JP5301985B2 - ツールフィードバック感知のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

（関連出願に対する相互参照）
本願は、米国特許仮出願第６０／６６９，１３３号（２００５年４月７日出願）に基づく優先権を主張するものであり、その仮出願の全体を本明細書に組み込む。

（発明の分野）
本発明は、ツールフィードバック感知のためのシステム及び方法に関する。より詳細には、本発明は、マイクロニードル適用手順を支援するツールが設けられたフィードバック感知に関する。

実証された治療的価値をもつ分子は、認可された化学的促進剤を用いても、限られた数しか皮膚を通じて輸送することができない。皮膚を通じた分子の輸送に対する主な障壁は、角質層（皮膚の最も外側の層）である。

皮膚及び他の表面を通じた治療薬及び他の物質の送達と併せて使用するために、時にマイクロニードル又はマイクロピンと呼ばれる比較的小さい構造体のアレイを含むデバイスが開示されてきた。それらのデバイスは、通常、治療薬及び他の物質が角質層を通過してその下の組織に到達できるように、角質層に貫入するように皮膚に押し当てられる。

マイクロニードルアレイは、様々な回数使用可能なアプリケータデバイスと併せて使用することができる。アプリケータデバイスは、展開配置前にマイクロニードルアレイを保持する、取り外し可能なカラー部を含むことができる。カラー部は、再利用可能であることも、使い捨てであることもできる。マイクロニードルアレイは、一般に、１回使用後に廃棄される。アレイは、通常、平らなシート状構成で製造され、例えば接着剤を使用して、一時的にアプリケータデバイスに取り付けられる。

市場には、キュートメータ（Cutometers）（皮膚の弾性）、リビスコメータ（Reviscometers）（皮膚の構造）、及び接触式トノメータ（contact Tonometers）（所与のたわみから回復するまでの時間）など、皮膚の特性を測定するデバイスが存在するが、マイクロニードル適用部位を効果的に特性評価する際に使用するためのこれらの測定の適合性は、わかっていない。

マイクロニードルの適用を伴う研究は、様々な皮膚表面上の適用部位で実施することができる。例えば、類似した人間の選択されたサンプルの特定の皮膚標的領域（例えば、前腕、臀部、二頭筋など）に、若しくは何らかの点で（例えば、年齢、人種、性別などが）異なる人間に、又は異なる被試験体種の皮膚に適用されるマイクロニードルアレイを伴う試験を実施することができる。

マイクロニードル適用技術を一貫して使用するプロセスは、多数の課題を提起する。医療従事者などのオペレータによるマイクロニードルアプリケータデバイスの操作は、問題をはらむ場合がある。例えば、オペレータエラーが、マイクロニードルアレイの不適正な配置をまねく場合があり、それが所望の分子輸送を損なうおそれがある。アプリケータデバイスの適正な位置決めは、マイクロニードルアレイの配置に影響を及ぼす可能性があると考えられている。しかし、アプリケータデバイスの適正な位置決めを保証するのを助けることは困難である。研究の状況では、他の問題に直面する。異なる適用部位によるばらつきは、研究試験から信頼性のあるデータを集める際、及び収集された研究データを他の状況に確実に適用する際の困難をまねく。

一態様では、本発明は、フィードバックセンサを含む、マイクロニードルアレイを標的皮膚位置に向かって移動させるマイクロニードル適用デバイスに関する。フィードバックセンサは、マイクロニードル適用デバイスに動作可能に接続され、標的皮膚位置とマイクロニードル適用デバイスとの間の力に対応する出力を発生させることができる。

他の態様では、本発明は、マイクロニードル適用方法に関する。該方法は、マイクロニードルアプリケータデバイスを用意する工程と、マイクロニードルアプリケータデバイスに初めに据え付けられたマイクロニードルアレイを用意する工程と、マイクロニードルアプリケータデバイスの位置決め部分を皮膚と接触させて位置決めして、マイクロニードルアレイの適用のための皮膚上の標的適用部位を実質的に画定する工程と、標的適用部位とマイクロニードルアプリケータデバイスの第１の部分との間の力を感知する工程と、マイクロニードルアレイを標的適用部位に対してほぼ直交する経路に沿って移動させて皮膚と接触させることができるように、マイクロニードルアプリケータデバイスを位置決めする工程と、マイクロニードルアレイを標的適用部位に向かって移動させる工程とを含む。

他の態様では、本発明は、マイクロニードル適用手順を支援するツールを位置決めする方法に関する。該方法は、ツールを標的部位と接触させて設置する工程と、ツールに対する標的部位の押戻し力を感知する工程とを含む。

他の態様では、本発明は、マイクロニードル適用デバイスと力感知要素とを含むアプリケータシステムに関する。マイクロニードル適用デバイスは、少なくともマイクロニードル適用前に皮膚と接触するように構成された部分を有する。力感知要素は、皮膚と接触するように構成されたマイクロニードルアプリケータの部分と標的適用部位との間の力を感知することができる。

他の態様では、本発明は、ツールと皮膚表面との間の力を感知するツールに関する。該ツールは、加力部分を有するハウジングと、接触部分と、支持体と、センサとを含む。接触部分は、ハウジングによって支持され、皮膚表面と接触して標的位置を実質的に画定することができる。支持体は、ハウジングによって支持され、標的位置に到達することができる。センサは、標的位置とツールの第１の部分との間に配置され、力を感知することができる。

上記の概要は、本発明の開示された各実施形態、またはあらゆる実施を記載するものではない。諸図及び以下の詳細な説明は、説明に役立つ諸実施形態をより具体的に例示する。

本発明は、マイクロニードルアレイ適用デバイス、並びにマイクロニードルアレイ適用研究及び訓練の際に使用される診断器具（典型的なマイクロニードル適用デバイスを真似る又は模すように構成できる）などのツールに、フィードバックを提供することに関する。ツールと、該ツールがそれに当てて位置決めされる表面（標的皮膚表面など）との間の力を感知する１以上のセンサが、該ツール上に設けられる。感知された力の出力を提供することができる。多数のセンサを用いる一部の実施形態では、本発明によって提供されるフィードバックは、ツールが位置決めされる表面に対し、該ツールがどのくらい望ましい向きにあるかについての表示を可能にする。加えて、本発明は、マイクロニードルの適用に理想的な身体上の場所を決定するために使用することができる。

本発明の諸態様は、様々なツールと併せて使用できるが、貼付剤適用デバイスでは特定の利点が提供される。貼付剤は、分子の経皮的送達に使用することができ、また、受動的な経皮的送達によって送達するのが通常は困難な大分子の送達に有用性のあるマイクロニードルアレイを担持することができる。本明細書で使用するとき、「アレイ」は、治療薬の経皮的送達又は皮膚を通じた若しくは皮膚への流体のサンプリングを容易にするために角質層に貫入可能な１以上の構造を含む、本明細書に記載の医療用デバイスを指す。「ミクロ構造」「マイクロニードル」又は「マイクロアレイ」は、治療薬の経皮的送達又は皮膚を通じた流体のサンプリングを容易にするために角質層に貫入可能なアレイに関連する、特定の極微構造を指す。一例として、ミクロ構造は、ニードル又はニードル状構造並びに角質層に貫入可能な他の構造を含むことができる。

図１は、マイクロニードル適用デバイス３０及び皮膚表面３２の斜視図である。マイクロニードル適用デバイス３０を使用して、マイクロニードルアレイを含む貼付剤を皮膚表面３２などの表面に配置することができる。デバイス３０は、つかみ部３６と、トリガ３８と、カラー４０とを備えたハウジング３４を有する。マイクロニードル適用デバイス３０の一実施形態は、米国特許仮出願第６０／５７８６５１号（代理人整理番号第５９４０３ＵＳ００２号）に開示されており、その仮出願の全体はこの参照により本明細書に組み込まれる。

カラー４０は、外側を向く接触部分４２を画定する。一実施形態では、カラー４０は、ハウジング３４から取り外し可能であり、使い捨て又は再利用可能なものであることができる。図１に示されるように、カラー４０は、概ね円筒形の単一部材であり、接触部分４２は、概ね環形である。他の実施形態では、カラー４０は、ほぼいずれの形状及び構成を有することもできる。例えば、カラー４０は、矩形、三角形、楕円形、又は他の形状若しくは複数の形状の組み合わせであることができる。接触部分４２は、通常、カラー４０の形状に対応する形状を有する。加えて、カラー４０は、一体型である必要はなく、カラー４０を、集合的に接触部分４２を画定する、いくつもの別個の足部又は支持体を形成するように構成することもできる。

図２は、デバイス３０が皮膚表面３２に当てられて位置決めされた、マイクロニードル適用デバイス３０及びマイクロニードルアレイ貼付剤５２の断面図である。デバイス３０は、支持部材又は作動装置を含む。図２に示した実施形態では、支持部材又は作動装置は、パッド４６及びシャフト４８を有するピストン４４である。代替的な実施形態では、任意の種類の機械的、電気機械的、空気圧式、又はその他の種類の支持部材又は作動装置を使用することができる。

エネルギーを蓄えることのできる駆動体５０は、ピストン４４のシャフト４８に係合し、ピストン４４を所望の速度まで加速することができる。例えば、駆動体５０は、機械バネ（例えば、コイルバネ、板バネなど）、圧縮された弾性部材（例えば、ゴムなど）、圧縮流体（例えば、空気、液体など）、圧電構造、電磁構造などの形態であってよい。カラー部４０は、貼付剤適用前に、マイクロニードルアレイを担持する貼付剤５２を保持することができる。

操作時には、マイクロニードル適用デバイス３０は、カラー４０とともに所望の適用部位の近くに位置決めされる。カラー４０の接触部分４２は、皮膚表面３２と接触して設置され、該接触部分４２は、皮膚表面３２上に標的貼付剤適用部位５４を画定する。ユーザは、通常、ハウジング３４のつかみ部３６のところでマイクロニードル適用デバイス３０にいくらか力を加える。その力の少なくとも一部分は、一般にカラー４０を通じて皮膚３２に伝わり、その力は「押下げ力」と呼ばれる。

皮膚３２が押下げ力に反応するとき、標的部位５４のところに一般に「ドーム」５６が作り出される。この「ドーム」は、高さ及び堅さのパラメータを有する。ドームのこれら両方のパラメータは、マイクロニードル適用デバイス３０の位置決めの間にアプリケータに加わる力に左右される。マイクロニードルアレイの侵入の深さは、適用部位に、すなわち、身体の柔らかい脂肪の領域であるか、身体の堅い筋肉の領域であるかに関係すると考えられている。皮膚の特徴は、種によって異なっており、皮膚の特定の特徴は、個々の被試験体によって、また個々の被試験体上の選択された適用部位によって異なると考えられている。このようなばらつきは、ドーム５６の特徴に影響を与えることがある。加えて、皮膚３２によって、押下げ力に応じた「押戻し力」が及ぼされる。押戻し力は、一般に、押下げ力の方向とは正反対の方向を向いているが、具体的な関係は、複雑な場合があり、特定の適用部位によって異なることになる。

図２に示した実施形態では、力センサが、ピストン４４のいずれかの端部又は長さに沿ったいずれかの位置で、例えば、位置５８Ａ、５８Ｂ、及び／又は５８Ｃ（併せてセンサ５８と呼ぶ）で、ピストン４４に結合される。センサ５８は、ピストン４４における押戻し力など、加わる機械的な力を感知することができる。センサ５８は、ひずみゲージ、可変静電容量センサ、又は可変抵抗センサであることができる。一実施形態では、センサ５８は、導電層間又は導電グリッド間に配置された半導体ポリマーを有する可変抵抗部材を含んでおり、その際、該可変抵抗部材の抵抗は、加わる力に応じて変化する。可変抵抗部材は、さらに、部材の抵抗を、センサ５８に加わる力を検出するために測定できる電圧信号出力へと変換する、分圧器に構成される。そのような可変抵抗部材の一例が、米国特許第５，２０９，９６７号に開示されており、その特許の全体はこの参照により本明細書に組み込まれる。そのような可変抵抗部材の態様の他の例が、米国特許第５，９０４，９７８号及び同第５，５７３，６２６号に開示されている。他の可変抵抗部材は、カリフォルニア州カマリロ（Camarillo）のインターリンク・エレクトロニクス社（Interlink Electronics, Inc.）から入手可能なインターリンクＦＳＲ（Interlink FSR）（登録商標）力感知デバイスとして市販されている。

マイクロニードル適用デバイス３０では、ピストン４４は、格納位置と拡張位置との間を動くことができる。格納位置では、エネルギーが駆動体５０に蓄えられ、作動装置３８がピストン４４をその格納位置で固定する。作動装置３８によって、オペレータは、駆動体５０に蓄えられたエネルギーの解放を開始させ、ピストン４４を、カラー４０を通って貼付剤５２に向かって加速することができる。

マイクロニードル適用デバイス３０を使用して、患者の皮膚上の標的適用部位５４で角質層に穿孔するために、マイクロニードルアレイ貼付剤５２を皮膚表面３２に届けることができる。例えば、薬物（あらゆる薬理学的な剤（１つ若しくは複数）を含める）を、経皮的送達の変形形態で皮膚を通じて送達するために、又はワクチン摂取など、皮内若しくは局所的処置のために皮膚に送達するために、貼付剤適用デバイスを使用してよい。或いは、マイクロニードルアレイ貼付剤５２は、薬理学的な剤が皮膚表面に適用される前又は適用された後で角質層に穿孔するために別個の工程で使用されてもよく、したがって前処理工程又は後処理工程として使用される。

図３は、皮膚表面３２に当てて位置決めされたマイクロニードル適用デバイス３０のカラー４０の拡大断面図である。カラー部４０は、その内部に障害物（obstructions）７０を含む。障害物７０は、貼付剤５２などの貼付剤を保持するように構成される。貼付剤５２は、裏材７２と、接着剤７４（例えば、感圧性接着剤）と、マイクロニードルアレイ７６とを含む。

望ましい貼付剤適用経路７８は、カラー４０を通って画定される。経路７８は、マイクロニードルアレイ７６がカラー４０内で障害物７０によって保持される平面にほぼ垂直であり、標的適用部位５４に概ね垂直である。マイクロニードルアレイの適正な配置及び角質層へのマイクロニードルの適正な侵入を促進するために、貼付剤５２ができる限り皮膚表面３２と平行に近い状態で、該貼付剤５２が標的適用部位５４と接触することが望ましい。

操作時には、貼付剤５２は、貼付剤適用経路７８に沿って移動される。この貼付剤の移動は、ピストン４４で貼付剤５２を機械的に押すことによって達成することができる。代替的な実施形態では、マイクロニードル適用デバイス３０は、貼付剤５２を移動させる他の手段を使用することができる。例えば、貼付剤５２を、ピストンと接触することなく、空気圧によって移動させることができる。

図４Ａは、マイクロニードル適用デバイス３０のカラー４０の側断面図である。図４Ａに示されるように、少なくとも１つのセンサが、カラーのいずれかの端部で、又はカラーの長さに沿ったいずれかの位置で、例えば、位置８０Ａ、８０Ｂ、及び／又は８０Ｃ（併せてセンサ８０と呼ぶ）で、カラー４０の一部分に結合される。カラー部４０の内部を通る軸線８２が画定される。貼付剤５２を移動させるためにピストンを使用するマイクロニードル適用デバイス３０の実施形態では、軸線８２は、ピストン４４の中心軸線に概ね位置合わせされる。位置８０Ａ〜８０Ｃのいずれかに対して配置されたセンサは、押戻し力などの、カラー部４０に加わる力を感知する。可変抵抗センサが用いられる実施形態では、センサを、センサ８０の可変抵抗部材に接触してそれらを圧迫するために使用される、止めねじ、足部（feet）、壁体（struts）などの１以上の作動装置構造に隣接して位置決めすることができる。

図４Ｂは、マイクロニードル適用デバイスの代替的な実施形態のハウジング３４及びカラー４０の一部分の概略的側面図である。ハウジング３４は、環状の突出部３００を有し、カラー４０は、環状の突出部３０２を有する。環状の突出部３００と３０２とは、一般に、離隔された関係で互いに隣接して位置決めされる。カラー４０における力を感知するセンサ８０が、環状の突出部３００上に位置決めされる。センサ８０は、１対の導電層３０６と３０８との間に配置された可変抵抗層３０４を含む。止めねじ３１０が、環状の突出部３０２内に配置され、該止めねじ３１０の一端に位置する概ね半球状の接触表面３１２を有する。接触表面３１２は、ポリマー材料から形成することができ、センサ８０に面するように配置される。止めねじ３１０を調整すると、接触表面３１２を、センサ８０と接触させて、又は望ましいだけ離隔させて位置決めできるようになる。環状の突出部３００と３０２との間の相対運動によって、接触部分３１２から、関連した力を感知する、カラー４０の周囲に配置されたセンサ８０へと、力を伝えることができる。環状の突出部３００及び３０２に沿って追加のセンサを組み込むことができることが認識されよう。

図５Ａ〜５Ｃは、カラー４０の接触部分４２における代替的なセンサ配置についての感力性領域の略図である。図５Ａ〜５Ｃは、図４Ａのセンサ位置８０Ａに対応する、接触部分４２に沿ったセンサの配置を描いているが、センサがカラー４０上のどの軸方向位置に位置するかに関わらず、類似のセンサ配置が可能である。さらに、他のセンサ配置が本発明の範囲内で企図され、それには任意の数の個々のセンサ及び／又はセンサ領域を含めることができる。

図５Ａは、軸線８２の周りに概ね円形に延びる単一のセンサ領域８４Ａの図である。図５Ｂは、センサ領域８４Ｂ〜８４Ｅが軸線８２の周りに概ね円形に配置された、４つのセンサの構成である。センサ領域８４Ｂ〜８４Ｅは、ほぼ等しく離隔された概ね等しい４つの断片で配置されており、各センサ領域が軸線８２の周りに約９０度の増分で配置されている。図５Ｃは、センサ領域８４Ｆ〜８４Ｈがほぼ等しく離隔された概ね等しい３つの断片で配置された、３つのセンサの構成であり、各センサ領域が軸線８２の周りに約１２０度の増分で配置されている。センサ領域８４Ｂ〜８４Ｈが、個別のセンサ要素に相当することもでき、又は１以上のセンサの個別に感力性のある領域に相当することもできることが理解されよう。すなわち、単一のセンサは、１以上の力感知要素、又は個別に感力性のある領域を有することができる。一実施形態では（図示せず）、感力性領域８４Ｆ〜８４Ｈは、いくらか陥凹し、カラー４０の接触部分４２の周りに均等に離隔された小さな円形センサであってよい。１以上のセンサがカラー４０上に位置決めされたマイクロニードル適用デバイス３０の実施形態は、皮膚表面３２に対するデバイス３０の向きの検出を可能にする。これが、次には、標的適用部位５４に対する貼付剤５２の向きに関するフィードバック生成を可能にし、それを使用して貼付剤適用経路７８を予測し特徴付けることができる。例えば、図５Ｂに示したセンサ配置を見ると、センサ領域８４Ｄ及び８４Ｅよりもセンサ領域８４Ｂ及び８４Ｃのところでより大きな力が感知されることは、カラー４０における不均等な力分布に相当する。そのような不均等な力分布は、オペレータによってマイクロニードル適用デバイス３０に加えられる力が偏っており、望ましくない不適正な貼付剤適用をまねくおそれがあることを示す可能性がある。

本発明によって提供されるフィードバックは、マイクロニードル適用時点で有用であるが、また、貼付剤適用に先行する又は後続することのある訓練及び研究環境を含めたより広範な状況でも有用である。例えば、フィードバック感知を、単なる診断ツールによって達成することができる。図６は、診断ツール１００の断面図である。図６に示した実施形態では、ハウジング３４、及び診断ツール１００の他の多くの構成要素は、図１及び２のマイクロニードル適用デバイス３０などのマイクロニードル適用デバイスを模すような形状である。類似性によって、診断ツール１００をマイクロニードル適用デバイスの使用に適用可能な訓練及び研究手順で使用できるようになる。

図６に示されるように、診断ツール１００は、ハウジング３４内に固定されたシャフト１０４と、カラー４０の接触部分４２まで又は越えて延びるパッド１０６とを有する、支持構造１０２を含む。支持構造１０２は、概ね、拡張位置にあるマイクロニードル適用ピストンを模すような形状である。代替的な実施形態では、診断ツール１００は、可動ピストンを含む。

診断ツール１００は、さらに、支持構造１０２に沿って内部に位置決めされたセンサ５８と、カラー４０の接触部分４２に位置決めされた少なくとも１つのセンサ８０とを含む。図６に示したセンサ位置は、例示的なものであり、他のセンサ配置も可能である。さらに、センサ５８又は８０のいずれかを省くことができ、追加のセンサを他の位置（例えば、ハウジング３４の一部分上）に含めることができる。

図７Ａ〜７Ｃは、代替的なセンサ配置についての標的部位における感力性領域の略図である。図７Ａは、図６の支持構造１０２上のセンサ５８に相当するパッドセンサ領域１０８と、該パッドセンサ領域１０８を概ね取り囲む単一のカラー部センサ領域１１０Ａとを示す。図７Ｂは、パッドセンサ領域１０８と、該パッドセンサ領域１０８を概ね取り囲む４つのカラー部センサ領域１１０Ｂ〜１１０Ｅとを示す。カラー部センサ領域１１０Ｂ〜１１０Ｅは、ほぼ等しく離隔された概ね等しい４つの断片で配置されており、各センサ領域がパッドセンサ領域１０８の周りに約９０度の増分で配置されている。図７Ｃは、パッドセンサ領域１０８と、該パッドセンサ領域１０８を概ね取り囲む３つのカラー部センサ領域１１０Ｆ〜１１０Ｈとを示す。カラー部センサ領域１１０Ｆ〜１１０Ｈは、ほぼ等しく離隔された概ね等しい３つの断片で配置されており、各センサ領域がパッドセンサ領域１０８の周りに約１２０度の増分で配置されている。図７Ａ〜７Ｃのセンサ配置を図６の診断ツール１００に関して説明したが、該センサ配置を、同様に、図１及び２に関して示し記載したようなマイクロニードル適用デバイスとともに適用することもできる。

様々な実施形態が図１〜７に示されているが、好適ないずれのマイクロニードル適用デバイスも、前述の力センサとともに構成できることを理解すべきである。例えば、好適なマイクロニードル適用デバイスとしては、米国特許出願公開ＵＳ２００２／００９１３５７Ａ１号、米国特許出願公開ＵＳ２００２／０１２３６７５Ａ１号、及び米国特許出願公開ＵＳ２００２／００８７１８２号、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４１８７０号（代理人整理番号６０３４７ＷＯ００３号）及び国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４１８５４号（代理人整理番号６０３４８ＷＯ００３号）（ともに２００５年１１月１８日出願）、並びに米国特許出願第６０／６９４４４７号（代理人整理番号６０８７４ＵＳ００２号）（２００５年６月２７日出願）に記載されているものが挙げられる。

図８Ａは、デジタルフィードバックシステム１１８のブロック図である。図８Ａは、明確にするために簡略化されている。必要及び所望に応じて、他の構成要素及び回路を含めることができることが認識されよう。デジタルフィードバックシステム１１８は、ピストンセンサ５８及び１以上のカラーセンサ８０を使用して力を感知する。センサ５８及び８０からの信号は、適切な回路を通じてアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２０へと供給される。Ａ／Ｄ変換器１２０は、プロセッサ１２２に動作可能に接続される。プロセッサ１２２は、感知されたデータを格納するデータベースを含むことのできるメモリ１２４並びに表示器１２６と通信することができる。プロセッサは、センサ５８及び８０に動作可能に接続されたコンピュータ内に配置することができる。プロセッサ１２２は、表示を出力するために、又はデータベースに格納するために、センサ５８及び８０によって感知された生データを所望に応じて調整し、操作することができる。表示器１２６は、例えば、デバイス又はツールの相対的な向きに関してオペレータに知らせることができ、提供される指示は、多数のセンサからのデータを組み入れることができる。表示器１２６は、視覚的、聴覚的、触覚的などのいずれにせよ、多数の形態で指示を提供することができる。

加えて、システム１１８は、ロックアウト１２８などのロックアウト機構を含むことができる。ロックアウト１２８は、感知された加わる力の規模が好ましい範囲内にない限り、オペレータが貼付剤を適用するのを妨げることができる。そのような好ましい範囲は、図５Ａに関して示し記載したようなセンサ構成の場合の単一の力の値から成ることもでき、又は図５Ｂ、５Ｃ、７Ａ、７Ｂ、及び７Ｃに関して示し記載したような多センサ配置から得られる多数の力の値に関するものであることもできる。代替的に、又は追加的に、ロックアウト１２８は、デバイス又はツールが特定の所望の位置にあるときにだけ貼付剤の適用を可能にすることもできる。一実施形態では、ロックアウト１２８は、トリガ３８（図１及び図２に示される）が作動されるのを妨げることによって、貼付剤の適用を妨げることができる。代替的な実施形態では、（１つ若しくは複数の）センサは、トリガ３８に直接フィードバックを提供し、それによってツールが特定の所望の位置に置かれたときにだけトリガを始動させることができる。

システム１１８の構成要素を完全にツール上若しくはツール内に収めることもでき、又は１以上の構成要素を外部に配置することもできることが認識されよう。システム１１８の構成要素は、物理的又は無線（例えば、電波）接続によって接続することができ、ネットワーク又はインターネットでのデータ及び信号の伝送を含むことができる。

図８Ｂは、リミッタ／フィルタ１３２に電気的に接続されたピストンセンサ５８と、表示器１２６とを含む、アナログフィードバックシステム１３０のブロック図である。リミッタ／フィルタ１３２は、帯域幅制限（例えば、ローパスフィルタ及び／又はハイパスフィルタを用いる）、感知された力応答の線形化、及びゲイン調整を提供することができる。アナログフィードバックシステム１３０は、必要及び所望に応じて、明確にするために図８Ｂには図示していない他の構成要素及び回路を含むことができる。他の実施形態では、１以上の追加のセンサ（例えば、図８Ａに示したカラー部センサ８０）もまた、リミッタ／フィルタ１３２に電気的に接続することができる。さらに、システム１３０の構成要素を完全にツール上若しくはツール内に収めることもでき、又は１以上の構成要素を外部に配置することもできることが認識されよう。さらに、代替的な実施形態では、所望に応じてアナログ及びデジタル回路の任意の組み合わせを実装することもできる。

図９Ａ〜９Ｃは、本発明による、感知された力及び／又はツールの向きのデータを表示する例示的な表示器を示す。図９Ａは、感知された定量的な力出力を示す読出し表示装置１５０と、１対の視覚的メータ１５２及び１５４とを有する表示器１２６Ａを示す。表示器１２６Ａは、前掲及び上述のセンサ５８及び８０など、ツール上のいずれかのセンサから得られた出力を示すことができる。図９Ａに示した実施形態では、読出し表示装置１５０は、３ １／２桁液晶表示装置（ＬＣＤ）などのデジタル表示装置である。他の実施形態では、読出し表示装置１５０は、ダイアルなど、任意の種類のデジタル又はアナログ表示装置であることができる。図９Ａに示した実施形態では、１対の視覚的メータ１５２及び１５４は、各列が３つの色領域１５６、１５８、及び１６０を有する、２列の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。例えば、色領域１５６、１５８、及び１６０は、それぞれ、緑色、黄色、及び赤色ＬＥＤに対応することができる。一方のメータ、例えば、メータ１５２は、ツールのカラー（例えば、図５Ａ参照）のところで感知された力の動的指示を提供することができ、感知された力がより大きいことを示すには左から右へとより多くのＬＥＤが点灯する。メータ１５２は、また、最大値を所望の期間にわたってホールドし、その後減衰（decay）することができる。他方のメータ（すなわち、メータ１５４）は、加わる平均の力を示すことができる。読出し表示装置１５０と視覚的メータ１５２及び１５４とを実時間基準で使用して、標的表面に対するツールの位置決め（例えば、オペレータによって加えられる押下げ力）を評価することができ、またさらにマイクロニードル適用についての選択された標的部位の適合性を評価することができる。

代替的な実施形態では、表示器１２６Ａは、多数の位置で感知された力を表示することができる。例えば、メータ１５２は、ツールのカラー（例えば、図７Ａのセンサ領域１０８参照）のところで感知された力を示すことができ、メータ１５４は、ツールの支持部材又は作動装置（例えば、図７Ａのセンサ領域１１０Ａ参照）のところで感知された力を示すことができる。そのような実施形態では、視覚的メータは、特定の状況に望ましいように、他の形状及び配置（例えば、スターバースト（starburst）形状など）を有することができる。さらに、表示器１２６Ａとともに追加の読出し表示装置を含めることができる。各読出し表示装置は、特定のセンサについてのデータに対応することもでき、又は処理されたデータ（例えば、平均値、多数のセンサデータのトレンドデータなど）に対応することもできる。

図９Ｂは、概ね「Ｘ」字形に配置された４つの視覚的メータ１６２、１６４、１６６、及び１６８を有する表示器１２６Ｂを示す。各視覚的メータ１６２〜１６８は、多数の領域に色分けすることができ、各領域はほぼどのような色でもよい。緑色領域１７０、黄色領域１７２、及び赤色領域１７４を備えた視覚的メータ１６２が示されており、他の視覚的メータ１６４、１６６、及び１６８を同じ方式で色分けすることができる。視覚的メータ１６４、１６６、及び１６８は、表示器１２６Ａに関して上述したのとほぼ同様に動作することができる。視覚的メータ１６２、１６４、１６６、及び１６８のＸ字形配置は、多数のセンサから感知された力を示すことができ、例えば、各視覚的メータ１６２、１６４、１６６、及び１６８は、図５Ｂに示した感知領域８４Ｂ〜８４Ｅに対応することができる。視覚的メータ１６２、１６４、１６６、及び１６８の他の配置が企図され、そのような配置は、好みに応じて、また対応するツール上のセンサの数及び配置などの因子に応じて異なる。表示器１２６Ｂを使用して、力がツールの一部分の周り（例えば、マイクロニードル適用デバイスのカラーの周り、より具体的には、該デバイスの環状カラーの周り）に均一に分布しているかどうかを示すことによって、表面に対するツールの向きを示すことができる。実時間基準で提供されるときには、そのような指示をオペレータが使用して、ツールの向きを調整することができる。加えて、前述の表示器１２６Ａと同様に、表示器１２６Ｂを使用して、オペレータによってツールに加えられる力の規模を調整することもできる。

図９Ｃは、バイナリ表示装置１７２と、該バイナリ表示装置１７２の周りに位置する３つの視覚的メータ１７４、１７６、及び１７８とを有する、表示器１２６Ｃを示す。視覚的メータ１７４、１７６、及び１７８の配置は、多数のセンサから感知された力を示すことができ、例えば、各視覚的メータ１７４、１７６、及び１７８は、図５Ｃ及び７Ｃに示したセンサ配置に対応することができる。各視覚的メータ１７４、１７６、及び１７８は、最も内側の領域から最も外側の領域まで、赤色（１８０）、黄色（１８２）、緑色（１８４）、黄色（１８６）、及び赤色（１８８）となる、色分けされた領域１８０、１８２、１８４、１８６、及び１８８を有することができる。緑色領域１８４は、感知された力がマイクロニードル適用に望ましい範囲内にあることを示すことができる。内側の領域１８０（赤色）及び１８２（黄色）は、不十分な力を示すことができ、外側の領域１８６（黄色）及び１８８（赤色）は、過剰な力を示すことができる。バイナリ表示装置１７２は、力及び／又はツールの向きがマイクロニードル適用に適正であるか不適正であるかを示すことができ、最終的なバイナリ出力は、いくつもの異なる力及び向きの因子の分析を伴うことができる。

他の表示器を、本発明に従って使用することができる。例えば、表示器は、音発生装置（バズ音（buzz）、スキール音（squeal）、クリック音（click）など）又はアナンシエータ（enunciator）（例えば、声の出力）など、聴覚出力を提供することができる。表示器は、また、出力の強度（例えば、光又は音の強度）を変化させることによって力の指示を提供することもできる。

表示器は、ツールに直接接続することもでき、遠隔に配置することもできる。例えば、図８Ａに関して示し記載したシステム１１８の場合、表示器は、コンピュータ上の表示装置であることができる。コンピュータが使用される場合、ワシントン州レッドモンド（Redmond）のマイクロソフト社（Microsoft Corp.）のＥＸＣＥＬスプレッドシート・ソフトウェア、マサチューセッツ州ナティック（Natick）のマスワークス社（The MathWorks, Inc.）のＭＡＴＬＡＢソフトウェア、及びテキサス州オースティン（Austin）のナショナル・インスツルメンツ社（National Instruments Corporation）のデータ収集・分析ソフトウェア（例えば、ＬａｂＶＩＥＷ）のような市販のソフトウェアパッケージなど、出力をソフトウェアによって表示用に処理することができる。

表示器の範囲及び限界は、特定の用途に意味のある値に従って、例えば、マイクロニードルアレイによる薬物送達の高い信頼度を保証する値に設定することができる。具体的な値は、適用デバイスの構成、マイクロニードルアレイの構成、送達されるべき分子などの因子によって異なる。

本発明は、感知された力データの分析を可能にする。図１０Ａは、ツールのカラーのところに位置する単一のセンサ（例えば、図５Ａ参照）で感知される力の曲線２０２と、カラーが皮膚表面に当てられて位置決めされるときの（例えば、図２参照）時間との対比、及びマイクロニードル適用に許容可能な力の範囲２０４を示すグラフ２００である。図１０Ａに示されるように、カラーが皮膚表面に当てられて位置決め及び調整されるとき、感知される力は、初めは増大し、次いでオペレータが（１つ若しくは複数の）フィードバック指示を観察しながら加わる力を調整するときには動的応答を生み出し、次いでカラーが皮膚表面から離されるにつれて下降する。領域２０６、２０８、及び２１０は、曲線２０２が範囲２０４内に入る期間を表し、マイクロニードル適用に適した１以上の条件に相当する。図１０Ｂは、ツールのカラーのところに位置する４つのセンサ（例えば、図５Ｂ参照）で感知される力と、カラーが皮膚表面に当てられて位置決め及び調整されるときの（例えば、図２参照）時間との対比を表す４つの曲線２２２、２２４、２２６、及び２２８、及びマイクロニードル適用に許容可能な力の範囲２３０を示すグラフ２２０である。図１０Ｂに示されるように、カラーが皮膚表面に当てられて位置決めされるとき、感知される力は、初めは増大し、次いでオペレータが（１つ若しくは複数の）フィードバック指示を観察しながら加わる力を調整するときには動的応答を生み出し、次いでカラーが皮膚表面から離されるにつれて下降する。領域２３２は、すべての曲線２２２、２２４、２２６、及び２２８が範囲２３０内に入る期間を表し、マイクロニードル適用に適した１以上の条件に相当する。

図１１Ａは、ピストンが作動していない場合の、ツールのカラーのところに位置する単一のセンサ（例えば、図７Ａのセンサ領域１１０Ａ参照）で感知される力と、カラー部が皮膚表面に当てられて位置決め及び調整されるときの時間との対比（例えば、図２参照）を示す曲線２４２のグラフ２４０である。マイクロニードル適用に許容可能な力の範囲２４４が示されている。

図１１Ｂは、カラー（例えば、図７Ａのセンサ領域１１０Ａ参照）のところで感知される力と、カラーが皮膚表面に当てられて位置決め及び調整されるときの時間との対比を示す曲線２４８のグラフ２４６である。貼付剤適用は、曲線２４８が範囲２４４内に入っている間に、時間２５０において開始され、次いでアプリケータのピストンのパッドが時間２５２において皮膚表面に到達する。時間２５４では、カラー及びピストンは、アプリケータデバイスと皮膚表面との間の力を分担している。次いで、時間２５６では、アプリケータデバイスと皮膚表面との間の力は、均衡に近づく。図１１Ｂに示されるように、オペレータがアプリケータをしっかり把持しており、且つ標的部位がアプリケータに対して移動しないとすれば、曲線２４８上のカラーにおける力は、時間２５２においてパッドが皮膚表面に達した後に下降する（比較目的で曲線２４２が図１１Ｂに破線で示されている）。

図１１Ｃは、図１１Ｂに示した操作の間の、ピストンのパッド（例えば、図７Ａのセンサ領域１０８参照）のところで感知される力と時間との対比を示す曲線２６２のグラフ２６０である。図１１Ｃに示されるように、曲線２６２は、パッドが初めに皮膚表面に到達した後で時間２５２から時間２５４へと増大し、次いで、力がピストンとカラー部との間で分担されるにつれて時間２５４から時間２５６へと減少する。

図１２Ａは、時間２７９から始まる、ピストンが作動していない場合の、カラーのところに位置する４つのセンサ（例えば、図７Ｂのセンサ領域１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、及び１１０Ｅ参照）によって感知される力と、カラーが皮膚表面に当てられて位置決め及び調整されるときの時間との対比を示す４つの曲線２７２、２７４、２７６、及び２７８のグラフ２７０である。マイクロニードル適用に許容可能な力の範囲２８０が示されている。領域２８２は、すべての曲線２７２、２７４、２７６、及び２７８が範囲２８０内に入る期間を表し、マイクロニードル適用に適した１以上の条件に相当する。

図１２Ｂは、ピストンのパッド（例えば、図７Ｂのセンサ領域１０８参照）のところで感知される力と、カラーが皮膚表面に当てられて位置決め及び調整されるときの時間との対比を示す曲線２８６のグラフ２８４である。貼付剤適用がトリガされ、ピストンのパッドが時間２８８において皮膚表面に到達する。パッドのところで感知される力は、時間２９０において均衡に近づく。時間２８８と２９０との間の曲線２８６の下方に、面積２９１が作り出される。

図１２Ｃは、図１２Ａ及び１２Ｂに描かれたような、カラー部における平均の力（例えば、曲線２７２、２７４、２７６、及び２７８の合計を４で割った値）と、ピストンのパッドにおける力（曲線２８６）との合計（Σ）と、時間との対比を示す曲線２９４のグラフ２９２である。

図１２Ｄは、カラーにおける平均の力（例えば、曲線２７２、２７４、２７６、及び２７８の合計を４で割った値）から、図１２Ｂで曲線２８６によって描かれたようなピストンのパッドにおける力を引いた、力の差（Δ）を時間と対比させた曲線２９８のグラフ２９６である。時間間隔３００の間、曲線２９８の値は、負であり、負のピーク値３０２に達する。グラフ２９６の力の差Δが負である時間間隔（例えば、時間間隔３００）を、貼付剤適用の具体的な評価と相関させることが可能である。例えば、力の差が負である特定の時間間隔を、「良好な」、望ましい、又は適正な貼付剤適用手順、及び記録又はオペレータへの指示のために生成される適切な出力と相関させることができる。感知されたデータのさらなる分析は、規模、時間（持続時間）、曲線の上側又は下側の面積、及び他の基準に基づくものとすることができる。

マイクロニードル適用に許容可能な力の特定の範囲２０４、２３０、２４４、２８０は、多様な場合があり、これだけに限定するものではないが、マイクロニードルのサイズ、数、及び形状、適用される薬理学的な剤（あれば）の種類及び量、皮膚表面の種類及び位置、並びに所望の治療的反応を含めたいくつもの因子に左右される場合がある。

本発明は、適用パラメータに関するフィードバックを提供することによって、より一貫したマイクロニードルアレイの適用を可能にする。例えば、マイクロニードル適用デバイスのカラーとピストンとの両方にセンサが設けられる場合、特定の標的部位における皮膚のドーム形成に関連して、押戻し力を感知し、測定することができる。加えて、例えば、貼付剤適用時の反動効果（recoil effect）（あれば）を感知し、評価することもできる。

感知されたデータは、実時間での部位選択及び貼付剤適用手順に役立たせることができる。実時間フィードバックによって、オペレータは、一貫した信頼性のある貼付剤適用のために、筋肉記憶又は他の訓練依存性因子に頼ることなく、適用手順パラメータの信頼性のある特性評価を得られるようになる。また、状況によっては、感知されたデータを使用して、適切なアプリケータを選択すること、又は可変力駆動体の調整と併用することなどによって、貼付剤を標的適用部位に向かって移動させるために加えられる力を調整することもできる。

ゆえに、マイクロニードル適用のための特定の標的部位に関係したパラメータが、選ばれた適用デバイス（又はツール）にそのまま当てはまるので、本発明は、それらのパラメータを測定・診断する能力を提供する。このことは、加わる力に対する皮膚押戻し力の部位固有の変数を決定することによって適用部位の特性評価を可能にするので、他のデバイスよりも有利である。また、本発明を使用して、適用角度、すなわち、ツールの向きを評価して、ツールの接触部分における３つ以上の力センサ領域にわたって概ね一様な圧力が加わるよう保証することによって、ユーザがツールを標的部位に垂直に位置決めするのを支援することもできる。

加えて、本発明は、研究データをヒトでの試験及び他の後続の応用状況によりうまく相関させるために、非ヒト動物における前臨床試験で使用するという利点を有する。以上のすべての理由から、本発明は、特にマイクロニードル適用について部位を評価できるという点で現行の技術を上回る利点を有する。ただし、ここで指定される利点を、決して本発明の全体的な範囲又は有用性を制限するものと見なすべきではない。

本発明をいくつかの代替的な実施形態に即して説明したが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細に変更を加えることができることが当業者には認識されよう。例えば、本発明のフィードバック感知のシステム及び方法と併せて使用するために企図されるツールには、任意の種類の貼付剤のアプリケータなど、様々なアプリケータを含めることができる。加えて、図１０Ａ〜１２Ｄのすべてのグラフは、例示的なものにすぎず、他の形状及び特徴を有し、且つ異なるパラメータを記述するグラフを、本発明によって得ることができる。

上記の図面は本発明のいろいろな実施態様を示すが、考察において記載したように、他の実施態様もまた考えられる。すべての場合において、この開示は、代表例によって本発明を表しており、限定を意味するものではない。本発明の範囲および原理の趣旨に含まれる他の多数の修正形態及び実施形態が、当業者によって考案され得ることを理解されたい。図面は縮尺通りに描かれていない場合がある。図面全体で、類似部分を表すために類似の参照番号が使用されている。

マイクロニードル適用デバイス及び標的皮膚表面の斜視図である。 マイクロニードル適用デバイスが標的皮膚表面に当てられて位置決めされた、マイクロニードル適用デバイス及びマイクロニードルアレイ貼付剤の側断面図である。 標的皮膚表面に当てて位置決めされたマイクロニードル適用デバイスの一部分の拡大側断面図である。 マイクロニードル適用デバイスの一部分の側断面図である。 マイクロニードル適用デバイスの代替的な実施形態の一部分の概略的側面図である。 代替的なカラー部センサ配置についての標的適用部位における感力性領域の略図である。 代替的なカラー部センサ配置についての標的適用部位における感力性領域の略図である。 代替的なカラー部センサ配置についての標的適用部位における感力性領域の略図である。 診断ツールの側断面図である。 代替的なセンサ配置についての標的部位における感力性領域の略図である。 代替的なセンサ配置についての標的部位における感力性領域の略図である。 代替的なセンサ配置についての標的部位における感力性領域の略図である。 デジタルフィードバックシステムのブロック図である。 アナログフィードバックシステムのブロック図である。 本発明による、感知された力及び／又はツールの向きのデータを表示する代替的な表示器を示す図である。 本発明による、感知された力及び／又はツールの向きのデータを表示する代替的な表示器を示す図である。 本発明による、感知された力及び／又はツールの向きのデータを表示する代替的な表示器を示す図である。 ツールのカラー部に結合された単一のセンサで感知される力と、カラー部が皮膚表面に当てられて位置決め及び調整されるときの時間との対比、及びマイクロニードル適用に許容可能な力の範囲を示すグラフである。 ツールのカラー部に結合された４つのセンサで感知される力と、カラー部が皮膚表面に当てられて位置決め及び調整されるときの時間との対比、及びマイクロニードル適用に許容可能な力の範囲を示すグラフである。 ピストンが作動していない場合の、カラー部のところの単一のセンサで感知される力と、カラー部が皮膚表面に当てられて位置決め及び調整されるときの時間との対比を示すグラフである。 ピストンが作動して最終的に皮膚表面に到達する場合の、カラー部のところで感知される力と、カラー部が皮膚表面に当てられて位置決め及び調整されるときの時間との対比を示すグラフである。 図１１Ｂのようにピストンが作動して最終的に皮膚表面に到達する場合の、ピストンのパッドのところで感知される力と、カラー部が皮膚表面に当てられて位置決めされるときの時間との対比を示すグラフである。 ピストンが作動していない場合の、カラー部に結合された４つのセンサによって感知される力と、カラー部が皮膚表面に当てられて位置決め及び調整されるときの時間との対比を示すグラフである。 ピストンが作動して最終的に皮膚表面に到達する場合の、ピストンのパッドのところで感知される力と、カラー部が皮膚表面に当てられて位置決めされるときの時間との対比を示すグラフである。 図１２Ａ及び１２Ｂに描かれたような、カラー部及びピストンのパッドにおける力の合計と、時間との対比を示すグラフである。 図１２Ａに描かれたようなカラー部における力から、図１２Ｂに描かれたようなピストンのパッドにおける力を引いて時間と対比させたグラフである。

Claims (5)

1. マイクロニードルアレイを標的皮膚の位置に向かって移動させるマイクロニードル適用デバイスであって、
   該マイクロニードル適用デバイスに動作可能に接続されたフィードバックセンサを有し、
   該フィードバックセンサは、前記標的皮膚に対するマイクロニードルの適用について許容可能な力の範囲における、前記標的皮膚の位置と前記マイクロニードル適用デバイスとの間の力に対応する出力を発生させることができるとともに、前記許容可能な力の範囲を超える力及び前記許容可能な力の範囲を下回る力に対応する出力を発生させることができ、
   前記マイクロニードル適用デバイスは、ハウジングと、カラーと、前記ハウジングと前記カラーとの間であって前記カラーの周囲に配置され、前記カラーにおける力を感知するセンサとを有する、マイクロニードル適用デバイス。
2. マイクロニードル適用装置であって、
   少なくともマイクロニードルの適用前に皮膚と接触するように構成された部分を有するマイクロニードル適用デバイスと、
   皮膚と接触するように構成されたマイクロニードル適用デバイスの前記部分と標的適用部位との間の力を感知する力感知要素と、を含み、
   前記力感知要素は、マイクロニードルの適用について許容可能な力の範囲における、前記皮膚の位置と前記マイクロニードル適用デバイスとの間の力に対応する出力を発生させることができるとともに、前記許容可能な力の範囲を超える力及び前記許容可能な力の範囲を下回る力に対応する出力を発生させることができ、
   前記マイクロニードル適用デバイスは、ハウジングと、カラーと、前記ハウジングと前記カラーとの間であって前記カラーの周囲に配置され、前記カラーにおける力を感知するセンサとを有する、マイクロニードル適用装置。
3. 前記力感知要素に動作可能に接続された表示器をさらに有し、
   該表示器は、前記マイクロニードル適用デバイスが前記標的適用部位に対してマイクロニードルの適用のための望ましい向きにあるときを指示することができる、請求項２に記載のマイクロニードル適用装置。
4. 前記マイクロニードル適用デバイスのピストンに動作可能に接続された追加の力感知要素をさらに有し、
   前記ピストンは格納位置とマイクロニードル適用のための拡張位置との間を移動可能であり、前記追加の力感知要素は、マイクロニードル適用中に前記ピストンに作用する力を感知できる、請求項２又は３に記載のマイクロニードル適用装置。
5. 前記力感知要素に動作可能に接続され、該力感知要素からのデータを処理するプロセッサをさらに有する、請求項２又は３記載のマイクロニードル適用装置。

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