JP4309429B2 - 選択された電極を使用する不動化システムおよび方法 - Google Patents

Description

本出願は、パトリックＷ．スミス（Ｐａｔｒｉｃｋ Ｗ．Ｓｍｉｔｈ）らによる、２００３年１１月１３日に出願された米国出願第１０／７１４５７２号の一部継続出願であり、該出願の優先権を主張し、パトリックＷ．スミスらによって２００３年１０月７日に出願された米国出願第６０／５０９５７７号、およびパトリックＷ．スミスらによって２００３年１０月８日に出願された、同時係属の米国出願第６０／５０９４８０号の優先権を３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下で主張する。

本発明は、部分的に、米国政府が後援する研究に関連してもたらされている可能性がある。したがって、米国政府は、本発明の支払い済みの特許使用権を有し、限定された状況において、海軍研究事務所によって与えられた契約番号Ｎ０００１４−０２−Ｃ−００５９の条項によって規定されるとおり、特許権者が、妥当な条件で他者に使用許可を与えることを要求する権利を有する。

本発明の諸実施形態は、概ね、人または動物の運動性を小さくするためのシステムおよび方法に関する。

通電された発射体を発射する武器が、自己防衛および法の執行のために使用されてきた。それらの武器は、通常、目標が人間または動物である場合に、目標を通る刺激信号を送る。１つの従来のクラスのそのような武器には、カバー（Ｃｏｖｅｒ）に発行された米国特許第３８０３４６３号および米国特許第４２５３１３２号に記載されるタイプの伝導エネルギー武器が含まれる。それらの武器は、通常、目標に向けて発射体を発射して、発射体によって運ばれる電極が、目標と接触するようにして、コードワイヤを介して電極および目標を通る刺激信号を送る回路を完成させる。他の従来の伝導エネルギー武器は、発射体を除外し、目標が、その武器に極めて接近している場合に、目標と接触させられた電極を介して刺激信号を送る。

刺激信号には、目標に痛みを生じさせることが知られている、一連の比較的高い電圧パルスが含まれることが可能である。刺激信号が送られた時点で、電極と、目標の導電性の組織との間に、高いインピーダンスギャップ（例えば、空気または衣服）が存在する可能性がある。従来の刺激信号には、５．０８ｃｍ（２インチ）までのそのようなギャップにわたる経路をイオン化する、比較的高い電圧（例えば、約５００００ボルト）信号が含まれる。したがって、刺激信号は、組織の中に発射体が貫入することなしに、目標の組織を通して伝えられることが可能である。

一部の従来の伝導エネルギー武器では、比較的高いエネルギー波形が使用されてきた。その波形は、麻酔がかけられたブタを使用して、エネルギー武器の刺激に対する哺乳類実験動物の筋反応を測定する研究から開発された。より高いエネルギーの波形を使用するデバイスは、電気筋肉阻害（ＥＭＤ）デバイスと呼ばれ、参照により本明細書に組み込まれている、２００１年１２月１２日に出願された、パトリックスミスに発行された米国特許第１０／０１６０８２号において一般的に説明されるタイプである。動物の骨格筋に印加されるＥＭＤ波形は、通常、骨格筋が激しく収縮することを生じさせる。ＥＭＤ波形は、見たところ、目標の神経系の筋肉制御を無効にするらしく、骨格筋の不随意のロックアップを生じさせ、目標が完全に動けなくなることをもたらす可能性がある。

残念ながら、比較的高いエネルギーのＥＭＤ波形は、より高い電力性能のエネルギー源から一般的に生成される。１つの実施形態では、ハンドヘルド発射デバイスは、８つのＡＡサイズ（公称１．５ボルト）のバッテリと、大容量のキャパシタと、コード付き発射体において２６ワットのＥＭＤ出力を生成する変圧器とを含む。

２００３年２月１１日に出願された、マグネネルハイム（Ｍａｇｎｅ Ｎｅｒｈｅｉｍ）に発行された米国特許出願１０／４４７４４７号において説明されるタイプの２パルス波形は、比較的高い電圧の、低いアンペア数のパルス（前述したとおり、ギャップを貫通するアークを形成する）をもたらし、その後に、比較的低い電圧の、高いアンペア数のパルス（目標を刺激する）をもたらす。骨格筋に対する効果は、前述したＥＭＤ波形のために使用されるよりも８０％少ない電力で達することができる。

長く続く損傷または死亡なしに、人間の目標を動けなくする、伝導エネルギー武器において使用するための、より効果的な刺激信号の相当な必要性が存在する。本出願に先立つ１０年間に、米国内で毎年、３００００を超える人々が、銃弾で亡くなっている。さらに、毎年、数千名の警察官が、公衆の、法を遵守しない人々との対立の結果として負傷している。さらに多数の、それらの法を遵守しない人々が、警察に拘束される過程で、負傷している。より効果的な刺激信号を送るためのシステムおよび方法なしには、伝導エネルギー武器に関する費用、信頼性、範囲、および有効性のさらなる向上は、実現することができない。伝導エネルギー武器の応用は、限られたままであり、法の執行の妨げとなっており、個人に、より高い自己防衛を提供することができていない。

本発明の様々な態様による不動化デバイスは、３つ以上の電極と、第１の電極、第２の電極、および第３の電極に選択的に結合される単一のジェネレータとを含む。信号ジェネレータは、第１の電極および第２の電極を介して試験信号を供給し、第３の電極に向かう目標の動きを促す。また、信号ジェネレータは、第３の電極を介して、不動化のための刺激信号も供給する。第３の電極は、目標の動きの結果として、目標と接触するように配置される。

本発明の様々な態様による目標を不動化するための方法は、任意の順序で、（ａ）目標と接触する第１の電極と、目標と接触する第２の電極とを提供すること、（ｂ）第１の電極および第２の電極を介して第１の信号を提供すること、（ｃ）第１の信号に応答した目標の動きの結果として目標と接触するようになるための第３の電極を提供すること、および（ｄ）第３の電極を介して不動化信号を供給することを含む。

複数の電極から、目標を動けなくする際に使用するための電極サブセットを選択するための、本発明の様々な態様による方法は、任意の順序で、（ａ）それぞれの電極サブセットをそれぞれのエントリが識別する、格納済みのエントリシーケンスを呼び戻すこと、および（ｂ）エントリシーケンスに従ってサブセットを順次に試験することを含む。

本発明の様々な態様による不動化デバイスは、不動化信号を供給する信号源と、複数の電極と、回路とを含む。回路は、複数の電極の多数の電極サブセットのそれぞれを、選択された電極サブセットを介して、不動化信号を供給するための信号源に選択的に結合する。

本発明の様々な態様によるシステム、デバイス、回路および方法は、少なくとも一部には、目標をより効果的に動けなくすること、重傷または死亡の危険性を小さくすること、および／または先行技術の諸技術を使用するシステムよりも少ないエネルギーを消費して、ある期間にわたって動けなくすることにより、前述した諸問題を解決する。

次に、本発明の諸実施形態を、同様の符号が同様の要素を表す、図面を参照してさらに説明する。

本発明の様々な態様によるシステムは、刺激信号を動物に送り、その動物を動けなくする。不動化は、適切には、一時的であり、例えば、動物を危険から引き離すために、または可動性に対するより恒久的な束縛を適用するなどのために、動物による行動を妨げる。電極は、動物自身の行動（例えば、電極に向かう動物の動き）によって、電極を動物に向けて推進することによって（例えば、電極が、通電された発射体の一部である）、展開機構によって、および／または重力によって、動物と接触するようになることが可能である。例えば、図１〜図４のシステム１００は、発射デバイス１０２とカートリッジ１０４とを含む。カートリッジ１０４は、波形ジェネレータ１３６をそれぞれが有する１つまたは複数の発射体１３２を含む。

発射デバイス１０２は、電源供給部１１２と、照準装置１１４と、推進装置１１６と、波形コントローラ１２２とを含む。推進装置１１６は、推進アクティベータ１１８と、推進剤１２０とを含む。代替の実施形態では、推進剤１２０は、カートリッジ１０４の一部である。波形コントローラ１２２は、以下に説明する、波形ジェネレータ１３６の相応の単純化と共に、省くことができる。

任意の従来の材料および技術を、発射デバイス１０２の製造および操作において使用することができる。例えば、電源供給部１１２は、１つまたは複数の充電可能なバッテリを含むことが可能であり、照準装置１１４は、レーザ照準器を含むことが可能であり、推進アクティベータ１１８は、拳銃の引き金といくつかの点で類似した機械的引き金を含むことが可能であり、推進剤１２０は、圧縮された窒素ガスを含むことが可能である。１つの実施形態では、発射デバイスは、ハンドヘルドであり、従来の拳銃と同様の形で操作可能である。操作の際、カートリッジ１０４が、発射デバイス１０２上に、または発射デバイス１０２内部に装着され、ユーザによる手動の操作により、電極を担持する発射体が、発射デバイス１０２から離れて、目標（例えば、人間などの動物）に向かって推進されるようになり、電極が、目標に電気的に結合されるようになった後、刺激信号が、目標の組織の一部分を通して送られる。

発射体１３２は、電源供給部１３４に代替電力または補助電力を供給する目的の任意の従来の技術を使用して、波形ジェネレータ１３６をトリガして、再トリガして、または制御して、展開をアクティブ化して、再アクティブ化して、または制御して、かつ／または発射体１３２（図示せず）内部の計器装備と協働して、電極群１４２から供給される信号を発射デバイス１０２において受信して、発射デバイス１０２、および発射デバイス１０２（図示せず）内部の適切な回路につなげることができる。

波形コントローラは、無線通信インタフェースと、ユーザインタフェースとを含む。通信インタフェースは、無線トランシーバまたは赤外線トランシーバを含むことが可能である。ユーザインタフェースは、キーパッドと、フラットパネルディスプレイとを含むことが可能である。例えば、波形コントローラ１２２は、従来のシグナルプロトコルおよびデータ通信プロトコルを使用する制御および遠隔計測のために、無線通信によって波形ジェネレータ１３６とのリンクを形成し、維持する。波形コントローラ１２２は、システム１００のユーザにステータスを表示することができ、自動的に、またはユーザが所望するとおりに、波形ジェネレータ１３６にコントロール（例えば、コマンド、メッセージ、またはシグナル）を発行することができる操作者インタフェースを含む。コントロールは、任意の態様を制御する役割をし、かつ／または発射体１３２の任意の回路からデータを収集する役割をする。制御は、全体的な開始機能、再スタート機能、および停止機能を含む、刺激信号の時間特性および振幅特性に影響を与える可能性がある。遠隔計測は、波形ジェネレータ１３６の、あるいは従来の技術で実装された発射体１３２内部の他の計器装備（図示せず）の、任意の機能のフィードバック制御を含むことが可能である。ステータスは、刺激信号および刺激信号伝送回路の任意の特性を含むことが可能である。

カートリッジ１０４は、電源供給部１３４と、波形ジェネレータ１３６と、電極展開装置１３８とを有する発射体１３２を含む。電極展開装置１３８は、展開アクティベータ１４０と、１つまたは複数の電極１４２とを含む。電源供給部１３４は、比較的高いエネルギー出力対体積比のために選択された、任意の従来のバッテリを含むことが可能である。波形ジェネレータ１３６は、電源供給部１３４から電力を受け取り、本発明の様々な態様に従って刺激信号を生成する。刺激信号は、電極１４２を介して目標を通るパスによって完成させられる回路に送り込まれる。電源供給部１３４、波形ジェネレータ１３６、および電極群１４２は、協働して、刺激信号伝送回路を形成し、回路は、展開アクティベータ１４２によって展開されない（例えば、発射体１３２の衝突によって配置される）１つまたは複数の追加の電極をさらに含むことが可能である。

発射体１３２は、電源供給部１３４を装着するためのコンパートメント、またはその他の構造を有する本体と、波形ジェネレータ１３６のための回路アセンブリと、電極展開装置１３８とを含むことが可能である。本体は、弾道特性のための従来の形状（例えば、ぬれ空力形状）に形成されることが可能である。

電極展開装置は、収容された構成から展開された構成に電極群を動かす任意の機構を含む。例えば、電極群１４２が、目標まで大気の中を推進される発射体の一部である実施形態の場合、収容された構成は、発射体の正確な移動のための空力的安定性をもたらす。展開された構成は、組織を突き刺すことを介して直接に、または組織に入るアークを介して間接的に、刺激信号伝送回路を完成させる。約１７．７８ｃｍ（約７インチ）の離隔が、約３．８１ｃｍ（約１．５インチ）の離隔より効果的であることが分かっており、ある電極を腿に、別の電極を手になどの、より大きい離隔も適切である可能性がある。電極がより遠く離れていると、刺激信号は、見たところ、より多くの組織を通過するようであり、より効果的な刺激を生じさせる。

本発明の様々な態様によれば、電極の展開は、発射体１３２と目標によって接触が行われた後にアクティブにされる。接触は、展開アクティベータの向きの変化によって、発射体本体に対する展開アクティベータの位置の変化によって、展開アクティベータの方向、速度、または加速の変化によって、かつ／または電極（例えば、１４２、または発射体１３２と目標の衝突によって配置された電極）間の導電性の変化によって決まることが可能である。機械的特性によって衝突を検出し、機械的エネルギーの開放または向け変えによって電極群を配置する配置アクティベータ１４０が、低費用の発射体のために好ましい。

本発明の様々な態様による電極群の展開は、目標の行動によって容易にされることが可能である。例えば、発射体の前部における１つまたは複数の狭い間隔の電極が、目標に付着して、目標に痛みを伴う反応を引き起こすことが可能である。１つまたは複数の電極が、露出させられ、適切に方向付けられる（例えば、目標から離れて）ことが可能である。露出は、飛行中であっても、衝突後であってもよい。目標の痛みは、目標の肉体に刺さった電極の逆とげによって生じさせられることが可能であり、あるいは、２つの狭い間隔の電極が存在する場合、その狭い間隔の電極間で刺激信号を送ることによって生じさせられることが可能である。それらの電極は、適切な不動化のためには近接しすぎている可能性があるが、刺激信号は、十分な痛みと混乱を生じさせることができる。痛みに対する通常の反応行動は、電極を取り外そうとして、痛みの知覚された原因を手で（または動物の場合、口で）つかむことである。このいわゆる「ハンドトラップ」アプローチは、この通常の反応行動を利用して、１つまたは複数の露出した電極を目標の手（または口）に埋め込む。発射体をつかむことにより、１つまたは複数の露出した電極は、目標の手（または口）を突き刺す。目標の手（または口）における露出した電極は、一般に、他の電極群から十分に離隔しており、したがって、別の電極と、露出した電極の間における刺激により、適切な不動化ができるようになることが可能である。

代替のシステム実施形態では、発射デバイス１０２、カートリッジ１０４、および発射体１３２が、省かれ、電源１３４、波形ジェネレータ１３６、および電極展開装置１３８が、目標上への、または目標の付近への、他の従来の配置形態に適合した不動化デバイス１５０として形成される。別の代替の実施形態では、展開装置１３８が省かれ、電極群１４２が、目標の行動および／または重力によって配置される。不動化デバイス１５０は、個人セキュリティ目的で（例えば、将来のアクティブ化のために人間の目標の衣服に、または動物の皮に植え付けて）、施設セキュリティ目的で（例えば、監視カメラ、設備シャットダウン、または緊急応答に時間を与えて）、または軍事目的で（例えば、地雷）、従来の技術を使用してパッケージ化することができる。

発射体１３２は、致死的であっても、非致死的であってもよい。代替の実施形態では、発射体１３２は、致死的な力を与えるための任意の従来の技術を含む。
本明細書で説明する不動化には、目標による随意の動きの、任意の抑止が含まれる。例えば、不動化には、痛みを生じさせること、または通常の筋肉機能を妨げることが含まれることが可能である。不動化は、目標のすべての動き、またはすべての筋肉を含む必要はない。好ましくは、不随意の筋肉機能（例えば、循環および呼吸のための）は、妨げられない。電極群の配置が局所的である変種では、１つまたは複数の骨格筋の機能が失われることにより、適切な不動化が達せられる。別の実施形態では、運動作業を完了する目標の能力を混乱させる適切な強さの痛みが生じさせられて、目標を無能にし、無力にする。

発射デバイス１０２の代替の実施形態は、従来の利用可能な武器（例えば、小火器、てき弾発射機、車両搭載砲）を含む、またはそれらに取って代わることが可能である。発射体１３２は、炸薬１２０（例えば、火薬、黒色火薬）を介して発射されることが可能である。発射体１３２は、代替として、圧縮ガス（例えば、窒素または二酸化炭素）の放出、および／または圧力の急速な開放（例えば、ばねの力、または自動車エアバッグの展開において使用されるタイプの反応などの、化学反応によって生じさせられる力）を介して推進されてもよい。

本発明の様々な態様による波形ジェネレータは、任意の順序で、以下の動作の１つまたは複数を実行することができる。すなわち、刺激信号伝送回路において使用するための電極群を選択する動作、電極と目標の間のギャップにおける空気をイオン化する動作、初期刺激信号を供給する動作、代替の刺激信号を供給する動作、および操作者入力に応答して、前述した動作のいずれも制御する動作である。１つの実施形態では、以上の動作の大部分は、プロセッサによって実行されるファームウェアによって制御されて、波形ジェネレータを小型化し、費用を低減し、信頼性を向上させることを可能にする。例えば、図２の波形ジェネレータ２００を、前述した波形ジェネレータ１３６として使用することができる。波形ジェネレータ２００は、低電圧電源供給部２０４と、高電圧電源供給部２０６と、スイッチ２０８と、プロセッサ回路２２０と、トランシーバ２４０とを含む。

低電圧電源供給部は、電源１３４からＤＣ電圧を受け取り、別のＤＣ電圧を波形ジェネレータ２００の動作のために供給する。例えば、低電圧電源供給部２０４は、従来のスイッチング電源回路（例えば、リニアテクノロジ（Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）によって市販されるＬＴＣ３４０１）を含み、電源１３４のバッテリから１．５ボルトを受け取り、５ボルトのＤＣおよび３．３ボルトのＤＣを供給することが可能である。

高電圧電源供給部は、低電圧電源供給部から未調整のＤＣ電圧を受け取り、パルス化された比較的高い電圧の波形を刺激信号ＶＰとして供給する。例えば、高電圧電源供給部２０６は、全て従来の技術であるスイッチング電源２３２と、変圧器２３４と、整流器２３６と、蓄電キャパシタＣ１２とを含む。１つの実施形態では、従来の回路（例えば、リニアテクノロジによって市販されるＬＴＣ１８７１）を含むスイッチング電源２３２が、低電圧電源供給部２０４から５ボルトのＤＣを受け取り、比較的低いＡＣ電圧を変圧器２３４に供給する。スイッチング電源２３２に送り込まれるフィードバック制御信号により、信号ＶＰのピーク電圧が、限度（例えば、５００ボルト）を超えないことが確実になる。変圧器２３４は、１次巻線上の比較的低いＡＣ電圧から、２つの２次巻線のそれぞれの上の比較的高いＡＣ電圧（例えば、５００ボルト）に電圧を上げる。整流器２３６は、キャパシタＣ１２を充電するためのＤＣ電流を供給する。

スイッチ２０８は、短い期間にわたって導通して各パルスを形成し、その後、開くことによって、刺激信号ＶＰを電極群に形成する。キャパシタＣ１２から利用可能な放電電圧は、パルス持続時間中、低下する。スイッチ２０８が開いていると、キャパシタＣ１２は、充電されて、各パルスに同一の放電電圧を与えることが可能である。

プロセッサ回路２２０は、本発明の様々な態様に従ってプログラミングされた、マイクロプロセッサと、メモリと、アナログ−デジタル変換器とを有する従来のプログラマブルコントローラ回路を含み、以下に説明する方法を実行する。

発射体ベースのトランシーバは、前述したとおり、波形コントローラと通信する。例えば、トランシーバ２４０は、常時、発射体１３２と発射デバイス１０２の間のデータ通信に適合した無線周波数（例えば、約４５０ＭＨｚ）の送信機−受信機を含む。１３６と１２２の間の通信リンクが、例えば、通信リンクに適した放射器およびピックアップ（例えば、アンテナまたは赤外線デバイス）の配置および設計に依存して、任意の適切な構成の発射体１３２において確立されることが可能である。１つの実施形態では、発射体１３２は、次の４つの構成で動作する。すなわち、（１）空力フィンおよび展開可能な電極が、格納の位置および向きにある収容された構成、（２）空力フィンが、発射体１３２から広げられた位置にある飛行中の構成、（３）目標との接触後の衝突構成、および（４）電極展開構成である。

刺激信号には、目標を通って、かつ／または目標を動けなくするように刺激信号伝送回路を確立する、または維持する、電極群を介して伝送される任意の信号が含まれる。本発明の様々な態様によれば、以上の目的は、複数のステージを有する信号を使用して達せられる。各ステージは、１つまたは複数の波形が、波形ジェネレータ、および波形ジェネレータに結合された電極群を介して連続的に伝送される期間を含む。本発明の様々な態様による、完全な波形が構築されることが可能なステージには、任意の順序で、（ａ）電極から目標組織まで直列であることが可能なエアギャップをイオン化するためのパス形成ステージ、（ｂ）刺激信号伝送回路の電気特性（例えば、目標の組織と直列なエアギャップが存在するか否か）を測定するためのパス試験ステージ、（ｃ）目標を動けなくするための攻撃ステージ、（ｄ）目標によるさらなる動きをやめさせるための拘束ステージ、および（ｅ）目標による限られた可動性を許す（例えば、目標が息をつくのを許すように）ための休息ステージが含まれる。

各ステージに関する信号特性の例を図３に示す。図３では、刺激信号の２つのステージが、パス管理に割り当てられ、３つのステージが、目標管理に割り当てられている。各ステージの波形形状は、正の振幅（図示するとおり）を有すること、負の振幅を有すること、または同一のステージを繰り返して、正の振幅と負の振幅の間で交互になることが可能である。パス管理ステージには、前述したとおり、パス形成ステージ、およびパス試験ステージが含まれる。

パス形成ステージでは、波形形状は、初期ピーク（電圧または電流）と、極性が交番する後続のより小さいピークと、減衰する振幅のテールとを含むことが可能である。初期ピーク電圧は、予期される長さのエアギャップに関するイオン化ポテンシャル（例えば、約５０キロボルト、好ましくは、約１０キロボルト）を超える可能性がある。１つの実施形態では、波形形状は、従来の共振回路からの減衰する振動として形成される。１つまたは複数のピークを有する１つの波形形状で、ギャップ（例えば、空気）を横断するパスをイオン化するのに十分である可能性がある。イオン化が必要とされており、再び試みられるべきである（例えば、先行する試みが失敗した、またはイオン化された空気が乱された）と結論付けるパス試験ステージ（または別のステージと同時実行の監視）の後、そのような波形形状を印加することの繰り返しが行われることが可能である。

パス試験ステージにおいて、電圧波形が、電極ペアを源とし、電極ペアにわたって印加されて、パスが、パス形成ステージ、攻撃ステージ、または拘束ステージに入るのに十分な１つまたは複数の電気特性を有するかどうかが判定される。パスインピーダンスは、任意の従来の技術によって、例えば、電極群に電流を供給するように所定の期間にわたって結合されるキャパシタの両端の初期電圧および最終電圧を監視することによって算出されることが可能である。１つの実施形態では、電圧パルスの形状は、約４５０ボルトのピーク振幅を有し、約１０ミリ秒の持続時間を有して実質的に矩形である。パスは、数回、連続して試験されて、前述したとおり、例えば、１つから３つの電圧パルスから平均試験結果を形成することが可能である。電極のすべての組合せを試験することは、約１ミリ秒以内に達せられることが可能である。パス試験の結果は、後のパス形成ステージ、攻撃ステージ、または拘束ステージのために使用する電極ペアを選択するのに使用することができる。選択は、例えば、電極ペアが、最も好ましいペアから最も好ましくないペアまで順次に試験される場合、可能なすべての電極ペアに対する試験を完了せずに、行われることが可能である。

攻撃ステージにおいて、電圧波形は、電極ペアを源とし、電極ペアにわたって印加される。通常、その波形は、目標の骨格筋の、特に、腿および／またはカルヴェの筋肉の、随意の制御を妨げるのに十分である。別の実施形態では、手、足、脚、および腕の使用が、引き起こされる不動化に含まれる。ペアは、試験ステージ中に選択されたペアであること、またはパス形成ステージによって伝導のために準備されたペアであることが可能である。本発明の様々な態様によれば、攻撃ステージで使用される波形の形状には、減衰する振幅を有するパルス（例えば、台形の形状）が含まれる。１つの実施形態では、波形の形状は、初期電圧と終了電圧の中間のキャパシタ放電から生成される。

初期電圧は、維持されるべきイオン化を含むパスのための比較的高い電圧であっても、またはイオン化を含まないパスのための比較的低い電圧であってもよい。初期電圧は、図３に示すとおり、刺激ピーク電圧（ＳＰＶ）（例えば、骨格筋神経作用ポテンシャル程度の）に相当することが可能である。ＳＰＶは、基本的に、高速立ち上がり波形に関する初期電圧であることが可能である。イオン化の後に続くＳＰＶは、約３キロボルトから６キロボルトであることが可能であり、好ましくは、約５キロボルトであることが可能である。イオン化なしのＳＰＶは、約１００ボルトから約６００ボルトであることが可能であり、好ましくは、約３５０ボルトから約５００ボルトであることが可能であり、最も好ましくは、約４００ボルトであることが可能である。

終了電圧は、パルス当たり所定の電荷量を送るように算出されることが可能である。パルス当たりの電荷量の最低値が、不連続な筋肉痙攣と対比されるものとして、継続的な筋肉収縮を確実にするように設計されることが可能である。継続的な筋肉収縮は、パルス当たりの電荷量が、約１５マイクロクーロンよりも上である場合に、人間の目標において観察されている。約５０マイクロクーロンの最低値が、１つの実施形態において使用される。８５マイクロクーロンの最低値が好ましいが、より高い最低値のパルス当たりの電荷量には、より高いエネルギー消費が伴う。

パルス当たりの電荷量の最大値が、目標における心細動を回避するように算出されることが可能である。人間の目標の場合、細動は、パルス当たり１３５５マイクロクーロン以上で観察されている。１３５５という値は、比較的広い範囲のパルス繰り返し率（例えば、毎秒約５パルスから毎秒約５０パルスまでの）にわたって、目標の抵抗のばらつきと一致する比較的広い範囲のパルス持続時間（例えば、約１０ミリ秒から約１０００ミリ秒までの）にわたって、さらに比較的広い範囲のパルス当たりのピーク電圧（例えば、約５０ボルトから約１０００ボルトまでの）にわたって観察される平均値である。５００マイクロクーロンの最大値により、細動の危険性が大幅に小さくなる一方で、エネルギー消費を節約するために、より低い最大値（例えば、約１００マイクロクーロン）が好ましい。

パルス持続時間は、好ましくは、前述したとおり、電荷の供給によって規定される。本発明の様々な態様によるパルス持続時間は、空気のイオン化ポテンシャルより高いピークパルス電圧を使用する従来のシステムよりも、一般的に、長い。パルス持続時間は、約２０マイクロ秒から約５００マイクロ秒までの範囲内にあることが可能であり、好ましくは、約３０マイクロ秒から約２００マイクロ秒までの範囲内にあることが可能であり、最も好ましくは、約３０マイクロ秒から約１００マイクロ秒までの範囲内にある。

パルス当たりのエネルギー消費を節約することにより、不動化のより長い持続時間を生じさせることができ、より小型の、より軽量の電源を使用することができる（例えば、バッテリを含む発射体内部で）。１つの実施形態では、ＡＡＡＡサイズのバッテリが、発射体内部に含まれて、約１０分間に及ぶ可能性がある目標管理中、約１ワットの電力を供給する。そのような実施形態では、パルス当たりの電荷量の適切な範囲は、約５０マイクロクーロンから約１５０マイクロクーロンまでであることが可能である。

初期電圧および終了電圧は、約３０ミリ秒から約２１０ミリ秒までの（例えば、約５０マイクロクーロンから１００マイクロクーロンの場合）範囲内の持続時間を有するパルス内で、パルス当たりの電荷量を供給するように設計されることが可能である。パルス当たりの適切な電荷量を供給するのに十分な放電持続時間は、ある程度、目標における電極間の抵抗に依存する。例えば、約１００ミリ秒の１回のＲＣ時定数放電は、約１．７５マイクロファラドのキャパシタンスと、約６０オームの抵抗に相当することが可能である。５０ボルトまで放電される１００ボルトの初期電圧により、１．７５マイクロファラドのキャパシタから、８７．５マイクロクーロンが供給されることが可能である。

終了電圧が、所定の電荷量の供給を確実にするように計算されることが可能である。例えば、キャパシタの両端の電圧に相当する初期値が観察されることが可能である。キャパシタが、目標に電荷を送り込んで放電するにつれ、観察される値は、低下することが可能である。終了値が、初期値、およびパルス当たり供給されるべき所望の電荷量に基づいて計算されることが可能である。放電中、値は、監視されることが可能である。終了値が観察されると、さらなる放電が、任意の従来の形で制限される（または打ち切られる）ことが可能である。代替の実施形態では、供給された電流が積分されて、供給された電荷量の測定値がもたらされる。監視される測定値が限度値に達したことを利用して、電荷のさらなる供給を制限する（または打ち切る）ことができる。

代替の実施形態におけるパルス持続時間は、１００マイクロ秒より相当に長いことが可能であり、例えば、１０００マイクロ秒までであることが可能である。より長いパルス持続時間は、心細動の危険性を高める。１つの実施形態では、連続的な攻撃パルスの極性が交番して、目標内部で集まって、目標の心臓に悪影響を与える可能性がある電荷を逃す。

攻撃ステージ中、パルスは、毎秒約５パルスから約５０パルスの速度で伝送され、好ましくは、毎秒約２０パルスの速度で伝送される。攻撃ステージは、第１のパルスの立ち上がりから、このステージの最後のパルスの立ち下りまで、１秒から５秒にわたって続き、好ましくは、約２秒にわたって続く。

拘束ステージにおいて、電圧波形が、電極ペアを源とし、電極ペアにわたって印加される。通常、その波形は、動きをやめさせ、かつ／または攻撃ステージよりもいくらか少ない程度に、不動化を続けるのに十分である。拘束ステージは、一般に、攻撃ステージよりも少ない電力を要求する。攻撃ステージの合間に混ぜられた拘束ステージを使用することにより、固定の電源が使い尽くされるにつれ（例えば、バッテリ電力）、拘束ステージなしに攻撃ステージが続けられたとした場合よりも長い時間にわたって、不動化効果が続くことが可能になる。拘束ステージの刺激信号は、前述したとおり、目標の骨格筋の、随意の制御を主に妨げても、痛みおよび／または混乱を主に生じさせてもよい。電極ペアは、先行するパス形成ステージ、パス試験ステージ、または攻撃ステージにおいて使用されるのと同一であっても、異なっていてもよく、好ましくは、直前の攻撃ステージと同一である。本発明の様々な態様によれば、拘束ステージにおいて使用される波形の形状には、減衰する振幅（例えば、台形の形状）と、攻撃ステージに関連して前述した初期電圧（ＳＰＶ）とを有するパルスが含まれる。終了電圧は、攻撃ステージにおいて使用されるパルス（例えば、３０マイクロクーロンから１００マイクロクーロンまでの）より少ない、パルス当たりの所定の電荷量を供給するように算出されることが可能である。拘束ステージ中、パルスは、毎秒約５パルスから約１５パルスの速度で伝送されることが可能であり、好ましくは、毎秒約１０パルスの速度で伝送されることが可能である。攻撃ステージは、最初のパルスの立ち上がりから、このステージの最後のパルスの立ち下りまで、約２０秒から４０秒（例えば、約２８秒）にわたって続く。

休息ステージは、目標および／またはシステムの操作者の個人的安全性を向上させることを目的とするステージである。１つの実施形態では、休息ステージは、刺激信号を全く含まない。その結果、休息ステージの使用により、拘束ステージに関連して前述したのと同様の形で、バッテリ電力が節約される。目標の安全性は、目標が、比較的危険性の高い物理的条件または感情的条件に入る可能性を小さくすることにより、向上させることができる。危険性が高い物理的条件には、不随意筋制御（例えば、循環または呼吸に関する）が失われる危険性、神経障害（例えば、癲癇または薬物過剰摂取）に関連する発作、痙攣、またはひきつけの危険性が含まれる。危険性の高い感情的条件には、差し迫った死の恐怖から生じる行動、または自殺行動などの理性のない行動の危険性が含まれる。休息ステージの使用により、目標の長期の健康を損なう危険性が小さくなる（例えば、瘢痕組織形成および／または根拠のないトラウマが最小限に抑えられる）ことが可能である。休息ステージは、１秒から５秒にわたって続くことが可能であり、好ましくは、２秒にわたって続くことが可能である。

１つの実施形態では、攻撃ステージの後には、繰り返す一連の交互する拘束ステージと休息ステージが続く。
前述した、展開された電極の構成のいずれにおいても、刺激信号は、様々な電極間で切り替えられて、任意の特定の時点で、すべての電極はアクティブではないようにされることが可能である。したがって、複数の電極に刺激信号を印加するための方法は、任意の順序で、（ａ）電極ペアを選択すること、（ｂ）選択されたペアに刺激信号を印加すること、（ｃ）目標に送り込まれるエネルギー（または電荷量）を監視すること、（ｄ）送られたエネルギー（または電荷量）が、限度未満である場合、選択された電極群の少なくとも１つの電極が、刺激信号伝送回路を形成するように目標に十分に結合されていないと結論付けること、および（ｅ）所定の合計刺激（エネルギーおよび／または電荷量）が送られるまで、選択すること、印加すること、および監視することを繰り返すことを含む。そのような方法を実行するマイクロプロセッサは、ミリ秒未満で適切な電極群を識別することができ、したがって、電極群を選択する時間は、目標によって知覚されない。

本発明の様々な態様による波形ジェネレータは、任意の順序で、比較的高い動けなくする効果（例えば、前述した攻撃ステージ）、比較的低い動けなくする効果（例えば、前述した拘束ステージ）、および比較的最も低い動けなくする効果（例えば、前述した休息ステージ）を含む効果のシーケンスのために、パスを選択すること、刺激信号のためにパスを準備すること、および刺激信号を繰り返し供給することを含む、刺激信号を供給するための方法を実行することができる。例えば、図４の方法４００は、メモリデバイスの中に格納され（例えば、任意の従来のディスク媒体および／または半導体回路によって格納され、かつ／または伝送される）命令として実施され、プロセッサによって（例えば、プロセッサ回路２２０の読み取り専用メモリの中に）実行されるようにインストールされる。

方法４００は、許容できる電極ペア、または好ましい電極ペアを特定するためのループ（４０２〜４０８）を含む、前述したパス試験ステージから始まる。発射体は、多数の電極を含むことが可能であるため、刺激信号の印加のために、任意の電極サブセットが選択されることが可能である。回路２２０のプロセッサがアクセスできるメモリの中に格納されるデータには、電極サブセット（例えば、ペア）のリストが含まれることが可能であり、好ましくは、最大不動化効果のために最も好ましいサブセットから、最も好ましくないサブセットまでの順序付けされたリストが含まれることが可能である。１つの実施形態では、順序付けされたリストは、前述したすべてのステージにおいて使用されるべき１つの電極サブセットに対する１つの選好を示す。別の実施形態では、リストは、複数のステージのそれぞれに関する、それぞれの電極サブセットに対する選好を伝えるように順序付けられる。方法４００は１つのリストを使用して、適切な電極の選好を示す。代替の実施形態は、複数のリスト、および／または複数のループ（４０２〜４０８）（例えば、各ステージに関するリストおよび／またはループ）を含む。別の代替の実施形態では、リストは、同一のサブセットの重複エントリを含み、サブセットが、介入する試験信号、または刺激信号の前と後に試験されるようにする。

方法４００によれば、パス管理の後、プロセッサ２２０は、目標管理を実行する。パス管理には、前述したとおり、パス形成が含まれることが可能である。目標管理は、以下に説明するとおり、パス管理を実行するために中断されることが可能である（４３４）。目標管理のため、プロセッサ２２０は、前述したとおり、ステージシーケンスにおいて刺激信号をもたらす。１つの実施形態では、ステージシーケンスは、ループ（４２４〜４４４）を実行することによって生じさせられる。

事前定義されたステージシーケンスの各（４２４）ステージに関して、ループ（４２６〜４４２）が実行されて、適切な刺激信号をもたらす。内側ループ（４２６〜４４２）に入るのに先立ち、ステージが識別される。ステージシーケンスは、１つの攻撃シーケンスを含み、その後に続いて、前述したとおり、交互する拘束ステージと休息ステージを含むことが可能である。

識別されたステージ（４２６）の期間にわたって、プロセッサ２２０は、送るのに十分な電荷量（例えば、１００マイクロクーロン）が利用可能になるまで、キャパシタ（例えば、信号ＶＰのために使用されるＣ１２）を充電し（４２８）、あるいは、充電は、パルスを供給する要求（例えば、トランシーバ２４０を介するオペレータコマンド、電極試験の結果、またはタイマの経過）によって中断される。プロセッサ２２０は、次に、前述したとおり設定されたＳＰＶの値でパルス（例えば、攻撃ステージパルスまたは拘束ステージパルス）を形成する（４２２または４１４）。プロセッサ２２０は、１つの実施形態では、蓄電キャパシタの電圧（例えば、ＶＣ）が低下するのを、そのような電圧が、限界電圧（例えば、約２２８ボルト）になるまで、または限界電圧を超えるまで観察すること（４３６）により、電荷の供給を計測する（４３２）。適切な限界電圧の選択は、以下の周知の関係式に従うことが可能である。すなわち、ΔＱ＝ＣΔＶ、ただし、Ｑは、クーロン単位の電荷量であり、Ｃは、ファラド単位のキャパシタンスであり、Ｖは、ボルト単位のキャパシタの両端の電圧である。

電荷供給の計測中、プロセッサ２２０は、識別されたステージに関して使用中のパスが機能しなくなったことを検出すること（４３４）ができる。機能しなくなると、プロセッサ２２０は、識別されたステージを中止し、識別されたステージシーケンスを中止し、前述したパス試験に戻る（４０２）。

識別されたステージに適切な電荷の量が供給されると（４３６）、パルス（例えば、信号ＶＰ）は、終了される（４４０）。パルスが終了された後に供給される電圧は、０であっても（例えば、識別された電極群の少なくとも１つの電極において回路を開く）、公称電圧（例えば、イオン化を維持するのに十分な）であってもよい。

識別されたステージが完了していない場合、処理は、内側ループの先頭（４２６）から続けられる。識別されたステージは、そのステージの期間が経過していない場合、または所定の量のパルスが伝送されていない場合、完了していない可能性がある。完了している場合、プロセッサ２２０は、ステージシーケンスにおける次のステージを識別し（４４４）、処理は、外側ループ（４２４）で続けられる。外側ループは、波形ジェネレータに対する電源が完全に使い尽くされるまで、ステージシーケンスを繰り返すことが可能である（図示するとおり）。

それぞれの（４０２）リストアップされた電極サブセットに関して、プロセッサ２２０は、識別された電極サブセットにわたって試験電圧を印加する（４０４）。１つの実施形態では、プロセッサ２２０は、比較的低い試験電圧（例えば、約５００ボルト）を印加して、識別された電極群を含む刺激信号伝送回路のインピーダンスを算出する。インピーダンスは、電流、電荷、または電圧を評価することによって算出されることが可能である。例えば、プロセッサ２２０は、試験電圧を供給するのに使用されるキャパシタ（例えば、Ｃ１２）の両端の電圧に相当する信号（例えば、ＶＣ）の、電圧の変化を観察することができる。電圧の観察された変化（例えば、ピーク値または平均絶対値）が、限度を超えた場合、識別された電極群は、適切であると考えられ、刺激ピーク電圧は、４５０ボルトに設定される。そうではなく、リストの終りで限度を超えない場合、別のサブセットが識別され（４０８）、ループが続けられる（４０２）。

別の実施形態では、プロセッサ２２０は、適切な電荷量（例えば、約２０マイクロクーロンから約５０マイクロクーロンまでの）の供給を伴う、比較的低い試験電圧（例えば、約５００ボルト）を印加して、電極に向かう目標の動きを誘引する。例えば、動きにより、後ろ向きの電極上で目標の手が突き刺されて、目標の組織を通る比較的長いパスを通る、好ましい回路が確立されることになることが可能である。１つの実施形態では、後ろ向きの電極は、サブセットの電極群に近接しており、やはりサブセットのメンバである。代替として、後ろ向きの電極は、セットの他の電極群から比較的遠く、かつ／またはサブセットのメンバではないことも可能である。

１つの実施形態で使用される試験信号は、本明細書で説明した刺激信号のために使用される範囲内のパルス振幅およびパルス幅を有する。１つまたは複数のパルスが、１つのサブセットの試験を構成する。代替の実施形態では、試験信号は、サブセットの試験中、継続的に印加され、各サブセットに関する試験期間は、本明細書で説明した刺激信号のために使用される範囲内のパルス幅に相当する。

リストの終りで、許容できるペアが全く見つからなかった場合、プロセッサ２２０は、前述したとおり、パス形成ステージのための電極ペアを識別する。プロセッサ２２０は、イオン化電圧を任意の従来の形で電極群に印加する（４１２）。イオン化が生じたものと想定すると、後続の攻撃ステージおよび拘束ステージは、刺激ピーク電圧を使用して、イオン化を維持することができる。その結果、ＳＰＶは、３キロボルトに設定される（４１４）。

以上の説明は、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲を逸脱することなく変更または改変されることが可能な、本発明の好ましい諸実施形態について述べた。説明を明瞭にするため、本発明のいくつかの特定の実施形態を説明したが、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって測られるものとする。

本発明の様々な態様による、動けなくするための刺激信号を使用するシステムの機能ブロック図である。 図１のシステムにおいて使用される不動化デバイスの機能ブロック図である。 図２の不動化デバイスによって供給される刺激信号に関するタイミング図である。 図２の不動化デバイスによって実行されるプロセスの機能フローチャートである。

Claims (11)

1. プロセッサを有する不動化デバイスの複数の電極から、目標を不動化する際に使用するための電極サブセットを選択するための方法であって、該方法は、
   前記プロセッサに格納されたエントリシーケンスを呼び戻すステップであって、各エントリは、それぞれの電極サブセットを識別するものである、ステップと、
   前記エントリシーケンスに従って、各電極サブセットを順次試験するステップであって、該ステップは、前記順次試験に基いて選択された電極サブセットを流れる電流を介して前記目標を不動化するステップに先立つものである、ステップと、
   を含む方法。
2. 複数電極を前記目標に向けて前進させるステップを更に含む請求項１に記載の方法。
3. 前記電流を供給する手段を前記目標に向けて前進させるステップを更に含む請求項１に記載の方法。
4. テスト信号及び不動化信号を供給する信号源と、
   複数の電極と、
   前記複数の電極の多数の電極サブセットのそれぞれを前記信号源に選択的に結合して、各電極サブセットを試験するための前記テスト信号を供給し、また、試験に基いて選択された電極サブセットを介して、目標を不動化する前記不動化信号を供給する、回路と、
   を含む不動化デバイス。
5. 前記回路は、更に、前記多数の各サブセットを前記信号源に結合したことに応答して、それぞれの試験結果を確定し、前記それぞれの試験結果を限度値と比較することに従って、前記選択された電極サブセットを選定する請求項４に記載のデバイス。
6. 前記不動化信号は、イオン化電圧より小さいピーク電圧を含む請求項４に記載のデバイス。
7. 前記不動化信号は、
   前記それぞれの試験結果を確定するためのステージと、
   目標を不動化するステージであって、該目標は前記選択された電極サブセットの少なくとも２つの電極間に直列になった組織を有する、ステージと、
   を含む請求項４に記載のデバイス。
8. 前記複数の電極を前記目標に向けて前進させる発射体をさらに備える請求項４に記載の不動化デバイス。
9. 前記信号源を前記目標に向けて前進させる発射体を更に備える請求項４に記載の不動化デバイス。
10. 請求項４に記載のデバイスを含む発射体。
11. 発射デバイスと、請求項１０に記載の発射体とを含む目標を動けなくするためのシステム。

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