分形刺激方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療系統(tǒng)及程序，并且更具體地涉及生理治療療法和刺激設(shè)備以及用于人類疾病治療的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有許多被用于通過(guò)外部生成的刺激形式來(lái)治療患病的或生病的人類患者的理論和實(shí)際的治療設(shè)備。盡管一些治療刺激處理與其他一些相比更廣為人知或被理解，用于這些設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用的最優(yōu)方法仍然正被討論。
[0003]常見(jiàn)的治療刺激方法是經(jīng)皮電神經(jīng)刺激(TENS)。TENS是非侵入式的治療處理方法，其通過(guò)使電流通過(guò)附著于被治療的對(duì)象的皮膚的兩個(gè)或更多個(gè)表面電極來(lái)刺激神經(jīng)。TENS 一般被用于治療急性和慢性疼痛兩者的目的。
[0004]像腦電刺激技術(shù)那樣的其他治療處理被用于諸如中風(fēng)、創(chuàng)傷性腦損傷、阿爾茨海默病、帕金森氏病、抑郁、癡呆、運(yùn)動(dòng)失調(diào)以及學(xué)習(xí)無(wú)能的情況。用于腦電刺激的方法包括經(jīng)顱直流刺激(tDCS)、經(jīng)顱隨機(jī)噪聲刺激(tRNS)以及經(jīng)顱磁刺激(TMS)。光刺激能夠治療皮膚失調(diào)、非季節(jié)性抑郁、生理節(jié)奏睡眠失調(diào)、疼痛減少、痤瘡、皺紋和傷口愈合。物理療法中的振動(dòng)和壓力經(jīng)常被用于減輕緊張和壓力或減輕疼痛，而聽(tīng)覺(jué)或音樂(lè)療法是能夠被用于具有諸如注意力缺失癥、阿爾茨海默病、自閉癥或其他癡呆癥的失能的人的刺激方法。
[0005]盡管有若干種刺激療法，但無(wú)論刺激的性質(zhì)(電刺激、磁刺激、機(jī)械刺激、光刺激、聽(tīng)覺(jué)刺激)如何，刺激的最有效的時(shí)間圖案仍舊未知。已發(fā)現(xiàn)周期性的和隨機(jī)的時(shí)間圖案在一定程度上是有用的，但有效的、在理論上和生物學(xué)上正當(dāng)?shù)膱D案仍然難以捉摸。為了找到用于刺激的通用時(shí)間圖案，即生物系統(tǒng)最易對(duì)該通用時(shí)間圖案響應(yīng)并且該通用時(shí)間圖案對(duì)于功能恢復(fù)和提高最優(yōu)，必須探究正常的生理固有的生物動(dòng)態(tài)及其特性和效用。
[0006]分形(fractal)的基本描述可通過(guò)自相似結(jié)構(gòu)的概念來(lái)描述，該自相似結(jié)構(gòu)包含作為整體表示實(shí)體的迭代多尺度子單元。例如，在幾何意義上，樹(shù)的分支、雪花的結(jié)構(gòu)和海貝的螺旋形圖案為分形。分形的概念也能夠被應(yīng)用于隨時(shí)間變化的過(guò)程。更具體地，可記錄諸如在連續(xù)的一段時(shí)間上對(duì)個(gè)人心率的測(cè)量的生理時(shí)間序列并且可基于分形分析對(duì)個(gè)人的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的生理狀態(tài)得出結(jié)論。
[0007]諸如神經(jīng)系統(tǒng)、新陳代謝系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)的所有生理系統(tǒng)都由共同地形成網(wǎng)絡(luò)的、相互作用的元素組成。一種用于理解網(wǎng)絡(luò)行為的理論框架是非線性動(dòng)態(tài)的規(guī)則，其將網(wǎng)絡(luò)中的組成元素的非線性特性考慮在內(nèi)。對(duì)于最適合于生物計(jì)算和控制的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)的類型存在三種選擇:
1.常規(guī)的或周期性的運(yùn)動(dòng)，其中動(dòng)態(tài)系統(tǒng)對(duì)于導(dǎo)致所接收信息的迅速的、呈指數(shù)的消散的環(huán)境輸入中的差異是不敏感的。因此，網(wǎng)絡(luò)不攜帶動(dòng)態(tài)記憶；
2混亂的運(yùn)動(dòng)，其中基于環(huán)境輸入中的輕微差異，大的和隨機(jī)的變化發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。與周期性運(yùn)動(dòng)類似，在這個(gè)系統(tǒng)中沒(méi)有動(dòng)態(tài)記憶并且環(huán)境信息呈指數(shù)地消散；
3.在混亂或分形動(dòng)態(tài)的邊緣處的運(yùn)動(dòng)，其中網(wǎng)絡(luò)對(duì)于環(huán)境信息是敏感的和響應(yīng)的。在分形網(wǎng)絡(luò)中，信息的輸入不會(huì)呈指數(shù)地消散，從而產(chǎn)生具有長(zhǎng)記憶的系統(tǒng)。具有分形動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)與生物計(jì)算和控制是最兼容的。
[0008]鑒于這些考慮，分形多尺度動(dòng)態(tài)在正常的生物網(wǎng)絡(luò)中將會(huì)是普遍的，而患病的系統(tǒng)將展現(xiàn)周期性的和/或混亂的運(yùn)動(dòng)的病態(tài)動(dòng)態(tài)。許多證據(jù)支持這種看法:
1)從來(lái)自正常對(duì)象的不同頭皮區(qū)域記錄的人類EEG的圖案以多尺度的分形EEG圖案為特征。有諸如癲癇小發(fā)作和癲癇大發(fā)作的不同神經(jīng)情況的患者顯示高度周期性的動(dòng)態(tài)?？蓞⒖加蒖obinson等人在Review ^(2002)中的“在正常的喚醒狀態(tài)和癲癇發(fā)作下的大規(guī)模腦部活動(dòng)的動(dòng)態(tài)(Dynamics of large-scale brain activity in normal statesand epileptic seizures)” ；
2)病態(tài)周期性動(dòng)態(tài)不僅在CNS中顯露，也在心肺系統(tǒng)中、在潮式呼吸中和心力衰竭中顯露。此外，即使在有白血病的患者中，周期性血細(xì)胞動(dòng)態(tài)被觀察到?？蓞⒖加蒄indley等X^SAmerican Review of Respiratory Disease 937頁(yè)至939頁(yè)(1984)中的“在睡眠期間按潮式呼吸的心臟異位的呼吸暫停和振蕩(Apneas and oscillat1n of cardiac ectopyin Cheyne-Stokes breathing during sleep)，，以及參考由 G.Chikkappa 等人在
1023頁(yè)至1030頁(yè)(1976)中的“在有慢性髓細(xì)胞白血病的患者中的血白細(xì)胞、血小板和網(wǎng)狀細(xì)胞的周期性振蕩(Per1dic oscillat1n of blood leukocytes, platelets, andreticulocytes in a patient with chronic myelocytic leukemia)” ；
3)除了周期性動(dòng)態(tài)的出現(xiàn)，混亂的動(dòng)態(tài)也能夠在疾病狀態(tài)下被觀察到。心率可變性顯示與心力衰竭關(guān)聯(lián)的、記錄在案的周期性運(yùn)動(dòng)，并且隨機(jī)圖案化的可變性能夠在有心房顫動(dòng)的對(duì)象中被觀察到。另一方面，健康的對(duì)象展現(xiàn)了多尺度分形變化。這些結(jié)果示意了正常的動(dòng)態(tài)分解(breakdown)成混亂和周期性的病態(tài)動(dòng)態(tài)的可能性。類似地分解成混亂的情況能夠在亨廷頓氏舞蹈癥中以及在老年人的步態(tài)中看到?？蓞⒖加蒅oldberger等人在Proceedings of the Nat1nal Academy of Sciences of the United States of America2466頁(yè)至2472頁(yè)(2002)中的“生理學(xué)中的分形動(dòng)態(tài):隨疾病和老化的變化(Fractaldynamics in phys1logy: alterat1ns with disease and aging)，，。
[0009]理論上的考慮和實(shí)驗(yàn)的觀察都指向正常生理動(dòng)態(tài)的分形性質(zhì)，并且背離分形是患病過(guò)程的指示器。由于分形動(dòng)態(tài)位于常規(guī)的周期性運(yùn)動(dòng)與混亂之間，其經(jīng)常被稱為在混亂的邊緣處的動(dòng)態(tài)。在這點(diǎn)上，所有治療干預(yù)，即身體上的、藥理學(xué)的、外科的或其他方面的干預(yù)的根本目標(biāo)是遠(yuǎn)離高度機(jī)械的周期性過(guò)程或遠(yuǎn)離高度不可預(yù)測(cè)的混亂過(guò)程地、在混亂的邊緣處恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)分形運(yùn)動(dòng)。
[0010]治療刺激的動(dòng)態(tài)的性質(zhì)存在于這樣的事實(shí)中，即持續(xù)的無(wú)尺度分形動(dòng)態(tài)對(duì)于正常工作的生物系統(tǒng)而言是正常的操作模式，系統(tǒng)響應(yīng)所述治療刺激并且所述治療刺激對(duì)于將病態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和養(yǎng)護(hù)回到健康狀態(tài)最優(yōu)。
[0011]過(guò)去的研究已顯示了導(dǎo)致病態(tài)的動(dòng)態(tài)的特定刺激圖案的證據(jù):
癲癇發(fā)作已被報(bào)告為是由周期性的刺激圖案誘發(fā)的。在以特定頻率使用閃光燈(光誘發(fā)的發(fā)作)時(shí)、在TMS和TENS的臨床應(yīng)用中觀察到它們?？蓞⒖加蒑uller等人在Brain Stimulat1n 320頁(yè)到329頁(yè)(2013)中的“在有病態(tài)正面感官現(xiàn)象的患者中的重復(fù)經(jīng)頡磁刺激的安全性和可容忍性:文獻(xiàn)綜述(Safety and tolerability of repetitivetranscranial magnetic stimulat1n in patients with pathologic positive sensoryphenomena: a review of literature) ” 以及參考由 Appleton 等人在 feizare 108 頁(yè)至111頁(yè)(2000)中的“青少年肌肉陣攣性癲癇中的光敏性(Photosensitivity in juvenilemyoclonic epilepsy) ”以及參考由 de Haan等人在辦/1545 頁(yè)至 1549 頁(yè)(2005)中的“對(duì)于光敏性癲癇的同卵雙胞胎兄弟不一致:人類中可能的視覺(jué)啟動(dòng)效應(yīng)的第一份報(bào)告(Monozygous twin brothers discordant for photosensitive epilepsy: first reportof possible visual priming in human)”。
[0012]由于周期性是構(gòu)成這些病例的基礎(chǔ)的共有時(shí)間特征，人們能夠推斷出非分形的周期性外部刺激圖案能夠在生物系統(tǒng)中誘發(fā)病態(tài)的、非分形的發(fā)作動(dòng)態(tài)。這些觀察強(qiáng)烈