JP2020512892A - 動静脈吻合部を形成する方法 - Google Patents

Abstract

被験者に動静脈吻合部を形成する方法であって、この方法は、被験者の少なくとも1つの動脈および被験者の少なくとも1つの静脈を含む血管を電気的に刺激するステップと、続いて、少なくとも1つの動脈を1つの静脈に流体的に吻合するステップとを含む。

Description

本発明は、被験者に動静脈吻合部を形成する方法に関し、ここでは、そのような吻合部は、たとえば、血液透析の前に作製され得る。

血液透析治療には、血管アクセスが必要である。具体的には、血管アクセスは、血液透析中の脱血および返血を可能にし、血液は、被験者から脱血した後と被験者に返血する前にフィルタ(すなわち、ダイアライザ)に通される。血管アクセスにより、大量の血液(通常は、毎分約1パイント(約500cc)の血液)の流れが継続的にフィルタを通して循環することが可能になる。

血管アクセスは、被験者の静脈内に挿入される単純な静脈カテーテルとすることができる。そのような構成体(arrangement)は、通常、短期使用にのみ利用される。他のタイプの血管アクセスは、外科的に創出され、被験者の動脈と静脈との間の動静脈吻合部を含むことができる。動静脈吻合部は、動脈によって供給される圧力により、静脈内を流れる血液の圧力および容量が増加するという点で有利である。動静脈吻合部の創出に続く成熟期(maturation period)にわたって、静脈は、より大きく、より強くなり、定期的な血液透析にとってより適したものになる。たとえば、(動静脈吻合部の)成熟した静脈は、普通の静脈よりも大きく、それによって、カニューレとのより容易でより確実なアクセスを可能にすることができる。加えて、成熟した静脈は、定期的な血液透析治療に必要になるように、カニューレによる定期的な穿刺にさらされるときに、圧壊を受けにくくなり得る。

1つのタイプの動静脈吻合部は、直接吻合部が被験者の静脈と動脈との間に外科的に創出される動静脈フィステル(AVF:arteriovenous fistula)である。AVFは、透析に優れた血液流をもたらし、通常は、他のタイプの血管アクセスよりも長くもち、他のタイプの血管アクセスと比較して、感染する、または血栓が生じる可能性がより低いので、特に有利な動静脈吻合部である。一旦、成熟すると、1対のカニューレが静脈内に挿入でき、それにより、血液透析(または他の手技)を行うことが可能になる。AVFの所要の成熟には、数か月かかる場合があり、特定のAVFは、所要の程度まで成熟できないことがある。

別のタイプの動静脈吻合部は、動静脈グラフト(AVグラフト)である。AVグラフトは、AVFが患者において成熟できなかった場合、採用され得る。AVグラフトは、プラスチックチューブなどの中間導管を介して、静脈と動脈との間の外科的に創出された吻合部である。AVグラフトは、数週間で満足できる程度まで成熟することができ、一旦、成熟すると、数年、もちこたえることができる。

動静脈吻合部に関連する成熟不全(FTM:failure to mature)率は高い。たとえば、創出されたAVFの最大で50%は、透析には決して適さない場合がある。

WO-A-2015/041966 WO-A-2016/126467

www.veinplicity.com

本発明の特定の実施形態の一目的は、従来技術に関連する特定の不利点を克服することである。

本発明の特定の実施形態の一目的は、従来技術の方法に対して、改善された(すなわち、より低い)FTM率を有する動静脈吻合部を形成する方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、被験者に動静脈吻合部を形成する方法が提供され、この方法は、
被験者の少なくとも1つの動脈および被験者の少なくとも1つの静脈を含む血管を電気的に刺激するステップと、
続いて、少なくとも1つの動脈を少なくとも1つの静脈に流体的に吻合するステップと
を含む。

本発明の実施形態による方法は、電気的刺激にさらされ、続いて、動静脈吻合部内に形成される血管の成熟不全(FTM)率を改善する(すなわち、低くする)ことができる。電気的刺激は、被験者の静脈筋肉ポンプを刺激するのに十分なレベルでおよび/もしくは時間で、与えることができ、ならびに/または被験者の静脈筋肉ポンプを刺激するのに十分な形態とすることができる。

少なくとも1つの動脈を少なくとも1つの静脈に流体的に吻合するステップは、少なくとも1つの動脈を少なくとも1つの静脈に直接吻合して、動静脈フィステル(AVF)を形成するステップを含むことができる。特定の実施形態では、AVFは、上腕動脈-橈側皮静脈間の(すなわち、被験者の肘の上の)フィステルとすることができる。代替として、AVFは、橈骨動脈-橈側皮静脈間の(すなわち、被験者の手首における)フィステルとすることができる。

他の実施形態では、少なくとも1つの動脈を少なくとも1つの静脈に流体的に吻合するステップは、中間導管を用いて少なくとも1つの動脈を少なくとも1つの静脈に吻合して、動静脈グラフトを形成するステップを含むことができる。

特定の実施形態では、血管は、少なくとも30秒間、1〜3分の間、または約2分間、電気的に刺激され得る。

方法は、少なくとも1つの動脈および少なくとも1つの静脈を含む被験者の肢に圧縮を加えるステップをさらに含むことができ、圧縮は、血管を電気的に刺激した後、少なくとも1つの動脈と少なくとも1つの静脈とを流体的に吻合する前に加えられる。圧縮は、電気的に刺激された血管のうちの少なくともいくつかが圧縮部と肢の自由端との間に配設されるように、肢に加えることができる。特定の実施形態では、圧縮は、少なくとも1分間、2〜4分の間、または約3分間、加えることができる。特定の実施形態では、圧縮を加えるステップは、止血帯を使用するステップを含むことができる。

血管を電気的に刺激するステップは、電気的刺激装置により、調整可能な電気出力信号を生成するステップを含むことができ、この信号は、被験者における生理学的応答を引き出すように構成された調整可能な出力電圧、調整可能な電流、および調整可能な出力電圧波形を含む。

電気的刺激装置は、
(i)調整可能な電気出力信号を生成するように構成された電源付き信号発生器と、
(ii)信号発生器に電気的に連通しており、被験者に電気的に連通して配置されるように構成された少なくとも2つの電極と
を備えることができる。

血管を電気的に刺激するステップは、
少なくとも2つの電極を被験者に電気的に接続するステップと、
少なくとも2つの電極を介して出力信号を被験者に送信して、生理学的応答を引き出すステップと
を含むことができる。

方法は、
被験者の生物学的電気抵抗および/または静電容量の形態の被験者からの生物学的電気フィードバックを監視するステップと、
被験者からの電気フィードバックを、送信された出力信号と比較するステップと、
送信された出力信号と電気フィードバックとの比較に基づいて、被験者に送られることになる後続の出力信号を調整するステップと、
少なくとも2つの電極を介して前記後続の出力信号を被験者に送信するステップと
をさらに含むことができる。

被験者からの生物学的電気フィードバックを監視するステップは、オプションで電源付き信号発生器内にある、電気フィードバックシステムによって行うことができる。

被験者からの電気フィードバックを、送信された出力信号と比較するステップは、オプションで電源付き信号発生器内に集積化されている、マイクロプロセッサを使用して行うことができる。

少なくとも2つの電極を被験者に電気的に接続するステップは、第1の電極を被験者の手に接続し、第2の電極を被験者の腕に接続するステップを含むことができる。第1の電極を被験者の手に接続するステップは、第1の電極を被験者の手の掌面に接続するステップを含むことができる。

血管を電気的に刺激するステップは、0〜90ボルトの間、オプションで0〜40ボルトの間の可変出力電圧を被験者に供給するステップを含むことができる。

血管を電気的に刺激するステップは、1ミリアンペア未満の可変電流を被験者に供給するステップを含むことができる。

被験者は、ヒトとすることができる。

本発明の別の態様によれば、
上述の任意の方法に従って動静脈吻合部を形成するステップと、
少なくとも1つの静脈にアクセスするステップと
を含む方法が提供される。

少なくとも1つの静脈にアクセスするステップは、少なくとも1つの静脈にカニューレを挿入するステップを含むことができる。

動静脈グラフトが形成される実施形態では、少なくとも1つの静脈にアクセスするステップは、中間導管にカニューレを挿入するステップを含むことができる。

この方法は、アクセスされた静脈から流体を取り出し、および/またはそのアクセスされた静脈に流体を取り込むステップを含むことができる。少なくとも1つの静脈にアクセスするステップは、静脈内に第1のアクセスポートおよび第2のアクセスポートを形成するステップを含むことができる。方法は、第1のアクセスポートを通して少なくとも1つの静脈から流体を取り出し、第2のアクセスポートを通して少なくとも1つの静脈に流体を取り込むステップを含むことができる。取り出され、および/または取り込まれた流体は、血液であっても、あるいは血液を含んでもよい。

方法は、少なくとも1つの静脈から血液を取り出した後、少なくとも1つの静脈に血液を取り込む前に、血液に対する血液透析を行うステップを含むことができる。

少なくとも1つの静脈にアクセスするステップは、動静脈吻合部を形成するステップに続く成熟期後に行うことができる。特定の実施形態では、成熟期は、少なくとも2週間、好ましくは4〜7週の間とすることができる。他の実施形態では、成熟期は、少なくとも1か月とすることができる。

本発明の実施形態については、添付の図面を参照して、本明細書に以降、さらに説明する。

本発明の一実施形態による電気的刺激装置の例示的な実施形態の上部正面等角図である。 例示的な電気信号発生器の内部回路機構および電気構成部品を露出するために電気信号発生器のカバーを開放位置で示す、図1の電気的刺激装置の上部等角図である。 図1の電気的刺激装置の別の上部等角図である。 患者が、その指先を装置の信号発生器に電気的に接続されている電解質溶液の容器の中に入れている、使用の準備が整った装置を示す、図1の電気的刺激装置の別の上部正面等角図である。 使用中の装置を示し、患者の静脈の膨張および隆起を示す、図1の電気的刺激装置の別の上部正面等角図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の実施形態の電気回路図である。 たとえば図6に示されている信号発生器によって生成される出力信号の1つのサイクルの出力電圧対時間の波形グラフである。 別の例示的な波形を示す波形グラフである。 別の例示的な波形を示す波形グラフである。 電極を直接配置して電気的に刺激する例示的な実施形態の上面図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置を含むキットの例示的な実施形態の上面図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置からの例示的な出力を示す表である。 別の例示的な波形を示す波形グラフである。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 本発明の一実施形態による電気的刺激装置の信号発生器の別の実施形態の電気回路図である。 別の例示的な波形を示す波形グラフである。 別の例示的な波形を示す波形グラフである。

本発明の一態様によれば、被験者に動静脈吻合部を形成する方法が提供され、この方法は、被験者の少なくとも1つの動脈および被験者の少なくとも1つの静脈を含む血管を電気的に刺激するステップと、続いて、少なくとも1つの動脈を少なくとも1つの静脈に流体的に吻合するステップとを含む。

本発明の実施形態による方法は、電気的刺激にさらされ、続いて、動静脈吻合部内に形成される血管の成熟不全(FTM)率を改善する(すなわち、低くする)ことができる。電気的刺激は、被験者の静脈筋肉ポンプを刺激するのに十分なレベルおよび/もしくは形態で加えることができる。

本発明の一実施形態による方法を組み込んだ予備研究では、電気的刺激は、被験者の母指球の隆起部における第1の電極と二頭筋の中ほどにおける第2の電極とを使用して、2分間、被験者の血管に加えられ、第1の電極および第2の電極は、Veinplicity(登録商標)の電気的刺激機器に結合された。電気的刺激に続いて、止血帯が使用され、電極は取り外された。止血帯により、3分間、被験者の腕の周りに圧縮力が与えられた。続いて、止血帯は、取り外され、動静脈フィステル(AVF)手術が標準的な技法に従って腕に対して行われた。いずれかの有害効果がある手術終了時および手術後6週間での成果が、査定された。

下記のTable 1(表1)は、予備研究の被験者であった患者を要約している。

Table 2(表2)は、使用されるパラメータ、および査定された成果を要約している。

Table 3(表3)は、評価スコアの要約を示している。

要約すれば、参加者の年齢中央値は、60歳(33歳から72歳まで、男:女比3:1)であった。4つの橈骨動脈-橈側皮静脈間のフィステルと、9つの上腕動脈-橈側皮静脈間のフィステルが形成された。電気的刺激手技については、すべての患者によって良好な耐容性が示された。尿毒症患者には、健常対照被験者におけるその使用法と比較して、電気的刺激のレベルを高める必要のあることが観察された。外科医の満足度は、使いやすさ(4.2/5)と血管特定(静脈は3.6/5、および動脈は3.8/5)との両方について高かった。すべてのAVFには、手術終了時およびその後6週で触知可能な振戦があった。一次開存率は100%であり、すべてのAVFが成熟した。

本発明の実施形態は、上述の予備研究に従って行われる方法を含む。他の実施形態では、方法における変形形態が利用され得る。具体的には、少なくとも1つの動脈を少なくとも1つの静脈に流体的に吻合するステップは、中間導管を用いて少なくとも1つの動脈を少なくとも1つの静脈に吻合して、動静脈グラフトを形成するステップを含むことができる。

特定の実施形態では、血管は、任意の適切な時間周期の間、電気的に刺激され得る。電気的刺激は、被験者の静脈筋肉ポンプを刺激するのに十分なレベルでおよび/もしくは時間加えることができ、ならびに/または十分な形態とすることができる。特定の実施形態では、血管は、少なくとも30秒間、1〜3分の間、または約2分間、電気的に刺激され得る。

方法は、圧縮を加えること(たとえば、止血帯)を含まなくてよい。しかしながら、特定の実施形態では、方法は、少なくとも1つの動脈および少なくとも1つの静脈を含む被験者の肢に圧縮を加えるステップをさらに含むことができ、圧縮は、血管を電気的に刺激した後、少なくとも1つの動脈と少なくとも1つの静脈とを流体的に吻合する前に加えられる。圧縮は、電気的に刺激された血管のうちの少なくともいくつかが圧縮部と肢の端部との間に配設されるように、肢に加えることができる。特定の実施形態では、圧縮は、少なくとも1分間、2〜4分の間、または約3分間、加えることができる。特定の実施形態では、圧縮を加えるステップは、止血帯を使用するステップを含むことができる。

電気的刺激は、任意の適切な手段によって加えることができる。特定の実施形態では、電気的刺激は、Veinplicity(登録商標)の機器(www.veinplicity.com)を使用して加えられ得る。特定の実施形態では、電気的刺激は、WO-A-2015/041966(Rising Tide Foundation)もしくはWO-A-2016/126467(Rising Tide Foundation)に記載の機器を使用して、またはそれらに記載の方法に従って加えられてもよく、それらの開示は、その全体を参照することによって本明細書に組み込まれている。特定の実施形態では、電気的刺激は、電気的刺激装置により調整可能な電気出力信号を供給するように構成された電気的刺激装置を使用して加えることができ、信号は、被験者における生理学的応答を引き出すように構成された調整可能な出力電圧、調整可能な電流、および調整可能な出力電圧波形を含む。電気的刺激装置は、調整可能な電気出力信号を生成するように構成された電源付き信号発生器と、信号発生器に電気的に連通しており、被験者に電気的に連通して配置されるように構成された少なくとも2つの電極とを備えることができる。血管を電気的に刺激するステップは、少なくとも2つの電極を被験者に電気的に接続するステップと、少なくとも2つの電極を介して出力信号を被験者に送信して、生理学的応答を引き出すステップとを含むことができる。

特定の被験者が、電気的刺激の侵入深さおよび電気的刺激に対する応答を決定することになる特定の生理機能を有することを前提とすると、所望の効果を達成するために、出力信号を調整するように、被験者の測定された応答に基づいて、フィードバックループを含むことが好ましい場合がある。そのような実施形態では、方法は、
被験者の生物学的電気抵抗および/または静電容量の形態の被験者からの生物学的電気フィードバックを監視するステップと、
被験者からの電気フィードバックを、送信された出力信号と比較するステップと、
送信された出力信号と電気フィードバックとの比較に基づいて、被験者に送られることになる後続の出力信号を調整するステップと、
少なくとも2つの電極を介して前記後続の出力信号を被験者に送信するステップと
をさらに含むことができる。

被験者からの生物学的電気フィードバックを監視するステップは、オプションで電源付き信号発生器内にある、電気フィードバックシステムによって行うことができる。被験者からの電気フィードバックを、送信された出力信号と比較するステップは、オプションで電源付き信号発生器内に集積化されている、マイクロプロセッサを使用して行うことができる。

少なくとも2つの電極を被験者に電気的に接続するステップは、第1の電極を被験者の手に接続し、第2の電極を被験者の腕に接続するステップを含むことができる。第1の電極を被験者の手に接続するステップは、第1の電極を被験者の手の掌面に接続するステップを含むことができる。他の電極配置を本発明の実施形態に従って使用してもよい。

血管を電気的に刺激するステップは、0〜90ボルトの間、オプションで0〜40ボルトの間の可変出力電圧を被験者に供給するステップを含むことができる。

血管を電気的に刺激するステップは、1ミリアンペア未満の可変電流を被験者に供給するステップを含むことができる。

他の実施形態では、電気的刺激は、図を参照して後述する任意の装置または方法によって与えられてもよい。

概して、図1〜図5を参照すると、電気的刺激装置1の1つの実施形態が本明細書に開示されており、この電気的刺激装置1は、患者の腕または他の肢を通して、たとえば一方の肢からこの肢の中を上昇して脊椎にわたって他方の肢の下方まで、電気信号を送出するように構成されている。電気的刺激装置1を使用する電気的刺激は、患者の手、腕、脚、もしくは足における静脈を膨張または拡張させることができる。そうする際、刺激装置は、患者の腕、手、脚、または足における末梢静脈をより見えやすくすることができ、それによって静脈アクセスが改善される。装置は、概して、患者の腕もしくは足に機器を接続する1対の電極または他の手段によって、患者の手および/または腕(もしくは他の肢)に電気的に連通して配置されて、患者の電気的に接続された肢を通して所定の電気信号を送出する。

概して、電気的刺激装置1は、電気信号発生器10と、信号発生器に電気的に連通しており、それに電力を供給するように構成された電源12と、近位端において電気信号発生器の複数の電気出力端子に接続されている少なくとも1対の電気リード14と、電気リード14のそれぞれの遠位端に接続されている少なくとも1対の電極18とを備える。

電気電源12は、たとえば、9ボルトの電池、他の電圧の電池、または再充電可能な電池など、携帯型電源とすることができる。代替として、電源は、壁面における通常の電力コンセントにプラグ接続する標準的な電源コードを利用することもできる。

電気信号発生器10の1つの例が、図6に示され、電気信号発生器10の別の例が、図14に示されている。図6の電気信号発生器10は、電源12と、電気リード14と、容器28と、電解液30とを含む。いくつかの実施形態は、1つまたは複数のリード14、電極18、および容器28に結合された2つ以上の電気信号発生器10を含む。

電気信号発生器10は、たとえば、図7を参照して示され説明されている波形、または図8、図9、図13、図15、および図16に示されている波形などの別の適切な波形を有する電気出力信号を生成するように動作可能な電気回路機構20を備える。いくつかの実施形態では、電気回路機構20は、互いに電気的に連通している抵抗器、コンデンサ、変圧器、およびマイクロプロセッサのうちの1つまたは複数などの電子部品を含む。図6に示されている例では、電気信号発生器10の電気回路機構20は、電源スイッチ50、発振器52、可変制御部54、および出力回路機構56を含む。この例では、発振器52は、マイクロコントローラ60などの集積化された回路を含む。出力回路機構56は、たとえば演算増幅器64および66、ならびにコンデンサ68を含む第1の段58と、変圧器70を含む第2の段60とを含む。第2の段60の出力部は、出力端子16を形成し、出力端子16は、リード14および電極18に電気的に結合されて、出力信号を患者に送出することができる。

発振器52は、初期発振信号を生成するように動作する。この例では、発振器は、方形波発生器を含む。方形波発生器の1つの例は、米国アリゾナ州Chandler市のMicrochip Technology Inc.により入手可能な8ピン、フラッシュベースの8ビットCMOSマイクロコントローラ、パーツ番号PIC12F675などのマイクロコントローラである。方形波発生器の別の例は、555タイマである。方形波発生器は、0〜5ボルトの間など、低電圧と高電圧との間で振動する方形波信号を生み出す。この例では、方形波は、4Hzから12Hzまでの範囲の周波数を有する。1つの例として、周波数は、7.83Hzである。この範囲の周波数は、刺激の後、次の刺激までの間に、再分極するための時間を患者の神経に与えるので、より速い周波数よりも好ましいことが見出されている。周波数は、より迅速に再分極することができる神経の健常者の場合にはより高くてよく、再分極するのにより多くの時間が必要な神経の非健常者の場合には、典型的には、より低くする必要がある。

いくつかの実施形態では、信号発生器10は、信号発生器10の電気回路機構に電気的に連通している1つまたは複数のポテンショメータ22、24など、可変制御部54を含む。1つまたは複数の可変制御部54は、医師などの操作者、患者、または別の人が、信号発生器10によって生成される信号の大きさを調整するための、たとえば信号の大きさを増加させる、または減少させるための入力を供給することを可能にする。この例では、信号発生器内に存在する各ポテンショメータ22、24は、それ自体のリード14および電極18を有する別個の出力電圧チャネル(それぞれが、それ自体の信号発生器10を有する)に対応し、その電圧は、信号発生器10からリード14および電極18を介して患者に送られるそのチャネルの出力電圧を調整/設定する可変制御部54に結合されるそれ自体の強度調整ノブによって調整される。患者が経験する出力電圧を調整できる機能により、患者は心地良いレベルに電圧を下げるように調整することができ、そのため、そのことは、機器の使用にわたる患者の不安を低下させることに寄与し得、したがって、標的静脈内で血液の量を低減させ得る何らかの不安またはストレスに誘発される血管収縮の機会を低減し得る。

1つの実施形態では、信号発生器10は、2つの可変制御部(たとえば、ポテンショメータ22、24)を含み、そのため、それ自体の信号発生器10をそれぞれが有する2つの別個の出力電圧チャネルを有することができ、各強度ノブおよび可変制御部54は、2つの出力電圧チャネルのそれぞれに対応する2組の電極に沿って患者に送られることになる出力電圧を別個に調整する。2つのポテンショメータのうちの第1のポテンショメータ22およびそのそれぞれの出力電圧チャネルは、標的静脈を肥大または膨張させるように構成されている出力電圧を患者に与える。2つのポテンショメータのうちの第2のポテンショメータ24およびそのそれぞれの出力電圧チャネルは、痛みに関連する神経信号を遮断することによって、針刺し部位における痛みを止めるように構成されている出力電圧を患者に与える。この実施形態では、2つの出力電圧チャネルは、同一であるが、代替の実施形態では、各ポテンショメータは、異なる範囲で出力電圧を調整するように構成され得る。それぞれが出力電圧を調整できる機能を備えた2つの別個のチャネルを有することにより、刺激装置1は、足、首、肘における標的静脈、または他のそのような標的静脈部位に適合するように構成することが可能になる。

この例では、信号発生器10の電子回路機構20は、出力回路機構56をさらに含む。出力回路機構は、発振器52によって生成される方形波信号を、たとえば図7〜図9、図13、図15、または図16に示されている波形を有する所望の出力信号に変換するように動作する。

出力回路機構の第1の段58は、演算増幅器64および66、ならびにコンデンサ68を含む電子回路機構を含む。第1の段58は、可変制御部54に結合されて、使用者からの入力を受け取って、信号発生器10によって生成される信号の大きさを調整する。この例では、可変制御部54は、可変抵抗を供給するポテンショメータである。可変制御部54は、演算増幅器64の入力部に電気的に結合される。可変制御部54によって供給される信号の電圧は、可変制御部が調整されるにつれて変化する。演算増幅器64は、この例では、ユニティゲインバッファ増幅器として構成されている。

発振器52は、方形波出力(たとえば、ピン7)を生成し、この方形波出力は、次いで、コンデンサ68に供給される。コンデンサ68は、方形波信号を、鋭い電圧遷移による立ち上がりを有しその後に電圧が先細になる立ち下がりが続く一連のパルスに変換する。

信号は、次いで、第2の段66に供給され、ここで、さらにフィルタリングされ、たとえば非反転構成で構成されている演算増幅器66を含む増幅器を使用して増幅される。

次いで、増幅された信号は、信号を増幅し整流するように動作する変圧器70を含む第2の段60に供給される。

いくつかの実施形態では、変圧器60は、不均等な巻数比を有する。1つの例として、変圧器は、10:1の変圧器であり、この変圧器は、ステップアップ構成で構成されて、出力部における電圧を上昇させる。他の可能な実施形態では、変圧器は、ステップダウン構成で構成され得る。他の実施形態は、他の巻数比を有する。出力はまた、さらなる他の実施形態では、変圧器を使用せず、第2の段において生成され得る。

この例では、変圧器60は、センタータップ変圧器である。第1の段58によって生成される発振信号は、一次巻線およびセンタータップに供給され、1対のダイオードと連動して、出力信号を整流する。出力信号は、二次巻線において生成され、出力端子16に供給される。一次巻線の二次巻線に対する比は、変圧器70によって提供される増幅を決定する。

いくつかの実施形態では、回路機構20は、出力信号を自動的に変えるように構成されている、電子構成部品および/またはプログラミングをさらに含み、それは、可変制御部(たとえば、ポテンショメータ22、24)を調整する必要なしに、経時的に、出力信号の出力電圧、出力電流、出力電圧波形の形状、および/または周波数のうちの1つあるいは複数を変えることを含むことができる。1つの実施形態では、出力信号は、マイクロプロセッサにおける特定のコンピュータコードまたはソフトウェアプログラムを実行することによって、経時的に変更され得る。別の実施形態では、出力信号は、信号発生器10の回路機構の中で典型的な点滅発光ダイオード(LED)63を含めることによって安価にランダムに変更され得る。点滅LEDは、電力が供給されると自動的に明滅し、「オン」状態と「オフ」状態とを交互に行い、2つの状態間の点滅頻度は、入力電圧によって決まる。1つの実施形態では、点滅LEDは、マイクロプロセッサの下流で、電極によって患者に取り付けられている出力リードに接続されている増幅回路の上流で電気回路内に配置されている。「オン」状態と「オフ」状態との間で振動する点滅LEDは、出力電流をオンおよびオフに一定に切り替え、それにより、信号発生器10は、点滅LEDの点滅頻度に従って、経時的に電気出力信号および電圧を変えることになる。このようにして、LEDは、信号発生器からの出力信号についての繰返しタイマとして機能する。また、LEDの頻度は、その入力電圧に依存するので、ポテンショメータからの電圧を調整すると、点滅LEDの頻度が変更されて、無限に変えられる出力信号を患者に提供することになる。

さらには、安価な点滅LEDの場合と同様に、点滅LEDを作製するのに使用される構成部品の品質が低くなるほど、所与の電圧についての点滅の頻度の一貫性または安定性にはますます変動またはランダム性が存在することになる。したがって、より低い品質の点滅LEDは、より高い品質の点滅LEDよりもランダムな点滅パターンを提供する。そのため、1つの実施形態では、信号発生器10から患者に送られる電気信号の頻度において、より多くのランダム性を達成するには、本明細書に開示される回路機構の中で、より低い品質の点滅LEDを使用することが有益であり得る。

さらなる代替の実施形態では、出力信号および電圧を経時的に変える追加の方法が、本開示の範囲から逸脱することなく、本明細書において企図される。本明細書に開示のやり方で出力信号を変えることによって、患者の身体は、静脈系が短時間の暴露後に普通ならもはや応答しなくなり得る一定の出力信号に可能性として慣れることにならずに、変化する出力信号に一定に反応している。

信号発生器10はまた、電気的刺激装置1を利用する医師に、装置の電力が「オン」にされたときについて示す、LEDまたは他の点灯インジケータなどの少なくとも1つのインジケータ32を含むことができる。電気信号が患者に送られているときを示すための追加のインジケータを含めることもある。1つの実施形態では、インジケータは、両方の機能を行うことができるが、代替の実施形態では、別個のインジケータが、2つの機能のそれぞれを伝えるために利用されてもよい。

装置1はまた、リアルタイムの出力電圧および信号、初期設定出力電圧および信号、故障状態、刺激装置の故障診断情報、または所望され得る他の任意のそのような設定、出力、もしくはフィードバック情報を医師に伝え表示するように構成されたプログラミングならびに/あるいはディスプレイ画面を含むことができる。別の実施形態では、装置1は、患者に送られるリアルタイムの電気情報(たとえば、電気信号および/または電圧対時間)をグラフで表示するように構成されたディスプレイを含むことができる。さらなる別の実施形態では、刺激装置1は、データ出力プログラミングおよび関連の出力コネクタを含むことができ、この出力コネクタは、本明細書に開示される情報のいずれか/すべてを表示するための別個のスタンドアロンの外部ディスプレイに装置を接続することを可能にするように構成されている。

いくつかの実施形態では、電子回路機構20は、1つまたは複数の回路板において配置されている。回路板は、少なくとも1つの基板層を含み、典型的には、その上に形成されて電子構成部品間の電気接続部を作製するための少なくとも1つの電気トレース層を有する。いくつかの実施形態では、電子信号発生器10は、回路板において形成される。

出力信号は、近位端においては信号発生器10に、遠位端においては1対の電極18に接続されている2つの電気リード26によって信号発生器10から患者の身体に送られる。本開示の1つの実施形態では、電極18は、たとえば、1対のマニキュア爪浸漬用ボウルまたはそのような他の同様の容器など、患者の指および親指の先端部が漬かることになる液体の電解質溶液30を保持するように構成されている1対のカップ28または容器として構成され得る。いくつかの実施形態では、容器は、少なくとも手の指の先端部または足のつま先を内部に受けるようにサイズ設定され、形状付けされた1つまたは複数の陥凹領域を含む。電解質溶液を使用する目的は、導電性液体媒質を提供することであり、その中に患者は自分の指を入れることができ、それを介して電気信号が患者に送出され得る。1つの実施形態では、電解質溶液は、ミネラルと水との混合物とすることができる。しかしながら、別の実施形態では、電解質溶液は、電気リードと患者の皮膚との間の導電性を高めるのに使用される他の任意のタイプの溶液とすることができる。

本開示の別の実施形態では、電極は、1対の導電性電極パッドとして構成され得、この1対の導電性電極パッドは、患者の皮膚に電極パッドを接着するのに役立つように、および導電性パッドと患者の皮膚との間に良好な電気接点を作製する際の助けとなるように、その一方の側に導電性のゲルまたは接着層を配設している。そのような電極パッドは、経皮電気神経刺激(TENS: transcutaneous electrical nerve stimulation)機器または携帯型除細動器とともに使用されるものと同様であってよい。加えて、電極パッドは、使い捨て可能であってもよい。1つの例示的な実施形態では、図10に示されているように、少なくとも1対の電極180、182が、その一方の側に接着剤が付いた導電性電極パッドとして構成され、それにより、その1対の電極のうちの第1の電極180は、患者の一方の手の掌面に取り付けられ、1対の電極のうちの第2の電極182は、患者の腕、好ましくは、二頭筋に取り付けられる。図10の実施形態では、第2の電極182が取り付けられている腕は、第1の電極180が取り付けられている手と同じ腕である。代替として、第2の電極182は、患者の他方の腕に取り付けることができる。しかしながら、この場合、効果的な静脈膨張を達成するには、より大きい強度レベルの出力信号が患者に供給されることが可能性として必要になる。図10にやはり示されているように、1対の電極180、182はそれぞれ、電気リード140の遠位端に接続され、それらはそれぞれ、近位端においては刺激装置の信号発生器(図示せず)に接続されている。1つの例示的な実施形態では、患者の一方の手の掌面に取り付けられている電極180は、患者に正の出力信号を供給し、一方、患者の腕に取り付けられている他方の電極182は、患者に負の出力信号を供給することになる。代替として、負の出力信号が、電極180に供給されてもよく、一方、正の出力信号が、電極182に供給されてもよい。

1対の電極180、182を患者に取り付けた後、信号発生器は、オンにされて、出力信号を患者に供給し、電気的刺激を開始することができる。出力信号の強度は、身体的応答、たとえば、筋肉攣縮および/または静脈膨張が観察されない場合、増加し得る。あるいは、患者が不快感を経験している場合、出力信号の強度は、耐えることはできるものの上述したように身体的応答を依然として生み出すレベルまで減少し得る。出力信号が、近位端においては信号発生器(図示せず)に、遠位端においては1対の電極180、182に接続されている2つの電気リード140によって信号発生器から患者の身体に送られると、患者の腕の中の静脈の膨張は、開始することになり、概して、少なくとも約十(10)分間、続くことになり、約十五(15)分間よりもさらに長く続くことができる。1つの例示的な実施形態では、電気的刺激は、少なくとも二(2)分間、継続されるが、十(10)分間を超えて継続されない。具体的には、一旦、標的静脈が見えるようになり、および/または触知可能になると、電気的刺激は中断され得る。一旦、標的静脈が膨張するようになると、信号発生器はオフにされ得、静脈膨張が必要な静脈穿刺または他の任意の医療手技を行うことが可能になる。

1つの実施形態では、図11に示されているように、本開示の電気的刺激装置は、医師によって使用されるキットを備えることができる。キットは、好ましくは電池で動作する信号発生器100、電解液を保持するための1対の容器28、あらかじめ充填されラベル付けされたエプソム塩ボトル110、脱イオン水ボトル115、および1対の電極と1対の電極を信号発生器100に接続するための1対の電気リードとを含む使い捨て可能な電極組立体112を含むことができる。キットは、上記の実施形態のうちの1つに論じられているように、電極が取り付けられ、電解液が加えられる容器28を使用するか、または上記の実施形態のうちの別の実施形態に論じられているように、電極を患者に直接接続するかのいずれかによって、患者の電気的刺激に使用され得る。

電解液が加えられる容器28を使用する患者の電気的刺激の場合、電解液は、供給された脱イオン水115をあらかじめ充填されたエプソム塩ボトル110に加えることによって準備され得る。1つの実施形態では、エプソム塩濃度は、少なくとも約30g/Lである。電極は、その後、容器28に取り付けられ、次いで、患者は、自分の手を容器28の中に入れてから、準備された電解液を容器28の中に加えることができる。次いで、電極は、供給された電気リードを介して、信号発生器100に取り付けられ、信号発生器100は、オンにされて、出力信号を1対の電極に供給することができる。電極のうちの一方には、負の出力信号が供給され得、他方の電極には、正の出力信号が供給され得る。上述したように、一旦、標的静脈が膨張するようになると、信号発生器は、オフにされ得、静脈膨張が必要な静脈穿刺または他の任意の医療手技を行うことが可能になる。しかしながら、静脈穿刺を行う前に、患者の手を水により洗浄して、いずれの血液化学分析の成果にも影響を与える可能性がある塩溶液を取り除くことが好ましい場合がある。

先の実施形態では、指先を電解質溶液の中に入れることを可能にする小さい容器か、または導電性電極パッドかのいずれかとして構成されている電極について開示されていたが、電極は、そのような実施形態に限定すべきでなく、代替の実施形態は、必要に応じて代替の構成形態を有することができる。たとえば、代替の実施形態では、電極は、患者の手全体、足、あるいは限定するものではないが、腕および/または脚を含む患者の身体の任意の部分を信号発生器に電気的に連通している電解質溶液の中に沈めることを可能にする代替のサイズ設定された容器とすることができる。さらなる代替の実施形態では、電極は、接点ベースの電極である金属ピンタイプのプローブもしくは金属プレートのうちの1つまたは複数とすることができる。さらなる代替の実施形態では、電極は、パルスオキシメトリを測定するのに使用されるものと機械的構造が同様であるフィンガクランプタイプ(finger clamp-type)のプローブであってもよい。さらなる追加の実施形態では、電極は、本明細書における開示の範囲から逸脱することなく、導電性衣類、または代替の身体的構成形状を有するそのような他の接点ベースの電極とすることもできる。さらなる追加の実施形態では、電極は、磁場を生成する1つまたは複数の電磁石として構成されてもよく、その磁場の中に患者は自分の手、足、または肢を入れることができる。電磁場は、磁場に対する変化によって患者の身体に補完電気信号を生成するように構成されている。そのような実施形態では、患者は、信号発生器に直接、接続されていない。

1つの実施形態では、電極を通して患者の肢に送られる信号発生器10から出力された電気信号は、交流信号(AC)である電気信号を含む。1つの実施形態では、患者に送られるAC信号は、7.83Hzの周波数を有する(または毎秒7.83のフル交流サイクル)である。これは、出力回路が、毎秒7.83回、中断されることを意味する。7.83Hzというこの周波数は、1つの実施形態では、連続する出力信号間に再分極する時間を患者の神経に提供し、したがって、次の後続の出力信号のために準備する時間を有するように選定されている。神経が再分極できるようにするのに適切な時間を提供することによって、信号発生器10によって生成される信号は、電極の付近の皮膚、神経、および筋肉に対して一貫した効果を有する。

別の例示的な実施形態では、図12に示されているように、患者に送られるAC信号は、非対称帯電平衡二相性波形(asymmetrical charged balanced biphasic waveform)を伴う7.9Hzの周波数を有する。1200オーム、1600オーム、および950オームにおけるパルスの持続時間は、それぞれ、68.8μs、60.0μs、および77.0μsである。加えて、1200オーム、1600オーム、および950オームにおける最大振幅は、それぞれ、80.4Vピーク、94.4Vピーク、および70.5Vピークである。図12は、最大強度設定における純粋に抵抗性の負荷にわたる理論的な標準的測定結果の1つの実施形態を表示しているが、出力は、パラメータ設定に応じて変わる場合がある。

しかしながら、上記の実施形態は、7.83Hzおよび7.9Hzの周波数においてそれぞれ動作するが、出力信号の周波数は、そのような特定の周波数にのみ限定されるように読み取るべきではなく、代替の実施形態では、AC信号またはDC信号は、本開示の範囲から逸脱することなく、異なる周波数を有してもよい。代替の実施形態では、出力信号の周波数は、信号発生器の特定の回路機構設計に応じて、任意の代替の周波数であってもよい。たとえば、代替の実施形態では、異なるデューティサイクルもしくは出力サイクル、またはさらにはその後に開発される異なる波形が、異なる周波数を使用する場合がある。さらには、代替の実施形態では、信号発生器10は、異なる年齢の患者間の生理学的差異、患者の循環系開存性、ならびに患者の身体の他の生物医学的および/または生体電気的側面に関連する感知フィードバックに基づいて、出力信号の周波数または波形を調整するように構成され得る。1つの実施形態では、信号発生器10内のマイクロプロセッサは、より薄い皮膚、より敏感な皮膚、出血に敏感な皮膚など、通常、高齢患者に関連する変化について、出力信号を調整するプログラミングをさらに含んでいることができる。

1つの実施形態では、ポテンショメータ22、24のうちの少なくとも1つによって設定される信号発生器10からの出力電圧は、0ボルト〜90ボルトの間の範囲内にあるように初期設定される。別の実施形態では、2つの出力電圧チャネルはそれぞれ、0ボルト〜90ボルトの間の範囲内にあるように設定され得る。しかしながら、代替の実施形態では、ポテンショメータ22、24は、本明細書に開示されるものよりも大きい、または小さい出力電圧範囲を有してもよく、それぞれ、本開示の範囲から逸脱することなく、そのようなより大きいもしくはより小さい電圧範囲内で、選択的に、初期出力電圧値に設定されてもまたは新規出力電圧値に調整されてもよい。

フィードバックシステム
信号発生器10は、集積化されたフィードバックシステムをさらに含むことができ、このフィードバックシステムは、出力信号の連続する各サイクル間の時間の間、患者の身体の抵抗および静電容量を測定するように構成されている。1つの実施形態では、フィードバックシステムは、患者の身体の電気的および容量性の抵抗(すなわち、電気的背圧)、ならびにそれに対するいずれかの変化にも応答する十対一(10:1)可聴周波変圧器(audio transformer)を利用して、患者に送られる出力信号を調整する。ヒトの身体はそれぞれ、電気抵抗を示す。この抵抗は、体重、水分補給などにより変化し得る。この電気抵抗はまた、治療中にも変化し得る。信号発生器10は、可聴周波変圧器を使用して、患者の身体の電気抵抗を測定し、それに応答して、信号の一部として患者に送信される出力電圧および/または電流を適切に変更する。そうする際、信号は、フィードバックシステムからのフィードバックに基づいて変更されて、治療に対する患者の身体的応答が変化しつつある場合(すなわち、患者の電気的背圧、または身体的抵抗および/もしくは静電容量の変化)であっても、信号発生器10が、患者の身体の中の同じ臨床的または生理学的応答を確実に引き出すことを可能にする。

単純な変圧器により、患者の身体の電気的背圧を簡単で安価に監視する仕事が行われる。マイクロプロセッサが、患者に電気的に連通している変圧器を介して患者の身体における非常に高い電気抵抗を検出した場合には、信号発生器から患者への所与の一定の出力電圧について、信号発生器から患者へと流れることになる電流はほとんどない。信号発生器からの入力電流が非常に小さい場合(小さい電池によって電力供給されるときと同様に)、および出力電圧リードが、それほど抵抗を有しない場合には、電池電力は減少し、電流は、大幅に低下する。ヒトの身体の測定された電気抵抗は、ほぼ一定であるが、ヒトの身体の静電容量は、大きく変わる場合がある。ヒトの身体のコンデンサ様の部分から電気エネルギーまたは電荷が突然解放されると、結果的に、痛みを伴う電気衝撃を身体に受ける場合があり、それにより、可能性として、患者の神経系または心臓系に損傷が生じ、そうでない場合は、治療によって生じる患者の身体における所望の臨床応答が中断し得るので、このことは懸念事項である。

フィードバックシステムの変圧器は、信号発生器の出力電圧をフィルタリングし、その電圧は、あらかじめプログラミングされた電圧波形に従って経時的に変動して、所望の静脈膨張応答を引き出すときに最も効果的である電圧波形の特定の部分を患者に通すことを可能にする。患者における電気的背圧は、信号発生器によって捕捉され読み取ることができる患者の身体からの結果として生じる電気信号を生み出す患者の身体の中の反応をもたらし、次いで、信号発生器からの出力信号の次のサイクルの出力電圧を調整する入力として使用され得る。

代替の実施形態では、フィードバック機構は、患者の電気抵抗および静電容量のフィードバックを監視し、ひいては、監視されたフィードバックに基づいて、患者に送られる出力信号を調整するように構成されている信号発生器のマイクロプロセッサ内の固有のプログラミングとすることができる。さらなる代替の実施形態では、フィードバックシステムは、本開示の範囲から逸脱することなく、患者の抵抗および静電容量を測定するように構成された複数のセンサ、またはフィードバック抵抗および静電容量を測定するように構成された他の任意のそのような電気構成部品またはコンピュータコードを利用することができる。

1つの実施形態では、装置1は、信号生成器10から出力信号をすべて停止し、患者の身体が最後の出力信号に反応するのを待つように構成され得る。患者の身体が最後の信号に反応すると、患者の身体は、結果として生じる電気信号を生み出し、この電気信号は、信号発生器10によって捕捉され、分析され、患者に送られる信号発生器10からの次の出力信号を変更するのに使用され得る。これは、適切なマイクロプロセッサおよびソフトウェアによりリアルタイムで行うことができる。代替の実施形態では、信号発生器のフィードバック機構が、出力信号の連続するサイクル間の10%を上回る患者の生体電気的抵抗または静電容量の変化を測定した場合、10%よりも大きい変化は患者の身体がストレス応答を経験しており、もはや出力信号に応答していないことを示すことができるので、信号発生器は、遮断する、または故障モードへと進むように構成されている。1つの実施形態では、信号発生器は、個々の患者の特定の生理機能および関連の生体電気的特性に基づいて、出力信号の波形、電圧、電流を自動的に調整することになる。

さらなる実施形態では、信号発生器は、刺激装置を使用して、患者から、患者の生理学的応答データを含む生理学的データを収集するためのソフトウェアを含む。次いで、そのデータは、信号発生器によって記憶および分析され、出力信号をリアルタイムで変更するのに使用されて、出力信号および達成された静脈応答を特定の患者に対して最適化することができる。

信号発生器には、電極を介して患者に送られる電流および電圧の量、ならびに患者に送られている出力電圧波形の形状を制御するように、患者からの受け取った電気フィードバックを監視するように(すなわち、患者の内部の身体的抵抗および/または静電容量)、ならびに/あるいは患者に送られる電圧出力、電流出力、および/または電圧波形の形状のうちのいずれかを(たとえば、自動的に、リアルタイムで)調整するように構成されたプログラミングをその中に有するマイクロプロセッサが含まれていてもよい。マイクロプロセッサは、本開示の範囲から逸脱することなく、任意の速度または内部メモリサイズを有する任意のプログラマブルマイクロプロセッサとすることができる。1つの実施形態では、マイクロプロセッサは、信号発生器から患者に送られる元の出力信号を患者からの戻された信号と比較するように構成された比較器回路を含むことができる。次いで、比較の結果は、患者に送られる次の出力信号の平衡をとるために比例的に出力信号を変えるのにマイクロプロセッサによって使用される。そのような実施形態では、マイクロプロセッサは、最初の信号により患者に送られる、そのメモリ内に記憶されているベースライン波形を有することができる。次いで、応答/反射信号がフィードバックシステムを通して患者からマイクロプロセッサに送り戻され、その応答/反射信号はまた、マイクロプロセッサ内に記憶される。その後、マイクロプロセッサは、患者の神経を優しく誘導して、静脈の最も大きい可視提示をもたらすのに必要な最良の波形、電圧、および電流を運ぶように、事前に記憶された上り応答/反射信号に基づいて、次の下り信号を適合させる。この比較処理は、毎回、患者に設定される出力信号が、患者の末梢静脈における所望の生理学的および臨床的応答を継続的に引き出すことになることを保証し、それにより、患者の身体が、送られる信号に慣れることが防止される。

さらには、プロセッサは、あらかじめ規定された信号周波数を維持するように構成されたプログラミングを含む。たとえば、1つの実施形態では、マイクロプロセッサは、あらかじめプログラミングされた信号周波数7.83Hzを維持するようにプログラミングされている。しかしながら、代替の実施形態では、代替の周波数が、本開示から逸脱することなく、選択されてもよい。たとえば、肥満患者、高齢患者、または新生児患者などのいくつかの患者群または患者サブセットでは、代替の信号周波数が、最適な静脈提示結果を引き出す際の助けになるのに必要とされ得る。加えて、一実施形態では、マイクロプロセッサは、たとえば、電源が、経時的に、継続的使用にわたって徐々に電力を使い果たす電池である場合など、一定に低下する電圧において適切に継続的に動作するようにプログラミングおよび構成され得る。

波形グラフ
図7は、信号の信号サイクルのアクティブ部分の一実施形態の例示的なグラフを示している。このグラフは、静脈膨張を引き出すことができ得る、出力信号の出力電圧(Y軸)対ミリ秒単位の時間(X軸)を示している。信号の形状は、その中に様々なピークおよび谷の場所ならびに振幅を含み、標的末梢静脈のアクティブな信号ベースの拡大を引き出すことができる例示的な波形である。図8、図9、図13、図15、および図16は、信号の信号サイクルのアクティブ部分のさらなる例示的な波形グラフを示している。

図7をさらに参照すると、複数の点1〜9が、出力信号の出力電圧対時間を示すグラフ化された波形において識別される。グラフ上の点1は、繰返し出力信号の新規サイクルの開始に対応し、状態の変化に対する(皮膚の表面におけるその樹状突起を介して)患者の感覚神経に警告する、またはそれに刺激するように選定される信号発生器からの初期出力電圧を示す。この初期出力電圧は、中枢神経系に送られることになる固有の電圧、電流、および波形を有する、患者の身体の中の小さい電気信号を開始し、したがって、脳は、四肢を監視することができる。それに応答して、脳は、治癒信号を、脳への信号が発生したその特定の感覚樹状突起に送り返す。

グラフ上の点2は、神経刺激信号の一次的効果部分に対応する。この点は、患者の肢における末梢神経の過剰反応、および標的末梢静脈を取り巻く近くの筋肉の同時テタニーまたは痙攣を引き起こす出力信号の神経刺激部分における主出力電圧である。これは、信号発生器上のポテンショメータ22、24のうちの一方のノブを介して調整される波形の部分である。過体重の患者では、点2における電圧レベルは、皮膚における脂肪の層によって自動的に抑えられる。したがって、過体重の患者の場合、患者の神経に達する信号を取得し、脂肪層の抵抗に打ち勝つためには、患者に対してより高い出力電圧を送る必要がある場合がある。これは、信号発生器における十対一(10:1)可聴周波変圧器または他のそのような変圧器を使用して、患者に送られる出力電圧信号を増幅させることによって達成され得る。代替として、脂肪層の抵抗に打ち勝ち、したがって、信号が神経に達することができるように電圧を増加させることは、マイクロプロセッサ内に含まれているプログラミングの実装によっても達成され得る。

電圧波形グラフにおける点3は、患者の感覚神経をトリガして、「オフにする」出力電圧に対応する。これに関して、点3は、神経をトリガして、安静にし、そのスタンバイ電圧にリセットし、出力信号の次の後続のサイクルにおいて、再度、使用される、または「オン」にトリガされることを待つ電圧である。電圧波形グラフにおける点4は、信号の正の部分を取り消し刺激装置の神経信号の平衡をとって、神経時間が、それ自体、リセットする、または再分極するのを可能にする出力電圧である。

波形グラフにおける点5は、出力信号の筋肉刺激部分に対応し、運動筋肉に静脈筋肉ポンプを刺激させる出力電圧であり、この静脈筋肉ポンプは、ひいては、静脈を膨張させ、血液で満たすことができる。図7に提示されている波形では、信号のこの部分がアクティブである間の時間長は短いが、一部の患者では、出力信号内の出力電圧のこの部分がアクティブである時間長が、静脈筋肉ポンプをアクティブ化するのに適切な量の随意的な筋肉刺激を達成するように調整されることになる。信号のこの部分がアクティブである時間が長くなるほど、筋肉はますます刺激される。加えて、静脈を取り巻く小さい不随意的な平滑筋には、静脈筋肉ポンプ作用をアクティブ化するのに、より大きい筋肉のものとは異なる量のアクティブ刺激時間が必要である。波形のこの部分もまた、各患者における最適な静脈筋肉ポンプ作用を達成するために、患者ごとに調整され得る。

波形グラフにおける点6は、運動筋肉刺激が遮断されて、それらをリセットし、信号の次のサイクルの準備をすることを可能にする点である。波形グラフにおける点7は、患者の末梢神経系からの反射信号背圧に対応し、神経系が、神経および筋肉の制御を引き受け、患者の筋肉および神経の活動を安定させようとしていることを示している。波形グラフにおける点8は、患者に対するゼロ出力電圧の周期に対応し、末梢神経系が、患者のベースライン電位をその元の静止電位、または内部電圧に優しく戻すのに使用する集積化されたフィードバックループの一部である。穏やかでリラックスした患者では、その静止電位、または測定された電圧は、およそ20ミリボルトとすることができる。しかしながら、不安を抱く一部の患者では、その測定された静止電位は、ゼロボルト、またはそうでなければ、通常のリラックスした患者よりも高い電位または電圧である正の測定電圧とすることができる。この初期の静止電位測定は、信号発生器からの最初のそれぞれの後続の治療出力信号の基本パラメータを設定するのに使用され得る。

波形グラフにおける点9は、患者のベースライン状態に対応し、それによって、患者の身体に送られるアクティブな出力信号または電圧は存在せず、患者は、別の形で刺激装置からのいずれの出力信号によっても影響を受けない。これはまた、信号発生器が、患者の内部電位を監視し、信号の新規サイクルを開始する準備をし、患者から監視されたフィードバックに基づいて出力信号のアクティブな部分を調整している間の周期に対応する。

いくつかの実施形態では、波形は、次の特性のうちの1つまたは複数を有する。到達した最高電圧は、静脈を取り巻く筋肉を刺激する。ベースラインからベースラインに復帰するまでの信号の幅は、付近の随意的運動筋肉を刺激して、隣接する血液静脈を空にするように静脈筋肉ポンプとして機能する。ベースラインに復帰すると、両方の筋肉の作用が停止する。ベースラインへの第1の復帰に続く負のパルスは、筋肉および神経の元の静止状態への復帰を開始する。負のパルスは、元の正の極性相において送出されたエネルギーに等しいエネルギー量(たとえば、ワット)を含む負の極性パルスを送出する。ベースラインへの第2の復帰は、極性平衡を完了する。次の信号までの時間周期により、神経および筋肉細胞は、再編成し、次の一連の刺激の準備をすることが可能になる。他の波形は、他の特性を有する。

装置の動作および刺激作用
動作に際して、刺激装置は、次のように機能する。電極は、被験者、たとえば、患者の指、手、および/または肢に電気的に接触して配置される。1つの実施形態では、これには、患者が電解質溶液の別個の容器の中に各手の指先を入れることを必要とする。各容器内の電解質溶液は、電解質溶液内の一方の端部において終端され、反対の端部においては信号発生器の接点を出力する別個の電気リードによって信号発生器に電気的に連通して配置されている。代替の実施形態では、電極は、患者の皮膚に直接貼付される接着剤付きのパッドとすることができる。

電源は、信号発生器に電力を供給する。医師は、少なくとも1つのポテンショメータの調整ノブを回転させることによって患者に対する出力電圧を調整する。信号発生器は「オン」に切り替えられ、あらかじめプログラミングされた電気出力信号は、リードおよび電極を通して、患者の指先、手、および/または腕に送信される。あらかじめプログラミングされた出力信号は、サイクルごとに、様々な指定された時点において、あらかじめプログラミングされた変動する出力電圧の繰返しサイクルを含む。1つの実施形態では、初期出力電圧は、0〜90ボルトの間に設定され得、送出される信号は、1ミリアンペア未満である。しかしながら、代替の実施形態では、出力電圧範囲は、本実施形態に開示されるものよりも大きくても、もしくは小さくてもよく、または本実施形態に開示されるものとは異なる電圧範囲をカバーしてもよく、出力信号は、本開示の範囲から逸脱することなく、1ミリアンペアよりも大きくてもよい。

出力電気信号の各サイクルは、アクティブな出力電圧の周期および休止周期を含み、ここでは、患者の肢に与えられている出力電圧はない。あらかじめプログラミングされた出力電圧は、いくつかの相を含むことができ、これらの相は、次の、すなわち、出力電圧の存在に対して患者の感覚神経に警告する開始相と、末梢神経に、標的末梢静脈を取り巻く運動筋肉を強制的に収縮させる一次神経刺激相と、感覚神経を「オフ」にする神経刺激相の終了と、神経がリセットできるように、神経に送られた刺激信号を取り消す平衡相と、静脈筋肉ポンプをアクティブ化する筋肉刺激相と、運動筋肉のアクティブ化を終了する遮断相と、電気的背圧相と、電気的フィードバック相と、患者の系時間がリセットしてから次のサイクルが開始することを可能にする、アクティブ電圧出力のない休止相とのうちの1つまたは複数を含む。この実施形態における波形のサイクリング部は、他の可能な波形を除外しない。想定されることは、本出願において説明した作用すべてをもたらすことができ、患者の生理機能、電子回路機構の設計および制限事項、ならびに/または患者に信号を送出するのに使用される方法に関して変えることができる波形である。

本明細書の説明および特許請求の範囲全体を通して、「備える、含む(comprise)」、および「含む(contain)」という単語、ならびにそれらの変化形は、「限定はしないが含む(including but not limited to)」ことを意味しており、他の部分、追加、構成部品、整数、またはステップを除外する(除外しない)ように意図するものではない。本明細書の説明および特許請求の範囲全体を通して、単数形は、文脈で別段要求されない限り、複数形を包含する。不定冠詞が使用されている場合には特に、本明細書は、文脈で別段要求されない限り、単数形とともに複数形を企図すると理解すべきである。

本発明の特定の態様、実施形態、または例と併せて説明されている機能、整数、特徴、化合物、化学的部分または化学基は、それらと不適合でない限り、本明細書に説明の他の任意の態様、実施形態、または例に適用できるように理解すべきである。本明細書に開示の機能のすべて(任意の添付の特許請求の範囲、要約、および図面を含む)、ならびに/またはそのように開示される任意の方法または処理のステップのすべては、そのような機能および/またはステップのうちの少なくとも一部が相互に排他的である組合せを除いて、任意の組合せで組み合わせることができる。本発明は、いずれの前述の実施形態の詳細にも制限されない。本発明は、本明細書に開示の機能の任意の新規なもの、または任意の新規の組合せ(任意の添付の特許請求の範囲、要約、および図面を含む)、あるいはそのように開示される任意の方法または処理のステップの任意の新規なもの、または任意の新規の組合せにまで及ぶものである。

本出願に関連して本明細書と同時にまたは本明細書より前に出願され、本明細書とともに公的な調査に対してオープンであるすべての論文および文献に注意が向けられ、そのようなすべての論文および文献の内容は、参照することによって本明細書に組み込まれている。

1 電気的刺激装置
1〜9 点
10 電気信号発生器
12 電源
14 電気リード
16 出力端子
18 電極
20 電気回路機構
22、24 ポテンショメータ
26 電気リード
28 カップ、容器
30 電解液
50 電源スイッチ
52 発振器
54 可変制御部
56 出力回路機構
58 第1の段
60 第2の段
63 点滅発光ダイオード(LED)
64、66 演算増幅器
68 コンデンサ
70 変圧器
100 信号発生器
110 エプソム塩ボトル
112 電極組立体
115 脱イオン水ボトル
140 電気リード
180、182 電極

Claims (32)

1. 被験者に動静脈吻合部を形成する方法であって、
   前記被験者の少なくとも1つの動脈および前記被験者の少なくとも1つの静脈を含む血管を電気的に刺激するステップと、
   続いて、前記少なくとも1つの動脈を前記少なくとも1つの静脈に流体的に吻合するステップと
   を含む、方法。
2. 前記少なくとも1つの動脈を前記少なくとも1つの静脈に流体的に吻合する前記ステップが、前記少なくとも1つの動脈を前記少なくとも1つの静脈に直接吻合して、動静脈フィステル(AVF、arteriovenous fistula)を形成するステップを含む、請求項1に記載の方法。
3. 前記AVFが、上腕動脈-橈側皮静脈間のフィステルである、請求項2に記載の方法。
4. 前記AVFが、橈骨動脈-橈側皮静脈間のフィステルである、請求項2に記載の方法。
5. 前記少なくとも1つの動脈を前記少なくとも1つの静脈に流体的に吻合する前記ステップが、中間導管を用いて前記少なくとも1つの動脈を前記少なくとも1つの静脈に吻合して、動静脈グラフトを形成するステップを含む、請求項1に記載の方法。
6. 前記血管が、少なくとも30秒間、電気的に刺激される、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記血管が、1〜3分の間、好ましくは約2分間、電気的に刺激される、請求項6に記載の方法。
8. 前記少なくとも1つの動脈および前記少なくとも1つの静脈を含む前記被験者の肢に圧縮を加えるステップをさらに含み、前記圧縮が、前記血管を電気的に刺激した後、前記少なくとも1つの動脈と前記少なくとも1つの静脈とを流体的に吻合する前に加えられる、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記圧縮が、少なくとも1分間、加えられる、請求項8に記載の方法。
10. 前記圧縮が、2〜4分の間、好ましくは約3分間、加えられる、請求項9に記載の方法。
11. 前記圧縮を加えるステップが、止血帯を使用するステップを含む、請求項8から10のいずれか一項に記載の方法。
12. 血管を電気的に刺激するステップが、電気的刺激装置により、調整可能な電気出力信号を生成するステップを含み、前記信号が、前記被験者における生理学的応答を引き出すように構成された調整可能な出力電圧、調整可能な電流、および調整可能な出力電圧波形を含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記電気的刺激装置が、
    (i)前記調整可能な電気出力信号を生成するように構成された電源付き信号発生器と、
    (ii)前記信号発生器に電気的に連通しており、前記被験者に電気的に連通して配置されるように構成された少なくとも2つの電極と
    を備え、
    血管を電気的に刺激するステップが、
    前記被験者に前記少なくとも2つの電極を電気的に接続するステップと、
    前記少なくとも2つの電極を介して前記被験者に前記出力信号を送信して、前記生理学的応答を引き出すステップと
    を含む、
    請求項12に記載の方法。
14. 前記被験者の生物学的電気抵抗および/または静電容量の形態の前記被験者からの生物学的電気フィードバックを監視するステップと、
    前記被験者からの前記電気フィードバックを、前記送信された出力信号と比較するステップと、
    前記送信された出力信号と前記電気フィードバックとの前記比較に基づいて、前記被験者に送られることになる後続の出力信号を調整するステップと、
    前記少なくとも2つの電極を介して前記後続の出力信号を前記被験者に送信するステップと
    をさらに含む、請求項13に記載の方法。
15. 前記被験者からの前記生物学的電気フィードバックを監視する前記ステップが、オプションで前記電源付き信号発生器内にある、電気フィードバックシステムによって行われる、請求項14に記載の方法。
16. 前記被験者からの前記電気フィードバックを、前記送信された出力信号と比較する前記ステップが、オプションで前記電源付き信号発生器内に集積化されている、マイクロプロセッサを使用して行われる、請求項14または15に記載の方法。
17. 前記少なくとも2つの電極を前記被験者に電気的に接続する前記ステップが、第1の電極を前記被験者の手に接続し、第2の電極を前記被験者の腕に接続するステップを含む、請求項13から16のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記第1の電極を前記被験者の手に接続するステップが、前記第1の電極を前記被験者の手の掌面に接続するステップを含む、請求項17に記載の方法。
19. 血管を電気的に刺激する前記ステップが、0〜90ボルトの間、オプションで0〜40ボルトの間の可変出力電圧を前記被験者に供給するステップを含む、請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
20. 血管を電気的に刺激する前記ステップが、1ミリアンペア未満の可変電流を前記被験者に供給するステップを含む、請求項1から19のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記被験者が、ヒトである、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
22. 請求項1から21のいずれか一項に従って、動静脈吻合部を形成するステップと、
    前記少なくとも1つの静脈にアクセスするステップと
    を含む、方法。
23. 前記少なくとも1つの静脈にアクセスするステップが、前記少なくとも1つの静脈にカニューレを挿入するステップを含む、請求項22に記載の方法。
24. 前記少なくとも1つの静脈にアクセスするステップが、前記中間導管にカニューレを挿入するステップを含む、請求項5に従属する場合の請求項22に記載の方法。
25. 前記アクセスされた静脈から流体を取り出し、および/または前記アクセスされた静脈に流体を取り込むステップを含む、請求項23または24に記載の方法。
26. 前記少なくとも1つの静脈にアクセスするステップが、前記静脈内に第1のアクセスポートおよび第2のアクセスポートを形成するステップを含む、請求項22から25のいずれか一項に記載の方法。
27. 前記第1のアクセスポートを通して前記少なくとも1つの静脈から流体を取り出し、前記第2のアクセスポートを通して前記少なくとも1つの静脈に流体を取り込むステップを含む、請求項26に記載の方法。
28. 前記取り出され、および/または取り込まれた流体が、血液である、請求項27に記載の方法。
29. 前記少なくとも1つの静脈から前記血液を取り出した後、前記少なくとも1つの静脈に前記血液を取り込む前に、前記血液に対する血液透析を行うステップを含む、請求項28に記載の方法。
30. 前記少なくとも1つの静脈にアクセスする前記ステップが、前記動静脈吻合部を形成する前記ステップに続く成熟期後に行われる、請求項22から29のいずれか一項に記載の方法。
31. 前記成熟期が、少なくとも2週間、好ましくは4〜7週の間である、請求項30に記載の方法。
32. 成熟期が、少なくとも1か月である、請求項30に記載の方法。

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