JP2024523598A - 腫瘍治療電場（ＴＴｆｉｅｌｄｓ）を印加するためのトランスデューサアレイにおける電流を調整するためのキャパシタの使用 - Google Patents

腫瘍治療電場（ＴＴｆｉｅｌｄｓ）を印加するためのトランスデューサアレイにおける電流を調整するためのキャパシタの使用 Download PDF

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Abstract

被験者の身体に交流電場(たとえば、腫瘍治療電場、別名TTFields)を印加するためのトランスデューサアレイは、通常、複数の容量結合電極素子を含む。多くの場合、所与のアレイ上のいくつかの電極素子は、他の電極素子よりも高温になる傾向がある。たとえば、多くの解剖学的状況では、トランスデューサアレイのコーナー素子は、非コーナー素子よりも高温になる傾向がある。より高温になる傾向がある電極素子と他の電極素子との間の動作温度の広がりは、キャパシタをより高温になる傾向がある電極素子(たとえばコーナー素子)と直列に配線することによって低減することができる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2021年6月30日に出願の米国仮出願第63/216,678号の利益を主張する。
TTFields療法は、腫瘍を治療するための実績のあるアプローチである。図1は、TTFieldsを送達するための従来技術のOptune(登録商標)システムの概略図である。TTFieldsは、(たとえば、図2A～図2Dに示されるように、膠芽腫患者の)腫瘍に近接して患者の皮膚に配置される4つのトランスデューサアレイ21～24を介して患者に送達される。トランスデューサアレイ21～24は2対で配置され、各トランスデューサアレイはマルチワイヤケーブルを介してAC信号発生器20に接続される。AC信号発生器は、(a)第1の時間期間中、一対のアレイ21、22を介してAC電流を送り、これにより、腫瘍を通る第1の方向の電場を誘導し、次いで、(b)第2の時間期間中、他の一対のアレイ23、24を介してAC電流を送り、これにより、腫瘍を通る第2の方向の電場を誘導し、次いで、ステップ(a)および(b)を治療の持続時間中繰り返す。
各トランスデューサアレイ21～24は、フレックス回路を介して相互接続された容量結合電極素子Eのセット(たとえば、各々が直径約2cmの9つの電極素子のセット)として構成される。各電極素子は、誘電体層(より具体的には、高誘電率を有するセラミック材料の層)がその上に配置された導電性基板を含む。各電極素子は、導電性の医療用ゲルの層と粘着テープまたは包帯との間に挟まれている。アレイを患者に配置すると、医療用ゲルが患者の皮膚の輪郭に適合し、デバイスと身体との良好な電気的接触が確保される。粘着テープまたは包帯は、患者が日常生活を送る際に、アレイ全体を患者の所定の位置に保持する。
第1のトランスデューサアレイが人の身体の片側の皮膚に対して配置され、第2のトランスデューサアレイが人の身体の反対側の皮膚に対して配置され、第1および第2のトランスデューサアレイのリード線間にAC電圧が印加されると、電流が人の身体に容量結合される。TTFieldsが有効であるためには、十分な量の電流が電極を介して人の身体内に容量結合されなければならず、より高い電流は、より高い治療効果と強く相関する。
導電性の医療用ゲルとセラミック素子下の皮膚は、使用中に熱くなり、安全性を考慮すると、セラミック素子の各々で測定される温度が特定の安全しきい値(たとえば、41℃)未満に保たれることが必要である。
トランスデューサアレイを介して送達される交流電流の振幅は、(セラミック素子で測定される)温度が安全しきい値(たとえば41℃)を超えないように制御される。温度測定値は、トランスデューサアレイのいくつかのセラミックディスクの中央に配置されたサーミスタTを使用して取得される。既存のOptune(登録商標)システムでは、各アレイは8個のサーミスタを含み、各サーミスタはアレイ内のそれぞれのディスクに配置されている(ほとんどのアレイは8つを超えるディスクを含み、この場合、温度測定はアレイ内のディスクのサブセットの下でのみ実行されることに留意されたい)。
AC信号発生器20は、すべての32個のサーミスタ(アレイにつき4アレイ×8サーミスタ)から温度測定値を取得し、AC信号発生器内のコントローラは、温度測定値を使用してアレイの各ペアを介して供給されるように電流を制御して、温度を安全しきい値未満に維持するようにする。電流自体は、AC信号発生器20から各アレイに走る追加のワイヤ(すなわち、各アレイ21～24について1本のワイヤ28)を介して各アレイに供給される。
本発明の一態様は、生体被験者に交流電場を印加するための第1の装置を対象とする。第1の装置は、複数の導電性領域を備え、各導電性領域は、前面およびそれぞれのエリアを有する。複数の導電性領域は、複数の第1の導電性領域および少なくとも1つの第2の導電性領域を含む。第1の装置は、誘電体材料の複数の領域をさらに備え、各領域が(i)それぞれの前面と、(ii)複数の導電性領域の対応する1つの前面に対して配置されたそれぞれの後面とを有する。第1の装置は、誘電体材料の複数の領域の前面を被験者の身体上または身体内に保持し、複数の導電性領域をそれぞれの位置で支持するように構成された基板をさらに備える。第1の装置は、各第2の導電性領域に電気的に接続された主導体をさらに備える。第1の装置は、複数のキャパシタをさらに備え、各キャパシタは、第1の導電性領域のそれぞれに電気的に接続されたそれぞれの第1の端子と、主導体に電気的に接続されたそれぞれの第2の端子とを有する。
第1の装置のいくつかの実施形態では、それぞれの位置は重心の周りに分布し、第1の導電性領域の各々は、各第2の導電性領域よりも重心に対してより周辺に配置される。任意選択で、これらの実施形態では、第1の装置は、少なくとも4つの第1の導電性領域および少なくとも5つの第2の導電性領域を有する。
第1の装置のいくつかの実施形態では、少なくとも3つの第1の導電性領域および少なくとも6つの第2の導電性領域が存在する。それぞれの位置は、第1の導電性領域の各々がパターンの所与の一端に配置され、第2の導電性領域のいずれもパターンの所与の一端に配置されないようなパターンに分布される。
本発明の別の態様は、(a)被験者の身体上または身体内に配置される複数の第1の容量結合電極素子と、(b)被験者の身体上または身体内に配置される少なくとも1つの第2の容量結合電極素子との間の動作温度の広がりを低減させる第1の方法を対象とする。第1の方法は、それぞれの第1のキャパシタが複数の第1の容量結合電極素子の各々と直列に配線されている間に、複数の第1の容量結合電極素子の各々を介してAC電流を駆動するステップと、少なくとも1つの第2の容量結合電極素子を介してAC電流を駆動するステップとを含む。
第1の方法のいくつかの例では、複数の第1の容量結合電極素子の各々は、それぞれの第1のキャパシタよりも2～5倍大きい静電容量を有する。
第1の方法のいくつかの例は、複数の第1の容量結合電極素子および少なくとも1つの第2の容量結合電極素子を、重心の周りに分布するそれぞれの位置で支持するステップをさらに含む。これらの例では、第1の容量結合電極素子の各々は、各第2の容量結合電極素子よりも重心に対してより周辺に配置される。
第1の方法のいくつかの例では、少なくとも3つの第1の容量結合電極素子および少なくとも6つの第2の容量結合電極素子が存在する。これらの例では、第1の方法は、少なくとも3つの第1の容量結合電極素子および少なくとも6つの第2の容量結合電極素子をそれぞれの位置で支持するステップをさらに含む。また、それぞれの位置は、第1の容量結合電極素子の各々がパターンの所与の一端に配置され、第2の容量結合電極素子のいずれもパターンの所与の一端に配置されないようなパターンに分布される。
本発明の別の態様は、生体被験者に交流電場を印加するための第2の装置を対象とする。第2の装置は、複数の導電性領域を備え、各導電性領域は、前面およびそれぞれのエリアを有する。複数の導電性領域は、複数の第1の導電性領域および少なくとも1つの第2の導電性領域を含む。第1の装置は、誘電体材料の複数の領域をさらに備え、各領域が(i)それぞれの前面と、(ii)複数の導電性領域の対応する1つの前面に対して配置されたそれぞれの後面とを有する。第2の装置は、誘電体材料の複数の領域の前面を被験者の身体上または身体内に保持し、複数の導電性領域をそれぞれの位置で支持するように構成された基板をさらに備える。第2の装置は、複数の第1のキャパシタをさらに備え、各キャパシタは、それぞれの第1の導電性領域と電気的に直列に接続されている。
第2の装置のいくつかの実施形態では、それぞれの位置は重心の周りに分布し、第1の導電性領域の各々は、各第2の導電性領域よりも重心に対してより周辺に配置される。任意選択で、これらの実施形態では、少なくとも4つの第1の導電性領域および少なくとも5つの第2の導電性領域が存在する。
第2の装置のいくつかの実施形態では、少なくとも3つの第1の導電性領域および少なくとも6つの第2の導電性領域が存在する。それぞれの位置は、第1の導電性領域の各々がパターンの所与の一端に配置され、第2の導電性領域のいずれもパターンの所与の一端に配置されないようなパターンに分布される。
第2の装置のいくつかの実施形態は、複数の電子的に制御可能なスイッチをさらに備え、各スイッチは、(a)第1のキャパシタのそれぞれと電気的に並列に接続され、(b)それぞれの電気信号によって制御可能である。
第2の装置のいくつかの実施形態では、複数の第1のキャパシタの各々は、静電容量がそれぞれの電気信号によって制御可能な可変キャパシタである。
第2の装置のいくつかの実施形態は、複数のピンを有するコネクタをさらに備える。複数の第1のキャパシタの各々とそれぞれの第1の導電性領域との間の直列接続は、コネクタのそれぞれのピンを通過する。
第2の装置のいくつかの実施形態では、第2の装置は、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、および少なくとも4つの第1のキャパシタを有する。
第2の装置のいくつかの実施形態では、第2の装置は、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、および少なくとも4つの第1のキャパシタを有し、第2の装置は、少なくとも4つの電子的に制御可能なスイッチをさらに備え、各スイッチは、(a)第1のキャパシタのそれぞれと電気的に並列に接続され、(b)それぞれの電気信号によって制御可能である。これらの実施形態では、少なくとも4つの第1のキャパシタの各々は、静電容量がそれぞれの電気信号によって制御可能な可変キャパシタである。
第2の装置のいくつかの実施形態では、第2の装置は、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、および少なくとも4つの第1のキャパシタを有し、第2の装置は、少なくとも4つのピンを有するコネクタをさらに備える。少なくとも4つのキャパシタの各々とそれぞれの第1の導電性領域との間の直列接続は、コネクタのそれぞれのピンを通過する。
第2の装置のいくつかの実施形態では、第2の装置は、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、および少なくとも4つの第1のキャパシタを有し、第2の装置は、少なくとも5つの第2のキャパシタをさらに備え、各キャパシタは、それぞれの第2の導電性領域と電気的に直列に接続されている。
第2の装置のいくつかの実施形態では、第2の装置は、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、および少なくとも4つの第1のキャパシタを有し、第2の装置は、少なくとも5つの第2のキャパシタをさらに備え、各キャパシタは、それぞれの第2の導電性領域と電気的に直列に接続されている。これらの実施形態は、少なくとも4つの電子的に制御可能なスイッチであり、各スイッチが、(a)第1のキャパシタのそれぞれと電気的に並列に接続され、(b)それぞれの電気信号によって制御可能である、少なくとも4つの電子的に制御可能なスイッチと、少なくとも5つの電子的に制御可能なスイッチであり、各スイッチが、(a)第2のキャパシタのそれぞれと電気的に並列に接続され、(b)それぞれの電気信号によって制御可能である、少なくとも5つの電子的に制御可能なスイッチとをさらに備える。
第2の装置のいくつかの実施形態では、第2の装置は、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、および少なくとも4つの第1のキャパシタを有し、第2の装置は、少なくとも5つの第2のキャパシタをさらに備え、各キャパシタは、それぞれの第2の導電性領域と電気的に直列に接続されている。これらの実施形態では、少なくとも4つの第1のキャパシタの各々は、静電容量がそれぞれの電気信号によって制御可能な可変キャパシタであり、少なくとも4つの第2のキャパシタの各々は、静電容量がそれぞれの電気信号によって制御可能な可変キャパシタである。
第2の装置のいくつかの実施形態は、複数のサーミスタをさらに備え、各サーミスタは、(a)それぞれの第1の導電性領域と熱的に接触するように配置され、(b)検出された温度に応答して、それぞれの第1の信号を生成するように構成されている。これらの実施形態では、第1のキャパシタの各々は、第1の信号のそれぞれを受信するそれぞれの容量制御入力を有する可変キャパシタである。
第2の装置のいくつかの実施形態は、複数のサーミスタをさらに備え、各サーミスタは、(a)それぞれの第1の導電性領域と熱的に接触するように配置され、(b)検出された温度に応答して、それぞれの第1の信号を生成するように構成されている。第1のキャパシタの各々は、第1の信号のそれぞれを受信するそれぞれの容量制御入力を有する可変キャパシタである。これらの実施形態は、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、少なくとも4つの第1のキャパシタ、および少なくとも4つのサーミスタを有する。
第2の装置のいくつかの実施形態は、複数のサーミスタをさらに備え、各サーミスタは、(a)それぞれの第1の導電性領域と熱的に接触するように配置され、(b)検出された温度に応答して、それぞれの第1の信号を生成するように構成されている。第1のキャパシタの各々は、第1の信号のそれぞれを受信するそれぞれの容量制御入力を有する可変キャパシタである。これらの実施形態は、複数の抵抗器をさらに備える。各サーミスタは、接地に接続された第1の端子と、第2の端子とを有する。抵抗器のうちの1つは、第2の端子と固定電圧源との間に直列に接続されている。サーミスタの第2の端子は、それぞれの第1の導電性領域の検出温度に依存する電圧を有するそれぞれの第1の信号を提供するために、それぞれの第1のキャパシタの容量制御入力に接続されている。
第2の装置のいくつかの実施形態は、複数のサーミスタをさらに備え、各サーミスタは、(a)それぞれの第1の導電性領域と熱的に接触するように配置され、(b)検出された温度に応答して、それぞれの第1の信号を生成するように構成されている。第1のキャパシタの各々は、第1の信号のそれぞれを受信するそれぞれの容量制御入力を有する可変キャパシタである。これらの実施形態は、複数の抵抗器をさらに備え、各抵抗器は、サーミスタのそれぞれと直列に接続され、第1の信号のそれぞれを生成するために、それぞれの電流がサーミスタのそれぞれを介して流れる。任意選択で、これらの実施形態では、第2の装置は、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、少なくとも4つの第1のキャパシタ、少なくとも4つのサーミスタ、および少なくとも4つの抵抗器を有する。
本発明の別の態様は、生体被験者に交流電場を印加するための第3の装置を対象とする。第3の装置は、複数の導電性領域を備え、各導電性領域は、前面およびそれぞれのエリアを有する。複数の導電性領域は、複数の第1の導電性領域および少なくとも1つの第2の導電性領域を含む。第3の装置は、誘電体材料の複数の領域をさらに備え、各領域が(i)それぞれの前面と、(ii)複数の導電性領域の対応する1つの前面に対して配置されたそれぞれの後面とを有する。第3の装置は、誘電体材料の複数の領域の前面を被験者の身体上または身体内に保持し、複数の導電性領域をそれぞれの位置で支持するように構成された基板をさらに備える。第3の装置は、複数の第1のピンおよび少なくとも1つの第2のピンを有するコネクタをさらに備える。第3の装置は、少なくとも1つの導体をさらに備え、各導体は、それぞれの第2のピンとそれぞれの第2の導電性領域との間に導電性経路を提供する。第3の装置は、複数のキャパシタをさらに備え、各キャパシタは、第1の導電性領域のそれぞれに電気的に接続されたそれぞれの第1の端子と、第1のピンのそれぞれに電気的に接続されたそれぞれの第2の端子とを有する。
第3の装置のいくつかの実施形態では、それぞれの位置は重心の周りに分布し、第1の導電性領域の各々は、各第2の導電性領域よりも重心に対してより周辺に配置される。任意選択で、これらの実施形態では、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、および少なくとも5つの導体が存在する。
第3の装置のいくつかの実施形態では、少なくとも3つの第1の導電性領域および少なくとも6つの第2の導電性領域が存在する。これらの実施形態では、それぞれの位置は、第1の導電性領域の各々がパターンの所与の一端に配置され、第2の導電性領域のいずれもパターンの所与の一端に配置されないようなパターンに分布される。
TTFieldsを送達するための従来技術のOptune(登録商標)システムの概略図である。 脳腫瘍を治療するためのトランスデューサアレイの人の頭部への配置を示す図である。 脳腫瘍を治療するためのトランスデューサアレイの人の頭部への配置を示す図である。 脳腫瘍を治療するためのトランスデューサアレイの人の頭部への配置を示す図である。 脳腫瘍を治療するためのトランスデューサアレイの人の頭部への配置を示す図である。 被験者の身体にTTFieldsを印加するために使用されるトランスデューサアレイの第1の実施形態の概略図である。 トランスデューサアレイ内の単一電極素子の側面図である。 被験者の身体にTTFieldsを印加するために使用されるトランスデューサアレイの第2の実施形態の概略図である。 被験者の身体にTTFieldsを印加するために使用されるトランスデューサアレイの第3の実施形態を含むシステムのブロック図である。 被験者の身体にTTFieldsを印加するために使用されるトランスデューサアレイの第4の実施形態を含むシステムのブロック図である。 被験者の身体にTTFieldsを印加するために使用されるトランスデューサアレイの第5の実施形態を含むシステムのブロック図である。 被験者の身体にTTFieldsを印加するために使用されるトランスデューサアレイの第6の実施形態を含むシステムのブロック図である。 被験者の身体にTTFieldsを印加するために使用されるトランスデューサアレイの第7の実施形態を含むシステムのブロック図である。 被験者の身体にTTFieldsを印加するために使用されるトランスデューサアレイの第8の実施形態の概略図である。
従来技術の9素子3×3のトランスデューサアレイから捕捉された温度データを多くの解剖学的状況で調べたところ、本発明者らは興味深いパターンを認識した。より具体的には、本発明者らは、無作為に選択された20人の被験者にTTFieldsを印加するために80個の従来技術のトランスデューサアレイを使用したとき、これらのアレイから温度データを取得した。各トランスデューサアレイには9つのセラミック素子が3×3のアレイ状に配置されており、所与のトランスデューサアレイ内のすべてのセラミック素子の構造は同一であった。データは、各トランスデューサアレイ内の個々のセラミック素子からの温度測定値(トランスデューサアレイ内に組み込まれたサーミスタを使用して取得された)を含んでいた。温度測定データは、所与のトランスデューサアレイ内のどのセラミック素子が最初に41.1℃に達したかを判定するために分析された(この場合、その素子が規制しきい値を超えて過熱するのを防ぐために電圧の低下が必要であった)。この分析により、90%以上の確率で、最初に41.1℃に達したセラミック素子は、4つのコーナー素子のうちの1つであることが明らかになった。そして、とりわけ、これらのケースでの最も高温の素子と最も低温の素子との間の温度差は、通常3～5℃であった。また、コンピューターシミュレーションでは、コーナー素子を流れる電流は非コーナー素子を流れる電流よりも高いことも示唆されている。
また、温度測定データを分析して、各ディスク位置の平均温度と標準偏差を求めた。この分析により、4つのコーナー素子の平均温度は37.84℃(標準偏差=1.32、N=639,413の温度測定値)であったのに対し、測定されたすべての非コーナー素子の平均温度は37.14℃(標準偏差=1.15、N=641,708の温度測定値)であることが明らかになった。これは、4つのコーナー素子は、測定された非コーナー素子よりも平均して0.7℃高温になったことを意味する。
上述のように、多くの解剖学的状況において、コーナー素子は非コーナー素子よりも高温になる傾向がある。しかし、他の解剖学的状況では、電極素子の異なるセットは、残りの電極素子よりも高温になる傾向がある可能性がある。たとえば、アレイの一端の素子は、(a)アレイの反対側の端にある電極素子と、(b)アレイの中央にある電極素子の両方よりも高温になる傾向がある。
所与の電極素子が安全しきい値温度未満で動作しているときは常に、その電極素子を流れる電流を増加させても安全である。低温素子の温度が安全しきい値に達するまで、低温素子に流れる電流が増加すると、総治療電流が増加する。
本明細書で説明する実施形態は、より高温になる傾向がある電極素子を流れる電流を先制的に減少させることによって、(従来技術のトランスデューサアレイと比較して)所与のトランスデューサアレイ内の電極素子の平均予想温度上昇のバランスをとる。ほとんどの解剖学的状況では、これは各トランスデューサアレイのより周辺に位置する電極素子(たとえば、コーナー/エンド素子)となる。これにより、所与のトランスデューサアレイの多くの電極素子が、安全しきい値温度により近い温度で動作することが可能になり、トランスデューサアレイ全体を介して供給される総治療電流が増加する。
より具体的には、電流の低減は、より熱くなる傾向があるトランスデューサアレイ上の各電極素子と直列に接続されたそれぞれのキャパシタを追加することによって達成される。これらのキャパシタは、平均よりも高い割合で加熱すると予想されるそれぞれの電極素子と直列にインピーダンスを加える。その結果、これらの電極素子を通過する電流が減少し、次いで、これらの電極素子の温度が低下する(高温になる傾向がある電極素子の温度と残りの素子の温度とのバランスがとれるように)。このバランスをとることで、トランスデューサアレイ全体で扱う総電流を増加させることが可能になり、治療効果を高めることができる。
図3Aは、参照しやすくするためにE1～E9のラベルを付している複数の容量結合電極素子52を含むトランスデューサアレイ50の第1の実施形態を示す。図3Aには9つの電極素子が示されているが、その数は変えることができる(たとえば6から50の間)。図3A(および後述する図4～図10)に適用される単一の電極素子52の側面図詳細である図3Bに示されるように、これらの電極素子52の各々は、その上に配置された誘電体材料の領域52Dを有する導電性領域52Cを有する。より具体的には、導電性領域52Cの各々は、前面およびそれぞれのエリアを有し、誘電体材料の領域52Dの各々は、(i)それぞれの前面と、(ii)複数の導電性領域52Cの対応する1つの前面に対して配置されたそれぞれの後面とを有する。いくつかの実施形態では、これらの電極素子52の各々は、セラミックディスクの後面に配置されたメタライゼーション層(導電性領域52Cとして機能する)を有するセラミック材料のディスク(誘電体材料の領域52Dとして機能する)を備え、これは、Optune(登録商標)システムで使用される従来技術の電極素子の構造と同様である。代替実施形態では、異なるタイプの導電性領域が使用され得(たとえば、フレックス回路上のパッド)、異なるタイプの誘電体層が使用され得る(たとえば、Poly(VDF-TrFE-CtFE)およびPoly(VDF-TrFE-CFE)のような高誘電率を有するポリマーの層)。いくつかの実施形態では、すべての導電性領域52Cの面積の合計は少なくとも25cm2であり、いくつかの実施形態では、それらすべての面積の合計は少なくとも50cm2または少なくとも100cm2である。
基板59は、各電極素子52の誘電体材料の複数の領域52Dの前面を被験者の身体上または身体内に保持し、複数の導電性領域52Cを、重心の周りに分布するそれぞれの位置で支持するように構成される。任意選択で、この基板59は、柔軟性のある裏地(たとえば、発泡材料の層)を備え得る。好ましくは、トランスデューサアレイ50が被験者の身体に対して配置されるとき、電極素子52の誘電体層と被験者の身体との間にヒドロゲルまたは導電性接着剤の層が配置される。基板59の構築は、限定はされないが、粘着性の布、発泡体、またはプラスチックシートを含む、関連技術の当業者には明らかであろう様々な従来のアプローチのいずれかを使用して実施され得る。
図3Aの実施形態では、電極素子E1～E9の導電性領域の重心は、たまたま電極素子E5の中心と一致する。しかし、異なる数の電極素子がトランスデューサアレイに含まれるとき、重心はどの電極素子とも一致しない可能性がある。
図3Aの実施形態では、導電性領域52Cは、本明細書では第1の導電性領域および第2の導電性領域と呼ばれる2つのグループに分割される。基板59は、各第1の導電性領域が各第2の導電性領域よりも重心に対してより周辺に配置されるように電極素子52を支持する。図3Aに示された実施形態では、4つのコーナー素子52の各々の導電性領域(すなわち、より周辺に配置されたE1、E3、E7、E9)が第1の導電性領域に相当し、他の電極素子52の導電性領域(すなわち、E2、E4～6、およびE8)が第2の導電性領域に相当する。
トランスデューサアレイ50は、同じく基板59によって支持されている複数の第1のキャパシタ55も含む。キャパシタ55の各々は、(より周辺に位置する電極素子に対応する)第1の導電性領域のそれぞれと電気的に直列に接続されている。図3Aの実施形態では、これは、各キャパシタの一方の端子を第1の導電性領域のそれぞれに配線し、各キャパシタの他方の端子を主導体に配線することで達成される。加えて、図3Aの実施形態では、各第2の導電性領域(すなわち、より中央に位置する電極素子に対応する)も主導体に配線されている。任意選択で(図3Aに示されるように)、主導体はまた、トランデューサアレイ50を駆動するAC信号発生器20にトランデューサアレイ50を接続するコネクタ57に接続されている。本明細書で説明する配線は、フレックス回路上の1つもしくは複数のトレース、および/または1つもしくは複数の導電性ワイヤを使用して実施され得ることに留意されたい。
キャパシタ55の各々は、より周辺に位置する電極素子(すなわち、示された実施形態では、E1、E3、E7、およびE9)のそれぞれと直列にそれぞれのインピーダンスを追加する。したがって、(直列キャパシタを含まない従来技術のコーナー素子と比較して)それらの電極素子を流れる電流は減少する。電流が減少した結果、電極素子E1、E3、E7、E9は、直列キャパシタを含まない従来技術のコーナー素子ほど熱くならない。
キャパシタをより周辺に位置する電極素子と直列に配置することが、電極素子の所与のアレイ内の電極素子の動作温度の広がりにどのように影響するかを測定するために、一連の実験が行われた。対照として、従来技術のOptune(登録商標)システムの容量結合電極素子の3×3アレイのペアを、生きている人間の被験者の片方の大腿部の反対側に配置し、アレイ上の温度が定常状態に達するまで、それらのアレイを介して1.6Aの電流が供給された。これらのアレイの各電極素子の静電容量は50pFである。被験者#1の結果は以下の通りであった(値はすべて℃)。
また、被験者#2の結果は以下の通りであった(値はすべて℃)。
次いで、従来技術のOptune(登録商標)システムからの容量結合電極素子の3×3アレイの各々が、4つの17pFキャパシタを使用して変更された(すなわち、4つのコーナー電極素子の各々に、それぞれ直列に17pFキャパシタのうちの1つを追加することによって)以外は、同じ条件で同じ実験が繰り返された。被験者#1の結果は以下の通りであった(値はすべて℃)。
また、被験者#2の結果は以下の通りであった(値はすべて℃)。
(a)Table 1(表1)のデータをTable 3(表3)のデータと比較し、(b)Table 2(表2)のデータをTable 4(表4)のデータと比較すると、コーナー素子と直列にキャパシタを追加することにより、アレイのコーナーに配置された電極素子と、アレイのコーナーに配置されていない電極素子との間の動作温度の広がりが低減することが明らかになる。これにより、最終的に、任意のトランスデューサアレイの多くの電極素子が、安全しきい値温度により近い温度で動作することが可能になり、これは、所与のトランスデューサアレイ全体を介して供給される総治療電流を増加させることができ、これにより、治療効果が有利に向上することを意味する。
Tables 1-4(表1～4)に関連して上述した実験では、素子あたりの静電容量が50pFの容量結合電極素子および17pFのキャパシタを使用し、これは、電極素子の静電容量がキャパシタの静電容量よりも3倍大きかったことを意味することに留意されたい。しかし、代替実施形態では、電極素子の静電容量は、キャパシタの静電容量よりも2倍から5倍大きくなる可能性がある。
好ましくは、各トランスデューサアレイ50は、電極素子52と熱的に接触する温度センサー(たとえば、図示しないサーミスタ)も含む。これらのセンサーは電極素子の温度を感知し、コネクタ57内の追加ワイヤ(図示せず)を介して、トランスデューサアレイ50を駆動するフィールドジェネレータに対応する信号を送る。これは、Optune(登録商標)の従来技術のシステムで使用されているのと同じアプローチを使用して行うことができ、この場合、図3Aのトランスデューサアレイ50は、図1に示す従来技術のOptune(登録商標)AC信号発生器20と逆互換性がある。電極素子の温度を感知し、その温度をトランスデューサアレイ50を駆動するシステム20に報告するための様々な代替アプローチのいずれかを使用することもできる。しかしながら、代替の温度検知/報告アプローチが使用される場合、トランスデューサアレイ50は、もはや従来技術のOptune(登録商標)AC信号発生器と互換性がない可能性がある。
図4は、E1～E9のラベルを付している複数の容量結合電極素子52を含むトランスデューサアレイ150の第2の実施形態を示す。図3Aの実施形態のように、電極素子の数は変えることができる。図3A/図3Bに関連して上述したように、これらの電極素子52の各々は、導電性領域52Cを有し、その上に誘電体材料の領域52Dが配置される。より具体的には、導電性領域52Cの各々は、前面およびそれぞれのエリアを有し、誘電体材料の領域52Dの各々は、(i)それぞれの前面と、(ii)複数の導電性領域の対応する1つの前面に対して配置されたそれぞれの後面とを有する。すべての導電性領域の面積の合計は、図3A/図3Bに関連して上述したように、少なくとも25cm2、少なくとも50cm2、または少なくとも100cm2とすることができる。
導電性領域52Cは、図3A/図3Bに関連して上述したのと同じ2つのグループに分割される。そして、基板59は、図3Aに関連して上述したように、重心の周りに分布するそれぞれの位置で電極素子52を支持する。
トランスデューサアレイ150は、同じく基板59によって支持されている複数の第1のキャパシタ55も含む。キャパシタ55の各々は、(より周辺に位置する電極素子52に対応する)第1の導電性領域のそれぞれと電気的に直列に接続されている。図4の実施形態では、これは複数の第1のピンと少なくとも1つの第2のピンとを有するコネクタ157を使用して達成される。キャパシタ55の各々は、第1の導電性領域のそれぞれに電気的に接続されたそれぞれの第1の端子と、第1のピンのそれぞれに電気的に接続されたそれぞれの第2の端子とを有する。少なくとも1つの導体も設けられており、各導体は、それぞれの第2のピンとそれぞれの第2の導電性領域との間に導電性経路を提供する。本明細書で説明する配線は、フレックス回路上の1つもしくは複数のトレース、および/または1つもしくは複数の導電性ワイヤを使用して実施され得る。
注目すべきは、この図4の実施形態における各電極素子52(E1～E9)は、それ自体の専用ワイヤによって駆動されるので、所与の電極素子(E1～E9)の温度を低減するための代替アプローチを、コーナー素子(E1、E3、E7、E9)の温度を低減するための直列キャパシタベースのアプローチと組み合わせて使用することができる。たとえば、所与の電極素子が他の電極素子よりも熱くなっている場合、AC信号発生器120は、所与の素子がコーナー素子であるか非コーナー素子であるかに関係なく、所与の素子を冷却するために、その素子に印加される信号のデューティサイクルを下げることができる。
AC信号発生器120は、AC信号の一方の極性をコネクタ157の各ピンに提供し、AC信号の他方の極性を、同一であってもよい別の別個のトランデューサアレイ150に給電する対応するコネクタの各ピンに提供する。
上述した図3Aの実施形態と同様に、この図4の実施形態における各キャパシタ55は、より周辺に位置する電極素子のそれぞれと直列にそれぞれのインピーダンスを追加する。したがって、それらの電極素子を流れる電流は減少するので、直列キャパシタを含まない従来技術のコーナー素子ほど熱くならない。好ましくは、各トランスデューサアレイ150は、温度センサー(たとえば、図3Aに関連して上述したように、図示しないサーミスタ)も含む。
図5は、E1～E9のラベルを付している複数の容量結合電極素子52を含むトランスデューサアレイ250の第3の実施形態を示す。図3Aの実施形態のように、電極素子の数は変えることができる。図3A/図3Bに関連して上述したように、これらの電極素子52の各々は、導電性領域52Cを有し、その上に誘電体材料の領域52Dが配置される。より具体的には、導電性領域52Cの各々は、前面およびそれぞれのエリアを有し、誘電体材料の領域52Dの各々は、(i)それぞれの前面と、(ii)複数の導電性領域の対応する1つの前面に対して配置されたそれぞれの後面とを有する。すべての導電性領域の面積の合計は、図3A/図3Bに関連して上述したように、少なくとも25cm2、少なくとも50cm2、または少なくとも100cm2とすることができる。
導電性領域52Cは、図3A/図3Bに関連して上述したのと同じ2つのグループに分割される。そして、基板59は、図3Aに関連して上述したように、重心の周りに分布するそれぞれの位置で電極素子52を支持する。
この図5の実施形態は、複数の第1のキャパシタ55も含む。しかし、図3Aおよび図4の実施形態について上述したように、キャパシタ55を(基板59によって支持された)トランスデューサアレイ上に配置するのではなく、この図5の実施形態におけるキャパシタ55は、AC信号発生器220内に(すなわち、コネクタ57/257の反対側に)存在する。トランスデューサアレイ250の第1の導電性領域の各々および第2の導電性領域の各々は、コネクタ257のそれ自体の個々のピンに配線されている。そして、キャパシタ55の各々は、(より周辺に位置する電極素子に対応する)第1の導電性領域の1つに給電するピンのそれぞれと電気的に直列に接続されている。たとえば、図5の実施形態では、電極素子E1、E3、E7、およびE9が第1の導電性領域に対応し、キャパシタC1、C3、C7、およびC9が、それらの第1の導電性領域に給電するコネクタ257のピンと直列に配線されている。
AC信号発生器220は、C1、C3、C7、およびC9の各々の下部端子にAC信号の1つの極性を提供し、第2の導電性領域(すなわち、電極素子E2、E4、E5、E6、およびE8に対応する)の各々に給電するコネクタ257のピンにAC信号のその同じ極性を直接提供するAC電圧発生器225を含む。AC信号の他方の極性は、同一であってもよい第2のトランスデューサアレイ(図示せず)に給電する対応するコネクタの対応するピンに提供され、対応するキャパシタは、第2の(同一の)トランスデューサアレイの各第1の導電性領域(コーナー素子に対応する)に給電するこれらのピンと直列に配線される。
上述した図3Aの実施形態と同様に、この図5の実施形態における各キャパシタ55は、より周辺に位置する電極素子52のそれぞれと直列にそれぞれのインピーダンスを追加する。したがって、それらの電極素子を流れる電流は減少するので、直列キャパシタを含まない従来技術のコーナー素子ほど熱くならない。好ましくは、各トランスデューサアレイ250は、温度センサー(たとえば、図3Aに関連して上述したように、図示しないサーミスタ)も含む。
図6は、複数の容量結合電極素子52(E1～E9のラベルを付している)を含むトランスデューサアレイ350の第4の実施形態を示す。この図6の実施形態は、電子制御スイッチ60がキャパシタ55の各々(C1、C3、C7、およびC9)と並列に配線され、コントローラ330がこれらのスイッチ60の各々(4つのキャパシタC1、C3、C7、およびC9に対応してS1、S3、S7、およびS9とラベル付けされている)の状態を制御することを除いて、上述の図5の実施形態と同様である(すなわち、キャパシタ55がAC信号発生器320内に存在し、各キャパシタが図5の実施形態について説明したように接続され配線されている)。
上述した図5の実施形態と同様に、この図6の実施形態における各キャパシタ55は、より周辺に位置する電極素子のそれぞれと直列にそれぞれのインピーダンスを追加する。したがって、それらの電極素子を流れる電流は減少するので、直列キャパシタを含まない従来技術のコーナー素子ほど熱くならない。
好ましくは、各トランスデューサアレイ350は、温度センサー(たとえば、図3Aに関連して上述したように、電極素子52に関連付けられ、基板59によって支持される、図示しないサーミスタ)も含む。コントローラ330は、温度センサーから受信したデータに基づいて、各スイッチ60の状態を制御し得る。たとえば、コントローラ330は、すべてのスイッチ60が開いている初期状態にデフォルト設定することができる。その後、コントローラ330は、コーナー電極素子52のうちの1つがより多くの電流を扱うことができるように十分に冷えていることを検出した場合、スイッチ60のうちの対応する1つを閉じることができる。これにより、それぞれのキャパシタ55と並列に低インピーダンス経路が導入され、それぞれの電極素子52への電流が増加する。
AC信号発生器320、AC電圧発生器325、およびコネクタ357は、図5に関連して上述した対応する要素220、225、および257について説明したように機能する。
図7は、複数の容量結合電極素子52(E1～E9のラベルを付している)を含むトランスデューサアレイ450の第5の実施形態を示す。この図7の実施形態は、図5のキャパシタ55の各々が可変キャパシタ455(C1、C3、C7、およびC9)に置き換えられ、コントローラ430がこれらの可変キャパシタ455の各々の静電容量を制御することを除いて、上述の図5の実施形態と同様である(すなわち、可変キャパシタ455がAC信号発生器420内に存在し、各キャパシタが図5の実施形態について説明したように接続され配線されている)。
上述した図5の実施形態と同様に、この図7の実施形態における各可変キャパシタ455は、より周辺に位置する電極素子52のそれぞれと直列にそれぞれのインピーダンスを追加する。したがって、それらの電極素子を流れる電流は減少するので、直列キャパシタを含まない従来技術のコーナー素子ほど熱くならない。
好ましくは、各トランスデューサアレイ450は、温度センサー(たとえば、図3Aに関連して上述したように、電極素子52に関連付けられ、基板59によって支持される、図示しないサーミスタ)も含む。コントローラ430は、温度センサーから受信したデータに基づいて、各可変キャパシタ455の状態を制御し得る。たとえば、コントローラ430は、すべての可変キャパシタ455が、最も高い直列インピーダンスを提供する最小静電容量に設定される初期状態にデフォルト設定することができる。その後、コントローラ430は、コーナー電極素子52のうちの1つがより多くの電流を扱うことができるように十分に冷えていることを検出した場合、対応する可変キャパシタ455の静電容量を増加させることができる。これにより、可変キャパシタ455のインピーダンスが低下し、それぞれの電極素子52への電流が増加する。
AC信号発生器420、AC電圧発生器425、およびコネクタ457は、図5に関連して上述した対応する要素220、225、および257について説明したように機能する。
図8は、複数の容量結合電極素子52(E1～E9のラベルを付している)を含むトランスデューサアレイ550の第6の実施形態を示す。この図8の実施形態は、それぞれの第1の導電性領域と電気的に直列に接続された(対応する電子制御スイッチ60が各キャパシタ55と並列に配線される)複数の第1のキャパシタ55に加えて、この実施形態は、それぞれの第2の導電性領域と電気的に直列に接続された複数の第2のキャパシタ55も含む(対応する電子制御スイッチ60が各キャパシタ55と並列に配線される)ことを除いて、上述した図6の実施形態と同様である(すなわち、キャパシタ55がAC信号発生器520内に存在し、各キャパシタが図5の実施形態について説明したように接続され配線されている)。したがって、図8に示される例示的な実施形態では、9つの電極素子(E1～E9とラベル付け)、9つのキャパシタ55(C1～C9とラベル付け)、9つの電気制御スイッチ60(S1～S9とラベル付け)が存在し、各々キャパシタ55のそれぞれと並列に配線されている。これにより、コントローラ530は、(より周辺に位置する電極素子52につながるインピーダンスのみを制御するのとは対照的に)すべての電極素子52につながるインピーダンスを制御する。
好ましくは、各トランスデューサアレイ550は、温度センサー(たとえば、図3Aに関連して上述したように、電極素子52に関連付けられ、基板59によって支持される、図示しないサーミスタ)も含む。コントローラ530は、温度センサーから受信したデータに基づいて、各スイッチ60の状態を制御し得る。たとえば、コントローラ530は、すべてのスイッチ60が開いている初期状態にデフォルト設定することができる。その後、コントローラ530は、任意の電極素子52がより多くの電流を扱うことができるように十分に冷えていることを検出した場合、スイッチ60の対応する1つを閉じることができる。これにより、それぞれのキャパシタ55と並列に低インピーダンス経路が導入され、それぞれの電極素子52への電流が増加する。
この図8の実施形態における各キャパシタ55は、電極素子のそれぞれと直列にそれぞれのインピーダンスを追加する。したがって、コントローラ530は、第1の導電性領域(すなわち、より周辺に位置する領域)に至る経路にインピーダンスを選択的に追加することができ、これにより、対応する電極素子52を流れる電流を減少させ、これは、対応する温度の低下につながる。
AC信号発生器520、AC電圧発生器525、およびコネクタ557は、図5に関連して上述した対応する要素220、225、および257について説明したように機能する。
図9は、複数の容量結合電極素子52(E1～E9のラベルを付している)を含むトランスデューサアレイ650の第7の実施形態を示す。この図9の実施形態は、それぞれの第1の導電性領域と電気的に直列に接続された複数の第1の可変キャパシタ455に加えて、この実施形態は、それぞれの第2の導電性領域と電気的に直列に接続された複数の第2の可変キャパシタ455も含むことを除いて、上述した図7の実施形態と同様である(すなわち、可変キャパシタ455がAC信号発生器620内に存在し、各キャパシタが図5の実施形態に関して説明したように接続され配線されている)。したがって、図9に示される例示的な実施形態では、9つの電極素子(E1～E9とラベル付け)および9つの可変キャパシタ455(C1～C9とラベル付け)が存在する。これにより、コントローラ630は、(より周辺に位置する電極素子52につながるインピーダンスのみを制御するのとは対照的に)すべての電極素子52につながるインピーダンスを制御する。
好ましくは、各トランスデューサアレイ650は、温度センサー(たとえば、図3Aに関連して上述したように、電極素子52に関連付けられ、基板59によって支持される、図示しないサーミスタ)も含む。コントローラ630は、温度センサーから受信したデータに基づいて、各可変キャパシタ455の状態を制御し得る。たとえば、コントローラ630は、すべての可変キャパシタ455が、最も高い直列インピーダンスを提供する最小静電容量に設定される初期状態にデフォルト設定することができる。その後、コントローラ630は、コーナー電極素子52のうちの1つがより多くの電流を扱うことができるように十分に冷えていることを検出した場合、対応する可変キャパシタ455の静電容量を増加させることができる。これにより、可変キャパシタ455のインピーダンスが低下し、それぞれの電極素子52への電流が増加する。
この図9の実施形態における各可変キャパシタ455は、電極素子52のそれぞれと直列にそれぞれのインピーダンスを追加する。したがって、コントローラ630は、第1の導電性領域(すなわち、より周辺に位置する領域)に至る経路にインピーダンスを選択的に追加することができ、これにより、対応する電極素子52を流れる電流を減少させ、これは、対応する温度の低下につながる。
AC信号発生器620、AC電圧発生器625、およびコネクタ657は、図5に関連して上述した対応する要素220、225、および257について説明したように機能する。
図10は、複数の容量結合電極素子52(E1～E9のラベルを付している)を含むトランスデューサアレイ750の第8の実施形態を示す。この図10の実施形態は、図3Aの実施形態における固定キャパシタ55が、可変キャパシタ755に置き換えられ、サーミスタベースの回路(それぞれ電極素子E1、E3、E7、およびE9でA1、A3、A7、およびA9として示される)が、それぞれの電極素子の温度に基づいて可変キャパシタ755の静電容量を自動的に調整するために使用されることを除いて、上述した図3Aの実施形態と同様である。各サーミスタベースの回路A1、A3、A7、およびA9を実装するのに適した回路の一例が、図10の右下隅の挿入図に示されており、A(typ.)とラベル付けされている。しかし、直列静電容量を制御するために、A(typ.)回路の代わりに様々な代替回路を使用することができる。
示された実施形態では、各サーミスタベースの回路は、電極素子52のそれぞれと熱的に接触するように配置されているサーミスタ770(たとえば、図10の挿入図にT9として示されている正の温度係数サーミスタ)を含む。各サーミスタ770はプルアップ抵抗器760と直列に配線されており、サーミスタ770の温度が上昇すると、所与のサーミスタ770と対応する抵抗器760との間のノードの電圧が上昇するようになっている。このノードの信号は、可変キャパシタ755(図10の挿入図ではC9として示されている)の静電容量を制御する。たとえば、可変キャパシタ755は、静電容量が200pF(制御信号が0Vのとき)から100pF(制御信号が3Vのとき)まで変化するMurata LXRW0YV201-059とすることができる。
所与の電極素子が低温で開始すると仮定する。これにより、制御ノードの電圧は比較的低くなり、可変キャパシタ755の静電容量は比較的高くなる。この比較的高い静電容量により、比較的低い直列インピーダンスが得られ、これによって最初は十分な量の電流が電極素子52に到達できるようになる。
ここで、十分な量の電流が電極素子52のうちの1つを発熱させると仮定する。対応するサーミスタ770は、電極素子52と熱的に接触しているので、発熱し、制御ノードの電圧を上昇させる。この電圧の上昇により、可変キャパシタ755の静電容量は低下し、これは、可変キャパシタ755のインピーダンスが上昇することを意味する。そして、可変キャパシタ755におけるインピーダンスのこの増加は、平衡に達するまで電極素子52を流れる電流量を減少させる。抵抗器760の値およびサーミスタ770の公称値は、平衡点が41℃未満になるように選択され得る。
注目すべきは、この図10の実施形態は、コーナー素子E1、E3、E7、E9と直列に配線された可変キャパシタ755の静電容量を自動的に調整して、コーナー素子(他の素子よりも高温になると予想される)と非コーナー素子との間の動作温度の広がりが低減する。しかし、代替の実施形態では、図10の挿入図に示される回路のコピーが、すべての電極素子E1～E9と直列に含まれ、この場合、(コーナー素子だけとは対照的に)*任意の*所与の電極素子の加熱は、所与の素子と直列に配線されるそれぞれの可変キャパシタ755の静電容量を減少させる(それによってインピーダンスを増加させる)。そして、インピーダンスのこの増加は、平衡に達するまで、所与の電極素子を流れる電流量を減少させる。したがって、これらの代替実施形態は、(コーナー要素だけとは対照的に)すべての電極素子E1～E9の自動電流調整を提供する。
上述のように、多くの解剖学的状況において、コーナー素子は非コーナー素子よりも高温になる傾向がある。そして、このような状況では、上述のようにコーナー素子と直列にキャパシタを配線することで、コーナー素子と非コーナー素子との間の動作温度の広がりが低減する。しかし、ある特定の解剖学的状況では、他の素子よりも熱くなる傾向があるのはコーナー素子ではない。代わりに、これらの解剖学的状況では、アレイの一端の電極素子は、アレイの反対側の端にある電極素子とアレイの中央にある電極素子の両方よりも高温になる傾向がある。
このような解剖学的状況の一例は、被験者の前頭部/頭頂部に配置された9素子電極アセンブリ(たとえば、図2Aのように)と、被験者の後頭部に配置された第2の9素子電極アセンブリ(たとえば、図2Bのように)との間にTTFieldsが印加される場合である。この解剖学的状況では、図2Aアレイのすべての9つの電極素子と図2Bアレイのすべての9つの電極素子との間に同じ信号が印加される場合、図2Aアレイの最後部の3つの素子および図2Bアレイの上部の3つの素子は、典型的には、これらのアレイの残りの素子よりも著しく高温になる。より具体的には、この状況のヒートマップ分析により、図2Aアレイの最後尾の3つの素子は約37.5℃で動作し、そのアレイの他の6つの素子は約36.25℃で動作した。これらの解剖学的状況では、(上述のように)コーナー素子と直列にキャパシタを配線する代わりに、アレイの高温になる端に配置された3つの電極素子と直列にキャパシタを配線することによって、所与のアレイ上の電極素子間の動作温度の広がりを低減させることができる。
他の解剖学的状況では、電極素子の異なるサブセットは、残りの電極素子よりも高音になる傾向がある可能性がある。これらの状況では、より高温になると予想される電極素子と直列にキャパシタを配線することで、所与のアレイ上の電極素子間の動作温度の広がりを低減させることができる。
どの電極素子が他の電極素子よりも高温になるかが事前にわからないとき、電極素子ごとに個別のそれぞれの切り替え可能なキャパシタ(図8の実施形態のように)、または電極素子ごとに個別のそれぞれの可変キャパシタ(図9の実施形態のように)を含む実施形態を使用することが有益であり得る。これは、コントローラ530/630が、どの電極素子がより高温になっているかをリアルタイムで確認し、それらの電極素子への直列インピーダンスを増加させることができるためである。インピーダンスの増加によって、それらの電極素子での電流が減少し、その電極素子の温度が低下し、動作温度の広がりが低減する。
図3～図10に示された例示的な実施形態はすべて、矩形パターンに配置された9つの電極素子E1～E9を示しているが、本明細書で説明する概念は、電極素子の数が異なる電極アセンブリ、および/または電極素子が他のパターン(たとえば、円形、長円形、多角形、または不規則なパターン)に配置された電極アセンブリにも同様に適用可能であることに留意されたい。
本開示の任意の見出し下または任意の部分に示された実施形態は、本明細書において別段の指示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾する場合を除き、本開示の同じまたは他の見出し下または他の部分に示された実施形態と組み合わせることができる。
本発明を特定の実施形態を参照して開示したが、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に対する多数の修正、変更、および変更が可能である。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲およびその均等物の文言によって定義される全範囲を有することが意図される。
20 AC信号発生器
21～24 トランスデューサアレイ
50 トランスデューサアレイ
52 容量結合電極素子
52C 導電性領域
52D 誘電材料の領域
55 第1のキャパシタ
57 コネクタ
59 基板
60 電子制御スイッチ
120 AC信号発生器
150 トランスデューサアレイ
157 コネクタ
220 AC信号発生器
225 AC電圧発生器
250 トランスデューサアレイ
257 コネクタ
320 AC信号発生器
325 AC電圧発生器
330 コントローラ
357 コネクタ
420 AC信号発生器
425 AC電圧発生器
430 コントローラ
455 可変キャパシタ
457 コネクタ
520 AC信号発生器
525 AC電圧発生器
530 コントローラ
550 トランスデューサアレイ
557 コネクタ
620 AC信号発生器
625 AC電圧発生器
630 コントローラ
650 トランスデューサアレイ
657 コネクタ
760 プルアップ抵抗器
770 サーミスタ
755 可変キャパシタ

Claims (31)

  1. 生体被験者に交流電場を印加するための装置であって、
    複数の導電性領域であり、前記導電性領域の各々が、前面およびそれぞれのエリアを有し、前記複数の導電性領域が、複数の第1の導電性領域および少なくとも1つの第2の導電性領域を含む、複数の導電性領域と、
    誘電体材料の複数の領域であり、各領域が(i)それぞれの前面と、(ii)前記複数の導電性領域の対応する1つの前記前面に対して配置されたそれぞれの後面とを有する、誘電体材料の複数の領域と、
    誘電体材料の前記複数の領域の前記前面を前記被験者の身体上または身体内に保持し、前記複数の導電性領域をそれぞれの位置で支持するように構成された基板と、
    各第2の導電性領域に電気的に接続された主導体と、
    複数のキャパシタであり、各キャパシタが、前記第1の導電性領域のそれぞれに電気的に接続されたそれぞれの第1の端子と、前記主導体に電気的に接続されたそれぞれの第2の端子とを有する、複数のキャパシタと
    を備える、装置。
  2. 前記それぞれの位置が重心の周りに分布し、前記第1の導電性領域の各々が、各第2の導電性領域よりも前記重心に対してより周辺に配置される、請求項1に記載の装置。
  3. 前記装置が、少なくとも4つの第1の導電性領域および少なくとも5つの第2の導電性領域を有する、請求項2に記載の装置。
  4. 前記装置が、少なくとも3つの第1の導電性領域および少なくとも6つの第2の導電性領域を有し、
    前記それぞれの位置が、前記第1の導電性領域の各々がパターンの所与の一端に配置され、前記第2の導電性領域のいずれも前記パターンの前記所与の一端に配置されないような前記パターンに分布される、
    請求項1に記載の装置。
  5. (a)被験者の身体上または身体内に配置される複数の第1の容量結合電極素子と、(b)被験者の身体上または身体内に配置される少なくとも1つの第2の容量結合電極素子との間の動作温度の広がりを低減させる方法であって、
    それぞれの第1のキャパシタが前記複数の第1の容量結合電極素子の各々と直列に配線されている間に、前記複数の第1の容量結合電極素子の各々を介してAC電流を駆動するステップと、
    前記少なくとも1つの第2の容量結合電極素子を介してAC電流を駆動するステップと
    を含む、方法。
  6. 前記複数の第1の容量結合電極素子の各々が、前記それぞれの第1のキャパシタよりも2～5倍大きい静電容量を有する、請求項5に記載の方法。
  7. 前記複数の第1の容量結合電極素子および前記少なくとも1つの第2の容量結合電極素子を、重心の周りに分布するそれぞれの位置で支持するステップをさらに含み、
    前記第1の容量結合電極素子の各々が、各第2の容量結合電極素子よりも前記重心に対してより周辺に配置される、請求項5に記載の方法。
  8. 少なくとも3つの第1の容量結合電極素子および少なくとも6つの第2の容量結合電極素子が存在し、
    前記方法が、前記少なくとも3つの第1の容量結合電極素子および前記少なくとも6つの第2の容量結合電極素子をそれぞれの位置で支持するステップをさらに含み、
    前記それぞれの位置が、前記第1の容量結合電極素子の各々がパターンの所与の一端に配置され、前記第2の容量結合電極素子のいずれも前記パターンの前記所与の一端に配置されないような前記パターンに分布される、
    請求項5に記載の方法。
  9. 生体被験者に交流電場を印加するための装置であって、
    複数の導電性領域であり、前記導電性領域の各々が、前面およびそれぞれのエリアを有し、前記複数の導電性領域が、複数の第1の導電性領域および少なくとも1つの第2の導電性領域を含む、複数の導電性領域と、
    誘電体材料の複数の領域であり、各領域が(i)それぞれの前面と、(ii)前記複数の導電性領域の対応する1つの前記前面に対して配置されたそれぞれの後面とを有する、誘電体材料の複数の領域と、
    誘電体材料の前記複数の領域の前記前面を前記被験者の身体上または身体内に保持し、前記複数の導電性領域をそれぞれの位置で支持するように構成された基板と、
    複数の第1のキャパシタであり、各キャパシタが、それぞれの第1の導電性領域と電気的に直列に接続されている、複数の第1のキャパシタと
    を備える、装置。
  10. 前記それぞれの位置が重心の周りに分布し、前記第1の導電性領域の各々が、各第2の導電性領域よりも前記重心に対してより周辺に配置される、請求項9に記載の装置。
  11. 前記装置が、少なくとも4つの第1の導電性領域および少なくとも5つの第2の導電性領域を有する、請求項10に記載の装置。
  12. 前記装置が、少なくとも3つの第1の導電性領域および少なくとも6つの第2の導電性領域を有し、
    前記それぞれの位置が、前記第1の導電性領域の各々がパターンの所与の一端に配置され、前記第2の導電性領域のいずれも前記パターンの前記所与の一端に配置されないような前記パターンに分布される、
    請求項9に記載の装置。
  13. 複数の電子的に制御可能なスイッチをさらに備え、各スイッチが、(a)前記第1のキャパシタのそれぞれと電気的に並列に接続され、(b)それぞれの電気信号によって制御可能である、請求項9に記載の装置。
  14. 前記複数の第1のキャパシタの各々が、静電容量がそれぞれの電気信号によって制御可能な可変キャパシタである、請求項9に記載の装置。
  15. 複数のピンを有するコネクタをさらに備え、前記複数の第1のキャパシタの各々と前記それぞれの第1の導電性領域との間の前記直列接続が、前記コネクタのそれぞれのピンを通過する、請求項9に記載の装置。
  16. 前記装置が、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、および少なくとも4つの第1のキャパシタを有する、請求項9に記載の装置。
  17. 少なくとも4つの電子的に制御可能なスイッチをさらに備え、各スイッチが、(a)前記第1のキャパシタのそれぞれと電気的に並列に接続され、(b)それぞれの電気信号によって制御可能である、請求項16に記載の装置。
  18. 少なくとも4つのピンを有するコネクタをさらに備え、前記少なくとも4つの第1のキャパシタの各々と前記それぞれの第1の導電性領域との間の前記直列接続が、前記コネクタのそれぞれのピンを通過する、請求項16に記載の装置。
  19. 少なくとも5つの第2のキャパシタをさらに備え、各キャパシタが、それぞれの第2の導電性領域と電気的に直列に接続されている、請求項16に記載の装置。
  20. 少なくとも4つの電子的に制御可能なスイッチであり、各スイッチが、(a)前記第1のキャパシタのそれぞれと電気的に並列に接続され、(b)それぞれの電気信号によって制御可能である、少なくとも4つの電子的に制御可能なスイッチと、
    少なくとも5つの電子的に制御可能なスイッチであり、各スイッチが、(a)前記第2のキャパシタのそれぞれと電気的に並列に接続され、(b)それぞれの電気信号によって制御可能である、少なくとも5つの電子的に制御可能なスイッチと
    をさらに備える請求項19に記載の装置。
  21. 前記少なくとも4つの第1のキャパシタの各々が、静電容量がそれぞれの電気信号によって制御可能な可変キャパシタであり、前記少なくとも4つの第2のキャパシタの各々が、静電容量がそれぞれの電気信号によって制御可能な可変キャパシタである、請求項19に記載の装置。
  22. 前記少なくとも4つの第1のキャパシタの各々が、静電容量がそれぞれの電気信号によって制御可能な可変キャパシタである、請求項16に記載の装置。
  23. 複数のサーミスタであり、各サーミスタが、(a)それぞれの第1の導電性領域と熱的に接触するように配置され、(b)検出された温度に応答して、それぞれの第1の信号を生成するように構成されている、複数のサーミスタをさらに備え、
    前記第1のキャパシタの各々が、前記第1の信号のそれぞれを受信するそれぞれの容量制御入力を有する可変キャパシタである、
    請求項9に記載の装置。
  24. 前記装置が、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、少なくとも4つの第1のキャパシタ、および少なくとも4つのサーミスタを有する、請求項23に記載の装置。
  25. 複数の抵抗器をさらに備え、各サーミスタが、接地に接続された第1の端子と、第2の端子とを有し、前記抵抗器のうちの1つが、前記第2の端子と固定電圧源との間に直列に接続され、前記サーミスタの前記第2の端子が、前記それぞれの第1の導電性領域の前記検出温度に依存する電圧を有する前記それぞれの第1の信号を提供するために前記それぞれの第1のキャパシタの前記容量制御入力に接続されている、請求項23に記載の装置。
  26. 複数の抵抗器をさらに備え、各抵抗器が、前記サーミスタのそれぞれと直列に接続され、前記第1の信号のそれぞれを生成するために、それぞれの電流が前記サーミスタのそれぞれを介して流れる、請求項23に記載の装置。
  27. 前記装置が、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、少なくとも4つの第1のキャパシタ、少なくとも4つのサーミスタ、および少なくとも4つの抵抗器を有する、請求項26に記載の装置。
  28. 生体被験者に交流電場を印加するための装置であって、
    複数の導電性領域であり、前記導電性領域の各々が、前面およびそれぞれのエリアを有し、前記複数の導電性領域が、複数の第1の導電性領域および少なくとも1つの第2の導電性領域を含む、複数の導電性領域と、
    誘電体材料の複数の領域であり、各領域が(i)それぞれの前面と、(ii)前記複数の導電性領域の対応する1つの前記前面に対して配置されたそれぞれの後面とを有する、誘電体材料の複数の領域と、
    誘電体材料の前記複数の領域の前記前面を前記被験者の身体上または身体内に保持し、前記複数の導電性領域をそれぞれの位置で支持するように構成された基板と、
    複数の第1のピンおよび少なくとも1つの第2のピンを有するコネクタと、
    少なくとも1つの導体であり、各導体が、それぞれの第2のピンとそれぞれの第2の導電性領域との間に導電性経路を提供する、少なくとも1つの導体と、
    複数のキャパシタであり、各キャパシタが、前記第1の導電性領域のそれぞれに電気的に接続されたそれぞれの第1の端子と、前記第1のピンのそれぞれに電気的に接続されたそれぞれの第2の端子とを有する、複数のキャパシタと
    を備える、装置。
  29. 前記それぞれの位置が重心の周りに分布し、前記第1の導電性領域の各々が、各第2の導電性領域よりも前記重心に対してより周辺に配置される、請求項28に記載の装置。
  30. 前記装置が、少なくとも4つの第1の導電性領域、少なくとも5つの第2の導電性領域、および少なくとも5つの導体を有する、請求項29に記載の装置。
  31. 前記装置が、少なくとも3つの第1の導電性領域および少なくとも6つの第2の導電性領域を有し、
    前記それぞれの位置が、前記第1の導電性領域の各々がパターンの所与の一端に配置され、前記第2の導電性領域のいずれも前記パターンの前記所与の一端に配置されないような前記パターンに分布される、
    請求項28に記載の装置。
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