JP2007502179A - 人体を刺激する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【解決課題】人体を刺激する技術に関し、特に筋骨格系痛を軽減するための自己受容反射技術に関する。
【解決手段】人体刺激装置であって、ユーザーが感知できる刺激を提供するアレイで操作される振動アクチュエータ（２）のアレイを含んでいる。格子領域を有するディスプレイ（６）を含むユーザーインターフェイス装置（５）を含んでいる。インターフェイス装置は、患者を訓練及び試験するためのアクチュエータ（２）の操作に使用できる制御装置（４）に接続されている。
【選択図】なし

Description

本発明は人体を刺激する技術に関し、特に筋骨格系痛を軽減するための自己受容反射技術に関する。

“カーテシアン痛”は従来の痛みの解釈であり、痛みは体の特定の損傷部又は病巣から生じ、脳で体験されるとしている。メルザック及びウオールにより文献が１９６５年に出版されて以来、痛みのゲートコントロール理論が最近の痛みに関する研究を支配している。ゲートコントロール理論は経皮神経刺激（ＴＥＮＳ）の展開と、急性痛及び急性痛から慢性痛への変化の理解に導く。

慢性筋骨格系痛については未だよく理解されていない。特定の病巣又は損傷部が痛みを生じさせるような痛みのカーテシアンモデルは、慢性痛を有する患者の大多数には通用しない。これは腰痛、頸痛（特にむちうち症）、及びその他の形態の脊椎痛に当てはまる。慢性肩痛、慢性臀部痛、慢性膝及び足首痛、及びその他の上肢反復性挫傷にも当てはまる。

腰痛は、筋肉機能が乱された、摂動への反射応答が異常な状態であるという考えが強く支持されている（フェアーバンク，ＪＣＴ，オブライエン，ＪＰ，デービス，ＰＲ．「慢性腰痛の客観的対処法としてのリフティング治療中の腹圧上昇」Spine １９８０年；第５巻：１７９〜８４頁，ラデボールド，A，コレウィッキー，Ｊ，ポルゾファー，ＧＫ，グリーン，ＨＳ．「腰椎の傷害性姿勢制御は慢性特発性腰痛患者における遅延性筋肉反応時間と関連する」、Spine ２００１年；第２６巻：７２４〜７３０頁）。慢性筋骨格系痛の他の形態でも同様の発見がされている。

腰痛では、肉体的健康状態（フロスト，Ｈ，クラバー モフェット，ＪＡ，モーザー，ＪＳ，フェアーバンク，ＪＣＴ．「慢性腰痛患者用健康プログラム評価のための無作為抽出試験」Brit.Med.J.,１９９５年 第３１０巻 １５１〜１５４頁）と特定多裂筋肉運動が痛みの軽減に効果的であると証明されている。

本発明はハリス（ハリス Ａ．Ｊ．仮説：「病理的痛覚の皮質由来」Lancet,１９９９年；第３５４巻：１４６４〜１４６６頁）の“皮質痛”の仮説に基づく。この仮説はラミチャンドラン（Ｒａｍｉｃｈａｎｄｒａｎ，ＶＳ，ハーステイン，Ｗ．「幻肢の概念」Brain,１９９８年；第１２１巻：１６０３〜１６３０頁）及びフィンク（Ｆｉｎｋ ＧＲ，マーシャル ＪＣ，ハリガン ＰＷ，フリス ＣＤ，ドライバー Ｊ，フラッコイアク ＲＳＪ，ドラン ＲＪ．「意思と感覚の不一致の神経的結果」Brain,１９９９年；第１２２巻：４９７〜５１２頁）の研究に基づいており、大脳皮質は、不調和自己受容反射と視覚情報が受領された時に活性化される少なくともかつての中枢を有すると暗示する。

幻肢痛は、数年に渡って存在していても、自己受容反射訓練によって軽減させることができ、その訓練は大脳皮質を再編成すると証明されている（フロー Ｈ，デンケ Ｃ，ショーファー Ｍ，グルッサー Ｓ．「皮質再編成と幻肢痛の感覚判別訓練の効果」Lancet,２００１年；第３５７巻：１７６３〜１７６４頁）。

本発明によって、人体を刺激する装置が提供される。本装置は、複数の刺激活性化領域形態で操作されるよう設計された刺激要素のアレイと、ユーザーにインターフェイス装置のインターフェイス領域を刺激要素のアレイの活性化領域と関連させるユーザーインターフェイス装置と、を含んでいる。

別の特徴によれば、本発明は人体を刺激する方法を提供する。この方法は、人体表面を刺激要素のアレイで刺激するステップを含んでおり、そのアレイは複数のポテンシャル活性化領域形態から活性化領域形態を活性化させるように操作され、インターフェイス装置のインターフェイス領域が刺激要素のアレイの活性中である活性化領域形態と関連するよう、ユーザーがインターフェイス装置とインターフェイスする。

インターフェイス装置の空間入力領域アレイへのユーザー入力が、刺激要素アレイの対応する空間的及び／又は時間的活性化に作用することが望ましい。

追加的に、又は別案として、刺激要素アレイの活性化領域はユーザー知識と無関係に効果的に選択され、インターフェイス装置の空間的入力領域アレイへのユーザー入力は刺激要素アレイの活性化形態のユーザー認識を特定するよう使用される。

本発明は慢性筋骨格系痛の軽減に導く大脳皮質再編成を促すものと信じられている。本発明は特に痛みを伴う刺激又はマッサージの提供を意図していない。刺激は可能な限り局在化される。皮質再訓練には数週間かかると考えられる。対照的に、経皮神経刺激（ＴＥＮＳ）等の他技術の原理では配角細胞内の“ゲート”を閉鎖するとされる球心性入力を提供し、痛みの中枢感覚をブロックする。マッサージ、温冷刺激等の伝統的治療も同様に効果的であろう（ウォール，Ｐ．痛覚：痛みの科学 ロンドン：ウエイデンフェルドとニコルソン，１９９９年）。

対照的に、本発明は慢性筋骨格系痛患者の大脳皮質再編成を変成する目的で患者へ自己受容反射技術を教授することに依存している。本発明は、痛覚領域の深層構造を神経支配するものと同じ神経によって神経支配される皮膚に関して、刺激局在化している患者を教育する。関節の位置又は運動データの提供は試みない。

典型的には、アレイの活性化領域は、１刺激要素によって身体的に影響される領域と対応する。しかし、活性化領域が２以上の刺激要素によって身体的に影響される領域を含むことができる可能性を除外するものではない。同様に、センサーアレイの作動形態は通常は常に活性状態であるただ１つの刺激要素が関与するであろう。

好適には、本装置はインターフェイス装置領域と、刺激要素アレイの活性化領域の活性領域との間の空間的及び／又は時間的相関性を提供するように設計されている。

効果的には、インターフェイス装置は刺激要素アレイの活性化領域の位置スペースに対応する空間的入力及び／又は出力領域アレイを含んでいる。

好適には、インターフェイス装置は出力データの提供及び／又は刺激要素アレイの活性化領域に関するユーザー入力を可能にするスクリーンを含んでいる。好適には、この装置はインターフェイス装置へのユーザー入力が刺激要素アレイの活性化領域形態を決定するモードで操作可能である。

追加的に、又は別案として、好適にはこの装置は刺激要素アレイの活性化領域形態がユーザーの影響なく選択されるモードで操作可能であり、ユーザーはインターフェイス装置を使用し、ユーザーが感知しながら活性化形態を特定する。

効果的には、この装置はモード間の切替を可能にする。

好適には、この装置は結果データを保存する手段を含んでいる。結果データは遠隔の記憶部又は処理機に送信可能である。

効果的には、１実施例では、刺激要素アレイは支持部材に所定の空間的関係で提供される。この支持部材はユーザーが着用する衣服を含むことができる。例えばこの装置が背部痛を有する患者に使用される場合、アレイ用支持部材は、刺激要素アレイをユーザーの背部の適切な位置へ位置決めする、ユーザーが着用するコルセットであってもよい。

別の実施例では、刺激要素のアレイを、装置がモニターする個人の身体内に空間的に移植してもよい。刺激要素を個別に移植することもでき、又は個人の身体内に移植されるキャリアに取り付けることもできる。

効果的には、刺激要素の周りにバリヤ領域が提供され、関連刺激要素部位以外の（支持部材を通した）身体的刺激の伝達を抑制する。刺激要素は例えば振動アクチュエータであってもよく、刺激要素の周りにバリヤ境界を提供して身体的刺激の減衰を最大化することができる。

好適には、刺激要素は行と列の格子状にアレンジされるが、その他の形態も可能である。効果的には、インターフェイス装置の入力領域は、対応する行と列の格子状にアレンジされる。インターフェイス装置の入力領域はセル又はゾーンに分割されたタッチスクリーン等でよい。

効果的には、センサーアレイは一般的にただ１つの刺激要素が一度に作動するように操作される。刺激要素の操作時間は選択的に変えることができる。刺激要素の刺激強度は好適には選択的に変えられる。

好適には、この装置は信号を受領する及び／又はコンピューター等のデータ処理手段へデータを送信する通信手段を含んでいる。

好適には、信号は電波又はマイクロ波である。この装置はパームトップ又はラップトップコンピューター、あるいはＷＡＰ技術を有する携帯電話からも信号を受領できることは想定内である。

この装置は個人からの信号を処理でき、これらの信号をパームトップ、ラップトップ、携帯電話又はカスタムメイド装置等、受領データを処理できる装置に収容されているような遠隔の処理機へ送信することができる。

好適には、収集データを定期的又は継続的にモニターでき、特定期間に個人が感じた痛みを調査できる。データを保存し、痛みを１日の決まった時間に感じたか、又は異なる状況の個人からの結果であるかを調査することができ、これらのデータを痛みが特定の状況下で引き起こされたものであるかを決定する手段に利用できる。

以下において本発明を、例示のみ目的として、添付の図面を参考にして実施例によりさらに説明する。

図面によれば、装置１は基板コルセット３に取り付けられた振動アクチュエータ２のアレイを含んでいる。アクチュエータは中心間距離５０ｍｍの４行と４列の格子状にアレンジされている。携帯式コンピューター装置形態のユーザーインターフェイス制御装置５はタッチスクリーンディスプレイ６を含んでいる。インターフェイス装置５は操作制御装置４に接続され、コルセット３の振動アクチュエータ２へ電力を供給する。図１の携帯式コンピューター５のタッチスクリーン６は、コルセット３に取り付けられた１６個の振動アクチュエータ２と相関関係にある１６の領域の格子を有する。

振動アクチュエータ２アレイの機能は、ユーザーが感知できる刺激を提供することである。特に、刺激は局部的感覚である必要がある。

それぞれの振動アクチュエータ２は内蔵型偏心ローターを有する小型の直流モーターを含んでおり、刺激を提供する。このためアクチュエータは操作中に振動する。このタイプのモーターは典型的には携帯電話やページャーに使用される。これらの操作にはおよそ３Ｖが必要である。電圧を変えると振動のレベルも変わる。

モーターはコルセット３の半剛性材料内に収容されている。これらモーター軸をその材料に平行して配置している。これでユーザーへの振動が最大化する。刺激を確実に局部的とするため、境界７はそれぞれのアクチュエータ２の周りで長方形状に切り取られている。これで、コルセット３の残りの支持材料に移動される機械的エネルギーが最小化する。

それぞれのアクチュエータ２のモーターは正と負の２本のワイヤーを必要とする。ワイヤーハーネスを単純化するため、全ての正端子は一緒に接続されており、操作制御装置４の正端子への接続にはただ１本のワイヤーでよい。それぞれのモーターの負端子は操作制御装置４に独立的に接続されており、それぞれのモーターの操作を他のモーターと独立させている。１６個のモーターは８本のワイヤーの２本のケーブルに接続されており、アースシールドは正リターンを伝える。ワイヤーは、操作制御装置４に差し込まれた９ウエイ雄型Ｄコネクターに接続される。

操作制御装置４の機能は、携帯式コンピューター装置５からの信号を特定の振動アクチュエータ２のモーターに電力を供給できる電圧へ変換することである。

マイクロコントローラーは操作制御装置４の操作を制御する。特定の振動アクチュエータ２のモーターの電源の入切のリクエストは携帯式コンピューター装置５から発生させ、操作制御装置４へ通信される。マイクロコントローラーは命令を解釈し、操作制御装置４のトランジスターアレイの適切なトランジスターのスイッチを入れる（又は切る）。トランジスターは単純な電源スイッチの形態であり、電池から適切なモーターへ電力を供給する。電圧調節装置は、電池の９Ｖ電圧をマイクロコントローラーが要求する５Ｖへ変換する。

携帯式コンピューター５の連続通信インターフェイスから信号が入力されると、ドライバーがマイクロコントローラーに適したレベルへ電圧を変換する。

アクチュエータ２は高力度又は低力度モードで操作できる。高力度モードは当初はユーザーが使用すべきである。刺激に対するユーザーの感度が向上するに連れて、低力度振動が使用できる。

携帯式コンピューター５は操作制御装置４の制御に使用される。よって振動アクチュエータ２の操作部はコルセット３の格子アレイである。このシステムは患者の訓練と試験の２通りに使用できる。

試験モードは無作為に（ユーザー入力とは無関係に）振動アクチュエータ２の１つを選択し、作動させ、患者が正確な位置を特定するのを待つ。訓練モードは患者にどの振動アクチュエータを作動させるかを選択させる。これらのモードの両方で、２，４，８又は１６のアクチュエータを選択できる。説明を簡略化するため、図２では、コルセット３に作用する４つのアクチュエータ２のみ（例えば図１のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に対応する４つのタッチ領域１１，１２，１３，１４を示すインターフェイス携帯式コンピューター５のタッチスクリーン６を図示する。

装置の訓練モードは、身体の異なる感覚領域（この実施例では背中の異なる感覚領域）をどのように区別するかを学習するよう、ユーザーに振動アクチュエータ２を作動させる。図２は１実施例で使用される装置の４つのタッチ領域訓練スクリーンを示しており、４つの活性振動刺激部２の領域が活性であるとして選択されている。３つの特別入力ボタン９は、スクリーンの４つのタッチ領域１１，１２，１３，１４に加えて利用される。スクリーンの４つのタッチ領域は、振動作動アレイ２の４つの活性作動領域に空間的に対応する。例えば、４つの領域が選択されている本例同様に、スクリーンの４つのタッチ領域１１，１２，１３，１４は、図１に示すアレイの４つの対応可能な空間的にアレンジされた作動可能振動アクチュエータ２（例えばアクチュエータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に空間的に対応できる。広く間隔が開けられた４つのアクチュエータのグループＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを当初の訓練又は試験に使用できる；ユーザーの成績が向上するに連れて、さらに密接したセンサー２のグループが使用できる。この装置は最少２から最大１６の作動可能振動アクチュエータ領域と、コンピューターインターフェイス装置スクリーン６の対応する入力領域を可能にする。

スクリーン６のそれぞれのタッチ領域はコルセット３の振動アクチュエータ２に対応する。スクリーンタッチ領域を軽く叩いて対応するアクチュエータ２を選択し、一定時間振動させる。振動の持続時間と強度をユーザーの要求に応じて上げたり下げたりできる。携帯式装置５への入力をこの目的のために使用できる。典型的には選択可能な最短振動持続時間は０．２５秒であり、最長振動持続時間は１２秒である。携帯式コンピューター装置５のメモリーは訓練モードの結果を記録する。ユーザーはスクリーンタッチ領域の空間的位置を活性振動アクチュエータによって適用される身体的刺激と関連させることができる。

装置の試験モードでは、無作為に選択した（ユーザー選択でない）コルセット３のアレイの振動アクチュエータ２を所定の時間、所定の強度で振動させる。携帯式コンピューターのスクリーン６の関連するタッチ領域１１，１２，１３，１４を軽く叩いて、患者が確信するどのアクチュエータが作動したかを特定する。患者が感知するアクチュエータを実際のアクチュエータと比較し、成功結果の表示が患者に与えられる（視覚的又は聴覚的のいずれか、あるいは両方によって）。結果の総計は保存され、今後又はリアルタイムの分析を可能にする。試験又は訓練モードの結果をＰＣ又はその他の処理機へ結果分析用にダウンロードできる。あるいは、パームトップ、ラップトップ又は携帯電話等のＰＣ又はその他の処理機へのワイヤー手段又はワイヤレス手段によってデータをリアルタイムでダウンロードできる。

前述の如く、装置は体内に移植された刺激要素のアレイを含むことができる。刺激要素を、生体適合性ケーブル、ホイル又はプラスチック等を用いて、生体適合性材料にカプセル詰めできる。データを受領又は送信するため、装置は受領した情報／信号を読み取って、コンピューター等の受領手段に送信できるこのデータをコンパイルできる読み取り／書き込みプローブ（図示せず）を含んでいる。このデータを、ラップトップ又はパームトップ等の携帯式コンピューターを用いて読み取ることができ、自宅、クリニック又は調査機関等の異なる場所で個人を観察できる利点がある。データをその後保存し、多くの外部ユニットからデータを受領できる病院等に設置されたセントラルコンピューターへ送信し、異なる場所から患者を調査できる。

当業者は本発明の範囲から逸脱することなく実施例から本発明を変更することが可能である。特にインターフェイス装置はユーザーと最低限の相互関係を有することができ、最も単純な実施例では、活性刺激要素（振動アクチュエータ）の位置に対応する視覚的に提供されたデータを単に表示する。

図１は本発明による装置の概略図である。 図２は４つの選択されたインターフェイス領域を有するインターフェイス装置の概略図である。

Claims (26)

1. 人体刺激装置であって、本装置は、複数の刺激活性化領域形態で操作されるよう設計された刺激要素のアレイと、
   インターフェイス装置と、
   を含んでおり、
   前記インターフェイス装置は、ユーザーに該インターフェイス装置のインターフェイス領域を前記刺激要素のアレイの活性化領域と関連させることを特徴とする装置。
2. インターフェイス装置は、インターフェイス装置領域と刺激要素アレイの活性化領域の活性領域との間の空間的及び／又は時間的相関性を提供することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. インターフェイス装置は、刺激要素アレイの活性化領域の位置スペースに対応するインターフェイス領域アレイを含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. インターフェイス装置は、出力の提供及び／又は刺激要素アレイの活性化領域に関するユーザー入力を可能にするクリーンを含んでいることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. インターフェイス装置へのユーザー入力が、刺激要素アレイの活性化領域形態を決定するモードで操作可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. インターフェイス装置は、刺激要素アレイの活性化領域形態に空間的に対応する入力領域アレイを含んでいることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 刺激要素アレイの活性化領域形態が、ユーザーとは無関係に選択されるモードで操作可能であり、ユーザーはインターフェイス装置を使用し、ユーザーが感知しながら活性化形態を特定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の装置。
8. インターフェイス装置は、刺激要素の活性化領域アレイに対応する入力領域の選択可能アレイを含んでいることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. モード間の切替を可能にすることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
10. 得られたデータを保存する手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の装置。
11. 刺激要素アレイは支持部材に所定の空間的関係で提供されることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
12. 支持部材はユーザーが着用する衣服を含んでいることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 衣服はユーザーが着用するコルセットを含んでいることを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 支持部材は体内挿入用の移植組織を含んでいることを特徴とする請求項１１記載の装置。
15. 支持部材は刺激要素の周りにバリヤ領域を含んでおり、前記刺激要素部位以外の刺激の減衰を最大化することを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載の装置。
16. 刺激要素は行と列の格子状にアレンジされていることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の装置。
17. 刺激要素は振動装置を含んでいることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の装置。
18. 刺激要素の刺激強度は変更可能であることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の装置。
19. 刺激要素の活性時間は変更可能であることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の装置。
20. インターフェイス装置と刺激要素アレイとの間の相互作用を制御する制御装置を含んでいることを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の装置。
21. 装置からの結果をワイヤー手段又はワイヤレス手段によって処理機へダウンロードできるデータ送信手段を含んでいることを特徴とする請求項１から２０のいずれかに記載の装置。
22. 処理機はパーソナルコンピューター、パームトップコンピューター、ラップトップコンピューター、携帯電話、又はカスタムメイド装置の一部であることを特徴とする請求項２１記載の装置。
23. 人体を刺激する方法であって、
    人体表面を刺激要素アレイで刺激するステップを含んでおり、
    前記アレイは複数のポテンシャル活性化領域形態の中から１つの活性化領域 形態を活性化させるように操作され、インターフェイス装置のインターフェイス領域が前記刺激要素アレイの活性中である活性化領域形態と関連するよう、ユーザーが前記インターフェイス装置とインターフェイスすることを特徴とする方法。
24. インターフェイス装置は、刺激要素活性化領域に空間的に対応するインターフェイス領域のアレイを含んでいることを特徴とする請求項２３記載の方法。
25. インターフェイス装置の空間的入力領域アレイへのユーザー入力は、対応する刺激アレイの空間的活性化を提供することを特徴とする請求項２３又は２４記載の方法。
26. 刺激要素アレイの活性化領域はユーザーとは無関係に選択され、インターフェイス装置の空間的入力アレイへのユーザー入力は、刺激要素アレイの活性化形態のユーザー感知を特定するために使用されることを特徴とする請求項２３から２４記載の方法。

Images