光能量发射到 所述鼻腔内并且实现所发射的光能量从所述鼻腔到活体大脑的至少一个部分中的传递；
[0060] 可自我管理的施用器装置，其适于支撑所述配置辐照透镜并且适于随意将所述配 置辐照透镜的所述光透射外表面放置在鼻孔内邻近对象的鼻腔的内衬的固定位置和期望 辐照方向；
[0061] 便携式控制器组件，其能够控制光能量通过所述对象的鼻组织从所述配置辐照透 镜到活体大脑的至少一部分的按需递送，所述控制器组件包括：
[0062] (α)按需直流电流的便携式且可再生的电源，
[0063] (β)中央处理单元，其用于控制并导向这样的直流电流的流动，以及
[0064] (γ)与所述配置辐照透镜电通信的至少一个连接器，其用于直流电流从所述控制 器组件到所述光生成单元的按需运送。
[0065] 本发明的第三方面提供一种用于经由活哺乳动物的鼻腔执行对大脑的无创神经 刺激治疗的可自我管理的按需专用设备，所述可自我管理的专用设备包括：
[0066] 便携式中空套管，其具有适合于在不对对象的呼吸能力造成实质性损害的情况下 并且在不侵入活对象的鼻组织的情况下活体插入到鼻孔的鼻腔空间中的固定尺寸、大小被 设置的内部空间体积以及外表面配置，所述便携式套管包括：
[0067] (i)光能量透射材料，其形成所述中空套管的所述配置外部表面的至少一部分，
[0068] (ii)至少一个光生成单元，其整体被容纳并被包含在所述中空套管的所述内部空 间体积内，并且所述至少一个光生成单元能够按需生成足以穿透通过鼻组织并且传递到大 脑中的具有从包括近红外红光波长和可见红光波长的组中选择的至少一个预选定波长、在 预定能量强度并且针对预设时间持续时间的光能量，
[0069] 由此，所述配置辐照透镜能够在活体插入之后在任何期望方向上将光能量发射到 所述鼻腔内并且实现所发射的光能量从所述鼻腔到活体大脑的至少一个部分中的传递；
[0070] 可自我管理的施用器装置，其适于支撑所述配置辐照透镜并且适于随意将所述配 置辐照透镜的所述光透射外表面放置在鼻孔内邻近对象的鼻腔的内衬的固定位置和期望 辐照方向；以及
[0071] 便携式控制器组件，其能够控制光能量通过所述对象的鼻组织从所述配置辐照透 镜到活体大脑的至少一部分的按需递送，所述控制器组件包括：
[0072] (α)按需直流电流的便携式且可再生的电源，
[0073] (β)中央处理单元，其用于控制并导向这样的直流电流的流动，
[0074] (γ)与所述配置辐照透镜电通信的至少一个连接器，其用于直流电流从所述控制 器组件到所述光生成单元的按需运送；
[0075] 与所述电流源电通信的至少一个连接器，其用于直流电流到所述控制器组件的按 需转移；以及
[0076] 与所述控制器组件和容纳在所述中空外壳内的所述光生成单元电通信的至少一 个连接器，其用于直流电流从所述控制器组件的按需运送。
【附图说明】
[0077] 当结合附图理解时可以容易地理解并更容易地认识本发明，在附图中：
[0078] 图1示出了来自系统的光如何辐照大脑的总体概念图，其中，其间几乎没有组织 屏障；
[0079] 图2示出了来自尤其是具有大印记的发光二极管（LED)的可见红光如何穿透大脑 的概念图；
[0080] 图3示出了当与如图2中所示的LED相比较时由来自穿透大脑但是具有较小印记 的低水平激光二极管的可见红光的穿透的相对深度的概念图；
[0081] 图4示出了当与如图2中所示的可见红LED和如图3中所示的可见红低水平激光 器相比较时由来自穿透大脑的LED二极管的近红外（NIR)光的穿透的相对深度和广度的概 念图；
[0082] 图5是示出了包括本发明的设备的优选实施例的照片；
[0083] 图6示出了包括本发明的设备的优选实施例；
[0084] 图7a和图7b分别示出了施用器的固定形式版本和施用器的基于悬臂的版本。
[0085] 图8a和图8b分别是施用器组件的侧视图和俯视图的工程制图；
[0086] 图9a和图9b分别是施用器的L形透明透镜的侧视图和俯视图的工程制图； [0087] 图10示出了通过鼻夹紧固的设备的施用器的定位并且示出了发射的光射线的方 向；
[0088] 图11示出了设备的鼻夹如何使光的泄漏最小化并且将它们重新导向到鼻腔中并 且导向到大脑，以及悬臂如何被操纵以使得辐照透镜被滑动到鼻孔中；
[0089] 图12还示出了设备的二极管、微透镜、辐照透镜和鼻夹的定位在影响光的方向中 的作用；
[0090] 图13示出了施用器的发光二极管实施例；
[0091] 图14示出了针对控制器组件的外部形式因素；
[0092] 图15示出了控制器组件的关键内部部件；以及
[0093] 图16示出了作为控制器组件的备选方案的智能电话的概念图。
【具体实施方式】
[0094] 本发明是一种用于出于活体刺激大脑的医学目的而通过活哺乳类对象的鼻孔执 行对大脑组织的辐照光治疗的便携式无创设备、系统和方法。
[0095] 传统上当今，存在刺激大脑的若干已知方式，但是这些技术大部分涉及在实验室 动物上的研究实验或是在临床上/在医学上需要被监督的流程。关于对人类大脑的治疗刺 激的更多最近研究已经集中在经颅光治疗方法上，经颅光治疗方法是一种涉及从颅骨的外 部辐照大脑的技术。
[0096] 与这些传统上已知的治疗流程明显不同，本发明利用鼻内通道作为解剖进入点； 并且遵循针对概念方法建立的原理，即利用特定固定参数的光能量辐照脑组织将实现活体 治疗效果。以这种方式，本发明利用指定强度、波长、相干性、持续时间和脉冲模式的光能量 来实现治疗效果。
[0097] 本发明的方法、系统和设备通过位于邻近鼻腔的组织将治疗光辐照递送到大脑。 出于该目的，光能量发射设备包括配置辐照透镜，所述配置辐照透镜包括便携式中空外壳， 所述便携式中空外壳具有适合于活体插入到鼻孔的鼻腔空间中的固定尺寸、大小被设置的 内部空间体积以及外表面配置。鼻插入设备部件被设计为是小的且舒适的；并且避免造成 对用户的呼吸能力的重大或有意义的损害。在插入之后，设备可以被调节或被预设以：对从 设备发射的光的释放的辐照角度进行导向，设置期望功率水平，生成针对发射的光的脉冲 频率，并且选择处置过程的持续时间以便实现意图的治疗效果。
[0098] 因此，本发明的处置系统考虑不同参数具有不同治疗效果。作为开始，将认识到本 发明提供三种不同备选模式，产生不同医学效果的集合。
[0099] 主要优点和明显益处：
[0100] 本发明提供许多效果。这些包括以下：
[0101] ?处置方法和系统利用由公开的科学研究事实地支持并且证实的原理并且应用 由公开的科学研究事实地支持并且证实的操作参数。
[0102] 鲁没有与该处置方法和系统相关联的主要副作用或并发症。
[0103] ?设备在每个和每一个实施例和使用实例中是在医学上无创的并且可自我管理 的。
[0104] 鲁设备专用于并且被设计用于随意自我附着到对象的鼻子并且从对象的鼻子自 我拆下。
[0105] 鲁设备是紧凑的并且共同地为仅仅比火柴盒稍大。
[0106] ?设备是重量极轻的、便携式的并且容易由手运往任何距离。
[0107] ?设备是舒适的并且易于使用的。
[0108] ?设备是要由患者自身日程化地并且重复地为了治疗处置而按需自我管理的，并 且不要求医学技术人员或医师的任何辅助。
[0109] ?设备能够备选地采用激光或发光二极管作为光生成单元。
[0110] ?设备能够生成在从近红外和红光范围选出的任何（一个或多个）期望医学上有 效的波长的光能量波和粒子。
[0111] 鲁设备不引起与其他医学装置的重大电磁或其他干扰，并且因此适合于由具有植 入式起搏器或除颤器的个人使用。
[0112] 鲁设备的优选实施例部署具有655nm的低水平激光二极管或者具有633nm或 810nm生成的光的发光二极管（"LED"）。
[0113] ?设备在功率上被调节以提供仅仅大约l_20mW;并且优选使用1. 5伏特电池作为 直流电流源。功率和电池要求对光源是特定的，所述光源可以为激光或非激光发光二极管。
[0114] ?优选实施例可以递送脉冲光，其中，这已经被测试以支持针对某些医学状况的 更多治疗益处。
[0115] 鲁设备的优选实施例是易于由任何个人使用的，因为一个人仅仅使用其手指来将 施用器夹到鼻孔上并且按下"打开电源"按钮。
[0116] 鲁设备的优选实施例包括计时器和自动关闭开关两者，自动关闭开关在25分钟 或其他时间长度之后自我接合。
[0117] 鲁优选处置持续时间是医学上相关的；并且实际处置时间可以取决于光源的选择 和目标通量（或剂量）而变化。
[0118] 鲁设备的优选实施例是高度抵抗意外损伤的，并且能够在不引发任何损坏的情况 下承受5英尺下降。
[0119] ?设备的优选实施例采用处理控制器组件，所述处理控制器组件确保递送到鼻腔 的光能量是一致的。如果电池不能够保持一致的功率以驱动电路对光源供电，则处理控制 器将给出警告并且将关闭设备。
[0120] 鲁备选实施例包括对具有代替处理控制组件执行的下载的软件应用的"智能电 话"的使用。
[0121] I.本发明的潜在前提
[0122] 在公开的神经科学研究学习中证明并且证实了针对本发明的原理的潜在医学前 提和临床支持。下面给出的选出的事实总结提供用于关于对活大脑的神经刺激理解并认识 本发明的真正优点的准确背景和恰当视角。
[0123] 鼻内辐照的潜在影响和价值：
[0124] 1.特别目标脑区
[0125] 大脑的特定解剖部分支配头脑和身体的特定功能。例如，间脑（大致在中脑附近） 区域是大多数必要生存功能中的一些的所在，并且保持人的物理健康的一些关键。这是从 颅骨的外部进入难以到达的区域但是较容易由鼻腔中的光源到达。
[0126] 在本文的解剖脑部件之中，下丘脑是针对许多自主神经功能的控制中心。其与内 分泌和副交感神经系统的结构连接以支持其在保持在身体中的内稳态中的至关重要的作 用。其是影响各种情绪和快乐反应、存储记忆、调节荷尔蒙、感官知觉、运动功能以及嗅觉的 边缘系统的一部分。边缘系统的其他部件是杏仁核、扣带回、海马、嗅觉皮层和丘脑。
[0127] 在中脑区能够是初级目标的同时，发散的光射线还将照射脑的其他部分中的一些 以实现较宽广度的益处。治疗如何被分布在大脑中作为到次级区中的下一阶段的假设还基 于神经系统在其网络中快速承载信号的能力。
[0128] 光能量可以被操纵以指向大脑的目标部分以为了在特定初级区中获得更多能力。 例如，黑质（其功能障碍可归因于帕金森疾病）位于中脑区的底部；或在另一情况下，在单 独的位置中的前额叶皮层能够被瞄准以改善高级认知功能并且平衡原始情感。
[0129] 2.鼻内光能量辐照的解剖优点
[0130] 当与尽力辐照活体大脑的传统上已知的处置方法相比较时，被插入到鼻腔中的光 源将在解剖上位于中脑区附近（大约3英寸的主要是气腔和软组织）。参见图1。
[0131] 如图1所示，当在该鼻内位置中的光源1被指向中脑区时，对于有效的光辐照需要 很少的能量，因为到大脑组织的物理通道距离中的大部分是鼻孔的气腔2。出于示出的目 的，在解剖上突出显示的中脑区是：杏仁核3、海马4、下丘脑5、中隔区6以及扣带回7。容 易由光源照射的神经皮层区域的部分是前额叶皮层8。
[0132] 毫无疑问，大脑本身被包围在颅骨内部。除了将脊髓连接到大脑的脑干9的区以 外，保护性颅骨的最薄部分是筛骨10的薄垂直板。作为其对大脑的低阻碍阻力的历史见 证，筛骨10也是颅骨的在古埃及木乃伊制作过程期间通常被打破以排除大脑材料的那部 分。的确，有某种组织材料存在作为通向中脑区的通道中的鼻中隔壁，但是这种组织材料具 有低密度。
[0133] 使在鼻内定位的光源与目标脑区之间存在很少组织材料是显著的，因为红光波和 近红外光波穿透（如由比尔朗伯定律定义的）能够在距表面的1mm距离处遭受多达80% 的光功率衰减[参见例如，AbdoA，SahinM(2007)."NIRlightpenetrationdepthin theratperipheralnerveandbraincortex'，·ConfProcIEEEEngMedBiolSoc 2007:1723-1725]。此外，基于在老鼠上经颅地进行的810nm低水平激光辐照，以实证方式 测得平均穿透功率；并且得到的数据示出仅仅激光功率的15%被透射通过皮肤，并且仅仅 该减少的量的6%穿透通过皮肤和颅骨的组合-尽管810nm波长的相对较好的穿透质量 [参见AndoTetal(2011) ·"ComparisonofTherapeuticEffectsbetweenPulsedand ContinuousWave810nmWavelengthLaserIrradiationforTraumaticBrainInjury inPlosOne. 6(10)].
[0134] 在解剖上，光辐照的鼻内通道主要具有在大脑与光源之间存在的筛骨的非常薄的 垂直板；并且没有在距离上介入的其他组织结果-因此在所有其他操作参数保持相同的 情况下允许更多光能量穿透到大脑中。
[0135] 3.鼻内光辐照的工程优点
[0136] 以上描述的解剖优点因此允许一种治疗处置系统，其采用如由图1所示的具有指 向恰当解剖方向的合适光波长源的低能量的单个二极管。因此，在该设备被构建之后，其变 成治疗处置的系统和方法的基础，所述治疗处置的系统和方法是可自我管理的、无创的并 且是小的且便于使用的。
[0137] 能够使用于管理光生成源和光能量发射的控制单元小型化以允许便携式的且个 人使用的系统。该方法和系统具有超过当前可获得的处置的备选模式的独特优点；其提供 治疗有效性、低能量需求、个人方便性、自我管理能力、非常小的成本以及异常简单的使用 模式。
[0138] II.大脑辐照治疗的科学基础和证据：
[0139] 最新相关研究证据：
[0140] 由于药物在解决许多神经失调中的无效性，越来越多的关注被导向诸如光治疗的 备选处置。
[0141] 清楚地示出并且事实地证实对大脑的低水平光治疗的各种活体有益效果的（使 用传统上已知的经颅光治疗技术的）最近研究学习的总结由下面的表1提供。有益效果的 宽广范围和种类是特别值得注意的。
[0142] 另外，在动物研究学习中，低水平光治疗已经被发现对于处置缺氧性脑损伤、动脉 硬化性中风、栓塞性中风、帕金森疾病、轻度认知障碍和阿尔茨海默疾病是有希望的。类似 地，在人类学习中，低水平光治疗已经被发现对于改善对缺氧性中风、创伤性脑损伤、抑郁 症和前额叶皮层的功能的效果是有希望的。
[0143] 表 1
[0144]
[0145] 缩写：ATP，三磷酸腺苷；BCCA0,双侧颈总动脉阻闭；LED，发光装置；MCA0,大脑中 动脉阻塞；MPTP，1-甲基-4-苯基-1，2, 3, 6-四氢吡啶
[0146] 参考文献
[0147] ---------------
[0148] ^ozumiY，NawashiroH，SatoS，KawauchiS，ShimaK，Kikuchi M(2010),Targetedincreaseincerebralbloodflowbytranscranialnear-infrared laserirradiation"·LasersSurgMed. 42(6) :566-576.
[0149] 2DetaboadaL，IlicS，Leichliter-MarthaS，OronU，OronA，Streeter J(2006).αTranscranialapplicationoflow-energylaserirradiationimproves neurologicaldeficitsinratsfollowingacutestroke"·LasersSurgMed. 38(1)： 70-73.
[0150] 30ronA，OronU，ChenJ，etal(2006). "Low-levellasertherapyapplied transcraniallytoratsafterinductionofstrokesignificantlyreduces long-termneurologicaldeficits".Stroke.37(10) :2620-2624.
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[0152] 5LapchakPA，SalgadoKF，ChaoCH，Zivin威（2007) ·"Transcranial near-infraredlighttherapyimprovesmotorfunction