JP6742728B2 - 深部経頭蓋磁気刺激のための円形コイル - 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、少なくとも部分的に円形であり、体器官の少なくとも区分を取り囲むように構成される。

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。刺激されることが望ましい具体的な脳領域の例は、前頭葉領域、後頭葉領域、頭頂葉領域、右側頭領域および左側頭領域である。他の例は、特定の軸状（ａｘｉａｌ）・スライスの周りのような、脳の或る周縁における深い方の脳領域を含む脳領域の活性化を含みうる。

このように、前頭葉、後頭葉、頭頂葉または側頭葉脳領域に位置特異的である、深部ＴＭＳのために特別に設計されたコイルに対するニーズが存在する。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。

コイル設計は、エネルギー消費、コイル加熱速度、小型および操作の容易さに関して効率的でなければならない。

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、実質的に平行な複数の刺激用エレメントを有するベース部であって、体の部分の第１の区分の少なくとも一部を取り囲み、実質的に円形の経路に電気の流れを提供するように構成されたベース部と、実質的に平行な複数のリターン・エレメントを有するリターン部であって、第１の区分と異なる体の部分の第２の区分の少なくとも一部を取り囲み、ベース部の実質的に円形の経路の延長に電気の流れを提供するように構成されたリターン部とを含む。

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刺激用エレメントを含む。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。

刺激用エレメントは、体器官（例えば、ヒトの頭または頭部）を取り囲む。いくつかの実施形態では、コイルは、いくらかの領域で頭または他の体器官に追随する単一のベースを含む。いくつかの実施形態では、ベースは、前頭皮層領域に隣接し、一方で他の実施形態では、ベースは、頭蓋の後頭領域、側頭領域または頭頂領域に隣接する。いくつかの実施形態では、ベースは、複数の部分を含み、各部分は、体器官、例えば頭、の異なる領域に追随する。隣接するエレメント間の間隔は、１つのベース部内と別のベース部内では異なってもよい。

リターン・エレメントは、ベースから、またはベースの特定の部分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、ベース・エレメントの延長として、それと同様の面内で体の部分（例えば、頭）を囲む。例えば、いくつかの実施形態では、ベース・エレメントが前頭領域に隣接してもよく、リターン・エレメントが後頭領域に隣接してもよい。刺激用エレメントをリターン・エレメントに接続する接続用エレメントは、例えば、右および左半球上の側頭葉に沿って延びてもよい。いくつかの実施形態では、リターン・エレメントは、刺激用エレメントと異なる面内を延びてもよい。例えば、ベースの刺激用エレメントは、後頭領域に隣接してもよく、一方でリターン・エレメントは、頭頂領域に沿って延びてもよい。いくつかの実施形態では、リターン・エレメントは、刺激用エレメントから離れた頭部領域と接触する。いくつかの実施形態では、すべての刺激用エレメントおよび／またはすべてのリターン・エレメントが接触型エレメントであり、一方でエレメント間の間隔およびエレメントの密度は、異なる領域で変化してもよい。いくつかの実施形態では、リターン・エレメントは、突出型エレメントである。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。同様に、接続用エレメントは、接触型、突出型、または部分的に接触型かつ部分的に突出型であってもよい。

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、円形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の円形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の円形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の円形コイルのベース部の略図である。 ベースおよびリターン部が本発明の実施形態による様々な構成を有する、図１の円形コイルのベース部およびリターン部の略図である。 ベースおよびリターン部が本発明の実施形態による様々な構成を有する、図１の円形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の円形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の円形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の円形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の円形コイルの例である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のための円形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、円形コイルに関する刺激の原理を示す略図である図１を参照する。図１に示される実施形態において、円形コイルの略図は、本発明の実施形態による円形の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１に示されるように、円形コイル１０は、ベース部１２およびリターン部３２を含む。「円形コイル」は、ベース部１２が体の部分の少なくとも一部を取り囲み、リターン部３２が体の部分の少なくとも一部を取り囲むコイルとして定義される。ベース部１２およびリターン部３２は、形状が半円形であるとして図１に概略的に示される。しかしながら、例えば図２Ｂを参照して、以下にさらに記載されるように、他の形状が可能であり、それらの形状も本発明の実施形態に従って体の部分を取り囲むように構成できることがすぐにわかるはずである。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１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、第３の刺激用エレメント２３、第４の刺激用エレメント２４および第５の刺激用エレメント２５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１には５つの個々の刺激用エレメントが概略的に示されるが、円形コイル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、第３および第４の刺激用エレメント２３および２４は、第３の刺激用距離Ｄ３により分離し、第４および第５の刺激用エレメント２４および２５は、第４の刺激用距離Ｄ４により分離しているなどである。刺激用距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３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、実質的に同じであり、少なくとも部分的に円形である。すなわち、電流は、複数の刺激用エレメントのそれぞれを通って曲線状または円形の経路を流れ、複数の刺激用エレメント２０は、刺激用エレメント２１〜２５ごとに電流が同じ曲線状または円形の経路を流れるが、距離Ｄ１〜Ｄ４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１に示される。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、第４の刺激用エレメント２４に対応する第４のリターン・エレメント４４、および第５の刺激用エレメント２５に対応する第５のリターン・エレメント４５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１には５つの個々のリターン・エレメントが概略的に示されるが、円形コイル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、第３および第４の刺激用エレメント４３および４４は、第３のリターン距離Ｄ１２により分離し、第４および第５のリターン・エレメント４４および４５は、第４のリターン距離Ｄ１３により分離しているなどである。刺激距離（ｓｔｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ）Ｄ１０、Ｄ１１、Ｄ１２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。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円形経路の延長であることが図１からすぐにわかるはずである。従って、刺激用エレメント２０のための電気の流れが時計回り方向であれば、リターン・エレメント４０のための電気の流れも時計回り方向である。刺激用エレメント２０のための電気の流れが反時計回り方向であれば、リターン・エレメント４０のための電気の流れも反時計回り方向である。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。図１に示されるように、接続用エレメント５２は、刺激用エレメント２０およびリターン・エレメント４０と同じ時計回りまたは反時計回り方向に電気の流れを運ぶ。

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１４および第２のベース部群１６を含む。第１のベース部群１４は、第１のベース部群距離Ｄ２０により第２のベース部群１６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１４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１６は、等しい距離Ｄ３およびＤ４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およびＤ４とは異なる。別の実施形態では、第１のベース部群１４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１６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１４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１６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１４における電流フローの方向は、第２のベース部群１６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。

次に、本発明の追加の実施形態による、ベース部１２の図である図２Ｂおよび２Ｃを参照する。本明細書に示される実施形態において、ベース部１２は、変更された曲線状経路を辿る複数の刺激用エレメント２０を含む。例えば、図２Ｂに示されるように、複数の刺激用エレメント２０のそれぞれは、実質的に半円形の経路の２つの端部に段を形成して構成される。別の例として、図２Ｃに示されるように、複数の刺激用エレメント２０のそれぞれは、部分的に外向きの曲線および部分的に直線を形成して構成される。多くの他の構成が可能である。すべての実施形態において、複数の刺激用エレメントは、体の部分、例えば頭の形状に追随して、体の部分の少なくとも一部を取り囲むように構成される。

リターン部３２は、ベース部１２と同様のパターンに従ってもよく、または異なる構成を有してもよい。例えば、図３Ａに示されるように、ベース部１２は、段構成を含んでもよく、一方でリターン部３２は、半円形であってもよい。別の例として、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１４および第２の構成を有する第２のベース部群１６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（ｒｅｔｕｒｎ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ２０）のすべてに関して単一の構成を有する。代わりに、リターン部３２が複数のリターン部群を含んでもよい。

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があるが、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分かるはずである。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（Ｐｒｏｔｒｕｄｉｎｇ ｒｅｔｕｒｎ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ５２）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。円形コイル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の区分上に設置できて少なくとも部分的にそれを取り囲み、リターン・エレメント４０をもつリターン部３２が第１の区分と異なる頭１００の第２の区分上に設置できて少なくとも部分的にそれを取り囲むように構成される。従って、例えば、ベース部１２が前頭部１０２上に、リターン部３２が頭頂部１０４上に置かれてもよい。代わりに、ベース部１２が頭頂部１０４上に、リターン部が後頭部１０８上に置かれてもよい。他の例では、ベース部１２が前頭部１０２上に、リターン部３２が後頭部１０８上に置かれてもよい。このような方法で、ベース部１２は、頭の或る区分を刺激し、一方でリターン部は、脳の刺激される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、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。

次に、本発明の実施形態による、円形コイル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１４、複数の刺激用エレメント２０の第２のベース部群１６、および複数の刺激用エレメント２０の第３のベース部群１８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。従って、リターン部３２は、第１のベース部群１４に対応する第１のリターン部群３４、第２のベース部群１６に対応する第２のリターン部群３６、および第３のベース部群１８に対応する第３のリターン部群３８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上に置かれるように構成され、リターン部３２は、頭１００の後頭部１０８上に置かれるように構成される。第１のベース部群１４は、ベース部１２の頂部に置かれ、第１のベース部群１４（ｆｉｒｓｔ ｂａｓｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｇｒｏｕｐ ３４）に対応する第１のリターン部群３４は、突出型リターン・エレメント５６からなる。第２のベース部群１６は、第１のベース部群１４の下方に置かれ、第２のベース部群１６の複数の刺激用エレメント２０の間の距離は、第１の群１４の複数の刺激用エレメント２０の間の距離より大きい。第２のベース部群１６（ｆｉｒｓｔ ｂａｓｅ ｐｏｒｔｉｏｎ ｇｒｏｕｐ １６）に対応する第２のリターン部群３６は、頭１００の後頭部１０８と接触して少なくとも部分的にそれを取り囲むように構成された接触型リターン・エレメント５４からなる。第３のベース部群１８は、第１および第２のベース部群１４および１６の下方に置かれ、第１および第２のベース部群１４および１６の複数の刺激用エレメント２０と異なる形状を有する複数の刺激用エレメント２０を含む。第３のベース部群１８に対応する第３のリターン部群３８は、接触型リターン・エレメント５４からなり、第２のリターン部群３６の上方に置かれる。第３のリターン部群３８も頭１００の後頭部１０８上に置かれるように構成される。接続用エレメント５２は、垂直接続用エレメント５３および水平接続用エレメント５１を含み、水平接続用エレメント５１は、ベース部１２から突出している。

コイル１１０は、外側および内側前頭前および眼窩前頭脳領域を左右対称に刺激するために用いられ、例えば、アルツハイマー病の治療に有用でありうる。

次に、本発明の実施形態による、円形コイル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、コイル１１０と同様の構造である。しかしながら、コイル２１０の第３のベース部群１８は、コイル１１０の第３のベース部群１８と異なる構成を有する。コイル２１０の第３のベース部群１８（Ｔｈｉｒｄ ｂａｓｅ ｐｏｒｔｉｏｎ １８）は、図２Ｂに示されるような段構成を有する。

コイル２１０は、外側および内側前頭前および眼窩前頭脳領域を左右対称に刺激するために用いられ、例えば、アルツハイマー病の治療に有用でありうる。

次に、本発明の実施形態による、円形コイル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、複数の刺激用エレメント２０の第１のベース部群１４および複数の刺激用エレメント２０の第２のベース部群１６を有するベース部１２を含む。コイル３１０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。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の後頭部１０８上に置かれるように構成され、リターン部３２は、頭１００の頭頂部１０４の頂部上に置かれるように構成される。代わりに、ベース部１２が頭１００の頭頂部１０４上に置かれてもよく、リターン部が頭１００の後頭部１０８上に置かれてもよい。第１のベース部群１４は、ベース部１２の低い方の部分に置かれ、第２のベース部群１６は、第１のベース部群１４より高く置かれて、距離Ｄ２０により第１のベース部群１４から分離している。リターン部３２のリターン・エレメント４０は、頭の部分と接触して少なくとも部分的にそれを取り囲むように構成された接触型リターン・エレメント５４である。接続用エレメント５２も頭と接触するように構成される。

コイル３１０は、後頭脳領域および小脳における領域を刺激するために用いられ、例えば、パーキンソン病または偏頭痛の治療に有用でありうる。

図６のコイル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１１０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。

次に、ヒト頭部ファントムモデルで測定したコイル１１０の電界分布マップの図である図９を参照する。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、手の運動の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１１０について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１１０のベース部を前頭前皮質を覆って配置したときに、閾上電界（ｓｕｐｒａ−ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｆｉｅｌｄ）が外側前頭前、内側前頭前および眼窩前頭領域に、ならびに頭頂領域に両側性に誘導されることがわかる。コイル１１０は、アルツハイマー病に苦しむ被験者を治療する安全性および有効性を研究する臨床試験に用いられている。被験者は、４週にわたる週３回の治療と追加の４週にわたる週１回の治療とを受ける。評価は、１〜８週に行い、さらに１６週後、すなわち、治療完了の８週後にも行う。３８人の患者の解析は、このコイルを用いて１０Ｈｚ周波数で治療した群では、８週の治療期間の終了時に０．９ポイントの改善があり、１６週のフォローアップでは２．２ポイントの追加の改善（３．１ポイントの総合的な改善）があったことを明らかにした。シャム群は、８週では何も変化を示さず、１６週のフォローアップでは１．１ポイントの悪化（総合的に１．１ポイントの悪化）を示した。刺激群において８ポイント超改善した患者（レスポンダー）のパーセンテージは、シャム群における７％と対照的に１８％であった。個々の患者のデータの解析から、ベースラインで重い方の認知機能障害をもつ被験者は、ベースラインで重くない方の認知機能障害をもつ被験者に比べて、積極的治療からより多くの改善を得たものと思われる。コンピュータ化したＭｉｎｄｓｔｒｅａｍ（登録商標）グローバル認知スコアでは、８および１６週時点において、治療を受けた群の改善には、シャム対照群で測定した変化に比べて有意な（ｐ＜０．０５）差が観察された。

次に、図７のコイル２１０の電界分布マップの図である図１０を参照する。コイル２１０によって生成した電界分布を図９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前頭前皮質を覆って配置したときに、閾上電界が外側前頭前、内側前頭前および眼窩前頭領域に、および頭頂領域の両側に誘導されることがわかる。

次に、図８のコイル３１０の電界分布マップの図である図１１を参照する。コイル３１０によって生成した電界分布を図９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後頭皮質を覆って配置したときに、閾上電界が後頭および小脳領域に、および頭頂領域の両側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 (11)

1. 体の部分の磁気刺激のためのコイルであって、
   複数の刺激用エレメントを含むベース部であって、前記複数の刺激用エレメントは、第１の刺激用エレメント、前記第１の刺激用エレメントに隣接する第２の刺激用エレメント、前記第２の刺激用エレメントに隣接する第３の刺激用エレメントを含み、体の部分の第１の区分の少なくとも一部を取り囲むように構成された、前記ベース部と、
   複数のリターン・エレメントを含む接触型のリターン部であって、前記複数のリターン・エレメントは、第１のリターン・エレメント、前記第１のリターン・エレメントに隣接する第２のリターン・エレメント及び前記第２のリターン・エレメントに隣接する第３のリターン・エレメントを含み、前記体の部分の第２の区分の少なくとも一部を取り囲み、前記第２の区分は前記第１の区分とは異なる位置とされ、前記ベース部の前記複数の刺激用エレメントの全ては、前記体の部分に接触するように構成され、前記複数の接触型リターン・エレメントは、前記体の部分に接触するように構成される、前記接触型のリターン部と、
   前記刺激用エレメントを前記リターン・エレメントに接続する複数の接続用エレメントであって、複数の前記接続用エレメントの各々は、前記複数の刺激用エレメントの各々に対して、連続し、前記刺激用エレメント、前記リターン・エレメント及び前記接続用エレメントは、実質的に円形の経路に電気の流れを提供するように構成され、前記接続用エレメントの全ては、前記体の部分と接触するように構成される、前記接続用エレメントと、
   を備え、
   前記体の部分は頭であり、前記体の部分の前記第１の区分及び前記第２の区分は、前記第１の区分が前記頭の前頭部であり、かつ前記第２の区分が前記頭の頭頂部であること、前記第１の区分が前記頭の頭頂部であり、かつ前記第２の区分が前記頭の後頭部であること、前記第１の区分が前記頭の頭頂部であり、かつ前記第２の区分が前記頭の前頭部であること、及び前記第１の区分が前記頭の後頭部であり、かつ前記第２の区分が前記頭の頭頂部であること、のうちの少なくとも１つである、コイル。
2. 前記ベース部は、第１の刺激用距離により互いに分離された複数の刺激用エレメントの第１のセットを有する第１のベース部群と、第２の刺激用距離により互いに分離された複数の刺激用エレメントの第２のセットを有する第２のベース部群とを備え、前記第２のベース部群は、前記第１のベース部群からベース部分離距離により前記第１のベース部群から分離され、前記ベース部分離距離は、前記第１の刺激用距離より大きく、かつ前記第２の刺激用距離より大きい、請求項１に記載のコイル。
3. 前記第１の刺激用エレメントと前記第２の刺激用エレメントとは、第１の刺激用距離により分離され、前記第２の刺激用エレメントと前記第３の刺激用エレメントとは、第２の刺激用距離により分離され、前記第１の刺激用距離と前記第２の刺激用距離とは、互いに異なっている、請求項１に記載のコイル。
4. 前記第１のリターン・エレメントと前記第２のリターン・エレメントとは、第１のリターン距離によって分離され、前記第３のリターン・エレメントと前記第２のリターン・エレメントとは、第２のリターン距離によって分離され、前記第１のリターン距離と前記第２のリターン距離とは、互いに異なっている、請求項１に記載のコイル。
5. 前記複数の接触型リターン・エレメントは、前記複数の接続用エレメントに対して約９０度の角度で置かれる、請求項１に記載のコイル。
6. 前記第１の刺激用エレメントと前記第２の刺激用エレメントとの距離は、前記第１のリターン・エレメントと前記第２のリターン・エレメントとの距離とは異なっている、請求項１に記載のコイル。
7. 体の部分の磁気刺激のためのコイルであって、
   頭の前頭部に置かれるように構成され、複数の刺激用エレメントを含むベース部と、
   前記頭の後頭部に置かれるように構成され、複数のリターン・エレメントを含むリターン部と、
   前記ベース部と前記リターン部とを接続する垂直接続用エレメント及び水平接続用エレメントを含む突出型接続用エレメントと、
   を備え、
   前記刺激用エレメント、前記リターン・エレメント及び前記突出型接続用エレメントは、実質的に円形の経路に電気の流れを提供するように構成され、
   前記ベース部は、
   第１のベース部第１の刺激用エレメント及び前記第１のベース部第１の刺激用エレメントに隣接し、かつ第１の刺激用距離により前記第１のベース部第１の刺激用エレメントから分離された第１のベース部第２の刺激用エレメントを含む第１のベース部群と、
   前記第１のベース部群の垂直方向下方に置かれ、かつ第２のベース部第１の刺激用エレメント及び前記第２のベース部第１の刺激用エレメントに隣接し、かつ第２の刺激用距離により前記第２のベース部第１の刺激用エレメントから分離された第２のベース部第２の刺激用エレメントを含む第２のベース部群であって、前記第１のベース部群と前記第２のベース部群とは、ベース部分離距離により分離され、前記第１のベース部群及び前記第２のベース部群の両方は、前記頭の前記前頭部の少なくとも一部を取り囲むように構成される、前記第２のベース部群と、
   前記第２のベース部群の垂直方向下方に置かれ、かつ第３のベース部第１の刺激用エレメント及び前記第３のベース部第１の刺激用エレメントに隣接し、かつ第３の刺激用距離により前記第３のベース部第１の刺激用エレメントから分離された第３のベース部第２の刺激用エレメントを含む第３のベース部群であって、前記第２のベース部群と前記第３のベース部群とは、第２のベース部分離距離により分離され、前記第２のベース部群及び前記第３のベース部群の両方は、前記頭の前記前頭部の少なくとも一部を取り囲むように構成される、前記第３のベース部群と、
   を備え、
   前記リターン部は、
   複数の第１の突出型リターン部リターン・エレメントを含む突出型リターン部である第１のリターン部群であって、前記複数の第１の突出型リターン部リターン・エレメントは、第１のリターン部第１のリターン・エレメント及び前記第１のリターン部第１のリターン・エレメントに隣接し、かつ第１のリターン距離により分離された第１のリターン部第２のリターン・エレメントを含む、前記第１のリターン部群と、
   前記第１のリターン部群の下方に置かれ、かつ複数の第２のリターン部リターン・エレメントを含む接触型リターン部である第２のリターン部群であって、前記複数の第２のリターン部リターン・エレメントは、第２のリターン部第１のリターン・エレメント及び前記第２のリターン部第１のリターン・エレメントに隣接し、かつ第２のリターン距離により分離された第２のリターン部第２のリターン・エレメントを含む、前記第２のリターン部群と、
   前記第２のリターン部群の上方に置かれ、かつ複数の第３のリターン部リターン・エレメントを含む接触型リターン部である第３のリターン部群であって、前記複数の第３のリターン部リターン・エレメントは、第３のリターン部第１のリターン・エレメント及び前記第３のリターン部第１のリターン・エレメントに隣接し、かつ第３のリターン距離により分離された第３のリターン部第２のリターン・エレメントを含む、第３のリターン部群と、
   を備える、
   コイル。
8. 前記第１のベース部群の前記刺激用エレメントは、半円形構成を有し、前記第３のベース部群の前記刺激用エレメントは、段構成、又は部分的に外向きの曲線、かつ部分的に直線を形成する、のうちの少なくとも１つを有する、請求項７に記載のコイル。
9. 前記第１の刺激用距離は、前記第２の刺激用距離とは異なる、前記第２の刺激用距離は、前記第３の刺激用距離とは異なる、又は前記第１の刺激用距離は、前記第３の刺激用距離とは異なる、のうちの少なくとも１つである、請求項７に記載のコイル。
10. 前記第１のリターン距離は、前記第２のリターン距離とは異なる、前記第２のリターン距離は、前記第３のリターン距離とは異なる、又は前記第１のリターン距離は、前記第３のリターン距離とは異なる、のうちの少なくとも１つである、請求項７に記載のコイル。
11. 前記第１、第２及び第３の刺激用距離のうちの少なくとも１つは、前記第１、第２及び第３のリターン距離のうちの少なくとも１つとは異なっている、請求項７に記載のコイル。