CN104203345A - 通过热刺激进行刺激的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过热刺激来刺激位于患者皮肤中的温觉感受器的装置。该装置包括多个非侵入式的刺激单元用于以电磁辐射照射患者的皮肤，对此通过吸收电磁辐射在患者的皮肤中生成热刺激并且由刺激单元发出的电磁辐射的波长范围能够调节。该装置还包括用于控制刺激单元的控制单元。

Description

通过热刺激进行刺激的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种通过热刺激来刺激位于患者皮肤中的温觉感受器的装置及方法。
背景技术
目前对于许多疾病没有令人满意的治疗，在这些疾病中形成有增加的神经同步，例如中风或肠易激综合征之后特别显著的功能障碍。这些疾病的特征在于，由于神经系统中病态过度的同步和随之产生的相关神经群体的病态增加的交联，正常的神经活动受到干扰或限制，并且取而代之的是建立了神经活动在空间-时间上的病态模式(例如在适应不良的情况下)。
在这些疾病中特定的例如在大脑或肠道神经节中的神经群体病态地、通常过度同步地触发。也就是说，大量的神经形成同步的动作电位；相关的神经过度同步地触发。相反地，对于健康的人来说，这些大脑区域中的神经以另外的方式、例如以不相关的方式触发。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种通过热刺激进行刺激的装置和方法，通过该装置和方法可以实现比现有技术更有效的去同步化并且较长时间地保持抑制病态突触网络。
通过独立权利要求的特征实现了本发明的上述目的。本发明的有利的扩展方案和实施例在从属权利要求中给出。
附图说明
接下来以示例的方式根据附图进一步阐述本发明。其中：
图1示出了处于运行过程中的、通过热刺激来刺激位于患者皮肤中的温觉感受器的装置的示意图；
图2示出了水分的吸收系数的图表；
图3示出了算出的被吸收辐射的百分比相对于不同吸收深度的波长的关系图；
图4A至4D示出了用于生成具有不同波长的电磁辐射的刺激单元的不同实施例的示意图；
图5A至5F示出了用于形成所发出的电磁辐射的刺激单元的不同实施例的示意图；
图6A至6I示出了用于生成均匀分布的电磁辐射的不同光学部件的示意图；
图7A至7C示出了用于生成热刺激的刺激单元的一个实施例的示意图；
图8至10示出了通过一个或多个激光器或其它的用于生成电磁辐射的热辐射器进行热刺激的装置的各种实施例的示意图；
图11A和11B示出了通过多个有机的发光二极管进行热刺激的装置的一个实施例的示意图；
图12A至13B示出了通过多个能够彼此机械连接和电连接的刺激单元进行热刺激的装置的各种实施例的示意图；
图14示出了一个热刺激的示意图；
图15示出了一种借助热刺激的CR刺激的示意图；以及
图16和17示出了另一个借助热刺激的CR刺激的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了通过热刺激来刺激位于患者皮肤中的温觉感受器的装置1。该装置1特别是光动力学的刺激器。装置1包含多个以电磁辐射照射患者皮肤的刺激单元2。由刺激单元2发出的电磁辐射的波长范围能够调节。此外，设有用于控制刺激单元2的控制单元3。刺激单元2以及特别还有控制单元3是非侵入式的单元，也就是说，在装置1的运行过程中这些单元位于患者的体外并且不通过手术植入患者体内。多个刺激单元2实现了，通过各个刺激单元2在时间上和空间上相协调地刺激皮肤的不同接收区域。
在患者的皮肤中吸收由刺激单元2发出的电磁辐射。通过吸收电磁辐射加热皮肤的多个区域并且由此理想地以热刺激来刺激皮肤中的温觉感受器4。如图1示意性地示出，温觉感受器4直接位于表皮5的下方和真皮6中的毛乳头下方(通常在皮肤表面以下大约150μm的深度中)。优选这样调节由刺激单元2发出的电磁辐射的波长，即，由真皮6的区域7吸收电磁辐射，在该区域中具有温觉感受器4，并且表皮5不吸收或者仅少量吸收电磁辐射。
对于热刺激来说，波长在780nm至1mm范围内(并且特别是在780nm至3000nm的红外范围内附近)的红外辐射是最合适的电磁辐射，因为这些辐射完全被真皮所吸收。对于1000nm以上的波长，主要由血液中的水分负责在真皮中吸收辐射。如图2中所示的水分的吸收系数的描述，水分对于波长在1000nm以上的辐射具有高的吸收能力。因为表皮不含血管，所以表皮中的水分浓度低于真皮中的水分浓度。这实现了，通过选择适当的波长频谱可以加热真皮并且同时仅少量地加热表皮。
紫外辐射一般不适用于热刺激，因为这种高能的辐射会容易损伤皮肤。此外，表皮中含有的黑色素会强烈地吸收紫外辐射。虽然对于人类来说的可见光不具有这种缺陷，但是相对少量地吸收在表皮和真皮中。
使用红外辐射来生成热刺激时需要注意，在表皮中也含有水分并且在表皮中也相应地吸收辐射。因此需要在高的吸收系数和低的吸收系数之间找到恰当的平衡，高的吸收系数造成在比较薄的层中强烈地吸收辐射但是辐射的侵入深度小，低的吸收系数实现了辐射的较深的侵入深度(并且从而吸收在真皮中)，但是也会造成辐射吸收在更厚的层中。为了说明这种关系，在图3中示出了计算得出的所吸收辐射的百分比相对于不同吸收深度的波长的关系(其中由此得出，水分中的吸收对于温觉感受器的刺激非常重要)。
根据本发明，这样调节所施用的电磁辐射的波长，即该辐射最佳地刺激真皮中的温觉感受器。因为皮肤的吸收能力有个体差异，所以在治疗之前对每个患者分别计算可以获得尽可能好的刺激效果的波长或波长范围是有利的。
可以采用本领域技术人员熟知的红外辐射源作为生成电磁辐射的辐射源。对此例如为发光二极管(LEDs)；有机的发光二极管(OLEDs)；超辐射-发光二极管(SLEDs)；半导体-激光二极管，例如双异质结构(Double Heterostructure)-激光器、量子阱激光器(Quantum Well Laser)、量子串级激光器(Quantum Cascade Laser)、分别限制异质结构(Separate Confinement Heterostructure)-激光器、分布反馈(Distributed Feedback)-激光器和垂直空腔表面发射(Vertical Cavity Surface Emitting)-激光器；以及气体激光器和固体激光器。波长为2.1μm的Ho:YAG(Holmium:YAG)-激光器和波长范围为1.3至1.5μm的GaAs-激光二极管特别适用于辐射源，以能够刺激皮肤表面以下大约100至200μm以及特别是在150μm范围内的深度中的温觉感受器。
图4A至4D示意性地示出了刺激单元2的不同实施例，通过该刺激单元可以生成所期望的频谱范围的辐射，从而能够最佳地刺激位于患者皮肤中的温觉感受器。
图4A中所示的辐射源8生成具有波长分布λRS的电磁辐射。
在图4B中由辐射源8发出的辐射穿透光学滤光片10，由此过滤掉特定的频谱部分并且在光学滤光片10的出口获得波长分布λF。为了能够生成具有不同的波长分布λF的辐射，可以设置不同的光学滤光片10。刺激单元2可以这样设计，即，选择性地在辐射源8的前面放置一个光学滤光片10(或者也可以没有光学滤光片10)，从而由此生成对于热受体的刺激来说最佳的波长范围。
图4C示出了荧光材料11，通过该荧光材料推延由辐射源8生成的频谱并且获得图4C所示的波长分布λC。为了生成不同的波长分布λC，可以提供不同的荧光材料11，这些荧光材料选择性地放置在辐射源8的前面。
图4D示出了一个具有辐射源8的刺激单元2的实施例，该辐射源的辐射频谱由控制单元3进行调节。辐射源8例如可以是可调节的激光器。图4D示例性地示出了三个不同的波长分布λRS(t1)、λRS(t2)和λRS(t3)。通过适当地调节辐射源8可以调整图1所示的在真皮中的区域7的位置和扩张，在该真皮中引起辐射的吸收以及组织的加热。
通过使用相应的光学部件可以形成由辐射源8发出的辐射，例如之后根据图5A至5F示例性地进行说明。在图5A至5F中除了不同的光学部件还示出了在皮肤表面上的由此生成的辐射能量Ee。
图5A示出了不含用于形成辐射的光学部件的辐射源8，而图5B则在辐射源8的辐射路径中设有镜面15，该镜面同时作用为透镜。
图5C中借助透镜16将辐射源8的辐射耦合在光纤17中。从光纤17发出的辐射穿透另一个透镜18，该透镜生成在一定的皮肤区域中均匀分布的辐射能量。
图5B和5C中所示的光学部件的位置是固定的，而图5D至5F中所示的光学部件的位置则可以变化。
图5D示出了凸透镜19，该凸透镜可以沿着z轴移动。对于凸透镜19的两个位置显示了在皮肤表面上由此生成的辐射能量Ee。
图5E示出了能够倾斜和变形的镜面系统20，该镜面系统既可以变化辐射位置也可以变化辐射功率。
图5F示出了一个机械的盖子21，该机械的盖子例如可以设计为光圈、旋转的盖子、滑板或类似物并且辐射源8生成的辐射或者完全穿透或者完全不穿透该盖子。
可以考虑采用冷却系统、例如风扇或热电冷却器来冷却表皮，从而由此提高热刺激的效率。因为温觉感受器主要响应温度梯度，所以在接连的刺激区段之间将通过热刺激引入刺激区域中的热量从刺激区域去除是有利的。
为了排除由于局部过高的辐射能量给患者造成的伤害，这样形成辐射是有利的，即，该辐射分布在特定的面积上并且在任何位置都不会超过规定的辐射能量界限值。理想的是，在患者皮肤上的辐射能量在一定范围内尽可能均匀地分布。为此例如可以使用图6A至6H所示的光学部件，对此分别根据不同的视线方向在各个图中的左侧和右侧示出光学部件。
图6A和6B示出了梯度透镜25(也称为GRIN透镜或梯度折射率透镜)，该梯度透镜校准由辐射源生成的辐射。图6B中额外地在辐射路径中设有镜面26，通过该镜面使辐射对准目标区域。通过使用镜面26可以使得刺激单元相对平整。
图6C和6D分别从不同的两侧示出了光纤27、28。两个光纤27、28具有方形的截面，但是其截面也可以具有其它的几何形状。此外，在光纤27、28的一端具有一个倾斜45°的面，在该面上能够固定辐射源。在光纤27、28的另一端上发出具有非常精确且均匀的分布的辐射。这一端可以与患者的皮肤相接触。此外，光纤28在下方的末端上具有一个倾斜的面，这个面使得辐射从光纤28的侧向发出。
图6E和6F示出了一个或三个曲面镜29、30，该曲面镜在x轴和y轴的方向上具有不同的曲率半径，由此可以精确地形成辐射。
图6G示出了具有能够反射的上侧以及能够反射的侧面的光学部件31。光学部件31的下侧使辐射朝目标位置的方向进行散射。能够散射的下侧可以导致辐射的高斯分布。
图6H示出了具有多个光学部件的装置32，这些光学部件分别具有不同的长度和角度。该装置32可以形成复杂的辐射情况。
图6I示出了一种具有生成电磁辐射的辐射源8的装置，借助透镜90将辐射耦合在光纤91中。光纤91将电磁辐射传导至扫描仪92，在该扫描仪中具有透镜93和能够在x方向和y方向上调整的镜面94或者其它的相应能够调整的部件。通过调整镜面94的位置可以有针对性地刺激一个特定的皮肤位置。此外，可以连续地刺激皮肤特定区域的不同位置。
图7A在截面视图中示出了借助电磁辐射生成热刺激的刺激单元35。图7B和7C示出了处于两个不同的运行状态的刺激单元35。结合在刺激单元35中的丝状的红外辐射源36用于生成电磁辐射。红外辐射源36引入圆柱形的壳体37中，该壳体通过螺纹与圆柱形的间隔垫片38相连。为了治疗患者，使刺激单元35以间隔垫片38的下侧置于患者的皮肤上。辐射源36和患者的皮肤之间的间距可以进行调整(图7B和7C示出两个不同的间距)。此外，间隔垫片38确保了辐射源36与患者皮肤的最小间距，从而排除了由于过高的辐射能量对患者造成的危害。刺激单元35含有被动的冷却部件用于冷却。作为其他的安全部件，刺激单元35具有温度传感器39，该温度传感器可以探测到刺激单元35可能的过度加热。
图8至10示出了具有一个或多个共同使用的辐射源、例如一个或多个激光器的刺激单元的多个实施例。其中，由辐射源发出的辐射通过光纤传导至刺激单元。
图8示出了具有n个辐射源的实施例，这些辐射源分别生成一个波长为λi以及辐射功率为Pi(i＝1,...,n)的辐射。不同的辐射耦合在光纤中并且传导至固定在患者皮肤上的刺激基体40。不同的波长λi具有不同的吸收系数并且从而能够刺激到皮肤表面以下不同深度的真皮区域。
图9示出了例如根据通信技术所熟知的分配器41，辐射源的辐射耦合在该分配器中并且输送给n个刺激单元42。在分配器41中例如能够结合一个或多个能够调整的镜面，这些镜面将辐射源生成的辐射分散在分配器41的n个出口上，辐射从这些出口发出并借助光纤43传导至各个刺激单元42。分配器41实现了各个刺激单元42的单独控制。
此外，可以将M个辐射源的辐射耦合在分配器41中。这M个辐射源可以生成具有不同波长或波长范围的辐射或者也可以生成具有重叠的波长范围的辐射。
使辐射分布在多个刺激单元上的另一种解决方案可以在于，在各个刺激单元中结合一个分配器，该分配器将辐射传导至患者的皮肤以及各个相邻的刺激单元。
此外可以考虑如图10的实施例所示的混合解决方案。该图中在分配器41和刺激单元42之间接有分离器44。分配器41将红外辐射通过导线45分配在分离器44上并且还通过导线45向分离器44输送供电电压。分离器44将辐射通过光纤46进一步传导至各个刺激单元42上。
图11A和11B示意性地示出了一种通过热刺激进行刺激的装置，在该装置中将刺激单元设置成有机的发光二极管(OLEDs)50。有机的发光二极管50具有合适的大小并且安装在灵活的载体51上，如图11B所示，该载体例如能够固定在患者的手臂或腿或其它躯体部分上。有机的发光二极管50通过一个或多个供电线路52与一个控制单元相连。可以单独控制每个发光二极管50。
图12A至12D示意性地示出了另一种通过热刺激进行刺激的装置。该装置由多个刺激单元60组成，这些刺激单元分别在皮肤表面上发射电磁辐射。刺激单元60的构造相同并且分别具有矩形的、特别是方形的外围轮廓。每个刺激单元60在一个侧面上具有插头61，在其它三个侧面上具有相应的插口62。通过其中一个刺激单元60的插头61插入另一个刺激单元60的插口62，两个刺激单元60能够相互机械连接和电连接。以这种方式和方法任意多个刺激单元60能够相互连接并且适应患者的各种解剖学的情况。此外，其中一个刺激单元60具有用于连接控制单元的连接电缆63。该刺激单元60可以不具有插头61，而是在刺激单元的所有四个侧面上设置插口62。
替代四边形的、特别是矩形或方形的外围轮廓，刺激单元60也可以具有其它的、特别是规则的多边形的形状，例如三角形、五边形、六边形或类似形状。
刺激单元60的不邻接在相邻的刺激单元60上的侧面可以设置间隔垫片64。该间隔垫片例如由塑料或其它的电绝缘材料制成。间隔垫片64的侧面分别形成为插头的形式并且从而能够固定在刺激单元60的插口62上。间隔垫片64实现了在刺激单元60的下侧和施加有刺激单元60的患者皮肤之间的规定间距，并且由此被动地限制了最大能量密度(避免皮肤烧伤)。
在每个刺激单元60的下侧设有多个发光二极管65作为辐射源。发光二极管65在运行过程中特别发射红外辐射。根据一个实施例可以单独地控制每个发光二极管65。替代性地也可以将发光二极管65组合成不同的组并且每组发光二极管65收到相同的控制信号。
每个刺激单元60通过分别连接在其间的刺激单元60与控制单元电连接。除了控制信号，控制单元还向刺激单元60输送供电电压。替代性地，也可以将控制器完全地或者至少部分地结合在刺激单元60中。此外，可以考虑使控制单元具有刺激单元60的外部形状(或者至少是相似的形状)并且通过插拔连接与刺激单元60连接，也就是说，在这种情况下控制单元在运行过程中和刺激单元60一起固定在患者的皮肤上。
图12A和12B所示的刺激装置的组合式概念可以使刺激单元60覆盖在患者皮肤上的任意表面。
还可以使刺激单元60具有不同的辐射频谱。在治疗之前可以为每个患者选择具有最佳的辐射频谱的刺激单元60。此外，可以根据皮肤的不同特性在不同的皮肤位置上用刺激单元治疗患者，该刺激单元发出不同波长范围的辐射。
图13A和13B示出了作为图12A至12D中的刺激单元60的变体的刺激单元70。该刺激单元70具有矩形形状的外围轮廓，其中在刺激单元70的每个侧面上设有插口71。
在刺激单元70中具有四个散射辐射的平板72。在各个平板72的相应空隙中结合有一个发光二极管73。直至平板72的下侧，平板72的所有其它面都能够反射。平板72的下侧对于发光二极管73生成的辐射来说是可穿透的。
平板72和发光二极管73一起安装在金属壳体74中，该金属壳体也用作散热器。此外在电子线路板75上分别安装有两个发光二极管73。金属壳体74具有多个孔，通过这些孔能够将发光二极管73移入各个平板72的空隙中。此外设置了另一个电子线路板76，在该电子线路板上安装有用于控制发光二极管73的结构件和插口71。
所有上述的结构件都插入壳体77中，该壳体向下开口。壳体77在刺激单元70的运行过程中以其下侧固定在患者的皮肤上。由于壳体77的形状以及平板72在壳体77中的安置，在平板72和患者的皮肤之间获得了规定的间距。
图13B示出了刺激单元70的不同截面以及刺激单元70的一个透视图。图中示例性的尺寸以毫米给出。
平板72将发光二极管73生成的辐射散射开来，该辐射特别可以是在合适的波长范围内的红外辐射。平板72的下侧是均匀的发射面。
多个刺激单元70可以完全和图12A和12B所示的刺激单元60一样相互连接。然而因为刺激单元70与刺激单元60相比没有插头，所以两个相邻的刺激单元70借助插拔连接器相互电连接和机械连接，该插拔连接器分别插入两个刺激单元70的插口71中。
接下来描述能够通过本申请中所述的刺激单元生成的热刺激。这种热刺激也记录在题为“通过振荡刺激、触觉刺激和/或热刺激治疗患者的装置和方法”(Vorrichtung und Verfahren zur Behandlungeines Patienten mit Vibrations-,Tast-und/oder Thermoreizen)的德国专利申请No.10 2010 000 390.5中，该专利申请已于2010年2月11月递交给德国专利和商标局。德国专利申请No.102010000390.5的所有公开内容也公开在本申请中。
图14示出了刺激持续时间为Dstim的热刺激80，在该刺激持续时间中由刺激单元生成的辐射以频率fthermo＝1/Tthermo周期性变化。例如可以通过打开和关闭辐射源或者通过调制由辐射源持续发射的辐射形成这种变化。通过选择合适的波长、特别是红外辐射，加热具有温觉感受器的真皮区域。
热刺激80的刺激持续时间Dstim可以在10至2000ms的范围内。频率fthermo可以在0.01和10Hz之间或者也可以在该范围以外。通过热刺激80在真皮的受刺激区域中形成直至42℃的温度。
替代脉冲形式的热刺激也可以采用其他形式的热刺激，例如连续的、类此正弦刺激的刺激模式。正弦振荡的频率可以在0.01至150Hz的范围内以及特别在60至150Hz的范围内。
刺激单元施加的热刺激被温觉感受器接收并传导至神经系统。温觉感受器包括热受体(也称为热量受体、热传感器或热量传感器)以及冷受体(也称为冷量受体、冷传感器或冷量传感器)。
这里所述的热刺激特别可以用于治疗神经性疾病或精神性疾病，例如帕金森氏病、原发性震颤、由多发性硬化产生的震颤以及其它病理震颤、肌张力障碍、癫痫、抑郁症、运动功能障碍、小脑疾病、强迫症、图雷特综合征、自闭症、中风后的功能障碍症、脑外伤之后的功能障碍、痉挛、耳鸣、睡眠障碍、精神分裂症、成瘾性疾病、边缘型人格障碍、注意力缺陷症、注意力缺陷多动综合症、病态赌博、神经症、贪食症、厌食症、进食障碍、倦怠综合征、纤维肌痛，偏头痛、丛集性头痛、一般头痛、紧张性头痛、神经性疼痛、慢性疼痛、神经痛、截肢疼痛、运动失调、抽动障碍或高血压、以及其他的特点是病态增加的神经同步的疾病。但也可以治疗胃肠疾病、例如肠易激综合征。由此可以抑制对于疼痛的紧张和无效的肠道蠕动。即使对于溃疡性结肠炎和克罗恩病(morbus crohn)，热刺激也能够起到解除痉挛和缓减疼痛的作用。此外，可以治疗支气管哮喘、COPD(慢性阻塞性肺疾病)、心肌缺血以及外周的动脉封闭疾病。
通过连成特定回路的神经群体的生物电通信受到干扰会引起上述疾病。由此，神经群体产生持续病态的神经触发以及可能随之产生病态的连接(网络结构)。对此大量的神经形成同步的动作电位，也就是说，相关的神经过度同步地触发。此外，病态的神经群体具有振荡的神经触发，即，神经有节奏地触发。在神经性疾病或精神性疾病的情况下，相关神经群体的病态有节奏的触发的平均频率大致在1至30Hz的范围内，但是也可以在该范围以外。与此相反，在健康的人当中神经以其它性质触发，例如以不相关的方式。
在根据本发明的热刺激中，由温觉感受器接收到施加给患者的热刺激并且通过神经系统将该热刺激从温觉感受器传输至大脑和/或脊髓中的病态触发的神经群体。这样设置热刺激，即，使得神经群体的病态同步的触发去同步化。通过刺激造成的神经巧合率的降低能够导致突触权重的降低并且从而抑制形成病态同步触发的趋势。
通过躯体区域与大脑或脊髓的特定区域在躯体拓扑上相对应实现了对这些特定区域的有针对性的刺激。例如能够将刺激部件施加在患者的脚、小腿和大腿上或者施加在患者的手、小臂和大臂上。由于神经传输路径在躯体拓扑上的划分，通过施加在各个位置上的刺激对不同的神经进行刺激。皮肤位置与大脑区域在躯体拓扑上的对应例如记载在A.Benninghoff等的《Lehrbuch der Anatomie desMenschen.Dargestellt unter Bevorzugung funktioneller3.Bd.Nervensystem,Haut und Sinnesorgane》，乌尔班和黑山，慕尼黑1964。
因此，通过使用多个施加在皮肤上的不同位置的刺激单元能够分别刺激大脑或脊髓的不同区域，其中所施加的热刺激通过神经传输传导至大脑和/或脊髓中的不同目标区域。在热刺激过程中可以通过可能不同的和/或时移的刺激来刺激目标区域。
热刺激的一个变化方案为“协调复位”(CR)刺激，该刺激的特征在于高度治疗有效并且安全(例如参见P.A.Tass的《A model ofdesynchronizing deep brain stimulation with ademand-controlled coordinated reset of neuralsubpopulations》，刊登于Biol.Cybern.89,2003,第81至88页)，在该刺激变化方案中对具有病态同步和振荡的触发的神经群体施加热刺激，该热刺激在神经群体中导致受刺激的神经的神经触发相位的重置，即所谓的复位。通过该复位，受刺激的神经的相位与当前相位值无关地变成一个或者接近一个确定的相位值、例如0°(在实践中不可能非常精确地调整到一个确定的相位值，而这对于有效的CR刺激来说也是不必要的)。由此借助有针对性的刺激可以控制病态的神经群体的神经触发的相位。因为还可以，在不同位置刺激病态的神经群体，所以可以在不同的时间点复位不同刺激位置上的病态的神经群体的神经触发的相位。结果是，病态的神经群体由此分裂成若干个亚群体，该病态神经群体的神经在此之前同步地并且以相同频率和相位触发。在其中的一个亚群体中的神经在相位复位后继续同步并且也继续以同样的病态频率触发，但是每个亚群体具有与其神经触发相关的相位，该相位是通过刺激强加于这些亚群体的。这意味着，每个亚群体的神经触发在其相位复位后继续具有大概为正弦形式的、具有同样的病态频率的曲线，但是具有不同的相位。
神经间的病态的相互作用决定了由刺激生成的、具有至少两个亚群体的状态不稳定，并且整个神经群体迅速接近一个完全去同步的状态，在该状态内神经不相关的触发。因此，在时移的(或者相移的)施用复位相位的热刺激后不是马上生成所期望的状态、即完全去同步化，而是通常出现在几个周期内或甚至少于一个病态频率的周期。
用于解释刺激成功的理论基于，通过神经之间的病态增加的相互作用实现最终所希望的去同步化。对此利用对病态的同步负责的自组织过程。同样其导致，随着整个群体分裂成具有具有不同相位的亚群体造成去同步化。与此相反，没有神经间的病态增加的相互作用就不能造成去同步化。
此外通过CR刺激可以实现受到干扰的神经网络的连接的重新组织，由此能够达到长时间的治疗效果。所实现的突触转换对于神经性或者精神性疾病的有效治疗具有重大意义。
图15示意性地示出了通过四个刺激单元81-84实施的CR刺激。借助刺激单元81-84在患者皮肤的不同位置上以图14所示的热刺激80刺激各个温觉感受器。
在图15所示的实施例中，刺激单元81-84中的每一个以频率fstim＝1/Tstim周期性地施加热刺激80。频率fstim可以位于0.1至60Hz的范围内以及特别是30至60Hz的范围内或者1至30Hz的范围内或者1至20Hz的范围内或者5至20Hz的范围内，然而也可以取更小或者更大的值。频率fstim特别可以位于目标网络的病态的有节奏的触发的平均频率左右。
通过不同的刺激单元81至84使热刺激80具有在单个刺激单元81至84之间Tstim/4的时移τ。
有N个刺激部件的情况下，两个相继出现的热刺激80之间的时移τ可以例如在周期1/fstim的N分之一的范围内，即，1/(N x fstim)＝Tstim/N。在这种情况下，在两个相继出现的热刺激80的起始时间点之间相差时间Tstim/N。也可以与两个相继出现的热刺激之间的时移τ是Tstim/N的规定出现一定程度的偏差。例如时移τ可以与值Tstim/N偏差直至±5％、±10％或±20％。在这种偏差的情况下仍然可以实现刺激的成功，也就是说仍可以看到去同步化的效果。
由刺激单元81至84施加的热刺激80传导到病态同步的神经群体的不同亚群体并且分别在不同的时间点复位这些亚群体的相位，由此实现整个神经群体的去同步化。
对于治疗来说可以使用不同类型的CR刺激。一种实施方式在于“N中N”的CR刺激，即，每个刺激周期Tstim由如图15所示(N＝4)的全部N个刺激单元施加热刺激80。或者也可以进行“N中L”的CR刺激(L<N)，在该刺激中每个刺激周期Tstim例如随机地从N个刺激单元中选择L个并且由这些刺激单元施加热刺激80。以这种方式可以形成在空间上的更大变化。
图16和17示出了具有四个刺激单元(N＝4)的CR刺激的其它变化方案。
图16示出了一个停顿，该停顿可以设置在热刺激80的施加过程中并且在该停顿中不进行刺激。这种停顿可以选择为任意长度并且特别是周期Tstim的整数倍。此外，可以在任意个刺激之后进行这些停顿。例如可以在P个相继的长度为Tstim的周期中实施刺激并且随后在Q个长度为Tstim的周期中保持停顿不进行刺激，对此P和Q是小的整数，例如在1至20的范围内。该图示可以周期性地进行或者设置为随机的和/或确定的，例如混乱的。
与图15所示的严格周期性的刺激模式不同的另一种实施方式在于，热刺激80的时间顺序随机地或确定地或随机-确定相混合地发生变化。图17示出了，每个周期Tstim(或者以其它的时间步骤)中单个刺激单元施用热刺激80的顺序发生变化。该变化可以是随机的或确定的或随机-确定相混合的。
图17中所示的随机性可以与图16所示的刺激形式相结合。例如在P个相继的长度为Tstim的刺激时间区段的每一个中可以重新随机化或者在每个长度为Q x Tstim的停顿之后进行随机化并且在后续的P个刺激时间区段中该顺序保持不变，刺激单元以该顺序施加热刺激80。
此外可以与图15中所示的严格周期性的刺激模式有偏差，对此两个相继的热刺激80之间的时移不是始终等长。热刺激80之间的时间间距可以选择为不同。另外，也可以在患者的治疗过程中改变时移时间。还可以根据生理学的信号运行时间来调整时移时间。
可以借助传感器控制通过本申请所述的应用中由热刺激实现的刺激作用，该传感器测量受刺激的目标区域或者与该目标区域相连的区域中的神经触发。作为传感器可以使用非侵入式的传感器，例如脑电图(EEG)-电极、脑磁图(MEG)-传感器、用来测量局部场势能(LFP)的传感器和心电图-传感器(EKG)。也可以借助肌电图(EMG)通过测量伴随的肌肉触发来间接确定神经触发。
替代性地可以将传感器植入患者体内。例如头皮电极、深部脑电极、硬膜下脑电极或硬膜外脑电极、皮下脑电图电极和硬膜下脊髓电极或硬膜外脊髓电极可以用作侵入式传感器。此外固定在末梢神经上的电极也可以用作传感器。
借助传感器还能够测量目标网络的病态有节奏的触发的平均频率。CR刺激的频率fstim可以与测得的频率相匹配。优选通过根据本发明的装置具有对由传感器测得的测量信号进行信号分析的工具来自动地进行这种频率匹配。以这种方式例如能够根据EKG来测定心率变化(HRV)。通过提取HRV的特征性节奏能够通过根据本发明的装置有针对性地增强生理植物性的节奏或者使病态的节奏去同步化。

Claims (19)

1.一种通过热刺激来刺激位于患者皮肤中的温觉感受器的装置，其中
-设有多个非侵入式的刺激单元(60)用于以电磁辐射照射患者的皮肤并且通过吸收所述电磁辐射在患者的皮肤中生成热刺激，
-所述刺激单元(60)分别具有一个主表面和多个侧面，在所述主表面上发射电磁辐射，在所述侧面上设有连接部件(61、62)，以及
-所述刺激单元(60)能够通过所述连接部件(61、62)相互连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，借助所述连接部件(60、61)能够建立所述刺激单元(60)的机械连接和电连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述刺激单元(60)分别在一个侧面上具有第一连接部件(61)以及在所有的其它侧面上具有第二连接部件(62)并且这样设置所述第一和第二连接部件(61、62)，即，所述连接部件插入彼此并且由此形成连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一连接部件是插头(61)并且所述第二连接部件是插口(62)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，其中一个所述刺激单元(60)具有连接控制单元的连接电缆并且这个刺激单元(60)没有插头(61)，而是在所有的侧面上都具有插口(62)。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，设有间隔垫片(64)，所述间隔垫片分别在一个侧面上具有插头(61)，所述插头能够与一个所述刺激单元(60)的插口(62)机械连接，其中所述间隔垫片(64)在所述刺激单元(60)的下侧和患者的皮肤之间实现了规定的间距。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于，每个刺激单元(60)的由所述侧面形成的外围轮廓具有规则的多边形形状，特别是矩形或方形。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于，至少两个所述刺激单元(60)生成具有至少部分不同的波长的电磁辐射。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，能够根据所希望的、电磁辐射在患者皮肤中的侵入深度来选择所述刺激单元(60)。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于，所述刺激单元(60)分别具有多个散射辐射的平板(72)并且在每个平板(72)的空隙中分别结合了一个发光二极管(73)。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述平板(72)的朝向患者皮肤上的面对于由所述发光二极管(73)生成的电磁辐射来说是可穿透的并且所述平板(72)的所有其它的面对于由所述发光二极管(73)生成的电磁辐射来说是能够反射的。
12.通过热刺激来刺激位于患者皮肤中的温觉感受器的装置(1)，所述装置包括
-多个非侵入式的刺激单元(2)用于以电磁辐射照射患者的皮肤，其中通过吸收所述电磁辐射在患者的皮肤中生成热刺激并且由所述刺激单元(2)发射的电磁辐射的波长范围能够调节，以及
-一个控制单元(3)用于控制所述刺激单元(2)。
13.根据权利要求12所述的装置(1)，其特征在于，由所述刺激单元(2)发射的电磁辐射的波长范围在780nm至1mm的范围内。
14.根据权利要求12或13所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)包括一个或多个生成电磁辐射的辐射源(8)，所述辐射源结合在所述刺激单元(2)中或者向所述刺激单元(2)输送由所述辐射源生成的电磁辐射，并且由所述刺激单元(2)发射的电磁辐射的波长范围能够由此进行调节，即
-设置一个或多个光学滤光片(10)，通过所述光学滤光片选择性地过滤由所述辐射源(8)生成的电磁辐射，和/或
-设置一个或多个荧光材料(11)，由所述辐射源(8)生成的电磁辐射选择性地照射所述荧光材料并且由此激发荧光，和/或
-至少两个所述辐射源(8)生成具有至少部分不同的波长的电磁辐射并且选择性地接通或断开由所述至少两个辐射源(8)生成的电磁辐射，和/或
-至少一个所述辐射源(8)生成具有能够调节的波长范围的电磁辐射。
15.根据权利要求12至14中任意一项所述的装置(1)，其特征在于，能够根据所希望的、电磁辐射在患者皮肤中的侵入深度来调节由所述刺激单元(2)发射的电磁辐射的波长范围。
16.根据权利要求12至15中任意一项所述的装置(1)，其特征在于，所述控制单元(3)这样地控制所述刺激单元(2)，即，实施“协调复位”刺激。
17.根据权利要求12至16中任意一项所述的装置(1)，其特征在于，所述刺激单元(2)分别具有一个主表面和多个侧面，在所述主表面上发射电磁辐射，在所述侧面上设有连接部件(61、62)，并且两个所述刺激单元(60)能够通过所述连接部件(61、62)相互连接。
18.通过热刺激来刺激位于患者皮肤中的温觉感受器的方法，其中对患者的皮肤照射电磁辐射并且通过吸收所述电磁辐射在患者的皮肤中生成热刺激，所述电磁辐射的波长范围能够调节。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述电磁辐射由多个非侵入式的刺激单元(2)发出并且至少两个所述刺激单元(2)生成具有至少部分不同的波长的电磁辐射并且根据所希望的、电磁辐射在患者皮肤中的侵入深度来选择所述刺激单元(2)。
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