JP6388607B2 - 深部経頭蓋磁気刺激のための片側コイル - Google Patents

Description

本発明は、一群の深部経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ：ｔｒａｎｓｃｒａｎｉａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）コイルに関し、コイルの刺激部は、脳の単一の半球の領域を刺激するように構成される。

経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）は、脳、または他のヒト器官に短い磁気パルスを印加し、それによって神経構造を活性化するために用いられる非侵襲性技術である。パルスは、患者の外部に配置した（例えば、脳治療のために頭皮上に配置した）電磁コイルに刺激装置によって高電流を通過させることにより与えられ、その下にある組織に電流を誘導し、それによって局在性軸索脱分極を生成する。この技術は、様々な神経行動学的および神経学的障害に対する潜在的に有望な治療選択肢となるのみならず、中枢神経系研究における主要なツールとなった。

大部分の既知のＴＭＳコイルは、脳皮質における表層脳領域を刺激するが、コイルからの距離の関数としての誘導電磁界の減衰率が高い。従って、深い方の神経構造に作用する有効性は低い。誘導電界の強度が大幅に増加すれば、深い方の神経構造を刺激することが可能であろう。とは言え、かかる増加した強度での操作は、痙攣および組織に対する生理学的損傷のリスクを増加させかねない。

表層領域の最小限の刺激を伴う深部脳ＴＭＳのための方法は、深部脳刺激を可能にし、一方では副作用を最小限に抑える、特許文献１に開示される。そこに記載されたデバイスは、ベースおよび延長部を含み、ベースは、電流フローの個々の経路のための個々の巻線を有し、延長部は、脳の他の領域の不要な刺激を最小限に抑えるように設計される。

しかしながら、他の脳領域への影響を最小限にするとともに深部神経構造を含む脳の特定領域を標的とすることができる、より特別に設計されたコイルに対するニーズが存在する。特に、対側半球への影響を最小限にするとともに特定の半球における片側脳領域を標的とすることができるコイルに対するニーズが存在する。刺激されることが望ましい具体的な脳領域の例は、右または左島皮質である。他の例は、右または左前頭前皮質（ＰＦＣ：ｐｒｅｆｒｏｎｔａｌ ｃｏｒｔｅｘ）、ブローカ野またはその対側ホモログ、ウェルニッケ野またはその対側ホモログ、嗅内皮質、側頭皮質領域、例えば、紡錘状回内の顔認識領域（ＦＦＡ：ｆｕｓｉｆｏｒｍ ｆａｃｅ ａｒｅａ）、および上側頭溝（ＳＴＳ：ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｓｕｌｃｕｓ）を含みうる。コイルは、母集団の大部分に対して利用可能なＴＭＳ刺激装置を用いて所望の電界分布を脳内に誘導する必要があり、同時に、神経刺激を可能とするであろう電界強度を関連する脳組織内に誘導しなければならない。刺激強度は、被験者ごとの運動閾値に基づいて各被験者それぞれについて所定通りにキャリブレーションされる。従って、コイル効率は、関連する母集団の大部分に関する運動閾値および刺激強度が、利用可能な刺激装置電力出力に対して許容範囲内にあることを保証しなければならない。

米国特許第７，４０７，４７８号

本発明の一実施形態に従って、経頭蓋磁気刺激のためのコイルが提供される。コイルは、体の部分の中心部を定義する軸と、軸の１つの側に置かれたベース部であって、互いに入れ子になっており、実質的に第１の方向に電流を運ぶように構成された離隔している複数の刺激用エレメントを有する、ベース部と、軸の同じ側に置かれたリターン部とを含み、リターン部は、複数のリターン・エレメントを有し、複数のリターン・エレメントのそれぞれは、複数の刺激用エレメントのうちの１つに対応し、複数のリターン・エレメントのそれぞれは、実質的に第２の方向に電流を運ぶように構成され、第２の方向は、第１の方向に対して反対方向であり、前記リターン部は、前記ベース部からある距離離隔している。

本発明の実施形態において、ベース部は、ヒトの頭もしくは頭部、または別の体器官に対して相補的である。ベースは、関連する体器官（例えば、ヒトの頭もしくは頭部）に追随することが可能なフレキシビリティを有する。

ベースは、本明細書において「主方向（ｍａｉｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）」と呼ばれる、１つ以上の共通の方向に電流を運ぶ個々のエレメントを含む。この主方向に、体器官内で主な生理学的効果（例えば、神経刺激）が誘発される。これらのエレメントは、狭いセグメントに密集するのではなく、むしろ体器官の周りの様々な位置に分散される。いくつかの実施形態では、個々のエレメントがベース全体にわたって均一に分散される。他の実施形態では、いくつかまたはすべてのエレメントが群間にいくらか距離をおいた２つ以上の群に分けられてもよい。隣接するエレメント間の間隔は、一様、可変的、周期的（ｐｅｒｉｏｄｉｃ）またはその他であってもよい。いくつかまたはすべてのエレメントが群に分けられる実施形態では、隣接する群間もしくは群と隣接するエレメントとの間の間隔、および各群の幅は、ベース全体にわたって一様、可変的、周期的またはその他であってもよい。エレメントの任意の組み合わせまたは配置が本発明の範囲内に含まれ、固有の特徴は、エレメントが狭いセグメント内に密集しないことである。

主方向に電流を運ぶベース中の個々のエレメントは、それらの経路のすべてまたは実質的な部分において、すべてまたは大部分が関連する体器官（例えば、ヒト頭蓋の一部）に対して接線方向にある。深い方の脳領域における活性化の有効性を最適化するためには、誘導電界の非接線成分を最小限に抑えることが望ましい。誘導電界の方位は、一般に、交流電流を運ぶエレメントの方位に平行なため、特にベースおよびその近傍では、体器官（例えば、ヒト頭蓋）に対して接線方向にないコイル・エレメントの部分を最小限に抑えることが望ましい。

１つ以上の主方向と反対の方向に電流を運ぶコイル・エレメントは、ベースから離れて配置される。これらのエレメントは、本明細書では「リターン・エレメント（ｒｅｔｕｒｎ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）」と呼ばれる。いくつかの実施形態において、リターン・エレメントは、ベースに比べて、他の体器官または体器官の他の部分（例えば、他の頭部領域）に隣接して位置する。これらのリターン・エレメントは、「接触型リターン・エレメント」と称される。他の実施形態では、リターン・エレメントは、体からいくらか距離をおいて位置し、体と接触するようには構成されない。これらのリターン・エレメントは、「突出型リターン・エレメント」と称される。いくつかの実施形態において、リターン・エレメントのうちのいくつかは接触型であり、それらのうちのいくつかは突出型である。

本発明の実施形態において、ベースは、脳の１つの半球、左半球または右半球のいずれかに隣接して置かれる。本発明の実施形態において、刺激用エレメントは、側頭領域、前頭領域、頭頂領域、後頭領域、または上記の任意の組み合わせに隣接してもよい。

リターン・エレメントは、ベースから離れて位置する。いくつかの実施形態では、リターン・エレメントは、接触型であり、ベースに対する対側半球の皮質領域に隣接する。いくつかの実施形態では、リターン・エレメントのすべてまたはいくつかは、接触型であり、ベースに対する同側半球の皮質領域に隣接する。他の実施形態では、リターン・エレメントは、突出型であり、任意の脳領域から距離をおいて位置する。さらに他の実施形態では、リターン・エレメントのうちのいくつかは接触型であり、いくつかは突出型である。

ベースの定義は、電流を運ぶコイルの機能エレメントに関する。しかし、デバイスの他のエレメント、例えば、機械部品、ケースおよびカバーに関しては何も制限がない。従って、ベースのいくらかのエレメントは、追加のコイル・エレメント、例えば、リターン・エレメントおよび他のエレメントが入ったケースに入れられてもよい。

コイルは、所望の電界分布を脳内に誘導する必要があり、同時に、神経刺激を誘発するのに十分に高い電界強度を関連する脳組織内に誘導しなければならない。

コイルのいくつかの特徴は、上記の目標を達成するために重要である。これらは、以下を含む。

１．ベース部エレメントの配置。この配置をコイル設計ごとおよび具体的な目標ごとに最適化しなければならない。２つの競合する究極目標の間に相互作用が生じうる：一方では、より良好な深さ侵入プロファイル、すなわち、表層領域と比較して深い方の標的脳領域におけるより高い相対電界、他方では標的脳領域におけるより高い絶対電界強度。非限定の例として、ベース部がエレメントの２つの群を含み、それらの間にいくらかの距離ｄがあると想定する。ｄが増加すると深さ侵入プロファイルは改善するであろうが、標的脳領域における絶対電界強度が減少しかねない。この強度は、市販の刺激装置を用いて母集団の大多数で標的神経構造に所望の生理学的効果を誘発させることが可能でなければならない。従って、他の構成パラメータのみならず、距離ｄをコイル設計ごとに最適化しなければならない。

２．ベース部に対するリターン部の位置。これらの部分間の距離を設計ごとに最適化しなければならない。短過ぎる距離は、リターン・エレメントの影響に起因して、標的脳領域における全誘導電界の減少をもたらすことになろう。長過ぎる距離は、長い接続用コイル・エレメントが必要になり、それらの影響を考慮しなければならない。そのうえ、容易な位置、ナビゲーションおよび頭を覆う配置に関してコイル・サイズを最適化しなければならない。

３．脳に対するリターン部の位置。リターン・エレメントは、近い方の脳領域に影響を及ぼす。リターン部の位置は、任意の脳構造に対するそれらの影響を考慮しなければならず、設計は、最小限の望ましくない副作用、例えば、運動活性化または痛みをもたらすものでなければならない。

４．リターン・エレメントのタイプ。リターン・エレメントは、先に定義した接触型または突出型のいずれかでありうる。接触型および突出型リターン・エレメントの間の比率は、様々な態様において非常に重要であり、具体的なコイル設計ごとに最適化しなければならない。一般に、突出型エレメントは、脳表面上に静電荷蓄積を誘導する。これは、標的脳領域に誘導される絶対電界の減少をもたらし、表層領域と比較して深い方の脳領域における相対電界強度の減少ももたらす。他方、接触型エレメントは、隣接する脳領域における影響を増加させうる。従って、それぞれの場合に精緻な最適化を行わなければならない。

５．突出型リターン・エレメントを含むコイルにおける、突出型リターン・エレメントの頭からの距離。より長い距離は、脳に対するリターン・エレメントの直接的な影響を減少させるが、リターン・エレメントに接続してそれらを頭から遠ざける、より長い非接線方向のコイル・エレメントの存在に起因して電荷蓄積を増加させる。この影響を考慮するために、それぞれの場合に精緻な最適化を行わなければならない。

６．総合的なコイル・インダクタンス。コイル巻線の数、長さ、構成およびパッキング・パラメータを所望の範囲のコイル・インダクタンスをもたらすように計画しなければならない。通常、ＴＭＳコイル・インダクタンスに関する所望の範囲は、１５および３０マイクロヘンリの間にある。高過ぎるインダクタンスは、コイルの有効性を減少させ、パルス幅を増加させかねず、しばしばコイル抵抗、エネルギー消費およびコイル加熱の増加と関連付けられる。小さ過ぎるインダクタンスは、刺激装置部品を損傷しかねない速い変化率の電流をもたらすことがある。

別に定義されない限り、本明細書に用いられるすべての技術および科学用語は、本発明が属する分野における当業者によって共通に理解されるのと同じ意味を有する。本発明の実施または試験には本明細書に記載されるのと同様または等価な方法および材料を用いることができるが、適切な方法および材料は、以下に記載される。競合の場合には、定義を含めて、本特許明細書を優先することになろう。加えて、材料、方法、および例は、例示的であるに過ぎず、限定を意図するものではない。

本発明の上記およびさらなる利点は、以下の記載を添付図面と併せて参照することによりさらによく理解できる。

本発明の実施形態による、片側コイルに関する刺激の原理を示す略図である。 本発明の実施形態による、片側コイルに関する刺激の原理を示す略図である。 本発明の実施形態による、図１の片側コイルのベース部の略図である。 本発明の実施形態による、図１の片側コイルのベース部の略図である。 本発明の実施形態による、ベースおよびリターン部が様々な構成を有する、図１の片側コイルのベース部およびリターン部の略図である。 本発明の実施形態による、ベースおよびリターン部が様々な構成を有する、図１の片側コイルのベース部およびリターン部の略図である。 本発明の実施形態による、図１の片側コイルのリターン部の図である。 頭の解剖学的区分の図である。 本発明の実施形態による、図１の片側コイルの例である、コイルの斜視図である。 本発明の実施形態による、図１の片側コイルの例である、コイルの斜視図である。 本発明の実施形態による、図１の片側コイルの例である、コイルの斜視図である。 頭上の所定の場所において示された、図８のコイルの斜視図である。 頭上の所定の場所において示された、図８のコイルの斜視図である。 ヒト頭部ファントムモデルで測定した図６のコイルの電界分布マップの図である。 ヒト頭部ファントムモデルで測定した図７のコイルの電界分布マップの図である。 ヒト頭部ファントムモデルで測定した図８のコイルの電界分布マップの図である。

当然のことながら、説明の簡潔さおよび明確さのために、図面に示されるエレメントは、必ずしも正確に、または縮尺通りには描かれていない。例えば、いくつかのエレメントの寸法が明確さのために他のエレメントに比べて誇張されることもあり、いくつかの物理的構成要素が１つの機能ブロックまたはエレメントに含められることもある。さらにまた、適切と思われるところでは、対応または類似するエレメントを示すために複数の図面のうちで参照数字が繰り返されることもある。そのうえ、図面に示されるブロックのうちのいくつかが単一の機能に組み合わされることもある。

以下の詳細な記載には、本発明の十分な理解を提供するために多くの具体的な詳細が提示される。本発明がこれらの具体的な詳細なしに実行できることを当業者は理解するであろう。他の事例では、本発明を曖昧にしないために、よく知られた方法、手順、構成要素および構造が詳細に記載されなかったこともある。

本発明は、深部ＴＭＳのための片側ベース・コイルおよびその使用方法を対象とする。本発明によるシステムおよび方法の原理ならびに操作は、図面および付随する記載を参照するとさらによく理解できる。

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の記載に提示されるか、または図面に示される構造の詳細および構成要素の配置にはその適用が限定されないことを理解すべきである。本発明は、他の実施形態あるいは様々な方法での実行または実施が可能である。また、本明細書に使用される表現および用語は、説明のためであり、限定的であると見做してはならないことを理解すべきである。

次に、本発明の実施形態による、片側コイルに関する刺激の原理を示す略図である図１Ａおよび１Ｂを参照する。図１Ａおよび１Ｂに示される実施形態において、片側コイルの略図は、本発明の実施形態による片側コイルのエレメントを示すが、これらのエレメントの実際の外観を示すわけではない。図１Ａおよび１Ｂに示されるように、片側コイル１０は、ベース部１２およびリターン部３２を含む。

中心軸１４は、体の部分の中央に置かれるコイル１０の部分を定義する。中心軸１４は、仮想軸としてもよく、または曲線状の軸であってもよく、本明細書では説明のために幾何学的方位に関して用いられることがすぐに分かるはずである。ベース部１２は、中心軸１４の右側か、または中心軸１４の左側のいずれかに置かれるが、両側には置かれない。右側および左側の方向は、解剖学的定義により定義される。従って、図１Ａおよび１Ｂの図では、ベース部１２は、中心軸１４の右側にあり、図面の左側に示される。「片側コイル」は、ベース部１２が中心軸１４の１つの側に置かれたコイルとして定義される。リターン部３２は、中心軸１４のベース部１２と同じ側、中心軸１４の反対側、または両方に置かれてもよい。ベース部１２およびリターン部３２は、直線の形状として図１Ａおよび１Ｂに概略的に示される。以下にさらに記載されるように、本発明の実施形態に従って、他の形状が可能であることがすぐにわかるはずである。一実施形態において、図１Ａに示されるように、ベース部１２は、中心軸１４に近接して置かれ、一方でリターン部３２は、中心軸１４からある距離に置かれる。別の実施形態では、図１Ｂに示されるように、ベース部１２は、中心軸１４からある距離に置かれ、一方でリターン部３２は、中心軸１４に近接して置かれる。リターン部３２は、以下にさらに記載されるように、ベース部１２からある垂直距離および／または水平距離をおいて配置されてもよい。

ベース部１２は、電気の流れの方向を示すための矢印とともに図１Ａおよび１Ｂに示される、複数の刺激用エレメント２０を含む。複数の刺激用エレメント２０の電気の流れの方向を示す矢印は、「下」向きに示されるが、この指定は、説明のためであり、限定的であると見做してはならないことがすぐにわかるはずである。従って、複数の刺激用エレメント２０を通って流れる電流は、片側コイル１０の形状によって決定される中心軸１４に対して任意の方向にあってもよい。複数の刺激用エレメント２０は、第１の刺激用エレメント２１、第２の刺激用エレメント２２、および第３の刺激用エレメント２３とラベル付けされた個々の刺激用エレメントとして示される。図１Ａおよび１Ｂには３つの個々の刺激用エレメントが概略的に示されるが、片側コイル１０は、任意の適切な数の刺激用エレメントを含んでもよく、本明細書に示される量には限定されないことがすぐにわかるはずである。複数の刺激用エレメント２０は、実質的に互いに平行であり、距離により互いに離隔しており、第１および第２の刺激用エレメント２１および２２は、第１の刺激用距離Ｄ１により分離し、第２および第３の刺激用エレメント２２および２３は、第２の刺激用距離Ｄ２により分離しているなどである。刺激用距離Ｄ１、Ｄ２などは、互いに等しくてもよく、もしくはランダムまたは周期的に変化してもよい。それぞれの刺激用エレメント２０の電気刺激の方向は、実質的に同じである。すなわち、電流は、複数の刺激用エレメント２０のそれぞれを通って所定の方向に流れ、複数の刺激用エレメント２０は、刺激用エレメント２１〜２３ごとに電流が実質的に同じ方向に流れるが、距離Ｄ１〜Ｄ２によって分離するように互いに入れ子になっている。

リターン部３２は、複数のリターン・エレメント４０を含む。リターン・エレメント４０は、電気の流れの方向を示すための矢印とともに図１Ａおよび１Ｂに示される。リターン・エレメント４０のための電気の流れの方向は、刺激用エレメント２０のための電気の流れの方向と反対であることが図１Ａおよび１Ｂからすぐにわかるはずである。複数のリターン・エレメント４０の電気の流れの方向を示す矢印は、「上」向きに示されるが、この指定は、説明のためであり、限定的であると見做してはならないことがすぐにわかるはずである。従って、複数のリターン・エレメント４０を通って流れる電流は、複数のリターン・エレメント４０を通って流れる電流の方向が複数の刺激用エレメント２０を通って流れる電流の方向と実質的に反対（すなわち、１８０度）であることを条件として、片側コイル１０の形状によって決定される中心軸１４に対して任意の方向にあってもよい。

複数のリターン・エレメント４０は、第１の刺激用エレメント２１に対応する第１のリターン・エレメント４１、第２の刺激用エレメント２２に対応する第２のリターン・エレメント４２、第３の刺激用エレメント２３に対応する第３のリターン・エレメント４３とラベル付けされた個々のリターン・エレメントとして示される。図１Ａおよび１Ｂには３つの個々のリターン・エレメントが概略的に示されるが、片側コイル１０は、任意の適切な数のリターン・エレメントを含んでもよく、本明細書に示される量には限定されないことがすぐにわかるはずである。一般に、リターン・エレメント４０の数は、刺激用エレメント２０の数に対応する。複数のリターン・エレメント４０は、実質的に互いに平行であり、距離により互いに離隔しており、第１および第２のリターン・エレメント４１および４２は、第１のリターン距離Ｄ１０により分離し、第２および第３のリターン・エレメント４２および４３は、第２のリターン距離Ｄ１１により分離しているなどである。刺激距離（Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ）Ｄ１０、Ｄ１１などは、互いに等しくてもよく、もしくはランダムまたは周期的に変化してもよい。いくつかの実施形態において、刺激用エレメント２０は、接続用エレメント５２経由でリターン・エレメント４０に電気的に接続する。いくつかの実施形態において、接続用エレメント５２は、実質的にまっすぐであってもよく、図１Ａおよび１Ｂに示されるように、複数の刺激用エレメント２０および複数のリターン・エレメント４０に対して実質的に垂直な方向に延びてもよい。代替的な実施形態では、接続用エレメント５２は、曲線状であってもよく、または複数の刺激用エレメント２０を複数のリターン・エレメント４０に接続するための他の構成を有してもよい。

次に、本発明の実施形態による、ベース部１２の略図である図２Ａおよび２Ｂを参照する。一実施形態において、図２Ａに概略的に示されるように、ベース部１２は、第１のベース部群１６および第２のベース部群１８を含む。第１のベース部群１６は、第１のベース部群距離Ｄ２０により第２のベース部群１８から分離していてもよい。いくつかの実施形態では、追加のベース部群も含まれて、追加のベース部群距離により互いに分離していてもよい。各ベース部群は、位置、間隔およびリターン・エレメントへの接続を含む、いくつかの判定基準のうちの１つにより群として定義される。例えば、第１のベース部群１６は、等しい距離Ｄ１およびＤ２によりそれぞれが分離している複数の刺激用エレメントを含みうるのに対して、第２のベース部群１８は、等しい距離Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５などにより互いに分離している複数の刺激用エレメントを含みうる。ここでＤ１およびＤ２は、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５とは異なる。別の実施形態では、第１のベース部群１６は、頭の一部分上に置かれるように構成されてもよく、一方で第２のベース部群１８は、頭の別の部分上に置かれるように構成されてもよい。さらに別の実施形態では、第１のベース部群１６は、頭と接触しているリターン・エレメントに接続してもよく、第２のベース部群１８は、頭から突出しているリターン・エレメントに接続してもよい。第１のベース部群１６における電流フローの方向は、第２のベース部群１８における電流フローの方向と実質的に同じであることがすぐにわかるはずである。

いくつかの実施形態において、図２Ｂに示されるように、ベース部１２は、可変的な距離をそれらの間に有する複数の刺激用エレメント２０を含んでもよい。従って、第１および第２の刺激用エレメント２１および２２の間の距離Ｄ１は、第２および第３の刺激用エレメント２２および２３の間の距離Ｄ２と異なるなどである。

同様に、リターン部３２は、複数のリターン部群を有してもよい。例えば、図３Ａに示されるように、ベース部１２は、第１の構成を有する第１のベース部群１６および第２の構成を有する第２のベース部群１８を含んでもよく、リターン部３２は、第１のリターン部群３６および第２のリターン部群３４を有する。図３Ａに示されるように、第１のベース部群１６の特性は、第１のリターン部群３６の特性と必ずしも一致しないことがすぐにわかるはずである。例えば、複数の刺激用エレメント２０の間の距離は、対応する複数のリターン・エレメント４０の間の距離と異なってもよい。別の実施形態では、図３Ｂに示されるように、ベース部１２は、第１の構成を有する第１のベース部群１６および第２の構成を有する第２のベース部群１８を含んでもよく、一方でリターン部３２は、リターン・エレメント４０のすべてに関して単一の構成を有する。

次に、本発明の実施形態による、リターン部３２の図である図４を参照する。図４に示されるのは、頭の脇に置かれるように構成されたリターン部３２であるが、リターン部３２の同様の構成は、他の領域、例えば、頭の後部に用いられてもよいことがすぐにわかるはずである。リターン・エレメント４０は、２つの異なる高さで示され、リターン・エレメント４０のうちのいくつかは、体の部分と接触するように構成されて、（図示されない）ベース部１２と同一面上にある。これらのリターン・エレメント４０は、接触型リターン・エレメント５４と呼ばれる。リターン・エレメント４０のうちのいくつかは、ベース部１２の面から突出しているように構成され、突出型リターン・エレメント５６と呼ばれる。突出型リターン・エレメント５６が円形コイル１０から突出するように構成されて、ベース部１２が接触するように構成された体の部分とそれらが接触しないように構成される限り、突出型リターン・エレメント５６は、ベース部１２からある垂直距離またはある水平距離にありうる。従って、接続用エレメント５２は、水平接続用エレメント５１であってもよく、もしくは垂直接続用エレメント５３であってもよく、またはリターン部３２をベース部１２に接続するために必要とされるような追加の構成を有してもよい。

いくつかの実施形態では、複数のリターン・エレメント４０のうちのいくつかは接触型リターン・エレメント５４であり、複数のリターン・エレメント４０のうちのいくつかは突出型リターン・エレメント５６である。いくつかの実施形態では、複数のリターン・エレメント４０のすべてが接触型リターン・エレメント５４である。いくつかの実施形態では、複数のリターン・エレメント４０のすべてが突出型リターン・エレメント５６である。突出型および／または接触型リターン・エレメントの任意の組み合わせが可能であり、本発明の範囲内に含まれる。

次に、頭１００の解剖学的区分の図である図５を参照する。本発明を説明するために、頭１００は、４つの区分、すなわち、頭１００の前部における前頭部１０２、前頭部１０２の後ろの頭１００の頂部における頭頂部１０４、頭１００の脇の側頭部１０６、および頭１００の後部における後頭部１０８を有する。片側コイル１０は、刺激用エレメント２０をもつベース部１２が頭１００の第１の区分の１つの側に設置できて、リターン・エレメント４０をもつリターン部３２も中心軸１４の同じ側に設置できるように構成される。従って、例えば、ベース部１２は、前−後中心線に沿って中心軸１４が延びるようにして前頭部１０２上に置かれてもよい。別の実施形態では、ベース部１２は、後−前中心線に沿って中心軸１４が延びるようにして側頭部１０６上に置かれてもよい。さらに別の実施形態では、ベース部１２は、後−前中心線に沿って中心軸１４が延びるようにして頭頂部１０４上に置かれてもよい。さらに別の実施形態では、ベース部１２は、外側−内側線に沿って中心軸１４が延びるようにして前頭部１０２上に置かれてもよい。このようにして、ベース部１２は、脳の区分を刺激し、一方でリターン部は、刺激される脳の区分から離れた区分においてリターン電流を戻す。いくつかの実施形態では、ベース部１２もリターン部３２も頭に隣接し、いくつかの実施形態では、ベース部１２は頭に隣接し、一方でリターン部３２は頭から離れている。いくつかの実施形態では、ベース部１２は頭に隣接し、一方でリターン部３２エレメントのうちのいくつかは頭に隣接し、リターン部３２エレメントのうちのいくつかは頭から離れている。いくつかの実施形態では、接続用エレメント５２は頭に隣接し、他の実施形態では、接続用エレメント５２は頭から離れている。さらに他の実施形態では、接続用エレメント５２のうちのいくつかは頭に隣接し、それらのうちのいくつかは頭から離れている。

次に、本発明の実施形態による、片側コイル１０の例である、コイル１１０の斜視図である図６を参照する。コイル１１０は、複数の刺激用エレメント２０の第１のベース部群１６、複数の刺激用エレメント２０の第２のベース部群１８、複数の刺激用エレメント２０の第３のベース部群１５、および複数の刺激用エレメント２０の第４のベース部群１７を有するベース部１２を含む。コイル１１０は、複数の刺激用エレメント２０に対応するリターン・エレメント４０を含んだリターン部３２をさらに含む。リターン部３２は、第１および第２のベース部群１６および１８に対応する第１のリターン部群３４、ならびに第３および第４のベース部群１５および１７に対応する第２のリターン部群３６も含む。本明細書に示される実施形態において、ベース部１２は、頭１００の前頭部１０２および側頭部１０６上に置かれるように構成され、リターン部３２は、中心軸１４に近接して、頭１００の上方に置かれるように構成される。複数のリターン・エレメント４０は、突出型リターン・エレメント５６である。

コイル１１０は、左または右外側および内側前頭前皮質（ＰＦＣ：ｐｒｅｆｒｏｎｔａｌ ｃｏｒｔｅｘ）脳領域を刺激するために用いられる。一実施形態において、右ＰＦＣを活性化しないで左ＰＦＣにおける神経構造を活性化するために右コイル１１０を用いることができる。このタイプのコイルは、予備研究においてうつ病の度合いを改善することを示した。かかるコイルは、うつ病、双極性障害、分裂病（分裂病患者の陰性症状を含む）、注意欠陥・多動性障害（ＡＤＨＤ：ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｄｅｆｉｃｉｔ ａｎｄ ｈｙｐｅｒａｃｔｉｖｉｔｙ ｄｉｓｏｒｄｅｒ）その他を含む様々な脳障害に有用でありうる。

次に、本発明の実施形態による、片側コイル１０の例である、コイル２１０の斜視図である図７を参照する。コイル２１０は、複数の刺激用エレメント２０を有するベース部１２を含む。複数の刺激用エレメント２０は、頭１００の側頭部１０６上に置かれるように構成される。コイル２１０は、第１のリターン部群３４および第２のリターン部群３６を有するリターン部３２をさらに含む。第１のリターン部群３４は、頭１００の頭頂部１０４上に置かれるように構成され、少なくとも４ｃｍの距離によりベース部から分離している。第１のリターン部群３４は、頭と接触するように構成され、従って、接触型リターン・エレメント５４を含む。第２のリターン部群３６は、突出型リターン・エレメント５６である複数のリターン・エレメント４０を含む。

コイル２１０は、右または左のみの側頭脳領域、例えば、島および嗅内皮質を刺激するために用いられ、例えば、分裂病における幻聴、およびすべての種類の中毒、例えば、薬物中毒、喫煙中毒、賭博、肥満症および摂食障害の治療に有用でありうる。

次に、本発明の実施形態による、片側コイル１０の例である、コイル３１０の斜視図である図８を参照する。

コイル３１０は、第１の複数の刺激用エレメント２０の第１のベース部群１６および第２の複数の刺激用エレメント２２の第２のベース部群１８を有するベース部１２を含む。コイル３１０は、第１の複数の刺激用エレメント２０に対応する第１のリターン・エレメント４０および第２の複数の刺激用エレメント２２に対応する第２のリターン・エレメント３７を含んだリターン部３２をさらに含む。本明細書に示される実施形態において、第１のリターン・エレメント４０は、突出型リターン・エレメント５６であり、第２のリターン・エレメント３７は、接触型リターン・エレメント５４である。本明細書に示される実施形態において、ベース部１２は、頭１００の頭頂部１０４および側頭部１０６上に置かれるように構成され、リターン部３２は、頭１００の上方に置かれるように構成される。第１のベース部群１６は、第２のベース部群１８の下方に置かれ、距離Ｄ２０により第２のベース部群１８から分離している。突出型リターン・エレメント５６は、頭１００から突出するように構成される。接続用エレメント５２は、頭１００の前頭部に沿ってが延びてもよい。

次に、それぞれ右側および左側から見た、頭１００の右側に置かれたコイル３１０を示す図である図９Ａおよび９Ｂを参照する。

コイル３１０は、右または左いずれかの半球上の側頭葉脳領域を刺激するために用いられ、例えば、てんかんの治療に有用でありうる。

次に、図６のコイル１１０の電界分布マップを提示する図１０を参照する。コイル１１０によって生成した電界分布をヒト頭部ファントムモデルで測定した。１ｍｍの分解能をもつ変位システムを用い、プローブをファントムモデルの内部で３方向に移動させて、全頭部モデル体積におけるコイルの電界分布を１ｃｍの解像度で測定した。軸状（Ａｘｉａｌ）および冠状（ｃｏｒｏｎａｌ）電界マップを生成した。各解剖学的脳領域における誘導電界を示すために、電界マップを解剖学的Ｔ１強調ＭＲＩ冠状スライスに重ね合わせた。電界マップを閾値の１２０％にセットした刺激装置出力に対して示す。暗画素は、神経活性化のための閾値を超えた電界の大きさを示す。閾値は、手の運動活性化に必要な閾値の許容範囲内である１００Ｖ／ｍにセットした。電界の分布を表すマップをコイルごとに描くために用いた刺激装置電力出力の強度は、手の運動皮質部位のおよその深さに従い、１．５ｃｍの深さにおいて、神経運動閾値の１２０％を得るために必要なレベルにセットした。コイルを前頭前皮質を覆って配置したときに、閾上電界（ｓｕｐｒａ−ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｆｉｅｌｄ）が左外側前頭前、内側前頭前および眼窩前頭領域に誘導されることがわかる。

次に、図７のコイル２１０の電界分布マップを提示する図１１を参照する。コイル２１０によって生成した電界分布を図１０に関する同じ方法を用いて測定した。電界マップを運動閾値の１２０％にセットした刺激装置出力に対して示す。コイルを右側頭皮質を覆って配置したときに、閾上電界が右島を含む右側頭領域に誘導されることがわかる。

次に、図８のコイル３１０の電界分布マップを提示する図１２を参照する。コイル３１０によって生成した電界分布を図１０に関する同じ方法を用いて測定した。電界マップを運動閾値の１２０％にセットした刺激装置出力に対して示す。コイルのベース部を右側頭皮質を覆って配置したときに、閾上電界が深い方の領域を含む右側頭領域に誘導されることがわかる。

当然のことながら、明確さのために、別々の実施形態の文脈で記載された本発明のいくらかの特徴は、また、単一の実施形態における組み合わせで提供されてもよい。逆に、簡潔さのために、単一の実施形態の文脈で記載された本発明の様々な特徴は、別々に、また、任意の適切な部分的組合せで提供されてもよい。

本発明のいくらかの特徴が本明細書に図示され、記載されたが、多くの修正、置換、変更、および均等物を当業者は想起するであろう。それゆえに、添付される特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨に含まれるすべてのかかる修正および変更に及ぶことが理解されるべきである。

Claims (13)

1. 体の部分の磁気刺激のためのコイルであって、
   ベース部であって、前記ベース部は、離隔している複数の刺激用エレメントを含み、前記複数の刺激用エレメントは、互いに入れ子になっており、実質的に第１の方向に電流を運ぶように構成された、前記ベース部と、
   前記第１の方向に沿って延び、実質的に前記体の部分の中央に置かれるように構成される中心軸と、
   複数のリターン・エレメントを含むリターン部であって、前記複数のリターン・エレメントのそれぞれは、前記複数の刺激用エレメントのうちの１つに対応し、前記複数のリターン・エレメントのそれぞれは、実質的に第２の方向に電流を運ぶように構成され、前記第２の方向は、前記第１の方向に対して反対方向であり、前記リターン部は、前記ベース部からある距離離隔している、前記リターン部と
   を備え、
   前記ベース部及び前記リターン部は、前記コイルが前記体の部分の中央の片側にのみ置かれるように構成されるように、前記中心軸の片側にのみ置かれる、
   コイル。
2. 前記複数の刺激用エレメントは、互いに一様に離隔している、可変的に離隔している、または周期的に離隔している、のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のコイル。
3. 前記複数の刺激用エレメントは、第１のベース部群および前記第１のベース部群から離隔している第２のベース部群を備える、請求項１に記載のコイル。
4. 前記複数のリターン・エレメントは、第１のリターン部群および前記第１のリターン部群から離隔している第２のリターン部群を備える、請求項１に記載のコイル。
5. 前記複数のリターン・エレメントのうちの少なくともいくつかは、突出型リターン・エレメントである、請求項１に記載のコイル。
6. 前記複数のリターン・エレメントのうちの少なくともいくつかは、接触型リターン・エレメントである、請求項１に記載のコイル。
7. 前記体の部分は、頭である、請求項１に記載のコイル。
8. 頭部の磁気刺激のためのコイルであって、
   第１の複数の刺激用エレメントを有する第１のベース部群及び第２の複数の刺激用エレメントを有する第２のベース部群を備えるベース部であって、前記第１のベース部群は、前記第２のベース部群の下方に置かれ、かつ前記第２のベース部群からある距離で離隔され、前記頭部の片側のみの頭頂部及び側頭部に置かれるように構成される、前記ベース部と、
   前記第１の複数の刺激用エレメントに対応する第１のリターン・エレメント及び前記第２の複数の刺激用エレメントに対応する第２のリターン・エレメントを含むリターン部であって、前記第１のリターン・エレメントは、突出型リターン・エレメントであり、前記第２のリターン・エレメントは、接触型リターン・エレメントである、前記リターン部と、
   を備えるコイル。
9. 前記ベース部を前記リターン部へ接続する接続用エレメントを更に備え、前記接続用エレメントは、前記頭部の前頭部に沿って置かれるように構成される、請求項８に記載のコイル。
10. 前記ベース部は、前記頭部の前頭部及び側頭部に置かれるように構成され、前記リターン部は、前記頭部の上方に置かれるように構成される、請求項７に記載のコイル。
11. 前記ベース部は、前記頭部の側頭部に置かれるように構成され、前記リターン部は、前記頭部の頭頂部に置かれるように構成される、請求項７に記載のコイル。
12. 前記ベース部は、複数の刺激用エレメントの第１のベース部群と、複数の刺激用エレメントの第２のベース部群と、複数の刺激用エレメントの第３のベース部群と、複数の刺激用エレメントの第４のベース部群と、を含み、前記複数のリターン・エレメントの全ては、突出型リターン・エレメントである、請求項１に記載のコイル。
13. 前記リターン部は、第１のリターン部群及び第２のリターン部群を含み、前記１のリターン部群は、接触型リターン・エレメントを含み、前記第２のリターン部群は、接触型リターン・エレメントを含む、請求項１に記載のコイル。