JP6049643B2

JP6049643B2 - 体の部位に振動刺激を与えるためのアクチュエータ及びその適用方法

Info

Publication number: JP6049643B2
Application number: JP2013555516A
Authority: JP
Inventors: シューベルト、シャイ、ワイ; ブリンク−ダナン、サジ
Original assignee: パーフュジアメディカルインコーポレーテッド
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: CA2828096A1; US20140107542A1; CA2828096C; WO2012116038A2; EP2677987A2; WO2012116038A3; JP2014506521A; EP2677987B1; EP2677987A4; US10420693B2

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、参照により本願に盛り込まれる２０１１年２月２３日付けで出願された米国特許出願第６１／４４５，６２９号の利益を主張する。

（邦政府による資金提供を受けた研究の記載）
該当なし

本発明は、生体組織に局所的及び／又は部分的振動を与える方法及び装置に関する。特に、本発明は、人間、動物及び獣医学的応用において、皮膚組織、筋組織、腺、線維組織、骨組織、脳を含む臓器を含み得る生体組織に直線的機械的振動を与えるためのアクチュエータに関する。

治療法としての振動の適用は歴史を通して異なる形で実施されてきた。今日、振動療法は、スポーツ医学、整形外科、リハビリテーション医学、神経学的疾患、創傷治癒、苦痛の軽減、知覚促進及び他の多くの医学分野で用いられる新たな治療法である（非特許文献１〜１１参照）。

組織への振動刺激は、外部又は内部から与えられたときに、組織内かん流、組織酸素化、苦痛の軽減、筋肉損傷、骨損傷、骨成長の促進、軟骨成長の促進、組織修復及び／又は組織再生、炎症、バランス機能障害、勃起障害、神経障害、睡眠障害、褥瘡、静脈性潰瘍、動脈性潰瘍、糖尿病性潰瘍、やけど、手術創傷、離開的創傷などの慢性傷及び他の傷、褥瘡予防治療、経皮ドラッグデリバリー、骨粗しょう症、セルライト除去、神経学的疾患、パーキンソン病の震えの軽減、線維筋痛、獣医学的使用及び他の治療用途を含む、しかしこれらに限定されない、異なる応用にとって有益である。

組織に刺激を与えるさまざまな装置が提案されている。これらの装置は、振動エネルギーを皮膚に与えるための異なる方法を用いるとともに、回転非対称モータ、リニアモータ、空気圧装置、トランスデューサー材料、圧電性ホイル、ボイルコイル及び圧電性アクチュエータを含む。例えば、特許文献１〜５参照。

圧電アクチュエータは、特に高周波数（１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ）かつ低振幅の振動が要求される超音波などの応用において、直線的な（回転非対称モータとは対照的な）振動エネルギーを体に与えるために使用されている。圧電材料は機械的状態と電気的状態の間の電気機械的相互作用を示す。圧電材料に電場をかけると、圧電材料は機械的歪みを生む。圧電アクチュエータにおける機械的歪みは運動へと直接的又は間接的に変換される。

生体組織に機械的振動エネルギーを与える圧電アクチュエータの使用は以下のさまざまな理由から制限される。

第一に、圧電アクチュエータを作動させるには通常高い電圧が必要である。

第二に、圧電材料は、電気素子に接触する可能性のある水、汗、傷からの滲出液及びその他の生体又は非生体液などの液体から保護する必要がある。

第三に、圧電アクチュエータは組織にしっかり押し付けるようにして所定位置に保持されなければならず、好ましくは振動エネルギーが組織に与えられるよう皮膚と直接接して保持されるか又は接着剤層若しくはゲルなどを介して保持されなければならない。皮膚取付機構は、組織への振動エネルギーの効率的伝達を容易にするために良好な機械的連結を与えなければならない。使用期間中に皮膚の健康を維持するために、通気性のある皮膚取付機構が好ましい。

第四に、多くの場合、圧電素子は壊れやすく脆いので、機械的負荷に曝されたときに簡単に壊れて部分的又は完全に機能を失ってしまう。圧電アクチュエータは、組織からの圧力及び体取付用途から生じる他のさまざまな機械的負荷／ストレスに耐え得る機械的性質を有する必要がある。

第五に、機械的負荷が加えられた状態では圧電素子の振幅（移動）は弱まり制限され得る。圧電素子は、適切な振動モード及び振幅を生じさせるために、圧電素子の少なくとも一方側においていくらかの自由空間（空気間隙）を有さねばならない。

したがって、組織から絶縁され、液体から保護され、機械的故障に対する耐性が向上した、所望の振動モード及び振幅を生じさせることができる、そして体表（皮膚又はその他）との機械的連結が良好な圧電素子を用いて体の一部に振動刺激を与える方法及び装置が必要とされる。

ＰＣＴ国際公開第ＷＯ９９／４８６２１ＰＣＴ国際公開第ＷＯ２０１０／０９３７５３米国特許出願公開第２００４／００３０２６７米国特許出願公開第２００７／０２０８２８０米国特許第７，２１１，０６０

Merkert J, Butz S, Nieczaj R, Steinhagen-Thiessen E, Eckardt R. Combined whole body vibration and balance training using Vibrosphere(R):improvement of trunk stability, muscle tone, and postural control in stroke patients during early geriatric rehabilitation. Z Gerontol Geriatr 2011;44:256-61 Leduc A, Lievens P, Dewald J. The influence of multidirectional vibrations on wound healing and on regeneration of blood- and lymph vessels. Lymphology 1981;14:179-85 King LK, Almeida QJ, Ahonen H. Short-term effects of vibration therapy on motor impairments in Parkinson's disease. NeuroRehabilitation 2009;25:297-306 Arias P, Chouza M, Vivas J, Cudeiro J. Effect of whole body vibration in Parkinson's disease: a controlled study. Mov Disord 2009;24:891-8 Kakigi R, Shibasaki H. Mechanisms of pain relief by vibration and movement. J Neurol Neurosurg Psychiatry 1992;55:282-6 Magalhaes FH, Kohn AF. Vibratory noise to the fingertip enhances balance improvement associated with light touch. Exp Brain Res 2011 ;209:139-51 Johnson AW, Myrer JW, Hunter I, et al. Whole-body vibration strengthening compared to traditional strengthening during physical therapy in individuals with total knee arthroplasty. Physiother Theory Pract 2010;26:215-25 Adatto M, Adatto-Neilson R, Servant JJ, Vester J, Novak P, Krotz A. Controlled, randomized study evaluating the effects of treating cellulite with AWT/EPAT. J Cosmet Laser Ther 2010;12:176-82 Ozcivici E, Luu YK, Rubin CT, Judex S. Low-level vibrations retain bone marrow's osteogenic potential and augment recovery of trabecular bone during reambulation. PLoS One 2010;5:e11178 Xie L, Jacobson JM, Choi ES, et al. Low-level mechanical vibrations can influence bone resorption and bone formation in the growing skeleton. Bone 2006;39:1059-66 Jobges EM, EIek J, Rollnik JD, Dengler R, Wolf W. Vibratory proprioceptive stimulation affects Parkinsonian tremor. Parkinsonism Relat Disord 2002;8:171-6

本発明は、圧電素子が組織から絶縁されるとともに液体から保護され、圧電素子の機械的故障に対する耐性が向上した、そして圧電素子が電気ショックのリスクを伴わずに皮膚に直接接触できるようポリマーで包装された圧電素子を用いて体の一部に振動刺激を与える方法及び装置を提供することによって、上記のニーズ及び要求を満たす。ポリマーで包装することによって、圧電素子が機械的破損から保護されるだけではなく、圧電素子にクラック、破砕及びその他の機械的欠陥が生じた場合にも完全な又は完全に近い圧電作動を維持することを助けることができる。

包装は、圧電素子の作動用に一以上の表面電極を含んでもよく、各電極は圧電素子の表面積の一部又は全部を覆う。この電極の目的は、圧電素子にクラック、破砕及びその他の機械的欠陥が生じた場合にも完全な又は完全に近い圧電作動を維持することである。

本発明に記載されたアクチュエータは、導線によってあるいはワイヤレスで、アクチュエータに送られる電気信号及び／又は電力を制御する制御ユニットと接続されてもよい。一部の実施形態では、同じ制御ユニットに二以上のアクチュエータが接続される。

したがって、一側面において、本発明は、対象（例えば人間又は他の哺乳動物）の体に機械的振動を与えるためのアクチュエータを提供する。該アクチュエータは、一以上の圧電素子と、前記圧電素子を駆動するために電源と前記圧電素子を電気通信する電極と、前記圧電素子と前記電極の少なくとも一部とを包む、ポリマー材料を備える保護層と、前記保護層に取り付けられた筐体と、を備え、前記筐体は前記保護層と前記筐体との間に空間を画定することで前記圧電素子を包む前記保護層の表面にわたって所望の振動モードを生じさせる。ポリマーで包装された圧電素子は圧電素子、電極及び保護層を含む。

電極は保護層から分離された独立した部品であってもよく、あるいは電極は例えば保護層に積層されることによって保護層の一部とされてもよい。ポリイミド−銅積層の典型的な構成は、電気絶縁ベース材として用いられるポリイミド系フィルムと、薄い金属タイコート（接着を促進する役割を果たすクロム又はニッケル基合金）と、銅シードコートと、電着銅の層と、を含む。このような構成は、例えば、片面又は両面銅被覆可撓性接着剤非含有ポリイミド誘電性積層品でもよい。市販のポリイミド誘電性積層品は、例えばＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）ＨＮ、ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｐｕｒａｌｕｘ（登録商標）ＡＣ、ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｐｕｒａｌｕｘ（登録商標）ＡＰ及びＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｉｎｔｅｒｒａ（登録商標）ＨＫがある。

保護層及び電極は、エポキシ系接着剤などの接着剤を用いて圧電素子に取り付けられてもよい。電極と圧電素子の良好な接触を確保するために保護層、電極及び圧電素子の取付け中に圧力を加えてもよい。保護層と電極を圧電素子に取り付けるためにエポキシ系接着剤などの接着剤を用いる場合、接着剤の硬化を促進するために熱を加えてもよい。あるいは、アクリル系接着剤などの他の接着剤を用いることもできる。

本発明の一形態において、ポリマーで包装された圧電素子は、平たい円盤の形状を有するとともに、ポリマーで梱包された圧電素子の周囲が筐体の周囲に取り付けられるよう剛体又は半剛体の筐体に固定され、これにより機械的リップ状態（ポリマーで包装された圧電素子の運動を周囲において防止／最小化する）が与えられるとともに、円形のポリマーで包装された圧電素子の中心でダイヤフラムのような運動をすることが可能となる。また、ポリマーで包装された圧電素子の表面にわたって所望の振動モード及び所望の振幅が生じるよう、筐体はポリマーで包装された圧電素子の一方側（好ましくは皮膚から遠い側）に自由空間を与える。

一部の実施形態において、ポリマーで包装された圧電素子と筐体は周囲の所定部分に沿って部分的にだけ結合しており、したがって異なるリップ状態を与えることで、ポリマーで包装された圧電素子の表面にわたってさまざまな振動モードが生じる。

一部の実施形態において、ポリマーで包装された圧電素子及び筐体は円形以外の形状であるとともに、リップ全体に沿って又はリップの所定部分に沿ってだけ完全に又は部分的にだけ互いに取り付けられている。

一実施形態において、筐体は通気用出口を含み、これにより作動中に筐体内で圧力又は真空が高まらないよう筐体の内外に気体が通る。

一部の実施形態において、ポリマーで包装された圧電素子は筐体のないアクチュエータとして用いることができ、この場合ポリマーで包装された圧電素子の表面に振動の別の分布がもたらされる。

一部の実施形態において、ポリマーで包装された圧電素子の皮膚に面する側の表面は、皮膚への機械的刺激を異ならせるためにテクスチャード加工されている。そのような質感は、例えばポリマーで包装された圧電素子の表面を覆う気泡形状体の格子でもよい。

一部の実施形態において、筐体は両側で開口している。例えば、円形のポリマーで包装された圧電素子の場合、筐体は開放環の形状をしている。

一部の実施形態において、ポリマーで包装された圧電素子は一つの圧電素子、二つの圧電素子又は三以上の圧電素子の積み重ねを含む。二以上の圧電素子を用いる場合、電極を圧電素子同士の間に配置してもよく、例えば単一電極又は両面銅被覆可撓性接着剤非含有ポリイミド誘電性積層品を含む。

ポリイミド又はポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリベンジイミダゾール、ポリフェニレンサルファイド、シリコーン、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、液晶性ポリマー又はこれらの組合せを含む他の材料を用いて、（複数の）圧電素子を保護層内に包装することができる。さらに、二以上のポリマー層を用い、各層に異なるポリマーを用いてもよい。

別の側面において、本発明は、アクチュエータを対象の皮膚に取り付けるための皮膚取付機構を提供する。一実施形態において、皮膚取付品は、カバーと、取付パッドと、前記取付パッドと前記カバーを可撓に連結する連結ストリップと、前記取付パッドが対象の皮膚に接触しかつ前記カバーの外周が前記取付パッドの外周から外側に間隔をあけて配置されるよう前記カバーが前記取付パッドを覆った状態で前記対象の皮膚に前記皮膚取付品を取り付ける第一接着剤層と、を備える。

一実施形態において、アクチュエータが接着剤層又はゲルを介して皮膚に振動を与えるよう両面接着剤層又はゲルを用いて、アクチュエータが皮膚に取り付けられる。別の実施形態では、アクチュエータは皮膚の上に直接配置され、接着テープやストラップなどの固定手段又はアクチュエータの上に適用される他の固定手段を用いて皮膚に固定される。

ポリマーで包装された圧電素子の縁及び／又は筐体の縁は、テーパ状、傾斜状、曲線状でもよく、あるいは皮膚、下層組織又はアクチュエータを皮膚に取り付ける固定手段（接着剤又はその他）へのダメージの可能性を最小化するよう修正されてもよい。

アクチュエータで用いられる作動周波数は１Ｈｚから４ｋＨｚの間でもよい。超音波ではない治療用途に用いられる好ましい作動周波数は１Ｈｚから５００Ｈｚの間であり、一部の実施形態では５Ｈｚから１００Ｈｚである。治療用途における組織反応の刺激に用いられる好ましい作動振幅は、ピークからピークで測って０．００１ミリメータから３ミリメータの間である。

一実施形態において、本発明のアクチュエータは接着剤系取付システムを用いて皮膚に取り付けられる。このシステムは三つの部品を有する。第一の部品は一方側が皮膚に取り付けられた両面接着取付パッドであり、アクチュエータは、アクチュエータを皮膚の方に向けて反対側に取り付けられる。取付パッドは、織布、不織布又はヒドロゲル材料及び他の種類のゲル又は発泡体又はフィルムから作成することができる。取付パッドは通気性を有しても又は有さなくてもよく、一部の実施形態では孔があいていてもよい。

接着剤系取付システムの第二の部品は、周囲寸法がアクチュエータ及び取付パッドよりも大きい上カバーであり、該上カバーは、皮膚へのアクチュエータの取付を強化するためにアクチュエータを完全に又は部分的に覆う。一実施形態において、上カバーはアクチュエータの形状に一致する可撓性材料から構成され、アクチュエータに圧力を加えることによってアクチュエータを皮膚に固定する。そのような可撓性材料は織布又は不織布から構成されてもよく、あるいは発泡体、フィルム、ゲル又はポリウレタン、ポリエチレン若しくはポリ塩化ビニルなどの層から構成されてもよい。上カバーは通気性を有していても有していなくてもよく、一部の実施形態では孔があいていてもよい。

接着剤系取付システムの第三の部品は、取付パッドと上カバーを連結する接着両面ストリップの形の連結ストリップである。連結ストリップは、両面取付パッドと上カバーを適切な位置に保持することを助けることができ、上カバーをアクチュエータ上に容易に位置決めすることができる。一部の実施形態では連結ストリップは取付パッド又は上カバーと一体化された部分でもよい。一部の実施形態において、連結ストリップは皮膚側又は両側が接着剤で被覆されてもよく、これにより接着パッチの屈曲点を位置決めすることができる。一部の実施形態では連結ストリップは含まれず、両面取付パッドと上カバーが二つの別個のユニットとして設けられる。

別の実施形態では、アクチュエータの外周のまわりに嵌まる発泡体リングの形で設けられる圧力除去装置が取付システムに追加される。

一部の実施形態では、例えば抗血栓症の血管反応を刺激するためにアクチュエータを健康な組織の上に用いることができる。そのような使用は、例えば、血栓症のリスクがある医療処置中又は旅行中などに長時間座っている間に振動を与えることである。振動によって血流が上昇することで線維素溶解が生じて血栓症のリスクが減少する。

一側面において、本発明は、対象の体に機械的振動を与えるアクチュエータを提供する。アクチュエータは、圧電素子と、前記圧電素子を駆動するために、電源及び／又は信号源及び前記圧電素子と電気的に又はワイヤレスで通信する電極と、前記圧電素子と前記電極の少なくとも一部とを包む、ポリマー材料を備える保護層と、前記保護層に取り付けられた筐体と、を備え、前記筐体は前記保護層と前記筐体との間に空間を画定することで前記保護層の表面にわたって所望の振動モードを生じさせる。一形態において、前記保護層の周囲が前記筐体の周囲に取り付けられることによって、前記圧電素子の周囲における動きを防止及び／又は最小化する機械的リップ状態が与えられる。一形態において、前記保護層及び前記筐体が、前記保護層の周囲及び前記筐体の周囲の所定部分に沿って部分的にだけ結合している。前記筐体は通気用出口を有してもよい。一形態において、前記保護層の外周が、前記圧電素子の外周から外側に間隔をおいて配置される。前記アクチュエータは保護層に包まれた一以上の追加の圧電素子を有してもよい。

前記保護層を前記体に向けて直接又は中間層を介して前記アクチュエータを前記皮膚又は他の生体組織上に配置したとき及び制御ユニットから前記圧電素子に電気信号が送られたときに、前記アクチュエータが前記対象の皮膚又は他の生体組織に振動を伝えることができる。一形態において、前記ポリマー材料は、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリベンジイミダゾール、ポリフェニレンサルファイド、シリコーン、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、液晶性ポリマー及びこれらの組合せから選択される。前記保護層は前記圧電素子上で重合されてもよい。前記保護層は、前記圧電素子に積層又は接着されたシートでもよく、前記圧電素子に積層又は接着されたシートは前記圧電素子に電気信号を送る前記電極を含む。前記ポリマー材料はポリイミドから選択することができる。前記保護層は圧力除去装置によって囲まれてもよい。前記筐体は対向開口端を有してもよい。一形態において、前記アクチュエータは筐体に取り付けられていない。一形態において、前記圧電素子はチタン酸ジルコン酸鉛を含む。前記筐体の縁はテーパ状、傾斜状若しくは曲線状でもよく、及び／又は前記保護層の縁はテーパ状、傾斜状若しくは曲線状でもよい。前記圧電素子の作動周波数は１Ｈｚから４ｋＨｚの間でもよい。前記圧電素子の作動振幅はピークからピークが０．００１ミリメータから３ミリメータの間でもよい。一形態において、前記保護層の表面は滑らかではなく、刺激作用を促進するための質感を有している。一形態において、前記保護層の直径は前記圧電素子の直径よりも大きい。

前記アクチュエータは、電源及び／又は信号源及び／又は前記圧電素子と電気的に又はワイヤレスで通信するセンサを有してもよく、前記センサからの入力によって、前記圧電素子への前記電源からの電力及び／又は前記信号源からの信号が変更される、あるいは前記電源からの電力及び／又は前記信号源からの信号に対する前記圧電素子の反応が変更される。前記センサは、かん流センサ、酸素化センサ、圧電フィルムセンサ、温度センサ、光電脈波センサ、歪みゲージプレチスモグラフィーセンサ、レーザードップラーセンサ、レーザースペックルセンサ、赤外線イメージング、赤外線分光法、超音波センサ、モーションセンサ、歪みセンサ、圧力センサ及び振動センサから選択してもよい。

前記アクチュエータは、前記アクチュエータの下又は周囲又は近傍に負圧を加える装置、高圧酸素装置、圧縮装置、衝撃波装置、加熱装置、冷却装置、発光装置、超音波装置、電磁刺激装置、電流刺激装置及び創傷包帯のうち少なくとも一つをさらに備えてもよい。前記アクチュエータは、組織内かん流の増大、組織酸素化の増大、苦痛の軽減、筋肉損傷、骨損傷、骨成長の促進、軟骨成長の促進、組織修復及び／又は組織再生、炎症、バランス機能障害、勃起障害、神経障害、睡眠障害、褥瘡、静脈性潰瘍、動脈性潰瘍、糖尿病性潰瘍、やけど、手術創傷、離開的創傷などの慢性傷及び他の傷、褥瘡予防治療、経皮ドラッグデリバリー、骨粗しょう症、セルライト除去、神経学的疾患、パーキンソン病の震えの軽減、線維筋痛、獣医学的使用及び他の治療用途に用いることができる。

別の側面において、本発明は、皮膚取付品において、カバーと、取付パッドと、前記取付パッドと前記カバーを可撓に連結する連結ストリップと、前記取付パッドが対象の皮膚に接触しかつ前記カバーの外周が前記取付パッドの外周から外側に間隔をあけて配置されるよう前記カバーが前記取付パッドを覆った状態で、前記対象の皮膚に前記皮膚取付品取り付ける第一接着剤層と、を備えた皮膚取付品を提供する。一形態において、前記第一接着剤層は前記カバーの下面に設けられている。一形態において、前記取付パッドは前記取付パッドの下面に設けられた第二接着剤層を有し、該第二接着剤層は前記取付パッドを前記対象の皮膚に取り付ける。一形態において、前記取付パッドは前記取付パッドの上面に設けられた第三接着剤層を有し、該第三接着剤層は医療装置を前記取付パッドに取り付ける。一形態において、前記連結ストリップは前記連結ストリップの表面に設けられた第四接着剤層を有し、該第四接着剤層は前記連結ストリップを前記対象の皮膚に取り付ける。

前記皮膚取付品は医療装置をさらに有してもよく、該医療装置は前記対象の皮膚に機械的振動を与えるアクチュエータでもよい。前記アクチュエータは、（ｉ）圧電素子と、（ｉｉ）前記圧電素子を駆動するために、電源及び／又は信号源と前記圧電素子を電気的に又はワイヤレスで通信する電極と、（ｉｉｉ）前記圧電素子と前記電極の少なくとも一部とを包む保護層と、を備えてもよい。

前記皮膚取付品の一形態において、前記カバーは、織布、不織布、フィルム、ゲル及び発泡体から選択される可撓性材料を備える。一形態において、前記取付パッドは、織布、不織布、フィルム、ヒドロゲル、他の種類のゲル及び発泡体から選択される可撓性材料を備える。一形態において、前記カバーは、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル及びこれらの組合せから選択される材料を備える。一形態において、前記取付パッドは、ヒドロゲル、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル及びこれらの組合せから選択される材料を備える。一形態において、前記カバーは通気性のある材料を備える。一形態において、前記カバーは通気性がない材料を備える。一形態において、前記取付パッドは通気性のある材料を備える。一形態において、前記取付パッドは通気性のない材料を備える。一形態において、前記カバーは孔のあいた材料を備える。一形態において、前記取付パッドは孔のあいた材料を備える。一形態において、前記第一接着剤層は、前記取付パッドが前記皮膚に接触しかつ前記カバーが前記取付パッドを覆った状態で前記皮膚取付品を前記対象の皮膚に取り付ける別のテープの一部である。前記皮膚取付品は、意図的でない圧力を減圧することで褥瘡のリスク及び前記皮膚取付品の周囲、付近又は下で生じる他の問題のリスクを最小化するための減圧機構をさらに備えてもよい。

本発明の上記の及びその他の特徴、側面及び利点は、以下の詳細な記載、図面及び特許請求の範囲を考慮することによってより深く理解される。

対象の体に機械的振動を与えるための本発明の装置の一実施形態の展開斜視図である。対象の体に機械的振動を与えるための本発明の装置に使用することができるアクチュエータの実施形態の上面図である。図２のアクチュエータの底面図である。図２のアクチュエータの側面図である。対象の体に図２のアクチュエータを固定するための本発明の接着パッチの上面図である。図５の接着パッチの上面図であり、図２のアクチュエータが図５の接着パッチの取付パッドに固定されている。図５の接着パッチの上面図であり、図２のアクチュエータが対象の体に固定されている。図２のアクチュエータが固定された図５の接着パッチを示す図７の線８−８に沿う断面図である。対象の体に機械的振動を与えるための本発明の装置に使用することができるポリマーで包装された圧電素子の別の実施形態の展開側面断面図である。対象の体に機械的振動を与えるための本発明の装置に使用することができるポリマーで包装された圧電素子のさらに別の実施形態の展開側面断面図である。

図面についての以下の記載において、各図面において同様の部分には同様の参照符号を用いている。

図１を参照すると、対象の体に機械的振動を与えるための本発明の装置１０の一実施例の展開斜視図が示されている。装置１０は、円形上壁１３と該上壁１３から下向きにのびる丸形側壁１４とが設けられた筐体１２を有する。上壁１３には中央円形通気開口１６が設けられている。筐体１２は円形開口下端１５を有する。ポリマーで包装された圧電素子１８が、接続導線１９を用いることにより電源とコントローラと電気通信するよう配されている。コントローラは、通常、アクチュエータを駆動させるために特定の電気信号を生成する。これらの信号は、正弦関数的、疑似正弦関数的、方形的、パルス、チェーンソー若しくはその他又はこれらの組合せでもよい振動の波形並びに振幅を生成する。ポリマーで包装された圧電素子１８は、接着剤、ねじ又は任意の他の取付手段によって、筐体１２の開口下端に取り付けられる。

図２、３、４、８を参照すると、装置１０（本発明のアクチュエータ）の限定を意図しない別の実施例が示されている。アクチュエータはポリマーで包装された圧電素子１８を含み、同様に、直径が約２０ミリメートルで厚さが約１７ｍｉｌ（ミリインチ）の圧電円盤２２の形で設けられた圧電素子を含む。圧電素子は、その周囲２６が別の形状であってもよく、例えば長円形、楕円形、正方形、矩形、多角形などでもよい。円形の圧電素子について、直径は約４ミリメートルから約１００ミリメートルの間でもよい。長円形及び楕円形の圧電素子については、主軸が約５ミリメートルから約１００ミリメートルの間でもよい。多角形の圧電素子については、最も長い対角線の長さが約４ミリメートルから約１００ミリメートルの間でもよい。圧電素子の厚さは、約２．５ｍｉｌから約５０ｍｉｌの間でもよい。

圧電円盤２２は、好ましくは、ＰＺＴとも呼ばれるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ[Ｚｒ_xＴｉ_1-x]Ｏ₃ ０≦ｘ≦１）族に属する圧電セラミック材料を備えてもよい。しかしながら、他の適切な圧電セラミック材料として、メタニオブ酸鉛Ｐｂ（Ｎｂ₂Ｏ₆）、（Ｐｂ、Ｃａ）ＴｉＯ₃及び（Ｐｂ、Ｓｍ）ＴｉＯ₃などの修飾されたチタン酸鉛ＰｂＴｉ₃、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ₃、ランタンドープチタン酸ジルコン酸鉛などが挙げられる。ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの重合体の圧電材料もまた適している。一例の圧電円盤２２は、ＮａｖｙＴｙｐｅＩＩとも呼ばれるＰＺＴ−５Ａ又は３１９５ＨＤを用いて形成される。しかしながら、本発明においてはＰＺＴ族の他の要素を含む他の多くの圧電材料を用いることができる。圧電素子の表面には、通常、電極として作用する金属又はニッケル、銀、銅若しくは金を含む合金が蒸着される。電極の追加のセットが、圧電素子の両側と、圧電素子に電気信号を送るため及び圧電素子の全体にわたって電力を分配するために使用される電源及び制御ユニットと、に取り付けられる。

圧電円盤２２の上面２４及び反対側の下面２５は、形状が同じ又は異なる一対の電極２７に接続される。適切な電極材料は、限定なしに、金属又は銅、銀、ニッケル及び金を含む合金を備える。電極２７は、導線１９と電気通信する直線部分２９に接続したリング状部分２８を有する。圧電円盤２２と一対の電極２７を電気接続するのに適切な蒸着法を用いることができる。圧電円盤２２の複数の層及び一対の電極２７を使用することができる。電極２７及び保護層３１は、片面又は両面銅被覆可撓性接着剤非含有ポリイミド誘電性積層品の一部として構成してもよい。

圧電円盤２２を組織から絶縁するため、圧電円盤２２を液体から保護するため、圧電円盤２２の機械的故障に対する耐性を向上させるため、そして圧電円盤２２と皮膚が直接接触することを防止するために、外側保護層３１は圧電円盤２２及び一対の電極２７と接触して配置される。保護層３１（包装材とも呼ばれる）は、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリベンジイミダゾール、ポリフェニレンサルファイド、シリコーン、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、液晶性ポリマー及びこれらの組合せから選択されるポリマー材料を備えてもよい。さらに、ポリマーからなる二以上の保護層を用いることもでき、各層に異なるポリマー又は一つのポリマーを用いることができる。通常、片面又は両面銅被覆可撓性接着剤非含有ポリイミド誘電性積層品が、加圧及び加熱された状態下において、エポキシ系接着剤を用いて圧電素子又は複数の圧電素子に接着される。一形態において、皮膚と接触した保護層の表面は、滑らかではなく、刺激作用を促進するための質感(texture)を有する。

包装方法の一例は、ＱｕｉｃｋＰａｃｋ（商標）（米国、マサチューセッツ州にあるＭｉｄｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）又はＤｕｒａＡｃｔ（商標）（ドイツ、ＬｅｄｅｒｈｏｓｅにあるＰｈｙｓｉｋＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅから入手可能）を含む。圧電アクチュエータの別の包装方法を用いることもでき、その一部は、圧電材料のすぐ上を重合させること又は圧電材料を被覆するためのポリイミドフィルムなどのフィルムを使用することを含む。いくつかの実施形態において、二以上のポリマーの層を用いることができ、異なるポリマーを組み合わせて用いることができる。

図３のアクチュエータの一例のバージョンが準備され、これは、全厚が約１７ｍｉｌ（ｍｉｌとはミリインチを指し、即ち０．００１”である）及び直径が約三十ミリメータであるポリイミド層内に包装された二重層圧電円盤２２を含む。図３をみると、本実施例の圧電円盤２２の周囲２６が保護層３１の外周３２から内側に間隔をあけて配置されていることがわかる。保護層３１を、ポリイミドを含む圧電円盤２２の周囲２６を超えて外側にのばすことによって、圧電円盤２２を小さく維持しながらも、生じた振幅が増大した。利点は、実際の圧電素子の直径を超えてのびるポリイミド包装によって与えられた機械的特性に起因する。円形の保護層について、直径は約４ミリメータから約１５０ミリメータの間でもよい。長円形又は楕円形の保護層については、主軸は約５ミリメータから約１６０ミリメータの間でもよい。多角形の保護層については、最も長い対角線の長さは約４ミリメータから約１５０ミリメータの間でもよい。圧電素子の各側における保護層の厚さは、約０．５ｍｉｌから約１０ｍｉｌの間でもよい。

アクチュエータ１０は、中央円形通気開口３５を有するドーム状上壁３４が設けられた筐体３３を含む。筐体３３の上壁３４には、保護層３１の周上縁３９に固定された環状下面３７が設けられ、これにより機械的リップ状態が与えられ（ポリマーで包装された圧電素子１８の動きを外周において防止／最小化する）、円形のポリマーで包装された圧電素子１８の中心でダイヤフラムのような運動が可能となる。筐体３３は、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン又は他のプラスチック材料などのポリマー材料を備えることができる。あるいは、筐体は、金属などの非ポリマー材料でもよい。所望の振動モード及び所望の振幅がポリマーで包装された圧電素子１８の表面にわたって生じるよう、筐体３３のドーム状上壁３４はドーム状上壁３４と圧電アクチュエータ１８との間に自由空間４１を作る。筐体３３は、保護層３１と同じ周囲寸法を有することが好ましい。

図５〜８を参照すると、対象の体に機械的振動を与える本発明の装置は、長円形の周囲５３と下面５４とが設けられた上カバー５２を有する接着パッチ５０を備える。カバー５２は周囲５３が円形、楕円形、正方形、四角形、多角形などの異なる形状でもよい。カバー５２は通気開口５７を有する。カバー５２は、アクチュエータ１０の形状に一致する可撓性材料から作成され、アクチュエータ１０に圧力を加えることでアクチュエータ１０を皮膚に固定する。そのような可撓性材料は、織布又は不織布でもよくあるいは発泡体、フィルム、ゲル又はポリウレタン、ポリエチレン若しくはポリ塩化ビニルなどからなる層から作成されてもよい。カバー５２は通気性を有していても有していなくてもよく、一部の実施形態では孔があいていてもよい。下面５４の少なくとも一部を皮膚に取り付けた接着構造とするために、カバー５２の下面５４が接着剤で覆われてもよい。剥離ライナーをカバー５２の下面５４上の接着剤層上に配置してもよい。円形のカバー５２について、直径は約１０ミリメータから約２００ミリメータの間でもよい。長円形又は楕円形のカバー５２については、主軸は約１２ミリメータから約２５０ミリメータの間でもよい。多角形のカバー５２については、最も長い対角線の長さは約１０ミリメータから約２００ミリメータの間でもよい。カバー５２の厚さは、約０．２ミリメータから約３ミリメータの間でもよい。

接着パッチ５０は、円形の周囲５６を有する取付パッド５５を含む。取付パッド５５は周囲５６が長円形、楕円形、正方形、四角形、多角形などの異なる形状でもよい。取付パッド５５は上面５８及び反対側の下面５９を含む。取付パッド５５の下面５９が皮膚に取り付けられた一方で圧電アクチュエータ１８が上面５８に取り付けられた両面接着構造とするために、上面５８及び下面５９が接着剤で覆われてもよい。取付パッド５５は織布、不織布、ヒドロゲル材料又は発泡体から作成されてもよい。取付パッド５５は通気性を有していても有していなくてもよく、一部の実施形態では孔があいていてもよい。適切な剥離ライナーを、取付パッド５５の上面５８及び下面５９上の接着剤層上に配置してもよい。

取付パッド５５について、直径は約４ミリメータから約１６０ミリメータの間でもよい。長円形又は楕円形の取付パッド５５については、主軸は約５ミリメータから約１７０ミリメータの間でもよい。多角形の取付パッド５５については、最も長い対角線の長さは約４ミリメータから約１６０ミリメータの間でもよい。取付パッド５５の厚さは、約０．０２５ミリメータから約２ミリメータの間でもよい。

接着パッチ５０において、カバー５２と取付パッド５５は連結ストリップ６２を介して結合されている。連結ストリップ６２は接着性両面可撓性ストリップの形でもよい。連結ストリップ６２は、取付パッド５５とカバー５２を適切な位置に保持することを助けることができ、これによりアクチュエータ１０の上にカバー５２を容易に位置決めすることができる。一部の実施形態において、連結ストリップ６２は、取付パッド５５又はカバー５２と一体化された部分でもよい。一部の実施形態において、連結ストリップ６２は皮膚側又は両側が接着剤で覆われてもよく、これにより接着パッチ５０の屈曲点を位置決めしてもよい。一部の実施形態において、連結ストリップ６２は接着剤を有さない。一実施形態では、連結ストリップ６２は含まれず、そして取付パッド５５とカバー５２が二つの分離したユニットとして設けられる。

さらに図５〜８を参照すると、対象の体に機械的振動を与える本発明の装置は、以下のようにして対象に取り付けることができる。図５〜８において、剥離ライナーを取り除いた後、取付パッド５５の下面５９上の接着剤により取付パッド５５の下面５９を対象の皮膚Ｓに取り付ける。図６において、取付パッド５５上の剥離ライナーを取り除いた後、取付パッド５５の上面５８上の接着剤によりアクチュエータ１０が取付パッド５５の上面５８に取り付けられる。その後、接着パッチ５０が連結ストリップ６２において曲げられて、上カバー５２の下面５４上の接着剤によって上カバー５２がアクチュエータ１０と対象の皮膚Ｓとに取り付けられる。したがって、対象の体に機械的振動を与える本発明の装置が、図７及び８に示すように対象の皮膚Ｓに取り付けられる。

別の実施形態では、アクチュエータを圧縮ラップ、Ｖｅｌｃｒｏ（登録商標）の名で販売されるストレッチ可能フック及びループファスナー、バンデージ又はアクチュエータの表面と組織を直接接触させる他の取付手段などの他の取付機構を用いることができる。

図９を参照すると、対象の体に機械的振動を与える本発明の装置に用いることができるポリマーで包装された圧電素子７０の別の実施形態の展開側面断面図が示されている。ポリマーで包装された圧電素子７０は、銅電極７１ｅを有する片側銅被覆可撓性接着剤非含有ポリイミド誘電性積層品７１を含む。積層品７１は、第一圧電素子７３の一方側にエポキシ系接着剤層７２によって取り付けられている。第一圧電素子７３は、好ましくは、上記した圧電円盤２２に使用されたような圧電セラミック材料を含む。エポキシ系接着剤層７４は、両面銅被覆可撓性接着剤非含有ポリイミド誘電性積層品７５の一方側を、第一圧電素子７３の反対側に取り付ける。積層品７５は銅電極７５ｅを有する。エポキシ系接着剤層７６は、両面銅被覆可撓性接着剤非含有ポリイミド誘電性積層品７５の反対側を、第二圧電素子７７の一方側に取り付ける。エポキシ系接着剤層７８は、第二圧電素子７７の反対側を、片面銅被覆可撓性接着剤非含有ポリイミド誘電性積層品７９に取り付ける。積層品７９は銅電極７９ｅを有する。限定を意図しない一例において、ポリマーで包装された圧電素子７０の厚さは１７ｍｉｌである。

図１０を参照すると、対象の体に機械的振動を与えるための本発明の装置に用いることができるポリマーで包装された圧電素子８０のさらに別の実施形態の展開側面断面図が示されている。ポリマーで包装された圧電素子８０は、圧電素子８３の一方側にエポキシ系接着剤層８２によって取り付けられた片側銅被覆可撓性接着剤非含有ポリイミド誘電性積層品８１を含む。積層品８１は銅電極８１ｅを有する。圧電素子８３は、好ましくは、上記した圧電円盤２２に使用されたような圧電セラミック材料を含む。エポキシ系接着剤層８４は、圧電素子８３の反対側を、片面銅被覆可撓性接着剤非含有ポリイミド誘電性積層品８５に取り付ける。

本発明について特定の実施形態を参照して詳細に記載したが、当業者にとって当然のことながら、本発明は、説明のために示された限定を意図しない上記実施形態以外でも実施することができる。したがって、特許請求の範囲は本明細書に記載した実施形態の記載に限定されるべきではない。

Claims

対象の体に機械的振動を与えるアクチュエータにおいて、該アクチュエータは、
圧電素子と、
前記圧電素子を駆動するために、電源及び／又は信号源及び前記圧電素子と電気的に又はワイヤレスで通信する電極と、
前記圧電素子と前記電極の少なくとも一部とを包む、ポリマー材料を備える保護層と、
前記保護層に取り付けられた筐体と、を備え、
前記筐体は前記保護層と前記筐体との間に空間を画定することで前記保護層の表面にわたって所望の振動モードを生じさせるよう構成され、
前記保護層の周囲が前記筐体の周囲に取り付けられることによって、前記圧電素子の周囲における動きを防止及び／又は最小化する機械的リップ状態が与えられるよう構成された
ことを特徴とするアクチュエータ。
前記保護層及び前記筐体が、前記保護層の周囲及び前記筐体の周囲の所定部分に沿って部分的にだけ結合していることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
前記筐体は通気用出口を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
前記保護層の外周が、前記圧電素子の外周から外側に間隔をおいて配置されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記アクチュエータが、保護層に包まれた一以上の追加の圧電素子を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記保護層を前記体に向けて直接又は中間層を介して前記アクチュエータを前記皮膚又は他の生体組織上に配置したとき及び制御ユニットから前記圧電素子に電気信号が送られたときに、前記アクチュエータが前記対象の皮膚又は他の生体組織に振動を伝えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記ポリマー材料が、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリベンジイミダゾール、ポリフェニレンサルファイド、シリコーン、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、液晶性ポリマー及びこれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記保護層は、前記圧電素子上で重合されたことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記保護層は、前記圧電素子に積層又は接着されたシートであることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記圧電素子に積層又は接着されたシートは、前記圧電素子に電気信号を送る前記電極を含むことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記ポリマー材料はポリイミドから選択されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記筐体は対向開口端を有することを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記圧電素子はチタン酸ジルコン酸鉛を含むことを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記筐体の縁はテーパ状、傾斜状若しくは曲線状であり、及び／又は前記保護層の縁はテーパ状、傾斜状若しくは曲線状であることを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記圧電素子の作動周波数は１Ｈｚから４ｋＨｚの間であることを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記圧電素子の作動振幅はピークからピークが０．００１ミリメータから３ミリメータの間であることを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記保護層の表面は滑らかではなく、刺激作用を促進するための質感を有していることを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記保護層の直径が前記圧電素子の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜１７の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記アクチュエータは、電源及び／又は信号源及び／又は前記圧電素子と電気的に又はワイヤレスで通信するセンサを有し、前記センサからの入力によって、前記圧電素子への前記電源からの電力及び／又は前記信号源からの信号が変更される、あるいは前記電源からの電力及び／又は前記信号源からの信号に対する前記圧電素子の反応が変更されることを特徴とする請求項１〜１８の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記センサが、かん流センサ、酸素化センサ、圧電フィルムセンサ、温度センサ、光電脈波センサ、歪みゲージプレチスモグラフィーセンサ、レーザードップラーセンサ、レーザースペックルセンサ、赤外線イメージング、赤外線分光法、超音波センサ、モーションセンサ、歪みセンサ、圧力センサ及び振動センサからなる群から選択されることを特徴とする請求項１９に記載のアクチュエータ。
前記アクチュエータが、前記アクチュエータの下又は周囲又は近傍に負圧を加える装置、高圧酸素装置、圧縮装置、衝撃波装置、加熱装置、冷却装置、発光装置、超音波装置、電磁刺激装置、電流刺激装置及び創傷包帯のうち少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１〜２０の何れか一項に記載のアクチュエータ。
前記アクチュエータが、組織内かん流の増大、組織酸素化の増大、苦痛の軽減、筋肉損傷、骨損傷、骨成長の促進、軟骨成長の促進、組織修復及び／又は組織再生、炎症、バランス機能障害、勃起障害、神経障害、睡眠障害、褥瘡、静脈性潰瘍、動脈性潰瘍、糖尿病性潰瘍、やけど、手術創傷、離開的創傷などの慢性傷及び他の傷、褥瘡予防治療、経皮ドラッグデリバリー、骨粗しょう症、セルライト除去、神経学的疾患、パーキンソン病の震えの軽減、線維筋痛、獣医学的使用及び他の治療用途に用いられることを特徴とする請求項１〜２１の何れか一項に記載のアクチュエータ。
皮膚取付品において、
カバーと、
取付パッドと、
前記取付パッドと前記カバーを可撓に連結する連結ストリップと、
前記取付パッドが対象の皮膚に接触しかつ前記カバーの外周が前記取付パッドの外周から外側に間隔をあけて配置されるよう前記カバーが前記取付パッドを覆った状態で、前記対象の皮膚に前記皮膚取付品を取り付ける第一接着剤層と、
請求項１〜２２の何れか一項に記載のアクチュエータと、を備えた
ことを特徴とする皮膚取付品。
前記第一接着剤層は前記カバーの下面に設けられていることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記取付パッドは前記取付パッドの下面に設けられた第二接着剤層を有し、該第二接着剤層は前記取付パッドを前記対象の皮膚に取り付けることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記取付パッドは前記取付パッドの上面に設けられた第三接着剤層を有し、該第三接着剤層は医療装置を前記取付パッドに取り付けることを特徴とする請求項２５に記載の皮膚取付品。
前記連結ストリップは前記連結ストリップの表面に設けられた第四接着剤層を有し、該第四接着剤層は前記連結ストリップを前記対象の皮膚に取り付けることを特徴とする請求項２６に記載の皮膚取付品。
前記カバーは、織布、不織布、フィルム、ゲル及び発泡体から選択される可撓性材料を備えることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記取付パッドは、織布、不織布、フィルム、ヒドロゲル、他の種類のゲル及び発泡体から選択される可撓性材料を備えることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記カバーは、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル及びこれらの組合せから選択される材料を備えることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記取付パッドは、ヒドロゲル、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル及びこれらの組合せから選択される材料を備えることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記カバーは通気性のある材料を備えることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記カバーは通気性がない材料を備えることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記取付パッドは通気性のある材料を備えることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記取付パッドは通気性のない材料を備えることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記カバーは孔のあいた材料を備えることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記取付パッドは孔のあいた材料を備えることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記第一接着剤層は、前記取付パッドが前記皮膚に接触しかつ前記カバーが前記取付パッドを覆った状態で前記皮膚取付品を前記対象の皮膚に取り付ける別のテープの一部であることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記皮膚取付品が、意図的でない圧力を減圧することで褥瘡のリスク及び前記皮膚取付品の周囲、付近又は下で生じる他の問題のリスクを最小化するための減圧機構をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の皮膚取付品。
前記減圧機構が、前記アクチュエータの前記保護層を囲むよう設けられていることを特徴とする請求項３９に記載の皮膚取付品。