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特許5827981患部に対する代替部位への刺激を介して運動制御を回復させるシステムおよび方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5827981
(24)【登録日】2015年10月23日
(45)【発行日】2015年12月2日
(54)【発明の名称】患部に対する代替部位への刺激を介して運動制御を回復させるシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
A61H 23/02 20060101AFI20151112BHJP
A61H 1/00 20060101ALI20151112BHJP
【ＦＩ】
A61H23/02 330
A61H23/02 370
A61H1/00 311Z
【請求項の数】20
【全頁数】39
(21)【出願番号】特願2013-213610(P2013-213610)
(22)【出願日】2013年10月11日
(62)【分割の表示】特願2011-527935(P2011-527935)の分割
【原出願日】2009年9月16日
(65)【公開番号】特開2014-42835(P2014-42835A)
(43)【公開日】2014年3月13日
【審査請求日】2013年10月11日
(31)【優先権主張番号】12/211,633
(32)【優先日】2008年9月16日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】511068496
【氏名又は名称】ザ・ユナイテッド・ステイツ・オブ・アメリカ・アズ・リプリゼンティド・バイ・ザ・セクレタリー・フォー・ザ・デパートメント・オブ・ヘルス・アンド・ヒューマン・サービシズ
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
(74)【代理人】
【識別番号】100089037
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 隆
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】クリスティー・アイ・ラドロー
(72)【発明者】
【氏名】ニューリン・モーガン
(72)【発明者】
【氏名】クリストファー・ポレット
(72)【発明者】
【氏名】イアネッサ・ハンバート
【審査官】
久郷 明義
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２００７／１２３７４６（ＷＯ，Ａ２）
【文献】
特開平０８−１１７２９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００８−５４４８３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００７／００５５８２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ａ６１Ｈ ２３／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの刺激を患者の頸部の外表面に印加するように構成された刺激装置と、
前記患者による随意的なアクティブ化により前記刺激装置が前記少なくとも１つの刺激を印加するように構成された手動モードと、前記刺激装置がある間隔で前記少なくとも１つの刺激を印加するように構成された自動モードとを選択的に作動させるように構成されたスイッチと、
前記手動モードにおける少なくとも１つの刺激の印加回数、または前記自動モードにおける少なくとも１つの刺激の印加回数のいずれかを判定するように構成された第１カウンタと
を備えるデバイス。
前記患者による随意的なアクティブ化により前記刺激装置が前記少なくとも１つの刺激を印加するように構成された手動モードと、前記刺激装置がある間隔で前記少なくとも１つの刺激を印加するように構成された自動モードとを選択的に作動させるように構成されたスイッチと、
前記手動モードにおける少なくとも１つの刺激の印加回数、または前記自動モードにおける少なくとも１つの刺激の印加回数のいずれかを判定するように構成された第１カウンタと
を備えるデバイス。
【請求項2】
前記デバイスは、前記手動モードにおける前記少なくとも１つの刺激の印加回数、または前記自動モードにおける少なくとも１つの刺激の印加回数のいずれかを判定するように構成された第２カウンタをさらに備え、前記第２カウンタの構成は、第１カウンタの構成と相反する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項3】
前記少なくとも１つの刺激は、振動刺激、圧力刺激、聴覚刺激、温度刺激、視覚刺激、嗅覚刺激、味覚刺激、またはそれらの組み合わせを有する、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項4】
前記少なくとも１つの刺激は、振動刺激を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項5】
前記振動刺激は、約１Hzから約１００Hzの振動周波数における刺激である、
請求項４に記載のデバイス。
請求項４に記載のデバイス。
【請求項6】
前記振動刺激は、約５Hzから約７０Hzの振動周波数における刺激である、請求項４に記載のデバイス。
【請求項7】
前記振動刺激は、約３０Hzから約６０Hzの振動周波数における刺激である、請求項４に記載のデバイス。
【請求項8】
前記少なくとも１つの刺激は、前記患者の頸部の外表面に印加される圧力刺激を有する請求項１〜７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項9】
前記刺激装置は、前記患者の頸部に約１psiから約１４psiの圧力を印加するように構成される、請求項８に記載のデバイス。
【請求項10】
前記少なくとも１つの刺激の継続期間は、約２秒から約６秒である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項11】
前記間隔は、約３分から約３０分の間である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項12】
前記少なくとも１つの刺激は、患者の嚥下反射を誘発するように構成される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項13】
前記少なくとも１つの刺激は、患者の発話を生じさせるように構成される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項14】
生理学センサをさらに備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項15】
前記生理学センサは、運動センサ、温度センサ、皮膚色センサ、ヘマトクリット値センサ、酸化センサ、および血圧センサからなる群より選択される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項16】
トレーニング計画または治療計画に伴う患者コンプライアンスをモニタリングする方法であって、
前記方法は、請求項１に記載のデバイスの前記患者による使用期間後に、前記デバイスからのデータを分析するステップを備える方法。
前記方法は、請求項１に記載のデバイスの前記患者による使用期間後に、前記デバイスからのデータを分析するステップを備える方法。
【請求項17】
前記第１カウンタに手動で問い合わせを行うステップさらに備える請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記第１カウンタを手動でリセットするステップをさらに備える請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項19】
前記第１カウンタにリモートで問い合わせを行うステップをさらに備える請求項１６に記載の方法。
【請求項20】
前記第１カウンタをリモートでリセットするステップをさらに備える請求項１６または１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概して、神経疾患共存症を治療および管理するためのシステムおよび方法に関する。より具体的には、本開示は、概して、頸部および/または咽頭の筋肉に影響を及ぼす疾患および障害を治療および管理するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
(連邦政府支援による研究および開発の下でなされた発明に対する権利の陳述)本出願を行うに当たって実施された研究は、国立衛生研究所からの支援を利用している。米国政府は、本出願において一定の権利を有する。
【0003】
(援用に関するデータ)本出願は、2008年9月16日に出願された米国特許出願第12/211,633号に基づき優先権を主張するものである。該出願は、引用により本明細書に組み込まれる。
【0004】
現行の医療技術では十分には対応できない多様な神経疾患および神経障害が存在する。とりわけ、嚥下困難(中枢神経系に影響を及ぼし、それにより神経筋制御を弱め、適切な嚥下能力を事実上低下させる嚥下障害)は、人を誤嚥性肺炎の危険にさらす、とりわけ生死に関わる障害である。誤嚥性肺炎の危険にさらされている患者は、3年間の生存率が17%である(Pick等、1996年)。推計では、米国内の700万人超の人々が、発作、外傷性脳損傷、脳腫瘍、パーキンソン病、多発性硬化症などの神経疾患または神経障害(Humbert、Lynch、およびLudlow、2008年近刊)、および他の神経疾患の結果として、嚥下困難を有しており、30万超の人々が、米国において毎年、神経疾患または神経障害の結果として嚥下障害を発症している。神経疾患または神経障害を有する患者の50%超が、自身の嚥下の中枢神経系制御の喪失により、舌骨喉頭器官系の挙上が遅延または低下し、これにより、食物または液体が気道に進入するのを防ぐことができなくなることによって、誤嚥性肺炎の危険にさらされている(Lundy等、1999年)。通常は、舌骨および喉頭は、嚥下の際に約20mm上げられて、喉頭蓋を反転させ、上部食道括約筋が開くのを補助する。
【0005】
しばしば、嚥下困難を有する患者は、誤嚥を防ぎ、食物および/または流体(特に唾液)の呼吸器系内への進入を最小限に抑えるようにするために、24時間体制の世話が必要となる。口内の口峡柱にガラス棒により圧刺激を与えることにより、嚥下を誘起することが可能である(Pommerenke、1927年)一方で、喉頭感覚の化学的ブロックにより、一般成人において随意嚥下が著しく弱められる(Jafari、Prince、Kim、およびPaydarfar、2003年)ことが、以前より判明している。咽頭の刺激は、動物において、嚥下のための喉頭の閉鎖および挙上を開始させ得る(Jean、1894年)一方で、喉頭の刺激は、嚥下を誘起する(Nishino、Tagaito、およびIsono、1996年)。ヒトにおいて、口腔咽頭の感覚刺激が、嚥下とは無関係の期間にある場合には、これは、嚥下領域における皮質活動を高める(Fraser等、2003年;Hamdy等、2003年;M.Power等、2004年;Lowell等、2008年)が、嚥下困難患者におけるその後の嚥下に対して利益をもたらさない(M.L.Power等、2006年)。しかし、刺激に対するこれらのアプローチは、概して、食物および液体の飲食を阻害し、既に口腔感覚欠陥を有する患者において口腔感覚機能を変化させるおそれのある、口腔内へのデバイスまたはプローブの配置を伴う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
したがって、口腔機能を阻害することなく、または口腔感覚機能を変化させることなく、適切な嚥下能力に影響を及ぼす嚥下困難または他の病状もしくは障害で苦しむ人々に、嚥下能力を与えるための治療方法およびデバイスが必要である。
【0007】
舌骨領域、咽頭領域、喉頭領域、口咽頭領域の随意運動制御に影響を及ぼす、嚥下困難、または他の神経疾患、神経障害、神経損傷、神経欠陥、もしくは神経変性疾患を有する患者を治療するためのデバイスおよび方法が開示される。本発明のデバイスおよび方法は、言語障害を有する患者を治療するために使用することも可能である。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のデバイスは、一般的には、患者の頸部の外表面に対して少なくとも1つの刺激を印加するための振動触覚刺激装置を備える。この少なくとも1つの刺激は、振動刺激、聴覚刺激、温度刺激、視覚刺激、嗅覚刺激、味覚刺激、またはそれらの組合せを含む。振動触覚刺激装置は、振動変換器と、振動変換器を手動で作動させる手動刺激モジュールと、振動変換器を自動的に作動させる自動刺激モジュールと、手動刺激モジュールおよび/または自動刺激モジュールが作動された回数を測定するための手動カウンタおよび/または自動カウンタとを少なくとも備える。
【0009】
一実施形態においては、振動変換器は、約50Hzから約70Hzの周波数を有する波を生じさせる。いくつかの実施形態においては、振動変換器は、59Hzの周波数を有する波を生じさせる。一実施形態においては、自動刺激モジュールは、自動タイマを備える。自動タイマは、自動刺激モジュールの始動を開始させるための自動クロックと、約0.5sから約30分の調節可能な期間で自動刺激モジュールを始動させるための調節可能クロックと、約100msから約10sの刺激期間の設定を可能にする調節可能タイマとを備えることが可能である。
【0010】
さらに、本発明のデバイスは、一般的には、対象の頸部の外表面に対して振動触覚刺激装置を装着するためのコネクタを備える。このコネクタは、患者の喉頭をほぼ覆うように振動触覚刺激装置の接触部を位置決めするための調節機構により調節可能である。また、本発明のデバイスは、一般的には、手動刺激モジュールおよび自動刺激モジュールを選択的に作動させるために振動触覚刺激装置に通信接続されたスイッチ制御部を備える。
【0011】
さらに、本発明のデバイスは、振動触覚刺激装置に電気的に結合される1つまたは複数の生理学的センサと、圧電式伸長受容器を備える嚥下受容器と、デバイスのための電源としての役割を果たす、振動触覚刺激装置内に収容されるバッテリと、刺激モード、刺激タイプ、刺激率、および刺激振幅の中の1つまたは複数を選択するための制御ボックスとを備えることが可能である。生理学的センサは、運動センサ、温度センサ、皮膚色センサ、ヘマトクリット値センサ、酸化センサ、および血圧センサを含むことが可能である。例示的な一実施形態においては、嚥下受容器は、圧電式加速度測定運動センサを備える。
【0012】
さらに、本発明のデバイスは、第1の周波数範囲を有する初期クロック信号を生成するためのデジタルクロック生成器と、初期クロック信号を受け取り、第2の周波数範囲を有する逐次パルスを生成するための、デジタル十進カウンタと、患者の喉頭に対して第3の周波数範囲を有する振動を生じさせるために、逐次パルスに応答するモータとを備えることが可能である。一実施形態においては、初期クロック信号は、調節可能であり、ある頻度を有する。一実施形態においては、クロック信号の頻度は、約3分ごとに1つの信号から約30分ごとに1つの信号までを含む。一実施形態においては、第2の周波数範囲は、約1Hzから約10Hz、または約20Hzから約75Hz、または約30Hzから約60Hzであり、約10msから500msの期間である。一実施形態においては、第3の周波数範囲は、約15Hzから約200Hzまたは約20Hzから約100Hzの間である。モータは、遊星ギアボックスを備えることが可能である。一実施形態においては、モータは、約50Hzから約70Hzの振動周波数を生じさせる。
【0013】
また、本発明のデバイスにより、舌骨領域、咽頭領域、喉頭領域、口咽頭領域、または舌骨喉頭器官系の随意運動制御に影響を及ぼす、嚥下困難、または他の神経疾患、神経障害、神経損傷、神経欠陥、もしくは神経変性疾患を有する患者を治療するための方法も開示される。本発明の方法は、言語障害を有する患者を治療するために使用することも可能である。
【0014】
一態様においては、涎を垂らすことおよび/または患者自身の分泌物の誤嚥を防ぐために、患者の嚥下反射を誘発するための方法が開示される。この分泌物は、唾液および/または粘液であることが可能である。この方法は、一般的には、患者の喉頭をほぼ覆うように、患者の頸部の外表面に対して本発明のデバイスを適用するステップと、嚥下反射を誘発させるために振動触覚刺激装置を作動させるように自動タイマを構成するステップとを含む。一実施形態においては、振動触覚刺激装置の作動が、約40Hzから約70Hzの周波数で振動を生じさせ、開始期間の間に患者の頸部に対して約1psiから約14psiの圧力を印加する。一実施形態においては、開始期間は、約10msから約1.5s、約50msから約750ms、または約100msから約500msを含む。一実施形態においては、本発明のデバイスの自動タイマは、約3分ごとに1度から約30分ごとに1度の間隔で振動触覚刺激装置を作動させるように構成される。
【0015】
別の態様においては、自身の分泌物による誤嚥の危険性にさらされている患者を特定するための方法が開示される。この方法は、一般的には、患者の喉頭をほぼ覆うように患者の頸部の外表面に対して本発明のデバイスを適用するステップと、患者によるデバイスの使用期間後に振動触覚刺激装置からデータをダウンロードするステップと、患者が自身の分泌物による誤嚥の危険性にさらされているか否かを判定するためにデータに対して分析するステップとを含む。患者は、随意嚥下を誘発するためにデバイスを作動させ、デバイスは、患者が危険性にさらされているか否かを医療専門家が判定することが可能となるように、データを記録する。
【0016】
さらに別の態様においては、トレーニング計画または治療計画を伴う患者コンプライアンスをモニタリングするための方法が開示される。この方法は、一般的には、患者の喉頭をほぼ覆うように患者の頸部の外表面に対して請求項1に記載のデバイスを適用するステップであり、患者が随意嚥下を誘起するためにデバイスを作動させるステップと、患者によるデバイスの使用期間後に振動触覚刺激装置からデータをダウンロードするステップと、トレーニング計画または治療計画に伴う患者コンプライアンスを判定するためにデータを分析するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】随意嚥下の再トレーニングにおいて使用するためのデバイスを組み込む1つの例示的なシステムを示す図である。
【図2】随意嚥下を強化するための手動制御および代替的感覚刺激の同時使用時に必要となる神経回路を示す1つの例示的な図である。
【図3】脳損傷後の事象を概念化したものを示すグラフである。
【図4】本開示の原理による振動触覚刺激装置の概略ブロック図である。
【図7】1つの例示的な自動タイマ回路のブロック図である。
【図9】本開示の振動触覚刺激装置の代替の実施形態を示す図である。
【図13】喉部を覆う皮膚に対して約59Hzにて振動刺激を与えることにより最多の嚥下促進報告が得られることを示す、プロットである。
【図14】嚥下の際の誤嚥の危険度を表す、刺激またはボタン押圧トレーニングを伴わない場合の個々の患者のトレーニング前基準合計スコアと、筋肉内刺激により嚥下を調整するためのボタン押圧トレーニング後のトレーニング後合計スコアとを示し、高いスコアは、嚥下の際の誤嚥の危険性が比較的高いことを示すグラフである。
【図15】ボタン押圧トレーニング前の基準における個々の患者のトレーニング前基準嚥下NIH安全性スコアを示し(高いスコアは、嚥下の際およびトレーニング後の誤嚥の危険性が比較的高いことを示す)、嚥下を調整するためのボタン押圧トレーニング後の合計スコアを示し、ボタン押圧トレーニングのみにより、合計スコアが大幅に低下したことにより、嚥下の安全性を向上させることが可能であることを示すグラフである。
【図16】オフ刺激条件下およびオン刺激条件下における各参加者についてのトレーニング後平均値を示す図であり、頸部上への高レベルの電気刺激により、頸部におけるy軸上の舌骨位置が下がることを示す図である。
【図17】この研究において参加者の各人について、高電気刺激が「オン」となり、次いで刺激が「オフ」に切り替えられ、その後刺激が「オン」となる場合の、舌骨位置のトレースを示す図である(喉部区域に対する高レベルの電気刺激は、刺激が「オン」である場合には、舌骨を下げ、舌骨は、刺激が「オフ」である場合に、頸部中の平常位置に戻ることがようやく可能となる。この作用により、高運動レベルの電気刺激は、嚥下に必要な舌骨の通常の挙上を阻害する)。
【図18】刺激によらない嚥下と喉部に対して印加される約2ミリアンプ(mA)の低レベルの電気刺激による嚥下との比較において見られる、個々の患者における誤嚥の低下を示す図である(感覚レベルの刺激が嚥下の安全性を高めることを示す)。
【図19】NIH嚥下安全性スケールに基づく、運動レベルの刺激で刺激有りの嚥下および刺激されない嚥下の際の個々の参加者のレートを示す線グラフである(このグラフは、その条件におけるデータの範囲に自動スケーリングされている。したがって、図19は、図20よりも大きなスケールに基づいている。図19は、高運動レベルの電気刺激(>8mA)が、嚥下障害を有するある患者においては嚥下に利益をもたらさないことを示す)。
【図20】NIH侵入-誤嚥スケール(Rosenbek等、1996年)に基づく運動レベルの刺激で刺激有りの嚥下および刺激されない嚥下の際の個々の参加者のレートを示す線グラフである(図20は、その条件におけるデータの範囲に自動スケーリングされている。したがって、図16は、図20よりも大きなスケールに基づいている。図20は、高運動レベルの刺激(>8mA)が、嚥下に利益をもたらさないことを示す）。
【図21】運動レベルの表面電気刺激(8mA以上)が、健康な成人において嚥下の際に舌骨喉頭の挙上を低下させることを実証する、電気表面筋神経刺激による、Humbert等(2006年)による健常志願者における、測定された喉頭のピーク挙上(LYPEAKCHNG)と、嚥下の際の舌骨のピーク挙上(HYPEAKCHNG)とのプロットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本開示は、概して、頸部内の舌骨/喉頭および/または咽頭の上下動に関与する筋肉の随意制御に影響を及ぼす神経疾患共存症および神経障害を治療および管理するためのシステムおよび方法に関する。嚥下刺激および発声刺激および/またはそれらの組合せを生じさせるシステムおよび方法が、開示される。概して、これらのタイプの刺激は、電気的に、機械的に、化学的に、または生物学的に、随意に調整され、制御され得る。例えば、本開示の原理によれば、ボタン押圧トレーニングを、喉頭の頸部領域に対する振動圧刺激と組み合わせて利用することが、嚥下の随意制御を助長するために用いられる。本開示のこの方法およびシステムは、嚥下困難を有する患者を治療および管理するのに特に有効である。
【0019】
嚥下困難を有する患者において(Park、O'Neill、およびMartin、1997年)、および健常志願者において(Theurer、Bihari、Barr、およびMartin、2005年)嚥下を促進するために、感覚機能が低下している部位に刺激を与えることが、他の者たちにより試みられている。例えば、Theurer等が開示しているデバイスは、歯床を構築し、下歯を覆うように配置することが必要となる。このデバイスは、口の閉鎖を阻害するので、患者が自身の口内の液体を制御するのを困難にする。口内の口峡柱に電気刺激を与えるために、プローブを口内に配置することが必要となるが、これにより、この方法は、患者に嚥下するように要求するのとは別のタイミングでしか利用できないので、患者は、嚥下することが不可能となる(Fraser等、2003年;Hamdy等、2003年;M.Power等、2004年)。したがって、口腔内にデバイスを配置することは、それらのデバイスが、食物および液体の飲食を妨げ、口咽頭感覚欠陥を既に有する(HaggおよびLarsson、2004年;Aviv、Sacco、Mohr等、1997年; Setzen等、2003年)患者(Theurer、Bihari、Barr、およびMartin、2005年)における口腔感覚機能を変化させるため、最適ではない。
【0020】
本開示の1つの重要な側面は、本発明のデバイスが、口内または咽頭内ではなく、喉部区域の外表面に適用されるという点である。口または口腔咽頭の中に配置されるデバイスは、飲食を阻害する。例えば、Park等により開示されるデバイス(Park、O'Neill、およびMartin、1997年)は、口の一部のまたは口蓋の粘膜を覆うので、舌と口蓋との間の感覚フィードバックを利用する、口内の食物または液体の移動を制御するための正常な感覚を阻害する。
【0021】
嚥下困難を有する多くの患者が、口腔感覚欠陥を既に有している(Logemann、1993年;Logemann等、1995年)。感覚が既に低下している領域に刺激を与えることは、非患部に対して感覚刺激を与えるのに比べて、随意嚥下および反射嚥下の感覚促進が低下することが予期され得る。したがって、本開示は、喉部区域を覆う皮膚などの感覚欠陥を患っていない部位に対して刺激による感覚促進をもたらし、患者の喉部区域および甲状軟骨の筋組織および軟骨中に振動センサを形成することを目標とする。甲状軟骨および胸骨甲状筋の振動刺激は、声音に対して強力な効果を有することが既に判明している(Loucks、Poletto、Saxon、およびLudlow、2005年)。本開示の方法およびシステムは、患者が、嚥下の直前に自身で刺激を開始させ、かかる刺激が、嚥下の際に口腔および咽頭の運動および感覚を阻害しない部位に対するものである点において、他の先行アプローチとは異なる。
【0022】
(A.刺激システムおよび刺激デバイス)次に、図1を参照すると、本開示の原理によるデバイスを組み込んだ例示的なシステム100が示されている。より具体的には、図1は、嚥下困難または言語障害を治療するためのデバイスを示す。例えば、バンド101は、通常は、嚥下困難治療のために、頸部の周囲に巻き付けることができる。このバンド101は、バイブレータ102を備えてもよく、このバイブレータ102は、感覚刺激を与えるために、喉頭を覆うように位置決めされ得る。いくつかの実施形態においては、バイブレータ102の指定接触部120が、喉頭を覆う患者の喉部の外側と接触状態になるように位置決めされる。さらに、バンド101は、患者の喉頭を覆って接触部120を調整自在に位置決めするための調節機構125を備えることが可能である。患者105により保持されるスプーン、フォーク、またはナイフなどの器具104上の、バイブレータ102に伝達可能な態様で接続されたボタン、スイッチ、または他の同等のアクチュエータなどのアクチュエータ103を作動させると、バイブレータ102は、作動し、喉部および喉頭に振動エネルギーを伝達する。アクチュエータ103は、不使用時には覆うことが可能である。一実施形態においては、アクチュエータ103は、スプーンの柄またはスプーンの柄形状設置部の頂部上で可逆的に摺動される小カバー内のボタンであってもよい。代替としては、アクチュエータ103は、器具から独立したものであることが可能である。したがって、一実施形態においては、アクチュエータ103は、刺激デバイスに物理的に接続されても、またはされなくてもよい、遠隔スイッチである。
【0023】
いくつかの実施形態においては、作動中の1つまたは複数のバイブレータを制御するためのデバイスを用意することが可能である。例えば、刺激タイプ、刺激率(所定のまたは漸増的な)、および/または刺激振幅(所定のまたは漸増的な)を設定するために、適切なスイッチ、ノブ、またはダイアルを有する制御ボックス(図示せず)を用意することが可能である。さらに、この制御ボックスは、刺激期間を決定するための構成体を備えることが可能である。例えば、制御ボックスは、アクチュエータ103の作動時にある特定の期間にわたり、またはアクチュエータ103が押し下げられている間、刺激を与えることが可能となるように構成することが可能である。1つの例示的な実施形態においては、刺激の期間は、約6秒から約25秒までである。
【0024】
さらに図1を参照すると、患者105自身による嚥下などの運動動作の開始の直前に、感覚刺激の開始を実行するための指示を患者105に提示することが可能である。この開始は、ディスプレイ画面106上において、運動フィードバック信号107を視認することによって調整され得る。運動フィードバック信号107は、例えば、やはり頸部ラップ101内に包含される圧電センサまたは圧力センサなどによって、生成することが可能であり、この運動フィードバック信号107は、運動(motor movement)が開始されると、ディスプレイ画面106上に表示され得る。1つの例示的な実施形態においては、圧電式加速度測定運動センサが、頸部ラップ101内に包含される。感覚刺激を開始させるボタン103からの信号109は、運動動作または嚥下の開始に関わる感覚刺激のためにアクチュエータ103が作動された場合に、患者105およびトレーナが認識できるように、同一のディスプレイ画面106上に表示させることが可能である。このようにして、患者は、感覚スイッチを生じさせるタイミングを、自身の嚥下運動動作の開始の約600msから約200ms前に最適化することができるようになる。アクチュエータ103を介したバイブレータ102の始動は、有線接続または無線の遠隔計器により実現され得ることが理解されよう。同様に、運動センサとディスプレイとの間の接続は、有線接続であってもよく、または患者105を有線接続デバイスから解放するために無線遠隔計器によるものであってもよい。
【0025】
この実施形態に関して任意の一理論に束縛されることを望むものではないが、かかる運動トレーニングにより、嚥下の関連効果を生じさせる患者の脳幹中の中枢パターン発生器を誘起する感覚入力による脳の活性化を同時に生じさせることが考えられる。この原理は、多数の他の神経学的障害、それらに付随する運動動作習慣性、および関連する感覚刺激に対して適用可能であることが、当業者には理解されよう。したがって、本開示の方法およびシステムの範囲は、様々な疾患および障害を有する広く様々な患者に当てはまる。
【0026】
次に図2を参照すると、随意嚥下を促進するための手動制御および代替的感覚刺激の同時利用時に必要となる神経回路の図200が示される。より具体的には、図2は、皮質202に向かう同時的な感覚刺激201と共に、随意嚥下204を誘起する手動制御203を利用する際の神経回路を図示する。これは、図1に関連して上述したボタン押圧トレーニング後に実施される。嚥下反射および嚥下における安全性の引き出しは、上気道内の感覚機械受容体から脳への感覚フィードバック201に依存する。感覚入力が引き出されると、人間は、これ以上の嚥下が不可能であると感じ、嚥下の際の誤嚥が著しく増加する(Jafari等、2003年)。神経回路は、随意嚥下と同時の反射嚥下204を誘起するように脳幹回路を誘起するための喉部区域の刺激による感覚入力203の代替と同時に、嚥下の皮質運動制御202を向上させる。
【0027】
次に、図4を参照すると、本開示の原理による振動触覚刺激装置400の概略ブロック図が示されている。振動触覚刺激装置400は、例示的なシステム100において使用することが可能である。いくつかの実施形態においては、振動触覚刺激装置400は、調整により嚥下の随意制御を向上させるように振動触覚刺激装置400を使用することが可能となるように、喉頭を刺激するために患者の喉部の外表面に対して押し付けられる。
【0028】
図1に関連して先述したように、振動触覚刺激装置400は、後で患者の喉部の周囲に巻き付けることが可能であるコネクタまたはバンドに固定または連結されてもよい。このようにして、喉部および喉頭を刺激するために、振動触覚刺激装置400の指定接触部を患者の頸部上に位置決めすることが可能である。さらに、このコネクタは、患者の喉頭を覆う接触部の調節を良好なものにするために、調節機構を備えることが可能である。いくつかの実施形態においては、この調節機構は、約0.01cm2から約10cm2、約0.25cm2から約5cm2、または約0.5cm2から約2.5cm2の面積を有する円内において振動触覚刺激装置400の位置を変える。
【0029】
一般的には、振動触覚刺激装置400は、振動触覚刺激装置400に伝達可能な態様で接続された外部アクチュエータを押圧するかまたは他の態様で作動させることにより、ユーザが振動触覚刺激装置400を手動により作動させることが可能となるように作動的に構成された、手動刺激モジュール410を備える。一般的には、このアクチュエータは、振動変換器に、患者の喉頭へエネルギーを伝達させることが可能である。一実施形態においては、このアクチュエータは、押しボタン式オンスイッチであり、押圧または作動されると、患者の喉頭に振動エネルギーを伝達することが可能な周期的な圧力波を所望の周波数で振動させるバイブレータモータ405に通電する。一実施形態においては、このオンスイッチが放されると、バイブレータモータ405により引き起こされる振動が終了する。このオンスイッチの押圧と喉部区域への振動との間に遅延はない。使用の際には、手動刺激モジュール410は、飲食および嚥下などの活動中に、嚥下困難を有する患者の誤嚥を防ぐように作動され得る。
【0030】
さらに、この例示的な実施形態においては、振動触覚刺激装置400は、バイブレータモータ405を自動的に通電するように作動的に構成された、自動刺激モジュール415を備える。いくつかの実施形態においては、この自動刺激モジュール415により、患者または介護者は、期間、振動周波数、および振幅などのバイブレータモータ405の作動パラメータをプログラム可能な態様で規定することが可能となる。例えば、自動刺激モジュール415は、バイブレータモータ405を周期的に通電して、1日の間ずっと嚥下を誘起することにより、嚥下困難に悩む患者、涎を制御できない神経障害を有する患者、および涎を制御できない脳性麻痺を有する患者の唾液の誤嚥を低減させる(および総じて唾液を制御させる)ように機能することが可能である。好ましい一実施形態においては、自動刺激モジュール415は、以下においてさらに詳細に説明されるように、振動モータ405の周期的な通電を容易にするために自動タイマ回路を備える。一態様においては、この自動タイマは、言語障害および/または嚥下障害のリハビリテーションに必要な一日中の連続作動を可能にする(Ludlow等、2008年;Robbins等、2008年)。3分ごとに1度から30分ごとに1度の一定間隔で行われる自動刺激は、定期的な嚥下を誘起して、涎を止める。
【0031】
本開示に記載されるような振動触覚刺激装置400は、ハードウェア技術および/またはソフトウェア技術により実装され得るものであることが、当業者には理解されよう。例えば、振動触覚刺激装置400は、プリント回路基板(PCB)を備えてもよい。PCBは、トランジスタ、コンデンサ、インダクタ、抵抗、ならびに、プロセッサ、リードオンリーメモリ(ROM)および/またはランダムアクセスメモリ(RAM)などのメモリ素子、フィールドプログラマブルロジックアレイ(FPGA)1320、および入力/出力回路などの機能集積回路などの、複数の別個の伝記構成要素を備えてもよい。
【0032】
次に図5を参照すると、例示的な振動触覚刺激装置のブロック図が、図4の振動触覚刺激装置の可能な一実装形態として示される。一般的には、電源スイッチ500を作動させると、バッテリ505が、3つの端子電圧調整器510に電力を供給する。図示される実施形態においては、電圧調整器510は、バイブレータモータ515の振動周波数を制御するための調節可能な電流源として使用される。実際には、これは、外部の調節可能な電位差計520を使用することにより実現され得る。
【0033】
さらに、押しボタン、スイッチ、または他の同等のアクチュエータなどのスイッチ制御部525が設けられることにより、ユーザは、手動刺激モジュール410または自動刺激モジュール415を選択的に作動させることが可能となる。いくつかの実施形態においては、スイッチ制御部525は、制御ボックスまたはスプーンなどの外部アクチュエータに伝達可能な態様で接続される。この例示的な実施形態においては、スイッチ制御部525は、カウント選択機構535が作動されるように、スイッチインターフェース530に電気的に負荷をかけるように操作される。このようにすることで、以下においてさらに説明されるように、手動カウンタ540は、ユーザが手動モードで振動触覚刺激装置400を作動させる場合に動作可能となり、自動カウンタ545は、自動刺激が利用される場合に作動される。好ましい一実施形態においては、自動刺激モジュール415は、自動タイマ回路を用いて実装されてもよく、それにより、スイッチ制御部525は、自動タイマ回路により制御されて、カウント選択機構535を作動させ、それにより自動カウンタ545を作動させ、バイブレータモータ405に通電することが可能となる。
【0034】
この例示的な実施形態においては、カウンタ540、545は、振動触覚刺激装置400に対して内部に設置される。手動カウンタ540は、患者が手動刺激モジュール410を作動させた合計回数を記録する。同様の態様において、自動カウンタは、自動刺激モジュール415が作動された回数を記録する。その後、カウンタ540、545は、問い合わせを受け、または同様に読み取られ、合計カウント数が記録された後には手動によりリセットされ得る。代替の実施形態においては、外部のアプリケーションに情報を伝達するために、ブルートゥースなどの多数の技術の中のある技術を用いた無線によるデータ問い合わせが実施されてもよい。カウンタ540、545により提供される定量的情報は、例えば、調査者または介護者に、患者コンプライアンスに関する定量的情報および振動触覚刺激装置400の効果に関する情報などを提供することができる。患者コンプライアンスは、約50%と一般的に低いため(Portone等、2008年)、特に生死に関わる障害である嚥下困難の管理においてはコンプライアンスの低さを特定することが、リハビリテーションプロセスにとって重要となる。コンプライアンスの低さを特定することにより、療法士は、患者およびその介護者にデバイスの適切な使用を確実に行わせるように介入することが可能となる。
【0035】
いくつかの実施形態においては、手動カウンタ540および自動カウンタ545は、電源スイッチ500が解除された場合に累積カウントが失われないように、固有の内部電源を備えることが可能である。さらに、振動触覚刺激装置400は、バッテリ505の電圧が指定電圧レベル未満に降下した場合に、この事象を明示するインジケータが発生するように、低バッテリインジケータ550を備えてもよい。この例示的な実施形態においては、LED「低バッテリ」インジケータ555が作動する。
【0036】
次に図6aを参照すると、図5の振動触覚刺激装置のブロック図の一実施形態を示す回路図600が図示される。例示的な回路図600は、1つの例示的な回路構成に過ぎず、振動触覚刺激装置400は、任意の適切な構成により実装され得ることが、当業者には理解されよう。この例示的な実施形態においては、受動電気構成要素および個別の電気構成要素は共に、構成要素属性および構成要素公差が既知の仕様に合致するように選択される。図5の振動触覚刺激装置のブロック図の代替の例示的な回路図605が、図6bに図示される。
【0037】
次に図7を参照すると、自動タイマ回路700のブロック図が示されている。一般的には、この自動タイマモジュールは、図4に図示されるような振動触覚刺激装置400に伝達可能な態様で接続される。先述のように、自動タイマ回路700は、カウント選択機構535を作動させることができ、それにより自動カウンタ545を作動させ、所定の期間にわたってバイブレータモータ405に通電する。この例示的な実施形態においては、自動タイマ回路700は、約2.2Hzから約28Hzまでの調節可能な発振周波数を有するデジタル発振器705からなる。デジタル発振器705の出力信号は、4096により周期的なデジタル入力信号を分割するように設定されたプログラマブルタイマ710に送られる。デジタル発振器705からプログラマブルタイマ710への入力クロック周波数は、いつ出力パルスが生成されるかを決定する。この例示的な実施形態においては、出力パルス期間は、約3分から約30分までの範囲において生成される。その後、プログラマブルタイマ710の出力パルスが、調節可能な単安定マルチバイブレータ715を作動させる。調節可能な単安定マルチバイブレータ715の出力パルス幅は、トランジスタスイッチを介してリレーに通電することにより、バイブレータモータ515(図5に図示されるような)に対する「オン」時間を設定する。この例示的な実施形態においては、トランジスタスイッチおよびリレーの制御は、リレーモジュール720には不可欠なものである。LED725は、自動モードにおいてバイブレータモータ515に通電するために使用されるリレーが作動されていることを示唆する。1つの例示的な実施形態においては、選択される期間は、約5秒から約15秒であってもよい。
【0038】
一般的には、自動タイマ回路700は、バッテリ730または他の同等の電源と、電源スイッチ735とによって駆動される。さらに、自動タイマ回路700は、バッテリ730の電圧が指定電圧レベル未満にした場合に、この事象を明示するインジケータが発生するように、低バッテリインジケータ740を備えてもよい。この実施形態においては、LED「低バッテリ」インジケータ745が作動する。図5に図示されるように振動触覚刺激装置400を駆動するために、バッテリ730、電源スイッチ735、低バッテリインジケータ740、およびLED745を使用することができることが、理解されよう。
【0039】
次に図8を参照すると、図7に図示されるような自動タイマ回路の一実施形態を示す回路図800が図示されている。例示的な回路図800は、例示的な回路構成に過ぎず、自動タイマ回路700は、任意の適切な電気構成により実装され得ることが、当業者には理解されよう。さらに、この例示的な実施形態においては、受動電気構成要素および個別の電気構成要素は共に、構成要素属性および構成要素公差が既知の仕様に合致するように選択される。図7に図示されるような自動タイマ回路の代替の例示的な回路図805が、図8bに図示される。いくつかの実施形態においては、手動カウンタ540、自動カウンタ545、および自動タイマ回路700は、振動触覚刺激装置400に対して内部に設置され伝達可能な態様で接続された、単体の機能的カウンタおよびタイマモジュールに組み込むことが可能である。
【0040】
次に図9を参照すると、振動触覚刺激装置900の代替の実施形態が図示されている。一般的には、振動触覚刺激装置900は、本明細書において説明されるような1つまたは複数の小型DCバイブレータモータを逐次的に作動させる、バッテリ駆動式デバイスである。調節可能なデジタルクロックが、個別の事象に関するタイミングを設定することが可能である。クロック周波数は、約1Hzから約10Hzの間で調節され得る。このクロックは、デジタル十進カウンタとの組合せにおいて、個々のバイブレータの「オン」期間および「オフ」期間を制御する逐次パルスを生成する。パルスサイクルの終了時に、短リセットパルスが生成されて、十進カウンタをリセットし、次のパルスサイクルを開始させる。
【0041】
患者は、外部押しボタン式「オン」スイッチを押圧することにより、振動触覚刺激装置900を制御することが可能である。さらに、このスイッチは、LEDインジケータライトを作動させ、種々の記録デバイスを調整するために利用し得るデジタルパルスを生成する。ボタンが解放されると、振動パルスは停止する。好ましくは、「オン」スイッチの押圧と喉部への第1の振動との間に、遅延が認められない。
【0042】
次に図10を参照すると、図9に図示されるような振動触覚刺激装置900の例示的な回路1000の図が図示されている。さらに、図11は、図9の振動触覚刺激装置900により実現されるようなクロックベース逐次的バイブレータ制御を示す図1100である。さらに、図12は、図9に図示されるような振動触覚刺激装置900のための制御装置ボックス1200の図を示す。制御装置ボックス1200は、1つまたは複数の振動触覚刺激装置900の作動パラメータを設定することができる。例えば、この作動パラメータは、刺激タイプ、刺激率(所定のまたは漸増的な)、振幅(所定のまたは漸増的な)、またはそれらの組合せを含んでもよい。さらに、制御ボックスは、ボタンの作動時にある特定の期間にわたり、またはボタンが押し下げられている間、刺激を与えることが可能となるように構成することが可能である。一実施形態においては、刺激の期間は、約2秒から約6秒までである。
【0043】
次に、図9に図示されるような振動触覚刺激装置900において、および図4に図示されるような振動触覚刺激装置400において使用されるような、バイブレータモータを参照する。実際には、約30Hzから約60Hzまでのバイブレータモータ振動周波数が、嚥下反射の誘発において特に効果的である。バイブレータモータは、効果的な周波数を生成するために使用される遊星ギアボックスを有する低電圧DCモータであってもよい。
【0044】
実際には、このギアボックスは、1分当たりの出力回転数(RPM: output rotation per minute)を所望の範囲に低下させ、得られるトルクを上昇させる。偏心荷重を受ける質量体が、出力シャフトに装着されて、振動を生じさせる。質量体重量は、振動振幅を増減させるために変更することが可能である。一実施形態においては、軽量のシールされたアルミニウムチューブが、モータアセンブリを包入する。さらに、いくつかの実施形態においては、バイブレータモータは、出力シャフトにスリーブシャフトを使用する場合がある。代替の実施形態においては、バイブレータモータは、出力シャフトに玉軸受シャフトを使用する場合がある。
【0045】
使用時には、1つまたは複数のバイブレータモータを、甲状軟骨の領域を覆うように頸部の前部上に配置することが可能である。1つまたは複数のバイブレータモータは、剛性/半剛性ホルダまたは1つまたは複数のストラップにより定位置に保持されてもよい。バイブレータは、個々の患者/ユーザの頸部寸法に合うようにホルダの内側上に配置されてもよい。弾性ストラップが、ホルダの外側に装着され、ホルダを定位置に保持するように患者/ユーザの頸部の後部において装着するように巻き付けられてもよい。小型のバッテリ駆動式可搬ボックスが、バイブレータを駆動させるために押圧されるボタンに接続される。好ましい実施形態においては、このデバイスは、言語療法士あるいは嚥下障害、言語障害、または発声障害の知識を有する他の専門家によりこのデバイスの使用のトレーニングを受ける患者/ユーザに対して供給される。
【0046】
本発明の刺激デバイスは、プラスチックカバーまたは布カバーなどの使い捨てカバーで覆うことが可能である。刺激装置は、Velcro(登録商標)を有するラップなどの伸張可能なデバイス内に包含されてもよく、個々の患者の身体に対して調節可能である。バイブレータおよび電気刺激装置は、好ましくは皮膚の付近に位置決めされる。別の実施形態においては、本発明の刺激デバイスは、温度、皮膚の色、ヘマトクリット値、酸化、および血圧等々の、1つまたは複数の生理学的センサを備える。一実施形態においては、このデバイスは、ディスプレイによりおよび/または電磁伝達により結果を報告し、嚥下事象をモニタおよび/または記録する。例えば、本発明のデバイスは、頸部の周囲のバンドの上または中の、および/または喉頭を覆う表面の、圧電式伸長受容器または他のセンサにより、嚥下事象の発生(および任意にはその深度)をモニタすることが可能である。(HolzerおよびLudlow、1996年;Burnett等、2005年を参照)。
【0047】
(B.方法および使用法)本発明のシステムおよびデバイスは、発作、脳出血、外傷性脳損傷、嚥下困難、脳の術後、パーキンソン病、多発性硬化症、先天性異常、ALS、脳性麻痺、中枢神経系損傷、核上性麻痺、および、舌骨、咽頭、喉頭、口咽頭部位、または舌骨喉頭器官系の随意運動制御に影響を及ぼす任意の他の神経疾患、神経障害、神経損傷、神経欠陥、または神経変性疾患を含む(しかしそれらに限定されない)多数の症状および障害の治療のために使用することが可能である。予期される神経欠陥には、求心経路と遠心経路との間の、脊髄の、または脳幹内の相互作用、および脳半球の一次運動皮質内のより高次の相互作用を伴う、反射作用が含まれる。本開示のシステムおよび方法は、運動機能を随意制御する能力を喪失したまたは部分的に喪失した患者に対して適用されるが、さらには脳性麻痺などの随意運動制御の取得の妨げとなっている先天性障害を有して生まれた患者に対しても適用される。さらに、本開示のシステムおよび方法は、吃音症および喉頭ジストニアなどの様々な言語運動制御障害の治療にも適用可能である。
【0048】
本明細書においては、「運動制御」という用語は、筋活動を随意に制御する能力を指す。例えば、一実施形態においては、本発明は、随意に嚥下を行う能力のために適用可能である。したがって、嚥下能力を完全にまたは部分的に喪失する嚥下困難を有する患者を、本発明の方法により治療することが可能である。一実施形態においては、この疾患または障害は、嚥下の運動制御を低下または遅滞させ、および/または舌骨喉頭器官系の挙上の遅滞もしくは低減をもたらし、これにより、患者は、食物または液体が気道に進入するのを防ぐことができなくなる。
【0049】
本発明の方法は、概して、本発明によるシステムまたはデバイスを備える区域に代わる代替部位を刺激し、それにより患部の運動制御を誘起することを含む。本明細書においては、「回復」という用語は、運動機能を随意制御する能力を得ることをその意味に含む。本明細書においては、「随意に」は、患者の意思でということを意味する。本明細書においては、「代替部位」は、所望の反射を誘発することが可能であるが、障害を有する患者において反射を誘発することが可能な感覚領域ではない、身体の区域を意味する。
【0050】
患者は、しばしば、口腔および咽頭腔における刺激に対して反応しないが、連携的に作用して嚥下に影響を及ぼす解剖学的構造体(例えば筋肉、神経、または結合組織など)を含むヒトの頭部区域に対する振動刺激に対しては依然として感覚を有する。喉部上の感覚区域に対して感覚刺激を与えることにより、代替刺激を、嚥下の随意誘発の向上のために使用することが可能となる。例えば、神経疾患後の嚥下困難を有する患者は、通常は、口咽頭区域における感覚を喪失するが(Aviv等、1996年;Aviv、Sacco、Mohr等、1997年;Aviv、Sacco、Thomson等、1997年)、この口咽頭区域は、通常、健常志願者における誤嚥を伴わない安全な嚥下を誘発するためには感覚を有することが必要となる(Jafari、Prince、Kim、およびPaydarfar、2003年)。本発明は、反射嚥下および随意嚥下の誘発を向上させるために、上喉頭区域に含まれる喉頭区域からの求心神経の刺激などの、「代替部位」における感覚誘発を利用する((Jean、1984年)、(Dubner、Sessle、およびStorey、1978年)、(Dick、Oku、Romaniuk、およびCherniack、1993年; Ootani、Umezaki、Shin、およびMurata、1995年)。
【0051】
基礎研究は、上喉頭神経内の求心神経によって興奮される二次ニューロンが、特定の周波数にて選択的に興奮性を有すること(Mifflin、1997年)、および脳幹内の嚥下系統を興奮させるためには約30Hzの刺激が好ましいものであり得ること(Dubner、SessleおよびStorey、1978年)を示唆している。患者は、しばしば、口腔および咽頭腔における刺激に対して反応しないが、皮膚および皮膚下の喉頭軟骨を含む喉部区域に対する振動刺激に対しては依然として感覚を有する。したがって、喉部が、代替部位であり、喉部に対して感覚刺激を与えることにより、「意思による」嚥下すなわち随意嚥下の可能状態を引き出すことができる。
【0052】
刺激するための部位は、所望の運動制御に応じて調節することが可能である。刺激位置をどこに特定すべきであるかは、治療医または運動欠陥を生じさせる疾患に関する経験を有する他の関係医療専門家などの当業者には容易に理解されよう。一実施形態においては、患部は、嚥下、発語、または発声に関与する身体区域である。一実施形態においては、患部は、口咽頭区域である。一実施形態においては、代替部位は、喉頭を覆う喉部の区域である。一実施形態においては、回復される運動制御は、随意嚥下である。
【0053】
患者の頸部区域に対して振動刺激を与えることにより、皮膚中の機械受容器が作動されて、嚥下、発語、または発声の随意開始の誘起を補助するように、脳幹および脳に対してフィードバックを供給する。振動振幅がより大きい場合には、機械的刺激は、甲状軟骨の運動と、広頸筋、胸骨舌骨筋、胸骨甲状筋、甲状舌骨筋、輪状甲状筋、および甲状披裂筋を含む領域における外喉頭筋および内喉頭筋の運動とを引き起こす。これらの筋肉の中のいくつかは、筋紡錘を含む。筋紡錘の求心神経は、中枢神経系に感覚フィードバックを供給して、嚥下、発語、および発声を行うための筋肉の随意開始の誘起を補助することが可能である。
【0054】
一実施形態においては、刺激は、嚥下または発語などの生理学的に障害を受けた機能を作動または実施させようとする随意的な試みの直前に行使される。一実施形態においては、この刺激は、ある開始期間を有し、随意的な試みの約1秒から約10秒前、約0.1秒から約1秒前、約0.2秒から約0.5秒前、または約0.2秒から約0.4秒前に刺激が行使される。さらに、刺激は、随意的な試みと同時に行使されてもよい。好ましくは、罹患した身体部分の刺激は、随意的な試みの前に、本開示によるシステムまたはデバイスにより行われる。
【0055】
刺激に関する感覚モダリティには、振動刺激、圧刺激、聴覚刺激、温度刺激、視覚刺激、電気刺激、嗅覚刺激、味覚刺激、およびそれらの組合せが含まれるが、それらに限定されない。刺激は、電気的に、機械的に、化学的に、生物学的に、または当業者には既知の任意の他の方法により制御され得る。一実施形態においては、刺激は、振動性の、触覚性の、圧力性の、またはそれらの組合せのものである。一実施形態においては、刺激は、振動触覚性のものである。一実施形態においては、振動刺激は、電気皮膚表面刺激などの別の刺激と組み合わされる(同タイミングでまたは異なるタイミングで)。
【0056】
望ましくは、振動刺激は、約1Hzから約100Hzの、約5Hzから約70Hzの、約30Hzから約60Hzの、約50Hzから約60Hzの、約55Hzから約60Hzの、または約58Hzから約60Hzの周波数にて印加される。一実施形態においては、望ましくは、圧力刺激および/または電気刺激は、約50Hz、約51Hz、約52Hz、約53Hz、約54Hz、約55Hz、約56Hz、約57Hz、約58Hz、約59Hz、または約60Hzの周波数にて印加される。好ましくは、振動振幅は、例えば、約1ミクロンから約2mmであってもよい。役100ミクロンから約1mmの振幅が、有用である。一実施形態においては、バイブレータは、1秒当たり約0.5回から約30回、より好ましくは1秒当たり約2回から約25回、より好ましくは1秒当たり約5回から約10回、バー(1本から5本の矩形バー)を横断する連続圧力波を生じさせる。望ましくは、これらの圧力は、約2msから約500msの立ち上がり時間を有する、より望ましくは約4msから約150msの立ち上がり時間を有する、約1psiから約14psiのものである。
【0057】
電気刺激が使用される場合には、この電気刺激は、感覚刺激のみが行われ、筋収縮が生じないようにするために、1cm2の小面積に対しては約2mA未満の低レベルにて、または大面積(約10cm2)もしくはそれ以上の面積に対しては25mAにて、または面積がより小さい(約10cm2未満)の場合には約0.01mAから約10mA、約0.1mAから約7mA、約0.5mAから約5mA、または約1〜3mAなどさらに低いレベルにて、30Hzのレートで印加されるべきである。約10mA、約7mA、約5mA、約4mA、約3mA、およびより望ましくは約2mAを超過しないレベルが、特に有用である。一実施形態においては、電気刺激は、約15Hzから約60Hzの約1mAから約5mAの電流の二相パルス(例えば約50マイクロ秒から約300マイクロ秒のパルス)を含む。電気刺激が使用される場合には、喉部区域の筋肉の刺激により、舌骨が下方に引き下げられ、嚥下が阻害されるので、筋収縮が確実に生じないように注意を払わなければならない(Humbert等、2006年;Ludlow等、2007年)。
【0058】
あらゆる刺激タイプ(圧力、振動、電気、等々)に適用し得る好ましい一実施形態においては、刺激の振幅(エネルギー出力として、またはより直接的には電流または振動の変位等々として測定された)および刺激パルス数が、嚥下活動の際に上昇する。別の実施形態においては、刺激の期間が、患者の嚥下の測定平均期間または予想平均期間に設定される。別の実施形態においては、刺激は、嚥下が行われていることが知覚される間、またはスイッチが作動されている間、継続する。しかし、刺激に対する中枢神経系の順応を避けるために、刺激は、嚥下の際に患者によりオンに切り替えられ、患者が嚥下していない際にはオフのままとなる。
【0059】
本明細書において開示されるように、本発明のシステムまたはデバイスを作動させ得る患者は、喉頭を覆う自身の喉部を刺激し、それにより反射嚥下を誘発する。一実施形態においては、刺激は、振動性の、触覚性の、圧力性の、またはそれらの組合せのものである。一実施形態においては、刺激は、振動触覚性のものである。一実施形態においては、患者は、刺激装置に伝達可能な態様で接続されたアクチュエータを介して刺激を制御する。本発明のシステムおよび方法の振動触覚刺激は、嚥下の誘発を補助する代替感覚を与えると共に、反射嚥下の喪失に代わって嚥下を随意制御するように患者にトレーニングを行う。本発明によるシステムは、嚥下を欲する直前に刺激装置に伝達可能な態様で接続されたボタン、スイッチ、または他の同等のアクチュエータを押圧することにより、喉部区域に対する振動触覚刺激(または他の同様の感覚モダリティ)を介した代替感覚入力を与えて、唾液の嚥下の随意制御を向上させるように、トレーニングを行うことが可能である。
【0060】
本開示の嚥下再トレーニングシステムおよび方法は、患者およびその介護者に、抜管後期間の早期に随意嚥下を行わせる可能性をもたらす。図2は、皮質202に向かう同時的な感覚刺激201と共に、随意嚥下204を誘起する手動制御203を利用する際の神経回路を図示する。これは、図1に関連して上述したボタン押圧トレーニング後に実施される。嚥下反射および嚥下における安全性の引き出しは、上気道内の感覚機械受容体から脳への感覚フィードバック201に依存する。感覚入力が引き出されると、人間は、これ以上の嚥下が不可能であると感じ、嚥下の際の誤嚥が著しく増加する(Jafari等、2003年)。神経回路は、随意嚥下と同時の反射嚥下204を誘起するように脳幹回路を誘起するための喉部区域の刺激による感覚入力203の代替と同時に、嚥下の皮質運動制御202を向上させる。振動触覚刺激など脳に対して代替感覚入力を与えるデバイスを用いて運動開始を行うことにより、患者は、随意嚥下制御を回復することが可能となり、初めは自身の唾液の安全な嚥下を可能にし、後には制御された随意的な態様で少量の食物を摂取することが可能となる。嚥下に関する随意制御を可能にすることにより、患者は、反射嚥下の喪失の代わりとして随意嚥下を代用することが可能となる。
【0061】
本発明のシステムおよびデバイスの自動タイマは、涎および/または患者自身の分泌物の誤嚥を防ぐために、定期的に嚥下の開始を刺激するために使用することが可能である。かかる構成においては、本発明のデバイスは、患者による手動作動に依存せず、ユーザ入力を伴わずに所定のまたは可変の間隔で嚥下を開始させるように設定することが可能である。例えば、自動タイマは、睡眠中の涎による分泌物の誤嚥を防ぐために唾液の嚥下を開始させるように構成することが可能である。定期的にまたは設定された間隔で嚥下を自動的に刺激するための方法は、一般的には、患者の喉頭をほぼ覆う患者の頸部の外表面に対して本発明のデバイスを適用することと、嚥下反射を誘起するために振動触覚刺激装置を作動させるように自動タイマを構成することとを含む。一実施形態においては、振動触覚刺激装置の作動により、約40Hzから約70Hzの周波数にて振動が生じ、開始期間の間に患者の頸部に対して約1psiから約14psiの圧力が印加される。一実施形態においては、開始期間は、約10msから約1.5s、約50msから約750ms、または約100msから約500msを含む。一実施形態においては、本発明のデバイスの自動タイマは、約1分から約5分の間隔で振動触覚刺激装置を作動させるように構成される。
【0062】
一実施形態においては、自動タイマは、3分ごとから約30分ごとに約10msから約20sの期間にわたり振動触覚刺激装置を作動させるように構成され、その期間の間に、パルス振動が、約200msから約10s継続する約1Hzから300Hzの振動にて生じて、嚥下反射を誘起する。この場合、振動触覚刺激装置の作動は、ある特定のレートで律動され、ある特定の期間にわたり継続し、約40Hzから約70Hzの周波数で振動を生じさせ、開始期間の間に患者の頸部に対して約1psiから約14psiの圧力を印加する。
【0063】
本開示によるデバイスは、そのデバイスの患者による使用のモニタリングを補助するカウンタおよびタイマシステムと共に構成することが可能である。例えば、このカウンタおよびタイマシステムは、患者によるデバイスの使用頻度を含む使用頻度、患者の利用するモード、ならびにデバイスが律動される期間および時間等々を判定または測定するために使用することが可能である。カウンタおよびタイマシステムにより生成されるデータは、例えば、トレーニング計画または治療計画へのコンプライアンスを判定するためなどに使用することが可能である。かかるデータは、治療プログラムまたはトレーニングプログラムを修正するために使用することが可能であり、および/または、介護者にこのシステムの限られた利用による涎もしくは分泌物の誤嚥の危険性を知らせることが可能である。
【0064】
自身の分泌物による誤嚥の危険性にさらされている患者を特定するための方法は、一般的には、患者の喉頭をほぼ覆う患者の頸部の外表面に対して本発明のデバイスを適用することと、患者による本デバイスの使用期間の後に振動触覚刺激装置からデータをダウンロードすることと、限られた利用による自身の分泌物による誤嚥の危険性に患者がさらされているか否かを判定するためにデータを分析することとを含む。患者は、随意嚥下を誘起するためにデバイスを作動させ、デバイスは、医療専門家が限られた利用により患者が危険にさらされているか否かを判定することが可能となるように、データを記録する。
【0065】
トレーニング計画または治療計画への患者コンプライアンスをモニタリングするための方法は、一般的には、患者の喉頭をほぼ覆う患者の頸部の外表面に対して請求項1のデバイスを適用することであって、患者が随意嚥下を誘起するためにデバイスを作動させることと、患者による本デバイスの使用期間の後に振動触覚刺激装置からデータをダウンロードすることと、トレーニング計画または治療計画への患者コンプライアンスを判定するためにデータを分析することとを含む。
【0066】
嚥下困難を治療するためには、バンドが、頸部の周囲に巻き付けられてもよく、膨張可能なバルーンが、喉頭を覆うように位置決めされる。ユーザにより(デバイスの着用者、または着用者からの命令に基づき)作動されると(例えばボタンなどのスイッチにより)、バルーンは、膨張し、喉頭に対して圧力をかける。刺激タイプパラメータ、刺激率パラメータ(所定のまたは漸増的な)、および振幅パラメータ(所定のまたは漸増的な)、ならびに期間を2秒から6秒の間にまたはボタンが押圧されている間に設定するかまたは留めるかに合わせて設定され得る制御装置ボックスが予期される。一実施形態においては、代替部位を刺激するデバイスは、例えばVelcro、ストラップ、ゴムバンド、ベルト、包帯、衣類、エース印包帯、ワイヤ、紐、圧電バンドまたは圧電フィルム、および/またはそれらの組合せなどにより、あるいは当技術において知られている任意の他の方法により身体に装着される、圧力印加デバイスである。
【0067】
例えば、刺激デバイスは、バルーン、所望の圧力または体積に膨張する膨張可能チューブなどの、接触圧力ビルダを備えてもよい。血圧計の技術が、本発明のデバイスの一部として使用し得るデバイスおよび方法を含む。好ましくは、喉頭の上方の喉部区域に圧力印加デバイスを位置決めし、VELCRO(登録商標)または他の任意の調節手段を介して調整可能な、頸部ラップが使用される。喉頭を覆う喉部上の約0.02平方センチメートルほどの小面積などの小さな点を押圧してもよいが、例えば約0.1cm2から約10cm2、約0.25cm2から約5cm2、約0.5cm2から約2.5cm2の面積などのより広い面積を用いてもよい。望ましい面積は、2cmの円である。好ましい一実施形態においては、(圧力と表面積との積の積分和測定値として計算される)合計圧力の少なくとも約25%、約35%、約50%、約75%、約85%、約90%、約98%、またはそれ以上が、喉頭軟骨を覆うが周囲の筋肉を覆わない喉部に対してかけられる。別の実施形態においては、十分な結果を得るために、かかる選択的圧力が実現される。別の実施形態においては、同様に、振動エネルギーが、周囲の筋肉ではなく喉頭を覆う喉部上に選択的に限定される。いくつかの実施形態においては、約50%未満、約25%未満、約10%未満、約5%未満、またはさらに小さな圧力が、頸筋に印加される。いくつかの実施形態においては、刺激は、感覚刺激を誘起することが可能であるが、筋収縮、筋収縮症状、筋収縮障害、またはそれらの組合せを誘発するのに十分な高さのものではない、冷温刺激、振動刺激、高温刺激、および/または低レベルの電気刺激であってもよい。
【0068】
本開示のシステムおよびデバイスは、挿管による反射嚥下の欠陥を治療するための方法において使用することが可能である。多数の患者が、脳損傷もしくは発作による意識喪失後または冠状動脈バイパス移植後などに、通気用の気道の確保のために、挿管を受ける。患者が認識機能を回復すると、気管内チューブの抜管が行われる。この時点において、嚥下反射が低下していることが判明している(de Larminat、Montravers、Dureuil、およびDesmonts、1995年)。図3は、上気道における求心刺激の低下および経口摂取の制限により反射嚥下の回復が限定されるため、気管切開を伴う抜管後に誤嚥の高い危険性に患者をさらす、脳損傷後の事象を概念化したもの300を示す。
【0069】
挿管に伴う嚥下反射の低下に寄与する複数の要因が、おそらく存在する。第1に、上気道から脳への感覚フィードバックが、場合によっては気管内チューブによる粘膜の損傷の結果として、上気道における粘膜の感覚機能の変化、ならびに上気道の粘膜に対する気管内チューブの圧力、またはその結果として上気道に生ずる浮腫による、感覚器またはそれらの感覚器に供給する神経終末部の感覚機能の変化により低減する。ある患者の組織においては、気管内チューブが(1週間を上回る)長期間にわたり定位置に置かれた場合に、肉芽化/潰瘍化が生ずる。かかる患者は、しばしば、抜管時に、十分な気道を与えるために気管切開を受ける。抜管後のこの期間中に、患者における正常な嚥下反射が低下し、それにより患者が自身の唾液を誤嚥する危険性が高まることが判明している(de Larminat、Montravers、DureuilおよびDesmonts、1995年)。
【0070】
嚥下反射の喪失に加えて、かかる患者が、気管切開を受ける場合には、患者の上気道への感覚入力は、喉頭部を通る空気流の不足によってさらに低下する。さらに、かかる患者は、しばしば、誤嚥を防止するために経口摂取が制限される。「絶食」(NPO)状態にある結果として、かかる患者は、嚥下することはなく、鼻腔栄養チューブを介してまたは長期的に経腸手段により、数日または数週間にわたり栄養補給される場合がある。これらの要因の全てが、反射嚥下を低下させる。本発明の方法は、この期間の間、随意嚥下を向上させることが可能である。
【0071】
本発明は、発語および発声に影響を及ぼす運動制御障害を有する患者の随意制御を可能にし得る。吃音症を有する人々は、通常、発語の開始に関して困難を有し、患者が特に喉頭筋に関する随意制御の喪失を被っている場合には、発語「遮断」がある。この随意制御の喪失は、筋収縮または声帯運動の随意開始の遅延として、あるいは慢性的な喉頭筋収縮または持続的な声帯閉鎖による阻害として現れる。いくつかの研究は、吃音症を有する成人が、発語の際には運動感覚刺激または振動刺激に対して高いしきい値を有し得ることを示唆している(De NilおよびAbbs、1991年)。本発明のデバイスおよび方法は、吃音症を有する人々に対する振動感覚入力を向上させることが可能である。近年の研究では、吃音症を有する人々が、発語の際に声帯振動の開始が遅延することが明らかになっている。本発明は、吃音症を有する人々において中枢神経系への振動触覚入力を高めることにより、発語のための随意制御を向上させる。本発明の方法により、機械的変位が喉頭に加えられる場合には、これは、革帯筋中の固有受容体を刺激して、反射的な胸骨甲状筋の収縮を生じさせる(Loucks等、2005年)。外喉頭筋は、高い筋紡錘密度を有するため、喉頭に印加される伸張刺激または振動刺激は、この領域の筋活動を高めるのを助ける。
【0072】
本発明は、攣縮性発声障害および喉頭ジストニアを有する患者の随意制御を向上させることが可能である。攣縮性発声障害は、喉頭限局性ジストニアであり、これは、吃音症に類似した、発語の際の発声異常を引き起こす。これらの患者は、特に発語の際の発声の開始に困難を有し(BielamowiczおよびLudlow、2000年;C.L.Ludlow、Baker、Naunton、およびHallett、1988年;C.L.LudlowおよびConnor、1987年;C.L.Ludlow、Hallett、Sedory、Fujita、およびNaunton、1990年)、しばしば、喉頭筋活動を開始するのが遅く、発語の際に声帯振動を維持することに問題がある。多くの限局性ジストニアは、感覚異常を伴い、攣縮性発声障害を含め(Haslinger等、2005年)、体性感覚区域の皮質反応が低下する(Bara-Jimenez、Catalan、Hallett、およびGerloff、1998年;Bara-Jimenez、Shelton、Sanger、およびHallett、2000年)。本発明の方法により喉頭区域に対する振動刺激を高めることにより、皮質体性感覚領域への入力によって、攣縮性発声障害を有する人々において発語の随意発声制御が向上する。
【0073】
吃音症を治療するための先行の方法においては、聴覚入力の変更、聴覚マスキング、または話者の発語の自身へのフィードバックの遅延もしくは周波数変更を行うために、多数のデバイスが開発されている。例としては、Edinburgh Masker、Phonic Ear社によるDelayed Auditory Feedback、Pacemaster、Casa Futura System、Vocaltech、Fluency Master(登録商標)、およびSpeechEasy(登録商標)が含まれる。VocalTech(登録商標)デバイスは、ユーザの喉部に適用されるバイブレータを備える。マイクロフォンが、ユーザの発生を拾い上げ、次いで喉部に対して聴覚フィードバック信号および振動を共に与えて、発語の際にフィードバックを変更する。
【0074】
本発明の種々の実施形態は、患者/ユーザがボタンを押圧することにより、振動触覚刺激を開始させて、発語/発生を開始させる能力を助ける点で、先行のシステムとはコンセプトおよび機能の両方において異なる。かかる実施形態においては、振動信号は、患者が初後の開始を試みる前に開始され、発語の開始の随意制御を助ける。例えば、VocalTech(登録商標)デバイスは、その始動後に発語を検出するに過ぎず、患者/ユーザ自身の発語によってのみ作動され得る。VocalTech(登録商標)デバイスは、患者/ユーザの発語のフィードバックを利用し、他の入力は利用しない。したがって、患者が、発語および/または発声を開始することができない場合には、振動信号を開始させることは不可能となる。振動信号の開始の欠落は、患者の発語の開始と振動フィードバックおよび聴覚フィードバックの開始との間に遅延があることにより、さらに悪化する。したがって、VocalTech(登録商標)デバイスは、話者が発語を開始することが可能であることに依存しているため、患者の発語開始能力を向上させることができない。対照的に、本開示のデバイスおよびシステムは、発語のために皮質制御中枢に対する機械的感覚入力を向上させることにより、振動刺激が人の発語開始に先立つため、患者の発語開始を助ける。SpeechEasy(登録商標)などの他の聴覚マスキングデバイスまたはフィードバック遅延もしくはフィードバック周波数変更デバイスもまた、話者の音響発語信号を変更または遅延させ、フィードバックの実施が可能となる前に、話者が発語を開始することが可能であることがやはり必要となる。したがって、これらの他のデバイスは、本発明とはコンセプトおよび機能の両方において異なる。
【0075】
一実施形態においては、本発明は、吃音症を有する成人および発声障害を有する人々に適用することにより、発語前に刺激を与えて、発声開始の誘発および制御、ならびに発語の維持を向上させることが可能な可搬デバイスである。本開示のデバイスは、日常的な会話状況において使用することが可能である。患者は、日常生活において使用して会話の際の随意制御を向上させるために、本デバイスを購入することが可能である。
【0076】
(C.キット)さらに、本開示は、本開示の少なくとも1つの刺激デバイスと、このデバイスのためのコンテナと、このデバイスを使用するための取扱説明書とを備える、キットに関する。一実施形態においては、このキットは、喉頭などの罹患した身体部分と接触状態で配置されるようになされた本発明のデバイスと、このデバイスのためのコンテナと、患者により作動されるスイッチと、このデバイスを使用するための取扱説明書とを備える。望ましくは、取扱説明書は、本明細書において開示される1つまたは複数の方法ステップに対応する少なくとも1つの指示を含む。一実施形態においては、バッテリなどの電源が、刺激デバイス内に収容される。一実施形態においては、使用の際に刺激装置を覆う使い捨てカバーが含まれる。一実施形態においては、刺激デバイスは、バルーンまたはチューブなどのチャンバ内の圧力を上昇させる少なくとも1つのポンプを備える。さらに、デバイスは、デバイスにより加えられる圧力をモニタリングするための、圧力センサ、伸張センサ、体積センサ、電力センサ、または他のセンサを備えてもよい。一実施形態においては、デバイスは、所望の圧力量または運動量、および/または喉頭を覆う領域の皮膚の感覚を上昇させるための皮膚に対する低レベルの電気刺激を設定するためのスイッチをさらに備える。さらに、刺激の周波数および/または振幅を設定するためのスイッチが存在してもよい。
【0077】
(実施例)本開示は、以下の実施例を参照することによってより良好に理解されよう。この実施例は、本発明およびその基礎をなす原理をさらに説明することを意図されるが、本発明の範囲を限定するようには意図されない。本開示の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に対して様々な修正および変更を行うことができる。
【0078】
(実施例1)この実施例は、重度の慢性咽頭嚥下困難を有する患者において喉部区域に低レベルの感覚刺激を与えることにより、安全な嚥下能力が向上するが、喉部の筋肉を活性化させる高レベルの電気刺激は、これらの患者の嚥下を向上させないことを実証する。
【0079】
表面電気刺激は、近年、嚥下困難における嚥下療法の補助手段として注目が高まりつつある(Freed、Freed、Chatburn、およびChristian、2001年;Leelamanit、Limsakul、およびGeater、2002年;Park、O'Neill、およびMartin、1997年;Power等、2004年)が、嚥下の生理学に対する経皮刺激の効果に関しては殆ど知られていない。電気刺激は、舌骨喉頭の挙上を増大させることにより(Freed、Freed、Chatburn、およびChristian、2001年;Leelamanit、Limsakul、およびGeater、2002年)、または中枢神経系に対する感覚入力を増加させて嚥下の誘起を向上させることにより(Park、O'Neill、およびMartin、1997年;Power等、2004年)、嚥下を補助し得るという仮説が立てられている。
【0080】
電気刺激が、低電流レベルにて皮膚または口腔粘膜に印加されると、この刺激は、表面層中の感覚神経終末部を活性化して、中枢神経系に感覚フィードバックを供給させる。電流振幅を増大させると、電場が、皮膚表面の下方に位置する筋肉中の神経終末部を減極し(LoebおよびGans、1986年)、密度を縮減させつつ広がり、筋収縮を生じさせ得る。
【0081】
したがって、電極が、オトガイ下領域に配置される場合には、電流密度は、皮膚表面で最も高くなり、皮膚下の広頸筋および皮下脂肪を通り深くなるに伴い減少する(Sobotta、1990年)。したがって、電流が、振幅において増大されるにつれ、効率はより低下するが、ますますより深い筋肉を漸増させることができる。かかる筋肉には、口が閉じた状態に保たれているか否かに応じて下顎骨を下げるかまたは舌骨を上方に引き上げることが可能な、顎二腹筋前腹が含まれる。さらに深い位置には、顎舌骨筋およびオトガイ舌骨筋があり、これらはそれぞれ、舌骨を上方におよび下顎の方向に引く。しかし、これらの筋肉は、それらがより深くに位置することにより、表面刺激により活性化される可能性がはるかに低い。
【0082】
同様に、電極が、頸部において甲状軟骨を覆う皮膚上に配置される場合には、電流は、皮膚にて比較的高くなり、下にある広頸筋に対する強度は比較的低くなり、その下にある、舌骨を胸骨の方向に下方および後方に引く胸骨舌骨筋および肩甲舌骨筋に対してはさらに低下する(Sobotta、1990年)。電場の強度は、電場が、喉頭と舌骨を共に引き寄せるより深い甲状舌骨筋、および喉頭を胸骨の方向に下げる胸骨甲状筋に達すると、さらに低下する。胸骨舌骨筋は、比較的大きく、甲状舌骨筋および胸骨甲状筋を覆っているため、頸部に対する高レベルの表面電気刺激により、舌骨が下方に引かれ、それにより、正常な嚥下において行われるような喉頭を舌骨方向への引き上げる健常志願者の能力が阻害されることを、我々は以前に発見した(Humbert等、2006年)。実際に、ある健常志願者においては、高強度の表面電気刺激により、液体が前庭に進入することが可能となるため、嚥下の安全性が低下した(Humbert等、2006年)。
【0083】
VitalStim(登録商標)Therapy(WijtingおよびFreed、2003年)においては、オトガイ下領域の顎舌骨筋(舌骨を挙上させるため)および頸部の甲状舌骨筋(喉頭を舌骨の方に挙上させるため)の同時収縮を生じさせるために、電極が、喉部上にてオトガイ下領域および喉頭領域に対して同時に活性化される。しかし、これらの筋肉は、顎二腹筋前腹、胸骨舌骨筋、および肩甲舌骨筋の下方の深い位置に位置するため、安静時の2対の電極による同時経皮刺激により、1)舌骨が頸部内において下降する(胸骨舌骨筋の動作による)、2)舌骨が後方に移動する(肩甲舌骨筋の活動による)、および3)喉頭が下降する(電流により胸骨舌骨筋または胸骨甲状筋が活性化される場合)、という仮説を我々は立てた。さらに、重度の慢性嚥下困難においては、4)同じアレイが、知覚するには十分であるが筋肉を活性化しない、感覚しきい値の直ぐ上の低レベルの刺激で使用される場合には、患者の嚥下は、感覚促進により改善する可能性があるが、5)運動刺激に必要なより高いレベルでは、舌骨の下降が、嚥下を妨げ、侵入および誤嚥を高める可能性がある、という仮説を我々は立てた。
【0084】
(方法)参加者の選択基準には、慢性的な安定した咽頭嚥下困難があること、6ヶ月以上にわたり誤嚥の危険性にさらされていること、ミニメンタルステート検査(Folstein、Folstein、およびMcHugh、1975年)において21点以上のスコアを有すること、厳しい食事制限が課されているおよび/または経腸栄養補給により栄養を受けていること、および研究の時点において医学的に安定していることが含まれた。研究のために含まれるものとして、全ての参加者は、研究のスクリーニング部分の際にビデオ蛍光透視検査に関して液体についての誤嚥の危険性を実演しなければならなかった。
【0085】
(手順)参加者は、インフォームドコンセントを受け、参加前に同意内容を理解したことを証明するために10個の質問に正確に回答しなければならなかった。VitalStim(登録商標)電極(Chattanooga Group社、米国テネシー州ヒクソン、#59000)およびVitalStim(登録商標)Dual Channel Unitを、この研究のために使用した。2セットの電極を使用し、上部セットを、舌骨の上方の顎舌骨筋の領域を覆うオトガイ下領域に水平に配置した(図16)。下部セットを、胸鎖乳突筋の内側の甲状舌骨筋の領域を覆う、正中線の両側の甲状軟骨を覆う皮膚の上に配置した。この電極アレイは、初めの2人の著者(WijtingおよびFreed、2003年)の認定トレーニングの際に効果的であるとして推奨されたものであった。直径19mmの玉軸受を、測定の較正のために頸部の側面にテープ留めした。
【0086】
参加者をデバイスに慣れさせた後に、参加者が皮膚上に「蟻走性微痛」感覚を訴えた最低電流レベルである感覚しきい値を特定した。感覚しきい値レベルでの刺激は、ビデオ蛍光透視記録上において動きをもたらさず、参加者が皮膚上において刺激を感知した最低レベルであった。参加者が「牽引」感覚を初めて訴えた際に、通常約7mAまたは8mAにて、動きが初めて観測された。最大運動レベルは、頸部に対して刺激を与える際に参加者が不快感を伴うことなく許容し得る最高電流レベルとした。感覚レベルおよび運動レベルを、各電極セットについて個別に決定した。VitalStim(登録商標)デバイスは、毎分1秒間にわたり、「オン」から「オフ」に、そしてまた「オン」に、自動的に循環する。刺激の変化は勾配状となるため、この循環プロセスは最大で4sを要する。安静時の刺激を試験するために、参加者は、顎が開かないように歯を食いしばった状態に保つように命じられ、刺激は、両電極セットについて最大許容レベルにて同時に設定された。刺激期間が、55sに達した時に、ビデオ蛍光透視検査をオンに切り替え、我々は、参加者が安静位にあり、デバイスが「オン」から「オフ」に、次いでさらにまた「オン」に自動的に循環する間に、蛍光透視画像をS-VHSビデオテープ上に記録した。検査員が、刺激の消失時点でボタンを押圧して、ビデオテープ上に可視マーカを付けた。
【0087】
ビデオ蛍光透視スクリーニング検査の際に、我々は、5mlまたは10mlのいずれの量の液体バリウムボーラス投与量が、より困難であり、試験の際に使用する場合に参加者を誤嚥の危険性によりさらすかについて判定した。試験の際には、以下の各条件、すなわち1)刺激なし、2)両電極セットが感覚しきい値レベルにおいてオンの状態、および3)両セットが最大許容刺激レベルにある状態において、ランダムな順序で、1回から3回の嚥下を記録した。刺激は、嚥下刺激の前、最中、および後において、オンのままとした。ビデオテープに残した記録には、文書化のための聴覚チャネル、および刺激の変化時を特定するためのフレームカウンタ表示を含めた。
【0088】
本研究の際の放射線照射は、もっぱら研究目的のために施され、必要な医療のためのものではないことにより、放射線安全管理委員会によって、我々は、研究全体に対して、参加者ごとに短い照射時間に制限された。したがって、研究の各部分における放射線照射時間により、我々は、各参加者に対する安静時刺激に加えて、条件ごとに1つから3つの試験しか実施することができなかった。
【0089】
(運動分析)各試験のビデオを、2次元運動測定システムであるPeak Motus 8(ViconPeak社、米国コロラド州センテニアル、80112)を使用してオフラインで取り込んだ。このシステムは、約60フィールド/s(約30フレーム/s)の、および608×456ピクセルのフレームサイズのビデオキャプチャボードを備えていた。玉軸受の半径(9.5mm)を、水平方向および垂直方向における全ての測定較正に使用した。研究者が、カーソルを使用して、各ビデオフレーム上において第2椎骨および第4椎骨の最前下隅部上の点を特定し、これらの2点間に直線を引いて、y軸を規定した。第2または第4椎骨のいずれかが視認できない場合には、第1椎骨および第3椎骨の最下前下隅部を、同様の様式で利用した。下方椎骨の前下隅部にてy軸に垂直な線を、x軸とした。舌骨の移動方向に対して前点および上点が正となり、後点および下点が負となる状態で、全ての点に関するx座標およびy座標を、起点である第2椎骨の前下隅部に対してmm単位で決定した。4つの点、すなわち2つの点在する椎骨それぞれの前下点、舌骨の前下点、および声門下気柱中の最後上点を、(喉頭の位置を追跡するために)各フレームに対してマークした。
【0090】
舌骨のx点およびy点、ならびに喉頭のy座標の時系列プロットを、Peak MotusからMicrosoft Excelにエクスポートし、次いで解析のためにSystat 11(Systat Software, Inc.社、米国カリフォルニア州リッチモンド)にエクスポートした。刺激が「オン」から「オフ」に循環したときのフレームを、ファイルに追加し、測定値を刺激「オン」と刺激「オフ」とに分類するために使用した。次いで、各被験者に関して開始位置がx軸上およびy軸上の両方において0に置かれるように、全ての位置データを補正し、次いで、各被験者の刺激「オン」状態および刺激「オフ」状態について、舌骨(x、y)の平均位置および喉頭(y)の平均位置を計算した。
【0091】
(嚥下困難の評点)4人の経験を積んだ認定医療言語聴覚士が、評点システムを決定するために、ランダムに選択された被験者のスクリーニングビデオテープを初めに調査した。Rosenbek侵入-誤嚥スケール(Rosenbek Penetration-Aspiration Scale)(Rosenbek、Robbins、Roecker、Coyle、およびWood、1996年)(Pen-Asp)を用いて複数の嚥下を評価すると、誤嚥の危険性により経腸栄養補給に依っている参加者の多くが、このスケールにおいてはスコア1である正常範囲内のスコアを得ることが認められた。これは、梨状陥凹内に極度の残留貯留が生じ、ボーラスが全く食道に進入しないが、侵入または誤嚥が発生しない場合に生じた。これらの参加者は、試験後には全ての残留物質を口中に吐き戻し、液体を全く嚥下しなかったが、物質が気道に進入しなかったため正常としてスコアを得た。Pen-Aspスケールにおけるスコア1は、天井(正常)であり、改良測定が可能とならないため、このスケールでは、これらの患者における嚥下の悪化を測定することしかできなかった。したがって、天井効果を生じない別のスケールを開発した。
【0092】
NIH嚥下安全性スケール(NIH Swallowing Safety Scale)(SSS)は、この患者グループに見られる、侵入および誤嚥を伴うおよび伴わない、貯留と食道への進入の欠如とを伴う異常を捕らえた。嚥下の採点の際には、スコア1を、以下の異常、すなわち喉頭蓋谷内での貯留、喉頭部から前庭内への侵入、梨状部内での貯留、および梨状部から喉頭前庭内への後退侵入の、それぞれの発生に対して割り当てた。上部食道から進入して去るボーラス物質の量を、上部食道を介して何も入らなかった場合には3、最少量が入った場合には2、中程度の量が入った場合には1、および全てのボーラスが去った場合に0として評点した。さらに、各嚥下サンプルにおける誤嚥の合計回数をカウントした。正常な嚥下のみが、このスケールにおいては合計0点となり、最大スコアは、1度の嚥下において生じた誤嚥回数または他のボーラス流異常によっては、13という高スコアに達する場合もあった。
【0093】
4人の医療言語聴覚士全員が、条件の知識がない状態で各ビデオ蛍光透視記録を見て、スコアの割当てまでに、全ての認められた挙動およびPen-Asp評点に関して合意に達するものとした。信頼性を確立するために21件の試験に関して評点を繰り返した後に、同一嚥下の評点において差が認められたため、スコアを割り当てる際に従うべき統一ルールのセットを作成した。これらのルールは、後に、本研究における各試験に対して評点を割り当てるために使用した。次いで、別の18件の試験のセットを、測定の信頼性を判定するために繰り返し行った。
【0094】
(統計分析)位置測定の信頼性を判定するために、2人の検査員が、各フレーム上においてx軸およびy軸に関する舌骨の位置、およびy軸に関する喉頭の位置を測定し、次いで、10人の被験者のうち4人に関して刺激条件および刺激無し条件の両条件の下でのそれぞれの平均値を計算した。General Linear Model Systat 11(Systat Software, Inc.社、米国カリフォルニア州リッチモンド)からの出力を使用して、被験者因子内および被験者因子間に関する平均平方差を計算した。被験者間の平均平方差を求め、被験者内の平均平方差を減算し、次いでその結果を被験者間の平均平方差と被験者内の平均平方差との和で除算することにより、級内相関係数(ICC)を計算した(Fleiss、1999年)。
【0095】
Pen-AspスケールおよびNIH-SSSを使用して行った評点の信頼性を判定するために、再分析した初めの21件の試験から、各スケールにおける2セットの評点間においてICCを計算した。信頼できない項目を特定するために、Systat 11(Systat Software, Inc.社、米国カリフォルニア州リッチモンド)を使用して、NIH-SSSの各構成要素項目の2セットの評点に関してコーエンのカッパを計算した。信頼性の低い項目を採点するためのルールの作成後に、Pen-AspスケールとNIH-SSSの両方について第2のセットの繰り返し行われた評点に関してICCを計算した。
【0096】
最大レベルの安静時刺激により舌骨が頸部において下降するという第1の仮説を検討するために、1サンプル方向性t検定を利用して、「オフ」刺激と「オン」刺激との間のy軸に関する舌骨の下降に関して検定を行った。舌骨が後方に移動するという第2の仮説を検討するために、1サンプル方向性t検定を利用して、被験者内において「オフ」刺激条件および「オン」刺激条件の下でのx軸に関する舌骨の後退に関して検定を行った。刺激の最中に喉頭が下降するか否かを判定するために、1サンプル方向性t検定を利用して、2つの条件間において声門下気柱の下降に関して検定を行った。
【0097】
感覚レベルの刺激により嚥下が改善するか否かを判定するために、1サンプル方向性t検定を利用して、ボンフェローニ補正されたp値0.05/2=0.025により、Pen-AspスケールおよびNIH-SSSにおける参加者内の刺激無しの嚥下と刺激有りの嚥下との間の参加者の評点の平均変化を検定した。最後に、最大レベルの運動刺激の際に嚥下が悪化したか否かを判定するために、1サンプル方向性t検定を利用して、ボンフェローニ補正されたp値0.05/2=0.025により、Pen-AspスケールおよびNIH-SSS上における参加者内の刺激無しの嚥下と刺激有りの嚥下との間の参加者の評点の平均変化を検定した。参加者の特徴により恩恵の度合いが予測されるか否かを判定するために、統計的有意性を得る目的でボンフェローニ補正されたp値0.025を用いて、Pen-AspスケールおよびNIH-SSSにおける参加者の平均初期重度と、感覚刺激の際の平均評点の変化との両者間においてピアソンの相関係数を計算した。同様に、統計的有意性を得る目的でボンフェローニ補正されたp値0.025を用いて、安静時刺激の際に舌骨が頸部において引き下げられる度合いと、Pen-AspスケールおよびNIH-SSSにおける嚥下に関する参加者の平均評点の変化との間においてピアソンの相関係数を計算した。
【0098】
(結果)(1.参加者)
11人の参加者全員が、慢性の長期の嚥下困難を有していた(表1)。参加者の障害は、6人がCVA後(6ヶ月超後)のもの、2人が良性腫瘍のための開頭術後(2年および4年後)のもの、または2人が外傷性脳損傷後(2年および3年後)のものであった。1人の患者のみが、慢性進行性神経疾患、20年超のパーキンソン病、および2年を上回る期間の嚥下困難を有していた。
【0099】
11人の参加者の中の10人が、安静時刺激試験に参加したが、1人は、時間的な制約により参加しなかった。嚥下刺激試験の際に、参加者の中の1人が、初めの嚥下試験において重度の誤嚥を生じたため、安全上の理由により、その参加者については研究を中止した。したがって、我々は、この運動刺激有りの嚥下試験において、10人の参加者を有することが可能であった。時間的な制約により、参加者の中の2人が、低感覚レベルの刺激に参加せず、8人の参加者が、研究に残った。
【0100】
(2.測定信頼性)オン刺激条件およびオフ刺激条件におけるy軸に関する舌骨の運動に関するICCは、それぞれ0.99および0.94であり、x軸に関する舌骨の運動に関するICCは、0.94および0.87であった。刺激「オン」位置および刺激「オフ」位置におけるy軸に関する喉頭のICCは、それぞれ0.58および0.66であり、それらの測定における信頼性がはるかに低いことを示唆した。喉頭の運動は、極めて小さく、刺激「オン」条件における0.4mmから刺激「オフ」条件における0.18mmまでの平均位置の範囲であり、測定の変動性により、この測定における相違が引き起こされた。
【0101】
(3.安静時刺激により誘発される運動)第1の仮説を検討すると、「オフ」刺激条件と「オン」刺激条件の間の平均位置を比較する片側方向性t検定によって、y軸に関する舌骨位置の大幅な下降が実証された(f=-2.523、o7=9、p=0.016)(図16を参照)。図17においては、刺激装置が「オン」に切り替えられ、次いで「オフ」に切り替えられ、次いで再度「オン」に切り替えられた場合の、各患者における舌骨運動の個別のトレーシングが示され、刺激装置が「オフ」に切り替えられた場合には舌骨が挙上することを示している。安静時刺激により舌骨が後方に移動するという第2の仮説を検討すると、被験者内の「オフ」刺激条件および「オン」刺激条件における平均位置を比較する方向性t検定は、有意ではなかった(P=-0.102、αf/=9、p=0.460)。同様に、方向性t検定により、刺激の際にy軸に関して喉頭位置の下降がないことが判明した(£=0.696、d/=9、p=0.748)。
【0102】
(4.Pen-AspおよびNIH-SSSにおける評点の信頼性)第1のセットの21件の反復評点の後に、ICCは、Pen-Aspスケールにおいては0.965であり、NIH-SSSにおいては0.764であった。NIH-SSSの信頼性に関する不安により、我々は、不一致が生じた各項目について、より詳細な判定ルールを実施した。新しい判定ルールを使用した第2のセットの18件の信頼性測定により、NIH-SSSに関して0.925のICCが得られ、判定ルールが作成および実施された後にこのスケールを使用した場合の十分な信頼性が実証された。
【0103】
(5.嚥下の際の低感覚刺激レベルの影響)時間的な制約により、10人の参加者の中の8人のみが、この感覚条件を完了した。感覚レベルの刺激により嚥下が改善されるという第4の仮説について検討するために、1サンプル方向性t検定を計算して、参加者内の刺激無しの嚥下と刺激有りの嚥下との間の評点の平均変化を比較した。その結果は、ボンフェローニ補正されたp値0.05/2=0.025を使用すると、Pen-Aspスケールにおいては有意ではなかった(£=0.336、cf/=7、p=0.373)が、NIH-SSSにおいては有意であった(.=.2.355、df=7、p=.O25)。これは、図18に示される。8人の参加者の中の6人が、嚥下の際の感覚刺激によりNIH-SSSにおいて低下を示し、8人の参加者の中の5人が、Pen-Aspスケールにおいて低下を示した。
【0104】
(6.嚥下の際の運動刺激レベルの影響)刺激の際に誤嚥の危険性および嚥下の安全性が悪化するという第5の仮説を検討するために、1サンプル方向性t検定を計算して、参加者内の刺激無しの嚥下と刺激有りの嚥下との間における評点の平均変化を調査した。その結果は、ボンフェローニ補正されたp値0.05/2=0.025では、Pen-Aspスケール(/=0.363、d/=9、p=0.637)においても、NIH-SSS(/=-0.881、d/=9、p=0.201)においても有意なものではなかった。NIH-SSSスケールにおいては、10人の参加者の中の5人において運動レベルの刺激により危険性が上昇し(図19)、Pen-Aspにおいては、同数の参加者において運動レベルの刺激により危険性が上昇または低下した(図20)。
【0105】
(7.嚥下困難の重度と刺激による嚥下の変化との関係)Pen-Aspスケールにおける参加者の初期重度と感覚刺激による嚥下の変化との間のピアソン相関係数は、有意なものではなかった(/=0.142、p=0.737)。同様に、患者の初期重度およびNIH-SSSにおける感覚刺激による嚥下の変化(/=0.701、p=0.053)も、統計的有意性を得る目的でボンフェローニ補正されたa値0.025を使用した場合に、有意なものではなかった。統計的有意性を得る目的でボンフェローニ補正されたa値0.025を使用した場合に、Pen-Aspスケールにおける参加者の初期重度と運動刺激による嚥下の変化との両者間のピアソン相関係数は、有意なものではなく(/=-0.501、p=0.140)、NIH-SSSにおける参加者の初期重度と運動刺激による嚥下の変化との間の相関もまた、有意なものではなかった(/=-0.190、p=0.599)。
【0106】
(8.安静時刺激の際の運動と刺激による嚥下の変化との関係)統計的有意性を得る目的でボンフェローニ補正されたo値0.025を用いて、ピアソン相関係数を、安静時刺激の際に舌骨が頸部において引き下げられる度合いと、Pen-AspおよびNIH-SSSにおける嚥下の変化との間において計算した。NIH-SSSにおける改善の度合いと、運動レベルの安静時刺激の際に舌骨が押し下げられる度合いとの間においては、有意な関係は見い出されなかった(r=-0.388、n=9、P=0.302)。運動刺激の際のPen-Aspスケールにおける改善は、運動レベルの安静時刺激の際に舌骨が押し下げられる度合いに有意に逆比例した(r=-0.828、n=9、p=0.006)。この関係により、安静時に最大の舌骨の押下げを被る人は、嚥下中に運動レベルの刺激を与える際にはPen-Aspスケールにおける低下が最大となることが実証された。
【0107】
(考察)本研究の1つの目的は、頸部における舌骨および喉頭の位置に対する、表面電気刺激の生理学的な影響を判定することであった。我々は、オトガイ下電極対と喉頭電極対の両方が、参加者の最大許容レベルにて刺激を与えているときには、おそらく胸骨舌骨筋の刺激により、舌骨は下方に引かれると予測していた。これらのデータにより、この仮説は支持され、参加者の中の2人を除く全員において、安静時刺激の際に5mmから10mmもの舌骨の押下げがあった(図6Aおよび図6B)。また、我々は、舌骨が後方に引かれ得ることも予測していたが、限定的な前後方向の運動が舌骨において生じた。3人の参加者において、ある場合には5mmもの舌骨の前方運動があったが、他の参加者においては、後方への最小限の運動があった。2人の参加者においては、喉頭において最小限の上昇運動(2mm〜3mm)が生じたが、他の参加者は誰も、認め得るような喉頭の運動を経験せず(図6D)、この2mm〜3mmの変化は、おそらく測定変動によるものであった。これらの知見をまとめると、表面電気刺激の唯一の認め得る運動的影響は、頸部において舌骨を下降させて、嚥下に必要な方向とは逆方向への運動を生じさせることであった。
【0108】
これらの結果は、表面刺激が安静時に頸部に印加された場合に、その刺激が、それぞれ顎舌骨筋や甲状舌骨筋などの舌骨および喉頭の挙上を生じさせる筋肉を神経支配する軸索を刺激するには弱すぎであったか、またはそうするのに十分なほど深いものではなかったことを示唆している。安静時の表面刺激による喉頭位置の変化は、観測されなかった。
【0109】
本研究の別の目的は、慢性の咽頭嚥下困難を有する参加者における嚥下に対する表面刺激の即時的影響を判定することであった。患者の嚥下の随意制御を高めるための、口腔および咽頭腔における感覚刺激の従前の使用(Hamdy等、2003年;Park、O'Neill、およびMartin、1997年)に基づき、我々は、皮膚に対する蟻走性微痛感覚を検出するために、参加者の感覚しきい値の直ぐ上の感覚レベルの電気刺激を比較し、NIH-SSSスケールにおける嚥下の際の大幅な改善を見い出した(図18)。NIH-SSSにおけるこの改善は、比較的高い初期スコアに関連する傾向があり、すなわち、比較的重度に罹患した患者は、刺激による改善が最も高かった。NIH-SSSは、誤嚥および侵入を測定するだけのPen-Aspスケールとは対照的に、咽頭の貯留および食道への進入欠損を捕らえるので、感覚刺激は、気道からボーラスを取り除く能力が低下した患者においては幾分か有効なものとなり得る。
【0110】
運動レベルの刺激により舌骨が下がるという予想に基づき、我々は、このグループが、運動刺激により嚥下の際に侵入および誤嚥を増加させるであろうという仮説を立てた。運動レベルの刺激では、いずれのスケールにおいてもグループの誤嚥の変化は認められなかった。運動レベルの刺激によるPen-Aspスケールにおける改善の度合いを、舌骨の可能の度合いと比較して調査すると、運動レベルの安静時刺激の際に舌骨が最も大きく押し下げられる患者が、同レベルの刺激により嚥下の際に最も大きな改善を得たことを示唆する、予想外の関係性を我々は見い出した。舌骨が、刺激により押し下げられた場合に、患者は、嚥下の際の舌骨喉頭の挙上に対するより大きな抵抗を経験した可能性がある。おそらく、刺激が最大レベルでオンに切り替えられた場合に舌骨に対して比較的大きな下方の引きを感じた患者は、嚥下の際に、刺激の影響に打ち勝とうとして、舌骨喉頭器官系を挙上させるために比較的高い労力を費やした。また、舌骨喉頭筋に比較的大きな残留パワーを有する患者は、刺激による舌骨の比較的大きな下降を経験しただけでなく、舌骨喉頭の挙上が嚥下の際に刺激に誘起される下降に対抗するように回復し得る比較的大きな残留パワーを有し得る可能性もある。
【0111】
さらに、本研究は、安静時および嚥下の際の表面電気刺激の利用による即時的な生理学的影響を検討した。本研究は、電気刺激が、嚥下に関する患者の困難のタイプおよび度合いに応じて慎重に使用されるべきであることを示唆する。舌骨喉頭器官系を上昇させる幾分かの能力を既に有する患者においては、刺激による舌骨の押下げが、治療の際に「抵抗」として作用する場合がある。その他方で、患者が、舌骨喉頭の挙上を行えず、したがって刺激により誘起される舌骨の押下げに抵抗することができない場合には、刺激により、舌骨喉頭器官系が嚥下の際に押し下げられるため、かかる患者が比較的高い誤嚥の危険性にさらされる場合がある。これは、比較的障害の軽い患者が、運動レベルの刺激によりPen-AspおよびNIH-SSSにおいて重症度は変化しなかったのに対して、運動レベルの刺激によりPen-AspおよびNIH-SSSにおいて重症度が高まった、比較的重度に罹患した患者の中の一部において生じた可能性がある(図19および図20)。
【0112】
本研究においては、VitalStim(登録商標)Therapyに関して推奨されているように、オトガイ下および喉頭の電極対の両方を同時に使用した。この同時刺激が、舌骨の下降をもたらした可能性がある。その理由は、より表面に近くより大きな胸骨舌骨筋および胸骨甲状筋に対する比較的強い刺激が、オトガイ下領域の顎舌骨筋または喉部領域の胸骨舌骨筋の下方の甲状舌骨筋の刺激により引き起こされていた可能性のあるあらゆる作用を解消したことによる。オトガイ下刺激を単独で使用して、顎二腹筋前腹および顎舌骨筋を活性化させることにより、舌骨を上方に引くことを提案した者もいる。しかし、喉頭を引き上げるための甲状舌骨筋の同時刺激を伴わずに舌骨を挙上させると、喉頭は下方に留まり、それにより前庭がさらに開き、誤嚥の危険性が上昇する。胸骨舌骨筋が収縮することなく顎舌骨筋および甲状舌骨筋が共に活性化される場合にのみ、筋肉内刺激により従来より示されてきたように、舌骨および喉頭の両方が共に上げられる(Burnett、Mann、Cornell、およびLudlow、2003年)。これは、表面刺激を使用して実現することはできない。なぜならば、比較的大きな胸骨舌骨筋が、甲状舌骨筋を覆い、舌骨を下方に引くためである。
【0113】
このグループが全体として、Pen-Aspスケールにおいて感覚レベルの刺激のみにより改善したことが判明したことは、予想外であった。前口峡柱および後口峡柱の刺激が、正常な人において嚥下反射を誘発するのに最も効果的な刺激であることは、先行研究により明らかであった(Pommerenke、1927年)。生理学的には研究されていないが、喉部領域をさすることが、乳児および一部の哺乳類において嚥下の自発的な誘発を助けることが知られている。舌咽神経または上喉頭神経のいずれかの刺激が、動物において嚥下を誘発することが判明しており(Jean、1984年)、上喉頭神経の両側の化学的ブロックは、正常な人において嚥下を阻害する(Jafari、Prince、Kim、およびPaydarfar、2003年)。喉部の表面への感覚刺激が成人において嚥下を反射的に誘起することは、観測されていないが、喉部の皮膚に対する感覚レベルの電気刺激が、嚥下困難において嚥下の随意誘発を促進させる場合がある。これらの結果は、皮膚に対する低レベルの電気刺激が、一部の患者においては有益となる場合があることを示唆する。かかる低レベルの電気刺激が、舌骨の下降を誘発することは観測されなかったため、我々は、どの患者も、比較的低い感覚レベルの刺激を利用することにより誤嚥の危険性の上昇にさらされないと断定する。表面電気刺激の利用前に、患者は、舌骨を下げる手順により誤嚥の危険性の上昇にさらされることになるか否かを判定するために、慎重にスクリーニングされるべきである。
【0114】
【表1】
【0115】
(参考文献)具体的に列挙されていない参考文献は、これらの著者の検索によりその文献内において見出すことが可能である。Methods and Devices for Intramuscular Stimulation of Upper Airway and Swallowing Muscle Groupと題された2005年3月28日出願のU.S.No.10/529,401が、引用によりその全体として組み込まれる。その特許出願内に見い出される参考文献は、本明細書において提示された実施形態において使用することが予期される刺激デバイスおよび方法の詳細に特に関連するものであり、それらに関する引用により組み込まれる。
【0116】
本明細書において列挙される全ての参考文献は、引用によりそれらの全体として本明細書に組み込まれる。Aviv, J. E., Martin, J. H., Sacco, R. L., Zagar, D., Diamond, B., Keen, M. S., et al. (1996). Supraglottic and pharyngeal sensory abnormalities in stroke patients with dysphagia. Ann Otol Rhinol.LaryngoL, 105, 92-97.
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Wijting, Y., & Freed, M. L. (2003). VitalStim Therapy Training Manual. Hixson, TN: Chattanooga Group.
【0117】
本発明の特定の実施形態を論じたが、上述の明細は、例示的なものであり、限定的なものではない。本明細書を検討することにより、本発明の多数の変形形態が、当業者には明らかになろう。本発明の全範囲は、特許請求の範囲(その均等物の全範囲を含む)および明細書(その変形形態を含む)を参照することにより決定されるべきである。
【0118】
別様に明記しない限り、本明細書および特許請求の範囲において用いられる、成分の量および反応条件等々を表す全ての数字は、全ての例において「約」という用語により修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、逆のことが述べられない限り、本明細書および添付の特許請求の範囲に示される数値パラメータは、本発明によって得ようとする所望の特性に応じて変動し得る近似値である。
【符号の説明】
【0119】
100 システム101 バンド
102 バイブレータ
103 アクチュエータ
104 器具
105 患者
106 ディスプレイ画面
107 運動フィードバック信号
109 信号
120 接触部
125 調節機構