JP4950055B2 - 皮膚感覚受容器の電気刺激のための方法および手段 - Google Patents
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Description
electrical nerve stimulation,TENS)が、70年代に開発された(Flowerdew et
al. (1997); Osiri et al, (2003))。この方法においては、刺激対象をなす神経の上方に位置した皮膚に対して取り付けられた表面電極を使用する。刺激の強さは、Aβファイバとして分類されかつ触覚情報を付帯した大きな神経ファイバが主に活性化され得るようなものとされる。TENSの様々な態様が知られており、クリニックにおいて頻繁に使用されている。従来的なTENSにおいては、触覚Aβファイバを高周波によって刺激する。他の形態をなすTENSが、後に、筋肉から深い求心性神経を活性化し得るものとして、開発された(Sjolund et al. 1990 )。この場合、TENSは、筋収縮を引き起こす強度でもって、低周波で与えられる。これら双方の方法は、動作メカニズムは異なるように思われるものの、無痛覚であることが示されている(Sjolund et al. 1990 )。しかしながら、TENSは、Cファイバとして分類される無髄ファイバの刺激には適していない。TENSを使用した場合、Cファイバを活性化させるのに必要なしきい値電流は、非常に大きなものであり、そのため、許容することができない。TENSの臨床効果は、Flowerdew 氏および Goadsby 氏によって(1997年)、また、 Osiri 氏他によって(2003年)、要約されている。
Stimulation,CFS)と称される新技術が、導入された(Schouenborg, 1995; Nilsson et al., 1997, Nilsson and Schouenborg, 1999; Nilsson et al, 2003, 2004)。CFSにより、Aβファイバを効果的に刺激することなく、細い(AδおよびC)皮膚ファイバを位置的に制限しつつ許容可能に電気刺激することができる。CFSにおいては、フレキシブルなゴムプレートであって、複数のニードル状電極が2cmという等間隔でもってマルチアレイとして固定されたフレキシブルなゴムプレートを使用する。各電極は、プレートから2.0mmだけ突出しているような約2.0mm直径の隆起した『ストップデバイス』によって、囲まれる。電極の先端は、通常、ストップデバイスから0.3mmだけ突出する。電極プレートをゆっくりと皮膚に押しつけた際には、電極の先端が、表皮と真皮の表層の一部とにおいて受容器の近傍に導入される(Kruger et al.,1985)。電極が、表皮の電気的に絶縁された角質層を横断することにより、そして、電流密度が、鋭い電極先端の近傍において大きいことにより、皮膚神経ファイバを刺激するのに必要な電圧および電流は、小さく、典型的には、10Vより小さくかつ0.8mA以下である。電流密度が距離とともに急速に減少することにより、局所化された刺激が達成される。電極は、一定の電流刺激装置によって継続的に刺激される。各電極に関する周波数は、1〜10Hz(パルスの持続時間は、1.0ms)とされ、処理の継続時間は、5〜45分間とされる。自己接着性表面(TENS)電極が、アノードとして機能し、通常は、ニードル状電極プレートから5〜30cmだけ離間したところに配置される。CFSの臨床効果は、2004年に Nilsson 氏他によって要約されている。
1mm以上であり、より好ましくは0.2または0.3mm以上であり、また、10mmまでであり、あるいは、それ以上である。
−電気刺激を継続的にかつ経皮的に制御しつつ印加するための手段を準備するとともに、この手段を、CP電極およびNL電極からなるパターンを有した刺激面を備えたものとし;
−刺激面を被処理皮膚領域に対して当接させ、さらに、皮膚に対して電極を突き刺して電極を皮膚内に侵入させ;皮膚に対してまたは手段に対して導電手段を適用することによって、電極と皮膚との間の電気接触を付加的に向上させ;
−被処理皮膚領域に対して電極を介して繰返し的に継続的な刺激を印加することにより感覚神経を刺激する。
本発明による電極プレートの第1実施形態が、図1および図3に示されている。フラットな電極プレート10は、ポリマー材料からなるプレート部材1を備えている。プレート部材1は、その前面上に、複数のNL電極2,3,5からなる矩形アレイを付帯している。各NL電極は、ベース3と、尖鋭な先端5付きの電極部材2と、を有している。プレート部材1は、その前面上に、さらに、複数のCP電極4を付帯している。図6のように、4つのNL電極2,3,5からなる列U等の間に、図6のように、CP電極4からなる列u等が配置されている。列u等の各々は、3つの電極を備えている。各CP電極4は、隣り合う列内の2対をなすNL電極2,3,5から等距離のところに配置されている。継続的な刺激を行い得るよう、NL電極およびCP電極がなす列または行は、互いに電気的に接続することができる。しかしながら、代替的には、同じ種類の複数の電極からなる任意の所望の組合せでもって、あるいは、各個別の電極によってさえ(図3)、互いに独立に刺激を行うことができる。この場合には、制御された電気パルスを供給する公知の種類のマルチチャネル刺激装置に対して接続された対応する電気接続を、例えば束ねられたケーブル11を、各電極に対して、あるいは、複数の電極の組合せに対して、接続することにより、行われる。各NL電極2,3,5は、プレート部材1の一側縁に沿って配置された半田付けボード8に対して、スクリーンプリントされた導電性金属バンド6を介して、接続されている。各CP電極4は、対応するバンド7を介して、接続されている。金属バンド6,7の、半田付けボード上における終端部分は、絶縁された銅ワイヤ(図示せず)を介して、刺激装置に対して接続されている。これにより、各NL電極2,3,5に対して、および、各CP電極に対して、互いに個別的にパルス状DC電流を供給できるようになっている。NL電極どうしの間には、接着材料製パッチ9が配置されている。これにより、電極プレート10を皮膚に対して確実に取り付けることができる。電気リード線6,7は、ポリマー材料製の薄い層によって、皮膚から絶縁されている。同じく、ベースプレート3も、また、電極部材2の、尖鋭な先端5として延出されている短い部分を除く大部分も、ポリマー材料製の薄い層によって、皮膚から絶縁されている。接着剤に加えて、ある
いは、接着に代えて、電極プレート10は、包帯やリボンや石膏等(図示せず)によって、選択された皮膚領域に固定することができる。
本発明の1つの実施形態においては、例えばポリエステル製シートといったような薄くかつフレキシブルなシートに対して結合された導電性ストラップを使用することにより、CP電極および/またはNL電極を、マルチチャネル刺激装置に対して接続することができる。これらストラップは、電極とマルチチャネル刺激装置との間の接触箇所を除いては、例えばプラスチック製の非導電性フィルムによって互いに電気的に絶縁される。他の実施形態においては、本発明の電極プレートに対して取り付けられた細い導電性ワイヤを使用することにより、CP電極および/またはNL電極を、刺激装置に対して接続することができる。ストラップまたはワイヤは、それらストラップまたはワイヤのうちの、容易な接続のために電極プレートの外周側壁のところに位置した自由端と、外部のマルチチャネル刺激装置(刺激ユニット)と、の間の接続箇所を除いては、電気的に絶縁される。
ポリマー材料製の本発明による電極プレートには、前面と背面との間にわたっての連通をもたらす貫通穴を形成することができる。これにより、皮膚から発散する湿気を蒸発させることができる。好ましくは、貫通穴の割合は、前面および背面の表面に対して、1%〜30%とされる。これに代えて、例えば開放気泡付きのポリウレタンといったように、電極プレートの主要構造を形成するポリマー材料を、水蒸気を透過させ得るものとすることができる。
本発明による電極プレートは、例えば、高温で薄いポリエステルシートを圧縮成型することにより、得られる。電極プレートは、生体の様々な湾曲に適応し得るような、なおかつ、医療用途において使用可能であるような、フレキシブルな材料(例えば、薄いポリエステル)から形成される。電極プレートの硬さは、電極プレートの平坦化時に電極プレート内に張力を引き起こし得るよう、十分に大きなものでなければならない。硬さは、適切な厚さのポリエステルシートを選択することによって、決定することができる。上述したように、電極プレートの硬さが、場所によって違う硬さとされていることが有利である。例えば、ニードル状電極がプレートに対して取り付けられるサイトの近傍においては、相対的に大きな硬さが必要とされる。これに対し、特に、電極プレートに対するNL電極の取付サイトと電極プレートに対するCP電極の取付サイトとの間に位置する領域においては、例えば、隆起部分の頂部または頂点と凹所の底部領域との間の傾斜領域においては、相対的に小さな硬さが必要とされる、すなわち、フレキシブルであることが必要とされる。そのような硬さの違いは、電極プレートの厚さを場所ごとに相違させることによって、実現することができる。すなわち、厚さを低減させた場所は、フレキシブルさが増大する。しかしながら、本発明による電極プレートは、例えば前記のポリエステルプレートといったような弾性的かつフレキシブルな材料からだけではなく、弾性的に拡張可能すなわち引き伸ばし可能な材料から形成することもできる。このタイプの好ましい材料は、ポリウレタンである。例えば、NL電極および/またはCP電極を取り付けることを意図した電極プレート部分に対して十分な硬さを付与し得るよう、ポリウレタンマトリクス内に、例えばガラスファイバやカーボンファイバといったような硬さを補助する添加材を加えることができる。硬さを補助する材料は、変位方向におけるマトリクスの拡張を防止する。
NL電極およびCP電極に対しては、継続的な刺激を提供する刺激装置によって、互いに個別にアドレッシングすることができる。そのような刺激装置は、市販されている。電極プレートのマルチチャネル構成のために、任意の所望の刺激パターンを、形成することができる。マルチチャネル刺激装置ユニットは、できるだけ小さなものであるべきであるとともに、マルチワイヤケーブルを介して電極プレートに対して接続されるべきである。1回〜3回分の処置に相当する十分な電力を供給する充電式バッテリーが、好ましい。
刺激は、複数のCP電極および複数のNL電極のうちの任意のもの(通常は、カソード)、および、参照電極(通常は、アノード)、を使用して形成される。好ましくは、CP電極が、参照電極として使用される。電流が常に同じCP電極を通過するという状況を回避するために、刺激装置は、参照電極(すなわちアノード)として、活性なもの(すなわちカソード)を除いて、多数のまたはすべてのCP電極を使用し得るように、プログラムされているべきである。例えば、ある瞬間においては、電流は、1つのCP電極(カソード)および/または1つのNL電極(カソード)を流れ、その際、残りのプレート電極は、アノードとして機能する。その後の刺激パルスは、カソードとして機能する他のCP電極を介して供給され、その際、他のCP電極がアノードとして機能する。以下、同様のことが繰り返される。
本発明による電極プレートを、4人の健康な大人に関して、テストした。電極プレートは、20mm間隔で配置された4つのNL電極が4行にわたって配置されてなる矩形アレイを備えたものとした。各NL行の側部には、導電性接着剤によって被覆されたCP電極からなる行(合計で5個)を配置した。NL電極は、一体部材として形成した。NL電極の活性な長さは、0.5mmとした。電極プレートを、各NL行および各CP行に対して個別的にかつ継続的にパルスを供給し得る刺激装置によって、制御した。
2 電極部材(NL電極)
3 ベース(NL電極)
4 CP電極
5 先端(NL電極)
10 電極プレート
Claims (26)
- 電極プレートであって、
前面および背面を有してなる硬いまたはフレキシブルな非導電性プレート部材と、
小さな皮膚Aδ/Cファイバの電気刺激のための、パターン状でもって前記前面上に配置された複数のニードル状電極(以下、『NL電極』と称す)と、
大きな皮膚Aβファイバの電気刺激のための、前記前面上に配置された複数の導電性プレート電極(以下、『CP電極』と称す)と、
を具備していることを特徴とする電極プレート。 - 請求項1記載の電極プレートにおいて、
前記CP電極が、1つの前記NL電極の周囲においてなおかつ当該NL電極と隣接NL電極との間において2〜4個の前記CP電極が配置されているようにして、前記NL電極に対して近接して配置されていることを特徴とする電極プレート。 - 請求項1または2記載の電極プレートにおいて、
前記前面と前記背面との間にわたって連通する複数の通風用貫通穴を具備していることを特徴とする電極プレート。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極プレートにおいて、
前記電極プレートを皮膚に対して取り付け得るよう、前記前面の一部上に配置された導電性または非導電性の接着剤を具備していることを特徴とする電極プレート。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極プレートにおいて、
前記NL電極が、導電性ベースと、このベースから垂直に延出された長尺の導電性部材と、を備えていることを特徴とする電極プレート。 - 請求項5記載の電極プレートにおいて、
前記電極部材が、尖鋭な自由端を有していることを特徴とする電極プレート。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の電極プレートにおいて、
前記NL電極をまたは前記CP電極をまたは前記NL電極グループをまたは前記CP電極グループを刺激ユニットに対して接続し得るよう、前記NL電極の1つまたは複数のものに対して接続されたまたは前記CP電極の1つまたは複数のものに対して接続された電気導体を具備していることを特徴とする電極プレート。 - 請求項7記載の電極プレートにおいて、
前記導体が、前記電極プレートの前記前面に対して取り付けられていることを特徴とする電極プレート。 - 請求項8記載の電極プレートにおいて、
前記導体が、スクリーンプリントによって前記電極プレートに対して取り付けられていることを特徴とする電極プレート。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の電極プレートにおいて、
さらに、前記前面上に設けられた隆起部分を具備し、
前記NL電極が、前記前面上の前記隆起部分上に取り付けられていることを特徴とする電極プレート。 - 請求項10記載の電極プレートにおいて、
前記隆起部分が、単一のNL電極を、または、複数のNL電極からなる列を、付帯し得るように、構成されていることを特徴とする電極プレート。 - 請求項10または11記載の電極プレートにおいて、
前記電極プレートのフレキシブルさが、前記電極プレート部材のうちの、前記NL電極を付帯した部分と、前記CP電極を付帯した部分と、の間の中間部分によってもたらされていることを特徴とする電極プレート。 - 請求項12記載の電極プレートにおいて、
前記中間部分が、圧縮可能なおよび/または拡張可能なものであることを特徴とする電極プレート。 - 請求項13記載の電極プレートにおいて、
前記中間部分が、弾性的に圧縮可能なものおよび/または弾性的に拡張可能なものであることを特徴とする電極プレート。 - 請求項12〜14のいずれか1項に記載の電極プレートにおいて、
前記導電性接着剤が、前記電極プレート部材のうちの、前記CP電極を付帯している部分上に配置されていることを特徴とする電極プレート。 - 請求項15記載の電極プレートにおいて、
前記導電性接着剤が、前記CP電極に対して電気的に接触した状態で配置されていることを特徴とする電極プレート。 - 人の皮膚に対して電気刺激を印加するためのアセンブリであって、
請求項1〜16のいずれか1項に記載の電極プレートと、
継続的な刺激を行うために、前記NL電極および前記CP電極に対して個別的にアドレッシングし得るマルチチャネル刺激装置ユニットと、
を具備していることを特徴とするアセンブリ。 - 請求項17記載のアセンブリにおいて、
前記CP電極が、前記NL電極を参照電極として機能させ得るようにして、前記刺激装置ユニットによって制御されることを特徴とするアセンブリ。 - 請求項17または18記載のアセンブリにおいて、
前記CP電極が、参照電極として機能し得るよう、アノードとして接続されていることを特徴とするアセンブリ。 - 請求項17〜19のいずれか1項に記載のアセンブリにおいて、
前記刺激装置が、参照電極として活性なものを除いては、大部分のまたはすべての前記CP電極を使用し得るようにプログラムされていることを特徴とするアセンブリ。 - 請求項17〜20のいずれか1項に記載のアセンブリにおいて、
前記CP電極のうちの1つと、これに隣接する1つのNL電極とが、フェーズロックされていることを特徴とするアセンブリ。 - 請求項21記載のアセンブリにおいて、
継続的な刺激が、ランダムなパターンであることを特徴とするアセンブリ。 - 請求項21記載のアセンブリにおいて、
継続的な刺激が、規則的なパターンであることを特徴とするアセンブリ。 - 請求項17〜23のいずれか1項に記載のアセンブリにおいて、
前記刺激装置が、Aβファイバを刺激し得るよう、前記CP電極に対して、0.1〜10Hzというバースト周波数を有し50〜400Hzという内部周波数を有しかつ最大で100msという1個のCP電極あたりのバースト長さを有しかつ0.05〜0.3msというパルス持続時間を有しかつ最大で50mAという電流強度を有したパルストレイン(すなわち、バースト)を供給することを特徴とするアセンブリ。 - 請求項17〜24のいずれか1項に記載のアセンブリにおいて、
前記刺激装置が、前記NL電極に対して、0.1〜10Hzという周波数を有しかつ0.5〜10.0msというパルス持続時間を有しかつ最大で2mAという電流強度を有したパルスを供給することを特徴とするアセンブリ。 - 請求項1〜16のいずれか1項に記載の電極プレートまたは請求項17〜25のいずれか1項に記載のアセンブリの使用であって、
競技会に参加させる前に、例えば馬や犬といったような動物の皮膚を刺激するために使用することを特徴とする使用。
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