and 6, the covering
図7に示す脳深部のターゲット領域Aに向けてチューブ37を外装させた針状基体10を穿刺する手術は、先ず頭蓋骨の頂部を開頭して行われ、開頭された状態で頭蓋骨を固定し、所定のターゲット座標領域AをMRI画像で確認しながら、針状基体10の先端部をターゲット領域Aに穿刺、誘導する操作を行うようにする。
The operation of puncturing the needle-shaped
そしていわゆる脳マップに基づく所定のターゲット領域Aに針状基体10の周部が位置決めされた状態において、一旦被覆チューブ37から保形ワイヤ39を抜き、図8に示すように開口部38において、対応する電極チップ21〜28の各電極素子30に、ターゲット領域Aに存在する脳神経細胞40が対向配置される状態とする。
Then, in a state where the peripheral portion of the needle-
この際、マトリックス状に配置される各電極素子30は、200μm の間隔をもって相互に隣接されているため、5〜500μm 程度の間隔で脳深部において隣接する脳神経細胞40が、個別の脳神経細胞に接触する確率がその分増えることとなる。また各電極素子30は突起状とされるため、開口部38の部分を介して接触される各脳神経細胞40に対して素子30が強固に係合可能となり、電気的接触性がその分増すことが可能になる。
At this time, since the
この状態において、針状基体32の基端部における電極端子32を電流計測手段32に接続し、対応する各電極チップ21〜28の電極素子30から入力される細胞より発生する発生電流の電流値並びに電流波形を該手段32でオシロメトリックにモニタして記録し、メモリ41に記憶させるようにする。そして例えば、患者がパーキンソン病患者で、振戦が存在する場合において、メモリ41記憶された記録データでその原因となる脳神経細胞40を計測される電流値や電流波形で特定することが可能となり、各電極チップ21〜28における特定の電極素子30と係合する細胞40の位置情報をメモリ41に記憶されたデータから複合的に絞り込むことが可能となる。
In this state, the
こうして例えば患者の振戦の原因となる脳神経細胞40が特定されたら、特定された脳神経細胞の発生電流の電流値並びに電流波形に基づき、これら発生電流を相殺させて、振戦を発生させないようにするため、所定の電流値並びに電流波形を出力するための制御プログラムを図10に示す出力装置12内に存在する信号処理制御手段35(図11参照)に記憶させる。こうして信号処理制御手段35に当該患者に固有の刺激電流の出力プログラムが記憶させることが可能となり、この際各電極チップ21〜28の電極素子30ごとに固有の電流値、電流波形からなる刺激電流の出力プログラムを設定し、信号処理制御手段35に複合的に記憶させることができる。
Thus, for example, when a
このようにして信号処理制御手段35に、電源34が出力される当該患者固有の脳深部のターゲット領域Aにおいて、電極素子30に接する各脳神経細胞40への出力電流の電流値、電流波形の出力プログラムが記憶されたら、図8に示す針状基体10に対する被覆チューブ37から図9に示すように被覆チューブ37を針状基体10から抜去するように操作する。こうして針状基体10の外周部において、図8に示す状態から図9に示すように各電極チップ21〜28の電極素子30が直接対応する脳神経細胞40に係合し、接触されることとなり、脳深部に穿刺された針状基体10が基端部を脳表面に位置させる状態で脳内に留置されることとなる。
In this way, in the target region A in the deep brain specific to the patient to which the
この状態において、針状基体10の基端部における電極端子32に対して接続プラグ14を接続させ、出力装置14内の電源34(バッテリ)から供給される電流を信号処理制御手段35にて出力制御し、これにより電力端子32を通じて各電極チップ21〜28の電極端子30別に固有の電流値、電流波形からなる刺激電流が出力されることとなる。こうして当該患者固有の振戦などからなる不随意運動や特定機能障害を出力される固有の刺激電流によって防止することが可能となり、そうした状態が確認されたら、閉頭して手術を完了するようにする。
In this state, the
このようにして患者の脳内において針状基体10を留置させ、各電極チップ21〜28の各電極素子30から対向配置されるターゲット領域Aでの特定の脳神経細胞40に対し、個別に所定の電気的刺激が与えられることとなり、当該患者固有のオーダメイド治療が実現できることとなる。特にメモリ41に記録し、記憶される電流計測データに基づき、電気的刺激を与えるべき細胞が容易に捕捉でき、刺激電流の電流値並びに波形を任意に設定できるため、患者本位の医療が実現できることになる。
In this way, the needle-
こうした手術後において、従来微妙に振戦などからなる不随意運動や特定機能障害をもたらすターゲット領域A内の脳神経細胞の位置が変化したり、場合によって刺激電流の電流値や電流波形を変化させなければならないことが生じていた。このような場合において、上記実施形態によれば図11に示す信号処理制御手段35内に記憶される制御プログラムを調整し、刺激電流を出力する電極チップ21〜28の電極素子30を変化させたり、電流値や電流波形を変化させて調整することとすればよい。
After such an operation, the position of the cranial nerve cell in the target area A that has caused involuntary movements and specific dysfunctions such as tremors that have been subtly changed in the past, or the current value or current waveform of the stimulation current must be changed in some cases. There was something that had to be done. In such a case, according to the above embodiment, the control program stored in the signal processing control means 35 shown in FIG. 11 is adjusted, and the
こうした調整は、体内に埋め込まれた出力装置12内のバッテリ電源を交換する際、電気ケーブル13に電流計測手段33を接続して各電極チップ21〜28の電極素子30から電極素子30に接触する脳神細胞40から発生する電流値を再び計測し、モニタすることにより行うようにすればよい。すなわち、こうした再計測に基づき、再び信号処理制御手段35に記憶される制御プログラム書き換え、調整することで容易に患者の病状変化に対応させることが可能となる。
In such adjustment, when the battery power supply in the
さらに出力装置に内蔵される信号処理制御手段35に、図11に示すように無線信号処理受信部36を付設し、上記脳を含む体外から、無線により信号の処理制御手段35に記憶される制御プログラムを送信信号に基づいて書き換え、バッテリ電源34より各電源チップ21〜28の電極素子30に向けて個別に出力される刺激電流の出力制御操作を行ったり、刺激電流の電流値並びに電流波形を無線操作信号により調整可能に制御することも可能とされる。
Further, as shown in FIG. 11, a radio signal
さらに加えて、バッテリ電源34を充電可能な電源とし、体外からマイクロ波で無線により電源34に充電供給を行うようにしてもよい。
In addition, the
なお、上記実施形態では、出力装置12を体内(胸内)に埋め込み、電気ケーブル13を脳内に埋設される針状基体10の基端部に接続するようにしているが、こうしたケーブル13や出力装置12を用いることなく、針状基体10の基端部に小型の充電バッテリ電源や図11に示す無線信号受信部36、信号処理制御手段35を内蔵させるようにしてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、針状基体10を帯状からなる薄板状の基板で形成するようにしたが、シリコンの棒状体からなる針状基体の先端表面の外周部に複数の電極チップを配設し、各チップから上方に向けてパターン配線を形成することとしてもよい。
In the above embodiment, the needle-
さらに上記実施形態に係る脳深部刺激装置によれば、パーキンソン病患者、ハンチントン病患者などの患者の不随意動作の改善、脳卒中患者の特定運動機能回復に利用できる他、四肢に障害のある患者の筋肉運動機能の改善にも利用することが可能となり、この他にも様々な運動疾患、精神疾患の患者への利用も期待されるところである。 Furthermore, according to the deep brain stimulation apparatus according to the above-described embodiment, it can be used for improvement of involuntary movement of patients such as Parkinson's disease patients and Huntington's disease patients, recovery of specific motor function of stroke patients, and for patients with impaired limbs. It can also be used to improve muscle motor functions, and is also expected to be used for patients with various motor and mental disorders.
図12は上記実施形態に係る脳深部刺激装置の変形例に係る実施例である。上記実施形態では図8に示すように、針状基体10の両面にそれぞれ電極チップ21〜28を備えるようにしているが、本実施例では針状基体10の片面側にのみ電極チップ23,24を備えることとしている。この針状基体10を脳深部に穿刺する場合も図8と同様に被覆チューブ37を外装させる状態で行われる。
FIG. 12 is an example according to a modification of the deep brain stimulation apparatus according to the above embodiment. In the above embodiment, as shown in FIG. 8, the electrode chips 21 to 28 are provided on both surfaces of the needle-shaped
被覆チューブ37において開口部38は、電極チップ23、24に対応して片面側にのみ備えられる。チューブ37を外装させてなる針状基体10を脳深部に挿入させる場合も図4と同様に保形ワイヤ39Aをチューブ37内に留置させて行うようにしている。
In the
ここで保形ワイヤ39Aは、図12の(A)に示す上方から観た状態において、断面長円形としてなる。図12に示すように所定の脳深部まで被覆チューブ37に外装させた針状基体10が穿刺された状態において、断面長円形状の保形ワイヤ39Aを角度90度回転させるようにする。すると各電極チップ23、24が保形ワイヤ39Aに押し出されて、矢印X方向に移動し、各電極素子30が開口部38から脳神経細胞40に向けて進出することとなる。
Here, the shape-retaining
こうして、開口部38から進出される電極チップ23、24の各電極素子30の部分で各脳神経細胞からの発生電流を入力させることが可能となり、電極計測が終了し、当該針状基体10を脳内に留置させる場合、保形ワイヤ39A並びに被覆チューブ37を脳から抜去させるようにすればよい。
In this way, it is possible to input a current generated from each brain neuron at the part of each
1 針体
2,13 電気ケーブル
3.12 出力装置
4,40 脳神経細胞
5,37 被覆チューブ
10 針状基体
11 尖鋭部
14 接続プラグ
21〜28 電極チップ
30 電極素子
31 パターン配線
32 電極端子
33 電流計測手段
34 電源
35 信号処理制御手段
36 無線信号受信部
38 開口部
39,39A 保形ワイヤ
41 メモリ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
先端を脳深部に向けて穿刺し、基端部を脳表面に位置させる状態で脳内に留置される針状基体と、
針状基体の先端部位の表面に配設され、相互に5μm ないし500μm 間隔で複数の電極素子を配列されてなる電極チップと、
針状基体の基端部に配設され、上記電極チップの各電極素子と電気的に電通され、電極チップの各電極素子に対向配置される脳神経細胞から発生する電流をそれぞれ入力可能とし、あるいは電極チップの各電極素子に対向配置される脳神経細胞に電源から供給される刺激電流を出力可能とする電極端子と、
を備えることとしてなる脳深部刺激装置。 A deep brain stimulator that punctures the deep part of a patient's brain and is placed and gives electrical stimulation to brain neurons in the deep brain,
A needle-like substrate that is punctured with the tip toward the deep brain and the base end is located on the surface of the brain, and is placed in the brain;
An electrode chip which is disposed on the surface of the tip portion of the needle-shaped substrate and has a plurality of electrode elements arranged at intervals of 5 μm to 500 μm;
Arranged at the proximal end of the needle-shaped substrate, electrically connected to each electrode element of the electrode tip, and capable of inputting a current generated from a brain neuron arranged opposite to each electrode element of the electrode tip, or An electrode terminal capable of outputting a stimulation current supplied from a power source to brain neurons arranged opposite to each electrode element of the electrode chip;
A deep brain stimulator.
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