JP5416283B2 - 脊椎骨の脊髄の活動を測定するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、脊椎動物の脊髄の活動を測定するための装置に関する。「活動」という語は、ここでは、特に運動作用または認知作用に対する神経系の反応を特徴とし得る、光学的、科学的、または身体的な脊髄の特性の如何なる種類をも意味するように用いられる。

運動作用は、脊髄を介して神経信号を効果器に導く、一連のエネルギープロセスに由来する。脊髄の部分的または全体的な障害は、神経路の変性に繋がり、これにより、もはや障害を超えて信号を脊髄ニューロンに伝達することが不可能となる。その結果、麻痺、および脳に向かう上方経路の妨害へと繋がり、これにより、知覚喪失へと繋がってしまうことがある。

脊柱に沿って神経信号を伝達するメカニズムを理解することは、最も効果的な、可能性のある治療法を開発するために必要である。

酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ）および脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）の分布の変動性は、認知作用または運動作用中に、皮質および脊柱の神経領域に血流を送る血管および毛細血管から観察され得る。

血液量および酸化のこれらの変動を検出可能とする光学画像装置を用いることによって、脳の神経組織を研究することが可能となっている。それにも関わらず、用いられている技術は、体における他の部分に設置し、または脊椎動物に継続的にインプラントするには、大き過ぎるサイズを有している。穿孔術は、脳組織へのアクセスを得ることを十分になし得る一方、延髄組織へのアクセスを得ることは、より困難であり、椎弓切除術が必要となる。最後に、公知の光学画像装置は、主に光ファイバを備えており、このようなファイバは、脊髄に用いることが困難である。何故ならば、これらファイバの形状によって、血流力学的反応を測定するために該ファイバを簡単な方法で結合することが困難となってしまうからである。

したがって、現在、全体として脊髄を研究するための主な手段は、脊髄を視認可能とし、延髄組織を分析可能とする磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）となっている。それにも関わらず、このような研究は外部に留まっており、延髄組織にて知覚される神経活動は、その研究が急がれており、一人の患者から他の患者まで理解することが困難となっている。

本発明の目的は、脊椎動物の脊髄の活動を測定することを可能としつつ、上記欠点を克服することができる、インプラント可能な装置を提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、脊椎動物の脊髄の活動を測定する測定装置を提案する。本装置は、脊椎骨の棘突起に固定されるように形成された、少なくとも一つの主プローブを備える。この主プローブは、脊髄と相互作用可能な波を放射する少なくとも一つのエミッタと、脊髄と相互作用した波を受信し、脊髄の活動を示す信号を生成する、少なくとも１つの関連レシーバとを、脊椎骨における互いに対向する側の位置にそれぞれ保持するように形成される。

主プローブは、対象となる脊椎骨と一致する切り込みを設け、脊椎骨の両側の筋肉を押し広げて離隔させることによって、非常に簡単に配置される。これにより、プローブは、脊椎骨に跨るようにして設置され得る。その後に、主プローブを、脊椎骨の棘突起に、ネジまたは接着剤を用いて固定しさえすればよい。このようにして、手術が、簡単且つ迅速となる。

本発明は、添付の図面に示された図を参照した以下の説明の観点から、より理解され得る。

本発明の主プローブが取り付けられた脊椎骨の斜視図である。 図１に示す主プローブが取り付けられた脊椎骨の断面図である。 図１に示す主プローブの斜視図である。 主プローブと、本発明の補助プローブとが取り付けられた脊椎骨の断面図である。 図４に示す補助プローブの斜視図である。

本発明は、猫の脊椎骨へのアプリケーションとして示されている。このアプリケーションは、当然のことながら限定的なものではない。

図１〜図３を参照して、本発明の測定装置は、脊椎骨３の棘突起２に固定されるように形成された主プローブ１を備える。主プローブ１は、赤外線に対して透過性を有する樹脂からなり、フォーク４の形状を有する。このフォーク４は、二つの歯部４ａ、４ｂと、該フォーク４から突出するハンドル５とを含む。

この形状によって、手術を簡単化することができ、外科医は、脊椎骨３の側方に位置する筋肉を押し広げて離隔させ、フォーク４を棘突起２に図１の矢印で示す方向に配置するだけでよい。この位置において、フォーク４は、延髄の管を形成する脊椎骨の一部に跨って設置され、ハンドル５は、棘突起２に面して延在する。そして、主プローブ１は、好ましくは、そのハンドル５を介して、例えば、生体適合性を有する接着剤、またはチタン製のネジを用いて、棘突起２に固定される。

歯部４ａは、赤外線エミッタ６を有し、そこからの赤外線は、脊椎骨の脊髄７を透過する。そして、赤外線は、延髄組織と相互作用した後、他方の歯部４ｂに設けられた赤外線レシーバ８によって収集される。赤外線は、骨壁を透過し、脊髄７に含まれる血液中のヘモグロビンと相互作用する。これにより、脊髄７にストレスが与えられたときに、脊髄７の血管活動を監視することが可能となる。レシーバ８は、受信した赤外線を、血管活動を示す電気信号、すなわち、それ自体が神経活動を示す電気信号に変換する。

主プローブ１は、この電気信号をデジタルデータに変換するための電気的手段９を有する。この実施例においては、デジタルデータは、メモリに記録され、その後に送信される。このために、主プローブは、該主プローブ１から離隔して設置される赤外線トランシーバとバイナリフレームで通信するための赤外線エミッタ１０および赤外線レシーバ１１を有する。代替的には、デジタルデータは、記録されずにリアルタイムで送信されてもよい。

有利には、このような方法で生成されたデジタルデータは、シミュレーションに応じて脊髄の血管活動を追跡するために、リモートトランシーバＤに送信される。本実施例の方法によって、トランシーバは、アクチュエータを制御するように構成された外部制御ユニットに結合されてもよく、このアクチュエータは、機能不全を緩和するように脊椎動物の組織に作用する。例えば、制御ユニットは、主プローブの手段によって脊髄の活動を検出することに応じて化学物質を供給するインプラントまたはポンプを制御するために用いられてもよい。

本実施例においては、主プローブ１は、該主プローブ１の外部に設けられた回路から、電力を供給される。この外部回路は、変動磁界を供給し、これにより、アンテナ１２に電流が発生する。この実施例においては、アンテナ１２は、ハンドル５に配置されている。電気的手段９は、主プローブ１によって直接的に使用可能な電位を生成するための、アンテナ１２に誘導された電位を調整するように構成されている。本実施例においては、プローブが誘導源から離隔している間でさえも動作することを可能とするために、オンボード電池１３を充電するようにこの電位を用いることが望ましい。

図４および図５を参照して、本発明の特定の態様によれば、リモートトランシーバＤは、骨髄７と直接接触するように脊椎骨３の内部にインプラントされた補助プローブ１４と結合されてもよい。好ましいインプラントのモードにおいて、脊椎骨を囲む筋肉が、一度押し広げられて離隔されると、外科医は、脊椎骨に椎弓切除術を施し、延髄の管に補助プローブ１４を挿入し、ポリマー樹脂を用いて脊椎骨を再構築する。図３、図４、および図５を参照して、好ましい安定化モードにおいて、補助プローブ１４の位置は、主プローブ１との磁気的な連結によって安定化される。ここで、各プローブは、磁石１５、１６を有し、これら磁石は、一方のプローブにおいては同じ極性を有し、他方のプローブにおいては上記一方のプローブと逆の極性を有するように設置される。脊椎骨３は、マグネット１５、１６が骨壁を通して互いに引き合うことを可能とするほどに十分薄い。これにより、補助プローブを主プローブに対して安定させることができる。この固定法は、外科的な縫合を用いる固定法と比べて、外科手術を簡単とする点において、有利である。

補助プローブ１４は、いくつかの機能を実行し得る。この機能としては、脊髄７の神経活動を測定することが挙げられる。このために、補助プローブ１４は、脳脊髄液中におけるある生体粒子の存在に反応し、電気信号を生成するセンサ１７を含む。補助プローブ１４は、この信号をデジタルデータに変換する電気的手段１８を含む。また、補助プローブ１４の他の機能として、化学的および／または電気的手段によって、脊髄の神経活動を刺激することが挙げられる。このために、補助プローブ１４は、ダイヤフラムを含み、化学化合物を貯蔵するように機能するタンク１９と、上記ダイヤフラムを選択的に移動させるように該ダイヤフラムと協働するマイクロモータ２０とを含む。これにより、化学化合物を脊髄７中に放出することができる。また、電極２１は、ローカル電位を、電極２１と接触する脊髄７の軸索に印加する。

この実施例において、補助プローブ１４のトランシーバＤは、主プローブ１のエミッタ１０および赤外線レシーバ１１とバイナリフレームで通信する赤外線エミッタ２２および赤外線レシーバ２３を有する。このように、電気的手段１８によって生成されたデータを送信し、または、主プローブ１からの命令を受信するために、２つのプローブ間における無線通信が必要とされる。同様に、補助プローブ１４は、無線で電力の供給を受ける。好ましい装置において、アンテナ２４は、主プローブ１のアンテナ１２と、電磁誘導によって通信する。電気的手段１８は、補助プローブ１４によって直接的に使用可能な電位へとアンテナ２４に誘導された電位を調整するように構成されている。この実施例においては、オンボード電池２５を充電するためにこの電位を用いることが望ましい。

補助プローブは、大変敏感な組織である脊髄に非常に近接してインプラントされるので、補助プローブが小型化される必要があることに留意すべきである。そのサイズの結果、補助プローブが動作できる期間の長さは限定され、補助プローブは、定期的に電力の供給を受けるために、より大きなサイズのプローブ（ここでは主プローブ）に連結される必要がある。

本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定義された範囲に属する如何なる変形例をも包含するものである。

特に、補助プローブ１４と主プローブ１との間、および、主プローブ１と該主プローブ１から離隔したトランシーバとの間の通信が、赤外線によって行われる場合について説明したが、他の如何なる通信モードを利用することも可能である。このような通信としては、例えば、無線自動識別（ＲＦＩＤ）通信、または、主プローブ１とリモートトランシーバとの間の通信のために、ワイヤを用いた通信としてもよい。さらには、主プローブ１が、補助プローブ１４および主プローブから離隔したトランシーバと通信するために、共通の通信システムを用いる場合について説明したが、当然のことながら、二つの異なる通信システムを備えるプローブを提供することも可能である。

主プローブ１は、電磁波を赤外線として放射することによって脊髄７の活動を測定するためのシステムを備えるものとして説明されたが、例えば、超音波を放射するといった、他の公知技術を用いることも可能である。

補助プローブが脊髄７と直接接触するために脊椎骨の内部にインプラントされたものとして説明したが、より広くは、如何なる機能性組織に接触するように補助プローブをインプラントすることも可能である。

変形例において、補助プローブをアルゼット（Ａｌｚｅｔ）タイプの浸透圧ポンプに連結することを予測することができる。

Claims (10)

1. 脊椎骨（３）の棘突起（２）に固定されるように形成された少なくとも１つの主プローブ（１）を備え、
   前記主プローブ（１）は、脊髄（７）と相互作用可能な波を放射する少なくとも１つのエミッタ（６）と、脊髄（７）と相互作用した波を受信し、脊髄の活動を示す信号を生成する、少なくとも１つの関連レシーバ（８）とを、脊椎骨における互いに対向する側の位置にそれぞれ保持するように形成されることを特徴とする、脊椎動物の脊髄の活動を測定するための測定装置。
2. 前記主プローブは、脊椎骨に跨るように設置されるフォーク（４）として形成されるとともに、前記主プローブが脊椎骨に設置されたときに棘突起に面して延在するハンドル（５）を有する、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記主プローブの前記エミッタ（６）から放射され、前記関連レシーバ（８）によって受信される波は、赤外線である、請求項１に記載の測定装置。
4. 前記主プローブは、少なくとも１つのリモートトランシーバ（Ｄ）と遠隔通信するための通信手段（１０、１１）を有し、
   前記通信手段は、前記リモートトランシーバ（Ｄ）と、該リモートトランシーバ（Ｄ）からの信号を受信する少なくとも１つの赤外線レシーバ（１１）とに信号を発信する、少なくとも１つの赤外線エミッタ（１０）を含む、請求項１に記載の測定装置。
5. 前記リモートトランシーバ（Ｄ）は、機能性組織、特に脊髄と直接的に接触するように設置された、少なくとも１つの補助プローブ（１４）と関連付けられ、
   前記補助プローブは、前記機能性組織を刺激するための手段（１９、２０、２１）、および、前記機能性組織の活動を測定するための手段（１７）の少なくとも一方を有する、請求項４に記載の測定装置。
6. 前記補助プローブは、脊髄と接触して設置されるように構成され、
   前記補助プローブおよび前記主プローブは、脊椎骨における前記補助プローブの位置を安定させるための磁気的手段（１５、１６）を有する、請求項５に記載の測定装置。
7. 脊髄を刺激するための前記手段は、電極（２１）を含み、
   前記電極（２１）は、該電極（２１）に接触する軸索にローカル電位を印加する、請求項５に記載の測定装置。
8. 脊髄を刺激するための前記手段は、粒子を貯蔵し、該粒子を脊髄の中に徐々に放出するための手段（２０）と結合されるタンク（１９）を含む、請求項５に記載の測定装置。
9. 前記補助プローブは、電気エネルギーを遠隔受信するための誘導手段を有し、
   前記誘導手段は、少なくとも１つのアンテナ（２４）を含む、請求項５に記載の測定装置。
10. 前記主プローブは、電気エネルギーを遠隔受信するための誘導手段を有し、
    前記誘導手段は、少なくとも１つのアンテナ（１２）を含む、請求項１に記載の測定装置。

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