JP4608010B2 - 短路ゲートを備えた二平面電極 - Google Patents

Description

（技術分野）
本発明は、神経刺激のための電極、そしてより特定すれば、キャリアの反対側面上に配置されたそのような電極に関する。

（背景技術）
神経組織の電気刺激は、痛み制御、診断および神経リハビリテーションを含むいくつかの目的のために用いられている。例えば、蝸牛インプラント（ＣＩ）は小さな電子デバイスであり、その一部分は、大いに耳が不自由であるか、または重篤に難聴の人の耳の後ろの皮膚の下に配置される。この蝸牛インプラントは、マイクロフォンから信号を受容し、そして着用者の聴覚神経を電気的に刺激する。ＣＩを通した聴力は、通常の聴力とは異なり得るが、着用者は音を認知し、そして別の人は、この着用者と口頭で意思を伝え得る。

ＣＩおよびその他の神経刺激は、少なくとも１つの電極を神経組織の近傍に配置すること、およびこの電極に電気信号を送ることによって達成される。この電気信号は、第２（接地）電極に基づいて生成される。すなわち、信号は２つの電極を横切って送達される。この第２の電極は、神経組織の近傍、または神経組織から特定の距離に配置され得る。神経組織は、代表的には、二相パルスで刺激され、すなわち、最初、ポジティブパルスが電極に送られ、その直後にネガティブパルスが続く。

より良好な結果は、より良好に集中された電気刺激から得られる。神経組織は、代表的には非常に小さい。所望の結果を達成するために、選択された個々の神経が刺激されるべきである。しかし、先行技術の神経刺激装置は、良好に集中された電気刺激を神経組織に送達することができない。

従来の長手軸方向双極神経刺激スキームは、絶縁されたキャリア上で並んで配置された２つの伝導性電極を含む。信号は、これら２つの電極の第１番目に供給され、そして他方の電極は、接地として作用する。刺激信号のポジティブ相の間に、電流は、電極の１つから刺激された組織を通り、他方の（接地）電極に流れる。刺激信号のネガティブ相の間に、電流は反対方向、すなわち、接地電極から刺激された組織を通り、そして第１番目の電極に流れる。結果として、これら電極の各々が刺激点として作用し、そしてこの刺激は良好に集中されない。

従来の長手軸方向三極スキームは、中央電極に隣接する２つの接地電極を含む。この場合には、これら２つの隣接電極の各々を通って流れる電流の量は、中央電極を通って流れる電流の量の半分である。三極スキームは、良好に集中された刺激を合理的に生成するが、それらは３つの電極を必要とする。

（発明の要旨）
本発明の実施形態は、非伝導性キャリアを含む神経刺激器を提供する。このキャリアは、第１の側面およびこの第１の側面に実質的に対向する第２の側面を有する。少なくとも１つの第１の電極は、上記キャリアの第１の側面上に配置され、そして少なくとも１つの第２の電極は、上記キャリアの第２の側面上に配置される。上記少なくとも１つの第１の電極は、上記少なくとも１つの第２の電極に電気的に連結されていない。

上記キャリアは、円形、卵形、矩形またはその他の断面形状を有し得る。

上記少なくとも１つの第１の電極の各々は、上記少なくとも１つの第２の電極のうちの１つに対応し得る。この場合、上記少なくとも１つの第２の電極の各々は、上記対応する第１の電極を垂直に二分する直線上に中心があり得る。あるいは、上記少なくとも１つの第２の電極の各々は、上記対応する第１の電極を垂直に二分する直線上に中心がなくてもよい。

上記神経刺激器はまた、上記少なくとも１つの第１の電極のうちの１つに連結され、そして上記対応する第２の電極に連結される信号供給源を備え得る。

上記キャリアは、それを通る少なくとも１つの短路ゲートを含み得る。この場合、各短路ゲートは、上記キャリアを通る低インピーダンスの電気経路を画定する。少なくとも１つの短路ゲートのいくつか、またはすべては上記キャリアを通る穴を画定し得る。必要に応じて、またはそれに代わって、上記少なくとも１つの短路ゲートのいくつか、またはすべては、電気伝導性の材料を含み得る。

上記第２の電極のいくつか、またはすべては、リング電極を含み得る。このリング電極のいくつか、またはすべては、写真平板プロセスによって形成され得る。必要に応じて、またはそれに代わって、上記リング電極のいくつか、またはすべては、電着プロセスによって形成され得る。必要に応じて、またはそれに代わって、上記リング電極のいくつか、またはすべては、レーザーアブレーション堆積プロセスによって形成され得る。

上記少なくとも１つの第１の電極は、アレイに配列された複数の電極を備え得る。この場合、上記少なくとも１つの第２の電極は、複数の電極を含み得、これら複数の電極の各々は、リング電極を含む。

上記キャリアは、各第１の電極に近接する少なくとも１つの短路ゲートを含み得る。この場合、各短路ゲートは、上記キャリアを通る低インピータンスの電気経路を画定する。

必要に応じて、上記少なくとも１つの第１の電極の各々は、上記キャリアの表面の下に配置された少なくとも１つの耳部を含む。

必要に応じて、上記少なくとも１つの第１の電極は、上記キャリアの第１の側面の領域に複数の第１の電極を含む。この領域は、上記複数の第１の電極間にスペースを含む。上記少なくとも１つの第２の電極は、上記キャリアの第２の側面上に電気伝導性の表面を含む。この表面は、上記キャリアの第１の側面上の領域と少なくとも同じ大きさの領域を有する。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
（項目１）
神経刺激器（４００）であって：
第１の側面および該第１の側面に実質的に対向する第２の側面を有する非伝導性キャリア（４０２）；
該キャリア（４０２）の第１の側面上に配置された少なくとも１つの第１の電極（４０４）；および
該キャリア（４０２）の第２の側面上に配置された少なくとも１つの第２の電極（４０６）を備え、
ここで、該少なくとも１つの第１の電極（４０４）が、該少なくとも１つの第２の電極（４０６）に電気的に連結されていない、神経刺激器（４００）。
（項目２）
前記キャリア（４０２）が、円形の断面形状を有する、項目１に記載の神経刺激器（４００）。
（項目３）
前記キャリア（４０２）が、卵形の断面形状を有する、項目１に記載の神経刺激器（４００）。
（項目４）
前記キャリア（４０２）が、矩形の断面形状を有する、項目１に記載の神経刺激器（４００）。
（項目５）
前記少なくとも１つの第１の電極（４０４）の各々が、前記少なくとも１つの第２の電極（４０６）のうちの１つに対応し、そして該少なくとも１つの第２の電極（４０６）の各々が、該対応する第１の電極（４０４）に垂直である直線上に中心があり、そして該対応する第１の電極（４０４）上に中心がある、項目１に記載の神経刺激器（４００）。
（項目６）
前記少なくとも１つの第１の電極（４０４）のうちの１つに連結され、そして前記対応する第２の電極（４０６）に連結される信号供給源をさらに備える、項目５に記載の神経刺激器（４００）。
（項目７）
前記少なくとも１つの第１の電極（４０４）の各々が前記少なくとも１つの第２の電極（４０６）のうちの１つに対応し、そして該少なくとも１つの第２の電極（４０６）の各々が、該対応する第１の電極（４０４）に垂直である直線上に中心がなく、そして該対応する第１の電極（４０４）上に中心がある、項目１に記載の神経刺激器（４００）。
（項目８）
前記少なくとも１つの第１の電極（４０４）のうちの１つに連結され、そして前記対応する第２の電極（４０６）に連結される信号供給源をさらに備える、項目７に記載の神経刺激器（４００）。
（項目９）
前記キャリア（４０２）が、該キャリアを通る少なくとも１つの短絡ゲート（５００）を含む、項目１に記載の神経刺激器（４００）。
（項目１０）
各々の短絡ゲート（５００）が、前記キャリア（４０２）を通る穴を画定する、項目９に記載の神経刺激器（４００）。
（項目１１）
各々の短絡ゲート（５００）が、電気伝導性材料を含む、項目９に記載の神経刺激器（４００）。
（項目１２）
各々の第２の電極（４０６）が、リング電極（９００）を備える、項目１に記載の神経刺激器（４００）。
（項目１３）
各々のリング電極（９００）が、写真平板プロセスによって形成される、項目１２に記載の神経刺激器（４００）。
（項目１４）
各々のリング電極（９００）が、電着プロセスによって形成される、項目１２に記載の神経刺激器（４００）。
（項目１５）
各々のリング電極（９００）が、レーザーアブレーション堆積プロセスによって形成される、項目１２に記載の神経刺激器（４００）。
（項目１６）
前記少なくとも１つの第１の電極（４０４、４０２）が、アレイに配列された複数の電極を備える、項目１に記載の神経刺激器（４００、８００）。
（項目１７）
前記少なくとも１つの第２の電極（９００）が複数の電極を備え、該複数の電極の各々がリング電極を備える、項目１６に記載の神経刺激器（４００、８００）。
（項目１８）
前記キャリア（４０２、１１００）が、各第１の電極（４０４、８０２）に近接する少なくとも１つの短路ゲート（５００、５０２、１１０２、１１０４）を含み、各短路ゲート（５００、５０２、１１０２、１１０４）が前記キャリア（４０２、１１０）を通って延びる、項目１６に記載の神経刺激器（４００、８００）。
（項目１９）
前記少なくとも１つの第１の電極（１２０２）が、前記キャリア（１２００）の表面（１２０６）の下に配置された少なくとも１つの耳部（１２０８）を備える、項目１に記載の神経刺激器。
（項目２０）
前記少なくとも１つの第１の電極（４０４）が前記キャリア（４０２）の第１の側面の領域中に複数の第１の電極（８０２）を備え、該領域が該複数の第１の電極間にスペースを含み；そして
前記少なくとも１つの第２の電極が該キャリア（４０２）の第２の側面上に電気伝導性の表面を備え、該表面が該キャリアの第１の側面上の領域と同じ大きさの領域を有する、項目１に記載の神経刺激器（４００）。
（項目２１）
前記少なくとも１つの第２の電極（４０６）が複数の電極（３、４、５、６、７）を備え、その１つが信号供給源に連結可能である、項目１に記載の神経刺激器（４００）。
（項目２２）
少なくとも１つの短路ゲート（５００）が、前記キャリア（４０２）を通って垂直に延びる、項目９に記載の神経刺激器（４００）。
（項目２３）
前記短路ゲート（５０２）が、前記キャリア（４０２）を通って非垂直に延びる、項目９に記載の神経刺激器（４００）。
（項目２４）
前記少なくとも１つの短路ゲート（５００）の各々が、前記少なくとも１つの第１の電極（４０４）のうちの１つの周りに配列された複数の短路ゲート（５００）を備える、項目９に記載の神経刺激器（４００）。
（項目２５）
各短絡ゲート（５００、５０２、１１０２、１１０４）が、前記キャリア（４０２）を通る穴を規定する、項目１８に記載の神経刺激器（４００、８００）。
（項目２６）
各短路ゲート（５００、５０２、１１０２、１１０４）が、電気伝導性材料を含む、項目１８に記載の神経刺激器（４００、８００）。
（項目２７）
神経組織を刺激するための方法であって：
信号供給源を第１の電極（４０４）に連結する工程；および
該信号供給源を、キャリアの該第１の電極（４０４）とは反対の側面上に位置する第２の電極（４０６）に連結する工程であって、それによって、該第１の電極（４０４）と該第２の電極（４０６）との間に電位を生成する工程を包含する、方法。
（項目２８）
前記信号供給源を第２の電極（４０６）に連結する工程が、該信号供給源を、前記第１の電極（４０４）に垂直である直線上に中心があり、そして該第１の電極（４０４）上に中心がある電極に連結することを含む、項目２７に記載の方法。
（項目２９）
前記信号供給源を第２の電極（４０６）に連結する工程が、該信号供給源を、前記第１の電極（４０４）に垂直である直線上に中心がなく、そして該第１の電極（４０４）上に中心がある電極に連結することを含む、項目２７に記載の方法。
（項目３０）
少なくとも一部が、前記第１の電極（４０４）に垂直な軸に沿い、そして該第１の電極（４０４）上の中心に向けられる刺激場を生成する工程をさらに包含する、項目２７に記載の方法。
（項目３１）
前記第１の電極（４０４）に垂直でない軸に沿って向けられる刺激場を生成する工程をさらに包含する、項目２７に記載の方法。
（項目３２）
前記第１の電極（４０４）および前記第２の電極（４０６）によって生成された刺激場を操縦する工程をさらに包含する、項目２７に記載の方法。
（項目３３）
前記信号供給源を第２の電極（４０６）に連結する工程が、該信号供給源を、前記キャリアの前記第１の電極（４０４）とは反対の側面上に位置する複数の第２の電極（３、４、５、６、７）に連結することを包含し、該複数の第２の電極（３、４、５、６、７）の少なくとも１つが、該第１の電極（４０４）に垂直である直線上に中心がなく、そして該第１の電極（４０４）上に中心がある、項目２７に記載の方法。

図１は、先行技術による、神経刺激器の断面および平面図である。 図２は、先行技術による、別の神経刺激器の断面および平面図である。 図３は、先行技術による、なお別の神経刺激器の断面および平面図である。 図４は、本発明の１つの実施形態による、神経刺激器の断面および平面図である。 図５は、本発明の別の実施形態による、神経刺激器の断面図である。 図６は、図５の神経刺激器の平面図である。 図７は、本発明のいくつかの実施形態による、短路ゲートのいくつかの例示の形状および配列の平面図である。 図８は、本発明のなお別の実施形態による、神経刺激器の平面図である。 図９は、図８の神経刺激器の底面図である。 図１０は、本発明の１つの実施形態による、リング電極の大写しの図である。 図１１は、本発明の１つの実施形態による、神経刺激器の一部分の大写しの図である。 図１２は、本発明の１つの実施形態による、電極耳部の大写しの図および２つの断面図である。 図１３は、本発明の１つの実施形態による、神経刺激器の一部分の断面図である。 図１４は、本発明の別の実施形態による、神経刺激器の一部分の断面図である。

本発明は、図面と組み合わせて以下の特定の実施形態の詳細な説明を参照することにより完全に理解される。

（特定の実施形態の詳細な説明）
本発明に従って、集中された刺激信号で神経組織を電気的に刺激するための方法および装置が開示される。１つの実施形態では、１つ以上の対の電極が、絶縁されたキャリア上に、これら電極の各々の対の１つがこのキャリアの１つの側面上に配置され、そしてこれら電極の対の他方がこのキャリアの反対の側面上に配置されるように配置される。電気刺激信号が、この電極の対を横切って送達される。その他の実施形態、代替物およびオプションは、以下に、先行技術の簡単な論議の次に説明される。

図１は、従来の長手方向双極神経刺激器１００の断面および平面図である。この刺激器１００は、電気的に非伝導性のキャリア１０２、およびこのキャリア１０２上に配置された２つの電気伝導性の電極１０４および１０６を含む。これら電極１０４および１０６は、信号供給源（図示はされていない）により、伝導性配線（図示はされていない）を経由して給電される。例えば、二相刺激の１つの相の間に、１つの電極１０４は、（＋サインによって示されるような）ポジティブパルスを供給し、そして他方の電極１０６は、（−サインによって示されるような）刺激信号のための戻り経路を形成する。

矢印１０８および１１０は、電流（Ｉ）流れの概略方向を示す。別の相の間では、これら電流の流れは逆転される。結果として、神経組織１１２は２つの位置、すなわち電極１０４および１０６から刺激され、そしてこの刺激は良好に集中されない。電極の１つ１０４を通り電極１０４に隣接する組織中またはそこから流れる電流（Ｉ）の量は、他方の電極１０６を通り、この他方の電極１０６に隣接する組織からまたはそれに流れる電流（Ｉ）の量に等しい。換言すれば、等しい電流が、これら２つの電極１０４および１０６を通って流れる。

図２は、従来の三極神経刺激器２００の断面および平面図である。この刺激器２００は、非伝導性キャリア２０８上に３つの電極２０２、２０４および２０６を含む。２つの電極２０４および２０６は、例えば配線２１０により、電気的に一緒に連結されている。中央の電極２０２を通って流れる電流はＩで示される。この電流の半分（すなわちＩ／２）は、２つの外側の電極２０４および２０６の各々を通って流れる。ここで再び、刺激は良好に集中されない。

図３は、なお別の従来の神経刺激器３００の断面図である。この刺激器３００は、非伝導性のキャリア３０２および２つの電極３０４および３０６を含む。これら２つの電極３０４および３０６は、例えば配線３０８により、電気的に一緒に連結されている。結果として、刺激電流の半分（Ｉ／２）が、これら電極３０４および３０６の各々を通って流れる。刺激信号は、離れた接地電極（図示はされていない）に基づいて提供される。その他の先行技術の神経刺激器と同様に、刺激は良好に集中されない。

（仮想四極神経刺激器）
図４は、本発明の１つの実施形態による、神経刺激器４００の断面図である。この刺激器４００は、非伝導性キャリア４０２、およびこのキャリア４０２の反対側面上に配置された２つの伝導性電極４０４および４０６を含む。しかし、先行技術とは異なり、これら２つの電極４０４および４０６は、電気的に一緒に連結されない。その代わり、刺激信号は、（配線を経由して、図示はされていない）他方の電極４０６に対して電極の１つ４０４に提供される。すなわち、この信号は、電極４０４および４０６を横切って提供される。それ故、同じ量の電流（Ｉ）が電極４０４および４０６の各々を通って流れる。矢印４０８および４１０は、刺激信号の一部分の間の電流流れを示す。この刺激信号の別の一部分の間にこの電流流れは逆転され得る。

断面Ａ−Ａに示されるように、キャリア４０２の断面形状は丸いか、または卵形であり得る。あるいは、断面Ａ−Ａ（代替）に示されるように、キャリア４０２の断面形状は矩形であり得る。その他の実施形態では（図示はされていない）、このキャリア４０２は、その他の断面形状を有し得る。このキャリア４０２の厚み４１２、すなわち２つの電極４０４と４０６との間の距離は、キャリア４０２の断面形状とともに、所望の特徴を有する刺激場を提供するように選択され得る。例えば、電極４０４と４０６との間のより大きな距離は、より小さな分離距離よりも強力な刺激信号を必要とせず；しかし、より大きな分離は、しばしば、より集中しない刺激場を生じる。

断面Ａ−Ａおよび断面Ａ−Ａ（代替）中で矢印によって示されるように、電流の半分（すなわち、Ｉ／２）がキャリア４０２の各側面上で流れる。結果として、神経組織１１２は単一の点、すなわち、神経組織１１２に面する電極４０４から刺激される。代表的には、この刺激器４００は、それが神経組織１１２の平面に平行な平面にあるように位置決めされる。それ故、この刺激電極４０４は、この平行な平面内にある。他方の電極４０６もまた、神経組織１１２に平行な平面内にあるが、この他方の電極４０６の平面は、刺激電極４０４の反対の側面上に位置される。この他方の電極４０６の平面は、本明細書では「反神経（ａｎｔｉｎｅｕｒａｌ）」、すなわち、刺激電極４０４の平面とは反対の側面と称される。本発明者は、この戻り電極４０６を反神経に配置することが刺激神経を集中することを発見した。

神経組織１１２から見られるように、そして断面Ｂ−Ｂに見られるように、この神経刺激器４００は、丸いか、または矩形のような任意の形状を有し得る。

これら電極４０４および４０６および配線（図示はされていない）は、従来の写真平板、電着、パルス化レーザーレーザーアブレーション堆積またはその他の技法を用いて製作され得る。例えば、白金が、従来キャリア上に堆積され得る。

（短路ゲート）
必要に応じて、図５および６に示されるように、「短路ゲート（ｓｈｕｎｔ ｇａｔｅ）」５００が、神経刺激器４００のキャリア４０２中に含められる。（図６は、神経刺激器４００の平面図である。）この短路ゲート５００は、少なくとも一部の刺激信号のためにキャリア４０２を通る伝導性または低インピーダンスの経路を提供する。それ故、電極４０４からの電流の少なくとも一部は、他方の電極４０６まで、キャリア４０２を一周して流れるよりむしろ、この短路５００を通って流れる。本発明者らは、いくつかの状況では、この短路ゲート５００が、刺激信号の改良された集中を提供することを発見した。

この短路ゲート５００は、キャリア４０２を通るか、またはその上に形成される開放通路、穴、溝、スロットまたはその他の開口部（集合的に本明細書中では「穴」と称する）であり得る。この場合、伝導性の体液または組織が、この短路ゲート５００を満たす。あるいは、このキャリア４０２は、電着白金カラム、または導電性ポリマー（例えば、ポリピロール）のような、電気伝導性または低インピーダンス（本明細書では集合的に「低インピーダンス」と称される）材料から形成される短路ゲート５００を有するように作製され得る。必要に応じて、短路ゲート５００の一部は、開放通路であり、そしてその他は、キャリア４０２中の低インピーダンス材料である。

このシャントゲート５００の電気抵抗（Ｒ）は、以下の等式に従って算出される：
Ｒ＝（Ｒ_０Ｌ）／Ａ
ここでＲ_０は穴中の体液または組織の抵抗率であるか、または短路ゲート５００中の低インピーダンス材料の抵抗率であり；Ｌは各短路ゲートの長さ（代表的には、キャリア４０２の厚み４１２）であり；そしてＡは短路ゲート５００の断面積または表面積である。低抵抗（Ｒ）は、大きな面積（Ａ）および／または短い長さ（Ｌ）を用いることにより達成され得る。

図６に示される短路ゲート５００は、対称、直線様式で配列された一直線で狭いスロットであるが、他の短路ゲート形状、対称物／非対称物および配列物が用いられ得る。図７は、その他の例示の、しかし非制限的な、形状、対称物／非対称物および配列物を示す。

さらに、これら短路ゲートは、キャリアの表面に対して垂直である必要はない。例えば、図５に示されるように、短路ゲート５０２は、キャリア４０２の表面に対して９０゜以外の角度で形成され得る。

さらに、短路ゲート５００と刺激電極４０４との間の距離は変動され得る。すなわち、すべての短路ゲート５００が刺激電極４０４から同じ距離で配置される必要はない。短路ゲート５００の（刺激電極４０２に対する）数、形状、配列、角度および配置は、所望の刺激場を形づくり、そして配向するように選択され得る。刺激電極４０４と短路ゲート５００との間の距離は、所望の形状および／または配向を有する刺激場を生成するように選択され得る。あるいはまたは加えて、短路ゲート５００は、刺激電極４０４の周りで対称または非対称に位置決めされ得る。上記キャリアの厚み４１２は、刺激電極４０４と戻り電極４０６との間で所望の経路長さを達成するよう選択され得る。この経路長さが比較的短い限り、上記刺激場は、上に記載されるその他の幾何学的パラメーターによって影響され得る。

（刺激電極のアレイ）
上に記載の神経刺激器４００は、１つの刺激電極４０４および１つの戻り電極４０６を含む。しかし、図８に示される神経刺激器８００によって例示されるその他の実施形態では、いくつかの刺激電極８０２が、単一の非伝導性キャリア上に配置される。例えば、脊髄刺激のために、神経刺激器８００は、約１ｃｍ×３ｃｍであり得るキャリア上に数百の刺激電極８０２を含み得る。その他の数の刺激電極８０２およびその他の寸法が用いられ得る。

代表的には、必ずしもそうであるとは限らないが、電極８０２の各々は、別個の配線（図示はされていない）によって信号供給源（図示はされていない）に連結されている。いくつかの実施形態では、各電極８０２は、それ自体の信号供給源を有する。必要に応じて、スイッチングマトリックスまたはその他の回路（図示はされていない）が、１つ以上の信号供給源と複数の電極８０２との間に連結され、電極８０２のどの電極に刺激信号が所定の時間に提供され、そして必要に応じて、どの信号供給源がこれら電極８０２に連結されるのかを選択する。それ故、これら電極８０２の各々には別個に刺激信号が供給され得るか、または任意の信号は供給されない。結果として、ＣＩにおける場合のように、神経組織の個々の領域は、個々の電極８０２または電極８０２の群によって刺激され得る。必要に応じて、電極８０２の群は電気的に一緒に連結され得、そしてそれ故、共通の刺激信号を受ける。

いくつかの実施形態では、刺激電極８０２の各々は、キャリア８０４の反対の側面上に配置された対応する戻り電極（図８では見えない）を有する。これらの戻り電極は、各々、キャリア８０４中に連結した配線を有し得、信号供給源への戻り経路を提供する。これら戻り電極は、そうである必要はないが、対応する刺激電極８０２と同じサイズおよび形状を有し得る。あるいは、これら戻り電極は、対応する刺激電極８０２より大きいか、またはより小さくあり得る。同様に、これら戻り電極は、刺激電極８０２とは異なる形状を有し得る。

いくつかの実施形態では、各々の戻り電極は、対応する刺激電極８０２の中心を通って垂直に延びる直線上に中心がある。その他の実施形態では、これら戻り電極は、それらの対応する刺激電極８０２と中心が同じではない。なおその他の実施形態では、スイッチングマトリックスまたはその他の回路が、その時々に、どの戻り電極が所定の刺激電極８０２に対応するのかを変える。

（リング電極）
１つの実施形態では、各々の戻り電極は、図９に示されるような伝導性リング９００である（図９は、図８の神経刺激器８００の底面図である。）あるいは、戻り電極９００は、その他の中空でない形状または開放形状（例えば、多角形）で作製され得る。開放形状の多角形戻り電極は、それらの形状にかかわらず、本明細書では「リング」と称される。

各々の戻り電極９００は、好ましくは、その対応する刺激電極８０２上に中心がある。あるいは、上で論議されるように、これら戻り電極は、それらの対応する刺激電極上に中心がある必要はない。必要に応じて、上で論議されたように、スイッチングマトリックスまたはその他の回路が、その時々で、どの戻り電極９００が所定の刺激電極に対応するのかを変えるために用いられる。

好ましくは、組織に曝される各々のリング電極９００の総伝導性表面積は、組織に曝されている対応する刺激電極８０２の総伝導性表面積にほぼ等しい。これら戻り電極９００は、写真平板、電着、パルス化レーザーレーザーアブレーション堆積またはその他の技法を用いてキャリア８０４上に製作され得る。

１つの実施形態では、一つのリング電極９００が図１０に示され、各々の刺激電極８０２は直径が約３００μｌであり、そして各々のリング電極９００は約６００μの内径１０００を有する（図１０では、刺激電極８０２は隠れている（すなわち、キャリア８０４の底からは見えない）ことを示すため、点線を用いて示される）。各リング電極９００の幅１００２は、刺激電極８０２の直径およびリング９００の直径１０００に基づき算出され得、上で論議されたように、これら２つの電極は、ほぼ等しい表面積を有する。一般に、リング電極８０２の幅１００２は、刺激電極８０２の直径より有意により小さい。例えば、リング９００および刺激電極８０２の直径は、以下のように関連付けられ得る：

ここでＤ_ｏｕｔはリング９００の外径であり；Ｄ_ｉｎはリング９００の内径１０００であり；そしてＤは刺激電極８０２の直径である。

その他の実施形態では、刺激電極８０２のその他のサイズおよび／またはリング電極９００のその他のサイズが用いられ得る。例えば、直径が３００μより小さい刺激電極が用いられ得、そして約１または２ｍｍの直径１０００を有するリング電極９００が用いられ得る。

あるいは、戻り電極の群が電気的に一緒に連結され得、刺激電極８０２の群のための共通の接地戻り電極を提供する。１つの実施形態では、単一の伝導性平面が、個々の戻り電極９００に代わって用いられる。

なお別の実施形態（その一部分は図１１に示される）では、キャリア１１００は、リング電極９００と刺激電極８０２との間に短路ゲート１１０２を含む。必要に応じて、またはそれに代わって、キャリア１１００は、リング電極９００の外側に短路ゲート１１０４を含む。上記で論議されたように、これら短路ゲート１１０２および１１０４は任意の形状またはサイズであり得、そして刺激電極８０２およびリング電極９００に対して任意の配向を有する。また、上述のように、いくつかまたはすべてのリング電極９００は、電気的に一緒に連結され得る。別の実施形態では、キャリア１１００の底は、短路ゲート１１０２／１１０４によって穿孔された単一の伝導性戻り電極によって大部分が覆われている。

（電極アンカー）
注記されるように、上記電極は、非伝導性キャリア中に保持される伝導性材料から作製される。用いられる材料および電極のサイズに依存して、いくつかの電極は、アンカーまたは耳部を含み得、電極をキャリアに固定する。図１２に示されるように、１つの実施形態では、キャリア１２００は電極１２０２を含む。好ましくは、電極１２０２の表面１２０４は、キャリア１２００の表面１２０６と同一平面であるが、電極１２０２の表面１２０４は、キャリア１２００の表面１２０６の上であり得るか、またはその下に押し下げられ得る。アンカー（耳部）１２０８は、電極１２０２上、またはキャリア１２００の表面１２０６の下に形成され、電極１２０２をキャリア１２００に固定する。電極１２０２に連結された配線１２１０がまた、電極１２０２をキャリア１２００に固定する。類似のアンカー（耳部）が、リング（またはその他の形状の）電極（図示はされていない）上に形成され得、リング電極をキャリア１２００に固定する。

（刺激パターン）
非伝導性キャリアの反対側面上に配置された１つ以上の刺激電極および１つ以上の戻り電極のアレイにおいては、電極の数、およびどの対の刺激電極および戻り電極に刺激信号が送られるかに依存して種々のパターンを有する刺激場を生成することが可能である。例えば、図１３に示されるように、キャリア１３００は４つの電極１、２、３および４を含み得、そしてその任意の対が信号供給源（図示はされていない）に連結され得る。これら電極１、２、３および４の各々は配線を有し（図示はされていない）、それを経由して電極は、例えばスイッチングマトリックスまたはその他の回路（図示はされていない）を通して、信号供給源に連結され得る。表１は、信号供給源に連結され得る電極の可能な組み合わせを列挙する。

表１に注記されるように、信号供給源を電極１、２、３または４の１つに、そして遠隔の接地電極に連結することは、常套的である。（表１で言及される「遠隔接地」は、図面には示されていない）。同様に、キャリアの同じ側面上に２つの隣接する電極、例えば、電極１および２、または電極３および４を用いることは、常套的である。

しかし、上記で説明したように、信号供給源を、キャリアの反対側面上の２つの電極、例えば、電極１および４、または電極２および３に連結することは新規であり、かつ先行技術におけるより良好に集中された刺激場を提供する。

さらに、刺激電極の直接背後にない戻り電極、例えば、電極１および３、または電極２および４を用いることは、「軸のずれた（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）」、すなわち、刺激電極を垂直に二分する軸に沿わない刺激場を生成する。この点について、図１４に示されるような反神経平面にある２つ以上の戻り電極を含むキャリアを用いること、および、電極２のよなう特定の刺激電極を、１つ以上の戻り電極３〜７と対合することで、刺激場は、神経組織１１２の選択された部分に向かって操縦され得る。この操縦は、キャリア上で互いに対向して位置決めされている異なる対の電極を単に選択することより多くの空間的分解能を提供し得る。さらに、戻り電極３〜７は、刺激電極に直接対向して位置決めされる必要はなく、そしてキャリアは、刺激電極より多い戻り電極、またはより少ない戻り電極を有し得る。

図１３および１４に示される神経刺激器は、小数の電極を含むが、これら図面は、それに代わって、より多くの電極（図示はされていない）を含む神経刺激器の一部分のみを表すと解釈され得る。さらに、上に記載の短路ゲートは、角度をなす双極の刺激と組み合わされ得る。本明細書中に記載された特徴のその他の組み合わせもまた、可能である。

本発明を、上記に記載の例示の実施形態を通じて説明しているが、当業者によって、本明細書中に開示される本発明の概念から逸脱することなく、示される実施形態への改変、および変形がなされ得ることが理解される。さらに、いくつかの実施形態は、種々の例示の材料および製作技法と組み合わせて記載されているが、当業者は、上記のシステムが、種々のその他の材料または製作技法を用いて具現化され得ることを認識する。同様に、いくつかの実施形態は、蝸牛インプラント（ＩＣ）で用いられ得るが、これら実施形態およびその他の実施形態は、皮質、脊髄または膀胱刺激のようなその他のタイプの神経刺激のため、痛み制御、診断、神経リハビリテーションおよびその他の目的のために用いられ得る。従って、本発明は、添付特許請求の範囲および趣旨によって制限されることを除いて制限されると見られるべきではない。

Claims (32)

1. 神経刺激器であって：
   第１の側面、該第１の側面に対向する第２の側面および内部を有する非伝導性キャリアであって、該キャリアは、少なくとも２つの分離した短路ゲートを備え、ここで分離とは、該短路ゲートが互いに該キャリアの該内部を介して流体連絡していないことを意味し、各短路ゲートは、該キャリアの該第１の側面から該第２の側面へと低電気抵抗経路を提供するために、該キャリアの該第１の側面から該第２の側面へと該キャリアの全体を通って延びる、非伝導性キャリア；
   該キャリアの第１の側面上に配置された少なくとも１つの第１の電気伝導性電極；および
   該キャリアの第２の側面上に配置された少なくとも１つの第２の電気伝導性電極を備え、
   ここで、該少なくとも１つの第１の電極が、該少なくとも１つの第２の電極に電気的に連結されていない、神経刺激器。
2. 前記キャリアが、円形の断面形状を有する、請求項１に記載の神経刺激器。
3. 前記キャリアが、卵形の断面形状を有する、請求項１に記載の神経刺激器。
4. 前記キャリアが、矩形の断面形状を有する、請求項１に記載の神経刺激器。
5. 前記少なくとも１つの第１の電極の各々が、前記少なくとも１つの第２の電極のうちの１つに対応し、そして該少なくとも１つの第２の電極の各々が、該対応する第１の電極に垂直でありかつ該第１の電極の中心を通る直線上に中心がある、請求項１に記載の神経刺激器。
6. 前記少なくとも１つの第１の電極のうちの１つに連結され、そして前記対応する第２の電極に連結される信号供給源をさらに備える、請求項５に記載の神経刺激器。
7. 前記少なくとも１つの第１の電極の各々が前記少なくとも１つの第２の電極のうちの１つに対応し、そして該少なくとも１つの第２の電極の各々が、該対応する第１の電極に垂直でありかつ該第１の電極の中心を通る直線上に中心がない、請求項１に記載の神経刺激器。
8. 前記少なくとも１つの第１の電極のうちの１つに連結され、そして前記対応する第２の電極に連結される信号供給源をさらに備える、請求項７に記載の神経刺激器。
9. 各々の短路ゲートが、前記キャリアを通る穴を画定する、請求項１に記載の神経刺激器。
10. 各々の短路ゲートが、電気伝導性材料を含む、請求項１に記載の神経刺激器。
11. 各々の第２の電極が、前記キャリアの表面から見た場合にリングの電極を備える、請求項１に記載の神経刺激器。
12. 各々のリング電極が、写真平板プロセスによって形成される、請求項１１に記載の神経刺激器。
13. 各々のリング電極が、電着プロセスによって形成される、請求項１１に記載の神経刺激器。
14. 各々のリング電極が、レーザーアブレーション堆積プロセスによって形成される、請求項１１に記載の神経刺激器。
15. 前記少なくとも１つの第１の電極が、アレイに配列された複数の電極を備える、請求項１に記載の神経刺激器。
16. 前記少なくとも１つの第２の電極が複数の電極を備え、該複数の電極の各々が前記キャリアの表面から見た場合にリングの電極を備える、請求項１５に記載の神経刺激器。
17. 前記キャリアが、各第１の電極に近接する少なくとも１つの短路ゲートを含み、各短路ゲートが該キャリアの前記第１の側面から前記第２の側面へと前記キャリアを通って延びる、請求項１５に記載の神経刺激器。
18. 前記少なくとも１つの第１の電極の各々が、前記キャリアの表面の下に配置された少なくとも１つの耳部を備える、請求項１に記載の神経刺激器。
19. 前記少なくとも１つの第１の電極が前記キャリアの第１の側面の領域中に複数の第１の電極を備え、該領域が該複数の第１の電極間にスペースを含み；そして
    前記少なくとも１つの第２の電極が該キャリアの第２の側面上に電気伝導性の表面を備え、該表面が該キャリアの第１の側面上の領域と少なくとも同じ大きさの面積を有する、請求項１に記載の神経刺激器。
20. 前記少なくとも１つの第２の電極が複数の電極を備え、該複数の電極のうちのいくつかが信号供給源に連結可能である、請求項１に記載の神経刺激器。
21. 前記短路ゲートのうちの少なくとも１つが、前記キャリアを通って垂直に延びる、請求項１に記載の神経刺激器。
22. 前記短路ゲートのうちの少なくとも１つが、前記キャリアを通って非垂直に延びる、請求項１に記載の神経刺激器。
23. 短路ゲートの各々が、前記少なくとも１つの第１の電極のうちの１つの周りに配列された複数の短路ゲートを備える、請求項１に記載の神経刺激器。
24. 各短路ゲートが、前記キャリアを通る穴を規定する、請求項１７に記載の神経刺激器。
25. 各短路ゲートが、電気伝導性材料を含む、請求項１７に記載の神経刺激器。
26. 神経組織を刺激するためのシステムであって：
    該システムは、信号供給源、第１の電気伝導性電極および第２の電気伝導性電極を含み、
    該信号供給源は、該第１の電気伝導性電極に連結されるように構成され、該第１の電気伝導性電極は、第１の側面に対向する第２の側面および内部を有する非伝導性キャリアの第１の側面上に配置されており、該キャリアは、少なくとも２つの分離した短路ゲートを備え、ここで分離とは、該短路ゲートが互いに該キャリアの該内部を介して流体連絡していないことを意味し、各短路ゲートは、該キャリアの該第１の側面から該第２の側面へと低電気抵抗経路を提供するために、該キャリアの該第１の側面から該第２の側面へと該キャリアの全体を通って延び、
    該信号供給源は、該第２の電気伝導性電極に連結されるように構成され、該第２の電気伝導性電極は、該キャリアの該第２の側面上に位置し、該第１の電極は、該第２の電極に電気的に連結されておらず、それによって、該第１の電極と該第２の電極との間に電位が生成されることを特徴とする、
    システム。
27. 前記信号供給源の前記第２の電極への連結が、該信号供給源の、前記第１の電極に垂直でありかつ該第１の電極の中心を通る直線上に中心がある電極への連結を含む、請求項２６に記載のシステム
28. 前記信号供給源の前記第２の電極への連結が、該信号供給源の、前記第１の電極に垂直でありかつ該第１の電極の中心を通る直線上に中心がない電極への連結を含む、請求項２６に記載のシステム。
29. 少なくとも一部が、前記第１の電極に垂直であり、かつ該第１の電極の中心を通る軸に沿った方向の刺激場を生成するための手段をさらに含む、請求項２６に記載のシステム。
30. 前記第１の電極に垂直でない軸に沿った方向の刺激場を生成するための手段をさらに含む、請求項２６に記載のシステム。
31. 前記第１の電極および前記第２の電極によって生成された刺激場を操縦するための手段をさらに含む、請求項２６に記載のシステム。
32. 前記信号供給源の前記第２の電極への連結が、該信号供給源の、前記キャリアの前記第２の側面に位置する複数の第２の電極への連結を含み、該複数の第２の電極のうちの少なくとも１つが、前記第１の電極に垂直でありかつ該第１の電極の中心を通る直線上に中心がない、請求項２６に記載のシステム。

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