症和创伤后压力紧张障碍（PTSD)的情绪障碍的表性表现已经被示 出为与前额叶皮层区域中的下降的代谢能力相关联[参见ShumakeJ,Gonzalez-Lima F(2003)."Brainsystemsunderlyingsusceptibilitytohelplessnessand depression".BehavCognNeurosciRev. 2 (3): 198-221]。对前额叶皮层的电刺激具有抗抑 郁效果[HamaniCetal(2010).^Antidepressant-likeeffectsofmedialprefrontal cortexdeepbrainstimulationinrats" ·BiolPsychiatry. 67(2):117-124]〇
[0198] 因此，利用红光和近红外光对前额叶皮层区域的光辐照应当引起在前额叶皮层 区域中的代谢能力的增大，以及提供针对这些医学状况的潜在神经保护。事实上，先导研 究示出当遭受重大抑郁症和焦虑的人类患者的前额利用具有810nm波长的低水平光被 光辐照时，到额叶皮层的血流增加并且引发抑郁症分数的63 %的减少[参见Schiffer F(2009)·"Psychologicalbenefits2and4weeksafterasingletreatmentwithnear infraredlighttotheforehead:apilotstudyoflOpatientswithmajordepression andanxiety'，·BehavBrainFunct. 5:46]〇
[0199] 对记忆缺陷的处置：
[0200] 研究学习已经证明利用具有1072nm波长的近红外光对前额叶皮层区域的辐照改 善个体的功能记忆[参见MikhalikovaSetal(2008)."Emotionalresponsesandmemory performanceofmiddle-ageCDlmiceina3Dmaze:effectsoflowinfraredlight'，· NeurobiolLearnMem. 89(4):480-488]〇
[0201] 当该记忆缺陷状况在老人之中是普遍的时，使用光辐照方法来处置大脑的前额叶 皮层区域能够帮助工作记忆缺陷的老龄化相关的问题。
[0202] IV.本发明的方法和系统
[0203] 方法/系统规范和计量学的选择：
[0204] 根据本发明的有效且安全的光辐照方法提供对某些操作参数的选择和控制。这些 操作参数包括对以下的（一个或多个）选择：光波长、相干性或非相干性、能量[如以焦耳 (J)为单位测量的]、功率[如以瓦特（W)或毫瓦特（mw)为单位测量的]、辐照度（W/cm2)、 辐照暴露量（J/cm2)、暴露时间（秒）、波类型（连续或脉冲）、分数协议（患者处置过程的 数目）、光束大小（降落的光束的区域）以及光束穿透（递送）距离。
[0205] 1.治疗波长的选择
[0206] 示出为在引发活神经细胞中的活体有益效果时最有效的波长处在光谱的红和近 红外范围（NIR)的光学窗口中，即在600nm与llOOnrn波长之间。脑福照的成功处置通常已 经在动物和人类两者中处在633-670nm(可见红）波长或808-1072nm(近红外）波长中。因 此，在大约600nm与llOOnrn之间变化的任何光波长被认为是可接受用于与本发明一起治疗 使用。
[0207] 总体上，然而，光波长越长，成功处置要求的能量越低；并且良好确定，光波长越 长，传递到活组织中并且传递通过活组织的光的穿透距离越深。
[0208] 在通过鼻腔的脑辐照的当前方法和系统中，在大约600nm_690nm之间的较短的可 见红光波长以及在大约700nm-1400nm之间的近红外（NIR)波长能够执行用于某些状况。
[0209]非常重要的是，正是这些广泛光波长引发最大的线粒体响应，与具有用于活体有 效组织穿透距离的一个特定波长的需求相反。另外，在630nm与800nm之间的光光子波长 将穿透活组织并向上行进到28mm距离甚至通过具有相对低的透明度的层，例如皮肤、结缔 组织、骨骼以及脊髓，其中，大约6%的总能量密度是可探测的。因此，如果穿透的深度是被 处置的医学状况或病理状态的关键因素，则基于更长波长穿透到组织中更深的事实，优选 在大约700nm-1400nm之间的NIR光波长用于使用。
[0210] 注意，光能量通过活组织的穿透不仅取决于选定波长而且取决于目标组织的光 学属性。具体地，光能量在大脑的灰质和白质内的最大穿透距离在NIR光区域中的大约 700nm-1400nm之间的波长处出现。还出于该原因，高度优选在大约700nm-1400nm之间的 NIR光波长用于使用。
[0211] 还在总体上优选选择并针对单个治疗应用使用单个单色波长的光。因此，通常选 定的单个单色波长应当大约为670nm(可见红）或大约830nm(近红外）。
[0212] 此外，同时两色辐照改变减少的和氧化还原的形式的酶的比率；因此，推荐用户选 择纯单色波长光源用于几乎每个治疗应用。作为选择特定治疗光波长的引导，建议在633 至IJ670nm的区域中的光波长被用于总体脑辐照；并且大约808到1072nm的光波长用于穿透 并到达大脑的更深解剖区域。
[0213] 2.相干性与非相干性辐射的选择
[0214] (激光与发光二极管）
[0215] 激光提供单向的相干电磁辐射，因此允许与高能量输入耦合的更集中的能量。现 代激光源通常以低强度半导体形式被构建，其中，内置发散度允许高度安全性（通常大约 57度发散度）。
[0216] 这样的激光光源具有独特的优点，其包括：较高程度的组织穿透；高效的光学耦 合；以及高单色性。当要求活组织的更深穿透距离[给定波长、能量剂量和强度的相同参 数]时，激光的相干光比由发光二极管（LED)产生的非相干光更值得期望。
[0217] 然而，对于大多数治疗应用，因此对于临床功效要求光相干性；并且在需要组织穿 透的更大距离的那些医学环境中，认为使用在来自发光二极管（LED)的较长波长处的非相 干光最好地满足。
[0218] 因此，近年来，发光二极管（LED)已经变成对激光的可行的治疗备选作为光源。假 定细胞的光感受器（尤其是细胞色素氧化酶）不在被接收到的光光子的相干性或非相干性 之间辨别。因此，给定相同的光波长，使用发光二极管（LED)在细胞的光感受器感受体处接 收到的能量剂量和强度将产生与由激光源的相干光提供的非常相似或相同的治疗效果。尽 管利用LED非相干光的穿透通常是更浅的，但是LED生成的非相干光具有提供辐照射束覆 盖范围的更宽区域的优点。
[0219] 本发明的系统和方法意识到在来自激光源与发光二极管源的光之间存在的相干 性或非相干性差异；并且通过基于针对特定应用目的的最佳状况在它们之间仔细挑选来提 供两种可能性，即要在治疗上被处置的特定疾病状态或障碍将指示其是最好的形式。
[0220] 因此，作为仅仅第一说明性示例，当在辐照仅仅中脑区中的一个指定区域，例如辐 照更深地定位的松果腺以便恢复正常昼夜节律并修正睡眠障碍中存在优点时，一般优选激 光源的相干光用于其更大的组织穿透距离。然而，作为有意义的备选方案，在更长波长（优 选在NIR范围中）与更长处置时间组合的非相干LED光的使用将充分地补偿能够由激光源 的相关光提供的最大组织穿透距离的损失。
[0221] 作为第二说明性示例，鉴于来自NIR810nm激光源的相干光由于其更深的组织穿 透能力将是最优选的，810nm激光本身对人眼是不可见的。因此，本方法和系统的用户没有 可见光以因此触发眨眼作为对意外眼睛暴露的自主神经防御机制；并且用户运行引发在他 不小心时造成对眼睛的重大视网膜损伤的非故意的实质性风险。因此，本发明的方法和系 统提供一种引导式方法，其推荐当810nm光波长被采用并且意图用于非监督的个人治疗家 庭使用时，即这样的810nm光仅仅单独在LED光源版本中应当可用于购买公众。类似地，具 有810nm光波长的激光源应当被保留并且限于仅仅在研究领域中或在受监督的医学处置 环境中用于治疗使用。备选地，建议激光源用于生成在655nm波长的可见红光以便获益于 具有可见红光的安全性方面，以及伴随地提供激光的更大组织穿透优点。
[0222] 非相干性LED生成光的另一重要方面在于对这样的非相干光的使用相较于激光 生成光创建非常可忽略量的热。非相干性LED生成光的该有价值的特征允许活脑组织使用 在相对低功率密度的波长被暴露较长时间段，其转而允许对神经代谢的更有功效的调制。 因此，如果处置时间为了医学功效要被延长，如由对创伤性脑损伤的处置例证的，在对激光 生成光的使用上高度优选在相对低功率密度的非相干性LED生成光波长以便避免对脑组 织造成不期望的热损伤的风险。
[0223] 因此，出于一般治疗使用目的，本发明优选使用LED光源和非相干光波长（尤其在 归因于其更大组织穿透质量的NIR波长范围中）用于治疗处置以及用于预防性医药应用。 该优选推荐一般包括并且包含与人类认知功能、神经退化、血管性痴呆、偏头痛、疼痛以及 人类记忆缺陷相关的那些医学/临床/病理状况。
[0224] 对比之下，给定相同的波长，来自激光源的低功率水平相干光优选用于处置急性 和慢性神经障碍和状况，并且期望用于处置特别目标区域/区，其在解剖上更深地被定为 在大脑的内部内。因此，对（涉及黑质的）帕金森疾病、与昼夜节律（松果腺）相关的睡眠 障碍以及加速康复（下丘脑）的可见红光辐照处置当与具有相同波长的LED相比时最好使 用来自激光的低水平相干光来处置。还出于安全性原因，仅仅在600nm到690nm之间的可 见红光波长应当以最小安全性限制来使用。
[0225] 3.治疗能量和其他参数
[0226] 光能量传统上被测量为焦耳（J)=功率（W)X时间（秒）。出于脑刺激目的，需要 非常少的光能量来刺激线粒体活动，尽管针对医学功效的定义的最小阈值量还没有因此被 建立。
[0227] 相反，当今使用的针对医学功效的恰当参考点是涉及被直接注射到静脉中的光的 经时间检验的静脉内光辐照技术（主要在俄罗斯、德国以及世界各地的许多其他国家使用 数十年），并且其通常遵循具有632. 8nm的波长、1. 5mw的功率以及每个处置过程30分钟的 时间的激光的参数。在此基础上，患者通常在头三个日历日一天被处置一次，并且之后每 两个日历日处置一次，直到总计达到十个患者处置过程。对于每个患者处置过程，2. 7焦耳 (1.5/1000WX30分钟X60秒）的光能量被递送。
[0228] 当从鼻腔内施加利用激光生成光（与632. 8nm波长相同或相似）的大脑辐照，存 在邻近组织深度问题要考虑。这些问题通过增大功率[以瓦特（W)或毫瓦特（ΠΜ)为单位 测量的]若干数量级来克服，例如25分钟5mw，由此生成7. 5焦耳（5/1000WX25分钟X60 秒）的能量输出。
[0229] 此外，将更大的功率添加到脉冲光源递送更多能量，其继而能够原位激活更多 ATP;然而，这样添加到系统的功率损害在鼻内实施例中的方法的可用性。
[0230] 针对本发明的激光实施例的参考功率参数是将功率因素限制到5mw以便将功率 保持在类别3R的低风险水平[美国食品药物管理局（FDA)的标准集]。因此，针对激光实 施例的操作参数的优选集将提供5mw的功率因素和针对每个患者处置过程被限制到25分 钟的时间处置持续时间。以这种方式，激光生成光将通过邻近鼻腔的潜在皮下层并且有效 地进入到大脑。
[0231] 对比之下，应指出，LED光源大部分是发散的。因此，当使用本发明的LED实施例 时，能量输出应被增大约60%增大至大约12焦耳。该能量输出的改变还要求现在被设定为 8mw(12焦耳Λ25Χ60秒）X1000)的较高功率因素。
[0232] 因此，总的来说，对于激光源，目标能量为大约7. 5焦耳（5/1000WX25X60秒）； 并且对于LED光源，目标能量为大约12焦耳（8/1000WX25X60秒）。
[0233] 4.连续波（CW)与脉冲频率
[0234] 公开的科学文献已经事实地确定当使用808nm激光时，在100Hz和1000Hz的脉冲 激光束产生比在100Hz和1000Hz的连续波（CW)射束优良的结果；并且在10Hz的810nm激 光束产生比在100Hz连续波射束更大的从创伤性脑损伤的临床恢复。
[0235] 为何在10Hz比100Hz(或任何其他频率）的脉冲效果更好仍然有待猜测：应指出， 10Hz是alpha脑波的频率；并且因此在10Hz的脉动与在静态的整个大脑共振。另外，大脑 的海马区还在4-lOHz范围中的波起作用。海马负责记忆、情绪状况、行为管理、空间记忆和 导航。也正是该区域之一遭受晚期阿尔茨海默疾病的严重损害。
[0236] 总的来说，为了使用本方法和系统进行脑治疗并且尤其为了处置中脑区，为了有 效的临床效果最优选10Hz脉冲模型，尤其当与NIR810mw光源组合时，其给出良好穿透深 度。
[0237] 发明操作参数总体：
[0238] A.基于以上给出的操作描述细节，用于鼻内光辐照和脑刺激的操作参数可以被宽 泛地划分成三个指示子组，三个指示子组包含广泛的且各种的临床应用，并且其由下面的 表3呈现。
[0239]表 3:
[0240] 发明参数
[0241]
[0242] B.另外，三个系统如何瞄准人类大脑的概念表示分别由图2、图3和图4示出，并 且能够被总结如下：
[0243] 图2示出了使用633nmLED源的模型系统：来自LED光源12的光射线11是大体 畅通无阻的并且被分散在宽阔的区域上直到它们到达筛骨13的垂直板。到大脑中的穿透 是相对浅的但是广泛的神经网络将信号分布在大脑中。其首先瞄准前额叶皮层14并且之 后大体上瞄准大脑。然而，能够根据需要使光源成角度以指向大脑的任何区域处。
[0244] 图3示出了使用655nm激光源的模型系统：来自激光源16的光射线15是大体畅 通无阻的并且大体在窄色散内保持相干直到它们穿透筛骨17的垂直板。该穿透相对应图 2中的633nmLED模型更深并且到达主要目标中脑区18。然而，二次信号传送将仍然被分 布在其他脑区中。
[0245] 图4示出了使用810nmLED光源的模型系统：来自LED光源20的光射线19是大 体畅通无阻的并且被分散在宽阔的区域上直到它们到达筛骨21的垂直板。该穿透相对应 图2中的633nmLED模型更深并且色散（以及组织覆盖范围）比图3中的655nm激光更宽， 覆盖了整个大脑，包括位于更深层次的中脑区22。该模型系统提取以上描述的其他两个模 型的良好特征。商业缺点在于光是不可见的并且一些用户可能对于他们能够看见的光射线 更舒适且安全。
[0246] V.本发明的优选结构实施例
[0247] 将意识到并认识到，本发明是于2010年6月16日提交的并且题目为"MethodAnd PortableSystemForNon-Invasive,In-VivoBloodIrradiationLightTherapy'，的现 在待审的美国非临时专利申请序列号为No. 12/802, 866的部分继续。另外，由美国非临时 专利申请序列号为No. 12/802, 866呈现的说明书文本和原始权利要求的完整书面描述明 确通过引用并入本文中。因此，如果期望涉及本发明的设备的进一步描述和/或更广泛的 细节，则美国非临时专利申请序列号为No. 12/802,866能够并且将提供它们。
[0248] 优选的设备和系统实施例：
[0249] 本发明的各种模型设备和系统为了一致的图像和经济性而采用通用用户接口。该 用户接口实施例可以随时间而改进或修改；但是在每个实施例中，软件和结构部件将确定 光波长和能量强度被有效递送到大脑的方式。
[0250] 清楚地，意图用户接口的优选实施例是能够被制造为商业可销售的产品并且商业 形式当前被认为是本发明的最好模式的一个。因此，无创的可自我管理的设备的最好模式 分别由图5-图12和图15-图18示出为统一系统并且是准备用于使用的医学装置。
[0251] 如其中看到的，无创设备图5&图6提供可自我管理的施用器装置23,方便性的结 构产品，其将配置辐照透镜24固定并支持在鼻腔内的期望固定位置中；并且在尺寸上大小 是小的，是至少部分透明的，并且其形状有目的地被成形为允许其在没有造成对对象的呼 吸能力的有意义损害的情况下插入到鼻腔空间中。
[0252] 可自我管理的施用器装置23被成形为两个单独的结构实体的得到的组合和集 成：透明且部分中空的配置辐照透镜24,其具有在其外壳25内的至少一个分立光二极管； 以及支撑基底26,其将配置辐照透镜24与功率线缆27连接。
[0253] 结构上，配置辐照透镜24封装二极管壳体25,所述二极管壳体包含以如发光二极 管（LED)或如激光的形式的二极管光源。另外，配置辐照透镜24至少部分由光透射材料形 成；并且与二极管壳体25 -起与透镜成角并集成以在期望方向和发散角度释放光光子。
[0254] 在由图5-图7示出的可自我管理的施用器装置的实施例中，装置能够包括由不同 塑料形成的一个或多个支撑结构，其用于将配置辐照透镜24 (S卩，透镜/二极管复合体）稳 固地固定在期望方向上，并且还将配置辐照透镜24牢固地舒适地固定到鼻子的解剖结构。 施用器装置可以是