JP6955493B2 - 聴覚系の神経障害を治療する装置及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、聴覚系の神経障害を患う被験者にバイモーダル(2モードの)刺激を与えることに関するものである。
自覚的耳鳴りは、煩わしい消耗性の疾患であり、より一般的には「耳鳴り」として記述され、世界人口の5%に及ぶほどの大きな影響を与えている。耳鳴りを患う多数の人は、自分の症状によって苦痛を感じることを訴え、結果的な自分の生活の質及び家族の生活の質の低下を訴えている。患者は、治療の選択肢の不足を感じることに、さらなる欲求不満を見出す。現在利用可能な(以下に説明する)治療は限られ、圧倒的多数の患者は、治療の選択肢がなく「自分の耳鳴りと共に生きることを身につける」べきであることを告げられている。このことは、臨床医に蔓延する幻滅、及び 実行可能な代わりの治療法に対する市場の需要の累積を生じさせている。トップクラスの耳鳴りの専門家は、現在の治療法は効果に乏しく、満たされていない臨床的必要性が存在することを認識している。トップクラスの耳鳴りの専門家は、小さいが重要な効果を生み出す治療法でさえも、こうした巨大かつ成長性のあるサービス不足の市場に膨大な治療上の影響を与えるであろうことにストレスも感じている。
・聴覚刺激
・体性感覚刺激
体性感覚刺激部は:
刺激器のアレイと入力部とを具え、各刺激器は独立して作動して体性感覚刺激を被験者に加えることができ、入力部は、複数の作動信号を音声処理部から受信して、個別の作動信号を所定パターンでアレイ内の個別の刺激器に指向させ;
聴覚刺激部は、修正音声信号を音声処理部から受信するための入力部、及び聴覚刺激を被験者に伝えるための出力部を具え、修正音声信号は、500Hz〜16kHzの範囲内の聴覚の主要帯域をカバーする周波数を有する、2ms〜500msの周期の複数のトーン(音)バーストを含む。
上述した技術の態様、並びに追加的な態様を、以下により詳細に説明する。上記技術はこの関係に限定されないので、これらの態様は、個別に、全部一緒に、あるいは2つ以上の任意の組合せで用いることができる
好適な実施形態では、体性感覚刺激部は「tonguetip(舌先:登録商標)」と称される口内装置(IOD:intra-oral device)である。図1のIODは、治療を受けている被験者の舌の先端(背側前部領域)に配置されるように寸法決めされている。しかし、この装置は、被験者の神経障害の治療に関係する神経を刺激することができるあらゆる部位上に配置することができることは明らかであり、例えば次の部位に配置することができる:
・経費的に、例えば:
i. 頬(三叉神経の上顎枝)上
ii. 顎(三叉神経の下顎枝)上
iii. 額(三叉神経の眼枝)上
iv. 首(三叉神経の顎下枝)上
v. 耳/耳介(迷走神経)上
vi. 唇(三叉神経の下顎枝)上
vii. 肩及び首(副神経、頸椎神経C1及びC2)
・経粘膜的に、
i. 舌の背側前部領域(三叉神経の舌部の下顎枝)
ii. 舌の腹側前部領域(舌下神経)
iii. 歯茎(三叉神経の上顎枝)
・非接触で、但し電磁刺激(例えば、反復経頭蓋磁気刺激(rTMS))のみに当てはまる
・上記の通り(経皮的な部位及び経粘膜的な部位の両方)または
・三叉神経核
・蝸牛神経核
・聴覚皮質
・埋め込み可能
・上記の通り(経皮的な部位及び経粘膜的な部位の両方)または
・蝸牛/聴覚神経
・蝸牛神経核
・三叉神経核
・聴覚皮質
・迷走神経
・サティーを−12dBの振幅でミキシングした
・サティーを−15dBの振幅でミキシングした
・サティーを−18dBの振幅でミキシングした
・ミキシング音声中に音楽成分はない。
・装置を患者に適合させる際に臨床医が設定可能な中心周波数を有すること、利用可能な設定周波数の集合(250、500、750、1000、1500、2000、3000、4000、6000、80000、10000、12500Hz、等)は、標準的な高周波聴力計によってもカバーされる。
・中心周波数における音声のゲインを12dBだけ上昇させること(このため、標準的な双二次フィルタの実現を用いることができる)。
・中心周波数の半分の(中心周波数に比例する)固定のブースト帯域幅を有すること。
必要な信号処理装置と結合されたハイファイ耳覆い型ヘッドホンの使用は、ヘッドホンがユーザ/患者によって広く受け入れられること、及びヘッドホンが患者に提供する高度な快適性により、本発明による聴覚刺激伝達の適切な方法であることは明らかである。特定の状況では、補聴器、近接したスピーカ、及び蝸牛インプラントを含む他のトランスデューサを使用することが好ましいことがある。次の表は、他のトランスデューサが必要になり得るシナリオを概説する。
・電気刺激は非常に多用途である。
・電気刺激のタイミング、振幅、トポグラフィー、及び伝達モード(電圧対電流のモード)を制御することによって、神経脱分極(減極)の高度な制御が可能である。
・体性感覚刺激を電気的に変換する装置は(例えば電気機械的な変換方法に比べて)費用効果的に製造することができる。
体性感覚刺激の他の方法を用いることもでき、例えば次のものである:
・(例えば、振動ピンのアレイによる)振動変換
・(例えば、電子的なブライユ(Braille:点字)ディスプレイと同種の、力を制御されるピンのアレイによる)力変換
こうした方法は、例えば電気刺激が実現可能でない状況で用いることができる。
・刺激の効果をfMRI(functional magnetic resonance imaging:機能的磁気共鳴画像法)と同時に評価する必要のある研究調査中
・電気刺激のレベルが高過ぎる(過剰刺激)か否か、あるいは低過ぎる(閾値未満の刺激)か否かを確認することができない状況
こうした状況は、MOA(mechanism of action:作用機序)が主に皮質下レベルにある場合に特に該当し、電気刺激の最適レベルは、実際には、(知覚が皮質レベルに生じるので)知覚可能であるレベルよりも低い。こうした状況は、電気刺激の周波数が高過ぎて、標的の神経繊維を脱分極が一定の状態に保つ(但し、錯感覚効果により知覚はまだ生じている)場合、あるいは、電気刺激の振幅が高過ぎて、活電状態の電極に隣接した電極下の電界強度により標的でない神経繊維が脱分極する場合にも該当する。機械的刺激は、高過ぎでも低過ぎでもないレベルに容易に設定することができる、というのは、患者が訴える知覚の量的レベルが、皮質下構造を通る神経インパルスの度合いに比例するからである。
音声と体性感覚刺激との間のいくつかの種類のマッピングが可能であり、その一部を表4に記載する。MB1及びMB2は、必要な周波数分解能(バーク(Bark)尺度による主要帯域、下記参照)及び結果的な実現の効率が限られているので、高い時間分解能及び低い周波数分解能を有するスペクトル変換を用いる。音声−体性感覚刺激の時間的マッピング及びスペクトル的マッピングは共に、高い有効性の確率を最大にする。
スペクトル情報は、次のものを含むいくつかの方法で体性感覚情報にマッピングすることができる:
・ETS信号のパルス位置符号化。
・ETS信号のパルス振幅符号化。
・トノトピー(周波数局在)マッピング−1つの電極が各周波数領域に割り当てられている。
ことが、研究によって示されている)。
2つの別個な、電極の空間的配置を考え、表5に示すように、各々が他方に対する利点を有する。MB1については、2012年の臨床試験で用いたように、単一アレイの方法を用いた。この単一アレイの方法はMB2の構成にも使用可能であるが、MB2は分割アレイの構成を利用するように構成することもできる。
ハードウェア設計において可能な電極の数は有限であることを考えれば、スペクトル符号化は、各電極が特定の周波数ビンにマッピングされるようになる。適切な分割、及びこれらの周波数ビンがカバーする範囲は、システムの設計にとって極めて重要である。
・線形(リニア)
・対数的(2を底とする)
・知覚的(例えばメル(Mel)尺度)
・バルク尺度(主要帯域に基づく)
線形尺度(リニアスケール)を用いたスペクトル符号化は最適ではない、というのは、人間の聴覚系のどの部分も、ピッチ(音の高さ)にせよ振幅にせよ、線形尺度で動作しないからである(人間の知覚は、音の高さ及び大きさ共に対数尺度である)。人間の聴覚のこうした重要な範囲全体に及ぶピッチを表現するに当たり、線形尺度は極めて不十分であり、その結果、聞こえる範囲内の高い方の周波数は低い方の周波数よりも非常に不釣り合いな重み付けになる。
対数尺度は、特に聴覚刺激が高調波のある音楽を含む場合に、線形尺度よりも適している。しかし、対数尺度は、((聴覚)場所説(Place theory)によれば)特に(知覚的尺度の方がより適切である)高い方の周波数では、蝸牛の生理機能と非常に良好には整合しない。しかし、1つの利点は、あらゆる音楽成分中の和音または高調波が電極のパターンと合うのに対し、(メルまたはバルク尺度のような)知覚的尺度によれば、不協和音のみが電極のパターンと合う。
人間の周波数範囲を表現するための最も一般的な知覚的尺度は、メル尺度(ピッチが知覚的に互いに等距離になる尺度)である(Stevens, Stanley S., “On the psychophysical law”, Psychological review 64.3 (1957): 153(非特許文献2);Stevens, Stanley S., and John Volkmann, “The relation of pitch to frequency: A revised scale”, The American Journal of Psychology (1940): 329-353(非特許文献3))。メル尺度は、人間に対する心理音響的実験に基づき、尺度における結果的なステップはピッチが等距離であるものと判断される。メル尺度は(底2の)対数尺度に対して線形ではなく、このため、単一または複合的なトーン内の高調波は、特に高い方の周波数では、メル尺度による間隔をおいた周波数ビンと合わない。
人間の周波数範囲を表現するためのより一般的でない尺度は、バルク尺度(ピッチが知覚的に互いに等距離になる尺度)である。(Wicker, Eberhard, “Subdividion of the audible frequency range into critical bands (Frequenzgruppen)”, The Journal of the Acoustical Society of America33 (2) (1961): 248(非特許文献4))。メル尺度のように、バルク尺度は人間に対する心理音響学的実験に基づき、尺度における結果的なステップはピッチが等距離であるものと判断される。しかし、メル尺度とは異なり、人間の聴覚の主要帯域内のみに整然と分割される(主要帯域は可聴周波数の帯域であり、この帯域内では、聴覚マスキングによって第2トーンが第1トーンの知覚と干渉する)。
(システムの複雑性、利用可能な電極数の意味での)利用可能なリソースの最も効率的な利用を行うために、周波数ビンが広がる範囲または限界を考慮する必要があった。最高周波数から始めて、8kHz以上で試験を実行すると、聴力損失なしで耳鳴りのある個人の事例は非常にまれである(Salvi, R. J., Lobarinas, E. & Sun, W., (2009), “Pharmacological Treatments for Tinnitus: New and Old”, Drugs of the Future, 34, 381-400(非特許文献5))。従って、MB1及びMB2の構成の両方について、上限は8kHzに制限した。低い方の周波数は、感音性の聴力損失(先天性、NIHL(noise induced hearing loss:騒音性難聴)、老人性、中毒性で誘発された聴力損失)を患う人口の1パーセントのコーナー周波数として選定し、この周波数は500Hzである(Congenital cytomegalovirus (CMV) infection & hearing deficit (Fowler, Boppana) 2005, Fowler; CMV A Major Cause of Hearing Loss in Children (2008), http://www.cdc.gov/nchs/data/series/sr11_011acc.pdf (7ページ、図5))。
分割アレイ型刺激器(舌の正中線で分割される)については、そして本明細書中に説明する実施形態によれば、最低16×2個の電極(32個の電極)を必要とする。上記の制約(500Hz〜8kHzの範囲内にある全部の主要帯域をカバーする)によれば、(バルク尺度によれば)次の周波数ビンが必要になる:
570 700 840 1000 1170 1370 1600 1850 2150 2500 2900 3400 4000 4800 5800 7000。
545 595 648 707 771 841 917 1000 1091 1189 1297 1414 1542 1682 1834 2000 2181 2378 2594 2828 3084 3364 3668 4000 4362 4757 5187 5657 6169 6727 7336 8000。
体性感覚刺激は、経粘膜的または経皮的な刺激(ETS)とすることができる。神経調節の観点から、作用機序(MOA)が脳の皮質下領域に基づく場合、体性感覚神経繊維を脱分極させる作用は、装置が有効であるために十分であり得る、というのは、この神経繊維の脱分極は、脳内の皮質下構造のうちの1つ以上に達する神経スパイクを生じさせるはずであるからである。しかし、体性感覚神経を脱分極させることは、知覚を生じさせるために必ずしも十分でなく、従って、刺激を有効にするために知覚が不可欠であるものと仮定することはできない。
1.侵害受容器及び機械的受容器を刺激する神経繊維の直接的な刺激、振動感覚、圧覚、または痛覚のいずれかを生じさせる。
2.神経繊維の過度の刺激、これにより、神経繊維を一定またはほぼ一定の脱分極状態に維持して、錯感覚効果(「しびれ感覚」として一般に知られている、基礎神経パルス列の阻害により生じる感覚)を生じさせる。
次のものを含む、患者母集団の神経感応性、伝導性、及び知覚的特性に影響を与える物理的及び遺伝的要因の自然変異に対応するためには、広範囲の振幅制御が不可欠である。
・被験者の年齢
・電極が接触する粘膜表面の乾燥度
・粘膜表面の流体中のイオン濃度
・上被層の相対的厚さのような遺伝的及び物理的変異
・中期的及び長期的適応
1.次のいずれかを変化させることによる、個別の刺激パルスのエネルギー
○パルスの電圧/電流の大きさ
○パルスの幅
○パルスの極性(正極性対負極性)
2.同時性の多感覚ウィンドウ(聴覚−体性感覚については一般に50ms程度)内に連続するパルスの数
現在のMB1の構成では、こうした広範囲の刺激振幅制御は、電気触覚パルスの電圧を変化させることとした。このことは、ETS駆動回路への供給電圧の制御しか必要としないことにより、装置のコスト及び複雑性を限定する。
・人間の舌の背側前部領域に対する電気刺激の振幅識別のための丁度可知差異
・患者母集団全体にわたる、舌の背側前部領域に対する電気刺激による知覚強度の標準偏差
現在のMB2の構成では、電極の設計及び経済的制約が、広範囲の振幅を調整する方法の枢軸をもたらし、広範囲の振幅は、主にパルス幅を変化させる(そして、より制限された範囲全体にわたってパルス電圧振幅を維持する)ことによって制御される。
上記の制約を前提とすれば、ETSのパルス・プロファイル用に、可能性のある2つの候補が存在する:
1)電極毎に、1フレーム当たり1つのパルス・スロットを使用し、パルスのパルス幅を、広範囲の刺激の振幅及び動的な振幅レベルの関数として変化させる。
2)MB1の構成におけるように、電極毎に、1フレーム当たり8つのパルス・スロットを使用し、広範囲のパルス幅設定値に応じてパルス幅を変更する。
23.2196ms/32電極=725.6μsとなる。
・知覚可能な最小パルス幅は10μs(5μs〜15μsの範囲)であった。
・強い感覚を引き出すために必要な最小パルス幅は50μs(35μsから65μs)であった。
体性感覚刺激の動的な振幅制御は、当該体性感覚刺激を導出可能な聴覚刺激の相対振幅を符号化する手段として使用可能である。このことは、体性感覚刺激の情報レートを、当該体性感覚刺激を導出した聴覚刺激の情報レートとより厳密に一致することができるほど大幅に増加させることを促進することは明らかである。
パルスカウント数制御は、実際には、単に任意の所定電極上の電気パルス数を任意の所定フレーム内で変化させることによって実現可能である。このことは、バースト中の離散したパルスの数またはカウント数に相当し、バーストは分析フレーム長よりも短い。フレームの継続時間が感覚間統合の期間(触覚の同時性の期間)以下である限り、パルスは神経繊維を脱分極させるのに十分な幅であり、パルスどうしは十分な間隔をおき(即ち、ニューロンは次のパルス前に間に合うように再分極することができ)、知覚される刺激の振幅は、6または7個のパルスまでのパルス数に比例する(Kaczmarek, Kurt, John G. Webster, and Robert G. Radwin, “Maximal dynamic range electrotactile stimulation waveforms”, Biomedical Engineering, IEEE Transactions on 39.7 (1992): 701-715(非特許文献7))。
図8〜14は、聴覚刺激と体性感覚刺激との間の変換を例示する役目を果たすが、周波数ビンの数(n)及び量子化した振幅レベルの数(q)の意味で一般化している。
・治療セッション全体用のステレオ音声信号(一般に30分の音声)をまず
○左チャネルと右チャネルとを合計することによってモノラルに変換し、次に単一アレイの実施形態向けに正規化するか、あるいは、
○分割アレイの実施形態については、モノラルに変換せずに音声を正規化する、
・次に、結果的な音声を、フレームの継続時間tpの2倍に相当する継続時間twの、複数のオーバーラップする区間(セクション)に分割する。
・次に、ブラックマン・テーパリング(Blackman tapering)(ウィンドウ(窓))関数を、音声区間の各々に適用する。
・次に、時間→周波数変換を、ウィンドウをかけた音声区間の各々について計算して、周波数領域信号を生成する。
○MB1及びMB2については離散フーリエ変換が使用可能であるが、代案の実施形態では、ガンマトーン(gammatone)フィルタまたはウェーブレット変換を用いることができる。
・結果的な周波数領域の信号を、所定の周波数ビンにより(例えば、以上で概説したバルク尺度の主要帯域により)分析して、n個の強度値のアレイを生成し、各強度値は、個別の周波数ビン毎の、周波数領域の信号の振幅に対応する。
・治療セッション全体にわたる信号の全体集合中のピーク値により、強度値のアレイを正規化し、これにより、周波数ビン毎に強度値を最大レベルに正規化する。
・結果的な正規化した強度値をさらに量子化して、q個の離散したレベルにする。
・結果的な量子化信号を、これらの信号を用いて各フレーム周期tp内で(個別の電極にマッピングされた)周波数ビン毎にパルス数を制御することができるような方法で記憶する
・フレーム周期tp
・パルススロット期間tps、これも最大のETSパルス幅tpwを記述する。
・音声のサンプリングレート(標本化速度)Fs
音声から触覚刺激への変換の最適な時間分解能を計算する際に考慮するべきいくつかの要因が存在する。これらの要因の多くは、以上の節で既に明らかにしており、これらを以下の表中に概説する:
**Burgess, PR T., and E. R. Perl, “Cutaneous mechanoreceptors and nociceptors ”, Somatosensory system. Springer Berlin Heidelburg, 1973. 29-78(非特許文献9)
表10
・電気触覚刺激電極(IODの電子部品)の性質及び設計
・これらの電極が、ファラデー(感応)作用に代わるガルバニック(電流)作用による大幅な浸食が入り込む前に許容することができる最大のパルスエネルギーレベル
・利用可能な1パルス当たりの電圧またはエネルギー(電子設計トポロジーの関数)
・体性感覚刺激を導出することになる元の音声刺激の音声サンプリングレート
MB1及びMB2の構成の両方において、電極トポロジーは多数の考慮事項に応じて構成する。電極の総数を低減し、駆動電子回路の複雑性を軽減するために、MB2及びMB1は、同じ電極が戻り経路電極としても機能するように設計する。換言すれば、専用の戻り電極は必要でなくなり、むしろ、すべての電極を、活性電極は別として、特定の時点で統合型の戻り電極として機能するように構成する。
パルススロット
音声データとの同期を維持するために、1つ考慮事項は、体性感覚パルスが音声サンプルと同じ時間分解能、即ち1/44100s(22.6μs)で発生するべきである、ということである。このことに対応するために、時間軸を期間tpsの「パルススロット」に分割する。
フレーム周期を計算するに当たり、次の制約または考慮事項を考慮に入れる。各フレームは、8つのパルス(動的な振幅)×32個の電極×パルススロット期間(90.7μs)を収容することができなければならない。従って、フレーム周期は
tp=n×q×tps=32×8×90.7μs=23.219ms
となり、ここに、
tp=フレーム周期
nは電極の数(32)
qは、振幅を量子化した振幅ビンの数(8)である。
tipp=tps×n=90.703μs×32=2.9ms
の最小値となる。
上記のパラメータ値に基づいて、触覚パルスの時間パターンを生成する。1フレーム当たり合計256個のパルススロットが存在する。各電極は、図6に図示する利用可能なタイムスロットの部分集合を割り当てられている。この図は、単一フレーム(フレーム0)、及び後続フレーム(フレーム1)について、パルススロットのパターンを概略的に示す。
MB1及びMB2の構成は、図14中の「パルス細部B」に図示するように、擬似二相の正極性(正が先行する)パルスを用いることは明らかである。
電気刺激については、2つの主要な方法が存在し、即ち次の通りである。
・電圧モード制御
・電流モード制御
・例えば、電極が一時的に粘膜表面との接触を断ち、電圧がそれを補償すべく増加し、電極が再び接触すると、電流モード制御ループが再び安定化する前に、より高い電圧が初期の「ショック」を生じさせるシナリオでは、「驚愕」の弊害の恐れが低減される。
・一定の電解液(唾液)が得られることが、安定した電気的境界面を生じさせて、電流モード制御の必要性を部分的に相殺する。
・32チャネルの電流モード制御回路のコスト及び複雑性は、電圧モード制御回路と比べて大幅である。
本明細書中に説明するMB1及びMB2の構成では、刺激は電圧モード制御であるものと仮定するが、電流モード制御を用いることもできることは明らかである。50μsのパルス幅での生体内検査に基づけば、47μFの直列阻止コンデンサ上の電圧は、全ユーザにわたる平均値で、0Vから1.35Vに増加した。従って、必要な電流は、
・I=CdV/T,dV〜=1.35V×47μF/50μs=1.27mA
となる。
Q(最大)=I×Tmin(Tの最小値)=1.27mA×5μs=6.35nC
から
Q(最小)=I×Tmax(Tの最大値)=1.27mA×78μs=99nC
までである。
・全周波数帯域について、分析ウィンドウが23.2msに固定され、
・(DFT(Discrete Fourier Transformation:離散フーリエ変換)を計算する前のウィンドウ関数の適用を満足するために)分析ウィンドウ内に50%のオーバーラップが存在し、
・聴覚事象の振幅を単一パルスではなくパルス列にマッピングし、従って、聴覚事象から導出される体性感覚事象を、2.5msのパルス間の間隔で8パルスまでの期間に広げる(即ち、20msまでの継続時間のウィンドウ全体にわたって広げる)ことができる、
からである。
・変換すべき音声信号を、体性感覚チャネル(周波数ビン)毎に1つの分枝の、n個の異なる分枝に分割する。
・この信号はバンドパス・フィルタを通過し、このバンドパス・フィルタの中心周波数は、バルク尺度の主要帯域の中心周波数の所にあることが好ましい。
・次に、この信号を整流する(即ち、絶対値を計算する)。
・次に、整流した信号を期間tf[x]にわたって積分して、この期間内の信号のエネルギーを計算する。
・積分した信号(Iout[x])を、比較器(コンパレータ)において閾値レベルThreshold[x]と比較し、一旦、積分信号の大きさが閾値よりも高くなると、比較器の出力はハイに遷移し、その逆も成り立つ。
・D型フリップフロップを用いて、比較器の出力(Cout[x])、及び2つのパルススロット・タイミング信号PulseSet[x](パルスセット)及びPulseReset[x](パルスリセット)に基づいて体性感覚パルスを発生し、パルススロットが始まる瞬時(即ち、PulseSet[x]信号がハイに遷移する瞬時)に比較器の出力がハイである場合のみに、パルスが発生する。
・位置的に互いに隣接した電極に関連するパルススロット内にオーバーラップが存在しない(このことは、電極に与えられるどのパルスも、すべて、電流戻り経路として利用可能な、その電極に隣接した電極を有することを保証するためである)。
・この実現の1つのバージョンでは、(MB1及びMB2の場合のように)パルススロット内にオーバーラップは全く存在せず、この場合、1つを除いたすべての電極が戻り電流経路の役目を果たすことができる。
・この実現の他のバージョンでは、パルススロット内にオーバーラップが存在するが、位置的に互いに隣接しない電極に行くパルスのみに関して存在する。実際には、最大2つ〜4つの刺激パルスを、こうした非隣接の要件に反しないでサポートすることができる。
・分析期間(フレーム周期tp)は、体性感覚の不応期よりも大きくなければならない(分析期間は1ms〜2.5msのオーダーにすることができ、実際値は生体内実験によって明確にしなければならない)。このことは、前のパルスに続いて標的の神経繊維が再分極しきる前に、後続のパルスが発生する可能性を回避するためである。
・分析期間(フレーム周期tf[x])も、聴覚フィルタのインパルス応答時間よりも大きくするべきである。例えば、ガンマトーン・フィルタを用いる場合、インパルス応答時間は、フィルタの中心周波数の約10サイクル分で表すことができ、従って、分析期間はこれよりも大きいはずである。
・分析期間(フレーム周期tf[x])は、聴覚フィルタのインパルス応答時間よりも実質的に大きくするべきでないこともある、というのは、このことは、変換の時間分解能を無用に犠牲にするからである。しかし、高い方の周波数帯域については、不応期がこのことに関して制限的要因となるものと予期される。
・所定分析ウィンドウ内の積分の期間を最大にするためには、PulseSet[x]信号が、分析ウィンドウの終点のできる限り近くで発生するべきである(例えば、次の分析ウィンドウが始まる前にパルスQ[x]が完了するのに十分な時間をまだ残して発生する、但し、パルスが次の分析ウィンドウ期間内まで継続することも実現可能である)。
・分析ウィンドウは、時間的に連続させるか、あるいはオーバーラップさせることができる。分析期間tf[x]が不応期の2倍よりも大きい、低い方の周波数帯域については、ウィンドウがオーバーラップすることが好ましい、というのは、このことは、これらの帯域内の時間分解能を向上させるからである。分析期間が不応期の2倍未満である高い方の周波数帯域では、分析ウィンドウが時間的に連続することが好ましい。以下のタイミング図は、分析ウィンドウが時間的に連続する例のみを示す。
・再分極期間が2.5msであるものと仮定し、従って、結果的な変換は、この時間が経過するまでは同じ電極上に後続するパルスを出力しない。
・選定したフィルタはガンマトーン・フィルタであり、その中心周波数は、MB2の分割アレイ型構成において利用されるバルク尺度の主要帯域と同じである。この場合、ガンマトーン・フィルタは、関連するフィルタ中心周波数の10周期分の長さに切り詰められる。
・分析ウィンドウ長はフィルタ周波数に応じて変化するが、最小の再分極期間の整数倍に設定される。このことは、パルスの時間的配列を、パルスがオーバーラップする要件を満足する(上記参照)ようにすることができることを保証する。
・分析ウィンドウのシフト(即ち、分析ウィンドウが分析ステップ毎にシフトする周期)は、不応期以上であり、かつフィルタの中心周波数の2.5周期分よりも大きくなるように設定する。
本発明によるシステムの概要を図7に示す。上述した2つの音声入力は中央処理装置、即ちCPU(central processing unit)705によってサンプリングされて、上述ししたように体性感覚刺激に変換される。CPUは、組込みマイクロコントローラ、FPGA、個人用計算装置(電話機、タブレット、PC(personal computer:パーソナル・コンピュータ)等)のようなあらゆる計算装置とすることができることは明らかである。一旦、変換が完了すると、結果的なデータをローカルメモリ、例えばマイクロSD(Secure Digital:セキュア・デジタル)カード706に記憶して、後続する処理セッション用に音声を再変換しなければならないためのエネルギーを節約することができる。他のメモリデバイスを用いることができることは明らかである。CPUは、音声を体性感覚刺激に変換して、この刺激を、音声709とほぼ同期して体性感覚刺激アレイ708上に表現し、音声は一対のヘッドホンを通して伝達される(但し、上述したように、骨伝導トランスデューサ、スピーカー、補聴器、または蝸牛インプラント、あるいは他の音声トランスデューサを用いることもできる)。患者への刺激の伝達に関係する主要なパラメータは、ファイルに記録して、カード706のようなメモリに記憶する。これらのパラメータは次のものを含むが、これらに限定されない:
・使用の継続時間
・使用の日時
・一人の患者の結果を辿るための識別データ(ハードウェアの通し番号、ソフトウェアのバージョン)
・刺激パラメータ
・音声刺激レベルの設定値
・体性感覚刺激レベルの設定値
・音声トラックの選択(マルチトラック・システムについて)
・フィルタ設定値、患者の聴力図または刺激と一致する周波数による
・音量のパン制御、患者の聴力図による。
以下の資料は、上述した装置MB1の臨床試験を説明する。この試験は、耳鳴りを患う参加者による臨床背景において実行した。
被験者
このプロスペクティブ(前向き)な単一治療群の予備的研究(パイロットスタディ)は、メイヌース(Maynooth)市にあるアイルランド国立大学の研究倫理委員会(Research Ethics Committee of the National University of Ireland)、及びダブリンにあるエルミタージュ医療センター(Hermitage Medical Center)からの認可により行った。臨床試験対象/除外基準(下記参照)を満たした自己紹介型の患者を、病院に来院した順に、そして何らの事前選択なしに採用した。64人の患者を適格性について選別し、書面によるインフォームド・コンセント(診療同意書)を、自覚的な慢性の耳鳴りのある適格な54人の参加者(19人の女性;平均45歳、年齢範囲28〜64歳、35人の男性;平均47歳、年齢範囲21〜64歳)から得た。慢性の耳鳴りの正確な定義は、文言上は様々に変化するが、一般に、短期間から中程度の期間中には、即ち6ヶ月では自然治癒しなかった耳鳴りを称し、持続性の耳鳴りは、毎日ある耳鳴りを称する。参加者は、この研究への参加は任意であることを知らされ、理由を説明しなければならないことなしにいつでも研究から自由に辞退することができた。この採用過程は、参加者が参加を十分に考慮するための適度な時間を参加者に与えた。参加者は匿名であった。研究の参加者の適格性は、以下の臨床試験対象/除外基準によって判定された。
・年齢<65歳
・持続性の自覚的耳鳴りを、少なくとも直前の6ヶ月間患っている。
・加齢または騒音に関係する感覚神経的聴力損失(少なくとも片耳で>25dB HL)(HL:hearing level:聴力レベル)
・英語の読解力、理解力、及び文章能力を有する。
・14週間の継続期間全体にわたって参加することができ、その意志がある。
・インフォームド・コンセント
・口腔または舌の潰瘍、口腔粘膜または重篤な口内病−これらの症状のさらなる悪化の恐れを軽減すため
・メニエール病−通常はこの疾患に関連して聴力損失が変動するため
・耳鳴りまたは聴覚に関係する現在の医療訴訟事件−あらゆる利害関係の対立を避けるため
・何らかの薬理的または電気的刺激ベースの耳鳴りの治療を現在受けている−治療介入の単独の効果を正確に測定するため
・ペースメーカー−電磁波妨害の可能性があるため
この研究は、聴覚及び体性感覚のバイモーダル刺激の実現可能性、及びその耳鳴りに対する効果の結果判定法を評価するための、14週間の単一治療群の予備的研究であった。研究の母集団は有意水準に対する検出力を持たせなかった、というのはこの研究は観察研究であったからである。参加者は、研究の期間中、即ち14週間の期間中に、2週間に1回病院を訪れた(第0週にV0、第2週にV1、等である)。各来院の間に2週間をおいた最初の3回の来院については、臨床背景において何の医療介入もなしに参加者を選別して、耳鳴りの重症度の、ベースラインの臨床的尺度を確立した(事前治療)。参加者は、これらの来院間に何の作業を実行することも要求されなかった。参加者は、最も一般的に使用される心理音響的及び精神測定の耳鳴り尺度を用いることによって評価され、これらの耳鳴り尺度は、最小マスキングレベル(MML)、耳鳴りラウドネス・マッチ(TLM)、及び耳鳴り障害度問診票(THI:Tinnitus Handicap Inventory)を含む。選別(スクリーニング)評価は、装置からの刺激のない期間中に実行した。あらゆる耳鳴りの治療から知覚される利益に影響を与え得る、症状の治療以外のいくつかの要因が存在する。Henser他は(Henser et al., “The effect of waiting: A meta-analysis of wait-list control groups in trials for tinnitus distress”, J Psychosom Res. 2011 Apr;70(4):378-84(非特許文献10)、耳鳴り治療の待機者リスト上の参加者の応答速度を検討し、短い待機期間にわたって患者の苦痛を低減することができることが判明した。この改善は、患者が調査員及び/または知識豊富な専門家から受ける配慮及び元気付けに起因し得るし、これらは耳鳴り症状の緩和に寄与することが知られている要因である。この研究では、選別段階を用いて、研究への参加によるこうした予想される効果により実現される症状の重症度の改善に応えた。3回目の選別来院による評価得点をベースライン値として設定した。研究への参加の治療効果によるあらゆる改善は、3回目の来院によって軽減されたものと期待される。
参加者の治療管理の順守は、治療装置上のデータロギング(データ記録)機能を用いて技術的に判定した。次の事象を、その日時と共に不揮発性メモリに記録した:
・電源のオン/オフ、及び治療の開始/一時停止/再開の事象
・音量及び体性感覚刺激強度の設定
・電極を通して伝えられる電流の大きさ(参加者の接触を判定するために用いる)
・電池の電圧レベル
・エラー事象
この研究についてのデータ集合は、44人の参加者からの10週間の治療にわたるTHI、TLM、及びMMLデータから成る。10週間にわたる、参加者による研究プロトコルの順守、並びに参加者が用いた聴覚及び体性感覚刺激設定も収集した。耳鳴り症状の得点が、ベースライン(V2)に対して、少なくとも最後から2番目の来院について入手可能である場合に、かつ参加者が少なくとも8週間にわたって装置にアクセスした場合に、即ち、装置を早目に返還しなかった場合に、参加者のデータを分析に含めた。本明細書における分析は、この装置による10週間の治療後に、耳鳴り症状の3回の評価において何らかの統計的な改善が観察されたか否かを調べた。
メイヌース市にあるアイルランド国立大学の研究倫理委員会、またはエルミタージュ医療センターは、認可前には臨床試験登録簿への登録を要求しなかった。この研究は実現可能性の研究と考えられ、従って、FDAAA801の下では登録を免除される。
以上に詳述したように、聴覚及び体性感覚のマルチモーダル刺激の、慢性の耳鳴りの結果判定法に対する影響は、THL、MML、及びTLM得点の長時間にわたる変化を測定することによって判定される。54人の参加者のコホート(群)を、この試験の一部として採用し、3回の治療介入なしの選別(スクリーニング)評価、及びその後に装置を使用しながらの5回の評価を各参加者に要求した。
§改善者は、TLM尺度上で5.3dBの最小の低下を実現した。
?改善者は、MML尺度上で5.3dBの最小の低下を実現した。
**被験者の総数:54人;分析から除外した(10人):装置を使用しなかった(3人)、治療介入前に辞退した(3人)、評価スケジュールを完了しなかった(4人)。
上述した実施形態は、耳鳴り及び/または聴覚過敏、汚染恐怖症、音声恐怖症の治療用の装置を含み、この装置では:
・聴覚刺激を患者に与える。
○音声の構成
○2msから500msの期間の、500Hzから16kHzの主要帯域全体にわたる単一のトーンバーストを、擬似ランダムに、あるいは複合パターンとして反復する(これは、例えばモノラルの音楽とすることができる)。
○2ms〜500msの期間の、500Hzから16kHzの主要帯域全体にわたる複合的なトーンバーストを、擬似ランダムに、あるいは複合パターンとして反復することが好ましい(これは、例えば多声(ポリフォニー)の音楽とすることができる)。
○広帯域のノイズ信号がより好ましい。
○治療中の刺激への注意をさらに改善して順守を高めるために、この広帯域ノイズは、発話の混ぜ合わせを含むことがより好ましく、この発話は患者が関心のある話題とする。
・ドキュメンタリー・ポッドキャスト(ダウンロード聴取用の記録番組)
・オーディオマガジン(音で聴く雑誌)
・フィクションまたはノンフィクションのオーディオブック(音で聴く本)
○広帯域ノイズと複合的なトーンバースト(または音楽)との混ぜ合わせがさらに好ましい。
○構成については、同じ刺激セグメントを特定のタイムフレーム内で繰り返さないようにする。
・1ヶ月に1回しか繰り返さない。
・6ヶ月毎に1回しか繰り返さないことが好ましい。
○構成については、そして一実施形態では、音楽または発話の成分を患者が選択することができるようにし、この音楽を自分自身の音楽再生装置(例えば電話機、ラップトップ・コンピュータ、タブレット・コンピュータ)から流すことができる。
○構成については、落ち着いた感覚を患者に植え付け(てリラックス感を促進す)るようにする。
○振幅(音量)については:
・患者が快適なレベルに設定する。
・患者の刺激を過度にマスクしないレベルに設定することが好ましく、患者のマスク可能レベルは、最小マスキングレベル(MML)または耳鳴りラウドネス・マッチング(TLM)の聴覚評価(聴力検査)によって決まる。
・自分の耳鳴りがまだわずかに聞こえるレベルに設定することが最も好ましい。
○次の振幅(音量)変調による:
・5〜10秒以内に公称の振幅まで上昇し、次に治療セッションの残り全体を通して一定である。
・上記のようにするが、治療セッションを終了する前に、振幅を公称レベルから被験者の聴力レベルに相当するレベルまで、2分〜5分間で下降(デクレシェンド)する。
○スペクトル的に修正する。
・バンドブースト・フィルタで設定する。
・中心周波数については、被験者の耳鳴りと一致する周波数に設定するか、あるいは、患者の聴力図の最も急峻なロールオフと一致する周波数に設定する。
・中心周波数に合わせて正規化すれば0.5〜1.5オクターブの半値帯域幅を有する。
・少なくとも12dBのブーストの大きさを有する。
・複数のバンドノッチフィルタで設定する。
・被験者の耳鳴りと一致する周波数に設定された中心周波数の1つのノッチフィルタ、中心周波数に合わせて正規化すれば0.25〜1オクターブの半値帯域幅を有し、少なくとも36dBのノッチ深さを有する。
・36dBの深さを有し、0.25〜1オクターブの半値帯域幅を有する2つのノッチフィルタ、耳鳴りと一致する周波数の0.5〜1.5オクターブ上の周波数及び0.5〜1.5オクターブ下の周波数を中心とする。
・患者の聴力図中の不足部分を補償する(即ち、聴力図応答の逆特性)。
○次の音声チャネルを有する
・両耳に伝達される単一チャネル(モノラル)刺激
・両耳に伝達される2チャネル(バイノーラル)が好ましい。
・同側の耳の聴力プロファイルと一致するように、各チャネルを、振幅及びスペクトルの両方について追加的に修正した2チャンネル(バイノーラル)が最も好ましく、振幅の修正は、患者の耳鳴りのラウドネス(MML)を追跡するように動的に調整する。
○次のものによって伝達(変換)する:
・骨伝導トランスデューサ
・蝸牛インプラント
・患者と同じ空間内に配置したスピーカ
・超音波技術による音
https://en.wikipedia.org/wiki/Sound_from_ultrasound
・インナーイヤー型の音声トランスデューサによることが好ましい。
・インナーイヤー・ヘッドホン
・補聴器
・耳覆い型トランスデューサ(ヘッドホン)が最も好ましい。
及び/または、
・患者に与える体性感覚刺激は次の通りである:
○複数の並列なチャネルとして伝えられる刺激:
・治療刺激
・少なくとも1つの刺激チャネル/部位かつ64個のチャネル/部位
・少なくとも4〜32個の刺激チャネル/部位が好ましい。
・少なくとも16個の刺激チャネル/部位が最も好ましい。
・指標刺激
・ある効果の感覚を患者にもたらすように設計されているが、治療刺激の一部ではない追加的な刺激チャネル:
・目的:
・主たる刺激チャネルが、知覚可能でないか弱く知覚可能な体性感覚刺激を患者に伝える場合(例えば、最適な刺激の振幅は被験者の知覚の閾値を下回るが、刺激が活性であり、このため自分が治療レジメをより順守し易くなることに患者が気付くことが不可欠である)。
・(例えば、二重盲検RCT(randomized clinical trial:無作為化臨床試験)のために)偽治療群を必要とする臨床調査を促進すること
・チャネルの数:
・少なくとも1つの擬似刺激チャネル
・刺激器アレイに対して対称に配置することができるような(両側刺激用の)少なくとも2つの擬似刺激チャネルが好ましい。あるいは、
・擬似刺激を治療刺激と時間多重して、治療刺激電極を通して擬似刺激を伝えることができるようにし、擬似刺激−治療刺激のマーク:スペース比はわずか10%である。
・刺激の性質
・刺激はどの聴覚刺激とも非同期にするべきである。
・刺激は治療刺激に比べて低いデューティサイクルを有するべきである。
・刺激は事実上ブロッキング(阻止)であるべきであり、即ち、刺激は、関連する神経繊維の再分極期間未満の周期の周期的なパルス列で構成され、これにより、神経繊維を一定の脱分極状態に維持し、このことは通常、刺すような感覚(錯感覚)を被験者に生じさせ、この刺激は聴覚刺激といかなる形でも同期しない。
○刺激の種類は、次のいずれかである:
・ランダム刺激
・パルス間の期間(tipp)
・5ms〜105msの間でランダム化する(ガウス分布、パルス間の期間の平均値は55ms)、または、
・5ms〜55msの間でランダム化することが好ましい(ガウス分布、パルス間の期間の平均値は30ms)、あるいは、
・5ms〜25msの間でランダム化することが最も好ましい(ガウス分布、パルス間の期間の平均値は15ms)。
・チャネルの同期性/非同期性
・すべての刺激チャネルが、独立したアクチュエータとして機能し、独立してランダム化されたパターンを示す。
・すべての刺激チャネルが、同じランダムなパルスパターンを示す。
・すべての刺激チャネルが一意的なランダムパターンを示すことが好ましい。
・デューティサイクル:
・刺激は治療セッション中に常に活性である。
・慣れを減らし患者の気付き及び注意力を増加させるために、治療セッション中に刺激をバーストの形で伝える。
・1秒−1秒のマーク−スペース
・1秒−0.1秒のマーク−スペースが好ましい。
・5秒−0.5秒のマーク−スペースが最も好ましい。
・治療の経過全体にわたってランダムに変化する(マークが0.5s〜5sの範囲内で変化し、スペースが0.1s〜1sの範囲内で変化する)マーク−スペース値によることが最も好ましい。
・周期的パターンの(確定的な)刺激
・パルス間の期間(tipp)
・1ms〜20msの期間
・刺激(ブロッキング)全体にわたって2ms〜3msの期間であること、あるいは非ブロッキングの刺激については15ms〜20msであることが好ましい。
・バーストパターン
・少なくとも1フレーム当たり4パルス、パルスの数は、1フレーム当たり2パルスの平均値を有するパターンとして変化する。
・1フレーム当たり最大8パルスであり、パルスの数は、1フレーム当たり4パルスの平均値を有するパターンとして変化することが好ましい。
・フレームレート
・1秒当たり20〜100フレームのフレームレート
・1秒当たり43フレームが好ましい。
・最も好ましい同期刺激(聴覚刺激と同期する)
・体性感覚に変換される音声入力が:
・被験者に伝えられる聴覚刺激の1つ以上の成分である、例えば、複合的なトーンバーストパターンの成分、または音楽成分である、あるいは、
・被験者に伝えられる聴覚刺激を事前にスペクトル修正したものである、あるいは、
・被験者に伝えられる聴覚刺激を事後にスペクトル修正したものであることが好ましい。
・音声−触覚の遅延時間:
・聴覚と体性感覚との間の(+/−50msまでの)固定遅延時間
・聴覚と体性感覚との間の遅延時間が(+/−50msまでの限界を有する矩形(一様分布)の確率密度関数、あるいは、20msまでの標準偏差のガウス(正規)分布の確率密度関数で)ランダムに変化して、治療セッションの経過全体にわたって広範囲のレイテンシをカバーする。
・固定遅延時間、(多周波数の実施形態では)この遅延時間が刺激チャネル毎に異なり、遅延時間は−500ms〜+500msの間で可変であり、これにより所望の周波数帯域における活性を抑制または強調する。
・体性感覚刺激チャネル(刺激電極)の数は:
・少なくとも1つの刺激チャネル
・2kHzから8kHzまでのバルク尺度の主要帯域をカバーするためには、少なくとも8チャネルであることが好ましい。
・(500Hzから8kHzまでのバルク尺度の主要帯域、または1kHzから13.5kHzまでのバルク尺度の主要帯域をカバーするためには)片側当たり少なくとも16個の刺激チャネルがより好ましい。
・(60Hzから13.5kHzまでのバルク尺度の主要チャネルをカバーするためには)片側当たり少なくとも24個の刺激チャネルが最も好ましい。
・その代わりに、少数の(4〜8個の)チャネルで、次の主要帯域をカバーする:
・耳鳴りが支配的である周波数領域に相当する帯域、及び/または、
・(250Hz〜13.5kHzの範囲内で)患者における聴覚損失が最高の周波数領域に相当する帯域。
・音声と触覚との間の変換により:
・音声振幅が、正規化したピーク振幅の所定割合を越えて上昇すると、体性感覚刺激パルスが発生し、この所定割合は0.05〜0.95である。
・(多チャネルの刺激については)各主要帯域が、同じ主要帯域内の正規化したピーク振幅の所定割合を超えて上昇すると、体性感覚刺激パルスが発生することが好ましく、この所定割合は0.05〜0.95である。
・(多チャネルの刺激については)各主要帯域内の振幅に比例した数の触覚パルスが発生することが最も好ましい。
・ここで、分析ウィンドウは周期(フレーム周期tp)を有する。
・固定のフレーム周期
・2ms〜100msの継続時間(23.2msが好ましい)の、(10%〜50%だけ)互いにオーバーラップするフレーム内で音声信号を分析し、フレーム周期はすべての周波数ビンについて同じである。
・2msが下限である、というのは、これより短い音声フレームでは、500Hzを下回る周波数は分析することができないからである。
・100msが上限であり、これにより、聴覚刺激に対する触覚刺激の最大+/−50msの時間的不鮮明さが存在する。
・可変のフレーム周期
・オーバーラップするフレーム周期で音声信号を分析し、このフレーム周期は周波数ビン毎に異なり、これにより、周波数領域への変換は高い時間分解能のままである。
・フレーム周期は、対応する周波数ビンの20周期程度に設定する。
・フレーム周期は、対応する周波数ビンの10周期程度に設定することが好ましい。
・フレーム周期は、対応する周波数ビンの4周期程度に設定することが最も好ましい。
・振幅のビニング(区分)は少なくとも8つの離散したレベルにする。
2.刺激部位は次のようにする:
・経皮的
・頬(三叉神経の上顎枝)
・顎(三叉神経の下顎枝)
・額(三叉神経の眼枝)
・首(頸部)(三叉神経の顎下枝)
・耳/耳介(迷走神経)
・唇(三叉神経の下顎枝)
・肩及び首(副神経、頸椎神経C1及びC2)
・経粘膜的
・舌の背側前部領域(三叉神経の舌部の下顎枝)
・舌の腹側前部領域(舌下神経)
・歯茎(三叉神経の上顎枝)
・非接触(電磁刺激のみ、例えばrTMS)
・上記の通り(経皮的部位及び経粘膜的部位の両方)、または
・三叉神経核
・蝸牛神経核
・聴覚皮質
・埋め込み可能
・上記の通り(経皮的部位及び経粘膜的部位の両方)、または
・蝸牛神経/聴覚神経
・蝸牛神経核
・三叉神経核
・聴覚皮質
・迷走神経
3.刺激モダリティは次の通りである:
・電気的には:
・パルスの種類については:
・正極性−AC結合
・負極性−AC結合がより好ましい。
・二相性−正極性先行がさらに好ましい。
・二相性−負極性先行がさらに好ましい。
・パルスのエネルギーについては:
・舌粘膜(背側前部領域)用には:
・電圧モード制御(ACまたはDC結合)用には:
・50ボルト−マイクロ秒〜500ボルト−マイクロ秒の間で調整可能
・15ボルト−マイクロ秒〜1000ボルト−マイクロ秒の間で調整可能であることが好ましい。
・電流モード制御(ACまたはDC結合)用には:
・10nC(ナノクーロン)〜100nCの間で調整可能
・5nC(ナノクーロン)〜200nCの間で調整可能であることが好ましい。
・かつ、4V〜12Vの電圧制限を有する。
・パルス幅は3μs〜78μsで調整可能
・経粘膜的な下顎の経皮的刺激用には:
・電圧モード制御(ACまたはDC結合)用には:
・500ボルト−マイクロ秒〜5000ボルト−マイクロ秒の間で調整可能
・100ボルト−マイクロ秒〜10000ボルト−マイクロ秒の間で調整可能であることが好ましい。
・電流モード制御(ACまたはDC結合)用には:
・100nC(ナノクーロン)〜1000nCの間で調整可能
・50nC(ナノクーロン)〜2500nCの間で調整可能であることが好ましい。
・かつ、40V〜80Vの電圧制限を有する。
・パルス幅は10μs〜250μsで調整可能
・接触面積
・舌粘膜
・少なくとも0.5mm2
・少なくとも1mm2であることが好ましい。
・経皮的(下顎領域)
・少なくとも5mm2
・少なくとも10mm2であることが好ましい。
・空間的配置−アレイ・トポロジー
・中央寄せ(ランダム刺激用、あるいは単一チャンネル及びモノラル音声との併用向き)
・正中線に沿って分割し、同側の聴覚−触覚マッピングを有することが好ましい(聴覚刺激との同期用)。
・(舌粘膜用)正中線に沿って分割し、同側の聴覚−触覚マッピングを有するが、正中線に沿った不感帯を有して、アレイを舌上に中心合わせする必要性を減らすことが最も好ましく−アレイの2つの対称な側はギャップによって物理的に分離されるべきであり、このギャップの幅は、舌の機械的受容器密度の関数によって決まり(舌では、機械的受容器密度は0.5〜1mm当たり1ニューロンのオーダーである)、刺激の広がりを電極間間隔の2倍にして、体細胞側チャネルによる平行繊維の誘引を回避する。
・溝または突起のような触覚の特徴形状を、こうした正中線に沿って配置して、患者が装置を自分の舌に中心合わせすることを手助けする。
・空間的配置−個別の刺激器チャネル
・隣接した刺激器素子間のユークリッド距離は、大人の母集団では、少なくとも、刺激器が接触する部位における触覚のJND(丁度可知差異)の距離となり、この距離はおよそ0.5〜1mmである。
・隣接した刺激器素子間のユークリッド距離は、大人の母集団では、刺激器が接触する部位における触覚のJNDの距離の少なくとも1.5倍となることが好ましい。
・空間的配置−アレイ素子の配列
・アレイ素子のランダム配列
・ラスターパターンに、最低周波数のビンから最高周波数のビンまでの順に配列することがより好ましい。
・内側の最低周波数のビンから外側の最高周波数のビンまでの螺旋パターンに配列することが好ましく、蝸牛内のトノトピー・マッピングと同種である。
・不足部分が最高の周波数ビンが最高感度の位置に配置されるように配列することが最も好ましい。
・機械的には:
・振動
・振動周波数
・10Hz〜500Hz
・50Hz〜150Hzが好ましい。
・125Hzが最も好ましい。
・振動振幅
・振幅は、知覚の閾値と不快感の閾値の50%との間に等間隔の振幅ビンが存在するように可変にする。
・振動振幅の変調
・振幅は、少なくとも振幅ビンの全数にわたって、システムのフレームレートで変化する。
・接触面積
・舌粘膜
・少なくとも0.5mm2
・少なくとも1mm2が好ましい。
・経皮的(下顎領域)
・少なくとも5mm2
・少なくとも10mm2が好ましい。
・空間的配置(以下の電気的な空間的配置の節のようにする)
・力(圧力)
・次のことを除いて「振動」のようにする。
・振動成分はない。
・力の振幅レベルは被験者毎に較正する。
・力の振幅変調は被験者毎に較正する。
・電磁的には(経皮的及び/または経頭蓋の磁気刺激):
・磁界強度は1mT〜10mT。
・磁界パルスの継続時間は10μs〜100μs。
・パルス周期は10ms〜200ms(音声と非同期)。
・音声と同期(触覚パルスは、音声振幅が正規化したピーク振幅(単一チャネル)の所定割合を超えて上昇すると発生する)、この所定割合は0.05〜0.95である。
・刺激部位
・乳様突起
・下顎神経の部位
・上顎神経の部位
・眼神経の部位
○刺激の対称性は:
・対称である(同じ刺激を両側に与える)。
・非対称であることが好ましい(同側に対する音声と一致するように刺激を与える)。
○刺激の継続時間は:
・1日当たり5分〜240分
・1日当たり15分〜60分が好ましい。
・1日当たり少なくとも20分が最も好ましい。
○治療の継続時間は:
・少なくとも4週間にわたって毎日
・少なくとも10週間にわたって毎日が好ましい。
・少なくとも6ヶ月にわたって毎日が最も好ましい。
そして、次のものを併用する。
・治療中のパラメータ及び測定値を記録するためのシステム、次のものを含む:
○使用の継続期間
○使用の日時
○一人の患者の結果を辿るための識別データ(ハードウェアの通し番号、ソフトウェアのバージョン)
○刺激パラメータ/測定値
・音声刺激レベルの設定値
・体性感覚刺激レベルの設定値
・音声トラックの選択(マルチトラック・システムについて)
○音声パラメータ/測定値
・音声のフィルタリング(スペクトル修正)
Claims (28)
- 聴覚系の神経疾患の治療用の装置であって、音声処理部と、聴覚刺激部、及び体性感覚刺激部を具えた装置において、
前記音声処理部は、音声信号を分析して、該音声信号から、該音声信号を表現する修正音声信号及び複数の作動信号を発生するように動作するプロセッサを具え、
前記体性感覚刺激部は、刺激器のアレイと入力部とを具え、前記刺激器の各々は、独立して作動して体性感覚刺激を被験者に加えることができ、前記入力部は、前記複数の作動信号を前記音声処理部から受信して、個別の前記作動信号を所定パターンで前記アレイ内の個別の前記刺激器に指向させ、
前記聴覚刺激部は、前記修正音声信号を前記音声処理部から受信するための入力部と、聴覚刺激を前記被験者に伝えるための出力部とを具え、
前記修正音声信号は、500Hz〜16kHzの範囲内の聴覚の主要帯域をカバーする周波数を有する、2ms〜500msの周期の複数のトーンバーストを含み、
前記トーンバーストを、擬似ランダムに反復し、あるいは複合パターンとして反復する、装置。 - 前記伝えられる聴覚刺激と前記加えられる体性感覚刺激とが、同時に前記被験者に与えられる、請求項1に記載の装置。
- 前記プロセッサは、前記修正音声信号と前記体性感覚刺激との間に固定遅延時間を含めるように動作する、請求項1または2に記載の装置。
- 前記固定遅延時間は+/−50msの領域内である、請求項3に記載の装置。
- 前記プロセッサは、所定の修正プロファイルに応じて整形されたバンドブースト・フィルタをさらに具え、前記プロセッサは、前記音声信号を前記バンドブースト・フィルタに通すことによってスペクトル的に修正して、前記修正音声信号を発生するように動作する、請求項1〜4のいずれかに記載の装置。
- 前記所定の修正プロファイルは、前記被験者の聴力図の逆特性に基づき、または前記被験者の耳鳴りと一致する周波数に基づき、あるいは前記バンドブースト・フィルタの中心周波数が前記被験者の前記聴力図の最も急峻なロールオフと一致するように設定される、請求項5に記載の装置。
- 前記修正音声信号が複数のセグメントを含み、前記聴覚刺激部が、前記セグメントの各々を1つのタイムフレーム内に最大1回再生するように構成されている、請求項1〜6のいずれかに記載の装置。
- 前記タイムフレームは、1ヶ月に1回、または6ヶ月毎に1回存在する、請求項7に記載の装置。
- 前記体性感覚刺激部は、前記体性感覚刺激を、前記被験者の治療中に連続して加えるか、あるいは治療セッション中にバースト形式で加えるように構成されている、請求項1〜8のいずれかに記載の装置。
- 前記体性感覚刺激部は、1秒対1秒のマーク−スペースを用いるように構成され、または1秒対0.1秒のマーク−スペースを用いるように構成され、または5秒対0.5秒のマーク−スペースを用いるように構成されている、請求項9に記載の装置。
- 前記体性感覚刺激部は可変のマーク−スペース比を用いるように構成され、前記被験者の治療中に、前記マークは0.5秒〜5秒の範囲内で変化し、前記スペースは0.1秒〜1秒の範囲内で変化する、請求項10に記載の装置。
- 前記プロセッサは、所定期間にわたる前記複数の作動信号の数が、同じ主要帯域内の前記修正音声信号の振幅に比例するように、前記複数の作動信号のスケジュールを決めるように動作する、請求項1〜11のいずれかに記載の装置。
- 前記音声信号が、第1音声信号成分及び第2音声信号成分を含む、請求項1〜12のいずれかに記載の装置。
- 前記第1音声信号成分は、50Hz〜20kHzにわたる−3dBの帯域幅を有する音声を含む、請求項13に記載の装置。
- 前記第2音声信号成分は、前記被験者の注意を維持するためのサウンドスケープ、例えば音楽作品または人間の話し言葉の録音を含む、請求項13または14に記載の装置。
- 前記第1音声信号成分と前記第2音声信号成分とを組み合わせるためのミキサーをさらに具えている、請求項13〜15のいずれかに記載の装置。
- 前記音声信号をスペクトル的に修正する手段をさらに具えている、請求項13〜16のいずれかに記載の装置。
- 前記聴覚刺激部は、前記出力部からの出力を、モノラル刺激またはバイノーラル刺激として前記被験者に与えるように構成されている、請求項1〜17のいずれかに記載の装置。
- 前刺激器のアレイは、規則的な間隔をおいたm×n個の刺激器の配列である、請求項1〜18のいずれかに記載の装置。
- 前刺激器のアレイは、ランダムな配列またはラスターパターンの配列であり、該ラスターパターン内の前記刺激器の各々は、最低周波数のビン用から最高周波数のビン用までの順に配列されている、請求項19に記載の装置。
- 前記刺激器のアレイは、内側の最低周波数用のビンから外側の最高周波数用のビンまでの順に螺旋パターンに配列されている、請求項19に記載の装置。
- 前記刺激器のアレイは1個〜64個の前記刺激器を含み、前記体性感覚刺激は治療刺激であり、32ヶ所の刺激部位に加えられ、または16ヶ所の刺激部位に加えられる、請求項18〜21のいずれかに記載の装置。
- 前記刺激器のアレイは、擬似刺激を前記被験者に伝えるように構成された追加的な刺激器のアレイを含む、請求項1〜22のいずれかに記載の装置。
- 前記追加的な刺激器のアレイは、少なくとも1つの刺激器を含む、請求項23に記載の装置。
- 前記刺激器のアレイは、舌の正中線の互いに反対側に配置するための、2つの対称な刺激器のグループを有する分割アレイとして構成されている、請求項20〜24のいずれかに記載の装置。
- 前記体性感覚刺激部は、前記被験者上に経皮的または経粘膜的に配置するように寸法決めされた本体の形態である、請求項1〜25のいずれかに記載の装置。
- 前記体性感覚刺激部は、非接触の電磁刺激を前記被験者に与えるように構成された本体の形態である、請求項1〜26のいずれかに記載の装置。
- 聴覚系の神経障害の治療用の装置であって、刺激発生部と体性感覚刺激部とを具えた装置において、
前記刺激発生部は、音声信号を分析して複数の作動信号を発生し、さらに前記音声信号をスペクトル的に修正して、被験者に伝達するための修正音声信号を発生するように動作し、前記音声信号は第1成分及び第2成分を含み、該第1成分は広帯域またはホワイトノイズ成分を含み、該第2成分は、500Hz〜16kHzの範囲内の聴覚の主要帯域をカバーする、2ms〜500msの周期の複数のトーンバーストを含み、前記複数の作動信号は、前記音声信号の前記第1成分及び前記第2成分の少なくとも一方を表現し、
前記体性感覚刺激部は刺激器のアレイ及び入力部を具え、前記刺激器の各々は独立して作動して体性感覚刺激を前記修正音声信号と共に前記被験者に与えることができ、前記入力部は、前記複数の作動信号を前記刺激発生部から受信して、個別の前記作動信号を所定パターンで前記アレイ内の個別の前記刺激器に指向させ、
前記トーンバーストを、擬似ランダムに反復し、あるいは複合パターンとして反復する、装置。
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