JP5619133B2 - 副鼻腔内の酸化窒素の通気及び上気道の疾患の抑制のためのデバイス - Google Patents

Description

この発明は、副鼻腔内の酸化窒素の通気及び上気道の疾患の抑制のためのデバイス、特に、副鼻腔を洗浄して呼吸器疾患を抑制するためのデバイスであって、ハウジングと、前記ハウジング内に中に配置されている振動発生器と、前記振動発生器に連絡する（接続された）エネルギー供給ユニットと、前記振動発生器と機械的／物理的に接触し、一部が前記ハウジング内に配置された振動トランスミッタと、を含むデバイスに関する。提案されたデバイスは、上下気道及び肺循環のそれぞれの疾患、例えば、鼻炎、様々な原因による副鼻腔炎、鼻詰まり、感冒（common cold）、インフルエンザ、気管支炎、気管支収縮、及び慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）等の治療及び検査に好適である。

生物の頭蓋骨、例えば、人間の頭蓋骨は、の空気で満たされたいくつか空間、いわゆる副鼻腔を含んでおり、それは鼻腔と連絡している。副鼻腔の中で最大のものは、いわゆる上顎洞又は顔の空洞であって、その容積は、成人で４ｃｍ^３〜３５ｃｍ^３ であり、平均で１２ｃｍ^３である。副鼻腔は、直径１〜３ｍｍの小さな開口部を介して鼻腔に接続されている。副鼻腔の内側を覆う粘膜は鼻腔の粘膜と結合しているので、鼻腔と副鼻腔の疾患は通常は副鼻腔炎として、連関して生じる。

副鼻腔炎にはいくつかのタイプがある。最も多いのは感冒であり、上気道の弱い感染に起因する炎症を意味している。炎症を引き起こす異物、主に植物の花粉に起因するアレルギーが原因の副鼻腔炎もしばしば起こる。

いわゆる「薬剤性鼻炎」は、局所適用の鼻静脈収縮薬(locally applicable nasal vein-contracting preparations)を７〜１０日間を越えて連続使用することによって発症する。

気道の衛生状態、主に粘液線毛輸送機能の働きは、呼吸器疾患の発症において決定的な重要性がある。粘液線毛輸送機能は、粘膜の繊毛が一方向に鞭のように動くことよって生じる。輸送機能は、繊毛の動きと粘膜物質の粘弾性特性に影響を受ける。

呼吸器疾患の発症に関して、副鼻腔の通気は同様に重要である。閉塞した又は通気の悪い副鼻腔は、炎症を起こしやすい。

副鼻腔の通気検査のための公知の方法は、鼻を通って吐き出される酸化窒素ガス（ＮＯ）量の測定に関連している。ＮＯは人体で生成される物質であり、保護効果を有する。

鼻炎及び上気道の疾患の治療は、通常は非常に簡単である。患者は、休養と水分補給、が必要であり、そして、症状を緩和させるために、鎮痛剤及び解熱剤、更には、抗ヒスタミン剤、ビタミン、粘液溶解剤(mucus-dissolvent)及び去痰薬などの薬が与えられてもよい。病原体によって引き起こされた鼻炎の治療に関しては、ウイルスに対する適切な薬は事実上無い。抗生物質は、細菌感染の防止及び治療のために使用される。鼻炎が薬の作用で改善しない場合、副鼻腔まで広がっている可能性がある。

下気道の疾患のうち、喘息及びＣＯＰＤの処置には薬を使用するが、喘息及びＣＯＰＤの突発性一過性増悪(the sudden temporary aggravation)は、通常は、空気と共に、突発的に人体に侵入する物質に起因するため、そのような事象（イベント）を薬物療法で効果的に防ぐことはできない。従って、必要であれば、下気道呼吸器系の自己清浄化機構(self-clearing mechanism)を迅速に増強することができる治療を用いることも理にかなっている。

米国特許出願公開第２００３／０１７２９３９号は、振動を利用して顔の内部空洞のうっ血を取り除くことを達成できる方法及びデバイスを開示している。その作用のために提案されたデバイスは、電源と外部振動トランスミッタに接続された振動発生器とを含むハンドル部分を含んでおり、体表面を通して硬組織へ振動を伝達するには、この外部振動トランスミッタを、選択された体表面に対して押し付ける必要がある。この文献によれば、それがこの方法に特有な特徴であり、それに基づいてデバイスが設計されており、主に耳痛を軽減又は取り除くには伝達された機械的振動で機械的にうっ血を取り除き、また、振動トランスミッタは、ユーザが向かい合った一対の歯でしっかり挟むことができるように設計されて、その場合にはそのデバイスで歯痛を緩和できる。デバイスは、亜音速周波数(subsonic frequency)、すなわち人間の耳の可聴範囲より低い周波数を適用することによって、その目的を達成する。この文献は、振動によってＮＯを遊離させる可能性については何も言及しておらず、よって、その効果についての具体的な解決策も提案も含んでいない。

米国特許出願公開第２００８／０１９５００１号は、副鼻腔の痛みを緩和するためのデバイス及び方法について記載しており、ここでも、デバイスは人体に振動を伝達するデバイスとして実現されている。そのデバイスを臥位においても適用可能にするために、それは特別な湾曲形状をしており、体表面に振動を伝える振動トランスミッタはデバイスの長手方向の軸に対して角度をなしている。この構成も、デブリ（又は夾雑物）及びうっ血を機械的に緩めて除去することを意図しているが、この文献は、使用する振動周波数について言及していない。この構成の主な欠点は、上述したデバイスと同様に、機械的な作用を生じることによって付着物及び全身の不快感を取り除く又は終結させることを試みていることである。

副鼻腔内のＮＯ濃度は、健康な人間では格別に高いことはよく知られており、２０〜３０ｐｐｍ（parts per million molecules:１００万分子に対する分率）に達し得る。従って、副鼻腔内の高いＮＯ濃度は、何らかの保護機能も有している可能性がある。鼻の中のＮＯ濃度を上昇させる試みは、この可能性を有効に利用するものである。副鼻腔から鼻に向かうＮＯの流出は妨害されるので、鼻のＮＯ濃度を上昇させるために種々の技術的解決手段が考案された。

Lundberg J.及びWeitzberg E.は、副鼻腔と鼻腔との間のガス交換は副鼻腔の共鳴周波数で増大するので、気流を振動させることによって鼻の中のＮＯ量が著しく増加することを見出した（国際特許出願公開ＷＯ０３／０６３７０３参照）。ＷＯ０３／０６３７０３によれば、振動する気流を利用して、又はそのような気流を生成するデバイスによって、主鼻腔内のＮＯ量を増加させることができる。振動する気流は、口を閉じてハミングすること（すなわち「ｍ」及び「ｎ」の音を鼻で発声すること）によって、又は外部音源によって、生じることができる。そのようなデバイスは、診断の目的で人間に用いることができる。

しかしながら、強いハミングはかなり疲れることであり、また、腫れた鼻粘膜によって鼻からの空気の流れが既に阻害されている場合には、鼻から空気をはき出すハミングや、外部のデバイスを利用して振動させた空気を鼻から吸い込むことは、実現することができない。従って、ほとんどの患者では、振動する気流を適用して副鼻腔に通気するのは、臨床的に適用することができない。

国際特許出願公開ＷＯ０３／０１３６５３は、鼻炎の治療のもう１つの可能性について開示している。これは、鼻の中を照射(point)する光の適用、言い換えればライノフォトセラピー（鼻の光線治療（rhinophototherapy））である。同様の解決方法は、例えば米国特許出願第２００６／０２７１０２４号にも記載されている。ライノフォトセラピーも、鼻づまりのときには使用できないという欠点がある。

鼻炎または副鼻腔炎の治療における主な問題の１つは、不快だが危険な病気ではないと考える患者の協力が低い傾向にあることである。彼らは、症状が軽減すると治療を止めてしまい、そして症状が戻ったときには、当然のことながら同じ治療はそれほど効果がなく、又は全く効果がない。従って、毎日の日常活動と平行して患者が受けることが可能な簡単で効果的な治療方法に対するかなりのニーズが存在する。

上顎洞及び前頭洞のそれぞれの振動パラメータは、既知の数式であるヘルムホルツの式で表すことができ、共鳴周波数は、一定の振動拡散速度(constant vibration spread velocity)において空洞の容積、空洞の頚部で測定した直径、及び頚部の長さの関数である。

我々が、上述した国際特許出願公開ＷＯ０３／０６３７０３に記載されている方法を用いて測定していたとき、我々は、鼻の中のさらに高いＮＯレベルが上気道及び下気道の疾患に対して治療効果を有することを思いがけなく見出した。それに加えて、その方法は、著しい又は完全な鼻詰まりの場合には適用することができず、更に、人によって治療効果に著しい差があるので、それらの疾患の治療では、振動する気流の適用は有利ではない。従って、患者を治療するために、鼻詰まりの場合にも上気道及び下気道でＮＯの量を増加させるのに適し且つ治療効果をもたらすのに適している方法又はデバイスが必要とされている。

米国特許出願第２００８／０２００８４８号に開示されているように、副鼻腔近傍の顔面に振動を適用すると治療効果がある。しかしながら、上顎洞近傍で発生させた振動は、上歯の大臼歯の歯根全体に拡がるため、米国特許出願第２００８／０２００８４８号に記載されている振動発生器は、かなり多くの人に歯痛(toot-ache)を引き起こすだろう。上顎骨に又はその近傍に適用される振動発生器のパフォーマンスを低減させることは可能であるが、その結果、上顎洞から主鼻腔へと勢いよく流れるＮＯの量が減り、従って、鼻腔への治療効果も同様に低減することになる。従って、振動エネルギーを上顎洞の上側の頂部のみに伝達させるような振動発生デバイスであって、且つその振動は上顎洞の下側の壁及び／又はその近傍にある歯根には拡がらないものが求められている。人間の頭蓋骨の複雑さを考慮すると、精巧な形状であり縫合線を備えている空間的表面での機械的振動の実際の挙動は、前もってモデル化はできないパラメータを有するため、この種の振動発生デバイスの製造には、注意深い実験分析が必要である。

我々の実験から、驚くべきことに、鼻の縦断面と垂直に、頭蓋骨の間から頬骨の上側に伝達される振動は、歯痛を引き起さずに、鼻の中のＮＯの量を増加させることが明らかになった。頬骨上で発生した振動は、その一部が、頬骨の３つの拡張部を通って頬骨と上顎骨との結合部で反射され、そして一部が、上顎骨と前頭骨そして側頭骨の乳様突起には浸透するが、そこでは浸透した振動は、既に複数回の方向変更をしながら反響し、分散し、そして著しく弱められている。３方向に分割された振動波は、総鼻腔(common nasal cavity)の横の、いわゆる中鼻道自然口ルート(osteomeatal complex)の領域で再結合する。上顎洞の上側の頂部は、頬骨の中に位置している。上顎洞の容積の９０パーセント以上は上顎骨内に存在するが、驚くべきことに、上顎洞の上側の頂部に到達している頬骨内の振動によって、上顎洞に蓄えられたＮＯの全量で、それ自体も、鼻腔全体も洗い流すことができる。

しかしながら、米国特許出願公開第２００８／０２００８４８号に記載された人間の顔面に接触させるデバイスのその部分を頬骨に接触させても、鼻の中でＮＯの増加は起こらなかった。おそらく、デバイスによって発生した振動の周波数が上顎洞の共鳴周波数に適合しておらず、そのため上顎洞と鼻腔との間のガス交換が増強されなかったと考えられる。

まず、上顎洞の容積及び共鳴周波数は、個人によって大きく異なり、更にそれらは各個人でも時間とともに連続的に変化する、ということは一般的に知られている。特定の個人における経時変化は、いわゆるネーザルサイクル（nasal cycle)によるものである。ネーザルサイクルの間に、主に粘膜の腫れ変化によって、鼻の内部断面は周期的に変化する。粘膜の厚さの変化は、副鼻腔の小孔（自然口）の断面と長さの両方に影響する。共鳴パラメータは、粘膜の腫れによる自然口の開口部の狭窄と、それと同時に自然口の長さの増加という結果の影響で連続的に変化し、そのため計算するのは困難である。従って、我々は、適用される振動を副鼻腔の実際の共鳴周波数と数回は一致させるために、１回の治療サイクルの期間中の手動制御でプリセットされた範囲内において、周波数を連続的に変更することができる振動発生デバイスを必要としている。しかしながら、米国特許出願公開第２００８／０２００８４８号による機械的な構成は、周波数変化が早い場合に強いノイズを生じるような、機械的な軌道上を押し進むいくつかの不活性な塊（masses)を含んでおり、そして出力のインパルス（パワーインパルス）により、その動く塊の懸架点(suspension points)の早めの低下(erosion)をもたらす。

副鼻腔のヘルムホルツ共鳴周波数が人ごとに異なるであろうし、さらに特定の個人であっても、副鼻腔のヘルムホルツ共鳴周波数はネーザルサイクルにより連続的に変化するので、デバイスで発生した振動が上歯に拡がって歯痛を引き起こさずに、人間の副鼻腔に典型的で鼻腔内のＮＯ量を増加させるのに適し且つ人間の呼吸器疾患の治療に適した共鳴周波数をスキャンできる、治療目的用の振動発生デバイスを開発することが必要である。

我々は、所望の周波数範囲内での早い回転変化(revolution change)が可能で、その部品が著しい摩耗(attrition)を受けないような機械的振動発生器を有する必要があることを理解した。

従来技術において知られている振動発生デバイスは、通常は、電源と、スイッチと、それらの使用を促進するための他のサブユニットを含み、それは取り付けられた（複数の）振動部品を提供する。しかしながら、複数部品のシステムによる振動は、より多くのノイズを発生する。高周波ノイズは、上歯の歯根に達する可能性があるのに対して、低周波数ノイズは眼球損傷を引き起こす可能性がある。従って、そのようなデバイスには、人体に対して、いかなる潜在的に有害なノイズも伝達しないことが必要とされる。

ノイズを減らすために、例えば内部及び外部のダンピング構造（制振構造）を使用することは可能である。内側のノイズダンピング（騒音抑制）は、ダンピング材料の組み込みによって、又は種々の振動パーツの緊密な機械的フィッティングによって実現することができる。内側の振動ダンピング材料（制振材料）の使用は、デバイスのサイズの増大によって制限される。その一方で、デバイスの内部サブユニットの緊密な組み込みにより、電源の交換性を悪化させる。

我々は、驚くべきことに、１５００Ｈｚを越える振動が顔面骨に伝達しないように人間の顔面に関与させ(engagement)、更に、断続的モードで操作し、３０秒間にその振動周波数を下限から上限まで少なくとも１０回変化させ場合に、種々の技術的形状で製造された振動発生デバイスのそれらのバージョンだけが、上気道及び下気道のそれぞれの疾患の治療に適していることを見出した。

これら及びその他の発明の目的は、請求項１に記載するように、特に副鼻腔内の酸化窒素の通気及び上気道の疾患を抑制するためのデバイスによって実現された。

本発明のいくつかのさらなる有利な態様は、従属請求項に記載している。
以下に、提案するデバイスの典型的な態様を示す添付図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。

図１は人間の顔面の詳細について、本発明による影響を受ける顔の部分を概略図で示している。 図２ａ及び２ｂは、提案するデバイスが効果を及ぼす上顎洞の周囲を強調した図である。 図３は、振動発生器の可能性のあるブロック図である。 図４は、本発明に係るデバイスについての可能性のある概略図である。 図５は、振動発生器によって生成される振動周波数の可能性のある時間経過を示す図である。 図６ａ及び６ｂは、振動発生器によって生成される振動周波数の可能性のある別の時間経過を示す図である。 図７は、異なる振動における本発明に係るデバイスの治療効果を示す図である。 図８は、異なる振動における本発明に係るデバイスの治療効果を示す図である。 図９は、成人男性及び女子のそれぞれについて、代表的な音響鼻腔計測法（acoustic rhinometry)の研究結果を示す図である。 図１０は、成人男性及び女子のそれぞれについて、代表的な音響鼻腔計測法の研究結果を示す図である。 図１１は、男性及び女性のネーザルサイクルによる上顎洞の共鳴周波数の変化を示す図である。 図１２は、本発明によるデバイスの可能性のある態様での振動周波数を示す図である。 図１３Ａ及び１３Ｂは、男性及び女性のそれぞれに典型的な最大酸化窒素シグナルが引き起こされるときの、本発明によるデバイスの可能性のある態様での振動スペクトルを示す図である。 図１４は、本発明によるデバイスの操作の可能性のある方法についてのブロック図での概略図である。

＜最良の形態＞
図１は人間の顔面の一部の外観を示しており、本発明の影響を受ける領域が示されている。この図は、前頭洞１と、上顎洞２と、涙管３のラインとを示している。上顎骨内を、涙管３のラインで下向きに広がる振動は、上歯に達して、歯痛を引き起こす。

図２ａは、頬骨４の近接図を提供しており、矢印５は適用される振動の方向を示している。図２ｂは、上顎洞２と、中鼻道自然口ルート６（鼻腔の小孔の位置）と、上歯７の位置とを示している。振動が頬骨４へ伝達されるべき方向を、矢印５で再度示す。

図３は、ブロック図レベルで、本発明によるデバイスの可能性のある態様を示している。各ユニットの具体的な構成については、その機能に基づいて当業者にとって自明であることに注意されたい。従来の解決策から知られている振動発生器は、新しいタイプのコントロールユニットを備えた本発明と関連している。本明細書に示す例では、適用される波形を生成する関数発生器(function generator)は、マイクロプロセッサー８で形成された鋸歯発生器(saw-tooth generator)--時として別のものでもよい--であり、例えば、普通の接続で作動するタイプAtmel AT tiny 261であってもよい。鋸歯発生器はスイッチ９によって始動するものであり、スイッチ９は、図面には別途図示していないが、手動操作が容易になるように、所定の場合には本発明に係るデバイスのハウジング上に構成された押しボタンとして実現してもよい。マイクロプロセッサー８はプリセットされた電圧値とそれによる周波数値とを生成し、振動センサ１０を通ってモーター１１へ導かれる。モーター１１は、振動発生器の主要部を本質的に構成するものであり、とある例では、例えばペニーモーターシリーズ（Penny motor Series )１２０２又はファウルハーバーモーターシリーズ（Faulhaber motor Series)０２０６等の高回転数の振動モーターであるが、そのようなデバイスで普通に用いられる種々のモーター１１も、パラメータを適切に設定して使用することができる。

更に、マイクロプロセッサー８の鋸歯発生器は、部分的にはデバイスの電源１３を鋸歯発生器にリンクさせるために、そして部分的には、任意で、我々の測定によれば理想的かつ必須である３０秒間の治療サイクルを提供するために、スイッチング・タイミングステージへ接続される。振動センサ１０は、１つ又はいくつかの電気的な変換器を利用して、発生した周波数及び振幅をモニターし、そして、鋸歯発生器によって、規定された公称周波数及び振幅により（又はそれらと共に）想定された振動の生成に影響を及ぼすフィードバックを供給する。ステージ１２は、空間的位置スイッチ(spatial position switch)２０に接続されるが、その役割については、本明細書で後述する。

本発明に係るデバイスの好ましい態様は、いくつかの操作モードでは外部コンピューターから再プログラムすることができるマイクロプロセッサー８を含んでおり、また、操作の最適周波数スキャンモードはメモリーから起動することができる。従って、デバイスは、何種類かの患者群に効率的に使用することができる。最適の効果を確保するために、本発明に係る好ましい態様は、人体に接触するデバイスの部分に回転センサ又は振動センサを組み込むことができ、そこから既知の方法でマイクロプロセッサー８にフィードバックを供給して、操作パラメータを所望の数値範囲内に維持するだろう。

図４は、本発明に係るデバイスについての可能性のある物理的実現の概略図であるが、利用性、必要性及び可能性の範囲内で変更することができる。手持ち性(hand-holdability)を提供するため、デザインされた外殻部材(mantle)１５の中に配置されたロッド状のハウジング１６は、電気的振動発生器を使用する場合には、電源１７（電池、蓄電池(accumulator)又はその他の電流源であってよい）を順に含んでいる。振動コントローラーは、スイッチング・タイマーステージ１２と、鋸歯発生器を備えたマイクロプロセッサー８と、振動センサ１０とを備えている。次いで振動発生器があり、電気モーター１１と、その軸(axe)として又はその上にくさび止めされた(wedged)同一ピースから形成された偏心ホイール１１とを含み、デバイスのハウジング１６の側面から突出し且つ抽象的に示されているハンマー１９（本質的には振動トランスミッタ）を通して振動を伝達する。空間的位置スイッチ２０は、正しい姿勢で保持されたときのみデバイスの動作を保証し、そして正しい姿勢であることは、サウンドエミッター２１によって示される。デバイス全体は、長さが５０〜１００ｍｍで、幅（円筒状のハウジングを使用する場合は直径）が１５〜３５ｍｍのユニットとしてデザインすることができ、いつでも適用できるようにキーホルダーに取り付けることもできる。

本発明によれば、歯痛を回避するために、人体に接触させる本発明に係るデバイスの振動トランスミッタは、ダンピング材料（振動ダンパー要素又は制振要素２２）を部分的に備えており、その一方で、その設計によって、デバイスで発生した振動が歯の方に向かって下向きに広がることはなく、しかし頬骨４の３つの拡張部に沿って分割され、そして上歯には著しく弱められた形態でのみ到達するように、デバイスを自然なグリップで保持することができる。

その技術的構成に関しては、デバイスは、２つ以下の独立した機械的サブパーツ（ピエゾセラミック、又は軸の偏心ホイール１８、又は電磁石で動く機械的要素）から構成された振動発生器を、最大で１つ含んでいる。更に、デバイスは、柔軟な又は弾性のある少なくとも１つの内部振動ダンピング要素（内部制振要素）（例えば、電源１７を押し下げるバネなど）と、人間の顔面に接触し、皮膚にやさしく且つ清浄化が容易な、少なくとも１つの外部振動ダンピング要素（外部制振要素）２２と、を含んでいる。皮膚にやさしい既知の振動ダンピング材料には、ＰＶＣを含んでいないウレタンフォームラバーがあるが、フォーム内部に入り込んだ水分（湿分）を乾燥させるのに長時間かかるので、清浄化が容易ではない。防水表面を有する皮膚にやさしいシリコーンゴムの振動ダンピング材料もあるが、これらは低い音の減衰がわずかである。

最も単純な機械的振動発生デバイスは、回転軸に取り付けられた偏心ホイールであって、軸の回転は、磁界又は軸に関係する何らかの機械的力によってもたらされる。回転する偏心ホイールは、モーター１１の軸の振動をもたらし、それは軸の固定部、電気モーター１１のハウジング１６、そして、電気モーター１１のケーシング１５へと伝わり、その上にあるハンマー部品１９は振動を人体に伝えるように設計されている。ハンマー部品１９は電気モーター１１の軸に対して垂直であり、また、人体に接するハンマー部品１９の表面、すなわち振動ダンピング要素（制振要素）２２は、モーター１１の軸に対して平行か、または最大で４５°の角度をなしている。頬骨４で３方向に分割された振動波は、いわゆる中鼻道自然口ルート６の領域において、総鼻腔の外側壁(lateral wall)上で再結合され、従って、デバイスによって生じた振動は、主として上顎洞２の上側の頂部に到達する。上顎骨に浸透した振動は、数百倍も長い距離の後に、著しく分散されて弱まった形で、上歯に到達するのみであり、従って歯痛が引き起こされることはない。

図５は、マイクロプロセッサー８の鋸歯発生器によって生成した典型的な周波数の時間経過を示している。本明細書の場合には、鋸歯発生器は、断続的な線形周波数ストローク(linear frequency strokes)を生成し、それは、１回の振動サイクルに約１秒かけて、５０Ｈｚから１５００Ｈｚまでの周波数範囲を数回スキャンする。既に言及したように、全治療セッション(total treatment session)の時間は３０秒を超えることはなく、このことはスイッチング・タイミングステージ１２によって確保される。

図６ａ及び図６ｂは、図５と同様の図を示しているが、ここでの振動サイクルの期間は１秒よりもはるかに短い。図６ａに描かれている周波数ストロークは、図６ｂに示されている交番極性(alternating polarity)の電流によって生成されており、実際には、反対方向での振動の振幅が等しくなるように、反対の回転方向で実現された振動であることを意味している。極性の変化は、振動を発生する電気モーター１１をチェック(確認又は抑制:check)しており、従って、個々の周波数ストロークは時間がより短くなり、そして、全治療セッションが３０秒を超えることはない。

図７及び図８は、異なる振動で、本発明に係るデバイスを用いた治療の効果を示している。図７は、種々の振動パラメータでの鼻のＮＯ放出レベルを示している。デバイスがスキャンモードで適用される場合に、最も高いＮＯレベルが生じる。図８から分かるように、粘液線毛輸送時間（サッカリンテスト）の減少で示されるように、副鼻腔から洗い出されたＮＯは、鼻の中での粘液線毛輸送を向上させる。デバイスがスキャンモードで使用されたときに最大の変化が生じる。

更に、図７及び図８に示すように、男性と女性とでは、引き起こされた効果の程度がそれぞれ異なる。このことは、ネーザルサイクルが副鼻腔の共鳴周波数に影響を及ぼす程度が、男性と女性とで異なる、という事実によって説明される。

図９及び図１０は、ネーザルサイクル中の鼻の内部パラメータについての連続的且つ性特異的な(sex-specific)変化を示す実験の測定結果を示しており、例えば音響鼻腔計測法でも検査することができる。ネーザルサイクル中では、鼻粘膜の腫脹が減ると（充血除去）、鼻腔における副鼻腔の開口部分（小孔）は拡大し、従って、副鼻腔の共鳴周波数は増大する。図９は、成人男性についての代表的な音響鼻腔計測法の図を示しており、容積は６ｃｍ^３ まで増大している。図１０は、成人女性についての同様の測定を示しており、変化は通常よりも大きく、デバイスはもはやそれを検知することができなかった。１分おきに記録された。矢印で示された点Ｐは、左側、右側それぞれの上顎洞２の小孔である。ネーザルサイクル中に小孔が拡大した場合には、矢印の上方(above arrow)の測定曲線はより大きい鼻の断面積を示すが、これは、超音波が副鼻腔からも屈折されるためである（J.Appl. Physiol. 99:616-623 2005）。

ネーザルサイクルによる共鳴周波数の変化が男性と女性とで異なる別の理由は、副鼻腔の平均容積の値も異なることである。女性は副鼻腔の容積が小さく、従って、副鼻腔が開くと共鳴周波数は高くなる。副鼻腔が閉じた又は部分的に閉じた場合には、男性と女性との間の差はそれほど顕著ではない。このことは図１１に見ることができ、男性（前列）と女性（後列）ついてのネーザルサイクルによる上顎洞２の共鳴周波数の変化を示している。男性では、共鳴周波数は９〜１６４Ｈｚの範囲で変化している。本発明に係るデバイスでの治療効果により、副鼻腔が開き、そして、開いた副鼻腔の共鳴周波数は、１３２〜１６４Ｈｚの範囲にあり、平均で１４４Ｈｚ（ｎ＝５）である。女性では、共鳴周波数は９〜３４８Ｈｚの範囲で変化している。本発明に係るデバイスでの治療効果により、副鼻腔が開き、そして、開いた副鼻腔の共鳴周波数は、１１１〜３４８Ｈｚの範囲にあり、平均で２２７Ｈｚ（ｎ＝５）である。

振動デバイスが、実際の典型的な副鼻腔の共鳴周波数で作動したとき、酸化窒素（ＮＯ）で満たされた副鼻腔の通気と、それと同時に鼻の中で測定したＮＯ量とが最大になる。従って、鼻のＮＯレベルの上昇を通じて上顎洞２を通気し各種の疾患を治療するのに使用されるデバイスは、男性、女性、小児あるいは他の亜群（アジア人、アフリカ人又は白人）のために、それぞれ特別の周波数スキャンモードで操作できるようすべきである。図１２は、代表的なサンプルについての、本発明に係るデバイスについての可能性のある態様の振動周波数を示している。第１の振動（１２Ａ）は、白色人種の男性の上顎洞２を開いて通気し、第２の振動（１２Ｂ）は、白色人種の女性の上顎洞２を開いて通気するだろう。単なる例示として示した振動モダリティー（振動様式:vibration modality）１２Ａ及び１２Ｂに加えて、他の振動パターンも、例えば小児のために生成することとができる。治療セッションの間、本明細書で提示された振動モダリティーは、個人の裁量で選択された順序で、繰返して組み合わせることができ、それによって性別、年齢等の異なる個人に対して本発明に係るデバイスを効果的に使用することが確保される。当業者にとって自明であるが、本発明に係るデバイスは、対象グループの治療デバイスとして使用するために、１タイプの振動だけを発生できるデバイスとして設計することもできる。

開いた副鼻腔の理論的な共鳴周波数は、数式によって計算することができるが、実際には、解剖学的パラメータの可測性は非常に不正確なので、計算された有効な共鳴周波数は著しく異なり、そして更に、それらはネーザルサイクルによる連続的な変化を受ける。治療の視点から見て、有効な共鳴周波数又は共鳴周波数バンドは、副鼻腔からの最大のＮＯ流出をもたらすものだとすべきものである。

図１３Ａ及び１３Ｂは、男性と女性のそれぞれ典型的な、最大の酸化窒素シグナルを引き起こす場合の、本発明に係るデバイスについての可能性のある態様における振動スペクトルを示している。男性の場合、測定された共鳴周波数は、式に基づいて計算された値よりも低く、女性の場合、測定によって規定された共鳴周波数は、対応する計算値より高い。５ｐｐｂ定義(5 ppm definition)の鼻のＮＯ測定は、男性では、最小１３０Ｈｚと最大１６４Ｈｚとの間で計算された平均共鳴周波数１４４Ｈｚの代わりに、実際には、最適値が１２０Ｈｚの振動であり、一方、女性では、最小１１１Ｈｚと最大３４８Ｈｚとの間で計算された平均共鳴周波数２２７Ｈｚの代わりに、実際には、３８０Ｈｚの振動が、開いた副鼻腔では鼻の中での最大のＮＯ濃度上昇をもたらすことを示している。同様のずれは、粘液線毛輸送時間の減少に関して見出される。これらのずれの原因は、計算された共鳴周波数が、実際のところ個々の副鼻腔、例えば最大容積の上顎洞についてのみ提供することができるのに対して、実際には、振動は、すべての副鼻腔に広がっており、我々は、ＮＯ濃度の変化を介して、ＮＯを含むすべての副鼻腔に適用された、現実の結果として得られる共鳴周波数を規定するからであろう。

本発明に係るデバイスのプロトコルの仕様では、振動の効果により、低い共鳴周波数（９−４６Ｈｚ）を有している、閉じた又は部分的に閉じた大きい上顎洞２を開くことができ、その結果、結果として得られる共鳴周波数は、特に女性の場合に、急激に及び著しく増大するだろう（１１１〜３４８Ｈｚ）、ということを考慮に入れるべきである。従って、本発明によれば、治療は、常に、特定の周波数範囲内でスキャンモードにより実行されるべきである。治療の効果により閉じた副鼻腔が開くまでは、低い周波数の振動（０〜１１１Ｈｚ）を適用することが好ましい。
その後は、の鼻の最大ＮＯ濃度の向上を引き起こすために、開いた副鼻腔のより高い共鳴周波数で、より長い間振動を適用する必要がある。効率を上げるために、振動周波数を、短時間で予期された共鳴周波数以上に上昇させて、平均容積より小さい副鼻腔の通気を確保するのが好ましい。同時に、何らかの負の効果を防止するため、高い振動周波数と同時に生じるノイズを減衰させる必要がある。

--可能性のある例として--上述した本発明に係るデバイスの操作モードは図１４にもフローチャートとして示されており、スキャンモードのこれまで先例がない適用に加えて、デバイスのあと２つの本質的な特徴が強調されており、生理学的に適切な位置及びパラメータ、つまり垂直姿勢の制御と使用／サイクルの期間の制御でのみ使用が認められる。

副鼻腔のＮＯによる部分的な再充填を確保するために、各振動サイクルの後に振動の無い間隔（０．１〜３．０ミリ秒、図１２参照）を挿入する必要があり、その一方で、再始動した振動サイクルにおける低い周波数サイクルは、前の振動サイクルの間には十分に開かなかった、部分的に閉じている副鼻腔が開くのを促進する。２０〜３０秒の全治療セッションは、数回反復される振動サイクルから構成される。

副鼻腔をＮＯガスで完全に再充填させるために、治療セッションと治療セッションとの間に、４〜５分の休憩入れる必要がある。従って、提案されるデバイスの好ましい態様では、デバイスは、スイッチを入れた後の一定時間だけ動作し、その後に自動的に停止し、そして次の４分間の間は、スイッチング・タイマーステージ１２が妨げる(ブロックする：block)ので再始動できない（図３参照）。

上述した例は、計算された共鳴周波数と、鼻のＮＯ濃度の変化から測定された共鳴周波数とは、いくつかの要因のために同一ではないので、個々の副鼻腔について計算された共鳴周波数で作動するデバイスは、副鼻腔からの生物学的に有効なＮＯガスの通気には適していないことを証明している。すなわち、治療目的で使用されたデバイスの振動周波数であって鼻のＮＯ濃度を向上させるのに適したものは、予め、適切な精度で定義することができず、更に、一定の振動周波数の適用が、すべての個人にとって適切とはいえないことは間違がいない。最適な振動モードの経時的経路(chronological courses)にはいくつかの種類があり、そのうちで、人々の特定のグループにとって好ましいプロトコルは、実験的によってのみ決定することができる。

デバイスは、例えばデバイスの外部ケーシング上にとび出した矢印によって示されるように、エネルギー源を含む部分が頂部に位置する状態で、頬骨(zygomatic bone)４の領域内のほお骨(cheekbone)と接触させられる。１つの好ましい技術的な態様では、デバイスは、操作時にデバイスがほぼ垂直な正しい姿勢のみをとるように、内側空間位置スイッチ２０を含んでいる。このほぼ垂直な姿勢において、頭蓋骨に伝達された振動は、主に上顎洞２の一部の中鼻道自然口ルート６の方へ広がることになる。

仮に、振動を下方向に向かわせるような試みがなされた場合、（上向きの矢印方向に）正しく保持されたデバイスは、
ｉ）そのサイズゆえに側頭骨又は前頭骨に対して置かれることになり、眼窩の方に（内向きかつ上向きに）向きを変えることができないか、又は
ｉｉ）内部空間位置スイッチ２０が、デバイスの動作をブロックするか、のいずれかになる。

従って、デバイスによって頭蓋骨へ伝えられる振動の方向は、上歯の歯根の向きへ直接的に広がることはできない。

間違った角度で保持されたデバイスを始動させることはできないので、個人が鼻骨または前頭上でデバイスを使用する場合には、正しく保持されたデバイスを、振動が歯７に向かって下向きに広がるように傾けることは、やはりできない。このように、デバイスは、図に示すような正しい向きで操作することのみが可能であるので、ガイドに従って適用された振動デバイスは、歯痛を引き起こすことはない。

本発明に係るデバイスについて、可能性のある機械的、そして適切であるなら、電子的構造は、当業者には自明且つ理解しやすいであろう。採用し得る解決手段は、米国特許出願第２００８／０２００８４８号、同第２００８／０１９５００１号及び同第２００３／０１７２９３９号のそれぞれに、一つずつ及び種々の組合せで、詳細に説明されており、それらの開示内容は、本発明に係るデバイスを実施する上で、十分な程度での参考文献であると考えられる。

Claims (10)

1. 副鼻腔内の酸化窒素の通気及び上気道の疾患の抑制のためのデバイスであって、
   −ハウジング（１６）と、
   −前記ハウジング内に配置された機械的振動発生器（１１）と、
   −前記機械的振動発生器（１１）に連絡するエネルギー供給ユニットと、
   −前記機械的振動発生器（１１）と機械的／物理的に接触しており、一部がハウジング内に配置されている、機械的振動トランスミッタ（１９）とを含み、
   −その機械的振動トランスミッタ（１９）は、５０Ｈｚの閾値下限よりも低い振動を人体に伝達することを防止するユニットとして設計され、且つ制振要素（２２）を部分的に備えており、
   −人体に直接接する機械的振動トランスミッタ（１９）の治療部は、最大１５００Ｈｚの周波数で振動する治療要素として設計され、
   −その機械的振動発生器（１１）は、３０秒間で、５０Ｈｚの前記閾値下限から１５００Ｈｚの閾値上限まで増大して１５００Ｈｚの前記閾値上限から５０Ｈｚの前記閾値下限まで減少する振動周期を少なくとも１０回生成するユニットとして設計されおり、
   −前記デバイスは、長さが５０〜１００ｍｍで、幅が１５〜３５ｍｍのユニットとしてデザインされており、
   −前記デバイスは、正しい姿勢で保持されたときのみ前記デバイスの動作を保証する空間的位置スイッチ（２０）を含み、
   −さらに、前記デバイスが正しい操作姿勢であることを示すサウンドエミッター（２１）を含んでいる、デバイス。
2. 前記機械的振動発生器（１１）が、振動周波数の上昇又は下降を制御するコントロールユニットに結合している、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記機械的振動発生器（１１）が電気的な動作手段を含み、それに結合する前記コントロールユニットが、前記動作手段に周波数ストロークを供給する鋸歯発生器を含む、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記鋸歯発生器が、極性を交番にする鋸歯発生器である、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記鋸歯発生器が、断続的出力シグナルを生成する鋸歯発生器である、請求項３または４に記載のデバイス。
6. 前記鋸歯発生器が、非対称の振幅及び交番の極性の鋸歯発生器である、請求項３〜５のいずれかに記載のデバイス。
7. 前記コントロールユニットが、前記機械的振動発生器（１１）に前記３０秒間の作動を行わせるタイミングステージを含む、請求項１〜６のいずれかに記載のデバイス。
8. 人間の顔面に接触し、皮膚に優しく、そして清浄化が容易な少なくとも１つ柔軟な外側制振要素（２２）を含む、請求項１〜７のいずれかに記載のデバイス。
9. 前記外側制振要素（２２）が、人体に接触する機械的振動トランスミッタ（１９）の表面に配置されている、請求項８に記載のデバイス。
10. 前記振動発生要素（１１）と前記ハウジング（１６）との間に配置される、少なくとも１つの柔軟な内側制振要素を含む請求項１〜９のいずれかに記載のデバイス。

Images