JP5240866B2 - 胃腸カプセル - Google Patents

Description

本発明は、一般的にはメディカルデバイスに関し、特に胃腸管に取り込まれる摂取可能なカプセルに関する。

胃腸管の診断に用いられる、摂取可能なカプセルのようなメディカルデバイスは、市場で一般的である。ここで援用される国際出願公開公報ＷＯ０７０１３０５９Ａ２号には、病的肥満の治療目的で、胃や腸のような器官に取り込まれる延伸可能カプセルが開示されている。カプセル本体に付属した一つ以上のアームが、器官の内表面の各接触点に接触するように延伸する。アームは、滑る動作、傾く動作、垂直に圧力をかける動作などを繰り返し行ない、それによって器官の内表面の各接触点の刺激、移動を行なう。

国際出願公開公報ＷＯ０７０１３０５９Ａ２号

便秘は代表的な重大問題である。全世界で１億３０００万人以上がこの問題に悩んでいる。現在の薬物治療は一部有効であるが、重大な副作用もある。腹壁をマッサージなどで振動させることは、一般的には、胃腸管を刺激して便秘を軽くする。しかし、この技法は面倒であるし、厚い筋肉質の腹壁をもつ患者には、振動が弱められて効果が薄い。このため、交互に繰り返し腸壁を加圧し、振動させて刺激するデバイスは役立つ。

本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明の胃腸カプセルは、揺動手段を囲む中空シェルを有する胃腸カプセル（ＧＩＣ）であって、
前記胃腸カプセルは、設定遅延時間の後、前記揺動手段を励起する励起機構を有し、
前記揺動手段は、モーター軸に付属したアンバランスな錘、電磁石、バイアススプリング、エレクトロ・アクティブ・ポリマー（ＥＡＰ）、誘電体エラストマー・アクチュエーター（ＤＥＡ）、圧電材料からなる群から選択されたアクチュエーター、およびそれらの任意の組み合わせからなるアクチュエーターを備える。
（２）本発明の胃腸カプセルは、前記中空シェルが互いに滑動結合された２つのセグメントからなる。
（３）本発明の胃腸カプセルは、前記２つのセグメントが相互に移動可能であり、前記揺動手段が移動を与える。
（４）本発明の胃腸カプセルは、前記揺動手段にエネルギーを供給する電池をさらに含む。
（５）本発明の胃腸カプセルは、前記励起機構が前記揺動の時間プロファイルを与える。
（６）本発明の胃腸カプセルは、前記揺動手段が前記モーターであり、前記胃腸カプセルがさらに前記モーターに加わる機械的負荷を測定する手段を有する。
（７）本発明の胃腸カプセルは、前記モーターが２つのモードで動作し、その１つはセンシングモードで、他は揺動モードであり、前記揺動モードのモーターの出力は、前記センシングモードのモーターの出力に比べ、非常に高い。
（８）本発明の胃腸カプセルは、少なくとも一つの弾性スパイクが前記中空シェルの表面に付属し、前記少なくとも一つの弾性スパイクが生分解性材料からなる。
（９）本発明の方法は、揺動手段を囲むシェルを有する摂取可能な胃腸カプセル（ＧＩＣ）を用いて哺乳類の胃腸管の一部の壁を機械的に刺激する方法であって、
ａ．前記胃腸カプセルを摂取するステップ、
ｂ．設定時間間隔を待つステップ、
ｃ．前記胃腸カプセルを揺動するための揺動手段を励起し、励起手段に加わる機械的負荷のレベルを測定し、
前記揺動が、震える、揺れ動く、急激に揺れる、衝突する、振動する、前記シェルを繰り返し断続的に軸方向に伸縮する動作からなる群から選択された動作、さらに以上の組み合わせ動作からなる方法である。
（１０）本発明の方法は、前記時間間隔が数分から２時間の範囲である。
（１１）本発明の方法は、前記時間間隔が２時間を超える。
（１２）本発明の方法は、前記時間間隔が４時間を超える。
（１３）本発明の方法は、前記時間間隔が６時間を超える。
（１４）本発明の方法は、前記活性化が周囲のｐＨの変化により自動的に行なわれる。
（１５）本発明の方法は、前記活性化が周囲のｐＨの設定レベルにより自動的に行なわれる。
（１６）本発明の方法は、前記励起が信号の伝達により行なわれ、前記信号が、高周波（ＲＦ）、超音波（ＵＳ）、赤外線（ＩＲ）信号からなる群から選択された信号、およびそれらの組み合わせ信号による。
（１７）本発明の方法は、さらに、前記胃腸カプセルの表面に付属した少なくとも１個の弾性スパイクを、前記活性化の前に解放するステップを含み、前記少なくとも１個の弾性スパイクが生分解性材料からなる。
（１８）本発明の方法は、さらに、前記機械的負荷が設定閾値を超えたとき、前記刺激手段の出す力を増加させることを含む。
（１９）本発明の方法は、刺激手段を囲むシェルを有する摂取可能な胃腸カプセル（ＧＩＣ）により、哺乳類の胃腸管の一部の壁を機械的に刺激する方法であって、前記方法は、周囲のｐＨの設定レベルにて自動的に前記刺激手段を活性化する。
（２０）本発明の方法は、刺激手段を囲むシェルを有する摂取可能な胃腸カプセル（ＧＩＣ）により、哺乳類の胃腸管の一部の壁を機械的に刺激する方法であって、前記方法は、周囲のｐＨのレベル変化が設定レベルを超えたとき、自動的に前記刺激手段を活性化する。

本発明の実施態様により胃腸カプセルは胃不全麻痺の治療に用いられる。本発明の他の実施態様により、胃腸カプセルは小腸の慢性の偽性閉塞および／または弛緩症あるいは低張性の疾患の治療に用いられる。さらに、本発明の胃腸カプセルは、胃腸管の運動機能の急性麻痺を起こすおそれのある、急性感染あるいは胃腸管または腹膜の炎症後の腹部手術後の、胃腸の運動性を回復あるいは改善するのに用いられる。

本発明の好ましい実施態様による胃腸カプセルの等角断面図である。 本発明の他の好ましい実施態様による、収縮位置にある胃腸カプセルの等角断面図である。 図２の胃腸カプセルの部分断面図である。

本発明により、交互に、繰り返し活発に胃腸（ＧＩ）壁を加圧し、振動させる胃腸カプセル（ＧＩＣ）が提供される。本発明の胃腸カプセルは、ユーザーに摂取される前に活性化がセットされる。摂取された胃腸カプセルは、セットアップと摂取に続き、自動的に設定時間に活性化する。活性化した胃腸カプセルは、活発に動揺し、震え、揺れ動き、急激に揺れ、振動し、および／または伸縮運動をし、これによって、胃腸壁の隣接部分を機械的に刺激する。加圧による機械的振動、周期変動と機械的衝撃が、胃腸管の一部に含まれる糜汁内に励起される。あるいは、胃腸カプセルを揺動させることにより、胃腸管の壁に直接作用する。揺動は胃腸カプセルに備えられた揺動手段により行なわれる。そのような本発明の胃腸カプセルの備える揺動手段は、次のいずれかを含む；電気モーターの軸に取付けたアンバランスな錘、電磁石のようなアクチュエーター、エレクトロ・アクティブ・ポリマー（ＥＡＰ）、誘電体エラストマー・アクチュエーター（ＤＥＡ）。このような手段は圧電材料より好ましい、というのは、前者は相当な距離にわたり胃腸カプセルを活発に動かすことができ、その結果、相当な圧力変化を生じ、機械的動揺は、吸収され衰退する前に、相当な距離を進む。

本発明の方法による胃腸管の運動活性を刺激することは、次のステップを含む；（ａ）胃腸管に沿って移動する胃腸カプセルを摂取するステップ、（ｂ）胃腸カプセルが胃腸管の予定の部分に達したとき、胃腸カプセルが激しく動揺し、震え、揺れ動き、急激に揺れ、衝突し、および／または振動するように活性化させるステップ。糜汁が腸管を通過する時間は知られているか、あるいは追加で個々に測定される。本発明の好ましい実施態様により、摂取時から活性化までの遅延時間は、胃腸カプセルが胃腸管の目的部に到達したら活性化するように設定される。活性化した胃腸カプセルは、機械的に胃腸管の壁を刺激し、蠕動波を誘発し、この部分の運動活性を刺激する。機械的刺激は、この部分の壁に衝突し、加圧するカプセルの運動に影響される。カプセルの活性化は、摂取前にセットされたときから設定時間経過後、自動的に行なわれる。本発明による活性化は、多数の部分的な活性化を含む。部分的な活性化は、以下の外部誘発によってもよい；周囲のｐＨの設定レベルの感知、胃からの排泄によるｐＨレベルの増加、使用者に関連した温度の設定レベルの感知、胃腸カプセルに加わる機械的負荷の設定レベルの感知、あるいは、高周波（ＲＦ）、超音波（ＵＳ）、赤外線活性化信号などによるリモート活性化。

本発明の実施態様により、胃腸カプセルの活性化は、摂取後２時間〜６時間で自動的に開始するようにセットされる。６時間という遅延時間は、胃腸カプセルが大腸に達する典型的な通過時間と合致する。大腸の通過時間ははるかに長く、２日から５日であり、通過時間が正常であるか、それとも便秘のように長引いているかによって変わる。従ってこの場合、活性化の遅延時間は６時間〜２４時間になる。一般的に、本発明の胃腸カプセルは、１５分から６時間、好ましくは、１５分から２時間、振動することができる。本発明の他の実施態様によると、胃腸カプセルは小腸の運動活性を刺激し、小腸における食物、特に脂肪の吸収を抑制し、肥満の治療に用いられる。この場合、胃腸カプセルの活性化は、摂取してから１５分から４時間後に、好ましくは３０分から２時間後に起こるように設定される。選択された振動時間は、１５分から６時間、好ましくは、３０分から４時間にわたる。胃腸カプセルの振動の時間プロファイルは、本発明によりプログラムできる。本発明の好ましい実施態様により、胃腸カプセルに埋め込まれた電気回路による活性化機構は、振動の時間プロファイルと同様に、胃腸カプセルの活性化を準備する。例えば、胃腸カプセルは、設定した時間間隔内に、数十秒から数十分の範囲で振動する。この時間間隔には、同じ範囲内の設定した時間間隔で終了する休止が差し込まれる。振動は、数十Ｈｚから数ｋＨｚの範囲の、設定周波数帯内の周波数である。好ましくは、数十Ｈｚ以上の周波数である。

ここで図１〜３を説明する。図１は、本発明の好ましい実施態様による胃腸カプセルの断面等角図である。胃腸カプセル１０は、互いに滑動結合された２つのセグメントからなるシェルを有する。強磁性の軸１２の一端は、バイアススプリング１４により、セグメント１６の内面に結合される。強磁性の軸１２の他端は、電磁石１８の内孔に沿って、軸方向に自由に動く。電磁石１８はブラケット２２により、セグメント２０の内面に結合する。強磁性の軸１２の他端は、図示しない結合スプリングにより、セグメント２０の内面に結合されてもよい。電磁石１８に電流が流れると、強磁性の軸１２と電磁石１８は互いに引き合う運動をする。この引き合いによりバイアススプリング１４が伸びて、セグメント１６は矢印２４方向に引き寄せられ、セグメント２０は反対方向に運動する。強磁性の軸の他端がセグメント２０に結合する場合は、結合スプリングはこの動きにより各々圧縮される。電流を止めると、バイアススプリング１４は結合スプリングと共に当初の自由長になり、セグメント１６とセグメント２０は当初配置の位置に向かい、互いに反対側に動く。完全に収縮したときの胃腸カプセル１０の典型的な長さは１０ｍｍ〜１５ｍｍの範囲で、一方、完全に伸びたときは２０ｍｍに達する。すなわち、本発明の胃腸カプセルは振動するとき、少なくとも一つの寸法が大きく変化する。胃腸カプセル１０の重さは、典型的には２５ｇを少し超える。したがって胃腸カプセルが振動するとき、胃腸カプセルが糜汁や胃腸壁に及ぼす力のレベルは、蠕動力のレベルや、通常胃腸壁が糜汁に及ぼす圧力レベルに比べて大きい。

電流値、電磁石のインダクタンス、スプリングの弾性定数、および、スプリング、シェルのセグメント、電磁石、強磁性軸の質量、および、シェルのセグメントに加わる力のレベルと時間プロファイルは適切に選ばれ、シェルの両セグメントが動く最大速度と共に制御される。胃腸カプセル内蔵の電池を電磁石１８の両端子に電気的につないで電圧を直接印加し、断続的に繰り返して電流を流し、機械的振動、圧力の周期変動、機械的衝撃が、胃腸管内の糜汁に引き起こされる。この振動、圧力変化、機械的衝撃は、糜汁を通してかなり伝達され、隣接する胃腸壁を揺動させる。明らかに、この振動や機械的衝撃は、胃腸カプセルが接触している点で胃腸壁に直接作用する、および／あるいは、一方、胃腸カプセルは壁に近接して配置される。

本発明の他の好ましい実施態様による胃腸カプセルは、特に便秘の治療に適する。胃腸カプセルの振動手段は、アンバランスな錘を軸に有する電気モーターを含む。モーターは活性化後、２つの異なるモードで機能する。第一のモードは胃腸カプセルのセンシングモードであり、活性化したモーターは比較的遅い回転速度で、設定した時間間隔で、休止を挟んで断続的に回転する。休止は、第二の設定した時間間隔で終了する。断続的に回転するモーターは、第一の設定時間間隔で振動パルスと機械的衝撃を胃腸カプセルに加え、次に第二の設定時間間隔で休止する。この運動は設定回数、あるいは適度な設定揺動時間の間繰り返し引き起こされる。この繰り返し運動によりモーターに加わる機械的負荷は、例えばモーター電流やモーター温度を測定することにより、付随して測定される。活性化機構に組み込まれたサーボ機構は、モーターの負荷が設定閾値を越えたとき、自動的にモーターを第二モード動作に切り替える。そうでない場合は、第三の設定した時間間隔で終了する休止に続いて、同じ繰り返しが何度も繰り返される。活性化した胃腸カプセルが比較的薄い、あるいは水っぽい糜汁中にある胃腸管においては、胃腸カプセルに加わる機械的負荷は、例えば胃腸カプセルが大腸にあるときのように、固体中にあるときの負荷に比べて低い。振動モードである第二モードでは、モーターは設定した力で回転する。この力は、モーターがセンシングモードのとき回る力に比べて、かなり強い。同様に、回転は設定した回転時間で断続的に実行される。設定した回転時間は、振動と機械的衝撃のパルス幅であり、休止を挟んだパルスは、設定した繰り返し数、設定した繰り返し速度で繰り返される。この断続的な回転は、胃腸カプセルに接する、あるいは胃腸カプセルを囲む固形物を活発に振動させ、隣接する胃腸壁を強く揺動させる。モーターの負荷は、作動中の活発な振動の繰り返しの間、振動モードと同じく連続的に測定される。測定負荷が第二の設定した閾値より低くなったとき、サーボ機構は自動的にモーターをセンシングモードでの動作に切り替える。すなわち、胃腸カプセルが固形物を破壊し粉々にしたとき、痛みを起こしたり、胃腸壁を傷つけたりする危険をかなり減らすように、パルス列のパワーはセンシングモードの適切なレベルに下げられる。しかし、胃腸カプセルを囲む固形物の塊は、胃腸カプセルにより引き起こされる活発な振動と機械的衝撃のパルスにより、振動を励起されるので、胃腸壁を機械的に刺激する。

前記の第一および第二の閾値より高い値の安全閾値である、第三の閾値を用いることもできる。モーターにかかる負荷が安全閾値を超えたとき、モーターは設定した休止時間、冷却のため休止し、振動モードの機能を続けるため再活性化する。

この胃腸カプセルの最初の活性化は、胃腸カプセルが活性化前に通過する糜汁により運ばれて、通常大腸内の目的の場所に到着するまでは遅らされる。しかし、胃腸カプセルは胃腸管に存在する障害物により遅れることもあり、例えば盲腸で止まってしまうこともある。活性化してセンシングモードで機能している胃腸カプセルは、このような障害物やくぼみを避けて通り、胃腸管に沿って目的地へ通常の通過を続ける。センシングモード中の緩い活性化は、胃腸カプセルの通過の補助に用いられ、振動モードの電力を節約する。振動モードは、大腸内の固形物中に胃腸カプセルが納まったことを確実にするための、多数のセンシングサイクルを行なった後に、初めて活性化される。この胃腸カプセルの活性化はいくらか複雑である。というのは、胃腸カプセルの活性化は多数の部分的活性化、プログラムされた遅延時間後の自動活性化、２つの異なった設定閾値に達する外部の機械的負荷により起こされる２つの活性化を含む。本発明により、同様に自動測定遅延時間に基づく第４の部分的活性化があってもよい。これは、胃腸カプセルに安全負荷を超えた機械的負荷が外部から加わることにより起こる。

図２は、本発明の他の好ましい実施態様による、収縮位置にある胃腸カプセルの断面等角図である。図１で説明した胃腸カプセルと似て、この胃腸カプセルの外側シェルは、互いに摺動するように嵌合した２つのセグメントからなる。収縮位置４０において、セグメント４２の一部はセグメント４４の一部を囲んでおり、クリアランス４６が両者の間に形成される。弾力性のあるスパイク４８がセグメント４４の外表面に付加されている。図３は、胃腸カプセル５０のセグメントの断面図である。胃腸カプセル５０のシェルのセグメント５２とセグメント５４は、弾力性のあるスパイク５６を囲み、そのためスパイクには、シェルのセグメント５４に向かって傾斜する力が働く。シェルの両セグメントが互いに反対方向に引かれて、胃腸カプセル５０が伸びるとき、スパイク５６は自由に伸びて広がる。スパイクの自由端を弓形にして、それが例えば胃の粘膜に噛み合ったり、結びついたりするようにしてもよい。スパイクは、ポリ乳酸（ＰＬＡ）や乳酸・グリコール酸共重合体（ＰＬＧＡ）のような、生分解性材料からなる。そのようにして、スパイクは胃腸カプセルを、胃腸管に沿って予め指示された位置の限定範囲内で、収縮位置から伸びた位置への移動と同期しながら、つなぎ止める。このような胃腸カプセルは摂取前に収縮状態にセットされる。セッティングは、例えば内部のバイアススプリングを圧縮することにより実行される。このことはシェルの両セグメントに間隔を広げるような力を加え、それに付随して外側のシェルのセグメントを他のセグメントに対して回転させる。それによってバイアススプリングは収縮するように巻かれる。胃腸カプセルを飲みこんだ後、このスプリングは連続的に巻き戻されて開き、胃腸カプセルを伸びた位置に伸ばし、それに伴ってスパイクが緩んで真っ直ぐに伸びる。さらに、伸びたスプリングは胃腸カプセルを活性化する電気回路を閉じる。本発明の実施態様により、この解放し活性化する機構が用いられる。ここで、振動する胃腸カプセルは機械的に胃壁を刺激する。典型的には、開くためスプリングを巻き戻すことは数分かかるので、その間に胃腸カプセルは収縮位置で胃に達する。胃壁の一部に加わる振動および／または圧力振動は、肥満治療のための満腹感または緩やかな吐き気を催す。伸びたスパイクは胃腸カプセルが幽門を通過することを防止する。胃内の酸性環境はスパイクを弱め、数時間ないし１〜２日の間に、胃腸カプセルのシェルの表面から離脱させる。

本発明の他の実施態様によると、製造された胃腸カプセルは一体化したシェルを有し、シェルには生分解性材料でできた同様のスパイクが付属する。スパイクは、生分解性材料でできた薄いフィルムにより、胃腸カプセルの表面に向かって曲げられる。胃内でこのフィルムが劣化する速度は、スパイクの劣化よりずっと速い。フィルムの幅と組成は、数十分以内に劣化して、スパイクを解放し真っ直ぐに伸びるようにするように選ばれる。

本発明の胃腸カプセルは胃腸管から大便と一緒に自然に排出されるため、胃腸カプセルのシェルやシェルのセグメントは、生分解性ではない硬い生理適合材料からなる。典型的には、ポリウレタンのような熱可塑性材料あるいはステンレススチールのような金属が、製造に用いられる。

本発明の好ましい実施態様による、カプセル化した便秘治療に適する胃腸カプセルは、直径８ｍｍ、長さ１５ｍｍの長円形の一体シェルを有する。胃腸カプセルの重さは１０ｇである。胃腸カプセルの振動手段はアンバランスな電気モーターであり、エネルギー密度が５ワット／ｇの小型リチウム−カドミウム電池で駆動される。圧縮性のシェルのセグメントは作動スイッチを覆っている。このスイッチは、スイッチを押してから６時間後に胃腸カプセルが活性化するようにプログラムされた、内蔵活性化機構を働かせる。活性化した胃腸カプセルは、まず、緩やかなパワーで振動と衝撃のパルス列が起動されるようなセンシングモードで動き始める。センシングモードのパルス幅は１〜１５秒の範囲で、パルスの繰り返し速度は０．１〜１０Ｈｚの範囲であり、時間間隔が４〜１０分の範囲でパルス列は起動される。パルス列は休止後に同じ時間プロファイルにより周期的に繰り返す。休止時間は３〜１０分の範囲である。そうしないとモーターに加わる機械的負荷のレベルが閾値に達して、胃腸カプセルが自動的に揺動モードに切り替わる。このモードで動揺するパルスの時間プロファイルは、センシングモードと同様であるが、パワーのレベルは非常に高く、センシングモードのパルスのパワーの、典型的には３倍から１０倍高い。揺動モードで動作中、胃腸カプセルのシェルから周囲の固体に及ぼされる力のレベルは、概略０．２ニュートンに達する。これは１００ｃｍの水の周囲圧力の変化を引き起こすことに等しい。センシングモードと同じ長さの休止が差し込まれる揺動モードのパルス列は、以下のうちの一つが無い限り、繰り返し励起される。（ａ）胃腸カプセルが大便と一緒に自然排出される。（ｂ）低い機械的負荷の閾値を横切り、全プロセスがやり直しになる。すなわち、胃腸カプセルは、長さ１５分から３０分の休止の後、センシングモードの動作を再度開始する。（ｃ）安全閾値を横切り、プロセスは揺動モードのパルス列から再度開始する。

本発明の実施態様により胃腸カプセルは胃不全麻痺の治療に用いられる。本発明の他の実施態様により、胃腸カプセルは小腸の慢性の偽性閉塞および／または弛緩症あるいは低張性の疾患の治療に用いられる。さらに、本発明の胃腸カプセルは、胃腸管の運動機能の急性麻痺を起こすおそれのある、急性感染あるいは胃腸管または腹膜の炎症後の腹部手術後の、胃腸の運動性を回復あるいは改善するのに用いられる。

１０ 胃腸カプセル
１２ 軸
１４ バイアススプリング
１６ セグメント
１８ 電磁石
２０ セグメント
２２ ブラケット
２４ 矢印
４０ 収縮位置
４２ セグメント
４４ セグメント
４６ クリアランス
４８ スパイク
５０ 胃腸カプセル
５２ セグメント
５４ セグメント
５６ スパイク

Claims (3)

1. 揺動手段を囲む中空シェルを有する胃腸カプセル（ＧＩＣ）であって、
   前記揺動手段に加わる機械的負荷を測定する手段を有し、
   前記揺動手段は２つのモードで動作し、その１つはセンシングモードで他は揺動モードであり、
   前記揺動手段が前記揺動モードで動作したときの前記揺動手段の出力は、前記揺動手段が前記センシングモードで動作したときの前記揺動手段の出力より大きい胃腸カプセル。
2. 前記中空シェルが２つのセグメントからなり、
   前記中空シェルの一セグメントを、前記中空シェルの他のセグメントの移動方向と反対方向に往復運動させる、請求項１に記載の胃腸カプセル。
3. 少なくとも一つの弾性スパイクが前記中空シェルの表面に付属し、前記少なくとも一つの弾性スパイクが生分解性材料からなる、請求項１に記載の胃腸カプセル。

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