JP6714606B2 - 脳の非侵襲的神経刺激療法のための方法、システム及び装置 - Google Patents
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Description
電気痙攣療法(ECT)は、重度のうつ病、躁病及び緊張病の困難な症例を治療するために麻酔がかけられた患者において電気的に発作を引き起こすために使用される最も古い方法のうちの1つである(例えば、非特許文献1を参照)。ECT法の作用機序は完全には理解されておらず、治療プロトコルに一般的なコンセンサスはない。さらに、ECT法には、脳に損傷を与えるというリスクがあり、こうした損傷は、認知障害として表される(例えば、非特許文献2を参照)。さらに、この療法からの結果としてのIQ及び記憶の喪失もまた著しい(非特許文献3を参照)。
別の電気的脳刺激技法には、頭蓋電気刺激療法(「CES」)がある。CES法は、患者の頭部にわたって小さいパルス状の電流を印加する。医師によっては、CESは、ストレス、不安神経症、うつ病及び不眠症等の症状に役立つと主張する。しかしながら、これは、依然として実験的技法である(例えば、非特許文献4を参照)。CESの提案された作用機序は、電流のパルスが、神経細胞がセロトニン、ドーパミン、DHEA、エンドルフィン、及び神経ホルモン系を安定化する他の神経伝達物質を生成する能力を増大させる、というものである(非特許文献5を参照)。CESは、或る特定のストレス関連症状を緩和するのに役立つことができるという説もあるが、その使用が実用的でありかつ費用効果が高いか否かを判断するには十分に研究されていない(非特許文献6を参照)。
脳深部刺激療法(DBS)は、患者の頭蓋の小さい穴を通して外科的に挿入され、先端が標的脳領域に植え込まれる細い電極を介して、測定された用量の電気刺激を送達することによって機能する、インプラントを利用する。アメリカ食品医薬品局(FDA)は、1997年に「本態性振戦」と呼ばれる障害の治療に対して、2002年にパーキンソン病の治療に対して、2003年にジストニアの治療に対して、DBS装置及び処置を承認した(非特許文献7を参照)。より最近では、アルツハイマー病もまたDBSに反応すると報告されている(非特許文献8を参照)。DBS治療は、それらの成功にも関わらず、その効果において過反応である可能性があり、めまい、うずき及び他の望ましくない副作用を引き起こす可能性がある転帰に至る可能性がある。研究者もまた、DBS治療が実際にin−vivo(生体内)でいかに作用するかを依然として理解していない。
経頭蓋光療法(「TLT」)又は経頭蓋フォトバイオモジュレーション(transcranial photobiomodulation)(「tPBM])は、健全な科学原理、良好な転帰、副作用がないこと、非侵襲的であることにより、近年、注目されている。この方法は、頭蓋の外側から脳に光を向けることを含む。光源は、通常、スペクトルの赤色又は近赤外(NIR)部分における、発光ダイオード(LED)又は低出力レーザー源である可能性がある。NIR帯域は、脳のより深い部分に達するために、髄膜、頭蓋物質を通して、その後、脳物質を通して、より深い浸透を可能にするために、好ましい選択である。近年の研究は、脳卒中、外傷性脳損傷、パーキンソン病、軽度認知障害、アルツハイマー病、うつ病及び他のいくつかの認知問題を治療するための経頭蓋光療法の可能性を裏付ける(例えば、非特許文献9を参照)。より最近では、このモダリティは、皮質代謝能力及び消去記憶の保持を促進し、恐怖の再発を低減させ、記憶力を向上させる新規の介入として低出力光療法を関与させることもできることも分かった(非特許文献10)。
外耳道経頭蓋光療法は、明るい光が耳の中に向けられると、それが、季節性情動障害(SAD)又は冬季うつ病を治療するのに役立つことを論証した、フィンランドにおける研究に従って開発された(非特許文献11)。市販されている装置は、ケーブルによってコントローラーユニットに取り付けられた非常に明るい白色LEDを備えたイヤホンの形態のダイオードを有する。それは、消費者が使い易く、SADに有効であるように見える。
オプトジェネティック神経刺激(オプトジェネティクス)プロセスでは、研究者は、最初に、チャネルロドプシン2(ChR2)と呼ばれる、感光性分子の遺伝子をニューロンの特定のサブセットに導入する。そして、これらのニューロンに青色光を照射することにより、それらを発火させる。この手法の1つの利点は、その特異性であり、すなわち、その遺伝子を有するニューロンのみが活性化される。このプロセスはまた、細胞を沈黙させるために黄色光のエネルギーを使用する異なる分子、ハロロドプシン(「NpHR」)を導入することにより、ニューロンを遮断する方法も提供する。これらの要素の組合せにより、特定の神経転帰を達成するためにこの技法が非常に正確になる。オプトジェネティクスの研究により、脳の解剖学的位置を予測可能な行動学的転帰と関連付けるにあたり重要な理解をもたらすことができる。行動をいかに正確に操作することができるかは、神経科学の進歩において非常に魅力がある。しかしながら、現時点では、難題は、動物実験をヒトに応用することである。この技法は、依然として、小動物(主に、ラット及びマウス)に関与する、まさに実験室の領域におけるものである。それは、脳内に挿入された光プローブを植え込むことと、光ファイバーを保持しているカテーテルを介して標的脳領域からコントローラーユニットに接続することとを含む、侵襲的方法である。正確な刺激転帰を達成するために、所望のニューロンの発火があるように、脳の特定領域にChR2を導入する必要もある。オプトジェネティクス方法の精度は、科学者には非常に魅力的であるが、当面は研究室領域に留まることが予期される。今日、500を超える研究所が、パーキンソン病、失明、脊髄損傷、うつ病、ナルコレプシー、依存症及び記憶の動物モデルに、オプトジェネティックツールを適用している(非特許文献12を参照)。
鼻内光療法は、鼻腔を通して脳内に光エネルギーを向けることを含む。研究者は、鼻内光療法は、ヒトの不眠症、軽度認知障害、アルツハイマー病、パーキンソン病、統合失調症、偏頭痛及び頭痛、並びに脳卒中(脳梗塞)等の神経学的疾患で、良好な転帰を提供することが分かった。
これらの従来から既知の方法の全ての効力を裏付け、それにより、脳が光に反応し、様々な形態で治療転帰をもたらすことを確認する、十分なデータがある。しかしながら、それらは全て、治療目的で脳を刺激する非常に異なる方法である。大部分の治療方法は、実験室条件で動物に対して展開されているか、又は、ヒトに展開される場合、主に、臨床的な監視下で行われなければならない。オプトジェネティクス法は、明らかに、脳の厳密な解剖学的操作を通して神経転帰を引き出すことができる正確さのために神経科学界において非常に注目を集めている。しかしながら、侵襲性及び必要な設備により、この方法は、実験室領域に留まっている。消費者が使い易い製品となる可能性が著しく高い、今日までの1つの従来の方法、すなわち、外耳道経頭蓋法は、季節性情動障害を治療するためにのみ具体的に採用されている。
多くの神経障害に対処するために薬剤に効果がないため、光療法等の代替治療に対して更なる注意が向けられている。様々な調査研究により、脳に対する低出力光療法(LLLT)の種々の有益なin−vivo効果が明確に示され事実上証明されている。動物実験では、低出力光療法は、無酸素性脳損傷、アテローム血栓性脳卒中、塞栓性脳卒中、パーキンソン病、軽度認知障害及びアルツハイマー病を治療する見込みがあることが分かった。同様に、臨床実験では、低出力光療法は、虚血性脳卒中、外傷性脳損傷、うつ病の作用、及び前頭前野の機能を改善する見込みがあることが分かった。
図17は、低出力光療法の1つの細胞内機序を示す。図示するように、脳の治療反応に対する1つの重要な点は、全ての細胞ミトコンドリアに存在する光アクセプター(photoacceptor)呼吸酵素、すなわちシトクロムオキシダーゼの存在にある。シトクロムオキシダーゼ酵素は、最もよく知られる代謝活性の神経内マーカーを表し、その酵素活性は、学習及び記憶に重要な、フリーラジカル代謝、細胞死経路及びグルタミン酸作動性(神経伝達物質関連)活性化に密に結び付いている(例えば、非特許文献13を参照)。
先に報告された動物実験では、脳内の光アクセプターの存在が示唆されたが、単離ミトコンドリアが光スペクトルの赤色領域及び近赤外領域における単色光による照射に対して感受性であることを正確に論証したのは、最初に2000年に報告されたそれらの特定の実験及び経験的結果のみであった。したがって、赤色低出力レーザーによって単離ラット肝臓ミトコンドリアを照射することにより、ATP合成及び酸素消費量が増大したことが経験的に論証された(非特許文献15)。さらに、損傷したミトコンドリアの酸化代謝は、神経変性に関連することが経験的に論証された(非特許文献16を参照)。また、調査研究により、低出力赤色光に曝されたラットニューロン培養物が、シトクロムオキシダーゼ活性の増大を示したことが明らかになった(非特許文献17を参照)。
光アクセプター(シトクロムオキシダーゼ等)がそれ以上光刺激に反応しないときがくることが認識される。この臨界事象は、光アクセプターが吸収された光エネルギーによって完全に還元されるか又は完全に酸化するときに発生し、したがって、光アクセプターは、それらの中間段階にあるときにのみ、光エネルギー曝露に反応することができる(非特許文献20を参照)。したがって、光アクセプターが完全に還元されるか又は完全に酸化すると、更なる連続した低出力照射は、光アクセプターからそれ以上代謝活性をもたらさない。これは、体内の生体細胞が、非恒常性であるとき、活動電位限界を呈していることを示し、したがって、脳のニューロンは、恒常性状態に達するまでのみ光照射に対して明確に反応する可能性がある。
in−vivoでの脳の1つ以上の領域の光照射から利益を得ることができる多くのあり得る神経状態がある。これらの医学的状態のうちのいくつかについては、要約して後述する。さらに、広範囲の他の神経疾患、障害及び病的状態もまた、本発明を用いて有効に治療的に処置可能であると考えられることが留意され理解されよう。これらの他の神経症状の例としては、限定されないが、てんかん、偏頭痛、慢性疲労症候群、脳炎、多発性硬化症、不安障害、注意欠如障害、統合失調症及び学習障害を含むことが期待される。
脳卒中、神経外傷、認知、情動状態及び同様の神経疾患の処置に関連するヒト及び動物の実験については、十分に文書化されている(例えば、非特許文献9を参照)。全身の健康の神経学的制御中心である脳は、全身の健康に直接影響を及ぼす。例えば、全身の恒常性に対する重要な調整腺である視床下部の健康は、全身の健康に甚大な影響を与え、したがって、視床下部を機能的に改善することにより、付随して、全身の恒常性の程度が増大する。また、調査研究は、脳卒中及び神経外傷の両方に対して脳照射を広く調べた。例えば、Uozemi他による最近の研究により、経頭蓋的に送達される低エネルギー光が、血流を30%増大させることができることが論証された(非特許文献21)。こうした、光照射による論証された有益な結果には、一酸化窒素生成の著しい増大、血液循環の改善を達成するために血管壁の弛緩に関連する機序が同時に起こった。したがって、大脳血流は、治療済みの大脳半球及び未治療の大脳半球の両方において増大することが分かった。また、光照射によって事前に処置された対象は、閉塞期間中、安定した体温、心拍数及び呼吸数で、改善された血流を示した。全体的な結果は、脳卒中イベント中のアポトーシス細胞の著しい減少である。
発表された調査研究により、シトクロムオキシダーゼ及び一酸化窒素の放出に対する低出力光照射の影響は、虚血だけでなく、外傷性脳損傷に対しても光照射療法の神経保護作用に主要な役割を果たすという、in−vivoの証拠が提供された(非特許文献25を参照)。
脳の光照射は、in−vivoで神経発生を支援することが分かった。したがって、光エネルギー照射は、黒質、すなわち視床下部の後方に位置する中脳領域の一部に特有である、パーキンソン病等、広範囲の異なる神経変性疾患及び障害を治療的に処置することができ、そうした部分は、NIR光波長で達することができる。マウスのような小動物を用いる実験では、670nm波長の低出力光照射が、黒質におけるドーパミン作動性細胞の喪失を防止するのに役立つことが論証された(非特許文献26を参照)。しかしながら、ヒト等のはるかに大きい哺乳動物の対象に対して、より波長の長い光エネルギー(近赤外光(NIR)等)がより適しているとみなされる。
うつ病及び心的外傷後ストレス障害(PTSD)等の気分障害の形質発現は、前頭前野領域における代謝能力の低下に関連することが示された(非特許文献27を参照)。前頭前野の電気刺激が抗うつ効果を有することが示された(非特許文献28)。したがって、赤色光及び近赤外光での前頭前野領域の光照射により、前頭前野領域における代謝能力の向上をもたらすとともに、これらの医学的状態に対してあり得る神経保護を提供することができる。実際に、予備研究により、大うつ病及び不安神経症を患っているヒトの患者の前頭部に、810nm波長の低出力光を照射させると、前頭前野への血流が増大し、うつ病評価尺度が63%低下した(非特許文献29を参照)。
調査研究により、1072nm波長の近赤外光で脳の前頭前野領域を照射すると、個々の機能的記憶が改善したことが論証された(非特許文献30を参照)。この記憶障害状態は、高齢者には一般的であるため、光照射法を用いて脳の前頭前野領域を処置することは、加齢に関する作業記憶障害の問題に役立つことができる。
神経変性により、医学的に認知症として特定されることが多い認知障害に至る可能性がある。血流の改善をもたらすことには、血管性認知症に対処しそれを処置する治療的可能性がある。アルツハイマー病は、医学的に認知症の一形態であるが、明らかに種々の異なる原因がある。この神経変性状態の早期の徴候/症状は、通常、低減したシトクロムオキシダーゼ活性の形態、すなわち、アルツハイマー病のあり得るリスクに対する公然の徴候の形態で、局所的脳代謝障害として現れる(非特許文献31を参照)。赤色及び赤外光エネルギーによる脳照射は、シトクロムオキシダーゼを明白に活性化するため、光照射治療処置は、完全なアルツハイマー病状態の発症を管理するのに役立つことができる。
脳のデフォルトモードネットワーク(DMN)は、アルツハイマー病、認知症、自閉症、統合失調症、うつ病、慢性痛、パーキンソン病、多発性硬化症(MS)及び心的外傷後ストレス障害(PTSD)に関連付けられたため、注目を集めている。個人が、記憶想起、将来を構想すること、及び他人の立場を考えることを含む内部指向作業に関与するとき、DMNは活性化している(非特許文献39を参照)。
皮質中枢における損傷は、少なくとも以下の脳障害に関連することが提案された。すなわち、統合失調症、アルツハイマー病、前頭側頭型認知症、パーキンソン病、側頭葉てんかん、トゥレット症候群、急性脳損傷(昏睡)及び偏頭痛である。虚血及び酸化ストレスは、これらの損傷によって特定される。
(i)各構成照射ユニットの前記中空ケーシングの前記構成された外面の少なくとも一部を形成する光エネルギー透過材料と、
(ii)各構成照射ユニットの前記中空ケーシングの前記内部空間容積内に収容及び収納された少なくとも1つの発光ユニットであって、所定エネルギー強度で、前記頭蓋に浸透しかつ前記脳内に入るのに十分な要求に応じた事前設定された持続時間、近赤外光波長及び可視赤色光波長からなる群から選択された少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを発生させることができる少なくとも1つの発光ユニットと、から構成され、それにより、前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットは、前記頭蓋に取り付けられた後に光エネルギーを放出し、放出された光エネルギーを、in−vivo(生体内)で前記頭蓋を通して前記脳の少なくとも一部に通すのを達成することができる、第1、第2、第3及び第4の構成された照射ユニットと、
前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットを支持し、前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットの光を透過する前記外面を前記頭蓋の固定位置及び所望の放射方向に随意に配置するように適合されたフレームと、
前記構成照射ユニットからの光エネルギーの前記脳の少なくとも一部へのin−vivoでの要求時送達を制御することができる携帯型コントローラーアセンブリであって、
(a)携帯型かつ充電式の要求時直流電流の電源と、
(b)直流電流の流れを制御し方向付ける中央処理装置と、
(c)前記中央処理装置への直流電流の要求時搬送のために前記電源と電気通信する少なくとも1つのコネクタと、
(d)前記中央処理装置から前記発光ユニットへの直流電流の要求時搬送のために前記構成された照射ユニットと電気通信する少なくとも1つのコネクタと、
を含むコントローラーアセンブリと、を備え、
(A)前記第1の構成照射ユニットは、左及び右腹側正中前頭前野、及び任意選択的に前帯状回領域を含む脳の第1の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(B)前記第2の構成照射ユニットは、左及び右楔前部皮質領域、及び任意選択的に後帯状回領域を含む脳の第2の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(C)前記第3の構成照射ユニットは、外側下頭頂皮質における左角回領域、及び任意選択的に左後帯状回を含む脳の第3の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(D)前記第4の構成照射ユニットは、外側下頭頂皮質における右角回領域、及び任意選択的に右後帯状回を含む脳の第4の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされる。
(i)各構成照射ユニットの前記中空ケーシングの前記構成外面の少なくとも一部を形成する光エネルギー透過材料と、
(ii)各構成の照射ユニットの前記中空ケーシングの前記内部空間容積内に収容及び収納された少なくとも1つの発光ユニットであって、所定エネルギー強度で、前記頭蓋に浸透しかつ前記脳内に入るのに十分な要求に応じた事前設定された持続時間、近赤外光波長及び可視赤色光波長からなる群から選択された少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを発生させることができる少なくとも1つの発光ユニットと、から構成され、それにより、前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットは、前記頭蓋に取り付けられた後に光エネルギーを放出し、放出された光エネルギーを、in−vivoで前記頭蓋を通して前記脳の少なくとも一部に通すのを達成することができる、第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットと、
前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットを支持し、前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットの光を透過する前記外面を前記頭蓋の固定位置及び所望の放射方向に随意に配置するように適合されたフレームと、
前記構成照射ユニットからの光エネルギーの前記脳の少なくとも一部へのin−vivoでの要求時送達を制御することができる携帯型コントローラーアセンブリであって、
(a)携帯型かつ充電式の要求時直流電流の電源と、
(b)直流電流の流れを制御し方向付ける中央処理装置と、
(c)前記中央処理装置への直流電流の要求時搬送のために前記電源と電気通信する少なくとも1つのコネクタと、
(d)前記中央処理装置から前記発光ユニットへの直流電流の要求時搬送のために前記構成された照射ユニットと電気通信する少なくとも1つのコネクタと、
を含むコントローラーアセンブリと、を備え、
(A)前記第1の構成照射ユニットは、左及び右腹側正中前頭前野、及び任意選択的に前帯状回領域を含む脳の第1の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(B)前記第2の構成照射ユニットは、左及び右楔前部皮質領域、及び任意選択的に後帯状回領域を含む脳の第2の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(C)前記第3の構成照射ユニットは、外側下頭頂皮質における左角回領域、及び任意選択的に左後帯状回を含む脳の第3の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(D)前記第4の構成照射ユニットは、外側下頭頂皮質における右角回領域、及び任意選択的に右後帯状回を含む脳の第4の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされる。
(i)各構成照射ユニットの前記中空ケーシングの前記構成外面の少なくとも一部を形成する光エネルギー透過材料と、
(ii)各構成照射ユニットの前記中空ケーシングの前記内部空間容積内に収容及び収納された少なくとも1つの発光ユニットであって、所定エネルギー強度で、前記頭蓋に浸透しかつ前記脳内に入るのに十分な要求に応じた事前設定された持続時間、近赤外光波長及び可視赤色光波長からなる群から選択された少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを発生させることができる少なくとも1つの発光ユニットと、から構成され、それにより、前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットは、前記頭蓋に取り付けられた後に光エネルギーを放出し、放出された光エネルギーを、in−vivoで前記頭蓋を通して前記脳の少なくとも一部に通すのを達成することができる、第1、第2、第3及び第4の構成された照射ユニットと、
前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットを支持し、前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットの光を透過する前記外面を前記頭蓋の固定位置及び所望の放射方向に随意に配置するように適合されたフレームと、
前記構成照射ユニットからの光エネルギーの前記脳の少なくとも一部へのin−vivoでの要求時送達を制御することができる携帯型コントローラーアセンブリであって、
(a)携帯型かつ充電式の要求時直流電流の電源と、
(b)直流電流の流れを制御し方向付ける中央処理装置と、
(c)前記中央処理装置への直流電流の要求時搬送のために前記電源と電気通信する少なくとも1つのコネクタと、
(d)前記中央処理装置から前記発光ユニットへの直流電流の要求時搬送のために前記構成された照射ユニットと電気通信する少なくとも1つのコネクタと、
を含むコントローラーアセンブリと、を備える。該自己投与型非侵襲的神経刺激方法は、、前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットによって放出される光エネルギーが前記対象の頭蓋に浸透し、in−vivoで前記脳の少なくとも一部に入るように、前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットを、前記対象の前記頭蓋に隣接した所望の固定位置に配置するステップと、前記配置された構成照射ユニットの前記発光ユニットが、所定エネルギー強度で、前記対象の頭蓋に浸透し、前記脳の少なくとも一部の神経刺激が達成されるように前記脳内に入るのに十分な要求に応じた事前設定された持続時間、近赤外光波長及び可視赤色光波長からなる群から選択された少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを発生させるようにするステップと、を含み、
(A)前記第1の構成照射ユニットは、左及び右腹側正中前頭前野、及び任意選択的に前帯状回領域を含む脳の第1の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(B)前記第2の構成照射ユニットは、左及び右楔前部皮質領域、及び任意選択的に後帯状回領域を含む脳の第2の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(C)前記第3の構成照射ユニットは、外側下頭頂皮質における左角回領域、及び任意選択的に左後帯状回を含む脳の第3の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(D)前記第4の構成照射ユニットは、外側下頭頂皮質における右角回領域、及び任意選択的に右後帯状回を含む脳の第4の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされる。
構成照射レンズであって、固定寸法と、標準サイズの内部空間容積と、前記対象の呼吸能力を実質的に損なうことなくかつ前記生きている対象の鼻組織を侵襲することなく、鼻孔の鼻腔空間内にin−vivo挿入されるのに好適な構成外面とを有する携帯型中空ケーシングを含み、前記構成照射レンズの前記携帯型ケーシングは、
(i)前記構成照射レンズの前記中空ケーシングの前記構成外面の少なくとも一部を形成する光エネルギー透過材料と、
(ii)前記構成照射レンズの前記中空ケーシングの前記内部空間容積内に収容及び収納された少なくとも1つの発光ユニットであって、所定エネルギー強度で、前記鼻組織に浸透しかつ前記脳内に入るのに十分な要求に応じた事前設定された持続時間、近赤外光波長及び可視赤色光波長からなる群から選択された少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを発生させることができる少なくとも1つの発光ユニットと、から構成され、それにより、前記構成照射レンズは、in−vivo挿入の後に前記鼻腔内で任意の所望の方向に光エネルギーを放出し、放出された光エネルギーを、in−vivoで前記鼻腔から前記脳の少なくとも一部に通すのを達成することができる、構成照射レンズと、
前記構成照射レンズを支持し、前記構成照射レンズの光を透過する前記外面を、鼻孔内で対象の鼻腔の内側に隣接して固定位置及び所望の照射方向に随意に配置するように適合された自己投与型アプリケーター手段と、を更に備え、
前記携帯型コントローラーアセンブリは更に、前記構成された照射レンズからの光エネルギーの要求時送達を制御することができる。
・処置システム、装置及び方法は、発表された科学研究によって事実上支持されかつ証明されている原理を利用し、動作パラメーターを適用する。
・この処置方法及びシステムに関連する既知の重大な副作用又は合併症はない。
・装置は、ありとあらゆる実施形態及び使用例において、医学的に非侵襲的であり自己投与型である。
・装置は、対象の頭蓋及び鼻に随意に自分で取り付ける、及び自分で取り外すのに専用であり、また、そのように設計されている。
・装置は、極めて軽量であり、携帯型であり、いかなる距離にも手で容易に搬送される。
・装置は、使用が快適かつ容易であり、特に、現行の経頭蓋療法で使用されているフルヘルメットより快適である。
・装置は、患者自身によって日常的にかつ繰返し要求時に自己投与することができ、医療技術者又は医師によるいかなる支援も必要としない。
・装置は、代替的に、発光ユニットとしてレーザー又は発光ダイオードを採用することができる。
・装置は、近赤外光及び赤色光の範囲から選択される任意の所望の医学的に有効な波長(複数の場合もある)で、光エネルギー波及び粒子を発生させることができる。
・装置は、他の医療機器との著しい電磁干渉又は他の干渉をもたらさず、したがって、ペースメーカー又は除細動器が植え込まれた人が使用するのに好適である。
・電力及びバッテリー要件は、レーザー又は非レーザー発光ダイオードとすることができる光源に特定である。
・好ましい実施形態は、パルス状の光を送達することができ、これは、或る特定の医学的状態に対してより多くの治療利益を支援するように検査されている。
・装置の好ましい実施形態は、いかなる人によっても簡単に使用でき、それは、単に自身の手を用いて、自身の頭蓋の上にヘッドセットを配置し、及び/又はアプリケーターを鼻孔の上にクリップ留めし、「電源投入」ボタンを押すためである。
・装置の好ましい実施形態は、タイマー、及び20分間〜25分間又は他の長さの時間の後に自動作動する自動遮断スイッチの両方を含む。
・好ましい処置時間は、医学的に関連し、実際の処置時間は、光源及び標的変量(又は用量)の選択によって変化する可能性がある。
・装置の好ましい実施形態は、偶発的な損傷に対して非常に耐性があり、いかなる損傷も受けることなく5フィートの落下に耐えることができる。
・装置の好ましい実施形態は、頭蓋又は鼻腔に送達される光エネルギーが一定であることを確実にするプロセスコントローラーアセンブリを採用する。バッテリーが、光源に電力を供給するように回路を駆動するために一定の電力を維持することができない場合、プロセスコントローラーアセンブリは、警告を与え、デバイスの電源を切る。
・代替実施形態は、プロセス制御アセンブリの代わりに実行するソフトウェアアプリケーションがダウンロードされている「スマートフォン」の使用を含む。
脳の特定の解剖学的部分は、心身の特定の機能を支配する。例えば、間脳(およそ中脳の周囲)領域は、大部分の本質的な生存機能のうちのいくつかの中枢であり、人の身体的健康に対するいくつかの鍵を握る。これは、光源がアクセスするには到達が困難な領域である。
本発明に従う有効かつ安全な光照射方法及びシステムは、或る特定の動作パラメーターにわたる選択及び制御を提供する。これらの動作パラメーターには、光波長、干渉性又は非干渉性、エネルギー(ジュール(J)で測定)、電力(ワット(W)又はミリワット(mW)で測定)、放射照度(W/cm2)、放射露光量(J/cm2)、露光時間(秒)、波タイプ(連続又はパルス)、画分プロトコル(患者処置セッションの数)、光ビームサイズ(到達したビームの面積)及び光ビーム浸透(送達)距離の選択肢(複数の場合もある)が含まれる。
生体神経細胞においてin vivoの有益な効果を引き起こすのに最も有効であることが示された波長は、スペクトルの赤色及び近赤外範囲(NIR)(すなわち、620nm〜1400nmの波長)の光学窓にあった。脳照射に対する成功した処置は、通常、動物及びヒトの両方において633nm〜670nm(可視赤色)波長又は808nm〜1072nm(近赤外)波長で行われた。したがって、約620nm〜1400nmの範囲である任意の光波長が、本発明による治療の使用に許容可能であると考えられる。
レーザーは、一方向性であるコヒーレント電磁放射線を提供し、このため、高エネルギー入力と結合される、より集中したエネルギーを可能にする。また、最近のレーザー光源は、通常、高度の安全性を可能にする固有の拡がり角(多くの場合約57度の拡がり角)で、低強度半導体形態で構築される。こうしたレーザー光源は、(i)より高度の組織浸透、(ii)効率的な光学結合及び(iii)高い単色性を含む明確な利点を有する。生体組織のより深い浸透距離が必要である場合、波長、エネルギー用量及び強度の同じパラメーターを考慮すると、レーザーのコヒーレント光は、発光ダイオード(LED)によって発生する非コヒーレント光より望ましいことが多い。
光エネルギーは、従来、ジュール(J)=電力(W)×時間(秒)として測定される。脳刺激の目的では、ミトコンドリア活性を刺激するために必要とされる光エネルギーは非常にわずかであるが、医学的効力のために明確な最小閾値量自体はまだ確立されていない。代わりに、今日使用される医学的効力に対する適切な基準点は、光が静脈内に直接注入されることを含む長年かけて実証済みの静脈内光照射技法(何十年もの間、主にロシア、ドイツ及び世界中の他の多くの国で使用されている)であり、それは、通常、632.8nmの波長、1.5mWの電力、及び処置セッション毎に30分の時間でレーザーのパラメーターに従う。これに基づき、患者は、通常、最初の3暦日は1日に1回処置され、その後、合計10回の患者処置セッションに達するまで、2暦日おきに1回処置される。各患者処置セッションに対し、2.7ジュール(1.5/1000W×30分間×60秒間)の光エネルギーが送達される。
発表されている科学文献では、808nmレーザー光を使用する場合、100Hz及び1000Hzでのパルス状レーザービームにより、100Hz及び1000Hzでの連続波(CW)ビームに対して優れた結果がもたらされ、10Hzでのパルス化された810nmレーザービームにより、100Hzでの連続波ビームよりも、外傷性脳損傷からの優れた臨床的回復がもたらされたということが、事実上確立されている。10Hzでのパルス化が100Hz(又は他の任意の周波数)より適切に作用する理由は、未だに推測に留まっており、推測の域を出ない。10Hzはアルファ脳波の周波数であり、したがって、10Hzでのパルス化は安静時の全脳と共振することが留意される。さらに、脳の海馬領域もまた、4Hz〜10Hz範囲の波で機能する。海馬は、記憶、精神的安定、行動管理、空間記憶及びナビゲーションを担当している。海馬はまた、進行したアルツハイマー病において深刻な損傷を受ける領域の1つである。
本発明は、図25に見ることができるように、特定の位置におけるDMNの皮質中枢の標的処置を提供する。皮質中枢は互いに強く接続されているため(「コネクトーム」と呼ばれる場合もある)、これらの主要な中枢のうちの少数を刺激することにより、全包括的にネットワーク全体を刺激することができる。これにより、経頭蓋光療法研究で一般に使用される快適さの低い閉鎖されたヘルメットの代わりに、少数の選択位置を向く軽量の携帯型経頭蓋NIR光療法デバイスを設計することができる。
鼻腔内に挿入される光源は、解剖学的に、中脳領域に近接して(主に空気腔及び軟組織の約3インチ)位置する。図1に示すように、この鼻腔内位置にある光源1が中脳領域に向けられるとき、脳組織までの物理的経路距離の大部分が鼻孔の空気腔2であるため、有効な光照射に対して必要なエネルギーはほとんどない。例示の目的で、解剖学的に強調される中脳領域は、扁桃核3、海馬4、視床下部5、中隔野6及び帯状皮質7である。光源によって容易に照明される新皮質領域の部分は、前頭前野8である。脊髄を脳に接続する脳幹9の領域以外では、保護的な頭蓋の最も薄い部分は、篩骨10の薄い垂直板である。篩骨10はまた、脳に対するその低障壁抵抗に対する歴史的な証拠として、脳物質を排出する古来のエジプトのミイラ化プロセス中に通常破壊される頭蓋の部分である。確かに、中脳領域に至る経路において鼻中隔壁の一部として存在する何らかの組織物質があるが、こうした組織物質は密度が低い。
本発明の非侵襲的システム及び装置は、以下の4つの構成部品を備える。
(i)携帯型中空ケーシング、
(ii)中空ケーシングの内部空間容積内に収容及び収納される別個の発光ユニット、
(iii)識別可能な電流源、
(iv)処理及び電源コントローラーアセンブリ。
本発明の各実施形態は、固定寸法、標準の大きさの内部空間容積、及び、頭部への適用、及び/又は対象の呼吸能力を実質的に損なうことのない、鼻孔の鼻腔空間へのin−vivo挿入に好適な外面構成を有する、少なくとも1つの携帯型中空ケーシングを含む。
各発光ユニットは、少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを要求時に発生することができる。発光ユニットは、(i)可視色スペクトル範囲では、約620nm〜780nmの範囲の可視赤色光波長、及び(ii)非可視スペクトル範囲では、約780nm〜1400nmの範囲の近赤外光波長を含む波長で、治療効果のある光を送達することができるように意図されている。
好ましい実施形態は、光スペクトルの可視赤色及び近赤外(「NIR」)波長(すなわち、約620nm〜1400nm)の光を使用する。これは、紫外線B(約280nm)から可視赤色波長領域まで(620nmまで)の他の波長の光を展開する可能性を排除しない。
紫外線A&B:280nm〜400nm
紫色:400nm〜420nm
藍色:420nm〜440nm
青色:440nm〜490nm
緑色:490nm〜570nm
黄色:570nm〜585nm
オレンジ色:585nm〜620nm
赤色:620nm〜780nm
近赤外:780nm〜1400nm
本発明の指標原理は、神経系に対して治療的に効果的なエネルギーを伝達及び送達することである。この目的で、少なくとも、620nm〜1400nmの範囲の波長で固定される、低出力レーザーによって発生するコヒーレント可視赤色光、又はLEDによって発生する非コヒーレント可視赤色光が使用されることが概して好ましい。これらの理由で、装置及びシステムの様々な好ましい実施形態は、10mW〜1000mWの放射電力で、620nm〜1400nmの範囲の赤色波長で、コヒーレント又は非コヒーレントの可視光エネルギーを伝達する及び向ける。比較として、照射装置及びシステムのいくつかの実施形態は、10mW〜1000mWの放射電力で、490nm〜570nmの波長(緑色範囲)で可視光エネルギーを放出及び送達する。代替的に、更に他の実施形態は、10mW〜1000mWの放射電力で400nm〜490nmの範囲の波長(青色範囲)で可視光エネルギーを放出する。
本発明の装置及びシステムの構成部品として、携帯型かつ充電式の要求時直流電源が存在することが必要とされる。本発明によって提供される治療処置システム及び方法は、電力(ワット数)及び時間(秒)の関数であり、また、各治療処置に対して効果があると考えられる、特定のエネルギー用量(ジュールで測定される)を送達するように意図される。
(i)633nmLED実施形態では、11ジュール/cm2〜12ジュール/cm2、
(ii)655nm低出力レーザー実施形態では、7ジュール/cm2〜8ジュール/cm2、及び
(iii)810nmパルス状LEDでは11ジュール/cm2〜13ジュール/cm2(パルス化モードデューティサイクルの前)。
プロセスコントローラーアセンブリは、少なくとも3つの構造的特徴を有する携帯型ユニット構成要素である。したがって、図14及び図15によってそれぞれ示すように、各プロセスコントローラーアセンブリは以下を含む。
(i)電源からコントローラーアセンブリに移送されるような直流電流を受け取る受取回路、
(ii)経時的にコントローラーアセンブリによって受け取られるような電流の流れを制御し方向付ける中央処理装置(CPU)、及び
(iii)コントローラーアセンブリから別の構成要素に直流電流を送出する送出回路。
(a)コントローラーアセンブリへの電流の要求時移送のために電流源と電気通信する少なくとも1つのコネクタ、及び
(b)コントローラーアセンブリから発光ユニット(複数の場合もある)への電流の要求時搬送のために発光ユニットと電気通信する少なくとも1つのコネクタ。
これらのコネクタは、通常、電源及び発光ユニット(複数の場合もある)の両方と迅速かつ容易に連結し電気通信するのを可能にする、絶縁銅線ケーブル及びジャックモジュールとして形成される。
別の実施形態では、コントローラーアセンブリ28の機能を、図16に示すように、一般的なモバイルプラットフォームのうちの1つで動作するスマートフォンと置き換えることができ、それは、Apple社からのスマートフォン、Android、Blackberry及びWindowsを含むことができる。アプリケーターアセンブリ23は、ここでは、ケーブル(他の実施形態27と同様な材料から形成される)を介して、別個のコントローラーユニットの代わりにスマートフォン54に接続される。スマートフォン54は、コントローラーアセンブリ28におけるソフトウェア機能に大部分は匹敵するダウンロード可能なソフトウェアアプリケーション(「App」)を有している。コンピューターチップ55にインターフェース処理ソフトウェアを含む変更された添付ファイルが、既存のアプリケーターと独自仕様のスマートフォンプラットフォームとの間のインターフェースを提供する。この実施形態では、使用者は、追加の又は別個のコントローラーユニットを持つ必要はなく、さらに、「App」はまた、より多くのソフトウェア制御部及びグラフィックインターフェースも含む。
図20〜図25及び図29に示すように、本発明は、経頭蓋光療法ヘッドセット102及び鼻内光療法ユニット104を結合する装置100の好ましい実施形態を提供する。携帯型コントローラーアセンブリ106は、経頭蓋ヘッドセット102及び鼻内ユニット104の両方に対して電源及び中央処理装置としての役割を果たすことができる。
B.中線では、後頭隆起と頭部の頭頂との間の中間点において、標的脳領域は、左及び右楔前部皮質領域、及び任意選択的に、楔前部領域の下方の後帯状回領域を含み、
C.頭部の左側では、左耳の縁に対して後方にかつ上方において、標的脳領域は、外側下頭頂皮質における左角回領域、及び任意選択的に、左角回領域から(中線において)非常に深く位置する、左後帯状回であり、
D.頭部の右側では、右耳の縁に対して後方にかつ上方において、標的脳領域は、外側下頭頂皮質における右角回領域、及び任意選択的に、右角回領域から(中線において)非常に深く位置する、右後帯状回である。
図20〜図25及び図29に示す好ましい実施形態では、本発明のシステム及び装置は、以下の動作パラメーターを有する。
2.経頭蓋ヘッドセット102の4つのLEDクラスターヘッドは、脳のデフォルトモードネットワークの一部(及び顕著性ネットワークの一部)である以下の皮質領域を処置するために同時に使用される。
A.中線では、前頭部生え際において、標的脳領域は、左及び右腹側正中前頭前野領域、及び任意選択的に、顕著性ネットワークの一部である前帯状回領域を含み、
B.中線では、後頭隆起と頭部の頭頂との間の中間点において、標的脳領域は、左及び右楔前部皮質領域、及び任意選択的に、楔前部領域の下方の後帯状回領域を含み、
C.頭部の左側では、左耳の縁に対して後方にかつ上方において、標的脳領域は、外側下頭頂皮質における左角回領域、及び任意選択的に、左角回領域から(中線において)非常に深く位置する、左後帯状回であり、
D.頭部の右側では、右耳の縁に対して後方にかつ上方において、標的脳領域は、外側下頭頂皮質における右角回領域、及び任意選択的に、右角回領域から(中線において)非常に深く位置する、右後帯状回である。
4.電源:好ましくは、NiMHバッテリーを備えた充電式電源パック。
5.全ての発光ユニットが、好ましくは、620nm〜1400nm波長、より好ましくは700nm〜1000nm波長、さらにより好ましくは810nm波長の光エネルギーを提供する。
6.出力:
A.経頭蓋ヘッドセット102LEDクラスターヘッド:経頭蓋ヘッドセット102LEDクラスターヘッドの3つのダイオードの各々は、好ましくは、20mW〜60mWの出力、より好ましくは約41mWの出力を有する。各経頭蓋LEDクラスターヘッドは、60mW〜180mW、より好ましくは約123mWの好ましい結合された出力を有する。同時に使用される4つの経頭蓋ヘッドセット102LEDクラスターヘッドの総出力は、好ましくは240mW〜720mW、より好ましくは約492mWである。
B.鼻内ユニット104LED:鼻内ユニット104の単一ダイオードの出力は、好ましくは10mW〜30mW、より好ましくは約23mWである。
7.出力密度
A.各経頭蓋ヘッドセット102LEDクラスターヘッドの出力密度は、好ましくは20mW/cm2〜60mW/cm2、より好ましくは約41mW/cm2である。
B.単一の鼻内ユニット104ダイオードの出力密度は、好ましくは、10mW/cm2〜30mW/cm2、より好ましくは約23mW/cm2である。
A.各経頭蓋ヘッドセット102LEDクラスターヘッド:好ましくは20J/cm2〜30J/cm2、より好ましくは約25J/cm2。
B.鼻内ユニットLED:好ましくは、10J/cm2〜20J/cm2、より好ましくは約14J/cm2。光エネルギー浸透に対する障壁は、経頭蓋ヘットセットより実質的ではないため、鼻内ユニットに対するエネルギー密度の方が低い。
10.総処置時間:好ましくは、20分間〜25分間。
11.この好ましい経頭蓋−鼻内デバイス100の使用は、好ましくは、電磁エネルギーに特に敏感な対象、又は脳の感染症のある対象によるあり得る過剰摂取を回避するために、2日又は3日に1回以下に制限されるべきである。
鼻内光療法ユニットの好ましい実施形態は、図5〜図12及び図15〜図18によってそれぞれ、統合されたシステム及びすぐ使用できる医療デバイスとして示されている。そこに示すように、非侵襲的装置図5及び図6は、自己投与式アプリケーターデバイス23を提供し、鼻腔内の所望の固定位置で、構成された照射レンズ24を保持しかつ支持し、寸法的にサイズが小さい、好都合な構造的物品が、少なくとも部分的に透明であり、対象の呼吸能力を重要なほどに損なうことなく鼻腔空間内に挿入可能にするように、意図的に成形されている。
図8及び図9によってそれぞれ詳細に示すように構造的に、鼻内光療法用の好ましい構成された照射レンズ39は、実質的に「L」字型構築物として現れる。しかしながら、構成された照射レンズ39自体は、好ましくは、以下の2つの他の別個の構造実体によって形成され、それらを結合及び統合した結果である。
(i)少なくとも一部には光透過材料から形成された携帯型中空ケーシング35であって、少なくとも一部には所望の方向に光を反射する反射レンズとしての役割を果たす、携帯型中空ケーシング35、及び、
(ii)中空ケーシング35の内部空間容積内に完全に収容及び収納される、少なくとも1つの別個の発光ユニット又はダイオード38。
図10及び図11によってそれぞれ示す好ましい実施形態では、鼻クリップ40は、アプリケーターデバイスを鼻の解剖学的構造に固定し、光子の漏れを最小限にするための付属品として機能するとともに、出力効率を最大限にするようにこれらの光子41を鼻腔内に戻るように反射する、機能クリップとして二役を務める。アプリケーター物品は、カンチレバーとともに成形され、カンチレバーは、ボタンを(指で)押し下げる(42)ことによって機能して、クリップがレンズアセンブリ35を開放し(43)、クリップを鼻の上に快適に滑らせるのを可能にする。指の圧力が解除されると、クリップは、その先行するデフォルト位置に戻り、それにより、アプリケーターデバイスを構造的な鼻の解剖学的構造に固定する。
図12は、ダイオード45によって放出される光を選択された標的領域(複数の場合もある)に偏向させる役割を果たすマイクロレンズ44のオプションを備えた、低出力レーザー実施形態を示す図である。この特徴を組み込むことにより、実施形態は、光46の分散を最小限にし、効力を達成するための所要電力を最小限にする。また、残りの漏れの大部分は、鼻クリップ40によって捕捉及び反射される。これは全て、装置が全体として鼻47に固定して取り付けられる間に発生する。
図6〜図13によってそれぞれ提示するようなアプリケーター手段23は、望ましい手持ち式物品を形成するように構造的に設計された部品を意図するように合わせてグループ化したものであり、上記物品は、患者が自身の指を用いて操作することができ、鼻孔に対する随意の取付け及び取外しに適している。図6a及び図6b並びに図13a及び図13bによって特に示すように、それは、集合的にアプリケーター手段23を形成及び構成する支持ベース34及び鼻クリップ35又は40との構成された照射レンズ39の組合せであり、したがって、アプリケーター手段23は、使用者に対して個人的に好都合な自己投与型構造である。
本発明の鼻内脳刺激のための動作パラメーターは、広範囲かつ多種多様な臨床応用を包含する3つのサブグループに広く分割することができる。3つのサブグループがヒトの脳をいかに標的とするかの概念的表現を、図2、図3及び図4によってそれぞれ示し、以下のように要約することができる。
本装置は、複数の肯定的な属性、特性及び能力を提供する。特に、以下がある。
1.装置及びシステムは、脳及び神経系の治療転帰を達成するように、種々の選択された波長にわたって光エネルギーを送達することができる。
2.装置及びシステムは、非常に低い所要電力を有する。
3.装置及びシステムは、他の経頭蓋光治療方法で用いられるフルヘルメットより使用が快適である、軽量の経頭蓋ヘッドセットを提供する。
4.装置及びシステムは、鼻孔の外壁にクリップ留めすることができると同時に、光療法を送達するために鼻腔内にケースに入れられた固体の電子光源(発光ダイオード又は低出力レーザーダイオード等)を挿入することができる、使用が容易な鼻内アプリケーターを提供する。
5.装置及びシステムは、特に携帯性及び自己投与に関する、先行技術の欠点及び従来の技術の限界を克服する。それはまた、光療法を脳に送達する方法に関しても既知のシステムと著しく異なる。
6.装置及びシステムは、光線及び光波長を方向付けることによって脳の様々な標的領域を照明することができる。これに関して、光の波長は、脳物質内への所望の浸透に関して事前選択される。これにより、それぞれの神経疾患及び障害に対して改善された転帰がもたらされる。
7.装置及びシステムは、衛生及びコスト削減の両方の目的で、処理及び電源コントローラーアセンブリから光エネルギーの送達を分離し、また、この目的で、また同様にモバイルスマートフォンとインターフェースするために、適切な出力用量を搬送する単一の処理コントローラーアセンブリで、異なる発光ユニットの交換及び置換を可能にする可能性がある。
8.装置及びシステムは、好ましくは、経頭蓋光療法及び鼻内光療法を結合し、この場合、(i)経頭蓋ヘッドセットは、脳の背側/上方領域に光エネルギーを向け、(ii)鼻内ユニットは、脳の腹側又は下側に光エネルギーを向ける。これにより、現行の経頭蓋法単独の場合及び現行の鼻内法単独の場合より、より包括的なカバレッジが可能になる。
9.装置及びシステムは、好ましくは、デフォルトモードネットワークの特定の皮質中枢を標的とし、したがって、アルツハイマー病及び認知症等の脳障害に関連する中枢の損傷を治癒することを目指す。
上述したシステム及び装置は、本発明の好ましい方法で使用することができる。この方法では、光エネルギーは、好ましくはDMNの標的皮質中枢に送達される。上述したように、これらの皮質中枢における損傷は、アルツハイマー病及び認知症等の多くの脳障害に関連する。これらの損傷領域への光の有効な送達は、治癒を刺激することを目指す。特に、光は、光の方向に成長を引き出すように、脳細胞における成長円錐の先端を誘引する。細胞レベルでは、光アクセプター呼吸酵素シトクロムオキシダーゼは、光スペクトルの可視赤色領域及び近赤外領域における光に対して感受性があり、これらの赤色及び近赤外波長の吸収光をアデノシン三リン酸(ATP)の細胞エネルギー分子に変換する。結果としてATP合成及び酸素吸収が増大し、したがって、in−vivoでのミトコンドリア代謝が促進される。これは、好ましくは、神経細胞の成長及び治癒を促進し、脳障害の症状を改善することを目標とする。
第1、第2、第3及び第4の構成された照射ユニットであって、第1、第2、第3及び第4の構成された照射ユニットの各々は、固定寸法、標準の大きさの内部空間容積、及び頭蓋に取り付けられるのに好適な外面構成を有する携帯型中空ケーシングを備え、各構成された照射ユニットの上記携帯型中空ケーシングは、
(i)各構成された照射ユニットの上記中空ケーシングに対して構成された外面の少なくとも一部を形成する光エネルギー透過材料と、
(ii)各構成された照射ユニットの中空ケーシングの上記内部空間容積内に完全に収容及び収納された少なくとも1つの発光ユニットであって、所定エネルギー強度で、頭蓋に浸透しかつ脳内に入るのに十分な要求に応じた事前設定された持続時間、近赤外光波長及び可視赤色光波長からなる群から選択された少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを発生させることができる少なくとも1つの発光ユニットと、
から構成され、
それにより、上記第1、第2、第3及び第4の構成された照射ユニットは、頭蓋に取り付けられた後に光エネルギーを放出し、この放出された光エネルギーを、in−vivoで頭蓋を通して脳の少なくとも一部に通すのを達成することができる、第1、第2、第3及び第4の構成された照射ユニットと、
上記第1、第2、第3及び第4の構成された照射ユニットを支持し、この第1、第2、第3及び第4の構成された照射ユニットの上記光を透過する外面を頭蓋の固定位置及び所望の放射方向に随意に配置するように適合されたフレームと、
構成された照射ユニットからの光エネルギーの脳の少なくとも一部へのin−vivoでの要求時送達を制御することができる携帯型コントローラーアセンブリであって、
(a)携帯型かつ充電式の要求時直流電流の電源と、
(b)こうした直流電流の流れを制御し方向付ける中央処理装置と、
(c)中央処理装置への直流電流の要求時搬送のために電源と電気通信する少なくとも1つのコネクタと、
(d)中央処理装置から発光ユニットへの直流電流の要求時搬送のために構成された照射ユニットと電気通信する少なくとも1つのコネクタと、
を含むコントローラーアセンブリと、
を備え、
ここで、上記光エネルギー放出装置は、
構成された照射レンズであって、
固定寸法、標準の大きさの内部空間容積、及び、対象の呼吸能力を実質的に損なうことなくかつ生きている対象の鼻組織を侵襲することなく、鼻孔の鼻腔空間内にin−vivo挿入されるのに好適な外面構成を有する携帯型中空ケーシングを含み、上記構成された照射レンズの上記携帯型ケーシングは、
(i)上記構成された照射レンズの上記中空ケーシングに対して構成された外面の少なくとも一部を形成する光エネルギー透過材料と、
(ii)上記構成された照射レンズの上記中空ケーシングの上記内部空間容積内に完全に収容及び収納された少なくとも1つの発光ユニットであって、所定エネルギー強度で、鼻組織に浸透しかつ脳内に入るのに十分な要求に応じた事前設定された持続時間、近赤外光波長及び可視赤色光波長からなる群から選択された少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを発生させることができる少なくとも1つの発光ユニットと、
から構成され、
それにより、上記構成された照射レンズは、in−vivo挿入の後に鼻腔内で任意の所望の方向に光エネルギーを放出し、この放出された光エネルギーを、in−vivoで鼻腔から脳の少なくとも一部に通すのを達成することができる、構成された照射レンズと、
構成された照射レンズを支持し、この構成された照射レンズの上記光を透過する外面を、鼻孔内で対象の鼻腔の内側に隣接して固定位置及び所望の照射方向に随意に配置するように適合された自己投与型アプリケーター手段と、
を更に備え、
上記携帯型コントローラーアセンブリは更に、上記構成された照射レンズからの光エネルギーの要求時送達を制御することができる。
上記構成された照射レンズによって放出される光エネルギーが、対象の鼻組織を通って浸透し、in−vivoで脳の少なくとも1つの部分に入るように、上記構成された照射レンズの透明な外面を鼻孔内で対象の鼻腔の内側に隣接した所望の固定位置に配置すること。
上記配置された構成された照射レンズの上記発光ユニットが、所定のエネルギー強度で、対象の鼻組織を通って浸透しかつ脳の少なくとも一部の神経刺激が達成されるように脳内に入るのに十分な、要求に応じた事前設定された持続時間、近赤外光波長及び可視赤色光波長からなる群から選択された少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを発生させるようにすること。
(A)左及び右腹側正中前頭前野領域及び任意選択的に前帯状回を含む脳の第1の領域、
(B)左及び右楔前部皮質領域及び任意選択的に後帯状回を含む脳の第2の領域、
(C)外側下頭頂部皮質における左角回領域及び任意選択的に左後帯状回を含む脳の第3の領域、及び
(D)外側下頭頂部皮質における右角回領域及び任意選択的に右後帯状回を含む脳の第4の領域。
本発明者及び共同研究者は、アルツハイマー病及び認知症の18人の無作為に選択された被験者に対して、本発明のシステム、装置及び方法の有効性を検査する試験を行った。標準的な認知及び機能尺度による評価を、基準(0週目)及び12週目において行った。本発明のシステム及び装置により、12人の被験者を処置した。プラセボデバイスで6人の被験者を処置した。
12週目、本発明の本物のシステム及び装置で処置した被験者の全てが、記憶/認知及び機能的能力の異なる程度の改善を示した。プラセボデバイスでの被験者に関しては、被験者のうちの2人は微妙な改善を示したが、残りの4人は低下し続けた。
これは、アルツハイマー病及び認知症患者に対する無作為なプラセボ対照試験における記憶/認知及び機能的能力の改善をもたらす、第1の医療モダリティである。また今のところ、十分なプラスの結果を提供しかつ全てが著しいマイナスの副作用を有する、製薬の選択肢はない。さらに、パイプラインにある薬剤が、認知低下の速度を落とすことを提案しているが、改善するようには提案していない。本発明のシステム及び装置は、いかなる顕著なマイナスの副作用も追加しなかった。薬物療法を続けていた有志者には禁忌もなかった。
不安神経症を患っている患者に対して試験を行った。患者には、20分間、本発明のシステム及び装置により1回の処置を行った。
Claims (12)
- 生きている哺乳動物の脳の非侵襲的神経刺激療法を要求時に行う自己投与型システムであって、
該自己投与型非侵襲的神経刺激システムは、照射ユニットを備え、
前記照射ユニットは、各々が、固定寸法と、標準サイズの内部空間容積と、頭蓋に取り付けられるのに好適な構成外面とを有する携帯型中空ケーシングを備えた第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットからなり、
各々の構成照射ユニットの前記携帯型中空ケーシングは、
(i)各々の構成照射ユニットの前記中空ケーシングの前記構成外面の少なくとも一部を形成する光エネルギー透過材料と、
(ii)各々の構成照射ユニットの前記中空ケーシングの前記内部空間容積内に収容及び収納された少なくとも1つの発光ユニットであって、所定エネルギー強度で、前記頭蓋に浸透しかつ前記脳内に入るのに十分な要求に応じた事前設定された持続時間、近赤外光波長及び可視赤色光波長からなる群から選択された少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを発生させることができる少なくとも1つの発光ユニットと、から構成され、 それにより、前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットは、前記頭蓋に取り付けられた後に光エネルギーを放出し、放出された光エネルギーを、生体内で前記頭蓋を通して前記脳の少なくとも一部に通すことを達成することができ、
該自己投与型非侵襲的神経刺激システムは、更に、
前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットを支持し、前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットの光を透過する前記外面を前記頭蓋の固定位置及び所望の放射方向に随意に配置するように適合されたフレームと、
前記構成照射ユニットから前記脳の少なくとも一部への生体内での光エネルギーの要求時送達を制御することができる携帯型コントローラーアセンブリと、を備え、
前記コントローラーアセンブリは、
(a)要求時に直流電流を出力する携帯型かつ充電式の電源と、
(b)直流電流の流れを制御し方向付ける中央処理装置と、
(c)前記中央処理装置への直流電流の要求時搬送のために前記電源と電気通信する少なくとも1つのコネクタと、
(d)前記中央処理装置から前記発光ユニットへの直流電流の要求時搬送のために前記構成照射ユニットと電気通信する少なくとも1つのコネクタと、を含み、
(A)前記第1の構成照射ユニットは、左及び右腹側正中前頭前野、及び任意選択的に前帯状回領域を含む脳の第1の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(B)前記第2の構成照射ユニットは、左及び右楔前部皮質領域、及び任意選択的に後帯状回領域を含む脳の第2の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(C)前記第3の構成照射ユニットは、外側下頭頂皮質における左角回領域、及び任意選択的に左後帯状回を含む脳の第3の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(D)前記第4の構成照射ユニットは、外側下頭頂皮質における右角回領域、及び任意選択的に右後帯状回を含む脳の第4の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされる、システム。 - 請求項1に記載のシステムであって、
構成照射レンズを更に備え、
前記構成照射レンズは、固定寸法と、標準サイズの内部空間容積と、前記対象の呼吸能力を実質的に損なうことなくかつ前記生きている対象の鼻組織を侵襲することなく、鼻孔の鼻腔空間内に生体内で挿入されるのに好適な構成外面とを有する携帯型中空ケーシングを含み、
前記構成照射レンズの前記携帯型ケーシングは、
(i)前記構成照射レンズの前記中空ケーシングの前記構成外面の少なくとも一部を形成する光エネルギー透過材料と、
(ii)前記構成照射レンズの前記中空ケーシングの前記内部空間容積内に収容及び収納された少なくとも1つの発光ユニットであって、所定エネルギー強度で、前記鼻組織に浸透しかつ前記脳内に入るのに十分な要求に応じた事前設定された持続時間、近赤外光波長及び可視赤色光波長からなる群から選択された少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを発生させることができる少なくとも1つの発光ユニットと、から構成され、 それにより、前記構成照射レンズは、生体内での挿入の後に前記鼻腔内で任意の所望の方向に光エネルギーを放出し、放出された光エネルギーを、生体内で前記鼻腔から前記脳の少なくとも一部に通すのを達成することができ、
該システムは、更に、
前記構成照射レンズを支持し、前記構成照射レンズの光を透過する前記外面を、鼻孔内で対象の鼻腔の内側に隣接して固定位置及び所望の照射方向に随意に配置するように適合された自己投与型アプリケーター手段を備え、
前記携帯型コントローラーアセンブリは更に、前記構成照射レンズからの光エネルギーの要求時送達を制御することができる、システム。 - 前記コントローラーアセンブリから前記構成照射ユニットへの直流電流の移送を作動及び停止させる少なくとも1つの電源スイッチを更に備える、請求項1又は2に記載のシステム。
- 前記コントローラーアセンブリから前記構成照射ユニットへの直流電流の移送を事前選択された期間に制限する少なくとも1つのタイマーを更に備える、請求項1又は2に記載のシステム。
- 前記携帯型コントローラーアセンブリは、スマートフォンを含む、請求項1又は2に記載のシステム。
- 生きている哺乳動物の脳の非侵襲的神経刺激療法を要求時に行う自己投与型専用装置であって、
該自己投与型専用装置は、照射ユニットを備え、
前記照射ユニットは、各々が、固定寸法と、標準サイズの内部空間容積と、頭蓋に取り付けられるのに好適な構成外面とを有する携帯型中空ケーシングを備えた第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットからなり、
各々の構成照射ユニットの前記携帯型中空ケーシングは、
(i)各々の構成照射ユニットの前記中空ケーシングの前記構成外面の少なくとも一部を形成する光エネルギー透過材料と、
(ii)各々の構成照射ユニットの前記中空ケーシングの前記内部空間容積内に収容及び収納された少なくとも1つの発光ユニットであって、所定エネルギー強度で、前記頭蓋に浸透しかつ前記脳内に入るのに十分な要求に応じた事前設定された持続時間、近赤外光波長及び可視赤色光波長からなる群から選択された少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを発生させることができる少なくとも1つの発光ユニットと、から構成され、
それにより、前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットは、前記頭蓋に取り付けられた後に光エネルギーを放出し、放出された光エネルギーを、生体内で前記頭蓋を通して前記脳の少なくとも一部に通すのを達成することができ、
該自己投与型専用装置は、更に、
前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットを支持し、前記第1、第2、第3及び第4の構成照射ユニットの光を透過する前記外面を前記頭蓋の固定位置及び所望の放射方向に随意に配置するように適合されたフレームと、
前記構成照射ユニットから前記脳の少なくとも一部への生体内での要求時送達を制御することができる携帯型コントローラーアセンブリと、を備え、
前記コントローラーアセンブリは、
(a)要求時に直流電流を出力する携帯型かつ充電式の電源と、
(b)直流電流の流れを制御し方向付ける中央処理装置と、
(c)前記中央処理装置への直流電流の要求時搬送のために前記電源と電気通信する少なくとも1つのコネクタと、
(d)前記中央処理装置から前記発光ユニットへの直流電流の要求時搬送のために前記構成照射ユニットと電気通信する少なくとも1つのコネクタと、
を含み、
(A)前記第1の構成照射ユニットは、左及び右腹側正中前頭前野、及び任意選択的に前帯状回領域を含む脳の第1の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(B)前記第2の構成照射ユニットは、左及び右楔前部皮質領域、及び任意選択的に後帯状回領域を含む脳の第2の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(C)前記第3の構成照射ユニットは、外側下頭頂皮質における左角回領域、及び任意選択的に左後帯状回を含む脳の第3の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされ、
(D)前記第4の構成照射ユニットは、外側下頭頂皮質における右角回領域、及び任意選択的に右後帯状回を含む脳の第4の領域に光エネルギーを向けるように位置決めされる、装置。 - 請求項6に記載の装置であって、
構成照射レンズを更に備え、
前記構成照射レンズは、固定寸法と、標準サイズの内部空間容積と、前記対象の呼吸能力を実質的に損なうことなくかつ前記生きている対象の鼻組織を侵襲することなく、鼻孔の鼻腔空間内に生体内で挿入されるのに好適な構成外面とを有する携帯型中空ケーシングを含み、
前記構成照射レンズの前記携帯型ケーシングは、
(i)前記構成照射レンズの前記中空ケーシングの前記構成外面の少なくとも一部を形成する光エネルギー透過材料と、
(ii)前記構成照射レンズの前記中空ケーシングの前記内部空間容積内に収容及び収納された少なくとも1つの発光ユニットであって、所定エネルギー強度で、前記鼻組織に浸透しかつ前記脳内に入るのに十分な要求に応じた事前設定された持続時間、近赤外光波長及び可視赤色光波長からなる群から選択された少なくとも1つの事前選択された波長の光エネルギーを発生させることができる少なくとも1つの発光ユニットと、から構成され、
それにより、前記構成照射レンズは、生体内での挿入の後に前記鼻腔内で任意の所望の方向に光エネルギーを放出し、放出された光エネルギーを、生体内で前記鼻腔から前記脳の少なくとも一部に通すのを達成することができ、
該装置は、更に、
前記構成照射レンズを支持し、前記構成照射レンズの光を透過する前記外面を、鼻孔内で対象の鼻腔の内側に隣接して固定位置及び所望の照射方向に随意に配置するように適合された自己投与型アプリケーター手段を備え、
前記携帯型コントローラーアセンブリは更に、前記構成照射レンズからの光エネルギーの要求時送達を制御することができる、請求項6に記載の装置。 - 前記中空ケーシング内に収容されたマイクロレンズを更に備える、請求項6又は7に記載の装置。
- 前記中空ケーシングの前記内部空間容積内に配置された前記発光ユニットは、レーザーユニット及び発光ダイオードユニットからなる群から選択される、請求項6又は7に記載の装置。
- 前記コントローラーアセンブリは、出力を10mW以上1000mW以下で調節する、請求項6又は7に記載の装置。
- 前記要求時直流電流の電源はバッテリーである、請求項6又は7に記載の装置。
- 対象の鼻腔の外壁にクリップ留めすることができると同時に、光エネルギーを送達するために前記構成照射レンズを前記鼻腔内に挿入することができるアプリケーター手段を更に備える、請求項7に記載の装置。
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