JP2011515152A - Method and apparatus for irradiating a surface with continuous wave or pulsed light - Google Patents
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Abstract
表面を、光学素子の出射面から出射された少なくとも1つの光ビームで照射する方法および装置。この少なくとも1つの光ビームの、断面は約2cm2より大きく、この断面における時間平均放射照度は約10mW/cm2から約10W/cm2の範囲にある。この少なくとも1つの光ビームは、一時パルス幅が約0.1ミリ秒と約150秒の間の範囲にあり、時間平均放射照度が約1mW/cm2と約100W/cm2の間の範囲にある、複数のパルスを含み得る。A method and apparatus for irradiating a surface with at least one light beam emitted from an exit surface of an optical element. The cross section of the at least one light beam is greater than about 2 cm 2 and the time average irradiance at the cross section is in the range of about 10 mW / cm 2 to about 10 W / cm 2 . The at least one light beam has a temporal pulse width in the range between about 0.1 milliseconds and about 150 seconds and a time average irradiance in the range between about 1 mW / cm 2 and about 100 W / cm 2. A plurality of pulses may be included.
Description
優先権主張
本願は、その全体を本明細書に引用により援用する2009年2月20日に出願された米国特許出願第12/389,294号の、一部継続出願である。本願はまた、その全体を本明細書に引用により援用する2008年3月18日に提出された米国仮出願第61/037,668号の優先権を主張する。
This application is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 12 / 389,294, filed Feb. 20, 2009, which is incorporated herein by reference in its entirety. This application also claims the priority of US Provisional Application No. 61 / 037,668, filed Mar. 18, 2008, which is incorporated by reference herein in its entirety.
発明の背景
発明の分野
本発明は、一般的には光線療法に関し、より特定的には脳組織の光線療法のための新たな装置および方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates generally to phototherapy, and more particularly to new devices and methods for phototherapy of brain tissue.
関連技術の説明
神経変性病(たとえばアルツハイマー病、パーキンソン病)、ハンチントン舞踏病、脱髄症(たとえば多発性硬化症)、脳神経麻痺、外傷性脳損傷、脳卒中、および脊髄損傷といった、多数の神経学的疾患があり、これらはおそらく光線療法適用の恩恵を受けることができるであろう。これらの疾患のほとんどは、深刻な病的状態および死亡率の原因となり、かつ、社会、家族および介護者の多大な負担を強いる。多くの神経学的疾患には、現在適用できる有効な治療法がない、または、適用可能な治療法は、機能回復、生活の質の維持、もしくは疾患の進行の停止には十分ではない。
Description of Related Art Numerous neurology such as neurodegenerative diseases (eg Alzheimer's disease, Parkinson's disease), Huntington's disease, demyelinating disease (eg multiple sclerosis), cranial nerve palsy, traumatic brain injury, stroke, and spinal cord injury There are common illnesses, and these will probably benefit from phototherapy applications. Most of these diseases cause serious morbidity and mortality and impose a great burden on society, families and caregivers. For many neurological disorders there is no effective treatment currently applicable or applicable therapy is not sufficient to restore function, maintain quality of life, or stop disease progression.
今もなお満たされていない主な医学的必要性である神経学的疾患の一例は、脳血管発作(CVA)とも呼ばれる脳卒中である。脳卒中は、脳のある領域に血液を供給する動脈内に血栓が留まることによって生じる、脳の離散的領域への血流の突然の乱れを原因とする(虚血性脳卒中と呼ばれる)か、または、破裂した動脈瘤もしくは動脈破裂による脳出血を原因とする(出血性脳卒中と呼ばれる)。米国では、脳卒中の犠牲者は年間750,000人を超え、すべての脳卒中のうち、およそ85%が虚血性であり、15%が出血性である。脳卒中の結果、影響を受けた脳部位における機能損失、およびこれに付随する、影響を受けた脳部位によって制御される身体の領域における身体機能の損失が生じる。脳内の主な損傷の程度および場所によって、機能損失は、軽度のものから重度のものまで大きく異なり、一時的な場合もあれば永久的な場合もある。喫煙、ダイエット、身体活動のレベル、および高コレステロールといった生活要因が脳卒中の危険を高めるため、脳卒中は、先進国における人間の苦痛の主な原因である。脳卒中は、米国を含むほとんどの先進国において第3位の死因である。 An example of a neurological disease that is still a major medical need that has not been met is stroke, also called cerebrovascular stroke (CVA). Stroke can be caused by a sudden disruption of blood flow to discrete areas of the brain (called ischemic stroke) caused by a thrombus remaining in an artery that supplies blood to an area of the brain, or Caused by a ruptured aneurysm or cerebral hemorrhage from a ruptured artery (called hemorrhagic stroke). In the United States, there are more than 750,000 stroke victims annually, of which approximately 85% are ischemic and 15% are hemorrhagic. A stroke results in loss of function in the affected brain region, and concomitant loss of body function in the region of the body controlled by the affected brain region. Depending on the extent and location of major damage in the brain, loss of function can vary widely from mild to severe and can be temporary or permanent. Stroke is a major cause of human suffering in developed countries, as life factors such as smoking, diet, physical activity levels, and high cholesterol increase the risk of stroke. Stroke is the third leading cause of death in most developed countries, including the United States.
脳卒中治療は、脳卒中発症時の基本的救命措置およびその後のリハビリテーションに限定されることが多い。現在、虚血性脳卒中に対する唯一のFDA認可治療は、組織プラスミノーゲン活性化因子(tPA)を使用する血栓溶解療法を含む。しかしながら、tPAは、脳卒中発症から3時間以内にしか使用できず、いくつかの禁忌があるため、脳卒中患者のうちこの薬を受ける患者の割合はほんのわずかである。 Stroke treatment is often limited to basic life support at the onset of stroke and subsequent rehabilitation. Currently, the only FDA approved treatment for ischemic stroke involves thrombolytic therapy using tissue plasminogen activator (tPA). However, tPA can only be used within 3 hours of stroke onset and there are some contraindications, so only a small percentage of stroke patients receive this drug.
外傷性脳損傷(TBI)は、突然の身体的外傷(たとえば、脳、脊髄、神経もしくは網膜の圧挫または圧迫損傷を含む、中枢神経系内の圧挫もしくは圧迫損傷、または、細胞死をもたらす何らかの急性損傷もしくは発作)が、頭部に障害を引起すときに生じる。たとえば、頭部が突然のおよび/または激しい強打を受けると、または、物体が頭蓋骨を貫通して脳組織の中に入ると、TBIが生じる可能性がある。脳の障害の程度は重度である可能性があるが、軽度でそれほど重大ではないTBIでさえ、長く続く可能性がある神経学的後遺症に関係している。神経変性疾患の進行は、TBIと関連付けられてきた。TBIは結果として、脳の離散的領域への血流の突然の乱れを招く可能性がある。脳卒中またはTBIの結果、影響を受けた脳部位における機能損失、およびこれに付随する、影響を受けた脳部位によって制御される身体の領域における身体機能の損失が生じ得る。脳内の主な損傷の程度および場所によって、機能損失は、軽度のものから重度のものまで大きく異なり、一時的な場合もあれば永久的な場合もある。 Traumatic brain injury (TBI) results in sudden physical trauma (eg, crushing or compression injury in the central nervous system, including crushing or compression injury of the brain, spinal cord, nerves, or retina), or cell death Some acute injury or seizure) occurs when the head is damaged. For example, TBI can occur when the head is subjected to a sudden and / or severe bang or when an object penetrates the skull and enters the brain tissue. The degree of brain damage can be severe, but even mild and less severe TBI is associated with neurological sequelae that can last long. Progression of neurodegenerative diseases has been associated with TBI. TBI can result in a sudden disturbance of blood flow to discrete regions of the brain. A stroke or TBI can result in loss of function in the affected brain region and concomitant loss of body function in a region of the body controlled by the affected brain region. Depending on the extent and location of major damage in the brain, loss of function can vary widely from mild to severe and can be temporary or permanent.
毎年何百万人もの生命に打撃を与え続けており有効な治療法がほとんどない脳卒中およびその他の神経学的疾患の治療のための新たな改善された治療介入の発見には、今も大きな関心および臨床的必要性がある。 There is still great interest in the discovery of new and improved therapeutic interventions for the treatment of stroke and other neurological disorders that continue to hit millions of lives each year and have few effective treatments And there is a clinical need.
発明の要約
ある実施例では、患者の頭皮または頭蓋骨の一部を光で照射するための装置が提供される。この装置は、光源と、光源と光学的に連通する出力光学素子とを含む。出力光学素子は、0.1ミリ秒と150秒の間の範囲にある一時パルス幅を有する複数のパルスを含むパルス光ビームを出射するように構成された出射面を含む。パルス光ビームの、出力光学素子の出射面での断面は約2cm2より大きく、この断面における時間平均放射照度は約10mW/cm2から約10W/cm2の範囲にある。
SUMMARY OF THE INVENTION In one embodiment, an apparatus for irradiating a portion of a patient's scalp or skull with light is provided. The apparatus includes a light source and an output optical element in optical communication with the light source. The output optical element includes an exit surface configured to emit a pulsed light beam including a plurality of pulses having a temporary pulse width in a range between 0.1 milliseconds and 150 seconds. The cross-section of the pulsed light beam at the exit surface of the output optical element is greater than about 2 cm 2 , and the time average irradiance in this cross-section is in the range of about 10 mW / cm 2 to about 10 W / cm 2 .
ある実施例では、表面を光で照射する方法が提供される。この方法は、表面を、光学素子の出射面から出射された少なくとも1つのパルス光ビームで照射することを含む。この少なくとも1つのパルス光ビームは、約0.1ミリ秒と約150秒の間の範囲にある一時パルス幅を有する複数のパルスを含む。この少なくとも1つのパルス光ビームの、出射面でのビーム断面は約2cm2より大きく、時間平均放射照度は約1mW/cm2と約100W/cm2の間の範囲にある。 In one embodiment, a method for illuminating a surface with light is provided. The method includes irradiating the surface with at least one pulsed light beam emitted from the exit surface of the optical element. The at least one pulsed light beam includes a plurality of pulses having a temporal pulse width that ranges between about 0.1 milliseconds and about 150 seconds. The beam cross-section at the exit surface of the at least one pulsed light beam is greater than about 2 cm 2 and the time average irradiance is in the range between about 1 mW / cm 2 and about 100 W / cm 2 .
ある実施例では、患者の脳を治療する方法が提供される。この方法は、患者の頭皮または頭蓋骨の少なくとも一部を、患者の頭蓋骨を通して送られる複数のパルスを含む少なくとも1つのパルス光ビームで照射して、脳の少なくとも一部を照射することを含む。この少なくとも1つのパルス光ビームの一時プロファイルの、頭皮における1秒間の平均である時間平均放射照度は、約100mW/cm2と約10W/cm2の間の範囲にあり、頭皮におけるピーク放射照度は、約12.5mW/cm2と約1000W/cm2の間の範囲にある。 In certain embodiments, a method of treating a patient's brain is provided. The method includes irradiating at least a portion of the brain by irradiating at least a portion of the patient's scalp or skull with at least one pulsed light beam comprising a plurality of pulses transmitted through the patient's skull. The temporal profile of the temporal profile of the at least one pulsed light beam, which is an average of 1 second in the scalp, is in the range between about 100 mW / cm 2 and about 10 W / cm 2 and the peak irradiance in the scalp is In a range between about 12.5 mW / cm 2 and about 1000 W / cm 2 .
ある実施例では、外傷性脳損傷を受けた患者を治療する方法が提供される。この方法は、患者の頭皮または頭蓋骨の少なくとも一部を、患者の頭蓋骨を透過するパルス光で非侵襲的に照射して、患者の脳細胞を照射および刺激することを含む。このパルス光の一時プロファイルは、1パルス当たりの平均放射照度、一時パルス幅、およびパルスデューティサイクルを含む。この一時プロファイルを選択することにより、外傷性脳損傷の後、照射された脳細胞の、細胞生存、細胞機能、または双方の向上、回復、または促進のために、膜電位を調節する。 In one embodiment, a method for treating a patient who has experienced traumatic brain injury is provided. The method includes irradiating and stimulating a patient's brain cells by non-invasively irradiating at least a portion of the patient's scalp or skull with pulsed light that passes through the patient's skull. The temporal profile of this pulsed light includes the average irradiance per pulse, the temporal pulse width, and the pulse duty cycle. By selecting this temporal profile, the membrane potential is adjusted to improve, restore, or promote cell survival, cell function, or both of irradiated brain cells following traumatic brain injury.
ある実施例では、神経変性病または鬱病の患者を治療する方法が提供される。この方法は、患者の頭皮または頭蓋骨の少なくとも一部を、患者の頭蓋骨を透過するパルス光で非侵襲的に照射して、患者の脳細胞を照射および刺激することを含む。このパルス光の一時プロファイルは、1パルス当たりの平均放射照度、一時パルス幅、およびパルスデューティサイクルを含む。この一時プロファイルを選択することにより、照射された脳細胞の、細胞生存、細胞機能、または双方の向上、回復、または促進のために、膜電位を調節する。 In certain embodiments, a method of treating a patient with neurodegenerative disease or depression is provided. The method includes irradiating and stimulating a patient's brain cells by non-invasively irradiating at least a portion of the patient's scalp or skull with pulsed light that passes through the patient's skull. The temporal profile of this pulsed light includes the average irradiance per pulse, the temporal pulse width, and the pulse duty cycle. By selecting this temporal profile, the membrane potential is adjusted to improve, restore, or promote cell survival, cell function, or both of the irradiated brain cells.
ある実施例では、患者の頭皮の一部を光で照射するための装置が提供される。この装置は、約630ナノメートルから約1064ナノメートルの範囲にある1つ以上の波長を含む光源を含む。この装置はさらに、光源と光学的に連通する出力光学素子を含む。出力光学素子は、出力光学素子の出射面での断面が約2cm2より大きくかつこの断面における時間平均放射照度が約10mW/cm2から約10W/cm2の範囲にある光ビームを出射するように構成された出射面を含む。この装置はさらに、患者の頭皮の照射部分と熱的に連通する状態で配置されるように、かつ、熱を患者の頭皮の照射部分から約0.1ワットから約5ワットの範囲にあるレートで除去するように構成された、熱伝導性部分を含む。 In one embodiment, an apparatus for irradiating a portion of a patient's scalp with light is provided. The apparatus includes a light source that includes one or more wavelengths in the range of about 630 nanometers to about 1064 nanometers. The apparatus further includes an output optical element in optical communication with the light source. The output optical element emits a light beam having a cross section at the output surface of the output optical element that is greater than about 2 cm 2 and a time average irradiance in the cross section of about 10 mW / cm 2 to about 10 W / cm 2. Including the exit surface. The apparatus is further configured to be placed in thermal communication with the irradiated portion of the patient's scalp and at a rate of heat ranging from about 0.1 watts to about 5 watts from the irradiated portion of the patient's scalp. Including a thermally conductive portion configured to be removed.
ある実施例では、表面を光で照射する方法が提供される。この方法は、光学素子の出射面から光ビームを出射することを含む。出射面における光ビームは、約630ナノメートルから約1064ナノメートルの範囲にある1つ以上の波長と、約2cm2より大きい断面と、この断面における約10mW/cm2から約10W/cm2の範囲にある時間平均放射照度とを有する。この方法はさらに、熱を出射面から約0.1ワットから約5ワットの範囲にあるレートで除去することを含む。 In one embodiment, a method for illuminating a surface with light is provided. The method includes emitting a light beam from the exit surface of the optical element. Light beam at the exit face, and one or more wavelengths in the range of about 630 nanometers to about 1064 nanometers, and about 2 cm 2 greater than cross section, about 10 mW / cm 2 in the cross-section of about 10 W / cm 2 With a time average irradiance in the range. The method further includes removing heat from the exit surface at a rate in the range of about 0.1 watts to about 5 watts.
ある実施例では、患者の頭皮を光で照射するための装置が提供される。この装置は、第1の部分と、第1の部分に機械的に結合されかつ第1の部分と光学的に連通する第2の部分とを含む。第2の部分は、装置の動作中に第1の部分からの光が第2の部分を通して伝播するよう、患者の頭皮と熱的に連通する状態で配置される。第1の部分および第2の部分は、第2の部分が患者の頭皮と熱的に連通する状態で配置されたことに応じて相対的に移動するように構成される。 In one embodiment, an apparatus for irradiating a patient's scalp with light is provided. The apparatus includes a first portion and a second portion that is mechanically coupled to the first portion and in optical communication with the first portion. The second part is placed in thermal communication with the patient's scalp so that light from the first part propagates through the second part during operation of the device. The first portion and the second portion are configured to move relative to each other in response to the second portion being placed in thermal communication with the patient's scalp.
ある実施例では、表面を光で照射する方法が提供される。この方法は、第1の部分と、第1の部分に機械的に結合されかつ第1の部分と光学的に連通する第2の部分とを含む装置を提供することを含む。第1の部分および第2の部分は、相対的に移動するように構成される。この方法はさらに、第2の部分を表面と熱的に連通する状態で配置することを含む。この方法はさらに、第1の部分からの光が第2の部分を通して伝播するように表面を照射することを含む。この方法はさらに、第2の部分が表面と熱的に連通する状態で配置されたことに応じて、第1の部分および第2の部分を相対的に移動させることを含む。 In one embodiment, a method for illuminating a surface with light is provided. The method includes providing an apparatus that includes a first portion and a second portion that is mechanically coupled to the first portion and in optical communication with the first portion. The first portion and the second portion are configured to move relative to each other. The method further includes placing the second portion in thermal communication with the surface. The method further includes illuminating the surface such that light from the first portion propagates through the second portion. The method further includes moving the first portion and the second portion relative to each other in response to the second portion being disposed in thermal communication with the surface.
ある実施例では、患者の頭皮を光で照射するための装置が提供される。この装置は、出射面を含む出力光学アセンブリを含み、この装置の動作中、光は、出力光学アセンブリを通過し第1の光学経路に沿って出射面まで伝播する。この装置はさらに、出力光学アセンブリから間隔を置いて設けられたセンサを含む。センサは、出力光学アセンブリを通過し第2の光学経路に沿って伝播する出力光学アセンブリからの放射を受けるように位置付けられ、第1の光学経路と第2の光学経路間との間は非ゼロ角度である。 In one embodiment, an apparatus for irradiating a patient's scalp with light is provided. The apparatus includes an output optical assembly that includes an exit surface, and during operation of the apparatus, light propagates through the output optical assembly along a first optical path to the exit surface. The apparatus further includes a sensor spaced from the output optical assembly. The sensor is positioned to receive radiation from the output optical assembly that passes through the output optical assembly and propagates along the second optical path, with a non-zero between the first optical path and the second optical path. Is an angle.
ある実施例では、表面を光で照射する方法が提供される。この方法は、実質的に光透過性でありかつ実質的に熱伝導性である材料を含む光学素子を与えることを含み、光学素子は第1の表面および第2の表面を有する。この方法はさらに、第1の表面を照射面と熱的に連通する状態で配置することを含む。この方法はさらに、光を、第1の光学経路に沿って、第2の表面を通してかつ第1の表面を通して照射面まで伝播させることを含む。この方法はさらに、第2の表面の少なくとも一部から第2の光学経路に沿って伝播する照射を検出することを含み、第1の光学経路と第2の光学経路の間は非ゼロ角度である。 In one embodiment, a method for illuminating a surface with light is provided. The method includes providing an optical element that includes a material that is substantially light transmissive and substantially thermally conductive, the optical element having a first surface and a second surface. The method further includes disposing the first surface in thermal communication with the irradiated surface. The method further includes propagating light along the first optical path through the second surface and through the first surface to the illumination surface. The method further includes detecting illumination propagating along at least a portion of the second surface along the second optical path, with a non-zero angle between the first optical path and the second optical path. is there.
ある実施例では、表面を光で照射する方法が提供される。この方法は、実質的に光透過性でありかつ実質的に熱伝導性である材料を含む光学素子を与えることを含み、光学素子は第1の表面および第2の表面を有する。この方法はさらに、第1の表面を照射面と熱的に連通する状態で配置することを含む。この方法はさらに、光を第1の光学経路に沿って第2の表面を通してかつ第1の表面を通して照射面まで伝播させることを含む。この方法はさらに、第2の表面の少なくとも一部から第2の光学経路に沿って伝播する放射を検出することを含み、第1の光学経路と第2の光学経路の間は非ゼロ角度である。 In one embodiment, a method for illuminating a surface with light is provided. The method includes providing an optical element that includes a material that is substantially light transmissive and substantially thermally conductive, the optical element having a first surface and a second surface. The method further includes disposing the first surface in thermal communication with the irradiated surface. The method further includes propagating the light along the first optical path through the second surface and through the first surface to the illumination surface. The method further includes detecting radiation propagating along the second optical path from at least a portion of the second surface, with a non-zero angle between the first optical path and the second optical path. is there.
ある実施例では、患者の頭皮を光で照射するための装置が提供される。この装置は熱電アセンブリを含み、熱電アセンブリは、電流が熱電アセンブリに印加されたことに応じて、熱電アセンブリの少なくとも第1の表面を冷却し、かつ、熱電アセンブリの少なくとも第2の表面を加熱する。熱電アセンブリは、出力光学アセンブリと解放可能な状態で機械的に結合されて第1の表面を出力光学アセンブリと熱的に連通させるように構成される。熱電アセンブリは第1の領域を全体的に取囲み、装置の動作中、患者の頭皮の一部を照射した光は第1の領域を通して伝播する。この装置はさらに、熱電アセンブリの第2の表面と熱的に連通するヒートシンクを含む。 In one embodiment, an apparatus for irradiating a patient's scalp with light is provided. The apparatus includes a thermoelectric assembly that cools at least a first surface of the thermoelectric assembly and heats at least a second surface of the thermoelectric assembly in response to an electrical current being applied to the thermoelectric assembly. . The thermoelectric assembly is configured to be releasably mechanically coupled to the output optical assembly to thermally communicate the first surface with the output optical assembly. The thermoelectric assembly generally surrounds the first region, and during operation of the device, light that illuminates a portion of the patient's scalp propagates through the first region. The apparatus further includes a heat sink in thermal communication with the second surface of the thermoelectric assembly.
ある実施例では、患者が装着可能な装置が提供される。この装置は、患者の頭皮の少なくとも一部の上に装着されるようにされた本体を含む。この装置はさらに、光が当てられて患者の脳の少なくとも一部を照射する場所である患者の頭皮の複数の治療部位位置に対応する複数のインジケータを含む。 In one embodiment, a patient wearable device is provided. The device includes a body adapted to be worn over at least a portion of the patient's scalp. The apparatus further includes a plurality of indicators corresponding to a plurality of treatment site locations on the patient's scalp, where light is applied to illuminate at least a portion of the patient's brain.
ある実施例では、患者が装着可能な装置が提供される。この装置は、光が当てられて患者の脳の少なくとも一部を照射する場所である患者の頭皮の複数の治療部位位置を識別するための手段を含む。この装置はさらに、オペレータに対し、治療部位位置を照射する順序を示すための手段を含む。 In one embodiment, a patient wearable device is provided. The apparatus includes means for identifying a plurality of treatment site locations on the patient's scalp, where light is applied to illuminate at least a portion of the patient's brain. The apparatus further includes means for indicating to the operator the order in which treatment site positions are irradiated.
ある実施例では、脳の光線療法の手順を示す方法が提供される。この方法は、患者の頭皮の複数の治療部位位置を識別することを含み、この治療部位位置のうち少なくとも1つの面積は1cm2以上である。この方法はさらに、治療部位位置の照射の順序を示すことを含む。 In one embodiment, a method for providing a brain phototherapy procedure is provided. The method includes identifying a plurality of treatment site locations on the patient's scalp, wherein at least one area of the treatment site locations is 1 cm 2 or greater. The method further includes indicating the order of irradiation of the treatment site locations.
ある実施例では、患者の脳を治療する方法が提供される。この方法は、患者の頭皮の1cm2以上の第1の領域を、第1の期間の間、レーザ光で非侵襲的に照射することを含む。この方法はさらに、患者の頭皮の1cm2以上の第2の領域を、第2の期間の間、レーザ光で非侵襲的に照射することを含み、第1の領域および第2の領域は重ならず、第1の期間および第2の期間は重ならない。 In certain embodiments, a method of treating a patient's brain is provided. The method includes non-invasively irradiating a first region of 1 cm 2 or more of the patient's scalp with laser light for a first period. The method further includes non-invasively irradiating a second region of 1 cm 2 or more of the patient's scalp with a laser beam for a second period, the first region and the second region being heavy. In addition, the first period and the second period do not overlap.
本発明の概要を示すために、本発明のいくつかの局面、利点、および新たな特徴についてここまで述べてきた。しかしながら、必ずしもこのような利点すべてが本発明の特定の実施例に従って得られるとは限らないことが理解されるはずである。よって、本発明は、本明細書で教示される1つの利点または一群の利点を、本明細書で教示または示唆されるであろう他の利点が達成されるか否かに関わらず、達成または最適化するようなやり方で、実施または実行されるであろう。 To provide an overview of the present invention, several aspects, advantages and novel features of the present invention have been described above. However, it should be understood that not all such advantages may be obtained in accordance with a particular embodiment of the present invention. Thus, the present invention achieves one advantage or group of advantages taught herein, regardless of whether other advantages that would be taught or suggested herein are achieved. It will be implemented or executed in a way that optimizes it.
好ましい実施例の詳細な説明
低レベル光療法(「LLLT」)または光線療法は、生物組織の切断、焼灼または除去に使用される放射照度よりも低い放射照度で、治療を目的として患者に光エネルギを照射することを含み、結果として、組織に損傷を与えることなく所望の生物刺激効果が得られる。非侵襲的光線療法では、身体の外側に位置する光源を用いて、有効量の光エネルギを、治療対象の内部組織に照射することが望ましい(たとえば、ともにその全体が本明細書に引用により援用される米国特許第6,537,304号および第6,918,922号参照)。
DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS Low level light therapy (“LLLT”) or phototherapy is a technique that provides light energy to a patient for therapeutic purposes at an irradiance that is lower than the irradiance used to cut, cauterize or remove biological tissue. As a result, the desired biostimulatory effect can be obtained without damaging the tissue. In non-invasive phototherapy, it is desirable to use a light source located outside the body to irradiate the internal tissue to be treated with an effective amount of light energy (eg, both incorporated herein by reference in their entirety). U.S. Pat. Nos. 6,537,304 and 6,918,922).
レーザ療法は、リンパ浮腫および筋肉外傷ならびに手根管症候群の治療を含むさまざまな状況において有効であることが示されている。最近の研究は、レーザで生成された赤外線が、脳を含むさまざまな組織を透過することができ、かつ機能を修正することができることを示している。加えて、レーザで生成された赤外線は、血管形成を含むがこれに限定されない効果を生むことができ、成長因子(形質転換成長因子−β)シグナリング経路を修正することができ、かつタンパク質合成を促進することができる。 Laser therapy has been shown to be effective in a variety of situations, including the treatment of lymphedema and muscle trauma and carpal tunnel syndrome. Recent research has shown that laser-generated infrared can penetrate various tissues, including the brain, and modify function. In addition, laser-generated infrared can produce effects including but not limited to angiogenesis, can modify growth factor (transforming growth factor-β) signaling pathways, and can enhance protein synthesis. Can be promoted.
しかしながら、介在する組織が光エネルギを吸収するため、この介在する組織が加熱される一方で、目的組織部位に送達される光エネルギの量が制限される可能性がある。加えて、介在する組織が光エネルギを散乱させるので、目的組織部位に送達される放射照度(もしくは電力密度)またはエネルギ密度が制限される可能性がある。身体の外側の表面に加えられる電力および/または放射照度を増すことによって強引にこれらの効果を回避しようとすると、結果として介在する組織に損傷を与える(たとえば焼く)可能性がある。たとえば、TBIを受けた患者については、頭蓋骨の中で多量の出血が生じることがあり(たとえば「フィールド内の血液(blood in the field)」)、この血液が照射された光を吸収することによって、血液で満たされた領域の下にある脳組織への光エネルギの伝播が妨げられ温度の上昇を引起す可能性がある。 However, because the intervening tissue absorbs light energy, the intervening tissue is heated while the amount of light energy delivered to the target tissue site may be limited. In addition, since intervening tissue scatters light energy, the irradiance (or power density) or energy density delivered to the target tissue site may be limited. Attempting to avoid these effects by increasing the power and / or irradiance applied to the outer surface of the body can result in damage (eg, burning) to the intervening tissue. For example, for patients who have undergone TBI, a large amount of bleeding may occur in the skull (eg, “blood in the field”), and this blood absorbs the irradiated light. The propagation of light energy to the brain tissue under the blood-filled area may be hindered and cause an increase in temperature.
非侵襲的光線療法は、選択された治療パラメーターを特定の範囲内に設定することによって好ましくは介在する組織への損傷を回避することによって、制限される。この分野における既存の科学文献を見直すと、神経学的疾患の治療について、損傷を与えないが有効である一組のパラメータが発見できるのか否か疑問が生じるであろう。しかしながら、いくつかの実施例は、本明細書に記載のように、この目標を達成可能な装置および方法を提供する。 Non-invasive phototherapy is limited by setting selected treatment parameters within certain ranges, preferably by avoiding damage to intervening tissue. A review of the existing scientific literature in this field will raise the question of whether a set of parameters that are undamaged but effective can be found for the treatment of neurological disorders. However, some embodiments provide an apparatus and method that can achieve this goal as described herein.
そのような実施例は、介在する組織による吸収が損傷レベル未満となる光の波長の選択を含み得る。そのような実施例はまた、光源の出力を、目的組織部位における低いが有効な放射照度に設定すること(たとえば約100μW/cm2から約10W/cm2の間)、頭部に照射される光の一時プロファイルを設定すること(たとえば、一時パルス幅、一時パルス形状、デューティサイクル、パルス周波数)、および、光エネルギ照射期間を数百マイクロ秒から数分に設定することによって、治療されている目的組織部位における有効なエネルギ密度を得ることも、含み得る。光線療法の使用において、他のパラメータも変えることが可能である。こうした他のパラメータは、治療される組織に実際に送達される光エネルギに寄与し、光線療法の有効性に対して重要な役割を果たし得る。ある実施例では、脳において照射される部分は、脳全体を含む可能性がある。 Such an embodiment may include the selection of the wavelength of light at which absorption by intervening tissue is below the damage level. Such an embodiment also sets the light source output to a low but effective irradiance at the target tissue site (eg, between about 100 μW / cm 2 to about 10 W / cm 2 ) and irradiates the head. Being treated by setting a temporal profile of light (eg, temporary pulse width, temporal pulse shape, duty cycle, pulse frequency) and setting the light energy exposure period from hundreds of microseconds to minutes Obtaining an effective energy density at the target tissue site may also be included. Other parameters can be varied in the use of phototherapy. These other parameters contribute to the light energy actually delivered to the treated tissue and can play an important role in the effectiveness of phototherapy. In certain embodiments, the portion of the brain that is irradiated can include the entire brain.
ある実施例では、患者の脳の目標領域は、たとえば「危険ゾーン」内のニューロンの、損傷領域を含む。他の実施例では、目標領域は、危険ゾーン外の脳の部分を含む。光線療法に含まれる生物医学的メカニズムまたは反応に関する情報は、ティーナI.カル(Tiina I. Karu)による「細胞レベルでの低出力レーザ光作用のメカニズム(Mechanisms of Low-Power Laser Light Action on Cellular Level)」、SPIE議事録第4159巻(2000)、生体系に対する低出力光の効果V、レイチェルルーバート(Rachel Lubart)編集、1−17頁、および、マイケルR.ハンブリン(Michael R. Hamblin)、「低レベル光治療のメカニズム(Mechanisms of Low Level Light Therapy)」、SPIE議事録第6140巻、614001(2006)によって提供され、これらは各々その全体が本明細書に引用により援用される。 In one embodiment, the target area of the patient's brain includes an injured area, eg, a neuron in a “risk zone”. In other embodiments, the target area includes a portion of the brain outside the risk zone. Information on biomedical mechanisms or reactions involved in phototherapy can be found in "Mechanisms of Low-Power Laser Light Action on Cellular Level" by Tiina I. Karu, SPIE Proceedings Vol. 4159 (2000), Low Power for Biological Systems Light Effect V, edited by Rachel Lubart, pages 1-17, and Michael R. Provided by Michael R. Hamblin, “Mechanisms of Low Level Light Therapy”, SPIE Proceedings Vol. 6140, 61001 (2006), each of which is herein incorporated by reference in its entirety. Incorporated by reference.
ある実施例では、本明細書に記載の光線療法の装置および方法は、身体的外傷(たとえばTBIもしくは虚血性脳卒中)または神経変性のその他の根源の治療のために使用される。本明細書で使用される、「神経変性」という用語は、脳卒中またはCVAといった一次的な破壊的事象の結果として生じる細胞破壊のプロセス、および、一次的な破壊的事象が発生したために細胞によって誘発される、二次的な遅発性および進行性の破壊メカニズムを指す。一次的な破壊的事象は、脳卒中を含む疾病過程または身体的損傷もしくは障害を含み、それだけでなく、他の疾病および状態を含み、その例として、多発性硬化症、筋萎縮性側索硬化症、熱中症、癲癇、アルツハイマー病、エイズや局所的脳虚血を含む脳虚血といった他の原因で生じる認知症が挙げられ、さらに、脳、脊髄、神経または網膜の圧挫もしくは圧迫損傷を含むCNS内の圧挫もしくは圧迫損傷といった身体的外傷、または、神経変性を生じさせる急性損傷もしくは障害を含む。二次的な破壊メカニズムは、神経毒性分子の生成および放出につながるメカニズムを含み、これは、アポトーシス、ミトコンドリア膜透過性の変化を原因とする細胞エネルギの枯渇、過剰グルタミン酸塩の放出または再摂取の失敗、再かん流障害、ならびにサイトカインおよび炎症の活性を含む。一次的および二次的メカニズムはいずれも、ニューロンに関する「危険ゾーン」の形成に寄与し、このゾーン内のニューロンは、少なくとも一時的には一次的破壊事象に耐えるが、遅発性効果のある過程が原因で、死の危険に瀕している。 In certain embodiments, the phototherapy devices and methods described herein are used for the treatment of physical trauma (eg, TBI or ischemic stroke) or other sources of neurodegeneration. As used herein, the term “neurodegeneration” is a process of cell destruction that occurs as a result of a primary destructive event, such as stroke or CVA, and is triggered by a cell because of the occurrence of a primary destructive event. Refers to secondary delayed and progressive destruction mechanisms. Primary destructive events include disease processes or physical damage or disorders including stroke, as well as other diseases and conditions such as multiple sclerosis, amyotrophic lateral sclerosis Dementia caused by other causes such as heat stroke, epilepsy, Alzheimer's disease, cerebral ischemia, including AIDS and focal cerebral ischemia, and also include crushing or compression damage to the brain, spinal cord, nerves or retina Includes physical trauma such as crushing or compression injury within the CNS, or acute injury or injury that causes neurodegeneration. Secondary disruption mechanisms include those that lead to the generation and release of neurotoxic molecules, including apoptosis, depletion of cellular energy due to changes in mitochondrial membrane permeability, release of excess glutamate or reuptake. Includes failure, reperfusion injury, and cytokine and inflammation activity. Both primary and secondary mechanisms contribute to the formation of “dangerous zones” for neurons, and the neurons in this zone are able to withstand at least temporary destruction events but have delayed effects Because of the risk of death.
ある実施例では、本明細書に記載の装置および方法を用いて神経防護作用を提供する。本明細書で使用される「神経防護作用」という用語は、神経変性損失が一次的破壊的事象または二次的破壊的メカニズムに関連する疾病メカニズムが原因か否かに関わらず、一次的破壊的事象後の神経変性が原因で、さもなければ修復不能なニューロンの損失を遅らせるまたは防止するための治療方針を指す。 In certain embodiments, the devices and methods described herein are used to provide neuroprotection. As used herein, the term “neuroprotective” refers to primary destructive regardless of whether neurodegenerative loss is due to a primary destructive event or a disease mechanism associated with a secondary destructive mechanism. Refers to a therapeutic strategy for delaying or preventing the loss of otherwise irreparable neurons due to post-event neurodegeneration.
ある実施例では、本明細書に記載の装置および方法を用いて、神経学的機能を改善し、神経学的向上をもたらし、または、以前に失われた神経学的機能を回復させる。本明細書で使用される「神経学的機能」という用語は、認知機能および運動機能双方を含む。本明細書で使用される「神経学的向上」という用語は、認知機能の向上および運動機能の向上双方を含む。本明細書で使用される「認知機能の向上」および「運動機能の向上」という用語はそれぞれ、認知機能および運動機能を改善することまたは高めることを意味する。 In certain embodiments, the devices and methods described herein are used to improve neurological function, provide neurological enhancement, or restore previously lost neurological function. As used herein, the term “neurological function” includes both cognitive and motor functions. As used herein, the term “neurological improvement” includes both improvement of cognitive function and improvement of motor function. As used herein, the terms “enhanced cognitive function” and “enhanced motor function” mean to improve or enhance cognitive function and motor function, respectively.
本明細書で使用される「認知機能」という用語は、知ること、思考、学習、認知、記憶(即時記憶、近時記憶または遠隔記憶を含む)、および判断に関連するものを含めた、認知および認知または心的過程または機能を意味する。認知機能の損失の兆候は、患者の人格、感情、および行動における変化を含むこともある。本明細書で使用される「運動機能」という用語は、主として意識的な筋肉運動である筋肉運動に関連する身体機能を意味し、運動協調性、単純および複雑な運動性行為の実行などを含む。 As used herein, the term “cognitive function” refers to cognition, including those related to knowing, thinking, learning, cognition, memory (including immediate memory, recent memory or remote memory), and judgment. And means cognitive or mental processes or functions. Signs of cognitive loss may include changes in the patient's personality, emotion, and behavior. As used herein, the term “motor function” refers to a physical function associated with muscle exercise, which is primarily conscious muscle exercise, and includes motor coordination, execution of simple and complex motor activities, and the like.
神経学的機能に影響する疾病または疾患は、アルツハイマー病、認知症、エイズまたはHIV感染、クロイツェルヤコブ病、頭部外傷(単事象外傷および複数回の脳震盪といった長期的外傷またはスポーツ外傷に起因することがある他の外傷を含む)、レビー小体病、ピック病、パーキンソン病、ハンチントン舞踏病、薬物またはアルコール依存症、脳腫瘍、水頭症、腎臓または肝臓病、脳卒中、鬱病、および、認知機能の障害および神経変性の原因となるその他の精神疾患を含むが、これらに限定されない。 Diseases or disorders that affect neurological function may result from long-term or sports trauma such as Alzheimer's disease, dementia, AIDS or HIV infection, Kreutzell-Jakob disease, head injury (single event trauma and multiple concussions Including other trauma), Lewy body disease, Pick disease, Parkinson's disease, Huntington's disease, drug or alcoholism, brain tumor, hydrocephalus, kidney or liver disease, stroke, depression, and cognitive impairment And other mental illnesses that cause neurodegeneration, but are not limited to these.
ビーム送達装置
本明細書に記載の神経学的疾患(たとえば虚血性脳卒中、アルツハイマー病、パーキンソン病、鬱病またはTBI)の治療のための光線療法の方法は、さまざまな光送達システムを使用して実施および説明することができる。このような光送達システムは、各々がその全体を本明細書に引用により援用される、米国特許第6,214,035号、第6,267,780号、第6,273,905号、第6,290,714号および第7,303,578号、米国特許出願第12/389,294号、ならびに米国特許出願公開第2005/0107851号Alおよび第2007/0179571号Alに示され記載されるもののような、低レベルレーザ療法の装置を含み得る。たとえば、ある実施例では、光送達装置は、患者の頭皮または頭蓋骨の一部を照射するとともに、その間、頭皮または頭蓋骨の照射部分を冷却することができる。他のある実施例では、患者の頭皮または頭蓋骨の一部を照射する間、その頭皮または頭蓋骨の照射部分を冷却しない。
Beam Delivery Device Phototherapy methods for the treatment of neurological disorders described herein (eg, ischemic stroke, Alzheimer's disease, Parkinson's disease, depression or TBI) are performed using various light delivery systems. And can be explained. Such light delivery systems are described in US Pat. Nos. 6,214,035, 6,267,780, 6,273,905, each of which is incorporated herein by reference in its entirety. Shown and described in US Pat. Nos. 6,290,714 and 7,303,578, U.S. Patent Application No. 12 / 389,294, and US Patent Application Publication Nos. 2005/0108551 Al and 2007/0179571 Al. A device for low level laser therapy, such as For example, in one embodiment, the light delivery device can irradiate a portion of the patient's scalp or skull while cooling the irradiated portion of the scalp or skull. In some other embodiments, the irradiated portion of the scalp or skull is not cooled while the portion of the patient's scalp or skull is irradiated.
これらの以前に開示された光送達装置は、主として脳卒中の光線療法の治療との関連で説明された。しかしながら、ある実施例では、そのような光送達装置を、他の神経学的疾患(たとえばアルツハイマー病、パーキンソン病、鬱病、TBI)の光線療法の治療にも使用することができる。TBIを受けた患者は、その患者の頭皮の一部に傷を受けたために頭蓋または頭蓋骨の一部が露出していることがある。そのようなある実施例では、光送達装置は、光が頭皮組織を通して伝播することなく、頭蓋または頭蓋骨の露出した部分を照射することができる。本明細書に記載のある実施例は、頭皮の少なくとも一部に当てられる光で、または、頭皮を通して伝播せずに頭蓋または頭蓋骨の少なくとも一部に当てられる光で、脳を照射することに対応している。 These previously disclosed light delivery devices have been described primarily in the context of phototherapy treatment of stroke. However, in certain embodiments, such light delivery devices can also be used to treat phototherapy for other neurological disorders (eg, Alzheimer's disease, Parkinson's disease, depression, TBI). A patient who has undergone TBI may have an exposed portion of the skull or skull due to a wound on a portion of the patient's scalp. In certain such examples, the light delivery device can illuminate the skull or an exposed portion of the skull without light propagating through the scalp tissue. Certain embodiments described herein correspond to irradiating the brain with light applied to at least a portion of the scalp, or with light applied to at least a portion of the skull or skull without propagating through the scalp. is doing.
図1は、本明細書に記載のある実施例に従うビーム送達装置10の一例を概略的に示す。この装置10は、ハウジング12と、動作可能な状態でハウジング12に結合された可撓性の導管14と、少なくとも1つの状態インジケータ16とを含む。ある実施例では、この装置10は、光ビーム30が出射される出射面22を含む出力光学アセンブリ20を備える。出力光学アセンブリ20は、装置10の他の構成要素に解放可能な状態で機械的に結合されるように構成される。 FIG. 1 schematically illustrates an example of a beam delivery device 10 in accordance with certain embodiments described herein. The device 10 includes a housing 12, a flexible conduit 14 operatively coupled to the housing 12, and at least one status indicator 16. In one embodiment, the apparatus 10 includes an output optical assembly 20 that includes an exit surface 22 from which a light beam 30 is emitted. The output optical assembly 20 is configured to be releasably mechanically coupled to other components of the apparatus 10.
ある実施例では、ハウジング12は片手で容易に保持される大きさである(たとえば長さ約5.5インチ)。ある実施例のハウジング12はさらに、1つ以上の部分12a、12bを含み、これらの部分は生体適合性材料を含む。なぜなら、これらはオペレータ、患者または双方と接触する可能性があるからである。たとえば、ある実施例では、1つ以上の低デュロメータのエラストマ材料(たとえばゴム、ポリマ、熱可塑性樹脂)を用いることが可能である。部分12aは、装置10の作動中ユーザの手で把持されるように構成される。ある実施例のハウジング12は、出射面22を手で適所で保持しかつ連続的に移動させて患者の皮膚の選択された部分を照射できるように構成される。ある実施例では、ハウジング12は、ハウジング12をユーザが把持しやすくなるよう1つ以上の窪みまたは突起を含む。ある実施例では、ハウジング12は、装置10の動作パラメータを測定またはモニタするために試験システムの上に配置されるように構成される。このようなある実施例のハウジング12は、試験システム上の対応する位置合わせ窪みと係合して出射面22を試験システムと適切に整列し易くする位置合わせ突起を与えるように構成される。ある実施例のハウジング12は、組合されて、他の動作構成要素がその中で保持される外殻部を形成する、2つ以上の部分(たとえば60Aのオーバーモールディングが施された2ピース注型ウレタンまたは熱可塑性エラストマオーバーモールディングが施された3ピースラストラン(Lustran)(登録商標))を含む。ある実施例では、装置10が使用する光は、個人が見るとその目に障害を与える可能性がある。このような実施例では、装置10を、個人が光を見ないように目の保護を設けるように構成することができる。たとえば、不透明材料をハウジング12に対して使用し適所に配置することにより、光が直接見えないようにすることができる。加えて、インターロックを設けて装置10が適所に配置されなければ光源が作動しないようにすることができる、または、その他の適切な安全策を取る。 In some embodiments, the housing 12 is sized to be easily held with one hand (eg, about 5.5 inches long). The housing 12 of certain embodiments further includes one or more portions 12a, 12b, which include biocompatible materials. This is because they can come into contact with the operator, the patient or both. For example, in one embodiment, one or more low durometer elastomeric materials (eg, rubber, polymer, thermoplastic) can be used. Portion 12a is configured to be grasped by a user's hand during operation of device 10. The housing 12 in one embodiment is configured to hold the exit surface 22 in place by hand and continuously move it to irradiate selected portions of the patient's skin. In certain embodiments, the housing 12 includes one or more indentations or protrusions to facilitate the user to grip the housing 12. In certain embodiments, the housing 12 is configured to be placed over a test system to measure or monitor the operating parameters of the device 10. One such example housing 12 is configured to provide alignment protrusions that engage with corresponding alignment recesses on the test system to facilitate proper alignment of the exit surface 22 with the test system. The housing 12 of one embodiment is combined into two or more parts (e.g., 60A overmolded two-piece casting) that form an outer shell in which other motion components are held. 3 piece Lustran (R) with urethane or thermoplastic elastomer overmolding. In certain embodiments, the light used by the device 10 can be damaging to the eyes when viewed by an individual. In such an embodiment, the device 10 can be configured to provide eye protection so that individuals do not see the light. For example, opaque material can be used with respect to the housing 12 and placed in place so that the light is not directly visible. In addition, an interlock may be provided to prevent the light source from operating unless the device 10 is in place, or other suitable safety measures are taken.
ある実施例では、ハウジング12はさらに、出力光学アセンブリ20に解放可能な状態で設けられた装置10の一部を全体的の囲む可撓性の固定具17を含む。ある実施例の固定具17は、バリアを設けて、汚染物質がハウジング12内に入ることを、制御、抑制、防止、最小化または低減する。このように、バリアを設ける固定具17があるので、固定具17がバリアを設けない場合と比較して、ハウジング17に入る汚染物質は少ない。可撓性固定具17の材料の例は、ゴムまたはその他のエラストマを含むがこれに限定されない。 In certain embodiments, the housing 12 further includes a flexible fixture 17 that generally surrounds a portion of the device 10 that is releasably provided on the output optical assembly 20. Certain embodiments of the fixture 17 provide a barrier to control, inhibit, prevent, minimize or reduce the entry of contaminants into the housing 12. As described above, since there is the fixture 17 provided with the barrier, the contaminants entering the housing 17 are less than in the case where the fixture 17 does not provide the barrier. Examples of materials for the flexible fixture 17 include, but are not limited to, rubber or other elastomers.
ある実施例では、導管14は、ハウジング12から距離をおいて設けられたさまざまな制御、電力および冷却システムに、動作可能な状態で装置10を結合するように構成される。ある実施例では、導管14は、出射面22から出射される、光源からの光を、装置10に伝えるように構成される。ある実施例では、導管14はさらに、1つ以上の導電性ワイヤ(たとえば1つの20導体ケーブル、4つの6導体ケーブル、接地編組)を含み、このワイヤは、信号を、装置10(たとえば装置10内のトリガスイッチまたは温度センサ)と、装置10から間隔をおいて設けられた制御システムとの間で送信し、および/または、電力システムから電力を装置10に(たとえば熱電クーラーのために)提供するように構成される。さらに他の実施例では、装置10は電源を含む(たとえばバッテリ)。ある実施例では、導管14は、冷却剤(たとえば液体または気体)が冷却システムから装置10に流れるように構成された、1つ以上の冷却剤管(たとえば内径0.125インチ)を含む。ある実施例では、導管14は、ハウジング12内の1つ以上の対応するコネクタに機械的に結合された1つ以上のコネクタを含む。たとえば、導管14は、ハウジング12内の対応するSMAマウントに機械的に結合された光ファイバの一端でSMAコネクタを含むことができる。 In certain embodiments, conduit 14 is configured to operably couple apparatus 10 to various control, power and cooling systems provided at a distance from housing 12. In certain embodiments, the conduit 14 is configured to transmit light from the light source that is emitted from the exit surface 22 to the device 10. In some embodiments, the conduit 14 further includes one or more conductive wires (eg, one 20 conductor cable, four 6 conductor cables, a ground braid) that transmits signals to the device 10 (eg, device 10). Between the device 10 and a control system spaced from the device 10 and / or provide power from the power system to the device 10 (eg, for a thermoelectric cooler) Configured to do. In yet other embodiments, the device 10 includes a power source (eg, a battery). In certain embodiments, conduit 14 includes one or more coolant tubes (eg, 0.125 inch inner diameter) configured to allow coolant (eg, liquid or gas) to flow from the cooling system to apparatus 10. In certain embodiments, conduit 14 includes one or more connectors that are mechanically coupled to one or more corresponding connectors in housing 12. For example, the conduit 14 can include an SMA connector at one end of an optical fiber that is mechanically coupled to a corresponding SMA mount in the housing 12.
ある実施例では、導管14は、導管14の1つ以上のファイバ、ワイヤ、および管の周りに保護シースを含む。ある実施例の保護シースは、少なくとも1本の光ファイバの故障の際に導管14から光が出ることを制御、抑制、防止、最小化、または低減する。このように、シースがあるので、ファイバの故障の際に導管14から出る光は、シースがない場合のものよりも少ない。ある実施例では、保護シースは、複数の剛体セグメント(たとえばステンレス鋼)を有する張り緩和装置を含み、各セグメントは全体的に円筒形の管状であり長手方向の軸を有する。各セグメントは、隣接するセグメントの長手方向の軸の間の角度が予め定められた角度未満に制限されるように、近隣のセグメントと関節状に結合される。ある実施例では、保護シースは、導管14を移動および屈曲させるが、好都合には、その屈曲の曲率半径を、その中にある1つ以上のファイバ、ワイヤ、または管の破損を回避するのに十分大きくなるように、制限する。ある実施例では、シースは可撓性圧縮ばね(たとえば長さ4インチ)を含むことにより、屈曲緩和および/または張力ラインを与えて張りを緩和する。 In certain embodiments, conduit 14 includes a protective sheath around one or more fibers, wires, and tubes of conduit 14. In some embodiments, the protective sheath controls, inhibits, prevents, minimizes, or reduces light exiting the conduit 14 upon failure of at least one optical fiber. Thus, because of the sheath, less light exits the conduit 14 in the event of a fiber failure than would be without the sheath. In one embodiment, the protective sheath includes a tension relief device having a plurality of rigid segments (eg, stainless steel), each segment being generally cylindrical and having a longitudinal axis. Each segment is articulated with a neighboring segment such that the angle between the longitudinal axes of adjacent segments is limited to less than a predetermined angle. In certain embodiments, the protective sheath moves and bends the conduit 14, but advantageously the radius of curvature of the bend is used to avoid breakage of one or more fibers, wires, or tubes therein. Limit it to be large enough. In certain embodiments, the sheath includes a flexible compression spring (eg, 4 inches long) to provide bending relief and / or tension lines to ease tension.
ある実施例では、上記少なくとも1つの状態インジケータ16は、点灯されると装置10の状態に関する情報をユーザに対して視覚的に提供する、1つ、2つまたはそれ以上の発光ダイオード(LED)を含む。たとえば、この少なくとも1つの状態インジケータ16を、ある実施例で使用して、レーザ光源が、未だ生じていないトリガの係合にレーザ光を当てる準備がいつ整ったのかを表示する。ある実施例では、LEDを点灯させて、装置10に提供されている光パワー、電力または冷却剤の流れが装置10の動作にとって十分であるか否かにに応じて、異なる色を示すことができる。ある実施例では、この少なくとも1つの状態インジケータ16は、出力光学アセンブリ20が装置10に適切に装着されているか否かに関する情報を提供する。これ以外の種類の状態インジケータ(たとえばフラグ、音声警告)も、本明細書に記載のある実施例に対応可能である。 In one embodiment, the at least one status indicator 16 includes one, two or more light emitting diodes (LEDs) that when illuminated, visually provide information to the user regarding the status of the device 10. Including. For example, the at least one status indicator 16 may be used in one embodiment to indicate when the laser source is ready to apply laser light to a trigger engagement that has not yet occurred. In some embodiments, the LEDs may be lit to show different colors depending on whether the optical power, power or coolant flow provided to the device 10 is sufficient for the operation of the device 10. it can. In one embodiment, the at least one status indicator 16 provides information regarding whether the output optical assembly 20 is properly attached to the device 10. Other types of status indicators (e.g., flags, voice alerts) are also compatible with certain embodiments described herein.
図2Aは、本明細書に記載のある実施例に従う出力光学アセンブリ20の一例の断面図を概略的に示す。図2Bは、本明細書に記載のある実施例に従う出力光学アセンブリの別の例20を概略的に示す。出力光学アセンブリ20は、出射面22と、全体的に出射面22と離れた方を向く面24とを含む光学素子23を含む。本明細書で使用される「素子」という用語は、最も広い意味で使用され、複合装置の1つの構成要素または異なる部分を指しているがこれに限定されない。出力光学アセンブリ20はさらに、光学素子23と(たとえば面24の一部と)熱的に連通する熱導管25を含む。熱導管25は、装置10の少なくとも1つの放熱面(たとえば冷却機構の表面)と熱的に連通するように構成された少なくとも1つの面26を含む。出力光学アセンブリ20はさらに、ハウジング12に対して解放可能な状態で装着され取外されるように構成された結合部分27(たとえばばね負荷3ピン差込装置または4ピン差込装置)を含む。ある実施例では、出力光学アセンブリ20は、1つ以上のばねを含み、このばねは、上記少なくとも1つの面26上に、装置10の少なくとも1つの放熱面に向かって十分な力を加えて、これら2つの間に所望の熱伝達が生じるようにする。本明細書に記載のある実施例に対応する出力光学アセンブリ20のさまざまな例については、本明細書にその全体を引用により援用する米国特許出願第12/233,498号においてより詳細に記載されている。 FIG. 2A schematically illustrates a cross-sectional view of an example output optical assembly 20 in accordance with certain embodiments described herein. FIG. 2B schematically illustrates another example 20 of an output optical assembly in accordance with certain embodiments described herein. The output optical assembly 20 includes an optical element 23 that includes an exit surface 22 and a surface 24 that faces away from the exit surface 22 as a whole. As used herein, the term “element” is used in the broadest sense and refers to, but is not limited to, one component or different part of a composite device. Output optical assembly 20 further includes a thermal conduit 25 in thermal communication with optical element 23 (eg, with a portion of surface 24). The thermal conduit 25 includes at least one surface 26 configured to be in thermal communication with at least one heat radiating surface of the device 10 (eg, a surface of a cooling mechanism). The output optical assembly 20 further includes a coupling portion 27 (eg, a spring loaded 3-pin plug device or a 4-pin plug device) configured to be releasably mounted to and removed from the housing 12. In certain embodiments, the output optical assembly 20 includes one or more springs that apply sufficient force on the at least one surface 26 toward at least one heat dissipation surface of the device 10; Ensure that the desired heat transfer occurs between the two. Various examples of output optical assembly 20 corresponding to certain embodiments described herein are described in more detail in US patent application Ser. No. 12 / 233,498, which is hereby incorporated by reference in its entirety. ing.
ある実施例では、出力光学アセンブリ20は、患者の頭皮または頭蓋骨と熱的に連通するように配置される(たとえば、光学素子23は、患者の頭皮または頭蓋骨と接触するように構成される、または、患者の頭皮または頭蓋骨から間隔をおいて設けられるが患者の頭皮または頭蓋骨と接触する熱伝導性材料と接触するように構成される)。出力光学アセンブリ20が冷却されるある実施例では、出力光学アセンブリ20は、患者の頭皮または頭蓋骨の少なくとも一部(たとえば照射されている頭皮または頭蓋骨の部分)を冷却する。このように、ある実施例では、出力光学アセンブリ20は、光によって生じる頭皮または頭蓋骨における温度の上昇を、制御、抑制、防止、最小化または低減するようにされている。このように、出力光学アセンブリ20が照射されている患者の頭皮または頭蓋骨部分を冷却するので、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分の温度は、出力光学アセンブリ20が頭皮または頭蓋骨の照射部分を冷却しなかった場合よりも、低い。たとえば、光出力アセンブリ20を用いて患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分を冷却することにより、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分の温度を、照射されなかった場合より高いが、照射されたが冷却されなかった場合よりも低くすることができる。ある実施例では、患者の頭皮は、患者の頭蓋骨を覆う毛髪と皮膚とを含む。他の実施例では、毛髪の少なくとも一部を光線療法の治療の前に除去して、出力光学アセンブリ20が実質的に頭皮の皮膚と接触するようにする。 In certain embodiments, the output optical assembly 20 is positioned in thermal communication with the patient's scalp or skull (eg, the optical element 23 is configured to contact the patient's scalp or skull, or , Configured to contact a thermally conductive material spaced from the patient's scalp or skull but in contact with the patient's scalp or skull). In certain embodiments where the output optical assembly 20 is cooled, the output optical assembly 20 cools at least a portion of the patient's scalp or skull (eg, the portion of the scalp or skull that is being irradiated). Thus, in some embodiments, the output optical assembly 20 is adapted to control, inhibit, prevent, minimize or reduce temperature increases in the scalp or skull caused by light. Thus, because the output optical assembly 20 cools the patient's scalp or skull portion that is being irradiated, the temperature of the patient's scalp or skull irradiated portion is such that the output optical assembly 20 cools the scalp or skull irradiated portion. Lower than if not. For example, by using the light output assembly 20 to cool the irradiated portion of the patient's scalp or skull, the temperature of the irradiated portion of the patient's scalp or skull is higher than if not irradiated, but the irradiated but cooled. It can be lower than if it was not. In one embodiment, the patient's scalp includes hair and skin covering the patient's skull. In other embodiments, at least a portion of the hair is removed prior to phototherapy treatment so that the output optical assembly 20 is in substantial contact with the scalp skin.
ある実施例の光学素子23は、熱伝導性であり、皮膚によって伝えられる波長では光学的に透過性である。たとえば、ある実施例では、光学素子23の熱伝導性は、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分から熱を除去するのに十分であり、光学素子23の光透過性は、脳の目標領域で所望の放射照度を与えるように選択された波長では、光の所望の放射照度が光学素子23を通して伝搬し患者の頭皮または頭蓋骨を照射するのに十分である。ある実施例では、光学素子23は剛性の材料を含むが、他のある実施例では、光学素子23は低デュロメータで熱伝導性かつ光透過性の材料(たとえば水などの熱伝導性かつ光透過性の液体で満たされた可撓性の袋または容器)を含む。光学素子23の剛性の材料の例は、サファイア、ダイヤモンド、フッ化カルシウム、およびセレン化亜鉛を含むがこれらに限定されない。ある実施例では、光学素子23は、照射される表面(たとえば患者の頭皮または頭蓋骨)に全体的に向くように構成された出射面22を有する。ある実施例では、出射面22は、照射面と、または、照射面と接触する実質的に光透過性であり実質的に熱伝導性である材料と、接触するように配置される。ある実施例の出射面22は、出射面22から出射される光で照射される表面と熱的に連通するように構成される。このようなある実施例では、光学素子23の熱伝導性は、出射面22からの熱が熱導管25に向かって十分な速度で流れることによって、照射が原因で皮膚が過剰に加熱されることによって患者に対して与えられる皮膚の損傷または不快感を、制御、抑制、防止、最小化または低減するのに十分高い。このように、光学素子23が熱伝導性であるため、患者の皮膚の損傷または不快感を、光学素子23が十分に高い熱伝導性を有していない場合と比較して、低くすることができる。たとえば、患者の皮膚の損傷または不快感は、患者の頭皮の一部が照射されなかった場合と比較して高くなる可能性があるが、患者の皮膚の損傷または不快感は、光学素子23が十分に高い熱伝導性を有していない場合と比較して低いであろう。 The optical element 23 in one embodiment is thermally conductive and optically transmissive at wavelengths transmitted by the skin. For example, in one embodiment, the thermal conductivity of the optical element 23 is sufficient to remove heat from the irradiated portion of the patient's scalp or skull, and the optical transparency of the optical element 23 is desired in the target area of the brain. At a wavelength selected to provide an irradiance of, the desired irradiance of light is sufficient to propagate through the optical element 23 to irradiate the patient's scalp or skull. In some embodiments, the optical element 23 comprises a rigid material, while in some other embodiments, the optical element 23 is a low durometer, thermally conductive and light transmissive material (eg, a thermally conductive and light transmissive material such as water). A flexible bag or container filled with a sexual liquid. Examples of rigid materials for optical element 23 include, but are not limited to, sapphire, diamond, calcium fluoride, and zinc selenide. In one embodiment, the optical element 23 has an exit surface 22 configured to generally face the surface to be illuminated (eg, the patient's scalp or skull). In certain embodiments, the exit surface 22 is positioned to contact the illuminated surface or a substantially light transmissive and substantially thermally conductive material that contacts the illuminated surface. In one embodiment, the exit surface 22 is configured to be in thermal communication with a surface that is illuminated with light emitted from the exit surface 22. In some such embodiments, the thermal conductivity of the optical element 23 is such that the heat from the exit surface 22 flows at a sufficient rate toward the heat conduit 25 so that the skin is overheated due to irradiation. Is sufficiently high to control, suppress, prevent, minimize or reduce the skin damage or discomfort given to the patient. As described above, since the optical element 23 is thermally conductive, the damage or discomfort of the patient's skin can be reduced as compared with the case where the optical element 23 does not have sufficiently high thermal conductivity. it can. For example, the patient's skin damage or discomfort may be higher than if a portion of the patient's scalp was not irradiated, while the patient's skin damage or discomfort is caused by the optical element 23. It would be low compared to not having a sufficiently high thermal conductivity.
ある実施例では、光学素子23は、少なくとも約10ワット/メートル−Kの熱伝導性を有する。他のある実施例では、光学素子23の熱伝導性は、少なくとも約15ワット/メートル−Kである。本明細書に記載のある実施例に従う光学素子23の材料の例は、熱伝導性が約23.1ワット/メートル−Kであるサファイア、および熱伝導性が約895ワット/メートル−Kと約2300ワット/メートル−Kの間にあるダイヤモンドを含むがこれらに限定されない。 In certain embodiments, optical element 23 has a thermal conductivity of at least about 10 Watts / meter-K. In certain other embodiments, the thermal conductivity of the optical element 23 is at least about 15 Watts / meter-K. Examples of materials for optical element 23 in accordance with certain embodiments described herein include sapphire with a thermal conductivity of about 23.1 Watts / meter-K, and thermal conductivity of about 895 Watts / meter-K and about Including but not limited to diamonds between 2300 Watts / meter-K.
ある実施例では、出射面22は、頭皮または頭蓋骨の曲率と一致するようにされる。ある実施例の出射面22は凹面である(たとえば全体的に球形であり曲率半径が約100ミリメートル)。頭皮または頭蓋骨の曲率に合わせることにより、出射面22は好都合に、出射面22と頭皮または頭蓋骨との間に空気で満たされた隙間がある場合よりも、頭皮または頭蓋骨における温度上昇を制御、抑制、防止、最小化または低減する。このように、出射面22を照射されている患者の頭皮または頭蓋骨の部分の曲率に合わせているため、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分の温度は、出射面22が頭皮または頭蓋骨の照射部分の曲率と合っていない場合よりも、低い。たとえば、出射面22を患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分の曲率に合わせることによって、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分の温度を、患者の頭皮または頭蓋骨が照射されていないより高い可能性があるが、患者の頭皮または頭蓋骨が照射されたが出射面22が患者の頭皮または頭蓋骨の部分と合っていない場合よりも低くすることができる。出射面22と頭皮または頭蓋骨との間に空隙があると、出射面22と頭皮または頭蓋骨との間の熱伝導性を減少させて頭皮または頭蓋骨を照射によって加熱する可能性を増大させる可能性がある。 In one embodiment, the exit surface 22 is made to match the curvature of the scalp or skull. In one embodiment, the exit surface 22 is concave (eg, generally spherical with a radius of curvature of about 100 millimeters). By matching the curvature of the scalp or skull, the exit surface 22 advantageously controls and inhibits temperature rise in the scalp or skull than when there is a gap filled with air between the exit surface 22 and the scalp or skull. Prevent, minimize or reduce. Thus, since the exit surface 22 is matched to the curvature of the irradiated scalp or skull part of the patient, the temperature of the irradiated part of the patient's scalp or skull is such that the exit surface 22 is the same as the irradiated part of the scalp or skull It is lower than when it does not match the curvature. For example, by matching the exit surface 22 to the curvature of the irradiated portion of the patient's scalp or skull, the temperature of the irradiated portion of the patient's scalp or skull may be higher than when the patient's scalp or skull is not irradiated. It can be lower than when the patient's scalp or skull is irradiated but the exit surface 22 does not match the patient's scalp or skull part. A gap between the exit surface 22 and the scalp or skull can reduce the thermal conductivity between the exit surface 22 and the scalp or skull and increase the likelihood of heating the scalp or skull by irradiation. is there.
加えて、このような空隙と出射面22および/または頭皮または頭蓋骨との間の屈折率の不整合は、頭皮または頭蓋骨に向かって伝搬する光の一部を、頭皮または頭蓋骨から反射させる可能性がある。ある実施例では、出射面22を頭皮または頭蓋骨と接触させて、光の光学経路における、出射面22と頭皮または頭蓋骨との間の空隙を好都合に実質的に減じる。介在する材料(たとえば実質的に光透過性で実質的に熱伝導性のジェル)が頭皮または頭蓋骨および出射面22と接触している他の実施例では、出射面22をこの介在する材料と接触させて、出射面22と介在する材料との間の空隙または介在する材料と頭皮または頭蓋骨との間の空隙が好都合に生まれないようにする。ある実施例では、頭皮に当たる光の波長での介在する材料の屈折率は、頭皮の屈折率(たとえば約1.3)と実質的に一致するので、出射面22と頭皮との間の屈折率の不整合により生まれる後方反射を減じることができる。このような本明細書に記載のある実施例に対応する材料の例は、グリセロール、水、およびシリカゲルを含むがこれらに限定されない。屈折率が一致するゲルの例は、マサチューセッツ州フェアヘブン(Fairhaven)のナイルブリカト社(Nye Lubricants, Inc.)から入手可能であるがこれに限定されない。 In addition, a refractive index mismatch between such an air gap and the exit surface 22 and / or the scalp or skull may reflect a portion of the light propagating towards the scalp or skull from the scalp or skull. There is. In certain embodiments, the exit surface 22 is in contact with the scalp or skull to advantageously reduce substantially the air gap between the exit surface 22 and the scalp or skull in the optical path of light. In other embodiments where an intervening material (eg, a substantially light transmissive and substantially heat conductive gel) is in contact with the scalp or skull and the exit surface 22, the exit surface 22 is in contact with the intervening material. Thus, a gap between the exit surface 22 and the intervening material or a gap between the intervening material and the scalp or skull is not advantageously created. In one embodiment, the refractive index of the intervening material at the wavelength of light striking the scalp substantially matches the refractive index of the scalp (eg, about 1.3), so that the refractive index between the exit surface 22 and the scalp. It is possible to reduce the back reflection caused by the mismatch. Examples of materials corresponding to certain examples described herein include, but are not limited to, glycerol, water, and silica gel. Examples of gels with matching refractive indices are available from, but not limited to, Nye Lubricants, Inc., Fairhaven, Massachusetts.
ある実施例では、出射面22は、伝達される光の光学経路において、後方反射を減じるようにされた、1つ以上の光学コーティング、フィルム、層、膜などを含む。後方反射を減じることにより、出射面22は、脳に伝達される光の量を増し、さもなければ頭皮または頭蓋骨における温度上昇を生じさせるであろうより高い放射照度を使用する必要が減少する。 In certain embodiments, the exit surface 22 includes one or more optical coatings, films, layers, films, etc. adapted to reduce back reflection in the optical path of the transmitted light. By reducing back reflections, the exit surface 22 increases the amount of light transmitted to the brain, reducing the need to use higher irradiance that would otherwise cause an increase in temperature in the scalp or skull.
ある実施例では、出力光学アセンブリ20は、光を、頭皮または頭蓋骨に到達する前に拡散させて、出射面22に到達する前に光ビームを好都合に均一化する。一般的に、頭皮または頭蓋骨の介在する組織は散乱性が高く、これは、患者の大脳皮質の照射上の不均一なビーム強度分布の影響を減じることができる。しかしながら、実質的に不均質である不均一なビーム強度分布の結果、加熱されている患者の頭皮または頭蓋骨のいくつかの部分が他の部分よりも加熱される可能性がある(たとえば光ビームの「ホットスポット」が患者の頭皮または頭蓋骨に当たる局所的な加熱)。ある実施例では、出力光学アセンブリ20は好都合に、光ビームを均質化して不均一性を約3ミリメートル未満にする。図3Aおよび図3Bは、出力光学アセンブリ20による光に対する拡散効果を示す。図3Aに示されるように、出力光学アセンブリ20を通して伝達される前の光のエネルギ密度プロファイルの例は、特定の発光角度でピークに達する。図3Bに示されるように、出力光学アセンブリ20によって拡散された後、光のエネルギ密度プロファイルは、特定の発光角度において実質的なピークを有さないが、ある発光角度の範囲において実質的に均質的に分布する。光を拡散させることによって、出力光学アセンブリ20は、光エネルギを照射される領域において実質的に均等に分布させることにより、さもなければ頭皮または頭蓋骨の温度上昇を引起すであろう「ホットスポット」を、制御、抑制、防止、最小化または低減することができる。このように、出力光学アセンブリ20が光を拡散するので、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分の温度は、出力光学アセンブリ20が光を拡散しない場合と比べて低い。たとえば、出力光学アセンブリ20を用いて光を拡散することにより、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分の温度は、照射されなかった場合の患者の頭皮または頭蓋骨の部分の温度よりも高くなる可能性があるが、出力光学アセンブリ20によって光が照射されたが拡散されなかった場合の患者の頭皮または頭蓋骨の部分の温度よりも低くすることができる。加えて、光を頭皮または頭蓋骨に達する前に拡散することによって、出力光学アセンブリ20は、頭皮または頭蓋骨に当たる光のスポットサイズを効果的に増すことができ、これによって好都合に頭皮または頭蓋骨の放射照度を低減する。これは、本明細書にその全体を引用により援用する米国特許第7,303,578号に記載されている。 In certain embodiments, the output optical assembly 20 diffuses the light before reaching the scalp or skull, and advantageously homogenizes the light beam before reaching the exit surface 22. Generally, the scalp or skull interstitial tissue is highly scatterable, which can reduce the effects of non-uniform beam intensity distribution on the irradiation of the patient's cerebral cortex. However, as a result of a non-uniform beam intensity distribution that is substantially inhomogeneous, some portions of the patient's scalp or skull that are being heated may be heated more than others (eg, the light beam "Local heating where a" hot spot "hits the patient's scalp or skull"). In certain embodiments, the output optical assembly 20 advantageously homogenizes the light beam so that the non-uniformity is less than about 3 millimeters. 3A and 3B illustrate the diffusion effect on the light by the output optical assembly 20. As shown in FIG. 3A, an example of the energy density profile of light prior to being transmitted through the output optical assembly 20 peaks at a particular emission angle. As shown in FIG. 3B, after being diffused by the output optical assembly 20, the energy density profile of the light does not have a substantial peak at a particular emission angle, but is substantially homogeneous over a range of emission angles. Distributed. By diffusing light, the output optical assembly 20 distributes light energy substantially evenly in the illuminated area, thereby causing a “hot spot” that would otherwise cause an increase in the temperature of the scalp or skull. Can be controlled, suppressed, prevented, minimized or reduced. Thus, since the output optical assembly 20 diffuses light, the temperature of the irradiated portion of the patient's scalp or skull is lower than when the output optical assembly 20 does not diffuse light. For example, by diffusing light using the output optical assembly 20, the temperature of the irradiated portion of the patient's scalp or skull may be higher than the temperature of the patient's scalp or portion of the skull when not irradiated. However, the temperature can be lower than the temperature of the patient's scalp or skull when the output optical assembly 20 is illuminated but not diffused. In addition, by diffusing the light before reaching the scalp or skull, the output optical assembly 20 can effectively increase the spot size of the light that strikes the scalp or skull, thereby favorably irradiating the scalp or skull. Reduce. This is described in US Pat. No. 7,303,578, which is incorporated herein by reference in its entirety.
ある実施例では、出力光学アセンブリ20は、光を十分に拡散させるので、光の放射照度は、頭皮、頭蓋骨または脳の最大許容レベルよりも小さい。たとえば、ある実施例の最大許容可能レベルは、患者が不快または痛みを感じるレベルであり、他のある実施例では、最大レベルは患者の頭皮または頭蓋骨が損傷を受ける(たとえば焼ける)レベルである。他のある実施例では、出力光学アセンブリ20は、十分に光を拡散するので、光の放射照度は、皮下の目的組織の治療の値に等しい。出力光学アセンブリ20は、カリフォルニア州トーランス(Torrance)のフィジカルオプティクス社(Physical Optics Corp.)から入手可能なものおよびコネチカット州エーボン(Avon)のリフレキサイト社(Reflexite Corp.)のディスプレイ光学装置P/NSN1333のようなホログラフィック拡散器を含むがこれに限定されない拡散器の例を含むことができる。 In some embodiments, the output optical assembly 20 diffuses light sufficiently so that the irradiance of light is less than the maximum acceptable level of the scalp, skull, or brain. For example, the maximum acceptable level in some embodiments is the level at which the patient feels uncomfortable or painful, and in some other embodiments, the maximum level is the level at which the patient's scalp or skull is damaged (eg, burned). In some other embodiments, the output optical assembly 20 diffuses light sufficiently so that the irradiance of the light is equal to the treatment value of the subcutaneous target tissue. Output optical assembly 20 is available from Physical Optics Corp. of Torrance, Calif., And display optics P / P of Reflexite Corp. of Avon, Connecticut. Examples of diffusers can be included, including but not limited to holographic diffusers such as NSN 1333.
ある実施例では、出力光学アセンブリ20は、装置10と患者の頭皮または頭蓋骨との間に再利用可能な界面を与える。このような実施例では、出力光学アセンブリ20を装置10の使用の間に、特に異なる患者による使用の間に、洗浄または消毒することができる。他の実施例では、出力光学アセンブリ20は、装置10と患者の頭皮または頭蓋骨との間に、使い捨ての交換可能な界面を与える。予め消毒され予め梱包された交換可能な界面を用いることにより、いくつかの実施例は、好都合に、使用の直前に洗浄または消毒処理がなされなくとも、消毒された界面を与えることができる。 In one embodiment, the output optical assembly 20 provides a reusable interface between the device 10 and the patient's scalp or skull. In such an embodiment, the output optical assembly 20 can be cleaned or disinfected during use of the device 10, particularly during use by different patients. In other embodiments, the output optical assembly 20 provides a disposable, replaceable interface between the device 10 and the patient's scalp or skull. By using a pre-sterilized and pre-packed interchangeable interface, some embodiments can advantageously provide a disinfected interface without having to be cleaned or disinfected immediately prior to use.
ある実施例では、出力光学アセンブリ20は、頭皮の少なくとも放射される部分に圧力を加えるようにされる。たとえば、出力光学アセンブリ20は、装置10に(たとえば装置10のオペレータが手で装置10を患者の頭皮に押付けることによりまたは重量、ばね、張力ストラップなどのように力を発生する機械的手段により)加えられている力があると、頭皮の照射された部分に少なくとも圧力を加えることができる。十分な圧力を加えることにより、出力光学アセンブリ20は、少なくともある量の血液を光エネルギの光学経路の外に出すことによって頭皮のその部分を白くすることができる(皮膚を白くすることに関する一般的な議論については、たとえばA.C.バートン(A.C. Burton)他、「人間の前腕における血圧と血流の関係(Relation Between Blood Pressure and Flow in the Human Forearm)」、J. Appl. Physiology、第4巻第5号、329−339頁(1951)、A.マタス(A. Matas)他、「白色化反応の評価における皮膚色の問題の排除(Eliminating the Issue of Skin Color in Assessment of the Blanch Response)」、Adv. in Skin & Wound Care、第14巻(4、2のパート1)、180−188頁(2001年7/8月)、J.ニイツマ(J. Niitsuma)他、「ウサギの耳垂における褥瘡性潰瘍形成の実験研究(Experimental study of decubitus ulcer formation in the rabbit ear lobe)」、J. Of Rehab. Res. And Dev.、第40巻第1号、67−72頁(2003年1/2月)参照)。出力光学アセンブリ20が頭皮に圧力を加えた結果血液が除去されると、これに対応する、頭皮内の血液による光エネルギの吸収が減少する。結果として、頭皮において血液が光エネルギを吸収することによる温度の上昇は減じられる。さらに、結果として、脳の皮下目標組織に伝達される光エネルギの一部が増す。ある実施例では、1平方インチ当たり少なくとも0.1ポンドの圧力を用いて、頭皮の照射部分を白くする。他のある実施例では、1平方インチ当たり少なくとも1ポンドの圧力を用いて、頭皮の照射部分を白くする。ある実施例では、1平方インチ当たり少なくとも2ポンドの圧力を用いて、頭皮の照射部分を白くする。頭皮の照射部分を白くするための圧力のその他値または範囲も、本明細書に記載のある実施例に対応する。頭皮の照射部分を白くするのに使用される最大圧力は、ある実施例では、患者の快適レベルおよび組織損傷レベルによって制限される。 In certain embodiments, the output optical assembly 20 is adapted to apply pressure to at least the radiated portion of the scalp. For example, the output optical assembly 20 may be applied to the device 10 (eg, by manually pressing the device 10 against the patient's scalp by an operator of the device 10 or by mechanical means that generate forces such as weight, springs, tension straps, etc.). ) If there is an applied force, at least pressure can be applied to the irradiated part of the scalp. By applying sufficient pressure, the output optical assembly 20 can whiten that portion of the scalp by taking at least some amount of blood out of the optical path of light energy (general for whitening skin). For example, see AC Burton et al., “Relation Between Blood Pressure and Flow in the Human Forearm”, J. Appl. Physiology, 4th. Vol. 5, pp. 329-339 (1951), A. Matas et al., “Eliminating the Issue of Skin Color in Assessment of the Blanch Response” "Adv. In Skin & Wound Care, Volume 14 (Parts 4 and 2), 180-188 (July / August 2001), J. Niitsuma et al. Pressure ulcer form (Experimental study of decubitus ulcer formation in the rabbit ear lobe), J. Of Rehab. Res. And Dev., Vol. 40, No. 1, pp. 67-72 (January 2003)) . As blood is removed as a result of the output optical assembly 20 applying pressure to the scalp, the corresponding absorption of light energy by the blood in the scalp is reduced. As a result, the temperature rise due to blood absorbing light energy in the scalp is reduced. Furthermore, as a result, some of the light energy transmitted to the subcutaneous target tissue of the brain is increased. In one embodiment, the irradiated portion of the scalp is whitened using a pressure of at least 0.1 pounds per square inch. In some other embodiments, the irradiated portion of the scalp is whitened using a pressure of at least 1 pound per square inch. In one embodiment, the irradiated portion of the scalp is whitened using a pressure of at least 2 pounds per square inch. Other values or ranges of pressure to whiten the irradiated area of the scalp also correspond to certain embodiments described herein. The maximum pressure used to whiten the irradiated area of the scalp is limited in some embodiments by the patient's comfort level and tissue damage level.
図4Aおよび図4Bは、本明細書に記載のある実施例に従うビーム送達装置10の2つの例の断面図を概略的に示す。図4Aおよび図4Bにおいて、装置10は、出射面22を有し装置10のその他の構成要素に解放可能な状態でかつ動作可能な状態で結合された、出力光学アセンブリ20を含む。装置10は、光ファイバ40、光ファイバ40に動作可能な状態で結合されたファイバ整列機構50、光ファイバ40と光学的に連通するミラー60、およびミラー60と光学的に連通するウインドウ70とを含む。装置10の動作中、光ファイバ40からの光30はミラー60まで伝搬しミラー60によって反射されてウインドウ70を通して伝搬する。ウインドウ70を通して伝達された光30は出力光学アセンブリ20を通して第1の光学経路に沿って伝搬し、出射面22から出射される。ある実施例では、装置10は、光ファイバ40を介して受けた光の少なくとも一部を出射面22に伝達するさらなる光学素子(たとえばレンズ、デフューザおよび/または導波管)を含む。そのようなある実施例では、装置10のさらなる光学素子は、出射面22から出射された光ビームが所望のビーム強度プロファイルを有するよう、光を成形、フォーマット、または修正する。 4A and 4B schematically illustrate cross-sectional views of two examples of a beam delivery device 10 in accordance with certain embodiments described herein. 4A and 4B, the apparatus 10 includes an output optical assembly 20 having an exit surface 22 and releasably and operatively coupled to other components of the apparatus 10. The apparatus 10 includes an optical fiber 40, a fiber alignment mechanism 50 operably coupled to the optical fiber 40, a mirror 60 in optical communication with the optical fiber 40, and a window 70 in optical communication with the mirror 60. Including. During operation of the apparatus 10, the light 30 from the optical fiber 40 propagates to the mirror 60, is reflected by the mirror 60 and propagates through the window 70. The light 30 transmitted through the window 70 propagates along the first optical path through the output optical assembly 20 and exits from the exit surface 22. In some embodiments, apparatus 10 includes additional optical elements (eg, lenses, diffusers and / or waveguides) that transmit at least a portion of the light received via optical fiber 40 to exit surface 22. In some such embodiments, additional optical elements of the apparatus 10 shape, format, or modify the light so that the light beam emitted from the exit surface 22 has the desired beam intensity profile.
ある実施例では、光ファイバ40は、ステップ型または段階型光ファイバを含む。ある実施例の光ファイバ40は単一モードであり、他のある実施例では光ファイバはマルチモードである。本明細書に記載のある実施例に対応する光ファイバ40の例は、直径1000ミクロンであり開口は約0.22である。 In some embodiments, the optical fiber 40 includes a stepped or graded optical fiber. In some embodiments, the optical fiber 40 is single mode, and in certain other embodiments, the optical fiber is multimode. An example optical fiber 40 corresponding to an embodiment described herein has a diameter of 1000 microns and an aperture of about 0.22.
図5は、本明細書に記載のある実施例に従うファイバ整列機構50の一例を概略的に示す。ある実施例では、ファイバ整列機構50は、光ファイバ40の一部に機械的に結合され、光が出射される光ファイバ40の端部の位置、傾斜または双方を調整するように構成される。ある実施例では、ファイバ整列機構50は、少なくとも±5度の調整範囲を提供する。図5のファイバ整列機構50は、光ファイバ40に機械的に結合されたコネクタ52(たとえばSMAコネクタ)と、コネクタ52に機械的に結合されたプレート54(たとえば運動学的傾斜段)と、プレート54に調整可能な状態で結合された調整ねじ56(たとえば1インチ当たりの巻数80または1インチ当たりの巻数100)とを含む。調整ねじ56を巻くことにより、プレート54の一部と基準構造58の対応する部分との間の距離を調整することができる。ある実施例では、ファイバ整列機構50は、プレート54を、基準構造58に対し、ある位置、方位または双方で固定するように締付けられるように構成された1つ以上のロックねじを含む。ファイバ整列機構50のその他の構成も本明細書に記載のある実施例に対応する。 FIG. 5 schematically illustrates an example of a fiber alignment mechanism 50 in accordance with certain embodiments described herein. In one embodiment, the fiber alignment mechanism 50 is mechanically coupled to a portion of the optical fiber 40 and is configured to adjust the position, tilt, or both of the end of the optical fiber 40 from which light is emitted. In some embodiments, the fiber alignment mechanism 50 provides an adjustment range of at least ± 5 degrees. The fiber alignment mechanism 50 of FIG. 5 includes a connector 52 (eg, an SMA connector) mechanically coupled to the optical fiber 40, a plate 54 (eg, kinematic tilt stage) mechanically coupled to the connector 52, a plate And an adjustment screw 56 (eg, 80 turns per inch or 100 turns per inch) that is adjustably coupled to 54. By winding the adjustment screw 56, the distance between a part of the plate 54 and a corresponding part of the reference structure 58 can be adjusted. In certain embodiments, the fiber alignment mechanism 50 includes one or more locking screws configured to be clamped to secure the plate 54 relative to the reference structure 58 in a position, orientation, or both. Other configurations of the fiber alignment mechanism 50 also correspond to certain embodiments described herein.
図6は、本明細書に記載のある実施例に対応するミラー60の一例を概略的に示す。ある実施例では、ミラー60は、光ファイバ40から出射された光を実質的に反射してこの光を非ゼロ角(たとえば90度)で反射する。ある実施例のミラー60は、金属(たとえば金またはアルミニウム)によって少なくとも片側がコーティングされたガラス基板を含む。本明細書に記載のある実施例に対応するミラー60の例は、平坦で全体的に平らなガラスミラー(たとえばニュージャージー州バーリントン(Barrignton)のエドモンドオプティクス社(Edmund Optics Inc.)から入手可能なNT43−886)を含むがこれに限定されない。ある実施例のミラー60は、ある屈折力を有するように構成することができ(たとえばミラー60は凹面でもよい)、かつ光を成形、整形さもなければ修正して所望のビーム強度プロファイルを生むようにすることができる。ある実施例では、ミラー60の周囲を接着剤(たとえばコネチカット州トーリントン(Torrington)のダイマックス社(Dymax Corp.)から入手可能なOP−29)で支持構造62に接着する。 FIG. 6 schematically illustrates an example of a mirror 60 corresponding to an embodiment described herein. In one embodiment, the mirror 60 substantially reflects the light emitted from the optical fiber 40 and reflects this light at a non-zero angle (eg, 90 degrees). The mirror 60 of one embodiment includes a glass substrate that is coated at least on one side with a metal (eg, gold or aluminum). An example of a mirror 60 corresponding to certain embodiments described herein is a flat, generally flat glass mirror (eg, NT43 available from Edmund Optics Inc., Barrignton, NJ). -886), but is not limited thereto. The mirror 60 of some embodiments can be configured to have a certain refractive power (eg, the mirror 60 can be concave) and can be shaped, shaped or otherwise modified to produce the desired beam intensity profile. can do. In one embodiment, the perimeter of mirror 60 is adhered to support structure 62 with an adhesive (eg, OP-29 available from Dymax Corp., Torrington, Conn.).
ある実施例では、ミラー60は、光ファイバ40から出射された光を一部透過する。そのようなある実施例では、支持構造62は、開口を含み、装置10は、ミラー60および支持構造62の開口を通して伝達された光を受けるように位置付けられた少なくとも1つの光センサ64を含む。この少なくとも1つの光センサ64は、受けた光の強度を示すことによりミラー60に到達する光の強度の測定値を提供する信号を生成するように構成される。本明細書に記載のある実施例に対応する光センサ64の例は、テキサス州ダラス(Dallas)のテキサスインスツルメント(Texas Instruments)から入手可能なOPT101フォトダイオードを含むがこれに限定されない。ある実施例では、複数の光センサ64を使用して動作の冗長性を与え、装置10の動作にとって十分な強度の光が光ファイバ40によって提供されていることを確認する。ある実施例では、拡散器66を配置し、ミラー60を通して伝達される光を、この光が光センサ64に当たる前に拡散する。ある実施例では、光センサ64を、光センサ64を全体的に囲む不透明の側壁68によって迷光から保護する。 In one embodiment, the mirror 60 partially transmits the light emitted from the optical fiber 40. In one such embodiment, support structure 62 includes an aperture and apparatus 10 includes at least one light sensor 64 positioned to receive light transmitted through the aperture of mirror 60 and support structure 62. The at least one photosensor 64 is configured to generate a signal that provides a measure of the intensity of light reaching the mirror 60 by indicating the intensity of the received light. Examples of optical sensors 64 corresponding to certain embodiments described herein include, but are not limited to, OPT101 photodiodes available from Texas Instruments, Dallas, Texas. In one embodiment, multiple optical sensors 64 are used to provide operational redundancy to ensure that sufficient intensity of light is provided by the optical fiber 40 for operation of the device 10. In one embodiment, a diffuser 66 is arranged to diffuse the light transmitted through the mirror 60 before the light hits the light sensor 64. In one embodiment, the light sensor 64 is protected from stray light by an opaque sidewall 68 that generally surrounds the light sensor 64.
ある実施例では、ウインドウ70は、赤外線を実質的に透過する。本明細書に記載のある実施例に対応するウインドウ70の一例は、平坦で全体的に平らなCaF2ウインドウ(たとえばニュージャージー州バーリントンのエドモンドオプティクスから入手可能なTechSpec(登録商標)フッ化カルシウムウインドウ)を含むがこれに限定されない。 In certain embodiments, window 70 is substantially transparent to infrared. An example of a window 70 corresponding to certain embodiments described herein is a flat, generally flat CaF 2 window (eg, a TechSpec® calcium fluoride window available from Edmund Optics, Burlington, NJ). Including, but not limited to.
ある実施例では、ウインドウ70は少なくとも部分的に、ミラー60を含む装置10内の領域を囲む。そのようなある実施例のウインドウ70は、この領域を実質的に封止して、汚染物質(たとえば埃、塵)が領域の外からこの領域に入らないようにしている。たとえば、出力光学アセンブリ20を装置10から外したとき、ウインドウ70は、この領域に入る汚染物質を制御、抑制、防止、最小化または低減する。このように、ウインドウ70が実質的にこの領域を封止しているので、この領域の汚染は、ウインドウ70がこの領域を実質的に封止していない場合と比べて少ない。 In certain embodiments, window 70 at least partially surrounds an area within device 10 that includes mirror 60. One such example window 70 substantially seals the area, preventing contaminants (eg, dust, dust) from entering the area from outside the area. For example, when the output optical assembly 20 is removed from the apparatus 10, the window 70 controls, suppresses, prevents, minimizes or reduces contaminants entering this area. Thus, since the window 70 substantially seals this area, contamination of this area is less than when the window 70 does not substantially seal this area.
図7は、本明細書に記載のある実施例に従う光ファイバ40から出射される光30の第1の光学経路32の一例を概略的に示す。光ファイバ40から出て分岐する光30は、第1の光学経路32に沿いミラー60に向かって伝搬する。この光30は、ミラー60によって反射され、第1の光学経路32に沿いウインドウ70を通して伝搬し、光学素子23の表面24に当たるかまたはここで受けられて、出射面22から、照射する表面に向けて出射される。ある実施例では、ミラー60は、約90度の角度で光30を反射する。ある実施例では、ミラー60は、光ファイバ40の面から約2.3インチであり、第1の光学経路32はファイバの出力面から光学素子23の出射面22までの長さが約4.55インチである。 FIG. 7 schematically illustrates an example of a first optical path 32 of light 30 emitted from an optical fiber 40 in accordance with certain embodiments described herein. The light 30 that branches out of the optical fiber 40 propagates along the first optical path 32 toward the mirror 60. This light 30 is reflected by the mirror 60, propagates along the first optical path 32 through the window 70, hits or is received by the surface 24 of the optical element 23, and is directed from the exit surface 22 to the illuminating surface. Are emitted. In one embodiment, mirror 60 reflects light 30 at an angle of about 90 degrees. In one embodiment, the mirror 60 is about 2.3 inches from the face of the optical fiber 40 and the first optical path 32 has a length from the output face of the fiber to the exit face 22 of the optical element 23 of about 4. 55 inches.
ある実施例では、装置10はさらに、出力光学アセンブリ20から間隔をおいて設けられたセンサ80を含む。図8は、センサ80が受ける放射84の第2の光学経路82の一例を概略的に示す。センサ80は、第2の光学経路82に沿って出力光学アセンブリ20を通して伝搬する出力光学アセンブリ20からの放射84を受けるように配置される。第1の光学経路32と第2の光学経路82との間は非ゼロ角度である。ある実施例では、第2の光学経路82は第1の光学経路32と同一平面にあり、他のある実施例では、第1の光学経路32と第2の光学経路82とは同一平面にない。ある実施例のセンサ80は、装置10の動作中、光学素子23の面24の少なくとも一部から第2の光学経路82に沿って伝搬する放射84を受ける。 In some embodiments, the apparatus 10 further includes a sensor 80 spaced from the output optical assembly 20. FIG. 8 schematically illustrates an example of the second optical path 82 of the radiation 84 received by the sensor 80. Sensor 80 is positioned to receive radiation 84 from output optical assembly 20 that propagates through output optical assembly 20 along second optical path 82. There is a non-zero angle between the first optical path 32 and the second optical path 82. In some embodiments, the second optical path 82 is coplanar with the first optical path 32, and in certain other embodiments, the first optical path 32 and the second optical path 82 are not coplanar. . The sensor 80 in one embodiment receives radiation 84 propagating along the second optical path 82 from at least a portion of the surface 24 of the optical element 23 during operation of the device 10.
ある実施例のセンサ80は、ある領域からの赤外線を受けその領域の温度を示す信号を生成するように構成された温度センサ(たとえば熱電対列)を含む。本明細書に記載のある実施例に対応する温度センサの例は、ミシガン州デクスター(Dexter)のデクスターリサーチセンタ社(Dexter Research Center, Inc.)から入手可能なDX−0496熱電対列を含むがこれに限定されない。ある実施例では、センサ80の視野は、熱導管25から(たとえば0.05インチと0.3インチの間の距離だけ)間隔をおいて設けられた面24の約0.26平方インチの領域を含む。他のある実施例では、センサ80の視野は、面24の約0.57平方インチの領域を含む。 The sensor 80 in one embodiment includes a temperature sensor (eg, a thermocouple string) configured to receive infrared radiation from a region and generate a signal indicative of the temperature of that region. Examples of temperature sensors corresponding to certain embodiments described herein include the DX-0396 thermocouple train available from Dexter Research Center, Inc. of Dexter, Michigan. It is not limited to this. In one embodiment, the field of view of sensor 80 is an area of approximately 0.26 square inches of face 24 spaced from thermal conduit 25 (eg, by a distance between 0.05 inches and 0.3 inches). including. In some other embodiments, the field of view of sensor 80 includes an area of about 0.57 square inches of surface 24.
ある実施例では、センサ80は、放射84を受けたことに応じて、出力光学アセンブリ20の一部(たとえば光学素子23)のまたは皮膚の温度を示す信号を発生する。そのようなある実施例では、装置10はさらに、センサ80からの信号を受け、温度が予め定められたしきい値(たとえば42度)の温度を上回ることを示す信号に対して、警告を発生させる、第1の光学経路32に沿って伝搬する光の光源をオフにする、または双方を行なうように構成された、コントローラを含む。 In some embodiments, sensor 80 generates a signal indicative of the temperature of a portion of output optical assembly 20 (eg, optical element 23) or skin in response to receiving radiation 84. In one such embodiment, device 10 further receives a signal from sensor 80 and generates a warning for a signal indicating that the temperature is above a predetermined threshold (eg, 42 degrees) temperature. A controller configured to turn off, or both, a light source of light propagating along the first optical path 32.
ある実施例のセンサ80は、出力光学アセンブリ20と熱的に連通しない。図8に示されるように、赤外線透過ウインドウ70は、センサ80と出力光学アセンブリ20との間にある。第1の光学経路32に沿って伝搬する光30および第2の光学経路82に沿って伝搬する赤外線84は双方ともにウインドウ70を通して伝搬する。ある実施例では、センサ80はその全体がまたは少なくとも一部が、ウインドウ70によって少なくとも一部が囲まれ実質的に封止されたハウジング12の領域の中にあり、汚染物質がこの領域の外側からこの領域に入らないようにする。 In some embodiments, sensor 80 is not in thermal communication with output optical assembly 20. As shown in FIG. 8, the infrared transmissive window 70 is between the sensor 80 and the output optical assembly 20. Both the light 30 propagating along the first optical path 32 and the infrared ray 84 propagating along the second optical path 82 both propagate through the window 70. In one embodiment, sensor 80 may be wholly or at least partially within a region of housing 12 that is at least partially enclosed and substantially sealed by window 70 and contaminants from outside of this region. Do not enter this area.
ある実施例では、装置10は、頭皮または頭蓋骨から熱を除去することによってこの頭皮または頭蓋骨の照射部分を冷却して、頭皮または頭蓋骨における温度上昇を制御、抑制、防止、最小化または低減する。このように、装置10が患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分を冷却するので、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分の温度は、装置10が頭皮または頭蓋骨の照射部分を冷却しない場合と比較して低い。たとえば、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分を装置10を用いて冷却することにより、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分の温度は、患者の頭皮または頭蓋骨の一部が照射されていない場合の温度よりも高い可能性があるが、患者の頭皮または頭蓋骨が照射されたが冷却されなかった場合よりも低い。図4Aおよび図4Bを参照して、ある実施例では、装置10は、熱電アセンブリ90と、熱電アセンブリ90と熱的に連通するヒートシンク100とを含む。ある実施例では、熱電アセンブリ90は、患者の頭皮または頭蓋骨を出力光学アセンブリ20を介して積極的に冷却することにより、好都合に、さもなければ患者に不快を与える頭皮または頭蓋骨での大きな温度勾配を回避する。ある実施例では、装置10はさらに、熱電アセンブリ90の温度を示す電気信号を生成する1つ以上の温度センサ(たとえば熱電対、サーミスタ)を含む。 In one embodiment, the device 10 cools the irradiated portion of the scalp or skull by removing heat from the scalp or skull to control, inhibit, prevent, minimize or reduce the temperature rise in the scalp or skull. Thus, since the device 10 cools the irradiated portion of the patient's scalp or skull, the temperature of the irradiated portion of the patient's scalp or skull is lower than if the device 10 does not cool the irradiated portion of the scalp or skull. . For example, by cooling the irradiated portion of the patient's scalp or skull using the apparatus 10, the temperature of the irradiated portion of the patient's scalp or skull is more than that when the patient's scalp or part of the skull is not irradiated. May be higher, but lower than if the patient's scalp or skull was irradiated but not cooled. With reference to FIGS. 4A and 4B, in one embodiment, apparatus 10 includes a thermoelectric assembly 90 and a heat sink 100 in thermal communication with thermoelectric assembly 90. In certain embodiments, the thermoelectric assembly 90 provides a large temperature gradient in the scalp or skull that advantageously cools the patient's scalp or skull through the output optical assembly 20, which would otherwise be uncomfortable for the patient. To avoid. In certain embodiments, apparatus 10 further includes one or more temperature sensors (eg, thermocouples, thermistors) that generate an electrical signal indicative of the temperature of thermoelectric assembly 90.
ある実施例では、熱電アセンブリ90は、少なくとも1つの熱電素子91と熱導管92とを含む。熱電アセンブリ90のこの少なくとも1つの熱電素子91は、熱電アセンブリ90から電流が印加されたことに応じて、熱電アセンブリ90の少なくとも第1の表面93を冷却し熱電アセンブリ90の少なくとも第2の表面94を加熱する。熱電アセンブリ90は、第1の表面93が出力光学アセンブリ20と熱的に連通するように、出力光学アセンブリ20に解放可能な状態でかつ機械的に結合されるように構成される。ある実施例では、第1の表面93は熱導管92の表面を含み、第2の表面94は熱電素子91の表面を含む。 In certain embodiments, thermoelectric assembly 90 includes at least one thermoelectric element 91 and a thermal conduit 92. The at least one thermoelectric element 91 of the thermoelectric assembly 90 cools at least the first surface 93 of the thermoelectric assembly 90 in response to application of current from the thermoelectric assembly 90 and at least a second surface 94 of the thermoelectric assembly 90. Heat. The thermoelectric assembly 90 is configured to be releasably and mechanically coupled to the output optical assembly 20 such that the first surface 93 is in thermal communication with the output optical assembly 20. In one embodiment, the first surface 93 includes the surface of the thermal conduit 92 and the second surface 94 includes the surface of the thermoelectric element 91.
本明細書に記載のある実施例に従い、図9Aは、熱電素子91の一例を概略的に示し、図9Bは、熱導管92の一例の2つの図を概略的に示す。本明細書に記載のある実施例に従い、図10Aは、熱電素子91の別の例を概略的に示し、図10Bは、熱導管92の別の例の2つの図を概略的に示す。熱電素子91は、(たとえば熱伝導性接着剤によって)熱導管92の対応する表面96と熱的に連通するように構成された面95を有する。熱電素子91に電流を印加すると、第2の表面94が加熱され面95が冷却されることによって、第1の表面93が冷却される。このようなある実施例では、第1の表面93は、出力光学アセンブリ20の熱導管25の少なくとも1つの面26と熱的に連通するように構成された装置10の少なくとも1つの放熱面として機能する(たとえば接触または係合によって熱電アセンブリ26と出力光学アセンブリ20との間に熱伝導性接続を設ける)。熱伝導性出力光学アセンブリ20が熱電アセンブリ90と熱的に連通するので、ある実施例は好都合に、熱を治療部位(たとえば皮膚)から遠ざけるように伝達するための導管を設ける。ある実施例では、出力光学アセンブリ20は、患者の皮膚に押付けられ熱を治療部位から遠ざけるように伝える。 In accordance with certain embodiments described herein, FIG. 9A schematically illustrates an example of a thermoelectric element 91, and FIG. 9B schematically illustrates two views of an example of a thermal conduit 92. In accordance with certain embodiments described herein, FIG. 10A schematically illustrates another example of a thermoelectric element 91, and FIG. 10B schematically illustrates two views of another example of a thermal conduit 92. The thermoelectric element 91 has a surface 95 configured to be in thermal communication with a corresponding surface 96 of the thermal conduit 92 (eg, by a thermally conductive adhesive). When a current is applied to the thermoelectric element 91, the second surface 94 is heated and the surface 95 is cooled, whereby the first surface 93 is cooled. In certain such embodiments, the first surface 93 functions as at least one heat dissipation surface of the device 10 that is configured to be in thermal communication with at least one surface 26 of the thermal conduit 25 of the output optical assembly 20. (E.g., providing a thermally conductive connection between thermoelectric assembly 26 and output optical assembly 20 by contact or engagement). Because the thermally conductive output optical assembly 20 is in thermal communication with the thermoelectric assembly 90, some embodiments advantageously provide a conduit for transferring heat away from the treatment site (eg, skin). In one embodiment, the output optical assembly 20 is pressed against the patient's skin and conducts heat away from the treatment site.
本明細書に記載のある実施例に対応する熱電素子91の例は、テキサス州ダラスのマーロー社(Marlow Industries)から入手可能なDT12−6、Qmax=60W、正方形の熱電素子、および、ニューハンプシャー州ベッドフォード(Bedford)のフェロテック社(Ferrotec Corp.)から入手可能なトロイダルまたはドーナツ形状の熱電素子、Qmax=45Wを含むが、これらに限定されない。ある実施例では、熱電素子91は、出力光学アセンブリ20から、熱を、約0.1ワットから約5ワットの範囲または約1ワットから約3ワットの範囲にあるレートで除去する。本明細書に記載のある実施例に従う熱電アセンブリ90を作動させるための温度コントローラの例は、モンタナ州ボーズマン(Bozeman)のウェーブレングスエレクトロニクス社(Wavelength Electronics, Inc.)から入手可能なMPT−5000を含むがこれに限定されない。本明細書に記載のある実施例に対応する熱導管92の材料の例は、アルミニウムおよび銅を含むがこれらに限定されない。ある実施例の熱導管92の、熱質量は約30グラムから約70グラムの範囲にあり、表面93と表面96との間の熱長さは約0.5インチから約3.5インチの範囲にある。 Examples of thermoelectric elements 91 corresponding to certain embodiments described herein are DT12-6 available from Marlow Industries, Dallas, Texas, Q max = 60 W, square thermoelectric elements, and New Hampshire Including, but not limited to, a toroidal or donut-shaped thermoelectric element, Q max = 45 W, available from Ferrotec Corp. of Bedford, Ohio. In certain embodiments, thermoelectric element 91 removes heat from output optical assembly 20 at a rate in the range of about 0.1 watts to about 5 watts or in the range of about 1 watt to about 3 watts. An example of a temperature controller for operating a thermoelectric assembly 90 in accordance with certain embodiments described herein is MPT-5000 available from Wavelength Electronics, Inc., Bozeman, Montana. Including, but not limited to. Examples of materials for the thermal conduit 92 corresponding to certain embodiments described herein include, but are not limited to, aluminum and copper. In one embodiment, thermal conduit 92 has a thermal mass in the range of about 30 grams to about 70 grams, and a thermal length between surface 93 and surface 96 in the range of about 0.5 inches to about 3.5 inches. It is in.
ある実施例では、熱電アセンブリ90は全体的に第1の領域97を囲み、装置10の動作中、患者の皮膚の一部を照射する光は第1の領域97を通して伝搬する。図9Bおよび図10Bに示されるように、ある実施例では、第1の領域97は、熱導管92を通る開口を含む。図10Bに示されるように、ある実施例の第1の領域97はさらに、熱電素子91を通る開口を含む。ある実施例では、熱電アセンブリ90は、互いに間隔をおいて設けられ第1の領域97を全体的に囲むように配置された複数の熱電素子91を含む。本明細書で使用される「全体的に囲む」という用語は、妥当な最も広い解釈を受けるものであり、その領域の少なくとも1つの縁を取囲むまたはその周りに延在し、または少なくとも1つの縁に沿って1つ以上の隙間を残してその領域の少なくとも1つの縁を囲むように配置される。 In certain embodiments, the thermoelectric assembly 90 generally surrounds the first region 97, and light that illuminates a portion of the patient's skin propagates through the first region 97 during operation of the device 10. As shown in FIGS. 9B and 10B, in one embodiment, the first region 97 includes an opening through the thermal conduit 92. As shown in FIG. 10B, the first region 97 of one embodiment further includes an opening through the thermoelectric element 91. In one embodiment, thermoelectric assembly 90 includes a plurality of thermoelectric elements 91 that are spaced apart from each other and are disposed so as to generally surround first region 97. As used herein, the term “generally enclosing” is intended to be subject to the broadest reasonable interpretation and surrounds or extends around at least one edge of the region, or at least one It is arranged to surround at least one edge of the region leaving one or more gaps along the edge.
本明細書に記載のある実施例に従い、図11Aは、ヒートシンク100の一例の断面図を概略的に示し、図11Bは、ヒートシンク100の別の例を概略的に示す。ヒートシンク100は、入口101と、出口102と、入口101および出口102と流体連通状態にある流体導管103とを含む。ある実施例の入口101および出口102は、流体導管103を通して流れ流体導管103から熱を除去する冷却剤(たとえば水、空気、グリセロール)を与える管(たとえばナイロンまたはステンレス鋼のホースバルブ(barb)ロック、クランプ、またはクリンプを用いたもの)に接続されるように構成されたステンレス鋼バルブ(barb)を含む。ある実施例では、冷却剤は、冷却剤がヒートシンク100に与えられる前に冷却剤を冷却する冷却器またはその他の熱伝達装置によって提供される。 In accordance with certain embodiments described herein, FIG. 11A schematically illustrates a cross-sectional view of an example of a heat sink 100, and FIG. 11B schematically illustrates another example of the heat sink 100. The heat sink 100 includes an inlet 101, an outlet 102, and a fluid conduit 103 in fluid communication with the inlet 101 and the outlet 102. In some embodiments, the inlet 101 and outlet 102 are tubes (eg, nylon or stainless steel hose valve locks) that provide coolant (eg, water, air, glycerol) that flows through the fluid conduit 103 and removes heat from the fluid conduit 103. A stainless steel valve (barb) configured to be connected to a clamp, or using a crimp. In certain embodiments, the coolant is provided by a cooler or other heat transfer device that cools the coolant before it is applied to the heat sink 100.
図11Aのヒートシンク100の例は、アルミニウムブロックから機械加工されたものであり、熱電アセンブリ90が配置されてヒートシンク100と熱電アセンブリ90の第2の表面94との間に熱的な連通を提供するように配置された窪み104を有する。図11Bのヒートシンク100の一例は、第1の部分105と第2の部分106とを含み、これらは組合されて冷却剤の導管103を形成する。ある実施例では、熱伝導性接着剤(たとえばウィスコンシン州ジャーマンタウン(Germantown)のレジンラブ社(Resinlab, LLC)から入手可能なEP1200熱接着剤、0.005インチのステンレス鋼のワイヤを用いて接着線を設定)を用いて熱電アセンブリ90とヒートシンク100とを接着し互いに熱的に連通させる。 The example of the heat sink 100 of FIG. 11A is machined from an aluminum block and a thermoelectric assembly 90 is disposed to provide thermal communication between the heat sink 100 and the second surface 94 of the thermoelectric assembly 90. The depression 104 is arranged as described above. One example of the heat sink 100 of FIG. 11B includes a first portion 105 and a second portion 106 that combine to form a coolant conduit 103. In one embodiment, a thermally conductive adhesive (eg, EP 1200 thermal adhesive available from Resinlab, LLC, Germantown, Wisconsin, bond wire using 0.005 inch stainless steel wire. The thermoelectric assembly 90 and the heat sink 100 are bonded and thermally communicated with each other.
出力光学アセンブリ20は、熱電アセンブリ90の第1の表面と熱的に連通するように構成された少なくとも1つの表面26を有する熱伝導性熱導管25を含む。図2Aおよび図2Bに示されるように、熱導管25は第2の領域28を全体的に囲んでいる。装置10の動作中、光は、第1の領域97、第2の領域28および光学素子23を通して伝搬する。ある実施例では、ヒートシンク100は、図11Bに概略的に示されるように第3の領域107を全体的に囲んでいる。このようなある実施例における装置10の動作中、光は、第3の領域107、第1の領域97、第2の領域28、および光学素子23を通して伝搬する。 The output optical assembly 20 includes a thermally conductive thermal conduit 25 having at least one surface 26 configured to be in thermal communication with the first surface of the thermoelectric assembly 90. As shown in FIGS. 2A and 2B, the thermal conduit 25 generally surrounds the second region 28. During operation of the device 10, light propagates through the first region 97, the second region 28 and the optical element 23. In some embodiments, the heat sink 100 generally surrounds the third region 107 as schematically illustrated in FIG. 11B. During operation of the apparatus 10 in such an embodiment, light propagates through the third region 107, the first region 97, the second region 28, and the optical element 23.
図12Aおよび図12Bは、熱電アセンブリ90とともにウインドウ70の構成の2つの例を概略的に示す。ある実施例では、ウインドウ70は、熱電アセンブリ90の少なくとも一部と熱的に連通する(たとえば図12Aに示されるように、コネチカット州トーリントンのダイママックス社から入手可能なOP−29接着剤を用いて、熱導管92の窪みに接着される)。ある実施例では、ウインドウ70は、図12Bに示されるように、ヒートシンク100の少なくとも一部と熱的に連通する(たとえばヒートシンク100内のOリングによって保持される)。ある実施例では、ウインドウ70は、熱電アセンブリ90ともヒートシンク100とも熱的に連通しない。 FIGS. 12A and 12B schematically show two examples of configurations of the window 70 along with the thermoelectric assembly 90. In one embodiment, window 70 is in thermal communication with at least a portion of thermoelectric assembly 90 (eg, using OP-29 adhesive available from Dymamax, Torrington, Conn., As shown in FIG. 12A). And bonded to the recess of the heat conduit 92). In certain embodiments, window 70 is in thermal communication with at least a portion of heat sink 100 (eg, held by an O-ring in heat sink 100), as shown in FIG. 12B. In certain embodiments, window 70 is not in thermal communication with either thermoelectric assembly 90 or heat sink 100.
図13Aは、本明細書に記載のある実施例に従うハウジング12内のビーム送達装置10のさまざまな構成要素を支持するための支持部110の一例を概略的に示す。図13Aの支持部110は、ビーム送達装置10のさまざまな構成要素を装着するために使用されるさまざまな表面および穴を提供するように機械加工された単一のまたは一体化された部分を含む。図13Bは、本明細書に記載のある実施例に従う支持部110の別の例を概略的に示す。図13Bの支持部110は、ともにボルト締めまたはピン留めされる複数の部分を含む。 FIG. 13A schematically illustrates an example of a support 110 for supporting various components of the beam delivery device 10 within the housing 12 in accordance with certain embodiments described herein. The support 110 of FIG. 13A includes a single or integrated portion that is machined to provide various surfaces and holes that are used to mount various components of the beam delivery device 10. . FIG. 13B schematically illustrates another example of a support 110 in accordance with certain embodiments described herein. The support 110 of FIG. 13B includes multiple portions that are bolted or pinned together.
図14Aは、本明細書に記載のある実施例に従う支持部110およびハウジング12の構成の一例の断面図を概略的に示す。ある実施例の支持部110は接地接続され、他のある実施例では、支持部110は接地から絶縁される(たとえば浮動)。ある実施例では、支持部110はハウジング12に対して移動するように構成される。たとえば、支持部110およびハウジング12は、図14Aによって概略的に示されるように、ピボット112によって機械的に結合される。光ファイバ40、ファイバ調整装置50、ミラー60、ウインドウ70、センサ80、およびヒートシンク100は各々、支持部110に機械的に結合される。出力光学アセンブリ20も、熱電アセンブリ90およびヒートシンク100を介して支持部110に機械的に結合される。 FIG. 14A schematically illustrates a cross-sectional view of an example configuration of support 110 and housing 12 in accordance with certain embodiments described herein. In some embodiments, the support 110 is grounded, and in some other embodiments, the support 110 is isolated from ground (eg, floating). In some embodiments, the support 110 is configured to move relative to the housing 12. For example, support 110 and housing 12 are mechanically coupled by pivot 112, as schematically illustrated by FIG. 14A. The optical fiber 40, fiber adjustment device 50, mirror 60, window 70, sensor 80, and heat sink 100 are each mechanically coupled to the support 110. Output optical assembly 20 is also mechanically coupled to support 110 via thermoelectric assembly 90 and heat sink 100.
図14Aの構成について、出力光学アセンブリ20の出射面22は、ハウジング12を頭皮または頭蓋骨に押付けるユーザによって患者の頭皮または頭蓋骨と熱的に連通する(たとえば接触する)ように配置される。ピボット112は、支持部110を、ハウジング12に対してピボット112を中心として回転させる(たとえば1および2度の間の角度または約1.75度だけ)ので、出射面22はハウジング12に向かって移動する(たとえば0.05−0.3インチまたは約0.1インチの距離だけ)。このようなある実施例では、支持部110のこの移動ならびにファイバ調整装置50および光ファイバ40の移動によって、光ファイバ40の一部が屈曲する(たとえばハウジング12と導管14との結合部の近傍で)。 For the configuration of FIG. 14A, the output surface 22 of the output optical assembly 20 is placed in thermal communication (eg, in contact with) the patient's scalp or skull by a user pressing the housing 12 against the scalp or skull. The pivot 112 rotates the support 110 about the pivot 112 relative to the housing 12 (eg, an angle between 1 and 2 degrees or only about 1.75 degrees) so that the exit surface 22 is toward the housing 12. Move (for example, a distance of 0.05-0.3 inches or about 0.1 inches). In one such embodiment, this movement of the support 110 and the movement of the fiber conditioner 50 and the optical fiber 40 cause a portion of the optical fiber 40 to bend (eg, near the coupling between the housing 12 and the conduit 14). ).
この光ファイバ40の屈曲は、ある状況では望ましくない場合がある。たとえば、光ファイバ40またはそのファイバ調整装置50との接続が脆く屈曲が繰返されると破損または故障しやすい場合である。図14Bおよび図14Cは、本明細書に記載のある実施例に従う支持部110およびハウジング12の構成の別の例を概略的に示す。支持部110は、第1の支持部素子120および第1の支持部素子120に機械的に結合された第2の支持部素子122を含み、このため、第1の支持部素子120および第2の支持部素子122は相対的に移動可能である。たとえば、ある実施例では、装置10はさらに、ヒンジ124(たとえばピボットまたは可撓性の部分)を含み、それを中心として第1の支持部素子120および第2の支持部素子122は相対的に偏向するように構成される。 This bending of the optical fiber 40 may not be desirable in certain situations. For example, it is a case where the connection with the optical fiber 40 or the fiber adjustment device 50 is fragile and is easily damaged or broken when the bending is repeated. 14B and 14C schematically illustrate another example of the configuration of the support 110 and the housing 12 in accordance with certain embodiments described herein. The support 110 includes a first support element 120 and a second support element 122 mechanically coupled to the first support element 120, and thus the first support element 120 and the second support element 120. The support element 122 is relatively movable. For example, in one embodiment, the device 10 further includes a hinge 124 (eg, a pivot or flexible portion) about which the first support element 120 and the second support element 122 are relative. Configured to deflect.
ある実施例では、第1の支持部素子120はハウジング12に機械的に結合され、光ファイバ40、ファイバ調整装置50、ミラー60、およびセンサ80(各々図14Cでは点線で示される)は、第1の支持部素子120に機械的に結合される。第2の支持部素子122は、ウインドウ70、熱電アセンブリ90、およびヒートシンク100(各々図14Cでは点線で示される)に機械的に結合される。出力光学アセンブリ20も、熱電アセンブリ90およびヒートシンク100を介して第2の支持部素子122に機械的に結合される。このように、このようなある実施例では、装置10の第1の部分は、ハウジング12と、第1の支持部素子120と、光ファイバ40と、ファイバ調整装置50と、ミラー60と、センサ80とを含み、装置10の第2の部分は、第2の支持部素子122と、ウインドウ70と、熱電アセンブリ90と、ヒートシンク100と、出力光学アセンブリ20とを含む。第2の部分は第1の部分に機械的に結合されるとともに第1の部分と光学的に連通する。第2の部分は、患者の皮膚と熱的に連通するように配置されて、第1の部分からの光が装置10の動作中第2の部分を通して伝搬するようにする。第1の部分および第2の部分は、互いに、第2の部分が患者の皮膚と熱的に連通するように配置されたことに応じて、相対的に移動するように構成される。 In one embodiment, the first support element 120 is mechanically coupled to the housing 12, and the optical fiber 40, the fiber conditioner 50, the mirror 60, and the sensor 80 (each indicated by a dotted line in FIG. 14C) It is mechanically coupled to one support element 120. The second support element 122 is mechanically coupled to the window 70, the thermoelectric assembly 90, and the heat sink 100 (each indicated by a dotted line in FIG. 14C). The output optical assembly 20 is also mechanically coupled to the second support element 122 via the thermoelectric assembly 90 and the heat sink 100. Thus, in some such embodiments, the first portion of the device 10 includes the housing 12, the first support element 120, the optical fiber 40, the fiber conditioner 50, the mirror 60, and the sensor. 80, the second portion of the apparatus 10 includes a second support element 122, a window 70, a thermoelectric assembly 90, a heat sink 100, and an output optical assembly 20. The second portion is mechanically coupled to the first portion and is in optical communication with the first portion. The second portion is positioned in thermal communication with the patient's skin so that light from the first portion propagates through the second portion during operation of the device 10. The first portion and the second portion are configured to move relative to each other in response to the second portion being disposed in thermal communication with the patient's skin.
ある実施例では、第2の部分は出力光学アセンブリ20を含み、第1の部分および第2の部分は非ゼロの角度で相対的に偏向するように構成される。ある実施例では,この偏向は、出力光学アセンブリ20が、患者の頭皮の一部に、患者の頭皮のその部分を少なくとも一部白くするのに十分な圧力を、加えたときに生じる。ある実施例では、この偏向は、出力光学アセンブリ20が、患者の頭皮または頭蓋骨と熱的に連通するように配置されているときに生じる。ある実施例では、装置10はさらに、第1の部分および第2の部分に機械的に結合されたばねを含む。このばねは、第1の部分と第2の部分が相対的に移動したことに応じて復元力を与える。 In certain embodiments, the second portion includes the output optical assembly 20, and the first portion and the second portion are configured to relatively deflect at a non-zero angle. In some embodiments, this deflection occurs when the output optical assembly 20 applies sufficient pressure to a portion of the patient's scalp to at least partially whiten that portion of the patient's scalp. In certain embodiments, this deflection occurs when the output optical assembly 20 is placed in thermal communication with the patient's scalp or skull. In certain embodiments, device 10 further includes a spring mechanically coupled to the first portion and the second portion. The spring provides a restoring force in response to the relative movement of the first part and the second part.
図14Bおよび図14Cの構成について、出力光学アセンブリ20の出射面22は、ハウジング12を頭皮または頭蓋骨に向けて押すユーザによって、患者の頭皮または頭蓋骨と熱的に連通する(たとえば接触する)ように配置される。ヒンジ124によって、第2の部分(たとえば第2の支持部素子122を含む)は、第1の部分(たとえば第1の支持部素子120を含む)に対してヒンジ124を中心として回転する。この回転は、1度と3度の間の角度(または約2.3度)であることによって、出射面22をハウジング12に向かって移動させることができる(たとえば0.05−0.3インチまたは約0.08インチの距離だけ)。第1の部分が光ファイバ40を含むそのようなある実施例では、第1の部分および第2の部分の相対的な偏向は、光ファイバの屈曲または移動を、制御、抑制、防止、最小化または低減する(たとえば光ファイバ40の損傷を制御、抑制、防止、最小化または低減する)。このように、第1および第2の部分が相対的に移動することによって、光ファイバ40の屈曲、移動または損傷は、第1および第2の部分が相対的に移動しない場合と比べて小さくなる。 For the configurations of FIGS. 14B and 14C, the exit surface 22 of the output optical assembly 20 is in thermal communication (eg, in contact with) the patient's scalp or skull by a user pushing the housing 12 toward the scalp or skull. Be placed. The hinge 124 causes the second portion (eg, including the second support element 122) to rotate about the hinge 124 relative to the first portion (eg, including the first support element 120). This rotation is at an angle between 1 and 3 degrees (or about 2.3 degrees) to allow the exit surface 22 to move toward the housing 12 (e.g., 0.05-0.3 inches). Or only about 0.08 inch distance). In certain such embodiments where the first portion includes the optical fiber 40, the relative deflection of the first and second portions can control, inhibit, prevent, or minimize the bending or movement of the optical fiber. Or reduce (eg, control, suppress, prevent, minimize or reduce damage to the optical fiber 40). As described above, the relative movement of the first and second portions reduces the bending, movement, or damage of the optical fiber 40 as compared to the case where the first and second portions do not move relatively. .
ある実施例では、出力光学アセンブリ20およびミラー60が相対的に移動することによって、光ビーム30は出力光学アセンブリ20の熱導管25によって少なくとも一部がブロックされるまたは「切取られる」。たとえば、光ビームの直径が30ミリメートルの場合、光ビーム30は熱導管25によって切取られない。光ビームの直径がより大きな場合、光ビーム30は熱導管25によってその一部がブロックされる。光ビームの直径が31ミリメートルの場合、この光ビームの面積の約0.02%がブロックされ、32ミリメートルの場合は光ビームの面積の約1.56%がブロックされて、約0.08%未満の推定パワー損失となる。 In certain embodiments, relative movement of the output optical assembly 20 and the mirror 60 causes the light beam 30 to be at least partially blocked or “cut off” by the thermal conduit 25 of the output optical assembly 20. For example, if the diameter of the light beam is 30 millimeters, the light beam 30 is not cut by the heat conduit 25. If the diameter of the light beam is larger, the light beam 30 is partially blocked by the heat conduit 25. If the diameter of the light beam is 31 millimeters, about 0.02% of this light beam area is blocked, and if it is 32 millimeters, about 1.56% of the light beam area is blocked and about 0.08% Less than the estimated power loss.
ある実施例では、装置10はさらに、第1の部分および第2の部分の相対的な移動(たとえば第1の支持部素子120および第2の支持部素子122の相対的な移動)を検出するように構成されたセンサ130を含む。センサ130は、信号を受けるようにかつ信号に応答して光源を制御するように構成されたコントローラに、信号を送信するように構成され、光源は、患者の頭皮または頭蓋骨を照射する装置10によって使用される光を生成するように構成される。ある実施例では、センサ130は、信号を、第1の部分および第2の部分間の移動が予め決定されたしきい値よりも大きいことが検出されたときに、送信する。このようにして、センサ130は、装置10をトリガするために使用されるトリガスイッチの役割を果たす(たとえば、センサ130が、装置10が使用される状態にあることを示す、第1の部分および第2の部分間の予め定められた量の移動を検出すると、装置10に光を供給する)。ある実施例のトリガスイッチは、出力光学アセンブリ20を表面に対して押付けることによって起動される。装置10に光を供給する光源は、このトリガスイッチに応じて、トリガスイッチが起動されたときにのみ、光を出射する。したがって、このようなある実施例では、装置10を使用するために、出力光学アセンブリ20は上記のように、患者の皮膚に対して押付けられる。 In some embodiments, the apparatus 10 further detects relative movement of the first and second portions (eg, relative movement of the first support element 120 and the second support element 122). A sensor 130 configured as described above. The sensor 130 is configured to send a signal to a controller configured to receive the signal and to control the light source in response to the signal, the light source being transmitted by the device 10 that illuminates the patient's scalp or skull. Configured to generate the light used. In one embodiment, sensor 130 transmits a signal when it is detected that movement between the first portion and the second portion is greater than a predetermined threshold. In this way, the sensor 130 serves as a trigger switch used to trigger the device 10 (e.g., the first portion indicating that the device 130 is in use and the device 10 is in use). When a predetermined amount of movement between the second parts is detected, light is supplied to the device 10). The trigger switch of an embodiment is activated by pressing the output optical assembly 20 against the surface. In response to the trigger switch, the light source that supplies light to the apparatus 10 emits light only when the trigger switch is activated. Thus, in some such embodiments, in order to use the device 10, the output optical assembly 20 is pressed against the patient's skin as described above.
図15Aおよび図15Bは、本明細書に記載のある実施例に従うセンサ130の一例の2つの状態を概略的に示す。センサ130は、第1の部分(たとえばハウジング12)に機械的に結合された少なくとも1つのトリガフラグ132と、第2の部分(たとえば第2の支持部素子122)に機械的に結合された少なくとも1つの光スイッチ134とを含む。たとえば、ある実施例のこの少なくとも1つの光スイッチ134は、イリノイ州シャンバーグ(Schaumburg)のオムロンエレクトロニクスコンポーネント社(Omron Electronics Components LLC)から入手可能な、1つ、2つまたはそれ以上のEE−SX−1035光スイッチを含む。第1の状態において、トリガフラグ132は、光スイッチ134によって検出されたセンサ光ビームから遠ざけるようにずらされる。出力光学アセンブリ20を、患者の頭皮または頭蓋骨と熱的に連通する状態で押すと、光スイッチ134はトリガフラグ132に対して移動(たとえば約0.07インチの距離だけ)し、トリガフラグ132は、センサ光ビームを、これが光スイッチ134によって検出されないよう、遮断する。この第2の状態に応じ、センサ130は対応する信号を生成する。他のある実施例において、トリガフラグ132を、第1の状態においてセンサ光ビームを遮断し第2の状態においてセンサ光ビームを遮断しないように、配置することができる。 FIGS. 15A and 15B schematically illustrate two states of an example sensor 130 in accordance with certain embodiments described herein. Sensor 130 includes at least one trigger flag 132 mechanically coupled to a first portion (eg, housing 12) and at least mechanically coupled to a second portion (eg, second support element 122). One optical switch 134. For example, in one embodiment, the at least one optical switch 134 is one, two or more EE-SXs available from Omron Electronics Components LLC of Schaumburg, Illinois. -Includes 1035 optical switch. In the first state, the trigger flag 132 is shifted away from the sensor light beam detected by the optical switch 134. When the output optical assembly 20 is pushed in thermal communication with the patient's scalp or skull, the optical switch 134 moves relative to the trigger flag 132 (eg, a distance of about 0.07 inches), and the trigger flag 132 is The sensor light beam is blocked so that it is not detected by the optical switch 134. In response to this second state, the sensor 130 generates a corresponding signal. In certain other embodiments, the trigger flag 132 can be arranged to block the sensor light beam in the first state and not block the sensor light beam in the second state.
図15Cおよび図15Dは、本明細書に記載のある実施例に従うセンサ130の別の例の2つの状態を概略的に示す。センサ130は、第1の部分(たとえば第1の支持部素子120)に機械的に結合された反射素子135と、第2の部分(たとえば第2の支持部素子122)に機械的に結合された少なくとも1つの光源/検出器対136とを含む。たとえば、ある実施例のこの少なくとも1つの光源/検出器対136a、136bは、カリフォルニア州サンホセ(San Jose)のフェアーチャイルドセミコンダクター社(Fairchild Semiconductor Corp.)から入手可能な、1つ、2つ、またはそれ以上のQRE1113GR反射センサを含む。第1の状態では、反射面135は、光源/検出器対136a、136bから第1の距離だけ離れているため、光源136aからのセンサ光ビームは、表面135で反射されるが検出器136bによって検出されることはない。出力光学アセンブリ20を患者の頭皮または頭蓋骨と熱的に連通する状態で押すと、反射面135が(たとえば約0.04インチの距離だけ)、光源/検出器対136a、136bから第2の距離の場所まで移動し、光源136aからのセンサ光ビームは、表面135で反射され検出器136bによって検出される。この第2の状態に応じて、センサ130は対応する信号を生成する。ある実施例において、センサ130はさらに、検出器136bを迷光から保護するように構成された側壁137を含む。他のある実施例では、反射面135を、第1の状態において検出器136bへセンサ光ビームを反射し第2の状態において検出器136bへセンサ光ビームを反射しないように位置付けることができる。 FIGS. 15C and 15D schematically illustrate two states of another example of a sensor 130 in accordance with certain embodiments described herein. Sensor 130 is mechanically coupled to a reflective element 135 mechanically coupled to a first portion (eg, first support element 120) and to a second portion (eg, second support element 122). And at least one light source / detector pair 136. For example, in one embodiment, the at least one light source / detector pair 136a, 136b is one, two, or available from Fairchild Semiconductor Corp. of San Jose, Calif. Includes more QRE1113GR reflection sensors. In the first state, the reflective surface 135 is a first distance away from the light source / detector pair 136a, 136b, so that the sensor light beam from the light source 136a is reflected by the surface 135 but is not reflected by the detector 136b. It will not be detected. When the output optical assembly 20 is pushed in thermal communication with the patient's scalp or skull, the reflective surface 135 (eg, by a distance of about 0.04 inches) causes a second distance from the light source / detector pair 136a, 136b. The sensor light beam from the light source 136a is reflected by the surface 135 and detected by the detector 136b. In response to this second state, the sensor 130 generates a corresponding signal. In certain embodiments, sensor 130 further includes a sidewall 137 configured to protect detector 136b from stray light. In some other embodiments, the reflective surface 135 can be positioned so that it reflects the sensor light beam to the detector 136b in the first state and does not reflect the sensor light beam to the detector 136b in the second state.
ある実施例では、装置10はさらに、予め定められたしきい値の設定、予め定められたしきい値の変更、または双方を行なうように構成された調整メカニズムを含む。このようなある実施例において、調整メカニズムは、相対的に移動するセンサ130の2つの部分の相対的な位置を変える止めねじを含む。ある実施例はさらに、第1の部分および第2の部分の相対的な移動の範囲を制限するように構成された止め具を含む。 In certain embodiments, apparatus 10 further includes an adjustment mechanism configured to set a predetermined threshold, change the predetermined threshold, or both. In some such embodiments, the adjustment mechanism includes a set screw that changes the relative position of the two portions of the relatively moving sensor 130. Certain embodiments further include a stop configured to limit the range of relative movement of the first portion and the second portion.
ある実施例では、装置10は、トリガ力ばね140およびトリガ力調整メカニズム142を含む。図16Aおよび図16Bは、本発明のある実施例に従うトリガ力ばね140およびトリガ力調整メカニズム142の構成の2つの例を概略的に示す。トリガ力ばね140は、第1の部分(たとえば第1の支持部素子120)および第2の部分(たとえば第2の支持部素子122)に機械的に結合され、第1の部分および第2の部分が相対的に移動したときに復元力を与える。図16Aのトリガ力調整メカニズム142は、ばね140と第1の部分および第2の部分のうち少なくとも一方との間に設けられた1つ以上のシム(たとえば各シムは約100グラムの調整を与える)。図16Bのトリガ力調整メカニズム142は、1つ、2つまたはそれ以上の止めねじを含む。いずれの構成でも、トリガ力調整メカニズム142は、ばね140を圧縮して、第1および第2の部分を、装置10をトリガするのに十分な量だけ相対的に移動させる力の量を調整する。ある実施例では、トリガ力調整メカニズム142は、装置10が、1平方インチ当たり少なくとも0.1ポンド、1平方インチ当たり少なくとも1ポンド、1平方インチ当たり少なくとも約2ポンドの、出射面22に対しハウジング12に向かって加えられる圧力によって、トリガされるように、設定される。 In certain embodiments, the device 10 includes a trigger force spring 140 and a trigger force adjustment mechanism 142. FIGS. 16A and 16B schematically illustrate two examples of the configuration of the trigger force spring 140 and trigger force adjustment mechanism 142 according to an embodiment of the present invention. The trigger force spring 140 is mechanically coupled to the first part (eg, the first support element 120) and the second part (eg, the second support element 122), and the first part and the second part. Provides resilience when the parts move relatively. The trigger force adjustment mechanism 142 of FIG. 16A includes one or more shims (eg, each shim provides about 100 grams of adjustment) provided between the spring 140 and at least one of the first and second portions. ). The trigger force adjustment mechanism 142 of FIG. 16B includes one, two or more set screws. In either configuration, the trigger force adjustment mechanism 142 adjusts the amount of force that compresses the spring 140 to move the first and second portions relative to each other enough to trigger the device 10. . In one embodiment, the trigger force adjustment mechanism 142 is housing the exit surface 22 with the device 10 at least 0.1 pounds per square inch, at least 1 pound per square inch, and at least about 2 pounds per square inch. Set to be triggered by pressure applied toward 12.
ある実施例では、装置10はさらに、装置10の上に設けられた出力光学アセンブリ20の存在を検出するように構成されたレンズアセンブリセンサ150を含む。図17は、本明細書に記載のある実施例に従うレンズアセンブリセンサ150の一例を概略的に示す。たとえば、ある実施例のレンズアセンブリセンサ150は、少なくとも1つの反射面152と少なくとも1つの光源/検出器対154a、154bとを含む(たとえばカリフォルニア州サンホセのフェアチャイルドセミコンダクター社から入手可能な1つ、2つまたはそれ以上のQRE1113GR反射センサ)。反射面152は、出力光学アセンブリ20が熱導管92と熱的に連通する状態で配置されると、光源/検出器対154a、154bに対して移動する。たとえば、出力光学アセンブリ20が装着されると、差込ピンが下向きに引張られる。この移動に応じて、センサ150は対応する信号を生成する。ある実施例では、センサ150はさらに、検出器154bを迷光から保護するように構成された側壁156を含む。 In certain embodiments, the apparatus 10 further includes a lens assembly sensor 150 configured to detect the presence of the output optical assembly 20 provided on the apparatus 10. FIG. 17 schematically illustrates an example of a lens assembly sensor 150 in accordance with certain embodiments described herein. For example, an example lens assembly sensor 150 includes at least one reflective surface 152 and at least one light source / detector pair 154a, 154b (eg, one available from Fairchild Semiconductor, Inc., San Jose, Calif.). Two or more QRE1113GR reflection sensors). The reflective surface 152 moves relative to the light source / detector pair 154a, 154b when the output optical assembly 20 is placed in thermal communication with the thermal conduit 92. For example, when the output optical assembly 20 is installed, the plug pin is pulled downward. In response to this movement, the sensor 150 generates a corresponding signal. In certain embodiments, sensor 150 further includes a sidewall 156 configured to protect detector 154b from stray light.
制御回路
図18は、本明細書に記載の実施例に従う光源207を制御するためのプログラム可能なコントローラ205を含む制御回路200のブロック図である。制御回路200は、脳の目標領域に対して、予め定められた表面下放射照度といった予め定められたエネルギ伝達プロファイルに対応する予め定められた表面放射照度を、頭皮または頭蓋骨で、出射面22から出射された光が生成するように、光源207によって生成された光エネルギの出力を調整するように構成される。
Control Circuit FIG. 18 is a block diagram of a control circuit 200 that includes a programmable controller 205 for controlling the light source 207 according to the embodiments described herein. The control circuit 200 applies a predetermined surface irradiance corresponding to a predetermined energy transfer profile, such as a predetermined subsurface irradiance, to the target region of the brain from the emission surface 22 with the scalp or the skull. It is configured to adjust the output of light energy generated by the light source 207 so that emitted light is generated.
ある実施例では、プログラム可能なコントローラ205は、論理回路210と、論理回路210に結合されたクロック212と、論理回路210に結合されたインターフェイス214とを含む。ある実施例のクロック212は、論理回路210にタイミング信号を与えて、論理回路210が与えられた光の時間間隔をモニタし制御できるようにする。タイミング間隔の例は、総治療時間、照射される光のパルスについてのパルス幅時間、および照射される光のパルス間の時間間隔を含むがこれらに限定されない。ある実施例では、光源207を選択的にオンオフして、頭皮または頭蓋骨に対する熱負荷を減じるとともに脳の特定の領域に対して選択された放射照度が送達されるようにする。 In one embodiment, programmable controller 205 includes a logic circuit 210, a clock 212 coupled to logic circuit 210, and an interface 214 coupled to logic circuit 210. The clock 212 of one embodiment provides a timing signal to the logic circuit 210 so that the logic circuit 210 can monitor and control the time interval of the applied light. Examples of timing intervals include, but are not limited to, the total treatment time, the pulse width time for the pulse of light emitted, and the time interval between the pulses of light emitted. In one embodiment, the light source 207 is selectively turned on and off to reduce the heat load on the scalp or skull and deliver selected irradiance to specific areas of the brain.
ある実施例のインターフェイス214は、信号を論理回路210に与え、論理回路210はこれを用いて照射される光を制御する。インターフェイス214は、ユーザインターフェイスまたはインターフェイスを含んで治療の少なくとも1つのパラメータをモニタすることができる。そのようなある実施例では、プログラム可能なコントローラ126は、センサからの信号に応答して、好ましくは治療パラメータを調整して測定された反応を最適化する。このようにしてプログラム可能なコントローラ126は、閉ループモニタおよびさまざまな治療パラメータの調整を行なって光線療法を最適化する。ユーザからインターフェイス214によって与えられる信号は、患者の特徴(たとえば皮膚のタイプ、脂肪率)、選択された放射照度、目標時間間隔、および照射される光についての放射照度/タイミングプロファイルを含むがこれらに限定されないパラメータを示す。 In one embodiment, interface 214 provides a signal to logic circuit 210 that uses it to control the light emitted. Interface 214 may include a user interface or an interface to monitor at least one parameter of treatment. In some such embodiments, the programmable controller 126 is preferably responsive to signals from the sensor to adjust the treatment parameters to optimize the measured response. In this way, the programmable controller 126 provides closed loop monitoring and adjustment of various treatment parameters to optimize phototherapy. Signals provided by the user through interface 214 include patient characteristics (eg, skin type, fat percentage), selected irradiance, target time interval, and irradiance / timing profile for the emitted light. Indicates non-limiting parameters.
ある実施例では、論理回路210は光源ドライバ220に結合される。光源ドライバ220は、ある実施例ではバッテリを含み他の実施例では交流源を含む電源230に結合される。光源ドライバ220は光源207にも結合される。論理回路210は、クロック212からの信号およびユーザインターフェイス214からのユーザ入力に応答して、制御信号を光源ドライバ220に送信する。この論理回路210からの制御信号に応答して、光源ドライバ220は、光源に与えられるパワーを調整および制御する。図18の制御回路200の以外の他の制御回路は、本明細書に記載の実施例に対応する。 In some embodiments, logic circuit 210 is coupled to light source driver 220. The light source driver 220 is coupled to a power source 230 that includes a battery in some embodiments and an alternating current source in other embodiments. The light source driver 220 is also coupled to the light source 207. The logic circuit 210 transmits a control signal to the light source driver 220 in response to a signal from the clock 212 and a user input from the user interface 214. In response to the control signal from the logic circuit 210, the light source driver 220 adjusts and controls the power applied to the light source. Control circuits other than the control circuit 200 of FIG. 18 correspond to the embodiments described in this specification.
ある実施例では、論理回路110は、治療の少なくとも1つのパラメータをモニタするセンサからの信号に応答し、照射される光を制御する。たとえば、ある実施例は、頭皮または頭蓋骨と熱的に連通して頭皮または頭蓋骨の温度に関する情報を論理回路210に与える温度センサを含む。このような実施例では、論理回路210は、温度センサからの情報に応答して、制御信号を光源ドライバ220に送信することによって、照射される光のパラメータを調整し頭皮または頭蓋骨の温度を予め定められたレベルを下回るように維持する。他の実施例は、血流センサ、血液ガス(たとえば酸素化)センサ、ATP生産センサ、または細胞活動センサを含むがこれに限定されない生物医学センサの例を含む。このような生体医学センサは、論理回路210に対して、情報をリアルタイムでフィードバックすることができる。そのようなある実施例では、論理回路110は、センサからの信号に応答して、好ましくは照射される光のパラメータを調整して測定される反応を最適化する。このようにして、論理回路110は、閉ループモニタおよび照射される光のさまざまなパラメータの調整を提供して光線療法を最適化する。 In one embodiment, logic circuit 110 controls the light emitted in response to signals from sensors that monitor at least one parameter of the therapy. For example, one embodiment includes a temperature sensor that is in thermal communication with the scalp or skull and provides logic circuit 210 with information regarding the temperature of the scalp or skull. In such an embodiment, logic circuit 210 responds to information from the temperature sensor and sends a control signal to light source driver 220 to adjust the parameters of the emitted light and to pre-set the temperature of the scalp or skull. Maintain below a defined level. Other examples include examples of biomedical sensors including but not limited to blood flow sensors, blood gas (eg, oxygenation) sensors, ATP production sensors, or cellular activity sensors. Such a biomedical sensor can feed back information to the logic circuit 210 in real time. In some such embodiments, the logic circuit 110 is responsive to signals from the sensor, preferably adjusting the parameters of the emitted light to optimize the measured response. In this way, logic circuit 110 provides a closed loop monitor and adjustment of various parameters of the emitted light to optimize phototherapy.
光のパラメータ
出射面22から出射される光ビームのさまざまなパラメータは、好都合に選択されて、治療を行なう一方で、光により頭皮または頭蓋骨が加熱されて患者に生じる損傷または不快感を、制御、抑制、防止、最小化、または低減する。別々に説明するが、以下のこれらさまざまなパラメータは、本明細書に記載の実施例に従い開示された値の範囲内で互いに組合せることができる。
Light Parameters Various parameters of the light beam emitted from the exit surface 22 are conveniently selected to provide treatment while controlling the damage or discomfort caused to the patient by heating the scalp or skull with light, Suppress, prevent, minimize or reduce. Although described separately, these various parameters below can be combined with each other within the range of values disclosed in accordance with the examples described herein.
波長
ある実施例では、可視から近赤外波長範囲にある光を用いて患者の頭皮または頭蓋骨を照射する。ある実施例では、光は実質的に単色である(すなわち1つの波長を有する光または波長範囲の狭い光)。このため、脳に伝達される光の量は最大化され、光の波長はある実施例では介在する組織に対して伝達ピークまたはそれに近く(または吸収最低値またはその近く)となるように選択される。このようなある実施例では、波長は、約820ナノメートルの、組織の伝達スペクトルにおけるピークに対応する。他のある実施例では、光は、約630ナノメートルと約1064ナノメートルとの間、約600ナノメートルと約980ナノメートルとの間、約780ナノメートルと約840ナノメートルとの間、約805ナノメートルと約820ナノメートルとの間の、1つ以上の波長を含み、または、約785、790、795、800、805、810、815、820、825、または830ナノメートルの波長を含む。およそ730ナノメートルとおよそ750ナノメートルとの間の範囲にある中間波長(たとえば約739ナノメートル)が、頭蓋骨を透過するのに適切であると思われるが、他の波長も適切であり使用し得るものである。他の実施例では、複数の波長を使用する(たとえば同時にまたは連続的に照射)。ある実施例では、光の波長分布のピークはピーク波長にあり、線幅はピーク波長から±10ナノメートル未満である。このようなある実施例では、光の線幅は4ナノメートル未満でありエネルギの90%の全幅である。ある実施例では、中心波長は、(808±10)ナノメートルであり、スペクトル線幅は4ナノメートル未満でありエネルギの90%の全幅である。
Wavelength In one embodiment, light in the visible to near infrared wavelength range is used to irradiate the patient's scalp or skull. In some embodiments, the light is substantially monochromatic (ie, light having a single wavelength or light having a narrow wavelength range). For this reason, the amount of light transmitted to the brain is maximized and the wavelength of light is selected in some embodiments to be at or near the transmission peak (or at or near the absorption minimum) for the intervening tissue. The In one such example, the wavelength corresponds to a peak in the tissue's transmission spectrum of about 820 nanometers. In certain other examples, the light is between about 630 nanometers and about 1064 nanometers, between about 600 nanometers and about 980 nanometers, between about 780 nanometers and about 840 nanometers, about Includes one or more wavelengths between 805 nanometers and about 820 nanometers, or includes wavelengths of about 785, 790, 795, 800, 805, 810, 815, 820, 825, or 830 nanometers . An intermediate wavelength in the range of between about 730 and about 750 nanometers (eg, about 739 nanometers) appears to be suitable for penetrating the skull, but other wavelengths are also suitable and used. To get. In other embodiments, multiple wavelengths are used (eg, irradiation simultaneously or sequentially). In one embodiment, the peak of the wavelength distribution of light is at the peak wavelength, and the line width is less than ± 10 nanometers from the peak wavelength. In one such embodiment, the line width of the light is less than 4 nanometers and 90% of the total energy. In one embodiment, the center wavelength is (808 ± 10) nanometers, the spectral linewidth is less than 4 nanometers, and the full width of 90% of the energy.
ある実施例では、光は、各々コヒーレント光を与える1つ以上のレーザダイオードを含む光源によって生成される。光源からの光がコヒーレントである実施例において、出射された光は、光のコヒーレント干渉のために「スペックル」を生じさせる可能性がある。このスペックルは、波面干渉効果によって生まれ治療されている目標組織の近くで生じ得る強度スパイクを含む。たとえば、平均放射照度または電力密度は約10mW/cm2となる可能性があり、治療する脳組織近くのこのような強度スパイクの電力密度はおよそ300mW/cm2となる可能性がある。ある実施例では、スペックルが原因でこのように電力密度が増大すると、より深い組織の照射のためにインコヒーレント光を用いる治療と比較してコヒーレント光を用いる治療の効果が改善される。加えて、スペックルは、照射されている組織を過剰に加熱することなく電力密度を増大することができる。スペックルのフィールドまたは孤立領域内の光であってこれらの強度スパイクを含むものは分極され、ある実施例では、この分極された光が、同一の強度または放射照度の分極されていない光を超える向上した効率をもたらす。 In certain embodiments, the light is generated by a light source that includes one or more laser diodes that each provide coherent light. In embodiments where the light from the light source is coherent, the emitted light can cause “speckle” due to coherent interference of the light. This speckle includes intensity spikes that can occur near the target tissue being born and treated by wavefront interference effects. For example, the average irradiance or power density can be about 10 mW / cm 2 and the power density of such intensity spikes near the brain tissue to be treated can be about 300 mW / cm 2 . In some embodiments, this increased power density due to speckle improves the effectiveness of treatment using coherent light compared to treatment using incoherent light for deeper tissue illumination. In addition, speckle can increase power density without overheating the tissue being irradiated. Light in a speckle field or isolated region that contains these intensity spikes is polarized, and in one embodiment, this polarized light exceeds unpolarized light of the same intensity or irradiance Bring improved efficiency.
ある実施例では、光源は、波長が約830ナノメートルである連続発光GaAlAsレーザダイオードを少なくとも1つ含む。別の実施例では、光源は、波長が約808ナノメートルであるレーザ光源を含む。さらに他の実施例では、光源は、少なくとも1つの垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)ダイオードを含む。本明細書に記載の実施例に従う他の光源は、発光ダイオード(LED)およびフィルタ付きランプを含むがこれらに限定されない。 In one embodiment, the light source includes at least one continuous-emitting GaAlAs laser diode having a wavelength of about 830 nanometers. In another example, the light source includes a laser light source having a wavelength of about 808 nanometers. In yet another embodiment, the light source includes at least one vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) diode. Other light sources in accordance with the embodiments described herein include, but are not limited to, light emitting diodes (LEDs) and filtered lamps.
ある実施例では、上記1つ以上の波長は、目標組織内で1つ以上の発色団とともに作用するように選択される。理論によってまたは特定のメカニズムによって制限されなければ、発色団の照射により目標組織内のATPの発生を増加させ、および/または損傷を受けた組織のアポトーシスを制御、抑制、防止、最小化または低減することにより、以下でさらに説明する有効な効果が生まれると、考えられている。 In certain embodiments, the one or more wavelengths are selected to work with one or more chromophores in the target tissue. Unless limited by theory or by specific mechanisms, chromophore irradiation increases ATP generation in target tissues and / or controls, inhibits, prevents, minimizes or reduces apoptosis in damaged tissues This is believed to produce an effective effect that will be further explained below.
水またはヘモグロビンといったいくつかの発色団は、いたるところに存在し、光を、組織内への光エネルギの伝播がほとんどないまたは全くなくなる程度まで、光を吸収する。たとえば、水はおよそ1300ナノメートルを超える光を吸収する。このように、この範囲のエネルギは、水分含有量のために、組織を貫通することがほぼ不可能である。しかしながら、水は、300と1300ナノメートルの間の波長では透過性またはほぼ透過性である。別の例はヘモグロビンであり、ヘモグロビンは300と670ナノメートルの間の領域で吸収度が高いが、670ナノメートルを超えると適度に透過性である。 Some chromophores such as water or hemoglobin are ubiquitous and absorb light to such an extent that little or no light energy is propagated into the tissue. For example, water absorbs light above about 1300 nanometers. Thus, this range of energy is almost impossible to penetrate tissue due to moisture content. However, water is transmissive or nearly transmissive at wavelengths between 300 and 1300 nanometers. Another example is hemoglobin, which is highly absorbent in the region between 300 and 670 nanometers but is reasonably permeable above 670 nanometers.
これらの広範な想定に基づいて、「IRウインドウ」を身体の中に定めることができる。このウインドウ内では、どちらかといえば貫通しやすいいくつかの波長がある。この考察は、介在する組織の波長依存散乱効果は含まない。 Based on these broad assumptions, an “IR window” can be defined in the body. Within this window, there are several wavelengths that are rather easy to penetrate. This consideration does not include the wavelength dependent scattering effect of the intervening tissue.
さまざまな組織の吸収/透過率を直接測定してさまざまな波長の有用性を求めてきた。図19Aは、血液に対する光の透過率(任意単位)を波長の関数として表わしたグラフである。血液は、700ナノメートルを超える領域内で吸収は小さいが、780ナノメートルを超える波長では特に透過性がある。700ナノメートルを下回る波長の吸収は大きいので、治療には有効ではないと思われる(局所的な表示を除く)。 The usefulness of various wavelengths has been sought by directly measuring the absorption / transmittance of various tissues. FIG. 19A is a graph showing the light transmittance (arbitrary unit) for blood as a function of wavelength. Blood has low absorption in the region above 700 nanometers, but is particularly transmissive at wavelengths above 780 nanometers. It appears that absorption at wavelengths below 700 nanometers is large and therefore not effective for treatment (except for local indications).
図19Bは、脳組織による光の吸収のグラフである。脳内の吸収は、682および980ナノメートルの間の波長については大きい。この範囲はミトコンドリア吸収における銅中心でもある。脳は、代謝的に非常に活発な組織(脳は血流および酸素消費の約20%に相当する)であるため、特にミトコンドリアが多い。したがって、光刺激効果が生じるとすれば620から980ナノメートルの範囲の吸収が期待される。 FIG. 19B is a graph of light absorption by brain tissue. Absorption in the brain is large for wavelengths between 682 and 980 nanometers. This range is also the copper center in mitochondrial absorption. Since the brain is a metabolically very active tissue (the brain represents about 20% of blood flow and oxygen consumption), it is particularly rich in mitochondria. Therefore, if a light stimulation effect occurs, absorption in the range of 620 to 980 nanometers is expected.
図19Aおよび図19Bを組合せると、図19Cに示されるように、エネルギ送達の効率を波長の関数として計算することができる。脳を目標とする際、780と880ナノメートルの間の波長が好ましい(0.6以上の効率)。ピーク効率は約800から830ナノメートルである(効率が1.0以上)。これらの波長は、水またはヘモグロビンによって吸収されず、脳に浸透しやすい。これらの波長は、脳に達すると、脳によって吸収され有用なエネルギに変換される。 19A and 19B can be combined to calculate the efficiency of energy delivery as a function of wavelength, as shown in FIG. 19C. When targeting the brain, wavelengths between 780 and 880 nanometers are preferred (efficiency above 0.6). The peak efficiency is about 800 to 830 nanometers (efficiency is 1.0 or more). These wavelengths are not absorbed by water or hemoglobin and are likely to penetrate the brain. When these wavelengths reach the brain, they are absorbed and converted into useful energy by the brain.
これらの効果は直接的にラット組織の中で示すことができる。808ナノメートルの光の吸収は、図20に示されるように、さまざまなラット組織を通して測定された。皮膚および脂肪といった柔らかい組織は光をほとんど吸収しない。ミトコンドリアが多い筋肉はより多くの光を吸収する。骨でさえかなり透過性である。しかしながら、上記のように、脳組織および脊髄組織は、808ナノメートルの光を十分に吸収する。 These effects can be shown directly in rat tissue. Absorption of light at 808 nanometers was measured through various rat tissues, as shown in FIG. Soft tissues such as skin and fat absorb little light. Muscles rich in mitochondria absorb more light. Even bone is quite permeable. However, as noted above, brain tissue and spinal cord tissue fully absorb 808 nanometers of light.
放射照度または電力密度
ある実施例において、光ビームの、出力光学アセンブリ20の出射面22での時間平均放射照度または電力密度は、光ビームの断面において、約10mW/cm2から約10W/cm2の間、約100mW/cm2から約1000mW/cm2の間、約500mW/cm2から約1W/cm2の間、または約650mW/cm2から約750mW/cm2の間である。パルス光ビームについて、時間平均放射照度は、パルスの一時パルス幅と比較して長い期間について平均したものである(たとえば一時パルス幅よりも長いわずかな時間、1秒、または数秒について平均)。放射照度が時間で変動する連続波(CW)光ビームについて、時間平均放射照度は、光ビーム変動の特徴的な期間よりも長い期間について平均した瞬間放射照度の平均とすることができる。ある実施例では、1%と80%の間の範囲、10%と30%の間の範囲、または約20%のデューティサイクルを、光ビームの断面における、約12.5mW/cm2から約1000W/cm2の間、約50mW/cm2から約50W/cm2の間、約500mW/cm2から約5000mW/cm2の間、約2500mW/cm2から約5W/cm2の間、または約3.25W/cm2から約3.75W/cm2の間の、出力光学アセンブリ20の出射面22でのピーク放射照度とともに、使用することができる。ある実施例では、出力光学アセンブリ20の出射面22における、パルス光ビームのエネルギまたはフルーエンス(たとえば一時パルス幅で乗算したピーク放射照度)は、約12.5μJ/cm2から約1J/cm2の間、約50μJ/cm2から約50mJ/cm2の間、約500μJ/cm2から約5mJ/cm2の間、約2.5mJ/cm2から約5mJ/cm2の間、または約3.25mJ/cm2から約3.75mJ/cm2の間である。
Irradiance or Power Density In certain embodiments, the time average irradiance or power density of the light beam at the exit surface 22 of the output optical assembly 20 is about 10 mW / cm 2 to about 10 W / cm 2 in the cross section of the light beam. between, between about 100 mW / cm 2 to about 1000 mW / cm 2, is between between about 500 mW / cm 2 to about 1W / cm 2, or about 650 mW / cm 2, of about 750 mW / cm 2. For a pulsed light beam, the time average irradiance is averaged over a long period of time compared to the temporary pulse width of the pulse (eg, average for a few hours, one second, or several seconds longer than the temporary pulse width). For a continuous wave (CW) light beam whose irradiance varies with time, the time average irradiance can be the average of the instantaneous irradiance averaged over a longer period than the characteristic period of light beam variation. In some embodiments, a duty cycle of between 1% and 80%, between 10% and 30%, or about 20% is about 12.5 mW / cm 2 to about 1000 W in the cross section of the light beam. / Cm 2 , between about 50 mW / cm 2 and about 50 W / cm 2 , between about 500 mW / cm 2 and about 5000 mW / cm 2 , between about 2500 mW / cm 2 and about 5 W / cm 2 , or about It can be used with peak irradiance at the exit surface 22 of the output optical assembly 20 between 3.25 W / cm 2 and about 3.75 W / cm 2 . In one embodiment, the energy or fluence (eg, peak irradiance multiplied by the temporal pulse width) of the pulsed light beam at the exit surface 22 of the output optical assembly 20 is about 12.5 μJ / cm 2 to about 1 J / cm 2 . during, between about 50μJ / cm 2 to about 50 mJ / cm 2, between about 500μJ / cm 2 to about 5 mJ / cm 2, between about 2.5 mJ / cm 2 to about 5 mJ / cm 2 or about 3,. is between 25 mJ / cm 2 to about 3.75mJ / cm 2.
ある実施例(たとえばマルチモードビーム)の光ビームの断面積を、ビーム強度分布の近似を用いて近似することができる。たとえば、以下でより詳しく説明するように、ビーム強度分布の測定値を、ガウス(1/e2測定値)によってまたは「シルクハット」分布によって近似することができ、ビーム強度分布の選択された周囲を用いて光ビームの領域の境界を定めることができる。ある実施例では、出射面22での放射照度を選択して皮下目的組織での所望の放射照度を提供する。光ビームの放射照度は好ましくは制御可能に可変であり、発光エネルギを調整して治療されている皮下組織で選択された放射照度を与えることができる。ある実施例では、出射面22から出射された光ビームは連続しており、全放射電力は約4ワットから約6ワットの範囲にある。ある実施例では、光ビームの放射電力は5ワット±20%(CW)である。ある実施例では、パルス光のピークパワーは、約10ワットから約30ワット(たとえば20ワット)の範囲にある。ある実施例では、パルス光のデューティサイクルで乗算したパルス光のピークパワーは、約4ワットから約6ワットの範囲(たとえば5ワット)の平均放射電力を生み出す。 The cross-sectional area of the light beam of an embodiment (eg, multimode beam) can be approximated using an approximation of the beam intensity distribution. For example, as described in more detail below, the measurement of the beam intensity distribution can be approximated by a Gaussian (1 / e 2 measurement) or by a “top hat” distribution, and a selected perimeter of the beam intensity distribution Can be used to demarcate the region of the light beam. In one embodiment, the irradiance at the exit surface 22 is selected to provide the desired irradiance at the subcutaneous target tissue. The irradiance of the light beam is preferably controllably variable, and the luminescence energy can be adjusted to provide a selected irradiance in the subcutaneous tissue being treated. In one embodiment, the light beam emitted from the exit surface 22 is continuous and the total radiated power is in the range of about 4 watts to about 6 watts. In one embodiment, the radiated power of the light beam is 5 watts ± 20% (CW). In some embodiments, the peak power of the pulsed light is in the range of about 10 watts to about 30 watts (eg, 20 watts). In one embodiment, the peak power of the pulsed light multiplied by the duty cycle of the pulsed light produces an average radiated power in the range of about 4 watts to about 6 watts (eg, 5 watts).
ある実施例では、皮下目的組織(たとえば硬膜の下およそ2センチメートルの深さ)での時間平均放射照度は、組織のレベルで、少なくとも約0.01mW/cm2および約1W/cm2までである。さまざまな実施例において、目的組織における時間平均皮下放射照度は、所望の臨床成績に応じて、少なくとも約0.01、0.05、0.1、0.5、1、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、または90mW/cm2である。ある実施例では、目的組織における時間平均皮下放射照度は、約0.01mW/cm2から約100mW/cm2、約0.01mW/cm2から約50mW/cm2、約2mW/cm2から約20mW/cm2、または約5mW/cm2から約25mW/cm2である。ある実施例では、1%と80%の間の範囲、10%と30%の間の範囲、または約20%のデューティサイクルを、0.05mW/cm2から約500mW/cm2、約0.05mW/cm2から約250mW/cm2、約10mW/cm2から約100mW/cm2、または約25mW/cm2から約125mW/cm2の、目標組織におけるピーク放射照度とともに用いることができる。 In certain embodiments, the time average irradiance in a subcutaneous target tissue (eg, approximately 2 centimeters deep below the dura mater) is at least about 0.01 mW / cm 2 and about 1 W / cm 2 at the tissue level. It is. In various examples, the time average subcutaneous irradiance in the target tissue is at least about 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 15, depending on the desired clinical outcome. 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, or 90 mW / cm 2 . In some embodiments, the time-averaged subcutaneous irradiance at the target tissue is about 0.01 mW / cm 2 to about 100 mW / cm 2, about 0.01 mW / cm 2 to about 50 mW / cm 2, from about 2 mW / cm 2 to about 20 mW / cm 2 , or about 5 mW / cm 2 to about 25 mW / cm 2 . In some embodiments, a range of between 1% and 80%, 10% and ranges between 30% or about 20% duty cycle, 0.05 mW / cm 2 to about 500 mW / cm 2,, about 0. It can be used with a peak irradiance at the target tissue of 05 mW / cm 2 to about 250 mW / cm 2 , about 10 mW / cm 2 to about 100 mW / cm 2 , or about 25 mW / cm 2 to about 125 mW / cm 2 .
ある実施例では、光ビームの放射照度を選択して皮下目的組織(たとえば硬膜からおよそ2センチメートルの深さ)における予め定められた放射照度を与える。所望の皮下放射照度を得るために使用する、出射面から出射される光ビームの適切な放射照度の選択は、好ましくは介在する組織による散乱を考慮することを含む。組織による光の散乱に関するさらなる情報は、本明細書にその全体を引用により援用する米国特許第7,303,578号、およびその全体を本明細書に引用により援用するV.トゥーチン(V. Tuchin)、「組織光学:医療診断のための光散乱方法および機器(Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis)」、SPIE Press(2000)、ワシントン州ベーリンガム(Bellingham)、3−11頁において、提供される。 In one embodiment, the irradiance of the light beam is selected to provide a predetermined irradiance in the subcutaneous target tissue (eg, approximately 2 centimeters deep from the dura mater). Selection of the appropriate irradiance of the light beam emitted from the exit surface used to obtain the desired subcutaneous irradiance preferably includes consideration of scattering by intervening tissue. Additional information regarding the scattering of light by tissue can be found in US Pat. No. 7,303,578, which is hereby incorporated by reference in its entirety, and V. V. Tuchin, “Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis”, SPIE Press (2000), Bellingham, Washington, 3 On page -11.
神経学的疾患(たとえば虚血性脳卒中、アルツハイマー病、パーキンソン病、鬱病またはTBI)の治療のための光線療法は、組織に与えられる放射照度または電力密度(すなわち単位面積当たりのパワーまたは単位時間当たりの単位面積当たりの光子の数)およびエネルギ密度(すなわち単位面積当たりのエネルギまたは単位面積当たりの光子の数)が、低レベル光線療法の相対的な有効性を判断する上で重要な要素であると思われるという発見に、一部基づいている。この発見は特に、治療および救済生存に関して適用可能であるが、一次的損傷の周りの危険ゾーンのニューロンを危険にさらす。本明細書に記載のいくつかの実施例は、光エネルギの選択された波長があるとすると、光線療法の相対的な有効性を判断する上で重要な要素であると思われるものは、(組織に送達される総パワーまたは総エネルギとは対照的に)組織に送達される光の放射照度および/またはエネルギ密度であるという所見に、少なくとも一部基づいている。 Phototherapy for the treatment of neurological disorders (eg ischemic stroke, Alzheimer's disease, Parkinson's disease, depression or TBI) is the irradiance or power density (ie power per unit area or per unit time) given to the tissue. The number of photons per unit area) and energy density (ie energy per unit area or number of photons per unit area) are important factors in determining the relative effectiveness of low-level phototherapy. Based in part on the discovery that it seems. This finding is particularly applicable with respect to treatment and rescue survival, but it compromises the risk zone neurons around the primary injury. Some examples described herein are considered to be important factors in determining the relative effectiveness of phototherapy, given a selected wavelength of light energy: Based at least in part on the finding that it is the irradiance and / or energy density of the light delivered to the tissue (as opposed to the total power or energy delivered to the tissue).
理論または特定のメカニズムによる制約を受けなければ、ある範囲内の放射照度およびエネルギ密度の光エネルギの送達は、細胞内環境に対して所望の生体刺激効果を与え、危険に晒されたニューロンにおいて以前機能していなかったまたは機能不良であったミトコンドリアに適切な機能が戻されると考えられる。生体刺激効果は、目的組織内の発色団との相互作用を含み得るものであり、これによって、ATPの生成が容易になりおよび/または(たとえば脳卒中またはTBIが原因で)血流が減少した損傷を受けた細胞のアポトーシスを制御、抑制、防止、最小化、または低減する。脳卒中およびTBIは脳の部分の血流の妨害に相当するため、光線療法によって血流を増すという効果は、脳卒中またはTBIの患者に対する光線療法の有効性についてはさほど重要でないと考えられる。放射照度および露出時間の役割に関するさらなる情報は、本明細書にその全体を引用により援用する、ハンスH.F.Iファンブリューゲル(Hans H.F.I. van Breugel)およびP.R.ドップバール(P.R. Dop Bar)、「インビトロにおけるヒトの線維芽細胞の光生体調整においてHe−Neレーザ照射の電力密度および露出時間は総エネルギ量よりも重要である(Power Density and Exposure Time of He-Ne Laser Irradiation Are More Important Than Total Energy Dose in Photo-Biomodulation of Human Fibroblasts In Vitro)」、Lasers in Surgery and Medicine、第12巻第528〜537頁(1992)に記載されている。加えて、脳組織の光線療法において使用される装置および方法に関する光線療法で使用される放射照度の重要性については、各々本明細書にその全体を引用により援用する、米国特許第7,303,578号、米国特許出願公開第2005/0107851号A1、2007/0179570号A1、および2007/0179571号A1において、より詳細に記載されている。こうした以前の放射照度に関する議論は、主として脳卒中の光線療法と関連していたが、TBIの光線療法にも適用される。たとえば、ある実施例では、TBIを治療するために脳の所望の平均電力密度を得るために、頭皮または頭蓋骨におけるより大きな総パワーを、頭皮または頭蓋骨におけるより大きなスポットサイズと関連付けて用いることができる。このように、頭皮または頭蓋骨でのスポットサイズを大きくすることによって、脳において所望の平均電力密度を得ることができ、頭皮または頭蓋骨での電力密度はより低いため、頭皮、頭蓋骨または脳が過熱される可能性を低減する。 Without being bound by theory or specific mechanisms, the delivery of light energy of a certain range of irradiance and energy density has the desired biostimulatory effect on the intracellular environment and has previously been found in endangered neurons. It is thought that proper function is returned to mitochondria that were not functioning or malfunctioning. Biostimulatory effects can include interaction with chromophores in the target tissue, thereby facilitating the generation of ATP and / or damage with reduced blood flow (eg, due to stroke or TBI) Control, suppress, prevent, minimize or reduce apoptosis of the affected cells. Because stroke and TBI correspond to blockage of blood flow in parts of the brain, the effect of increasing blood flow with phototherapy may not be so important for the effectiveness of phototherapy for stroke or TBI patients. Additional information regarding the role of irradiance and exposure time can be found in Hans H. H. et al., Incorporated herein by reference in its entirety. F. Hans H.F.I.van Breugel and P.I. R. PR Dop Bar, “Power Density and Exposure Time of He-Ne, the power density and exposure time of He-Ne laser irradiation are more important than total energy in photobioregulation of human fibroblasts in vitro. Laser Irradiation Are More Important Than Total Energy Dose in Photo-Biomodulation of Human Fibroblasts In Vitro), Lasers in Surgery and Medicine, Vol. 12, pp. 528-537 (1992). In addition, the importance of irradiance used in phototherapy with respect to devices and methods used in brain tissue phototherapy is discussed in US Pat. No. 7,303, each of which is hereby incorporated by reference in its entirety. 578, US Patent Application Publication Nos. 2005/0170851 A1, 2007/0179570 A1, and 2007/0179571 A1. These previous discussions on irradiance were primarily related to stroke phototherapy, but also apply to TBI phototherapy. For example, in one embodiment, a greater total power in the scalp or skull can be used in conjunction with a larger spot size in the scalp or skull to obtain the desired average power density of the brain to treat TBI. . Thus, by increasing the spot size on the scalp or skull, the desired average power density in the brain can be obtained, and because the power density on the scalp or skull is lower, the scalp, skull or brain is overheated. Reduce the possibility of
ある実施例では、神経保護作用量の光を送達することは、脳の目標領域での予め定められた放射照度に対応する、頭皮または頭蓋骨での光エネルギの表面放射照度を選択することを含む。上記のように、組織を通して伝搬する光は、組織によって散乱し吸収される。脳の選択された目標領域に予め定められた放射照度を送達するために頭皮または頭蓋骨に与えられる放射照度の計算は、好ましくは、皮膚および骨や脳組織といった他の組織を通して光が伝播する際の光エネルギの減衰を考慮する。頭皮または頭蓋骨から脳に伝搬する光の減衰に影響するとわかっている要素は、皮膚色素沈着、治療される領域における毛髪の存在、種類および色、脂肪組織の量、障害組織の存在、頭蓋骨の厚み、患者の年齢および性別、ならびに脳の目標領域の場所、特に頭皮または頭蓋骨の表面に関する領域の深さを含むが、これらに限定されない。(身体内のメラニンによる光の吸収に関する一般的な議論については、例として、「メラニンの光吸収スペクトル−理論的結果および実験結果の比較(Optical Absorption Spectra of Melanins-a Comparison of Theoretical and Experimental Results)」、accelrys.com/references/case- studies/melanins_partll.pdf.参照。)皮膚色素沈着レベルが高いほど、より高い放射照度が頭皮に与えられ光エネルギの予め定められた放射照度が脳の皮下部位に伝達される。患者の脳の目標領域は、標準的な医療画像形成技術を用いるなどして予め識別することができる。 In some embodiments, delivering a neuroprotective amount of light includes selecting a surface irradiance of light energy at the scalp or skull that corresponds to a predetermined irradiance at a target region of the brain. . As described above, light propagating through the tissue is scattered and absorbed by the tissue. The calculation of the irradiance applied to the scalp or skull to deliver a predetermined irradiance to a selected target area of the brain is preferably as the light propagates through the skin and other tissues such as bone and brain tissue Consider the attenuation of light energy. Factors known to affect the attenuation of light propagating from the scalp or skull to the brain are skin pigmentation, the presence of hair in the area to be treated, type and color, the amount of fatty tissue, the presence of damaged tissue, the thickness of the skull Including, but not limited to, the patient's age and sex, and the location of the target area of the brain, particularly the depth of the area with respect to the surface of the scalp or skull. (For a general discussion of light absorption by melanin in the body, for example, “Optical Absorption Spectra of Melanins-a Comparison of Theoretical and Experimental Results” "See accelrys.com/references/case- studies / melanins_partll.pdf.) The higher the skin pigmentation level, the higher the irradiance is given to the scalp and the predetermined irradiance of light energy is the subcutaneous part of the brain Is transmitted to. The target area of the patient's brain can be identified in advance, such as by using standard medical imaging techniques.
患者の脳の目標領域に与えられるように選択される放射照度は、数多くの要素に依存し、この要素は、照射される光の波長、CVAの種類(虚血性または出血性)、および影響を受けた脳領域の範囲を含む患者の臨床状態を含むが、これらに限定されない。患者の脳の目標領域に送達される光エネルギの放射照度または電力密度も、他の1つまたは複数の治療薬、特に神経保護薬と組合わされるように調整して、所望の生物学的効果を得てもよい。このような実施例では、選択された放射照度は、追加される選択された1つまたは複数の治療薬にも依存し得る。 The irradiance chosen to be delivered to the target area of the patient's brain depends on a number of factors, including the wavelength of light radiated, the type of CVA (ischemic or hemorrhagic), and the effects. Includes, but is not limited to, the clinical status of the patient, including the extent of the brain area received. The irradiance or power density of the light energy delivered to the target area of the patient's brain is also adjusted to be combined with one or more other therapeutic agents, particularly neuroprotective agents, to achieve the desired biological effect. You may get In such examples, the selected irradiance may also depend on the selected therapeutic agent or agents that are added.
一時パルス幅、一時パルス形状、デューティサイクル、繰返し率および1パルス当たり放射照度
図21Aは、本明細書に記載のある実施例に従うパルス光ビームの一般化された一時プロファイルを概略的に示す。この一時プロファイルは、複数のパルス(P1、P2、…、Pi)を含み、各パルスは一時パルス幅を有し、このパルス幅の間、パルスの瞬間的な強度または放射照度I(t)は実質的に非ゼロである。たとえば、図21Aのパルス光ビームについて、パルスP1は、時間t=0から時間t=T1までの一時パルス幅を有し、パルスP2は、時間t=T2から時間t=T3までの一時パルス幅を有し、パルスPiは、時間t=Tiから時間t=Ti+1までの一時パルス幅を有する。一時パルス幅は、「パルスオン時間」と言うこともできる。パルスの間には時間的にある期間の間隔があり、その期間の間、ビームの強度または放射照度は実質的にゼロである。たとえば、パルスP1は時間的にパルスP2からt=T2−T1分だけ離れている。パルス間の時間を「パルスオフ時間」と言うこともできる。ある実施例では、パルスのパルスオン時間は実質的に等しく、他のある実施例では、パルスオン時間は互いに異なる。ある実施例では、パルス間のパルスオフ時間は実質的に等しく、他のある実施例では、パルス間のパルスオフ時間は互いに異なる。本明細書で使用される「デューティサイクル」という用語は、最も広い妥当な解釈がなされ、パルスオン時間をパルスオン時間とパルスオフ時間との和によって除算したものを含むがこれに限定されない。あるパルス光ビームについて、デューティサイクルは1未満である。デューティサイクルおよび一時的パルス幅の値は、パルス光ビームの繰返し率を十分に規定する。
Temporal Pulse Width, Temporary Pulse Shape, Duty Cycle, Repeat Rate and Irradiance Per Pulse FIG. 21A schematically illustrates a generalized temporal profile of a pulsed light beam according to certain embodiments described herein. This temporary profile includes a plurality of pulses (P 1 , P 2 ,..., P i ), each pulse having a temporary pulse width during which the instantaneous intensity or irradiance I ( t) is substantially non-zero. For example, for the pulsed light beam of FIG. 21A, pulse P 1 has a temporary pulse width from time t = 0 to time t = T 1 , and pulse P 2 has time t = T 2 to time t = T 3. a temporary pulse width to the pulse P i has a temporary pulse width from the time t = T i to time t = T i + 1. The temporary pulse width can also be referred to as “pulse on time”. There is a period of time between pulses, during which the beam intensity or irradiance is substantially zero. For example, the pulse P 1 is temporally separated from the pulse P 2 by t = T 2 −T 1 . The time between pulses can also be called “pulse off time”. In some embodiments, the pulse-on times of the pulses are substantially equal, and in some other embodiments, the pulse-on times are different from each other. In some embodiments, the pulse-off times between pulses are substantially equal, and in some other embodiments, the pulse-off times between pulses are different from each other. As used herein, the term “duty cycle” has the broadest reasonable interpretation and includes, but is not limited to, pulse on time divided by the sum of pulse on time and pulse off time. For some pulsed light beams, the duty cycle is less than one. The duty cycle and temporal pulse width values sufficiently define the repetition rate of the pulsed light beam.
パルスは各々、パルスの瞬間的な強度または放射照度I(t)を時間の関数として説明する一時パルス形状を有することができる。たとえば、図21Aに示されるように、パルス光ビームの一時パルス形状は不規則であり、さまざまなパルスの間で同一ではない。ある実施例では、パルス光ビームの一時パルス形状は、さまざまなパルスの間で実質的に同一である。たとえば、図21Bにおいて概略的に示されるように、パルスは正方形の一時パルス形状を有することができ、各パルスはパルスオン時間にわたって実質的に一定の瞬間放射照度を有する。ある実施例では、パルスのピーク放射照度は互いに異なり(たとえば図21Aおよび図21B参照)、他のある実施例では、パルスのピーク放射照度は実質的に互いに等しい(たとえば図21Cおよび図21D参照)。その他のさまざまな一時パルス形状(たとえば三角形、台形)も本明細書に記載のある実施例に対応する。図21Cは、複数の台形パルスを概略的に示し、各パルスは、立上がり時間(たとえばゼロの瞬間放射照度とパルスのピーク放射照度との間の時間に相当する)および立下がり時間(たとえばパルスのピーク放射照度とゼロの瞬間放射照度との間の時間に相当する)を有する。ある実施例では、立上がり時間および立下がり時間を、パルスのピーク放射照度の特定の割合を基準として表わすことができる(たとえばパルスのピーク放射照度の50%まで立上がる/立下がる時間)。 Each pulse may have a transient pulse shape that describes the instantaneous intensity or irradiance I (t) of the pulse as a function of time. For example, as shown in FIG. 21A, the temporal pulse shape of the pulsed light beam is irregular and not the same between the various pulses. In certain embodiments, the temporal pulse shape of the pulsed light beam is substantially the same between the various pulses. For example, as schematically shown in FIG. 21B, the pulses can have a square temporary pulse shape, with each pulse having a substantially constant instantaneous irradiance over the pulse on time. In some embodiments, the peak irradiance of the pulses are different from each other (see, eg, FIGS. 21A and 21B), and in some other embodiments, the peak irradiances of the pulses are substantially equal to each other (see, eg, FIGS. 21C and 21D). . Various other temporal pulse shapes (eg, triangles, trapezoids) also correspond to certain embodiments described herein. FIG. 21C schematically shows a plurality of trapezoidal pulses, each pulse having a rise time (eg, corresponding to the time between zero instantaneous irradiance and the peak irradiance of the pulse) and a fall time (eg, of the pulse). Corresponding to the time between the peak irradiance and zero instantaneous irradiance). In some embodiments, rise and fall times can be expressed relative to a certain percentage of the peak irradiance of the pulse (eg, rise / fall time to 50% of the peak irradiance of the pulse).
本明細書で使用されるパルスPiの「ピーク放射照度」という用語は、妥当な最も広い解釈がなされ、パルスの一時パルス幅の間の瞬間的な放射照度I(t)の最大値を含むがこれに限定されない。ある実施例では、瞬間放射照度は、パルスの一時パルス幅の間に変化し(図21Aおよび図21C参照)、他のある実施例では、瞬間放射照度は、パルスの一時パルス幅の間実質的に一定である(図21Bおよび図21D参照)。 As used herein, the term “peak irradiance” of pulse P i is the broadest reasonable interpretation and includes the maximum value of instantaneous irradiance I (t) during the temporary pulse width of the pulse. However, it is not limited to this. In some embodiments, the instantaneous irradiance varies during the temporal pulse width of the pulse (see FIGS. 21A and 21C), and in certain other embodiments, the instantaneous irradiance is substantially equal during the temporal pulse width of the pulse. (See FIGS. 21B and 21D).
本明細書で使用されるパルスPiの「パルス放射照度」IPiという用語は、妥当な最も広い解釈がなされ、以下の式で示されるパルスの一時パルス幅におけるパルスPiの瞬間放射照度I(t)の積分を含むがこれに限定されない。 As used herein, the term “pulse irradiance” I Pi of the pulse P i is interpreted in the widest reasonable sense, and the instantaneous irradiance I of the pulse P i at the temporal pulse width of the pulse shown by the following equation: Including, but not limited to, the integration of (t).
本明細書で使用される「総放射照度」ITOTALは、妥当な最も広い解釈がなされ、以下の式で示されるパルスのパルス放射照度の総和を含むがこれに限定されない。 As used herein, “total irradiance” I TOTAL has the broadest reasonable interpretation and includes, but is not limited to, the sum of the pulse irradiances of the pulses shown in the following equation.
本明細書で使用される「時間平均放射照度」IAVEという用語は、妥当な最も広い解釈がなされ、以下の式で示される、パルスの一時パルス幅と比較される期間Tにおける瞬間放射照度I(t)の積分を含むがこれに限定されない。 As used herein, the term “time average irradiance” I AVE is interpreted in the widest reasonable sense and is the instantaneous irradiance I in the period T compared to the temporal pulse width of the pulse, as shown in the following equation: Including, but not limited to, the integration of (t).
たとえば、異なるパルス放射照度IPiおよび異なる一時パルス幅ΔTiを有する複数の矩形パルスについて、期間Tにおける時間平均放射照度は、以下の式で示されるものに等しい。 For example, for a plurality of rectangular pulses with different pulse irradiance I Pi and different temporary pulse widths ΔT i , the time average irradiance in period T is equal to that shown in the following equation:
別の例として、等しいパルス放射照度Ip、等しい一時パルス幅、および等しいパルスオフ時間(デューティサイクルがD)を有する複数の矩形パルスの場合、時間平均放射照度は、IAVE=IP・Dに等しい。たとえば、図21Dに示されるように、時間平均放射照度(点線で示される)は、パルスのパルス放射照度未満である。 As another example, for multiple rectangular pulses with equal pulse irradiance I p , equal transient pulse width, and equal pulse off time (duty cycle is D), the time average irradiance is I AVE = I P · D equal. For example, as shown in FIG. 21D, the time average irradiance (indicated by the dotted line) is less than the pulse irradiance of the pulse.
パルス放射照度およびデューティサイクルを選択して予め定められた時間平均放射照度を与えることができる。時間平均放射照度が連続波(CW)光ビームの放射照度に等しいある実施例では、パルス光ビームおよびCW光ビームは、互いに同一の光子数または光束を有する。たとえば、パルス放射照度が5mW/cm2であり、デューティサイクルが20%であるパルス光ビームは、放射照度が1mW/cm2のCW光ビームと同一数の光子を与える。しかしながら、CW光ビームと異なり、パルス光ビームのパラメータを選択して、CW光ビームを用いた場合は得ることができない結果を得るようなやり方で光子を送達することができる。 The pulse irradiance and duty cycle can be selected to provide a predetermined time average irradiance. In one embodiment, the time average irradiance is equal to the irradiance of a continuous wave (CW) light beam, the pulsed light beam and the CW light beam have the same number of photons or luminous flux. For example, a pulsed light beam with a pulse irradiance of 5 mW / cm 2 and a duty cycle of 20% gives the same number of photons as a CW light beam with an irradiance of 1 mW / cm 2 . However, unlike CW light beams, pulsed light beam parameters can be selected to deliver photons in such a way as to obtain results that are not obtainable with CW light beams.
たとえば、除毛、刺青除去または皺伸しのために、以前はパルス光ビームを用いて選択的光熱分解を行なっており、この場合、皮膚の選択された部分を十分に高い温度に晒すことによって、それぞれ、毛包に損傷を与え(たとえば摂氏60度より高い温度)、刺青のインクを除去し(摂氏60度よりもはるかに高い温度)、またはコラーゲン分子を収縮させ(たとえば摂氏60度から70度の間の温度)、その一方で、皮膚の他の部分は十分に低い温度に保つことによって望ましくない損傷または不快感を回避する。これらのパルス光ビームのパラメータを選択して、選択された発色団による光の吸収によって皮膚の選択された部分を所望の高温にする一方で、パルスオフ時間の間は熱を放散させて(熱緩和時間として特徴付けられる)皮膚の他の領域をより低い温度に保つ。J.レプセルター(J. Lepselter)他、「レーザ除毛における生物学的および臨床的側面(Biological and clinical aspects in laser hair removal)」、J. Dermatological Treatment、第15巻第72〜83頁(2004)に記載されているように、除毛のためのパルスオン時間は、表皮のための熱緩和時間(約3−10ミリ秒)と毛包のための熱緩和時間(約40−100ミリ秒)との間となるように選択される。このようにして、毛包を十分に高い温度まで加熱して、周囲の皮膚に過剰な損傷を与えることなく、毛包に損傷を与えることができる。 For example, selective photothermal decomposition has previously been performed using a pulsed light beam for hair removal, tattoo removal or kinking, in which case by exposing selected portions of the skin to a sufficiently high temperature. Respectively, damage the hair follicles (eg, temperatures higher than 60 degrees Celsius), remove tattoo ink (temperatures much higher than 60 degrees Celsius), or cause collagen molecules to contract (eg, 60 degrees Celsius to 70 degrees Celsius). While avoiding unwanted damage or discomfort by keeping the rest of the skin at a sufficiently low temperature. The parameters of these pulsed light beams are selected to bring the selected part of the skin to the desired high temperature by absorption of light by the selected chromophore while dissipating heat during the pulse-off time (thermal relaxation) Keep other areas of the skin (characterized as time) at a lower temperature. J. et al. J. Lepselter et al., “Biological and clinical aspects in laser hair removal”, J. Dermatological Treatment, Vol. 15, pp. 72-83 (2004). As noted, the pulse-on time for hair removal is between the thermal relaxation time for the epidermis (about 3-10 milliseconds) and the thermal relaxation time for the hair follicle (about 40-100 milliseconds). Is selected. In this way, the hair follicle can be heated to a sufficiently high temperature to damage the hair follicle without undue damage to the surrounding skin.
皮膚の少なくとも一部に熱的な損傷を与えることに基づくこうした治療とは異なり、本明細書に記載のある実施例は、皮膚の少なくとも一部に熱的な損傷を生じさせないパルスパラメータを利用する。ある実施例では、パルス光ビームの、一時パルス幅、一時パルス形状、デューティサイクル、繰返し率、およびパルス放射照度のうちの1つ以上を選択し、皮膚のどの部分も、摂氏60度を超える温度、摂氏55度を超える温度、摂氏50度を超える温度、または摂氏45度を超える温度まで加熱されないようにする。ある実施例では、パルス光ビームの、一時パルス幅、一時パルス形状、デューティサイクル、繰返し率、およびパルス放射照度のうちの1つ以上を選択して、皮膚のどの部分も、ベースライン温度上摂氏30度を超える温度、ベースライン上摂氏20度を超える温度、またはベースライン温度上摂氏10度を超える温度まで加熱されないようにする。ある実施例では、パルス光ビームの、一時パルス幅、一時パルス形状、デューティサイクル、繰返し率、およびパルス放射照度のうちの1つ以上を選択して、脳のどの部分も、ベースライン温度上摂氏5度を超える温度、ベースライン温度上摂氏3度を超える温度、またはベースライン温度上摂氏1度を超える温度まで加熱されないようにする。本明細書で使用される「ベースライン温度」という用語は、妥当な最も広い解釈がなされ、組織が光で照射されなかった場合にその組織が有するであろう温度を含むがこれに限定されない。先の低光レベル療法と異なり、パルス光ビームは、平均放射電力が、約1ワットから約6ワットの範囲または約4ワットから約6ワットの範囲にある。 Unlike such treatments based on thermal damage to at least a portion of the skin, certain embodiments described herein utilize pulse parameters that do not cause thermal damage to at least a portion of the skin. . In one embodiment, one or more of the pulsed light beam's temporal pulse width, temporal pulse shape, duty cycle, repetition rate, and pulse irradiance is selected, and any part of the skin has a temperature above 60 degrees Celsius. Do not heat to temperatures above 55 degrees Celsius, temperatures above 50 degrees Celsius, or temperatures above 45 degrees Celsius. In one embodiment, any portion of the skin can be selected in degrees Celsius above the baseline temperature by selecting one or more of the temporal pulse width, temporal pulse shape, duty cycle, repetition rate, and pulse irradiance of the pulsed light beam. Avoid heating to temperatures above 30 degrees, temperatures above 20 degrees Celsius above baseline, or temperatures above baseline 10 degrees Celsius. In one embodiment, any part of the brain can be selected in degrees Celsius above the baseline temperature by selecting one or more of the temporal pulse width, temporal pulse shape, duty cycle, repetition rate, and pulse irradiance of the pulsed light beam. Avoid heating to temperatures above 5 degrees, temperatures above 3 degrees Celsius above baseline temperature, or temperatures above 1 degree Celsius above baseline temperature. As used herein, the term “baseline temperature” is interpreted in the broadest reasonable sense, including but not limited to the temperature that a tissue would have if the tissue was not irradiated with light. Unlike previous low light level therapies, the pulsed light beam has an average radiated power in the range of about 1 watt to about 6 watts or in the range of about 4 watts to about 6 watts.
ある実施例では、パルスパラメータを選択して、CW光ビームを用いた場合に得ることができる効果を超える他の効果を得る。たとえば、インビボの脳細胞のCW照射は有効な脳卒中治療をもたらすが、TBIの治療にCW照射を用いるのはより困難であり、その理由の一部として、照射される頭皮、頭蓋骨、または頭蓋の領域内に過剰な血液があることが挙げられる(たとえば頭蓋内出血)。この過剰な血液は、光源と照射する目標脳組織との間であるかもしれず、その結果、頭皮または頭蓋骨に照射された光が、目標組織まで伝播出来るよりも前に、多量に吸収される。この吸収によって、目標組織に到達する光の量が減少する可能性があり、かつ介在する組織を望ましくないレベルまで過度に加熱する可能性がある。 In some embodiments, the pulse parameters are selected to obtain other effects beyond those that can be obtained when using a CW light beam. For example, CW irradiation of brain cells in vivo results in effective stroke treatment, but it is more difficult to use CW irradiation for the treatment of TBI, and as part of that reason, the irradiated scalp, skull, or skull There may be excess blood in the area (eg, intracranial hemorrhage). This excess blood may be between the light source and the target brain tissue to be irradiated, so that the light applied to the scalp or skull is absorbed in large quantities before it can propagate to the target tissue. This absorption can reduce the amount of light reaching the target tissue and can overheat the intervening tissue to undesirable levels.
本明細書に記載のある実施例において、パルス照射はより有効な治療を提供し得る。パルス照射は、より短時間でより高いピーク放射照度を与えることができ、これによって、さらに多くのパワーを目標組織に伝搬させる一方で、パルスの間で、介在する組織および血液を熱的に緩和することによって介在する組織の過度の加熱を回避する。この熱緩和の時間スケールは典型的には数ミリ秒の範囲にある。たとえば、人間の皮膚の熱緩和時定数(たとえば組織が上昇させた温度からその温度の2分の1まで冷却されるのに要する時間)は、約3−10ミリ秒であり、人間の毛包の熱緩和時定数は、約40−100ミリ秒である。このように、以前の、除毛のための身体へのパルス光の照射は、40ミリ秒より大きい最適化された一時パルス幅を有し、この場合のパルスとパルスの間の時間は数百ミリ秒である。 In certain embodiments described herein, pulsed irradiation may provide a more effective treatment. Pulsed irradiation can give higher peak irradiance in a shorter time, thereby allowing more power to propagate to the target tissue while thermally relaxing intervening tissue and blood between pulses Thereby avoiding excessive heating of the intervening tissue. This thermal relaxation time scale is typically in the range of a few milliseconds. For example, the thermal relaxation time constant of human skin (eg, the time it takes for tissue to cool from an elevated temperature to one-half of that temperature) is about 3-10 milliseconds, and human hair follicles The thermal relaxation time constant of is about 40-100 milliseconds. Thus, the previous irradiation of the pulsed light on the body for hair removal has an optimized temporary pulse width greater than 40 milliseconds, where the time between pulses is several hundreds Milliseconds.
しかしながら、この時間スケールのパルス光は、好都合に介在する組織および血液の加熱を減じるが、他の時間スケールと比較すると最適量の有効性は提供しない。本明細書に記載のある実施例において、熱的効果を減じるように最適化されておらず、その代わりに、脳細胞の能力または生存能力の存続、再生または回復に関わる1つ以上の細胞間または細胞内生物学的プロセスを刺激、励起、誘起、または支援するように最適化されたパラメータを有するパルス光で、患者の頭皮または頭蓋骨を照射する。このように、こうしたある実施例では、選択された一時プロファイルは、結果として、他の一時プロファイルの結果得られる温度よりも高い、照射組織の温度をもたらす可能性があるが、これは、この他の一時プロファイルよりも有効である。ある実施例では、パルスパラメータを選択して、組織の熱的緩和を最適化するのではなく生物学的プロセスの動力学を利用する。ある実施例では、外傷的脳損傷の後に照射された脳細胞の細胞生存、細胞機能または双方の向上、回復または促進のために膜電位を調整するように選択された、一時プロファイル(たとえば1パルス当たりのピーク放射照度、一時パルス幅、およびパルスデューティサイクル)を有する。たとえば、ある実施例では、パルス光は、脳細胞の生存または再生に関わる細胞間または細胞内生物学的プロセスのうち1つ以上を支援する一時プロファイルを有するが、これは照射される組織の熱的緩和を最適化しない。ある実施例では、脳細胞は、照射を行なわなかった場合の脳細胞の生存と比較して、照射後より長く生存する。たとえば、ある実施例の光は、脳細胞に対する保護効果がある、または、脳細胞内の再生プロセスを引起すことができる。 However, this time-scale pulsed light advantageously reduces intervening tissue and blood heating, but does not provide an optimal amount of effectiveness compared to other time scales. In certain embodiments described herein, not optimized to reduce thermal effects, but instead between one or more cells involved in the survival, regeneration or recovery of brain cell capacity or viability Alternatively, the patient's scalp or skull is irradiated with pulsed light having parameters optimized to stimulate, excite, induce or support intracellular biological processes. Thus, in some of these embodiments, the selected temporary profile may result in a temperature of the irradiated tissue that is higher than the temperature obtained as a result of the other temporary profile. It is more effective than the temporary profile. In one embodiment, pulse parameters are selected to take advantage of biological process dynamics rather than optimizing tissue thermal relaxation. In one embodiment, a transient profile (eg, one pulse) selected to adjust membrane potential to improve, restore or promote cell survival, cell function or both of irradiated brain cells following traumatic brain injury. Per peak irradiance, temporal pulse width, and pulse duty cycle). For example, in one embodiment, the pulsed light has a temporary profile that assists in one or more of the intercellular or intracellular biological processes involved in the survival or regeneration of brain cells, which is the heat of the irradiated tissue. Do not optimize static relaxation. In some embodiments, the brain cells survive longer after irradiation compared to the survival of brain cells without irradiation. For example, light in certain embodiments may have a protective effect on brain cells or cause a regeneration process within the brain cells.
ある実施例では、一時プロファイル(たとえばピーク放射照度、一時パルス幅およびデューティサイクル)を選択して、生物学的プロセスの動力学を利用する一方で、頭皮または頭蓋骨の照射部分を予め定められた温度以下に保つ。この予め定められた温度は、照射による周囲組織の温度上昇を最小にするよう最適化された他の一時プロファイル(たとえばピーク放射照度、一時パルス幅およびデューティサイクルの他の値)について達成可能な最適化温度よりも高い。たとえば、ピーク放射照度が10W/cm2でありデューティサイクルが20%である一時プロファイルは、時間平均放射照度が2W/cm2である。このようなパルス光ビームは、放射照度が2W/cm2である連続波(CW)光ビームと同一数の光子を照射面に与える。しかしながら、パルス間の「暗時間(dark time)」のため、パルス光ビームは結果として、CW光ビームと比較してより小さい温度上昇にすることができる。頭皮または頭蓋骨の照射部分の温度上昇を最小にするために、一時パルス幅およびデューティサイクルを選択して、1パルス当たり発生する熱の大部分を、次のパルスが照射部分に到達する前に、放散することができる。本明細書に記載のある実施例では、ビームの一時パラメータを最適化して温度上昇を最小にするのではなく、一時パラメータを選択して、効果的に、光子の吸収に関わる生体分子プロセスのタイミングに対応するまたは十分に近いものにすることによって、有効性を高める。一時パルス幅をおよそ数百マイクロ秒にするのではなく、本明細書に記載のある実施例は、照射される組織の熱緩和を最適化しない一時パルス幅を利用する(たとえばミリ秒、数十ミリ秒、数百ミリ秒)。これらのパルス幅は熱緩和時間スケールよりもはるかに長いため、結果としての温度上昇は、パルス幅がより小さいものよりも大きいが、それでもパルス間の時間の熱放散のためCW光ビームの場合よりも小さい。 In one embodiment, a temporal profile (eg, peak irradiance, temporal pulse width, and duty cycle) is selected to take advantage of biological process dynamics while pre-determining the irradiated portion of the scalp or skull at a predetermined temperature. Keep below. This pre-determined temperature is an optimum that can be achieved for other temporal profiles (eg peak irradiance, temporal pulse width and other values of duty cycle) optimized to minimize the temperature rise of surrounding tissue due to irradiation. Higher than the conversion temperature. For example, a temporary profile with a peak irradiance of 10 W / cm 2 and a duty cycle of 20% has a time average irradiance of 2 W / cm 2 . Such a pulsed light beam gives the irradiated surface the same number of photons as a continuous wave (CW) light beam with an irradiance of 2 W / cm 2 . However, because of the “dark time” between pulses, the pulsed light beam can result in a smaller temperature rise compared to the CW light beam. In order to minimize the temperature rise of the irradiated part of the scalp or skull, the temporary pulse width and duty cycle are selected so that most of the heat generated per pulse is transferred before the next pulse reaches the irradiated part. Can be dissipated. In some embodiments described herein, rather than optimizing the temporal parameters of the beam to minimize temperature rise, the temporal parameters are selected to effectively timing the biomolecular processes involved in photon absorption. Increase effectiveness by being close to or close enough. Rather than having a temporary pulse width on the order of hundreds of microseconds, certain embodiments described herein utilize a temporary pulse width that does not optimize thermal relaxation of the irradiated tissue (eg, milliseconds, tens of microseconds). Milliseconds, hundreds of milliseconds). Since these pulse widths are much longer than the thermal relaxation time scale, the resulting temperature rise is greater than that of the smaller pulse widths, but is still greater than for CW light beams due to the heat dissipation of the time between pulses. Is also small.
数多くの研究が、細胞のさまざまな側面に対する、パルス光を用いた細胞のインビトロ照射の効果について調べてきた。インビトロ細胞接着に対する、波長820ナノメートルのインコヒーレントなパルス放射(パルス繰返し周波数10Hz、ハルス幅20ミリ秒、パルス間の暗期間80ミリ秒、およびデューティファクタ(パルス期間に対するパルス持続時間の割合)20%)の作用メカニズムの研究は、820ナノメートルのパルス赤外線は、細胞と基質の接着を増すことを見出した。(本明細書にその全体を引用により援用する、T.I.カル(T.I. Karu)他、「細胞外基質への細胞接着は、820nmのパルス放射および細胞膜における酵素の活性を修正する化学物質によって調整される(Cell Attachment to Extracellular Matrices is Modulated by Pulsed Radiation at 820 nm and Chemicals that Modify the Activity of Enzymes in the Plasma Membrane)、Lasers in Surgery and Medicine、第29巻第274−281頁(2001)。)この研究は、アラキドン酸の放出ではなく細胞膜における一価イオン束の調整が、820ナノメートルの照射によって活性化される細胞シグナリング経路に関与すると仮定している。腹側光受容体細胞の膜コンダクタンスの光誘起変化の研究は、パルスパラメータに依存し、2つの光誘起プロセスを示す、挙動を発見した。(本明細書にその全体を引用により援用する、J.E.リスマン(J.E. Lisman)他、「カブトガニの腹側の目の光受容体細胞における2つの光誘起プロセス(Two Light-Induced Processes in the Photoreceptor Cells of Limulus Ventral Eye)」、J. Gen. Physiology、第58巻第544−561頁(1971)。)酸化されたシトクロムcオキシダーゼへのレーザ活性化電子注入の研究は、プロトンポンプメカニズムの反応シーケンスを確立する動力学を観察した。また、その熱力学的特性のうちいくつかは、およそ数ミリ秒の時定数を有する。(本明細書にいずれもその全体を引用により援用する、I.ベルビッチ(I. Belevich)他、「実時間でのシトクロムcオキシダーゼのプロトンポンプメカニズムの調査(Exploring the proton pump mechanism of cytochrome c oxidase in real time)」、Proc. Nat'l Acad. Sci.、第104巻第2685−2690頁(2007)およびI.ベルビッチ他、「プロトン結合電子移動がシトクロムcオキシダーゼのプロトンポンプを駆動する(Proton-coupled electron transfer drives the proton pump of cytochrome c oxidase)」、Nature、第440巻第829−832頁(2006)。)パルス赤外光に基づく神経活性化のインビボ研究は、活動電位の伝搬を生じさせる直接的または間接的な膜貫通イオンチャネルの活性化を引起す過渡的組織温度変化から光熱効果を提案した。(本明細書にその全体を引用により援用する、J.ウェルズ(J. Wells)他、「神経組織のパルス低レベルレーザ励起に関与する生物物理学的メカニズム(Biophysical mechanisms responsible for pulsed low-level laser excitation of neural tissue)」、Proc. SPIE、第6084巻第60840X頁(2006)。)
ある実施例では、パルス光ビームの一時プロファイルは、ピーク放射照度、一時パルス幅、一時パルス形状、デューティサイクル、およびパルス繰返し率または周波数を含む。少なくとも1つの身体的外傷を原因とする(たとえば頭蓋内出血を原因とする)過剰な量の出血を含む頭皮または頭蓋骨の領域をパルス光ビームが透過する実施例では、ピーク放射照度、一時パルス幅、一時パルス形状、デューティサイクル、およびパルス繰返し率または周波数のうち少なくとも1つを選択して、光ビームの断面における、約10mW/cm2から約10W/cm2の間、約100mW/cm2から約1000mW/cm2の間、約500mW/cm2から約1W/cm2の間、または約650mW/cm2から約750mW/cm2の間の、出力光学アセンブリ20の出射面22における、時間平均放射照度(複数のパルスを含む期間にわたって平均したもの)を提供する。このようなある実施例では、治療されている脳細胞における時間平均放射照度(たとえば硬膜下およそ2センチメートルの深さ)は、0.01mW/cm2より大きい。
Numerous studies have investigated the effects of in vitro irradiation of cells with pulsed light on various aspects of the cells. Incoherent pulse radiation at a wavelength of 820 nanometers for in vitro cell adhesion (pulse repetition frequency 10 Hz, Halus width 20 milliseconds, dark period between pulses 80 milliseconds, and duty factor (ratio of pulse duration to pulse period) 20 %) Mechanism of action found that 820 nanometer pulsed infrared increases cell-matrix adhesion. (TI Karu et al., Incorporated herein by reference in its entirety, "Cell adhesion to the extracellular matrix is due to 820 nm pulsed radiation and chemicals that modify the activity of the enzyme in the cell membrane." (Cell Attachment to Extracellular Matrices is Modulated by Pulsed Radiation at 820 nm and Chemicals that Modify the Activity of Enzymes in the Plasma Membrane), Lasers in Surgery and Medicine, Vol. 29, pages 274-281 (2001)). This study hypothesizes that modulation of monovalent ion flux in the cell membrane, rather than arachidonic acid release, is involved in the cell signaling pathway activated by irradiation at 820 nanometers.Membrane conductance of ventral photoreceptor cells The study of the light-induced changes in the light-absorbing phase has been found to be dependent on the pulse parameters and exhibit two light-induced processes (all of which are described herein). , JE Lisman et al., “Two Light-Induced Processes in the Photoreceptor Cells of Limulus Ventral Eye”. "J. Gen. Physiology, 58, 544-561 (1971).) The study of laser-activated electron injection into oxidized cytochrome c oxidase has shown the kinetics of establishing the reaction sequence of the proton pump mechanism. Observed. Also, some of its thermodynamic properties have a time constant of approximately a few milliseconds. (I. Belevich et al., “Exploring the proton pump mechanism of cytochrome c oxidase in real time,” incorporated herein by reference in its entirety. real time) ", Proc. Nat'l Acad. Sci., 104, 2685-2690 (2007) and I. Bervich et al.," Proton-coupled electron transfer drives the proton pump of cytochrome c oxidase (Proton- (Nature, 440, 829-832 (2006).) In vivo studies of nerve activation based on pulsed infrared light cause action potential propagation. A photothermal effect was proposed from the transient tissue temperature changes that caused the activation of direct or indirect transmembrane ion channels. (J. Wells et al., “Biophysical mechanisms responsible for pulsed low-level laser, incorporated herein by reference in its entirety,” excitation of neural tissue) ", Proc. SPIE, Vol. 6084, p. 60840X (2006).)
In some embodiments, the temporal profile of the pulsed light beam includes peak irradiance, temporal pulse width, temporal pulse shape, duty cycle, and pulse repetition rate or frequency. In embodiments where the pulsed light beam is transmitted through an area of the scalp or skull that contains excessive amounts of bleeding due to at least one physical trauma (eg, due to intracranial bleeding), peak irradiance, temporal pulse width, one o'clock pulse shape, and select at least one of duty cycle, and pulse repetition rate or frequency, in the light beam cross-section, between about 10 mW / cm 2 to about 10 W / cm 2, from about 100 mW / cm 2 to about during the 1000 mW / cm 2, between between about 500 mW / cm 2 to about 1W / cm 2, or about 650 mW / cm 2, of about 750 mW / cm 2, in the exit surface 22 of the output optical assembly 20, the time-averaged radiation Provides illuminance (averaged over a period that includes multiple pulses). In one such example, the time average irradiance (eg, about 2 centimeters deep below the dura mater) in the brain cells being treated is greater than 0.01 mW / cm 2 .
ある実施例では、出力光学アセンブリ20の出射面22における光ビームの断面の1パルス当たりのピーク放射照度は、約10mW/cm2から約10W/cm2の間、約100mW/cm2から約1000mW/cm2の間、約500mW/cm2から約1W/cm2の間、約650mW/cm2から約750mW/cm2の間、約20mW/cm2から約20W/cm2の間、約200mW/cm2から約2000mW/cm2の間、約1W/cm2から約2W/cm2の間、約1300mW/cm2から約1500mW/cm2の間、約1W/cm2から約1000W/cm2の間、約10W/cm2から約100W/cm2の間、約50W/cm2から約100W/cm2の間、または約65W/cm2から約75W/cm2の間の範囲にある。ある実施例では、一時パルス形状は全体的に矩形、全体的に三角形、または他の形状である。ある実施例では、パルスは、立上がり時間(たとえばピーク放射照度の10%からピーク放射照度の90%まで)がパルスオン時間の1%未満、または、立下がり時間(たとえばピーク放射照度の90%からピーク放射照度の10%まで)がパルスオン時間の1%未満である。 In one embodiment, the peak irradiance per pulse of the cross section of the light beam at the exit surface 22 of the output optical assembly 20 is between about 10 mW / cm 2 and about 10 W / cm 2 , between about 100 mW / cm 2 and about 1000 mW. between / cm 2, between about 500 mW / cm 2 to about 1W / cm 2, between about 650 mW / cm 2 to about 750 mW / cm 2, between about 20 mW / cm 2 to about 20W / cm 2, about 200mW / Cm 2 to about 2000 mW / cm 2 , about 1 W / cm 2 to about 2 W / cm 2 , about 1300 mW / cm 2 to about 1500 mW / cm 2 , about 1 W / cm 2 to about 1000 W / cm 2 there between 2, between about 10 W / cm 2 to about 100W / cm 2, the range between between about 50 W / cm 2 to about 100W / cm 2, or about 65W / cm 2, from about 75W / cm 2 . In some embodiments, the temporary pulse shape is generally rectangular, generally triangular, or other shapes. In some embodiments, the pulse has a rise time (eg, 10% of peak irradiance to 90% of peak irradiance) less than 1% of pulse on time, or a fall time (eg, peak from 90% of peak irradiance). (Up to 10% of irradiance) is less than 1% of the pulse-on time.
ある実施例では、パルスの一時パルス幅(たとえばパルスオン時間)は、約0.001ミリ秒と約150秒の間、約0.01ミリ秒と約10秒の間、約0.1ミリ秒と約1秒の間、約0.5ミリ秒と約100ミリ秒の間、約2ミリ秒と約20ミリ秒の間、または約1ミリ秒と約10ミリ秒の間の範囲にある。ある実施例では、パルス幅は、約0.5、1、2、4、6、8、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280または300ミリ秒である。ある実施例では、一時パルス幅は、約0.1ミリ秒と150秒の間の範囲にある。 In some embodiments, the temporal pulse width (eg, pulse on time) of the pulse is between about 0.001 milliseconds and about 150 seconds, between about 0.01 milliseconds and about 10 seconds, and about 0.1 milliseconds. For a range of about 1 second, between about 0.5 and about 100 milliseconds, between about 2 and about 20 milliseconds, or between about 1 and about 10 milliseconds. In one embodiment, the pulse width is about 0.5, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280 or 300 milliseconds. In one embodiment, the temporal pulse width is in the range between about 0.1 milliseconds and 150 seconds.
ある実施例では、パルスとパルスの間の時間(たとえばパルスオフ時間)は、約0.01ミリ秒と約150秒の間、約0.1ミリ秒と約100ミリ秒の間、約4ミリ秒と約1秒の間、約8ミリ秒と約500ミリ秒の間、約8ミリ秒と約80ミリ秒の間、または約10ミリ秒と約200ミリ秒の間の範囲にある。ある実施例では、パルスとパルスの間の時間は、約4、8、10、20、50、100、200、500、700、または1000ミリ秒である。 In certain embodiments, the time between pulses (eg, pulse off time) is between about 0.01 milliseconds and about 150 seconds, between about 0.1 milliseconds and about 100 milliseconds, and about 4 milliseconds. And about 1 second, between about 8 and about 500 milliseconds, between about 8 and about 80 milliseconds, or between about 10 and about 200 milliseconds. In some embodiments, the time between pulses is about 4, 8, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 700, or 1000 milliseconds.
ある実施例では、パルスデューティサイクルは、約1%と約80%の間の範囲または約10%と約30%の間の範囲にある。ある実施例では、パルスデューティサイクルは、約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%または90%である。 In some embodiments, the pulse duty cycle is in the range between about 1% and about 80% or in the range between about 10% and about 30%. In some embodiments, the pulse duty cycle is about 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% or 90%.
ビームサイズおよびビームプロファイル
ある実施例では、出力光学アセンブリ20から出射される光ビームの公称直径は、約10ミリメートルから約40ミリメートルの範囲にある、約20ミリメートルから約35ミリメートルの範囲にある、または約30ミリメートルに等しい。ある実施例では、断面領域は全体的に円形であり、半径は約1センチメートルから約2センチメートルの範囲にある。ある実施例では、出射面22から出射される光ビームの断面積は、光学素子23の出射面22において、約2cm2より大きいかまたは約2cm2から約20cm2の範囲にある。ある実施例では、出力光学素子23の開口の直径は33ミリメートル未満である。
Beam Size and Beam Profile In some embodiments, the nominal diameter of the light beam emitted from the output optical assembly 20 is in the range of about 10 millimeters to about 40 millimeters, in the range of about 20 millimeters to about 35 millimeters, or Equal to about 30 millimeters. In certain embodiments, the cross-sectional area is generally circular and the radius is in the range of about 1 centimeter to about 2 centimeters. In some embodiments, the cross-sectional area of the light beam emitted from the emission surface 22, at the exit plane 22 of the optical element 23 is in the range of about 2 cm 2 or greater than or about 2 cm 2 to about 20 cm 2. In one embodiment, the diameter of the aperture of the output optical element 23 is less than 33 millimeters.
本明細書で使用されるビーム直径は、光ビームの最大強度の少なくとも1/e2の強度で光ビームによって照射される頭皮または頭蓋骨の領域の周囲の最大弦として定義される。ビームの直径を求めるために使用される光ビームの周囲は、ある実施例では、光ビームの強度が光ビームの最大強度の1/e2であるポイントとして定義される。ある実施例の最大有用直径は、患者の頭部の大きさによっておよび患者の頭部の照射による加熱によって制限される。ある実施例の最小有用直径は、加熱によっておよび実際に可能な治療部位の総数によって制限される。たとえば、ビーム直径の小さなビームで患者の頭蓋骨を覆うことは、これに対応して多数の治療部位を使用する。ある実施例では、1つの治療部位当たりの照射時間を調整しこれに応じて所望の照射線量にすることができる。 As used herein, beam diameter is defined as the largest chord around the region of the scalp or skull that is irradiated by the light beam at an intensity of at least 1 / e 2 of the maximum intensity of the light beam. The circumference of the light beam used to determine the diameter of the beam is defined in one embodiment as the point where the intensity of the light beam is 1 / e 2 of the maximum intensity of the light beam. The maximum useful diameter of certain embodiments is limited by the size of the patient's head and by heating by irradiation of the patient's head. The minimum useful diameter of certain embodiments is limited by heating and the total number of treatment sites actually possible. For example, covering a patient's skull with a beam having a small beam diameter correspondingly uses multiple treatment sites. In one embodiment, the irradiation time per treatment site can be adjusted to provide a desired irradiation dose accordingly.
円形開口内の全光束を、出射孔に中心がある特定の半径で特定することは(「囲まれたエネルギ」)、出射面22から出射される光ビームにおけるパワー(放射照度)の分布を特定する方法である。「囲まれたエネルギ」を用いて、確実に、光ビームが集中しすぎない、大きすぎない、または小さすぎないようにすることができる。ある実施例では、出射面から出射される光ビームは総放射電力を有し、光ビームは、総放射電力の75%以下である、出射面22での光ビームに中心がある直径20ミリメートルの断面の円の内側の全光束を有する。このようなある実施例では、総放射電力の50%以上である、出射面22での光ビームに中心がある直径26ミリメートルの断面の円の内側の全光束を有する。 Specifying the total luminous flux in the circular aperture with a specific radius centered at the exit hole (“enclosed energy”) identifies the power (irradiance) distribution in the light beam emitted from the exit surface 22 It is a method to do. “Enclosed energy” can be used to ensure that the light beam is not too focused, not too large, or too small. In one embodiment, the light beam emitted from the exit surface has a total radiated power, and the light beam is less than 75% of the total radiated power and is 20 millimeters in diameter centered on the light beam at the exit surface 22. It has the total luminous flux inside the circle of the cross section. One such embodiment has a total luminous flux inside a 26 millimeter diameter cross-sectional circle centered on the light beam at the exit surface 22 that is greater than 50% of the total radiated power.
ある実施例では、ビーム強度プロファイルはセミガウスプロファイルを有し、他のある実施例では、ビーム強度プロファイルは「シルクハット」プロファイルを有する。ある実施例では、光ビームには実質的に、3ミリメートル×3ミリメートルの領域で平均した局所光束が平均光束よりも10%大きい、ビーム強度プロファイルにおける高光束領域または「ホットスポット」がない。装置10のある実施例は好都合に、実質的にホットスポットのない光ビームを生成することによって、さもなければ患者に不快感を与える患者の皮膚における大きな温度勾配を回避する。 In some embodiments, the beam intensity profile has a semi-Gaussian profile, and in some other embodiments, the beam intensity profile has a “top hat” profile. In one embodiment, the light beam is substantially free of high flux regions or “hot spots” in the beam intensity profile where the local flux averaged over a 3 millimeter by 3 millimeter area is 10% greater than the mean flux. Certain embodiments of the device 10 advantageously avoid a large temperature gradient in the patient's skin that would otherwise cause discomfort to the patient by generating a light beam that is substantially free of hot spots.
広がり
ある実施例では、出射面22から出射されるビームの広がりは、典型的には数度である照射されている身体組織の内側の光の散乱角よりも大幅に小さい。ある実施例では、光ビームの広がりの角度はゼロより大きく35度未満である。
Spread In some embodiments, the spread of the beam exiting the exit surface 22 is significantly less than the scattering angle of the light inside the irradiated body tissue, which is typically a few degrees. In some embodiments, the angle of spread of the light beam is greater than zero and less than 35 degrees.
光源と観察者との間の距離が大きいほど、光源の直径とビームの広がりの考慮との関係は小さくなる。たとえば、光を与える光ファイバ40の端部の直径は約1ミリメートルである。より近い距離では、特定の場所から観察すると、光ファイバのエッジからの光線は大きく異なる角度で観察点に到達する可能性がある。しかしながら、観察ポイントが光源から離れると、角度の相違は小さくなり光源はむしろ点光源のように見える。 The greater the distance between the light source and the observer, the smaller the relationship between the light source diameter and beam spread considerations. For example, the diameter of the end of the optical fiber 40 that provides light is about 1 millimeter. At closer distances, when viewed from a particular location, light rays from the edge of the optical fiber can reach the observation point at very different angles. However, as the observation point moves away from the light source, the angle difference becomes smaller and the light source looks more like a point light source.
ある実施例では、出力光学アセンブリ20を装置10上に載置した状態で、出射面22と光ファイバ40の端部との間の光学距離は約82.7ミリメートルである。光ファイバ40の開口数および光学素子23の出射孔によって定められるビームの広がりは約23度である。ある実施例では、出力光学アセンブリ20を装置10の上に載置していない状態で、ウインドウ70と光ファイバの端部との間の光学距離は約57.5ミリメートルであり、光ファイバ40の開口数およびウインドウ70の出射孔によって定められるビームの広がりは約16度である。光源の直径が約1ミリメートルのとき、ビームの広がりの角度的な不明確さは約±0.35度である。このように、角度的な不明確さは、出力光学アセンブリ20が装置10の上に載置されているか否かにかかわらず、ビームの広がりの角度よりもはるかに小さいため、光ファイバ40は点光源として扱うことができる。このようなある実施例では、ビームの広がりまたは放射強度(たとえばワット/ステラジアンで測定)は、ビームプロファイルからまたは放射照度から直接計算することができる。 In one embodiment, with the output optical assembly 20 mounted on the apparatus 10, the optical distance between the exit surface 22 and the end of the optical fiber 40 is about 82.7 millimeters. The spread of the beam defined by the numerical aperture of the optical fiber 40 and the exit hole of the optical element 23 is about 23 degrees. In one embodiment, the optical distance between the window 70 and the end of the optical fiber is about 57.5 millimeters without the output optical assembly 20 resting on the device 10, and the optical fiber 40 The beam spread defined by the numerical aperture and the exit aperture of the window 70 is about 16 degrees. When the diameter of the light source is about 1 millimeter, the angular ambiguity of the beam divergence is about ± 0.35 degrees. In this way, the angular ambiguity is much smaller than the beam divergence angle, regardless of whether the output optical assembly 20 is mounted on the device 10, so that the optical fiber 40 is a point. It can be treated as a light source. In some such embodiments, the beam spread or radiant intensity (eg, measured in watts / steradian) can be calculated directly from the beam profile or from the irradiance.
治療時間
ある実施例では、1つの治療部位当たりの治療は、連続して約10秒から約2時間の期間、約1から約10分の期間、または約1から5分の期間行なわれる。たとえば、ある実施例における1つの治療部位当たりの治療時間は約2分である。他の実施例では、光エネルギが、約5分である少なくとも1つの治療期間送達され、または、少なくとも10分である少なくとも1つの治療期間送達される。ある実施例の最短治療時間は、生物学的反応時間(およそマイクロ秒単位)によって制限される。ある実施例の最長治療時間は、加熱によっておよび実際の治療時間(たとえば治療を脳卒中発症から約24時間内に終了させる)によって限定される。治療期間中光エネルギをパルス化することができる、または、治療期間中光エネルギを連続的に与えることができる。光がパルス状の場合、パルスは長さ2ミリ秒で周波数100Hzとすることができるが、これよりも長いパルス長および低い周波数を使用することができる、または、少なくとも約10ナノ秒の長さで約100kHzまでの周波数とすることができる。
Treatment Time In certain embodiments, treatment per treatment site is performed continuously for a period of about 10 seconds to about 2 hours, a period of about 1 to about 10 minutes, or a period of about 1 to 5 minutes. For example, the treatment time per treatment site in one embodiment is about 2 minutes. In other examples, light energy is delivered for at least one treatment period that is about 5 minutes, or for at least one treatment period that is at least 10 minutes. In some embodiments, the shortest treatment time is limited by the biological reaction time (approximately in microseconds). In some embodiments, the maximum treatment time is limited by heating and the actual treatment time (eg, treatment ends within about 24 hours from the onset of stroke). Light energy can be pulsed during the treatment period, or light energy can be provided continuously during the treatment period. If the light is pulsed, the pulses can be 2 milliseconds long and have a frequency of 100 Hz, although longer pulse lengths and lower frequencies can be used, or at least about 10 nanoseconds long The frequency can be up to about 100 kHz.
ある実施例では、治療を1つの治療期間後に終了させてもよく、他の実施例では、治療を少なくとも2つの治療期間繰返してもよい。連続する治療期間の間の時間は、約5分、24時間の期間で少なくとも2、少なくとも約1から2日、または少なくとも1週間とすることができる。治療時間の長さおよび治療期間の頻度は、いくつかの要素に依存し、これは、患者の機能的回復および損傷(たとえば梗塞)の画像分析の結果を含む。ある実施例では、1つ以上の治療パラメータを、患者をモニタする装置(たとえば磁気共鳴映像法)からのフィードバック信号に応じて調整することができる。 In some embodiments, treatment may be terminated after one treatment period, and in other embodiments, treatment may be repeated for at least two treatment periods. The time between successive treatment periods can be at least 2, at least about 1 to 2 days, or at least 1 week for a period of about 5 minutes, 24 hours. The length of treatment time and frequency of treatment period depend on several factors, including the results of image analysis of the patient's functional recovery and injury (eg, infarct). In certain embodiments, one or more treatment parameters can be adjusted in response to a feedback signal from a device that monitors the patient (eg, magnetic resonance imaging).
冷却パラメータ
ある実施例では、装置10は、光源と光学的に連通する出力光学素子23を含む。出力光学素子23は、先に開示した光パラメータに従い光ビームを出射するように構成された出射面22を含む。ある実施例では、装置10はさらに、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分と熱的に連通するように配置されかつ患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分から熱を除去するように構成された熱伝導性部分を含む。ある実施例では、熱伝導性部分は出力光学素子23を含む。ある実施例の熱伝導性部分は、出力光学素子23に解放可能な状態で結合される。
Cooling Parameters In one embodiment, the apparatus 10 includes an output optical element 23 that is in optical communication with a light source. The output optical element 23 includes an exit surface 22 configured to emit a light beam according to the previously disclosed optical parameters. In some embodiments, the apparatus 10 is further configured to be in thermal communication with the irradiated portion of the patient's scalp or skull and configured to remove heat from the irradiated portion of the patient's scalp or skull. Including parts. In some embodiments, the thermally conductive portion includes an output optical element 23. In one embodiment, the thermally conductive portion is releasably coupled to the output optical element 23.
ある実施例では、熱伝導性部分は、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分から熱を除去する。頭皮または頭蓋骨のこの冷却は、照射を原因とする頭皮または頭蓋骨の温度上昇を制御、抑制、防止、最小化、または低減することによって、患者の快適さを改善できる。このように、照射されている患者の頭皮または頭蓋骨の部分を冷却することによって、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分の温度は、頭皮または頭蓋骨の照射部分が冷却されない場合よりも低い。たとえば、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分を冷却することによって、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分の温度は、照射されない場合の患者の頭皮または頭蓋骨の部分の温度よりは高いが照射されたが冷却されない場合の患者の頭皮または頭蓋骨の部分の温度よりも低い。加えて、この頭皮または頭蓋骨の冷却は、照射を原因とする頭皮または頭蓋骨の加熱をマスキングすることによって光線療法の治療の有効性に関する二重盲検試験の実施とすることができる。(たとえばB.カタンザロ(B. Catanzaro)他、「レーザ療法における組織加熱の管理することにより二重盲検臨床試験を可能にする(Managing Tissue Heating in Laser Therapy to Enable Double-Blind Clinical Study)」、Mechanisms for Low-Light Therapy, Proc. Of the SPIE、第6140巻第199−208頁(2006)参照。)
ある実施例において、熱は、熱伝導性部分によって、約0.1ワットから約5ワットの範囲または約1ワットから3ワットの範囲のレートで、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分から除去される。ある実施例では、熱伝導性部分は、患者の頭皮または頭蓋骨の照射部分を摂氏42度未満に保つように構成される。ある実施例の熱伝導性部分は、出射面22と熱的に連通するとともに、出射面の温度を、2ワットの熱負荷下で摂氏18度から摂氏25度の範囲に保つように構成される。頭皮の冷却の一般的な説明については、たとえば、F.E.M.ジャンセン(F.E.M. Janssen)他、「頭皮冷却中の温度およびかん流のモデル化(Modeling of Temperature and perfusion during scalp cooling)」、Phys. Med. Biol.、第50巻第4065−4073頁(2005)参照。パルス光が使用されるある実施例では、熱の除去レートはより低い可能性がある、または、ある範囲のパルス線量測定およびタイミングについては冷却が行なわれないことがある。
In certain embodiments, the thermally conductive portion removes heat from the irradiated portion of the patient's scalp or skull. This cooling of the scalp or skull can improve patient comfort by controlling, suppressing, preventing, minimizing or reducing the temperature rise of the scalp or skull due to irradiation. Thus, by cooling the patient's scalp or skull portion being irradiated, the temperature of the patient's scalp or skull irradiated portion is lower than if the scalp or skull irradiated portion is not cooled. For example, by cooling the irradiated portion of the patient's scalp or skull, the temperature of the irradiated portion of the patient's scalp or skull is higher than the temperature of the patient's scalp or portion of the skull when not irradiated, but cooled. If not, lower than the temperature of the patient's scalp or skull part. In addition, this scalp or skull cooling can be a double-blind study of the effectiveness of phototherapy treatment by masking the heating of the scalp or skull due to irradiation. (For example, B. Catanzaro et al., “Managing Tissue Heating in Laser Therapy to Enable Double-Blind Clinical Study”, (See Mechanisms for Low-Light Therapy, Proc. Of the SPIE, Vol. 6140, pages 199-208 (2006).)
In certain embodiments, heat is removed from the irradiated portion of the patient's scalp or skull by a thermally conductive portion at a rate in the range of about 0.1 watts to about 5 watts or in the range of about 1 watt to 3 watts. . In one embodiment, the thermally conductive portion is configured to keep the irradiated portion of the patient's scalp or skull below 42 degrees Celsius. The thermally conductive portion of an embodiment is configured to be in thermal communication with the exit surface 22 and to maintain the exit surface temperature in the range of 18 degrees Celsius to 25 degrees Celsius under a 2 Watt thermal load. . For a general description of scalp cooling, see, eg, F.S. E. M.M. See FEM Janssen et al., “Modeling of Temperature and perfusion during scalp cooling”, Phys. Med. Biol., 50: 4065-4073 (2005). . In some embodiments where pulsed light is used, the heat removal rate may be lower, or cooling may not be performed for a range of pulse dosimetry and timing.
圧力パラメータ
ある実施例では、装置10は、熱伝導性部分が装置10の第2の部分に対して相対的に移動する方向に、予め定められたしきい値の圧力を超える圧力が、熱伝導性部分に加えられたときに、熱伝導性部分を装置10の第2の部分に対して移動させるように、構成される。予め定められたしきい値の圧力は、熱伝導性部分を、患者の頭皮または頭蓋骨の部分と熱的に連通させるのに十分である。このようなある実施例では、装置10は、第2の部分に対して熱伝導性部分が移動すると、信号(たとえばバイナリ、アナログまたはデジタル)を生成するように、構成される。
Pressure Parameter In one embodiment, the device 10 is configured such that a pressure that exceeds a predetermined threshold pressure in a direction in which the thermally conductive portion moves relative to the second portion of the device 10 Configured to move the thermally conductive portion relative to the second portion of the device 10 when applied to the active portion. The predetermined threshold pressure is sufficient to cause the thermally conductive portion to be in thermal communication with a portion of the patient's scalp or skull. In certain such embodiments, device 10 is configured to generate a signal (eg, binary, analog or digital) when the thermally conductive portion moves relative to the second portion.
このようなある実施例では、センサ130は、トリガ力ばね140およびトリガ力調整機構142とともに、予め定められたしきい値の圧力を上回る圧力で装置10が患者の頭皮または頭蓋骨に与えられているか否かを検出するためのメカニズムを与える。このようなある実施例では、センサ130は、トリガ力ばね140の復元力を超えるのに十分な圧力で出射面22を患者の頭皮または頭蓋骨と熱的に連通する状態で配置したときに、装置10の第1の部分と装置10の第2の部分との間の移動を検出する。出射面22に対してしきい値の圧力を与えて第1および第2の部分を相対的に移動させると、センサ130はこの移動を検出し対応する信号を生成する。ある実施例では、装置10はさらに、光源2およびセンサ130に動作可能な状態で結合されたコントローラを含む。このコントローラは、センサ130からの信号を受けるように、かつ、信号が予め定められたしきい値の圧力を上回る圧力を示すと光源をオンするように構成される。 In one such embodiment, sensor 130, together with trigger force spring 140 and trigger force adjustment mechanism 142, is device 10 being applied to the patient's scalp or skull at a pressure above a predetermined threshold pressure. Provides a mechanism for detecting whether or not. In certain such embodiments, the sensor 130 may be configured when the emitting surface 22 is placed in thermal communication with the patient's scalp or skull with sufficient pressure to exceed the restoring force of the trigger force spring 140. A movement between the first part of 10 and the second part of the device 10 is detected. When a threshold pressure is applied to the emission surface 22 to move the first and second portions relatively, the sensor 130 detects this movement and generates a corresponding signal. In certain embodiments, apparatus 10 further includes a controller operably coupled to light source 2 and sensor 130. The controller is configured to receive a signal from the sensor 130 and to turn on the light source when the signal indicates a pressure above a predetermined threshold pressure.
ある実施例では、しきい値の圧力は、照射される患者の頭皮の部分を白くする圧力に設定される。ある実施例では、しきい値の圧力は1平方インチ当たり0.1ポンドであり、他のある実施例では、しきい値の圧力は1平方インチ当たり1ポンドまたは1平方インチ当たり約2ポンドである。 In one embodiment, the threshold pressure is set to a pressure that whitens the portion of the patient's scalp that is irradiated. In one embodiment, the threshold pressure is 0.1 pounds per square inch, and in some other embodiments, the threshold pressure is 1 pound per square inch or about 2 pounds per square inch. is there.
パルス光が使用されるある実施例では、白くする量はより少なくなる可能性があり、または、ある範囲のパルス線量測定およびタイミングに対しては白くすることを利用しない場合がある。たとえば、ある実施例では、患者が、頭皮または頭蓋骨に加えられる圧力に対してより過敏である場合がある(たとえばTBI患者)。このように、ある実施例では、装置10は、照射中頭皮の照射部分を白くするのに十分な圧力を患者の頭皮に加えない(たとえば患者の頭皮に圧力を加えない)。頭皮の照射部分を一定量白くすることが望ましい他のある実施例では、頭皮の照射部分を白くするのに使用される最大圧力は、患者の快適レベルおよび組織の損傷レベルによって制限される。たとえば、頭皮に圧力を加えると、TBI患者の頭蓋または頭蓋骨にひび割れまたは裂け目が生じて脳に悪影響が及ぶ可能性がある。圧力を加えるのであればその量は、少なくとも一部、さらなる損傷が圧力を加えることによって生じない範囲で患者が耐えられる圧力の量に定められる。 In some embodiments where pulsed light is used, the amount of whitening may be less, or whitening may not be utilized for a range of pulse dosimetry and timing. For example, in certain embodiments, a patient may be more sensitive to pressure applied to the scalp or skull (eg, a TBI patient). Thus, in some embodiments, device 10 does not apply sufficient pressure to the patient's scalp (eg, does not apply pressure to the patient's scalp) to whiten the irradiated portion of the scalp during irradiation. In certain other embodiments where it is desirable to whiten the irradiated area of the scalp, the maximum pressure used to whiten the irradiated area of the scalp is limited by the patient's comfort level and tissue damage level. For example, when pressure is applied to the scalp, the brain or skull of a TBI patient can crack or tear, which can adversely affect the brain. If pressure is applied, the amount is at least partially determined by the amount of pressure that the patient can withstand to the extent that no further damage is caused by the application of pressure.
頭皮または頭蓋骨の複数部分の照射
図22A−図22Cは、患者の頭皮の部分に対応する複数の治療部位に対し連続的に熱的に連通するように装置10が配置される実施例を概略的に示す。このようなある実施例では、図22Aに示されるように、出射面22から出射された光は、頭皮を通して脳まで伝搬し、頭皮に対して全体的に平行な方向に分散する。患者がTBIを受けているある実施例では、治療部位の1つ以上では頭蓋骨の一部が露出し光の少なくとも一部が頭皮組織を通して伝播せずに頭蓋骨の露出した部分に照射される。ある実施例では、患者の頭皮の治療部位は重なり合わない。治療部位(たとえば20の治療部位)の間には、好ましくは十分な間隔があり、患者の頭皮の治療部位を照射するために出射面22から出射した光は、介在する組織を通して伝搬して患者の脳の領域をある照射し、この領域は、患者の頭皮の近隣治療部位が照射されるとき、出射面22から出射された光によって照射される患者の脳の目標組織の1つ以上の領域と重なり合う。図22Bは、この重なりを、脳の表面のまたは表面下の基準深さにおける目標組織での円形のスポット160の重なりとして、概略的に示す。図22Cは、この重なりを、図22Aおよび図22Bの線L−LLに沿った脳の基準深さでの放射照度のグラフとして概略的に示す。近隣治療部位からの放射照度を合計したもの(図22Cで点線で示す)は、治療する目標組織でのより均一な光の分布を与える。このような実施例では、合計された放射照度は好ましくは脳の損傷のしきい値未満でありかつ有効しきい値を上回るものである。ある実施例では、頭皮の治療部位を照射することによって照射された脳の一部は重なり合わない。このようなある実施例では、頭皮での治療部位はできるだけ多くの皮質を照射するように配置される。
Irradiation of multiple portions of the scalp or skull FIGS. 22A-22C schematically illustrate an embodiment in which the device 10 is arranged in continuous thermal communication with multiple treatment sites corresponding to portions of a patient's scalp. Shown in In one such embodiment, as shown in FIG. 22A, light emitted from the exit surface 22 propagates through the scalp to the brain and is dispersed in a direction generally parallel to the scalp. In certain embodiments where the patient is undergoing TBI, at one or more of the treatment sites, a portion of the skull is exposed and at least a portion of the light is not transmitted through the scalp tissue, but is exposed to the exposed portion of the skull. In some embodiments, the treatment sites on the patient's scalp do not overlap. There is preferably a sufficient spacing between the treatment sites (eg, 20 treatment sites), and the light emitted from the exit surface 22 to illuminate the treatment site on the patient's scalp propagates through the intervening tissue to the patient. A region of the brain of the patient, wherein the region is one or more regions of the target tissue of the patient's brain that are illuminated by the light emitted from the exit surface 22 when a nearby treatment site of the patient's scalp is illuminated And overlap. FIG. 22B schematically illustrates this overlap as an overlap of circular spots 160 at the target tissue at a reference depth at or below the surface of the brain. FIG. 22C schematically illustrates this overlap as a graph of irradiance at the reference depth of the brain along line L-LL in FIGS. 22A and 22B. The sum of the irradiance from neighboring treatment sites (indicated by the dotted line in FIG. 22C) gives a more uniform distribution of light in the target tissue to be treated. In such an embodiment, the total irradiance is preferably below the brain damage threshold and above the effective threshold. In some embodiments, portions of the brain irradiated by irradiating the treatment area of the scalp do not overlap. In one such embodiment, the treatment area on the scalp is positioned to irradiate as much cortex as possible.
装着可能な装置の例
図23は、患者の脳の治療のために患者によって装着可能な装置500の一例を概略的に示す。装置500は、本体510と複数のインジケータ520とを含む。本体510は、装置500が患者によって装着されたときに患者の頭皮の少なくとも一部の上に装着されるようにされる。複数のインジケータ520は、患者の脳の少なくとも一部を照射するために光が照射される場所である、患者の頭皮の複数の治療部位の場所に対応する。少なくとも1つのインジケータ520は、患者の脳の少なくとも一部を照射するために出射面22から出射された光を実質的に透過させる(たとえば実質的に透明または実質的に半透明である)本体の一部を含む。
Example of Wearable Device FIG. 23 schematically illustrates an example of a device 500 that can be worn by a patient for treatment of the patient's brain. Device 500 includes a body 510 and a plurality of indicators 520. The body 510 is adapted to be worn over at least a portion of the patient's scalp when the device 500 is worn by the patient. The plurality of indicators 520 correspond to the locations of multiple treatment sites on the patient's scalp, where light is irradiated to illuminate at least a portion of the patient's brain. The at least one indicator 520 is substantially transmissive (eg, substantially transparent or substantially translucent) of the light emitted from the exit surface 22 to illuminate at least a portion of the patient's brain. Includes some.
ある実施例では、インジケータ520のうち少なくとも1つは、治療部位の場所に対応する患者の頭皮の領域内の位置を示す。このようなある実施例では、この位置は患者の頭皮のその領域の中心である。ある実施例の隣接する治療部位は、重なり合わない領域を有する、または、間隔がおかれた周囲を有する。このようなある実施例では、周囲は少なくとも10ミリメートルまたは少なくとも25ミリメートル間隔がおかれている。 In certain embodiments, at least one of the indicators 520 indicates a position within the region of the patient's scalp that corresponds to the location of the treatment site. In some such embodiments, this location is the center of that region of the patient's scalp. In certain embodiments, adjacent treatment sites have non-overlapping areas or have spaced perimeters. In some such embodiments, the perimeters are spaced at least 10 millimeters or at least 25 millimeters apart.
ある実施例では、各インジケータ520は、本体510を貫通する穴または開口を含み、ここにビーム送達装置10を配置してこの穴または開口によって露出した患者の頭皮の部分を照射することができる。ある実施例では、開口は実質的に円形の周囲を有し、直径は20ミリメートルと50ミリメートルの間の範囲または25ミリメートルと35ミリメートルの間の範囲にある。ある実施例では、開口は実質的に楕円の周囲を有し、短軸は20ミリメートルよりも大きく長軸は50ミリメートルよりも小さい。開口の他の形状も本明細書に記載のある実施例に対応する。 In one embodiment, each indicator 520 includes a hole or opening through body 510 where beam delivery device 10 can be placed to irradiate the portion of the patient's scalp exposed by the hole or opening. In some embodiments, the aperture has a substantially circular perimeter and the diameter is in the range between 20 and 50 millimeters or in the range between 25 and 35 millimeters. In one embodiment, the aperture has a substantially elliptical perimeter and the minor axis is greater than 20 millimeters and the major axis is less than 50 millimeters. Other shapes for the apertures also correspond to certain embodiments described herein.
ある実施例では、複数のインジケータ520は、患者の頭皮に広がる少なくとも10のインジケータ520を含み、他のある実施例では、複数のインジケータ520は20のインジケータ520を含む。他のある実施例では、複数のインジケータ520は、15と25の間のインジケータ520を含む。ある実施例では、各インジケータ520の光透過部分の面積は少なくとも1cm2、1cm2と20cm2の間の範囲、または5cm2と10cm2の間の範囲にある。 In some examples, the plurality of indicators 520 includes at least ten indicators 520 that span the patient's scalp, and in some other examples, the plurality of indicators 520 includes twenty indicators 520. In some other embodiments, the plurality of indicators 520 includes between 15 and 25 indicators 520. In some embodiments, the area of the light transmissive portion of each indicator 520 is at least 1 cm 2 , in the range between 1 cm 2 and 20 cm 2 , or in the range between 5 cm 2 and 10 cm 2 .
ある実施例では本体510はフードを含み、他の実施例では本体510はキャップを含み、または患者の頭部上装着可能でありかつ患者の頭部上のインジケータ520の方向付けの補助をする役割を果たす別の構成を有する。ある実施例では、本体510は全体的に患者の頭皮に沿う伸縮性または柔軟性のある材料を含む。ある実施例では、本体510はナイロンで裏打ちされたポリクロロプレンまたはタイベック(Tyvek)(登録商標)を含む。ある実施例では、大きさの異なる頭部に対応するよう異なるサイズ(たとえば小、中、大)の本体510を利用することができる。ある実施例では、本体510を1回の使用で使い捨て可能なものにし、好都合に、続く患者間での感染または疾病の拡大を防ぐ。 In some embodiments, the body 510 includes a hood, and in other embodiments, the body 510 includes a cap or can be worn on the patient's head and assists in directing the indicator 520 on the patient's head. It has another composition which fulfills. In some embodiments, the body 510 includes a stretchable or flexible material generally along the patient's scalp. In one embodiment, the body 510 comprises nylon-backed polychloroprene or Tyvek®. In some embodiments, different sized (eg, small, medium, large) bodies 510 may be utilized to accommodate different sized heads. In certain embodiments, the body 510 is disposable for a single use, advantageously preventing subsequent infection or spread of disease between patients.
ある実施例のインジケータ520は、患者の頭皮を、対応する治療部位の場所で、連続的に予め定められた順序で一回につき1つ照射するように、オペレータを案内するように構成される。ある実施例では、装着可能な装置500はさらに複数のラベル522を含み、各ラベルは対応するインジケータの近くにある。ラベル522は好都合に、インジケータ520各々に対して、1つ以上の数字、文字、または記号(たとえばバーコード)を与えて、さまざまなインジケータ520を互いに区別する。このようなある実施例では、ラベル522は機械的に対応するインジケータに結合されてビーム送達装置10のユーザから見えるようにする。 In one embodiment, the indicator 520 is configured to guide the operator to irradiate the patient's scalp, one at a time, in a predetermined sequence, continuously at the location of the corresponding treatment site. In certain embodiments, wearable device 500 further includes a plurality of labels 522, each label being near a corresponding indicator. Label 522 conveniently provides each indicator 520 with one or more numbers, letters, or symbols (eg, a barcode) to distinguish the various indicators 520 from each other. In some such embodiments, label 522 is mechanically coupled to a corresponding indicator so that it is visible to the user of beam delivery device 10.
図24Aおよび図24Bはそれぞれ、装置500の一例の左側および右側を概略的に示し、ラベル522は治療部位に対応するインジケータ520を実質的に覆う。ある実施例では、ラベル522は好都合に、どの治療部位が既に照射されているのかおよびどの治療部位がまだ照射されていないのかを追跡するために使用される。このようなある実施例では、各ラベル522の少なくとも一部は、インジケータ520に対応する治療部位が治療されたとき装置500から除去されるように構成された本体の一部(たとえばプルオフタブまたはフラップ)を含む。ある実施例では、ラベル522は、対応するインジケータ520を覆う本体510の取外し可能な部分を含む。このようなある実施例では、インジケータ520に対応する治療部位の場所を照射する前に、対応するラベル522を取外して患者の頭皮の下にある部分にアクセスできるようにすることができる。 24A and 24B schematically illustrate the left and right sides of an example of the device 500, respectively, and the label 522 substantially covers the indicator 520 corresponding to the treatment site. In certain embodiments, label 522 is advantageously used to track which treatment sites have already been irradiated and which treatment sites have not yet been irradiated. In certain such embodiments, at least a portion of each label 522 is a portion of the body configured to be removed from the device 500 when the treatment site corresponding to the indicator 520 is treated (eg, a pull-off tab or flap). including. In certain embodiments, label 522 includes a removable portion of body 510 that covers a corresponding indicator 520. In some such embodiments, prior to irradiating the treatment site location corresponding to indicator 520, the corresponding label 522 may be removed to allow access to the portion under the patient's scalp.
ある実施例では、ラベル522は、照射の前にオペレータがコントローラに入力する連続コードを有し、コントローラに対して次に照射される治療部位を知らせる。他のある実施例では、各ラベル522は、コントローラに電気的に結合されたセンサによって読取可能なバーコードまたは無線周波数識別装置(RFID)を含む。このような実施例のコントローラは、どの治療部位が既に照射されたかを追跡し、このようなある実施例では、コントローラは、ビーム送達装置10が、患者の頭皮の適切な治療部位と光学的および熱的に連通するときに、光源を起動するだけである。 In one embodiment, label 522 has a continuous code that the operator enters into the controller prior to irradiation, informing the controller of the next treatment site to be irradiated. In certain other embodiments, each label 522 includes a bar code or radio frequency identification device (RFID) readable by a sensor electrically coupled to the controller. The controller in such an embodiment tracks which treatment site has already been irradiated, and in one such embodiment, the controller can cause the beam delivery device 10 to optically and properly detect the appropriate treatment site on the patient's scalp. It only activates the light source when it is in thermal communication.
図24Cは、図24Aおよび図24Bの装置500を平らにした状態の図を上から見たラベリング構成の一例を概略的に示す。図24Cのラベリング規則は、患者の脳の2分の1すなわち脳半球双方の照射に対応する。他のラベリング規則も本明細書に記載の実施例に対応する。 FIG. 24C schematically illustrates an example of a labeling configuration as viewed from above with the flattened view of the apparatus 500 of FIGS. 24A and 24B. The labeling rules of FIG. 24C correspond to irradiation of both one-half of the patient's brain, or hemisphere. Other labeling rules also correspond to the embodiments described herein.
ある実施例では、ラベル522を好都合に用いて、ビーム送達装置10をインジケータ520に対応する連続治療部位に光学的および熱的に結合することによって、患者の脳を、さまざまな治療部位で、治療部位各々を予め定められた順序で連続的に一度につき1つずつ、インジケータ520を通して照射するよう、オペレータを案内する。たとえば、図24Cのラベリング構成では、オペレータはまず治療部位「1」を照射し、次に治療部位「2」、「3」、「4」などを照射し、20の治療部位を一度に1つずつ、順次照射することができる。このようなある実施例では、治療部位の予め定められた順序を選択して、好都合に、互いに隣接する治療部位を連続的に照射した結果生じるであろう温度上昇を減じる。 In one embodiment, the label 522 is advantageously used to optically and thermally couple the beam delivery device 10 to a continuous treatment site corresponding to the indicator 520 to treat the patient's brain at various treatment sites. The operator is guided to irradiate each site sequentially through the indicator 520, one at a time in a predetermined order. For example, in the labeling configuration of FIG. 24C, the operator first irradiates treatment site “1”, then irradiates treatment sites “2”, “3”, “4”, etc., one 20 treatment sites at a time. Irradiation can be performed sequentially. In some such embodiments, a predetermined order of treatment sites is selected to advantageously reduce the temperature rise that may result from continuous irradiation of treatment sites adjacent to each other.
ある実施例では、予め定められた順序は、患者の頭皮の第1の側の第1の治療部位場所(たとえば図24Cの部位「2」)を照射し、次に患者の頭皮の第2の側の第2の治療部位場所(たとえば図24Cの部位「3」)を照射し、次に患者の頭皮の第1の側の第3の治療部位場所(たとえば図24Cの部位「4」)を照射することを含む。このようなある実施例では、予め定められた順序はさらに、第3の治療部位場所を照射した後、患者の頭皮の第2の側の第4の治療部位の場所を照射することを含む。ある実施例では、2つの連続して照射される治療部位場所は、少なくとも25ミリメートル離される。 In some embodiments, the predetermined order irradiates a first treatment site location on a first side of the patient's scalp (eg, site “2” in FIG. 24C), and then a second of the patient's scalp. Irradiate a second treatment site location on the side (eg, site “3” in FIG. 24C), and then apply a third treatment site location on the first side of the patient's scalp (eg, site “4” in FIG. 24C). Including irradiation. In some such embodiments, the predetermined sequence further includes irradiating the fourth treatment site location on the second side of the patient's scalp after irradiating the third treatment site location. In one embodiment, two consecutively irradiated treatment site locations are separated by at least 25 millimeters.
たとえば、ある実施例では、予め定められた順序は以下の治療部位の順序のうち少なくとも一部を含む。 For example, in certain embodiments, the predetermined order includes at least a portion of the following order of treatment sites.
1.右前前頭部
2.左側方前頭部
3.右前下方頭頂部
4.左後中央頭頂部
5.右上頭頂部
6.右側方前頭部
7.左前前頭部
8.左後上方頭頂部
9.左後下方頭頂部
10.右後下方頭頂部
11.右後上方頭頂部
12.右前中央頭頂部
13.左前下方頭頂部
14.左前上方前頭部
15.左上後頭部
16.左前中央頭頂部
17.右後方中央頭頂部
18.右前上方前頭部
19.右上後頭部
20.左上頭頂部
たとえば、ある実施例の予め定められた順序は、上記相対的な順序のこれらの治療部位のうち2、3、4、またはそれ以上を含む。ある実施例の治療部位の順序は、上記順序の逆の相対的な順序のこれらの治療部位のうち2、3、4またはそれ以上を含む。ある実施例は、上記の相対的な順序の少なくとも一部を、連続して示した2つの治療部位の間のさらなる治療部位の照射なしで利用し、他のある実施例は、上記の相対的な順序の少なくとも一部を、連続して示された2つの治療部位の間の1つ以上のさらなる治療部位とともに利用する。ある実施例では、各治療部位の正確な解剖学的場所を、上記のものからから調整して、患者の頭部の大きさのばらつき(たとえば非常に大きいまたは非常に小さい)に対応してもよい。このように、ある実施例では、どのような与えられた個人についても治療部位の場所に関してある程度のばらつきがある。
1. 1. Right frontal head 2. Left frontal head Right front lower parietal part 4. 4. Left rear central parietal region Upper right parietal region 6. 6. Frontal right side Left frontal head 8. Left upper upper parietal region 9. Left rear lower parietal region 10. 10. Right rear lower parietal region Right upper upper parietal region 12. Right front center parietal region 13. Left front lower parietal region 14. Left front upper frontal head 15. Upper left occipital region 16. Front left central parietal region 17. Right posterior central parietal region 18. Front right upper front 19. Upper right occipital region 20. For example, the predetermined order of an embodiment includes 2, 3, 4, or more of these treatment sites in the relative order. The order of treatment sites in certain embodiments includes 2, 3, 4 or more of these treatment sites in a relative order opposite to the above order. Some embodiments utilize at least a portion of the relative order described above without irradiation of additional treatment sites between two treatment sites shown in succession, and some other embodiments may use the relative order described above. At least a portion of this sequence is utilized with one or more additional treatment sites between two treatment sites shown in succession. In some embodiments, the exact anatomical location of each treatment site may be adjusted from the above to accommodate variations in the size of the patient's head (eg, very large or very small). Good. Thus, in some embodiments, there is some variation in the location of the treatment site for any given individual.
ある実施例では、装置500は、患者の頭皮にマーキングを行なって治療部位の場所を示すためのテンプレートの役割を果たす。装置500の開口を用いて、ユーザを、マークを患者の頭皮上に配置するように案内することができ、次に、装置500を、ビーム送達装置10を頭皮に与えて患者の脳を照射する前に、患者の頭皮から取外すことができる。マークは患者の頭皮の上に残り患者の脳が照射されている間オペレータを案内する。 In one embodiment, the device 500 serves as a template for marking the patient's scalp to indicate the location of the treatment site. The opening of the device 500 can be used to guide the user to place the mark on the patient's scalp, which then applies the beam delivery device 10 to the scalp to irradiate the patient's brain. Before it can be removed from the patient's scalp. The mark guides the operator while remaining on the patient's scalp and irradiating the patient's brain.
光送達の方向
図25−図28は、表面を光で照射するための方向の例のフロー図である。以下でより詳細に説明するように、この方法について、本明細書に記載のビーム送達装置10およびその構成要素を引用しながら説明する。ビーム送達装置の他の構成も、本明細書に記載の実施例に従う方法に対応する。
Direction of Light Delivery FIGS. 25-28 are flow diagrams of example directions for illuminating a surface with light. As will be described in more detail below, the method will be described with reference to the beam delivery device 10 and its components described herein. Other configurations of the beam delivery device also correspond to methods according to the examples described herein.
図25の方法610は、動作ブロック612においてビーム送達装置10を準備することを含む。ビーム送達装置10は、第1の部分と、第1の部分と機械的に結合され第1の部分と光学的に連通する第2の部分とを含む。第1の部分および第2の部分は、先に詳述したように相対的に移動するように構成される。方法610はさらに、動作ブロック614で第2の部分を表面と熱的に連通するように配置することを含む(たとえば第2の部分を解放可能かつ動作可能な状態で表面に結合する)。方法610はさらに、動作ブロック616において、第1の部分からの光が第2の部分を通して伝搬するように表面を照射することを含む。方法610はさらに、動作ブロック618において、第2の部分が表面と熱的に連通するように配置されたことに応じて第1の部分および第2の部分を相対的に移動させることを含む。 The method 610 of FIG. 25 includes preparing the beam delivery device 10 at an operation block 612. The beam delivery device 10 includes a first portion and a second portion mechanically coupled to the first portion and in optical communication with the first portion. The first portion and the second portion are configured to move relatively as detailed above. The method 610 further includes placing the second portion in thermal communication with the surface at operation block 614 (eg, coupling the second portion to the surface in a releasable and operable state). The method 610 further includes illuminating the surface at operation block 616 such that light from the first portion propagates through the second portion. The method 610 further includes moving the first portion and the second portion relative to each other in response to the second portion being placed in thermal communication with the surface at operation block 618.
図26の方法620は、動作ブロック622において光学素子23を準備することを含む。光学素子23は、実質的に光学的に透過性でありかつ実質的に熱伝導性の材料を含み、光学素子23は、先に詳述したように、第1の表面22および第2の表面24を含む。方法620はさらに、動作ブロック624において第1の表面22を照射面と熱的に連通するように配置することを含む(たとえば第1の表面22を照射面に解放可能かつ動作可能な状態で結合する)。方法620はさらに、動作ブロック626において、光を、第1の光学経路32に沿い、第2の表面24および第1の表面22を通して照射面まで伝搬させることを含む。方法620はさらに、動作ブロック628において、第2の表面24の少なくとも一部から第2の光学経路82に沿って伝搬する放射を検出することを含み、第1の光学経路32および第2の光学経路82の間は非ゼロ角度である。ある実施例では、第1の表面22および第2の表面24は、全体的に対向する方向において向かい合い、第2の表面22は第2の光学経路82に沿っていない。 The method 620 of FIG. 26 includes providing the optical element 23 at the operation block 622. The optical element 23 comprises a substantially optically transmissive and substantially thermally conductive material, and the optical element 23 comprises a first surface 22 and a second surface as detailed above. 24. The method 620 further includes disposing the first surface 22 in thermal communication with the irradiated surface at operation block 624 (eg, releasably and operatively coupled to the irradiated surface. To do). The method 620 further includes, at operation block 626, propagating light along the first optical path 32 through the second surface 24 and the first surface 22 to the illumination surface. The method 620 further includes detecting radiation propagating along the second optical path 82 from at least a portion of the second surface 24 at operation block 628, the first optical path 32 and the second optical path. There is a non-zero angle between the paths 82. In some embodiments, the first surface 22 and the second surface 24 are opposed in generally opposing directions, and the second surface 22 is not along the second optical path 82.
図27の方法630は、動作ブロック632において熱電アセンブリ90を準備することを含む。熱電アセンブリ90は、先に詳述したように、第1の表面93および第2の表面94を含み、熱電アセンブリ90は全体的に第1の領域97を囲んでいる。方法630はさらに、動作ブロック633において光出力アセンブリ20を準備することを含む。方法630はさらに、動作ブロック634において、熱電アセンブリ90の第1の表面93を出力光学アセンブリ20に解放可能な状態で機械的に結合して、第1の表面93が出力光学アセンブリ20と熱的に連通するようにすることを含む。方法630はさらに、動作ブロック636において第1の表面93を冷却し第2の表面94を加熱することを含む。方法630はさらに、動作ブロック638において光を第1の領域97を通して伝搬させて照射面に当てることを含む。ある実施例では、第1の表面22および第2の表面24は全体的に対向する方向において向かい合い、第1の表面22は第2の光学経路82に沿っていない。 The method 630 of FIG. 27 includes providing the thermoelectric assembly 90 at the operation block 632. The thermoelectric assembly 90 includes a first surface 93 and a second surface 94 as detailed above, and the thermoelectric assembly 90 generally surrounds the first region 97. The method 630 further includes providing the light output assembly 20 at the operation block 633. The method 630 further mechanically couples the first surface 93 of the thermoelectric assembly 90 releasably to the output optical assembly 20 at operation block 634 such that the first surface 93 is thermally coupled to the output optical assembly 20. To communicate with. Method 630 further includes cooling first surface 93 and heating second surface 94 at operational block 636. The method 630 further includes propagating light through the first region 97 and hitting the illuminated surface at operation block 638. In certain embodiments, the first surface 22 and the second surface 24 are generally opposed in opposite directions, and the first surface 22 is not along the second optical path 82.
ある実施例では、出力光学アセンブリ20は、光学素子23と、第2の領域28を全体的に囲む熱伝導性部分25とを含む。熱伝導性部分25は光学素子23と熱的に連通する。このようなある実施例では、第1の表面93を出力光学アセンブリ20に解放可能かつ機械的に結合することは、第1の表面93を熱伝導性部分25に解放可能かつ機械的に結合することを含む。このようなある実施例では、方法630はさらに、光学素子23を照射面と熱的に連通するように配置することを含み、光を伝搬させることは、光を第1の領域97、第2の領域28、および光学素子23を通して伝達して照射面に当てることを含む。ある実施例では、方法630はさらに、熱電アセンブリ90の第2の表面94と熱的に連通するヒートシンク100を準備することを含む。ヒートシンク100は第3の領域107を全体的に囲み、光を伝搬させることは、光を第3の領域107、第1の領域97、第2の領域28、および光学素子23を通して伝達することを含む。 In certain embodiments, the output optical assembly 20 includes an optical element 23 and a thermally conductive portion 25 that generally surrounds the second region 28. The thermally conductive portion 25 is in thermal communication with the optical element 23. In certain such embodiments, releasably and mechanically coupling first surface 93 to output optical assembly 20 releasably and mechanically couples first surface 93 to thermally conductive portion 25. Including that. In certain such embodiments, the method 630 further includes placing the optical element 23 in thermal communication with the illumination surface, and propagating the light includes transmitting the light to the first region 97, the second. The region 28 and the optical element 23 to be applied to the irradiation surface. In certain embodiments, the method 630 further includes providing the heat sink 100 in thermal communication with the second surface 94 of the thermoelectric assembly 90. The heat sink 100 generally surrounds the third region 107 and propagating light means that light is transmitted through the third region 107, the first region 97, the second region 28, and the optical element 23. Including.
図28の方法640は、動作ブロック642において光ビームを光学素子23の出射面22から出射することを含む。出射面22における光ビームは、約630ナノメートルから約1064ナノメートルの範囲にある1つ以上の波長を有し、約2cm2よりも大きな断面を有し、先に詳述したように、この断面における約10mW/cm2から約10W/cm2の範囲にある時間平均放射照度を有する。方法640はさらに、動作ブロック644において、出射面22から熱を約0.1ワットから約5ワットの範囲にあるレートで除去することを含む。方法640はさらに、動作ブロック646において照射面に光ビームを当てることを含む。 The method 640 of FIG. 28 includes emitting a light beam from the exit surface 22 of the optical element 23 at operation block 642. The light beam at the exit surface 22 has one or more wavelengths in the range of about 630 nanometers to about 1064 nanometers, has a cross section greater than about 2 cm 2 , as detailed above, It has a time average irradiance in the range of about 10 mW / cm 2 to about 10 W / cm 2 in cross section. The method 640 further includes removing heat from the exit surface 22 at a rate in the range of about 0.1 watts to about 5 watts at operation block 644. The method 640 further includes directing a light beam onto the illuminated surface at operation block 646.
ある実施例の方法640はさらに、出射面22を照射面と熱的に連通するように配置することを含む(たとえば出射面22を用いて、概ね照射面に向かう方向に出射面22に対して力を加えることによって照射面に圧力を加え、この圧力は1平方インチ当たり約0.1ポンドよりも大きい、または1平方インチ当たり約2ポンドに等しい)。 The method 640 of an embodiment further includes positioning the exit surface 22 in thermal communication with the illumination surface (eg, using the exit surface 22 with respect to the exit surface 22 in a direction generally toward the illumination surface. Pressure is applied to the irradiated surface by applying force, which is greater than about 0.1 pounds per square inch or equal to about 2 pounds per square inch).
ある実施例では、照射面に光ビームを当てることは、10秒から2時間の期間、60秒から600秒の期間、または約120秒の期間行なわれる。ある実施例では、動作ブロック642、644、および646のステップは、同時に行なわれる。ある実施例の方法640はさらに、出射面22を、照射面の第1の部分に光ビームが当てられる場所である第1の位置から、第2の位置に移動させること、および、動作ブロック642、644、および646のステップを繰返して照射面の第2の部分に出射面22から出射された光を当てることを含む。第1の部分および第2の部分はある実施例では重なり合わない。この方法を繰返して、出射面22から出射された光を照射面の20の部分に当てることができる。このようなある実施例では、照射面の20の部分は重なり合わない。しかしながら、ある実施例では、患者の頭皮のこれら20の部分に光を当てることによって照射される患者の脳の部分は重なり合わない。 In some embodiments, applying the light beam to the illuminated surface is performed for a period of 10 seconds to 2 hours, a period of 60 seconds to 600 seconds, or a period of about 120 seconds. In one embodiment, the steps of operation blocks 642, 644, and 646 are performed simultaneously. The method 640 of an embodiment further moves the exit surface 22 from a first position where the light beam is directed to the first portion of the illuminated surface to a second position, and an operation block 642. , 644, and 646 are repeated to apply the light emitted from the exit surface 22 to the second portion of the irradiated surface. The first part and the second part do not overlap in some embodiments. By repeating this method, the light emitted from the emission surface 22 can be applied to the 20 portion of the irradiation surface. In some such embodiments, the 20 portions of the illuminated surface do not overlap. However, in certain embodiments, the portions of the patient's brain that are irradiated by illuminating these 20 portions of the patient's scalp do not overlap.
図25−図28を参照して先に述べた方法のある実施例の照射面は、患者の頭皮または頭蓋骨の一部を含む。他のある実施例では、光によって照射される表面は、表面を照射する光の1つ以上のパラメータ(たとえば放射照度、総パワー、ビームサイズ、ビームプロファイル、ビームの均一性)を測定するように構成された光検出システムの一部を含む。このようなある実施例では、この方法はさらに、表面に当たる装置10からの光の1つ以上のパラメータを測定することを含む。たとえば、光検出システムは、患者の治療の直前に、出射面22から出射された光ビームをテストするように構成された装置10の一部を含むことができる。このようにして、光検出システムを使用し、患者の頭皮または頭蓋骨に照射される光ビームが確実に所望の治療パラメータを有するようにすることができる。 The illuminated surface of one embodiment of the method described above with reference to FIGS. 25-28 includes a portion of the patient's scalp or skull. In certain other embodiments, the surface illuminated by the light measures one or more parameters (eg, irradiance, total power, beam size, beam profile, beam uniformity) of the light that illuminates the surface. Includes a portion of the configured light detection system. In certain such embodiments, the method further includes measuring one or more parameters of light from device 10 that strikes the surface. For example, the light detection system can include a portion of the apparatus 10 configured to test a light beam emitted from the exit surface 22 immediately prior to patient treatment. In this way, the light detection system can be used to ensure that the light beam applied to the patient's scalp or skull has the desired therapeutic parameters.
ある実施例では、患者の治療は、患者の頭皮または頭蓋骨上の複数(たとえば約10)の治療部位を識別し、光ビームを治療部位各々に導き、各治療部位を光ビームで照射することによって、行なわれる。以下でより詳細に説明するように、ある実施例では、治療部位は、各々治療部位の場所に対応する複数のインジケータを含む装置を用いて、識別される。このようなある実施例では、治療部位は、出射面からの光ビームで連続して照射される。他のある実施例では、治療部位はその代わりに他の印で識別される。たとえば、治療部位各々を、頭皮上に作られたマーキングで識別することができ、または、頭皮または頭蓋骨の近くに置かれた構造によって識別することができる。次に、各治療部位を照射することができる。ある実施例では、治療部位は各々出射面からの光で照射され、その間、出射面は、頭皮または頭蓋骨と接触している、または、頭皮または頭蓋骨と接触する介在する光透過性の素子と接触している。他のある実施例では、頭皮または頭蓋骨は、出射面とも介在する素子とも接触しない。ある実施例では、治療部位は各々、1つの治療部位から別の治療部位へと連続的に移動する1つのビーム送達装置を用いて照射される。他のある実施例では、複数のビーム送達装置を用いて複数の治療部位を同時に照射する。このようなある実施例では、ビーム送達装置の数は治療部位の数よりも少なく、複数のビーム送達装置が連続的に移動して治療部位を連続的に照射する。 In one embodiment, treatment of a patient is performed by identifying multiple (eg, about 10) treatment sites on the patient's scalp or skull, directing a light beam to each treatment site, and irradiating each treatment site with a light beam. Done. As described in more detail below, in one embodiment, a treatment site is identified using a device that includes a plurality of indicators each corresponding to the location of the treatment site. In one such embodiment, the treatment site is continuously irradiated with a light beam from the exit surface. In certain other embodiments, the treatment site is identified with another mark instead. For example, each treatment site can be identified by a marking made on the scalp, or can be identified by a structure placed near the scalp or skull. Each treatment site can then be irradiated. In some embodiments, each treatment site is illuminated with light from the exit surface, while the exit surface is in contact with the scalp or skull or in contact with an intervening light transmissive element that contacts the scalp or skull. is doing. In certain other embodiments, the scalp or skull does not contact the exit surface or intervening elements. In one embodiment, each treatment site is irradiated using one beam delivery device that moves continuously from one treatment site to another. In certain other embodiments, multiple treatment sites are simultaneously irradiated using multiple beam delivery devices. In some such embodiments, the number of beam delivery devices is less than the number of treatment sites, and multiple beam delivery devices move continuously to irradiate the treatment sites.
図29は、患者の頭皮または頭蓋骨の少なくとも1つの予め定められた領域を制御可能にレーザ光に晒して患者の脳を照射する方法700の例のフロー図である。以下でより詳細に説明するように、方法700は、本明細書に記載の装着可能な装置500およびビーム送達装置10を参照しながら説明される。装着可能な装置500およびビーム送達装置10の他の構成も、本明細書に記載の実施例に従う方法700に対応する。 FIG. 29 is a flow diagram of an example method 700 for irradiating a patient's brain with controllably exposed laser light to at least one predetermined region of the patient's scalp or skull. As described in more detail below, the method 700 is described with reference to the wearable device 500 and the beam delivery device 10 described herein. Other configurations of wearable device 500 and beam delivery device 10 also correspond to method 700 in accordance with the embodiments described herein.
方法700は、動作ブロック710においてビーム送達装置10を準備することを含む。ある実施例では、ビーム送達装置10は、光ビームを出射するように構成された出射面22を含む。上記以外のビーム送達装置10の他の構成も、本明細書に記載のある実施例に対応する。 The method 700 includes providing the beam delivery device 10 at an operation block 710. In one embodiment, the beam delivery device 10 includes an exit surface 22 configured to emit a light beam. Other configurations of the beam delivery device 10 other than those described above also correspond to certain embodiments described herein.
方法700はさらに、動作ブロック720において装着可能な装置500を患者の頭皮上に配置することを含む。装置500は、本体510と複数のインジケータ520とを含む。ある実施例では、各インジケータ520は出射面22から出射された光ビームを実質的に透過する。上記以外の装着可能な装置500の他の構成も、本明細書に記載のある実施例に対応する。 The method 700 further includes placing the wearable device 500 on the patient's scalp at operation block 720. Device 500 includes a body 510 and a plurality of indicators 520. In one embodiment, each indicator 520 substantially transmits the light beam emitted from the exit surface 22. Other configurations of the wearable device 500 other than those described above also correspond to certain embodiments described herein.
方法700はさらに、動作ブロック730において、出射面22を、照射される患者の頭皮または頭蓋骨の治療部位と熱的に連通するように配置することを含む。方法700はさらに、動作ブロック740において治療部位を出射面22から出射された光で照射することを含む。ある実施例では、光ビームはインジケータ520を通して伝達される。 The method 700 further includes, at operation block 730, positioning the exit surface 22 in thermal communication with the irradiated patient's scalp or skull treatment site. The method 700 further includes illuminating the treatment site with light emitted from the exit surface 22 at operation block 740. In some embodiments, the light beam is transmitted through indicator 520.
ある実施例では、動作ブロック710において発光装置600を与えることは、患者の治療に使用するためにビーム送達装置10を準備することを含む。ある実施例では、ビーム送達装置10を準備することは、レーザ光が出力される、ビーム送達装置10の部分を、洗浄することを含む。ある実施例では、ビーム送達装置10を準備することは、ビーム送達装置10から出力されるレーザ光の電力較正を検証することを含む。このような検証は、ビーム送達装置10から出力された光の強度を測定し、測定した強度を期待強度レベルと比較することを含む。 In some embodiments, providing the light emitting device 600 at the operation block 710 includes preparing the beam delivery device 10 for use in treating a patient. In some embodiments, preparing the beam delivery device 10 includes cleaning a portion of the beam delivery device 10 from which laser light is output. In some embodiments, preparing the beam delivery device 10 includes verifying power calibration of the laser light output from the beam delivery device 10. Such verification includes measuring the intensity of light output from the beam delivery device 10 and comparing the measured intensity to an expected intensity level.
ある実施例では、動作ブロック720において装着可能な装置500を患者の頭皮の上に配置することは、患者の頭皮を治療に備えて整えることを含む。たとえば、ある実施例では、治療のために患者の頭皮を整えることは、照射される患者の頭皮の予め定められた領域から毛髪を除去することを含む。(たとえば剃毛による)毛髪の除去は好都合に、ビーム送達装置10からのレーザ光を吸収する毛髪による患者の頭皮の加熱を減じる。ある実施例では、動作ブロック720において装着可能な装置500を患者の頭皮の上に配置することは、装着可能な装置500を、各インジケータ520が適所に位置して患者の照射される頭皮または頭蓋骨の対応する部分を示すように、位置決めすることを含む。 In certain embodiments, placing the wearable device 500 on the patient's scalp at the action block 720 includes preparing the patient's scalp for treatment. For example, in one embodiment, preparing a patient's scalp for treatment includes removing hair from a predetermined area of the patient's scalp to be irradiated. Removal of the hair (eg, by shaving) advantageously reduces heating of the patient's scalp by the hair that absorbs the laser light from the beam delivery device 10. In certain embodiments, placing the wearable device 500 on the patient's scalp in action block 720 may cause the wearable device 500 to be placed on the scalp or skull that is illuminated by the patient with each indicator 520 in place. Positioning to indicate a corresponding portion of.
ある実施例では、動作ブロック730において出射面22を治療部位と熱的に連通するように配置することは、出射面22を治療部位に押し当てることを含む。ある実施例では、出射面22をこのようにして治療部位に押し当てることによって、圧力が治療部位の患者の頭皮の部分に加わり、好都合に照射される患者の頭皮の部分を白くする。 In some embodiments, placing the exit surface 22 in thermal communication with the treatment site at operation block 730 includes pressing the exit surface 22 against the treatment site. In one embodiment, by pressing the exit surface 22 against the treatment site in this manner, pressure is applied to the portion of the patient's scalp at the treatment site to whiten the portion of the patient's scalp that is conveniently irradiated.
ある実施例では、動作ブロック740において患者の頭皮または頭蓋骨の治療部位を照射することは、予め定められたレベルの圧力で治療部位に出射面22を押し当てることによって、出射面22からの光の出射を引起すことを含む。ある実施例では、出射面22からの光の出射は、出射面22を治療部位に押し当てることによって予め定められたレベルの圧力が維持される場合に限り、続けられる。ある実施例では、光は、出射面22から治療部位へ、予め定められた期間出射される。 In some embodiments, irradiating the treatment area of the patient's scalp or skull in motion block 740 may be performed by applying light from the emission surface 22 by pressing the emission surface 22 against the treatment site with a predetermined level of pressure. Including causing emission. In some embodiments, the emission of light from the exit surface 22 is continued only if a predetermined level of pressure is maintained by pressing the exit surface 22 against the treatment site. In one embodiment, light is emitted from the exit surface 22 to the treatment site for a predetermined period.
ある実施例では、この方法はさらに、治療プロセスの間、患者の頭皮または頭蓋骨のさらなる治療部位を照射することを含む。たとえば、上記のように第1のインジケータに対応する第1の治療部位を照射した後、放射面22を第2の治療部位に対応する第2のインジケータと接触するように配置して、出射面22から出射された光で第2の治療部位を照射することができる。患者の頭皮または頭蓋骨のさまざまな治療部位を、予め定められた順序で連続的に1つずつ照射することができる。このような実施例では、予め定められた順序は、装着可能な装置500のインジケータによって表わされる。このようなある実施例では、ビーム送達装置10は、装着可能な装置500のインジケータとのインターフェイスとなってさまざまな治療部位が予め定められた順序から外れて照射されることを防止する、インターロックシステムを含む。 In certain embodiments, the method further includes irradiating additional treatment sites on the patient's scalp or skull during the treatment process. For example, after irradiating the first treatment site corresponding to the first indicator as described above, the emission surface 22 is disposed so as to contact the second indicator corresponding to the second treatment site, and the emission surface The second treatment site can be irradiated with the light emitted from 22. Various treatment sites on the patient's scalp or skull can be irradiated one after another in a predetermined order. In such an embodiment, the predetermined order is represented by an indicator on wearable device 500. In some such embodiments, the beam delivery device 10 interfaces with an indicator of the wearable device 500 to prevent various treatment sites from being irradiated out of a predetermined order. Includes system.
図30は、患者の脳を治療するための方法800の別の例のフロー図である。この方法800は、本明細書に記載の装着可能な装置500およびビーム送達装置10を参照しながら以下で説明される。装着可能な装置500およびビーム送達装置10の他の構成も本明細書に記載の実施例に従う方法700に対応する。 FIG. 30 is a flow diagram of another example of a method 800 for treating a patient's brain. This method 800 is described below with reference to the wearable device 500 and the beam delivery device 10 described herein. Other configurations of wearable device 500 and beam delivery device 10 also correspond to method 700 according to the embodiments described herein.
方法800は、動作ブロック810において、患者の頭皮または頭蓋骨の少なくとも1cm2の第1の領域を、第1の期間レーザ光で非侵襲的に照射することを含む。方法800はさらに、動作ブロック820において、患者の頭皮または頭蓋骨の少なくとも1cm2の第2の領域を、第2の期間レーザ光で非侵襲的に照射することを含む。第1の領域および第2の領域は重なり合わず、第1の期間および第2の期間は重なり合わない。ある実施例では、第1の領域および第2の領域の間は少なくとも10ミリメートル間隔がおかれる。ある実施例では、第1の領域は脳の第1の半球の上にあり、第2の領域は脳の第2の半球の上にある。 The method 800 includes, at operation block 810, non-invasively irradiating a first region of at least 1 cm 2 of the patient's scalp or skull with laser light for a first time period. The method 800 further includes non-invasively irradiating at least a 1 cm 2 second region of the patient's scalp or skull with the laser light for a second period of time at operation block 820. The first region and the second region do not overlap, and the first period and the second period do not overlap. In certain embodiments, there is at least a 10 millimeter gap between the first region and the second region. In one embodiment, the first region is above the first hemisphere of the brain and the second region is above the second hemisphere of the brain.
ある実施例では、方法800はさらに、テンプレートを患者の頭皮の上に置くことによって第1の領域および第2の領域を識別することを含む。このテンプレートは、第1の領域の第1のインジケータと第2の領域の第2のインジケータとを含む。たとえば、第1のインジケータはテンプレートにおいて第1の開口を含むことができ、第2のインジケータはテンプレートにおいて第2の開口を含むことができる。ある実施例では、方法800はさらに、レーザ光源を第1の位置に置いて第1の領域を非侵襲的に照射し、レーザ光源を第2の位置に移動させて第2の領域を非侵襲的に照射することを含む。 In certain embodiments, the method 800 further includes identifying the first region and the second region by placing a template on the patient's scalp. The template includes a first indicator in a first region and a second indicator in a second region. For example, the first indicator can include a first opening in the template and the second indicator can include a second opening in the template. In certain embodiments, the method 800 further places the laser light source in a first position to irradiate the first region non-invasively and moves the laser light source to the second position to non-invasively the second region. Irradiation.
ある実施例では、方法800はさらに、レーザ光に対する第1の領域の透過率を増大しかつレーザ光に対する第2の領域の透過率を増大することを含む。第1の領域の透過率を増大することは、第1の領域に圧力を加えて第1の領域を少なくとも部分的に白くすること、第1の領域を非侵襲的に照射する前に第1の領域から毛髪を除去すること、第1の領域に屈折率整合材料を与えること、または、これらの方策のうち2つ以上を組合せることを含み得る。第2の領域の透過率を増大することは、第2の領域に圧力を加えて第2の領域を少なくとも部分的に白くすること、第2の領域を非侵襲的に照射する前に第2の領域から毛髪を除去すること、第2の領域に屈折率整合材料を与えること、または、これらの方策のうち2つ以上を組合せることを含み得る。 In some embodiments, the method 800 further includes increasing the transmittance of the first region for laser light and increasing the transmittance of the second region for laser light. Increasing the transmittance of the first region may include applying pressure to the first region to at least partially whiten the first region, first irradiating the first region non-invasively. Removing the hair from the region, providing a refractive index matching material to the first region, or combining two or more of these strategies. Increasing the transmittance of the second region includes applying pressure to the second region to at least partially whiten the second region, second before irradiating the second region non-invasively. Removing the hair from the region of the substrate, providing a refractive index matching material to the second region, or combining two or more of these strategies.
図38は、本明細書に記載のある実施例に従う患者の脳を治療するための方法900の一例のフロー図である。方法900は、動作ブロック910において、脳に少なくとも1つの神経学的障害(たとえばアルツハイマー病、パーキンソン病、鬱病)または身体的外傷(たとえば虚血性脳卒中または外傷性脳損傷)がある患者であって結果としてその患者の少なくともいくつかの脳細胞の血流が減少した患者を提供することを含む。方法900はさらに、動作ブロック920において、患者の頭皮または頭蓋骨の少なくとも一部を、患者の頭蓋骨を透過する複数のパルスを含むパルス光ビームで照射することを含む。パルス光ビームは、脳細胞の生存または再生に関与する1つ以上の細胞間または細胞内生物学的プロセスをサポートする一時プロファイルを有する。たとえば、ある実施例のパルス光ビームは、頭蓋骨を貫通して膜電位を調整することによって、照射される脳細胞の、細胞生存を向上させる(たとえばニューロン生存を増す)、細胞機能を向上させる、または双方を行なうのに十分である、1パルス当たりの平均放射照度と、一時パルス幅およびデューティサイクルを含む一時プロファイルとを含む。 FIG. 38 is a flow diagram of an example method 900 for treating a patient's brain according to certain embodiments described herein. The method 900 results in operation block 910 with a patient having at least one neurological disorder (eg, Alzheimer's disease, Parkinson's disease, depression) or physical trauma (eg, ischemic stroke or traumatic brain injury) in the brain. Including providing a patient with reduced blood flow of at least some brain cells of the patient. The method 900 further includes, at operation block 920, irradiating at least a portion of the patient's scalp or skull with a pulsed light beam that includes a plurality of pulses that pass through the patient's skull. The pulsed light beam has a temporal profile that supports one or more intercellular or intracellular biological processes involved in brain cell survival or regeneration. For example, the pulsed light beam of one embodiment improves cell survival (eg, increases neuronal survival), cell function of irradiated brain cells by adjusting membrane potential through the skull, Or an average irradiance per pulse, sufficient to do both, and a temporary profile including the temporary pulse width and duty cycle.
ある実施例では、患者を提供することは、脳に少なくとも1つの神経学的障害または身体的外傷がある患者を識別することを含む。このようなある実施例では、患者を識別することは、患者とコミュニケーションを取ること、または患者の健康または経験に関する知識を有する別の人とコミュニケーションを取ること、および、この患者の脳に神経学的障害または身体的外傷があるか否か判断することを含む。他のある実施例では、患者を識別することは、患者の脳の身体的外傷の形跡について患者の身体(たとえば頭部または頭蓋骨)を検査することを含む。ある実施例におけるこの検査は、侵襲的または非侵襲的医療装置、技術またはプローブ(たとえば磁気共鳴映像装置)の使用を含む。他のある実施例では、患者を識別することは、患者の脳に神経学的障害または身体的外傷があることを示す形跡について患者の精神的能力のテストを行なうことを含む(たとえば神経学的機能基準に基づいて患者の能力を判断する)。当業者は、本明細書に記載のさまざまな実施例に従い患者を識別することができる。ある実施例では、患者を提供することは、少なくとも1つの神経学的障害または身体的外傷がある患者としての患者の過去の識別(たとえばコミュニケーション、検査、またはテスト実施)の結果に関する情報を受けることを含む。 In certain embodiments, providing a patient includes identifying a patient having at least one neurological disorder or physical trauma in the brain. In certain such embodiments, identifying the patient may be communicating with the patient, or communicating with another person with knowledge of the patient's health or experience, and neurology to the patient's brain. Including determining whether there is a physical disability or physical trauma. In certain other embodiments, identifying the patient includes examining the patient's body (eg, head or skull) for evidence of physical trauma to the patient's brain. This examination in certain embodiments includes the use of invasive or non-invasive medical devices, techniques or probes (eg, magnetic resonance imaging devices). In certain other embodiments, identifying the patient includes testing the patient's mental ability for evidence that the patient's brain has a neurological disorder or trauma (eg, neurological). Judge patient ability based on functional criteria). One of ordinary skill in the art can identify a patient according to various embodiments described herein. In some embodiments, providing the patient receives information regarding the results of the patient's past identification (eg, communication, examination, or test performance) as a patient with at least one neurological disorder or physical trauma. including.
ある実施例では、患者の頭皮または頭蓋骨の少なくとも一部をパルス光ビームで照射することは、パルス光ビームを生成し、このパルスビームを導いて患者の頭皮または頭蓋骨の少なくとも一部を照射することを含む。ある実施例のパルス光ビームは、本明細書に記載の、波長、時間平均放射照度、ビームサイズ、ビームプロファイル、広がり、一時パルス幅、デューティサイクル、繰返し率、および1パルス当たりのピーク放射照度を有する。さまざまな光送達装置を用いてパルス光ビームを生成しそのパルス光ビームを患者の頭皮または頭蓋骨に導くことができ、これは、本明細書に各々その全体を引用により援用する、米国特許第7,303,578号、6,214,035号、6,267,780号、6,273,905号、および6,290,714号、ならびに米国特許出願公開第2007/0179570号A1、2007/0179571号A1、および2005/0107851号A1に開示された装置を含むがこれに限定されない。 In some embodiments, irradiating at least a portion of the patient's scalp or skull with a pulsed light beam generates a pulsed light beam and directs the pulsed beam to irradiate at least a portion of the patient's scalp or skull. including. An example pulsed light beam has a wavelength, time average irradiance, beam size, beam profile, spread, temporal pulse width, duty cycle, repetition rate, and peak irradiance per pulse as described herein. Have. Various light delivery devices can be used to generate a pulsed light beam and direct the pulsed light beam to the patient's scalp or skull, which is hereby incorporated by reference in its entirety. , 303,578, 6,214,035, 6,267,780, 6,273,905, and 6,290,714, and US Patent Application Publication No. 2007/0179570 A1, 2007/0179571. Including, but not limited to, the apparatus disclosed in No. A1 and 2005/0108951 A1.
ある実施例では、患者の頭皮または頭蓋骨の少なくとも一部を照射することは、1つ以上(たとえば少なくとも10、2と100の間、または15と25の間)の治療部位を識別し、治療部位をパルス光ビームで連続的に照射することを含む。ある実施例では、この1つ以上の治療部位は、本明細書に記載されるように(たとえば患者によって装着され1つ以上の開口を含む装置によって、頭皮上に作られたマーキングによって、または頭皮または頭蓋骨の近くに置かれた構造によって)識別される。ある実施例では、本明細書に記載のように、各治療部位は、頭皮または頭蓋骨と接触するまたは頭皮または頭蓋骨と接触しない装置によって照射される。このようなある実施例では、頭皮の照射部分は、照射中白くされる、照射中白くされない、照射中冷却される、または照射中冷却されない。 In certain embodiments, irradiating at least a portion of the patient's scalp or skull identifies one or more treatment sites (eg, at least 10, between 2 and 100, or between 15 and 25) and treatment sites Continuous irradiation with a pulsed light beam. In certain embodiments, the one or more treatment sites are as described herein (eg, by a device worn by the patient and including one or more openings, by markings made on the scalp, or by scalp Or by a structure placed near the skull). In some embodiments, as described herein, each treatment site is irradiated by a device that contacts or does not contact the scalp or skull. In certain such embodiments, the irradiated portion of the scalp is whitened during irradiation, not whitened during irradiation, cooled during irradiation, or not cooled during irradiation.
ある実施例では、患者の頭皮を照射の前に治療に備えて整える。たとえば、ある実施例では、患者の頭皮を治療に備えて整えることは、照射される患者の頭皮の予め定められた領域から毛髪の少なくとも一部または毛髪のほとんどすべてを除去することを含む。毛髪を(たとえば頭皮の照射部分から毛髪が実質的になくなるように剃毛することによって)除去することにより、好都合に発光装置からの光を吸収する毛髪による患者の頭皮の加熱を減じる。他のこのような実施例では、照射の前に毛髪は剃らないまたは除去しない。たとえば、患者の頭皮の照射を、毛髪による光の吸収を原因とする患者の頭皮の有害な加熱を回避する波長、一時パルス幅およびデューティサイクルを有するパルス光を用いて、行なうことができる。 In one embodiment, the patient's scalp is prepared for treatment prior to irradiation. For example, in some embodiments, preparing a patient's scalp for treatment includes removing at least a portion of the hair or almost all of the hair from a predetermined area of the patient's scalp to be irradiated. By removing the hair (eg, by shaving the hair substantially away from the irradiated portion of the scalp), heating of the patient's scalp by the hair that advantageously absorbs light from the light emitting device is reduced. In other such embodiments, the hair is not shaved or removed prior to irradiation. For example, irradiation of the patient's scalp can be performed with pulsed light having a wavelength, temporary pulse width and duty cycle that avoids harmful heating of the patient's scalp due to light absorption by the hair.
ある実施例では、患者の頭皮または頭蓋骨を照射するのに使用されるパルス光ビームのパラメータは、以下のうち1つ以上を実施するように選択される。(i)少なくとも1つの身体的外傷後の脳細胞のニューロン生存を増す。(ii)脳細胞の生存または再生に関与する1つ以上の細胞間または細胞内生物学的プロセスをサポートする。または、(iii)外傷性脳損傷後照射された脳細胞の細胞生存、細胞機能または双方の向上、回復または促進のために膜電位を調整する。このような実施例の一例において、装置の出射面におけるパルス光ビームの、ビーム直径は10ミリメートルと40ミリメートルの間の範囲にあり、1パルス当たりの平均放射照度は10mW/cm2と10W/cm2の間の範囲にあり、1つ以上の波長は780ナノメートルと840ナノメートルの間の範囲にあり、一時パルス幅は0.1ミリ秒と150ミリ秒の間または0.1ミリ秒と300ミリ秒の間の範囲にある。ある実施例のデューティサイクルは、10%と30%の間の範囲とすることができる。パルス光ビームのこれらのパラメータの他の範囲を、本明細書の記載の他のさまざまな実施例に従い選択することができる。 In some embodiments, the parameters of the pulsed light beam used to irradiate the patient's scalp or skull are selected to do one or more of the following. (I) Increase neuronal survival of brain cells after at least one physical trauma. (Ii) support one or more intercellular or intracellular biological processes involved in the survival or regeneration of brain cells. Or (iii) adjusting the membrane potential to improve, recover or promote cell survival, cell function or both of irradiated brain cells after traumatic brain injury. In one example of such an embodiment, the beam diameter of the pulsed light beam at the exit face of the device is in the range between 10 and 40 millimeters, and the average irradiance per pulse is 10 mW / cm 2 and 10 W / cm. The one or more wavelengths are in the range between 780 nanometers and 840 nanometers, and the temporal pulse width is between 0.1 and 150 milliseconds or 0.1 milliseconds. It is in the range between 300 milliseconds. In some embodiments, the duty cycle can range between 10% and 30%. Other ranges for these parameters of the pulsed light beam can be selected in accordance with various other embodiments described herein.
神経学的機能スケール
神経学的機能スケールを使用して、本明細書の記載のさまざまな実施例の有効性を定量化さもなければ特徴付けることができる。神経学的機能スケールは一般的に、多数のレベルまたはポイントを使用し、各ポイントは患者の状態の1つの側面に対応する。ある患者に対するポイントの数を用いて患者の状態を定量化することができ、患者の状態の改善を、ポイントの数の変化によって表わすことができる。神経学的機能スケールの一例として、有効性の短期間測定(たとえば24時間)に使用することができる米国国立衛生研究所脳卒中スケール(NIHSS)がある。NIHSSは、7分間の身体検査、13項目スケール、および42ポイントを利用する総合的かつ客観的なスケールである。0ポイントは通常検査に対応し、42ポイント(最大)は基本的に昏睡状態に対応し、15−20ポイントを超えると、脳卒中の影響が特に重症であることを示す。NIHSSは以前は虚血性脳卒中の治療においてtPA試験のために使用されており、24時間で4ポイントの変化および3ヶ月経過時の総スコアが0または1であることは好ましい結果を示す。他の神経学的機能スケールは、修正ランキンスケール(modified Rankin Scale)(mRS)、バーセルインデックス(Barthel Index)(BI)、グラスゴーアウトカム(Glasgow Outcome)、グラスゴーコーマスケール(Glasgow Coma Scale)、カナダ神経学的スケール、およびSIS−3やSIS−16といった脳卒中影響スケールを含むがこれらに限定されない。いくつかのスケールでは、患者の状態の改善は、ポイント数の減少によって示される。たとえば、mRSは合計6ポイントであり、0は正常機能に対応し、6は死に対応する。他のスケールでは、患者の状態の改善は、ポイント数の増加によって示される。たとえば、グラスゴーアウトカムには5ポイントあり、0は死に対応し5は完全な回復に対応する。ある実施例では、神経学的機能スケールのうち2つ以上は、組合せて用いることができ、有効性の長期測定を提供することができる(たとえば3ヶ月)。
Neurological Function Scale The neurological function scale can be used to characterize or otherwise characterize the effectiveness of the various examples described herein. The neurological function scale typically uses multiple levels or points, each point corresponding to one aspect of the patient's condition. The number of points for a patient can be used to quantify the patient's condition, and an improvement in the patient's condition can be represented by a change in the number of points. An example of a neurological function scale is the National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS) that can be used for short-term measurements of efficacy (eg, 24 hours). The NIHSS is a comprehensive and objective scale that utilizes a 7 minute physical examination, a 13 item scale, and 42 points. 0 points correspond to normal examinations, 42 points (maximum) basically correspond to coma, and above 15-20 points indicate that the effects of stroke are particularly severe. NIHSS has previously been used for tPA testing in the treatment of ischemic stroke, with a change of 4 points at 24 hours and a total score of 0 or 1 at 3 months indicating favorable results. Other neurological functional scales are the modified Rankin Scale (mRS), Barthel Index (BI), Glasgow Outcome, Glasgow Coma Scale, Canadian Neurology Including, but not limited to, a genetic scale and a stroke impact scale such as SIS-3 or SIS-16. On some scales, an improvement in the patient's condition is indicated by a decrease in the number of points. For example, mRS is a total of 6 points, 0 corresponds to normal function and 6 corresponds to death. On other scales, improvement in patient status is indicated by an increase in the number of points. For example, the Glasgow outcome has 5 points, 0 corresponds to death and 5 corresponds to full recovery. In certain examples, two or more of the neurological function scales can be used in combination and can provide a long-term measure of efficacy (eg, 3 months).
脳卒中について、米国食品医薬品局(FDA)および神経学団体は、脳卒中後90日の臨床患者結果に興味を示している、有効性を測定するための最も一般的で受入れられている方法はNIHSSおよびmRSである。FDAは、神経学的機能スケールを使用できる方法については柔軟である。たとえば、mRSを、(i)スコア0−1を成功とする二分法で使用することが認められており、または(ii)これを、5ポイントスケールに沿って患者の改善を示すスケールのシフトを見て分析することができる。 For stroke, the US Food and Drug Administration (FDA) and neurological organizations have shown interest in clinical patient results 90 days after stroke, the most common and accepted method for measuring efficacy is NIHSS and mRS. The FDA is flexible as to how the neurological function scale can be used. For example, mRS is permitted to be used in a dichotomy with (i) a score 0-1 successful, or (ii) a scale shift indicating patient improvement along a 5 point scale. You can see and analyze.
本明細書に記載のある実施例では、虚血性脳卒中の兆候を示す患者は、患者の頭皮の複数の治療部位を照射することによって治療される。この照射は照射パラメータ(たとえば波長、放射照度、照射期間など)を用いて行なわれ、これらのパラメータは、患者の治療グループのメンバーに適用されたとき、少なくとも1つの神経学的機能スケールに基づく治療グループとプラセボグループ間の少なくとも2%の平均差を生じさせ、この少なくとも1つの神経学的機能スケールは、二分法または他のやり方で分析され、NIHSS、mRS、BI、グラスゴーアウトカム、グラスゴーコーマスケール、カナダ神経学的スケール、SIS−3、およびSIS−16からなる群より選択される。他のある実施例は、少なくとも1つの神経学的機能スケールに基づく治療グループとプラセボグループの間の少なくとも4%の平均差、少なくとも6%の平均差、または少なくとも10%の平均差を生じさせ、この少なくとも1つの神経学的機能スケールは、二分法または他のやり方で分析され、NIHSS、mRS、BI、グラスゴーアウトカム、グラスゴーコーマスケール、カナダ神経学的スケール、SIS−3、SIS−16からなる群より選択される。ある実施例では、患者の頭皮を照射することによって患者の状態に変化が生じる。このようなある実施例では、患者の状態の変化は、患者の状態を示すポイントの数の変化に対応する。このようなある実施例では、照射によって、神経学的機能スケールの、1ポイントの変化、2ポイントの変化、3ポイントの変化、または3ポイントを上回るポイントの変化が生じる。 In certain embodiments described herein, a patient who exhibits signs of ischemic stroke is treated by irradiating multiple treatment sites on the patient's scalp. This irradiation is performed using irradiation parameters (e.g., wavelength, irradiance, irradiation duration, etc.) that, when applied to members of the patient's treatment group, are based on at least one neurological functional scale. This produces an average difference of at least 2% between the group and the placebo group, and this at least one neurological function scale is analyzed in a dichotomous or other way, NIHSS, mRS, BI, Glasgow Outcome, Glasgow Coma Scale, Selected from the group consisting of the Canadian Neurological Scale, SIS-3, and SIS-16. Some other examples produce an average difference of at least 4%, an average difference of at least 6%, or an average difference of at least 10% between the treatment group and the placebo group based on at least one neurological function scale; The at least one neurological functional scale is analyzed in a dichotomous or other manner and comprises the group consisting of NIHSS, mRS, BI, Glasgow Outcome, Glasgow Coma Scale, Canadian Neurological Scale, SIS-3, SIS-16 More selected. In one embodiment, irradiation of the patient's scalp causes a change in the patient's condition. In some such embodiments, the change in patient condition corresponds to a change in the number of points indicative of the patient condition. In certain such embodiments, irradiation results in a 1 point change, 2 point change, 3 point change, or more than 3 point change of the neurological function scale.
人間の脳における透過
電力密度(PD)測定を行なうことにより、人間の脳組織の連続する層における、約808ナノメートルの波長を有するレーザ光の透過を求めてきた。波長(808±5)ナノメートルで最大出力約35ワットのレーザ光を、レーザ光が人間の頭蓋骨を通過した後ビームプロファイルを近似するビーム送達装置を用いて、皮質の表面に照射した。人間の脳組織の部分を通して、ピーク電力密度測定を、オーシャンオプティクス(Ocean Optics)分光光度計モデルUSB2000、シリアルナンバーG1965を用いて行ない、散乱後のビームの直径は、ソニー(Sony)のモデルDCR−IP220、シリアルナンバー132289を用いて近似した。
Transmission power density (PD) measurement in the human brain The transmission of laser light having a wavelength of about 808 nanometers has been sought through successive layers of human brain tissue. Laser light with a wavelength (808 ± 5) nanometers and a maximum output of about 35 watts was applied to the surface of the cortex using a beam delivery device that approximated the beam profile after the laser light passed through the human skull. Through a portion of human brain tissue, peak power density measurements are made using an Ocean Optics spectrophotometer model USB2000, serial number G1965, and the scattered beam diameter is measured by Sony model DCR- Approximation was made using IP220 and serial number 132289.
新しい人間の脳および脊髄標本(死後6時間以内に取得)を収集し、生理的Dakins溶液内に置いた。軟膜層、くも膜層、および脈管構造は無傷であった。脳は、中央で矢状に分割し、分割した部分を容器内に入れ、測定は、厚み4.0センチメートル(±0.5センチメートル)、2.5センチメートル(±0.3センチメートル)および1.5センチメートル(±0.2センチメートル)の場所で行なった。PD測定値は表1に示される。 New human brain and spinal cord specimens (acquired within 6 hours after death) were collected and placed in physiological Dakins solution. The buffy coat layer, the arachnoid layer, and the vasculature were intact. The brain is divided into a sagittal shape at the center, and the divided portion is put in a container. ) And 1.5 centimeters (± 0.2 centimeters). PD measurements are shown in Table 1.
図31は、入力PDが10mW/cm2のときのPDと硬膜からの深さのグラフであり、以下で説明するように、白いバーはPDの予測値に対応し、黒いバーは推定最小実用PD、7.5μW/cm2に対応する。 FIG. 31 is a graph of the depth from the dura and the PD when the input PD is 10 mW / cm 2 , as described below, the white bar corresponds to the predicted value of the PD, and the black bar is the estimated minimum It corresponds to a practical PD of 7.5 μW / cm 2 .
以前の動物実験に基づくと、脳卒中動物モデルにおける有効性を示すことができる脳の組織内の最小の既知のPDの控えめな推定値は、7.5μW/cm2である。この推定最小実用PDは、ラットの脳表面に10mWを与える実験から導き出され、7.5μW/cm2PDは、表面から1.8センチメートルで直接測定された。この脳卒中モデルは、一貫して重要な有効性をもたらし、脳卒中についてレーザプローブから1.8センチメートルを含む。この7.5μW/cm2は控えめな推定値であり、脳表面での同一の放射照度または電力密度も3センチメートルのウサギ血塊シャワーモデルにおける重要な有効性を一貫してもたらすことに注目されたい。また、人間の脳の実験における電力密度測定値が
、レーザエネルギが容易に伝達されるはずであるCNSで満たされた溝からの効果を考慮しないことにも注目されたい。しかしながら、たとえ7.5μW/cm2を最小電力密度障害として控えめに推定し、溝からの予測される伝達の利益を無視したとしても、上記の実験は、皮質上で伝達される約10−15W/cm2(男性の線量測定の例によるもの)が、脳の表面から少なくとも3.0センチメートルまで効果があることを確認する。
Based on previous animal experiments, a conservative estimate of the smallest known PD in brain tissue that can show efficacy in stroke animal models is 7.5 μW / cm 2 . This estimated minimum practical PD was derived from an experiment that applied 10 mW to the rat brain surface, and 7.5 μW / cm 2 PD was measured directly at 1.8 centimeters from the surface. This stroke model consistently provides significant effectiveness and includes 1.8 centimeters from the laser probe for stroke. Note that this 7.5 μW / cm 2 is a conservative estimate, and the same irradiance or power density at the brain surface consistently provides significant efficacy in the 3 centimeter rabbit clot shower model. . It should also be noted that power density measurements in human brain experiments do not take into account the effects from CNS filled grooves where laser energy should be easily transmitted. However, even if we conservatively estimate 7.5 μW / cm 2 as the minimum power density disturbance and neglect the expected transmission benefit from the groove, the above experiment shows that about 10-15 W transmitted over the cortex Confirm that / cm 2 (according to the male dosimetry example) is effective at least 3.0 centimeters from the surface of the brain.
インビボ熱測定
インビボ熱測定を行なって、生きている組織における、波長およそ808ナノメートルのレーザ光の加熱効果を求めた。808ナノメートル光のGaAlAsレーザ光源を、生きているウサギおよびラットの頭部の皮膚に直接接触するように置いた。レーザ光源は、ビーム直径が2.5−4.0ミリメートル(1/e2)のほぼガウスビームプロファイルを有していた。熱電対プローブ(ニュージャージー州クリフトン(Clifton)のフィジテンプインスツルメント社(Physitemp Instruments Inc.)からのモデルBat−12)を、皮下組織の中で硬膜の下に置き、測定値を、さまざまな放射照度または電力密度で記録した。これらの測定値の結果は表2に示される。
In Vivo Thermal Measurement In vivo thermal measurement was performed to determine the heating effect of laser light with a wavelength of approximately 808 nanometers in living tissue. A 808 nanometer GaAlAs laser source was placed in direct contact with the skin of the heads of living rabbits and rats. The laser source had an approximately Gaussian beam profile with a beam diameter of 2.5-4.0 millimeters (1 / e 2 ). A thermocouple probe (Model Bat-12 from Physitemp Instruments Inc., Clifton, NJ) was placed under the dura mater in the subcutaneous tissue and measurements were taken on various Recorded by irradiance or power density. The results of these measurements are shown in Table 2.
治療エネルギ密度の4倍で硬膜下領域に最小加熱(たとえば0.5℃未満)が生じる。皮質内で生じ得る加熱を最小にする生きている組織の「ヒートシンク」効果は、人間の方がラットまたはウサギよりはるかに大きい。なぜなら、ヒートシンクおよび血流体積がはるかに大きいからであり、これはさらに、脳卒中の領域における加熱の望ましくない効果を制限する。したがって、本明細書に記載のある実施例では、エネルギの治療投与量を、硬膜の望ましくない加熱を生じさせずに脳卒中の領域に送達する。 Minimal heating (eg, less than 0.5 ° C.) occurs in the subdural region at 4 times the treatment energy density. The “heat sink” effect of living tissue that minimizes the heating that can occur in the cortex is much greater in humans than in rats or rabbits. This is because the heat sink and blood flow volume are much larger, which further limits the undesirable effects of heating in the stroke area. Thus, in certain embodiments described herein, a therapeutic dose of energy is delivered to the stroke area without causing unwanted heating of the dura mater.
光線療法の例1
光線療法の一例(本明細書にその全体を引用により援用する、Lampl Y, Zivin JA, Fisher M, Lew R. Welin L, Dahlof B, Borenstein P, Andersson B, Perez l, Caparo C, Ilic S, Oron U.、「虚血性脳卒中の赤外線レーザ療法:新たな治療戦略:NeuroThera Effectiveness and Safety Trial-1(NEST−1)の結果(Infrared laser therapy for ischemic stroke: a new treatment strategy: Results of the NeuroThera Effectiveness and Safety Trial-1 (NEST-1))」、Stroke. 2007;38:1843-1849)は、小さなランダム化され制御された試験における脳卒中発症から24時間以内の虚血性脳卒中の40から85才の人間の治療についての経頭蓋光線療法(TLT)の安全性および有効性を示している。NeuroTheraレーザシステム(NeuroThera Laser System)治療の方策は、赤外線レーザ技術の利用を含み、虚血性脳卒中の動物モデルにおける重要かつ持続する有益な効果を示してきた。
Phototherapy example 1
An example of phototherapy (Lampl Y, Zivin JA, Fisher M, Lew R. Welin L, Dahlof B, Borenstein P, Andersson B, Perez l, Caparo C, Ilic S, which is hereby incorporated by reference in its entirety. Oron U., “Infrared laser therapy for ischemic stroke: Results of the NeuroThera Effectiveness: NeuroThera Effectiveness and Safety Trial-1 (NEST-1) and Stroke. 2007; 38: 1843-1849) are 40 to 85 years of ischemic stroke within 24 hours of stroke onset in a small randomized controlled trial. It shows the safety and efficacy of transcranial phototherapy (TLT) for human treatment. NeuroThera Laser System treatment strategies have included the use of infrared laser technology and have shown significant and sustained beneficial effects in animal models of ischemic stroke.
このNEST−1研究で使用されたNeuroTheraレーザシステム(NTS)は、光生物刺激を含む赤外線レーザ技術を利用した。インビトロおよびインビボ双方における赤外線レーザ療法の光生物刺激効果を記録した文献は多数あり今も増えつつある。赤外線レーザ療法の生物学的効果は、波長に限定され、熱効果に起因しない。この電磁スペクトルの領域のエネルギは、非電離であり、したがって、UV光に関連するハザードは何もない。特定の赤外線波長の照射は、脳の深くに浸透できることが証明されてきた。この形態の療法は、身体を貫通し光感受性薬物を活性化する光エネルギの使用を含む光力学療法とは区別される。 The NeuroThera laser system (NTS) used in this NEST-1 study utilized infrared laser technology including photobiological stimulation. There are many documents that document the photobiological stimulation effects of infrared laser therapy both in vitro and in vivo. The biological effect of infrared laser therapy is limited to the wavelength and not due to thermal effects. The energy in this region of the electromagnetic spectrum is non-ionizing and therefore there is no hazard associated with UV light. It has been demonstrated that irradiation with specific infrared wavelengths can penetrate deep into the brain. This form of therapy is distinct from photodynamic therapy, which involves the use of light energy to penetrate the body and activate photosensitive drugs.
光生物刺激は、ミトコンドリア内部でのエネルギ吸収後の増大したアデノシン三リン酸(ATP)形成を含む。対象とするスペクトル領域のエネルギを吸収する化合物は、発色団として知られている。光生物刺激に関する主要なミトコンドリア発色団がシトクロムcオキシダーゼであることを示す証拠がある。この酵素複合体は、2つの銅中心、CuAおよびCuBを含む。NTS波長についてのこの主要な発色団は、酸化した形で約830nmの広い吸収ピークを有するCuA中心にある。NTSは808nmのエネルギを送達し、これは吸収ピーク内にあり、非侵襲的に脳の中に浸透することができる。シトクロムcオキシダーゼは、細胞呼吸鎖内の終末酵素であり、内側のミトコンドリア膜の中にある。これは、プロトンを内側の膜で送達しそれによって酸化的リン酸化によるATPの形成を駆動することにより、真核細胞の生体エネルギ学において中心的な役割を果たす。増大したATP形成を得ることに加え、光生物刺激は、2次的な細胞シグナリング経路を開始し得る。全体的な結果は、エネルギ代謝の改善、細胞生存能力の向上であり、虚血周辺部におけるアポトーシスの防止および神経回復メカニズムの向上も含み得る。 Photobiological stimulation involves increased adenosine triphosphate (ATP) formation after energy absorption within mitochondria. Compounds that absorb energy in the spectral region of interest are known as chromophores. There is evidence to show that the major mitochondrial chromophore for photobiological stimulation is cytochrome c oxidase. This enzyme complex contains two copper centers, Cu A and Cu B. This major chromophore for the NTS wavelength is in the Cu A center with a broad absorption peak at about 830 nm in oxidized form. NTS delivers 808 nm energy, which is within the absorption peak and can penetrate non-invasively into the brain. Cytochrome c oxidase is a terminal enzyme in the cellular respiratory chain, located in the inner mitochondrial membrane. This plays a central role in eukaryotic bioenergetics by delivering protons at the inner membrane and thereby driving the formation of ATP by oxidative phosphorylation. In addition to obtaining increased ATP formation, photobiological stimulation can initiate secondary cellular signaling pathways. The overall result is improved energy metabolism, increased cell viability, and may also include prevention of apoptosis in the periphery of ischemia and improved nerve recovery mechanisms.
インビボ研究は、赤外線レーザ療法が、急性心筋梗塞、急性虚血性脳卒中、末梢神経損傷および脊髄損傷の治療に有益となり得ることを示している。過去の研究は、2つの異なる動物モデルで、ニュージーランドウサギ(ウサギの小さな血塊塞栓脳卒中モデル[RSCEM])およびSprague-Dawleyラット(永続中大動脈閉塞)における、実験的虚血性脳卒中治療結果に対する、赤外線療法のプラスの影響を、示している。ラプチャック(Lapchak)は、RSCEMの脳卒中発症後6時間でのレーザ治療が、行動能力を改善し、塞栓後21日で測定された永続的効果を生み出すことを、示している。デ・タボアダ(De Taboada)およびオロン(Oron)も、永続中大脳動脈閉塞における脳卒中発症後24時間までのレーザ治療が、擬似制御グループと比較して、脳卒中後14、21および28日において明らかな、神経学的欠陥の大幅な改善を示すことを、示している。現在、脳卒中の赤外線レーザ療法の想定されるメカニズムは、ミトコンドリアの刺激を含み、これは、その後の、虚血周辺部の組織の保存および向上した神経回復に繋がる。正確な機構経路はまだ解明されていない。 In vivo studies have shown that infrared laser therapy can be beneficial in the treatment of acute myocardial infarction, acute ischemic stroke, peripheral nerve injury and spinal cord injury. Previous studies have shown that infrared therapy for experimental ischemic stroke treatment results in New Zealand rabbits (rabbit small clot embolization stroke model [RSCEM]) and Sprague-Dawley rats (permanent middle aortic occlusion) in two different animal models. Shows the positive impact of. Lapchak shows that RSCEM laser treatment 6 hours after stroke onset improves behavioral performance and produces a permanent effect measured 21 days after embolization. De Taboada and Oron also show that laser treatment up to 24 hours after stroke onset in permanent middle cerebral artery occlusion is evident at 14, 21 and 28 days after stroke compared to the sham control group Show, showing a significant improvement in neurological deficits. Currently, the assumed mechanism of infrared laser therapy for stroke involves mitochondrial stimulation, which leads to subsequent preservation of tissue around the ischemia and improved nerve recovery. The exact mechanistic pathway has not yet been elucidated.
研究設計
NEST−1は、3つの国、イスラエル、ペルーおよびスウェーデンの、6つの医療センターで行なわれた、将来的、多角的、国際的、二重盲式で、ランダム化され、擬似(プラセボ)制御された、試験であった。この研究は、虚血性脳卒中発症後24時間以内の患者の治療のための赤外線波長レーザ療法の初期安全性および有効性を調べた。
Study Design NEST-1 is a future, multifaceted, international, double-blind, randomized, simulated (placebo) conducted in six medical centers in three countries, Israel, Peru and Sweden. It was a controlled trial. This study examined the initial safety and efficacy of infrared wavelength laser therapy for the treatment of patients within 24 hours after the onset of ischemic stroke.
この研究は、FDA/ICHのGood Clinical Practiceガイドラインおよび適用可能なその土地の規制要件に従って行なわれた。調査員は、この研究が、ヘルシンキ宣言の1983年の改定に、または、患者に対してより多くの保護を与える研究が行なわれた国の人間の患者を含む生物医学調査における法律および現在の規則に、完全に従って行なわれたことを保証することが要求された。患者およびヘルスケア提供者にについてのプロトコルおよび情報は、各センターの倫理委員会または施設ない倫理委員会によって認可された。その国に特定される独立したデータモニタ委員会が、研究全体を通して安全性の見直しを行なった。 This study was conducted in accordance with FDA / ICH Good Clinical Practice guidelines and applicable local regulatory requirements. Investigators have found that this study is in line with the 1983 revision of the Declaration of Helsinki, or the laws and current rules in biomedical research involving human patients in countries where research has been conducted that gives patients more protection To guarantee that it was done in full compliance. Protocols and information about patients and healthcare providers were approved by each center's ethics committee or institutional ethics committee. An independent data monitoring committee specific to the country reviewed safety throughout the study.
適格な患者の条件は、40から85才の間であること、かなりの神経学的欠損を生じさせる虚血性脳卒中と臨床診断されていること(脳卒中発症から24時間以内)(総NIHSSスコアが医療センター入院時に7から22)、および、脳卒中発症から24時間以内にNTS治療が開始されたことであった。患者または保護法的代理人は、研究に登録される前にインフォームドコンセントを書面で記した。 Eligible patients must be between 40 and 85 years of age and clinically diagnosed with ischemic stroke (within 24 hours of stroke onset) resulting in significant neurological deficits (total NIHSS score is medical) NTS treatment was started at the time of hospital admission from 7 to 22) and within 24 hours from the onset of stroke. The patient or probable legal representative wrote the informed consent in writing before enrolling in the study.
除外基準
患者は以下に該当する場合は除外された。CTスキャン上に頭蓋内、硬膜下、もしくはくも膜下出血の形跡があった場合、または、たとえ初回のCTスキャンが正常であったとしても、くも膜下出血を示唆する臨床所見があった場合;患者が急性虚血性脳卒中の治療のための組織プラスミノーゲン活性化因子の静脈もしくは動脈内投与または他の血栓溶解療法の対象であり組織プラスミノーゲン活性化因子の投与また他の血栓溶解療法が適用されていた場合;患者が脳卒中発症時に発作を起こしていた場合;血清グルコースが>400mg/dL(22mmol/L)または<40mg/dL(2.2mmol/L)の場合;血圧降下のための治療または積極的治療の必要時に患者が持続性高血圧であった場合(ベースライン期間中30分間隔の2つの測定値による収縮期血圧>185mmHgまたは拡張期血圧>110mmHgとして定められる);持続性低血圧であった場合(収縮期血圧<80mmHgまたは拡張期血圧<50mmHgとして定められる);推定敗血性塞栓であった場合;患者に遺伝性または後天性出血性素因があることがわかっていた場合、(たとえば、通常より長い活性部分トロンギプラスチン時間またはプロトロンビン時間、未対応凝固因子欠乏またはプロトロンビン時間が通常よりも長い経口抗凝固剤療法);赤外線エネルギ照射のために選択された部位において患者に皮膚症状(すなわち血管腫、強皮症、乾癬、発疹または開放創)があった場合;患者が過去において直前4週間以内に別の治験用薬剤または装置の試験に登録されたまたは参加していた場合;スクリーニング訪問前14日以内に新たな投薬が開始された場合;独立機能に関する患者の能力の評価を妨げるであろう重度の知能欠損、重度の神経学的欠損または障害(認知症、多発梗塞性認知症、進行多発性硬化症)が患者に見られた場合;活動性の重度の感染症、肺炎、肺動脈塞栓、または消化管出血といった、調査員の見解では重症または命にかかわると考えられる脳卒中以外の障害の形跡があった場合;患者に妊娠の可能性があった場合;患者が昏睡状態または意識が瀕死のレベルであった場合;または、患者がこの研究に参加するのに医学的に不適格であると調査員が判断した場合、である。
Exclusion criteria Patients were excluded if the following were true: If there is evidence of intracranial, subdural, or subarachnoid hemorrhage on the CT scan, or clinical findings suggesting subarachnoid hemorrhage even though the initial CT scan was normal; The patient is subject to intravenous or intraarterial administration of tissue plasminogen activator or other thrombolytic therapy for the treatment of acute ischemic stroke and administration of tissue plasminogen activator or other thrombolytic therapy If applied; if the patient had a stroke at the onset of stroke; if serum glucose was> 400 mg / dL (22 mmol / L) or <40 mg / dL (2.2 mmol / L); If the patient had persistent hypertension when necessitating treatment or active treatment (systolic blood pressure> 18 at two 30 minute intervals during the baseline period) if defined as mmHg or diastolic blood pressure> 110 mmHg); if sustained hypotension (defined as systolic blood pressure <80 mmHg or diastolic blood pressure <50 mmHg); if estimated septic embolism; Or, if known to have an acquired hemorrhagic predisposition (eg, oral anticoagulant therapy with longer active partial thromboplastin time or prothrombin time than usual, unsupported clotting factor deficiency or prothrombin time longer than usual) ); If the patient has skin symptoms (ie hemangiomas, scleroderma, psoriasis, rash or open wound) at the site selected for infrared energy irradiation; the patient has had another trial in the past 4 weeks in the past If enrolled or participated in a drug or device study; 14 days prior to screening visit New medications are initiated; severe intellectual deficits, severe neurological deficits or disorders (dementia, multiple infarcted dementia, progressive multiple sclerosis) that may interfere with the patient's assessment of independent function Symptom) in the patient; there was evidence of a non-stroke disorder that was considered severe or life-threatening in the investigator's view, such as active severe infection, pneumonia, pulmonary embolism, or gastrointestinal bleeding If the patient is likely to become pregnant; if the patient is comatose or conscious at a level of dying; or investigator indicates that the patient is medically ineligible to participate in the study Is determined.
研究グループ、評価基準、およびベースライン要素
すべての患者に、急性虚血性脳卒中のための標準的な医学的管理療法を適用した。加えて、彼らはすべて同一のNTS処置を受けた。NeuroTheraレーザシステム内で予めプログラムされたランダム化コードが、治療が積極的治療か擬似(プラセボ)治療かを決定した。患者も臨床医にも治療具は見えないようにされた。米国国立衛生研究所脳卒中スケール(NIHSS)は、研究に登録するためのスクリーニング時と、再度、治療グループへのランダム化の直前に、評価された。結果指標(NIHSS、修正ランキンスケール[mRS]、バーセルインデックス、およびグラスゴーアウトカムスケール)は、30、60、および90日に求めた。神経学的スコアおよび臨床データは、訓練された調査員の訪問の度に、標準的な症例報告書によって収集された。
Study Group, Evaluation Criteria, and Baseline Elements All patients received standard medical management therapy for acute ischemic stroke. In addition, they all received the same NTS treatment. A pre-programmed randomized code in the NeuroThera laser system determined whether the treatment was an active treatment or a pseudo (placebo) treatment. The treatment tool was made invisible to patients and clinicians. The National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS) was evaluated at screening to enroll in the study and again, just prior to randomization to the treatment group. Outcome indicators (NIHSS, modified Rankine scale [mRS], Barcel index, and Glasgow outcome scale) were determined at 30, 60, and 90 days. Neurological scores and clinical data were collected with a standard case report at each visit of a trained investigator.
患者の統計、治療する時間、病歴、バイタルサイン、および所定の検査値を含むベースライン要素が収集された。要素には、年齢、性別、脳卒中発症から病院到着までの時間、脳卒中発症から治療までの時間、および全病歴も含まれた。 Baseline elements were collected including patient statistics, time to treat, medical history, vital signs, and predetermined laboratory values. Factors included age, sex, time from stroke onset to hospital, time from stroke onset to treatment, and overall medical history.
NTS処置終了後、患者は、以下のうち1つが生じるまで研究フォローアップ段階に入った。すなわち、患者が研究参加を中止すると決定した場合、スポンサーもしくは倫理委員会/適用規制機関が研究を終了させた場合、調査員が患者もしくは部位の研究参加を打切ると決定した場合、または患者がそれまでに90±10日間研究に参加していた場合である。 After completion of NTS treatment, the patient entered the study follow-up phase until one of the following occurred: That is, if the patient decides to cease study participation, the sponsor or ethics committee / applicable regulatory body terminates the study, the investigator decides to cease study participation in the patient or site, or the patient This is the case where you have participated in the study for 90 ± 10 days.
NTS治療装置
NEST−1研究で使用されたNTSは、急性虚血性脳卒中と診断された患者に対して非侵襲的経頭蓋レーザ治療を行なうことを意図した治験用装置であった。808nmというレーザ波長は、電磁スペクトルの近赤外部分であり裸眼で見えない。この近赤外スペクトルのエネルギは非電離であり電離放射線の危険性とは関係がない。NEST−1で使用されたNTS装置は、クラスIVレーザシステムを含み、エネルギを、光ファイバケーブルを介し、訓練されたオペレータによって患者の剃毛された頭部の上に置かれた手持ち式プローブに送達する。この装置は携帯型であり携帯型超音波機器と大きさは同様である。
NTS Therapy Device The NTS used in the NEST-1 study was an investigational device intended to provide non-invasive transcranial laser therapy for patients diagnosed with acute ischemic stroke. The laser wavelength of 808 nm is the near infrared part of the electromagnetic spectrum and is not visible to the naked eye. The energy in this near-infrared spectrum is non-ionizing and has nothing to do with the danger of ionizing radiation. The NTS device used in NEST-1 includes a class IV laser system that transfers energy to a hand-held probe placed over the shaved head of the patient by a trained operator via a fiber optic cable. Deliver. This device is portable and is similar in size to portable ultrasound equipment.
NTSはフォトセラ社(PhotoThera, Inc.)によって製造される。NEST−1研究のために定められた完全な治療計画は、患者の頭皮から毛髪を除去し、次に頭皮上の20の予め定められた場所で各部位について2分間NTSを適用する(積極的治療または擬似/制御治療)ことを含んでいた。この予め定められた部位は、患者の頭部上に置かれたキャップによって識別される。このシステムは、脳卒中の場所にかかわらず、皮質の全表面上に約1ジュール/cm2のエネルギを送るように設計されている。擬似処置は、装置から患者にレーザエネルギが送られないことを除き、積極的処置と同一である。 NTS is manufactured by PhotoThera, Inc. The complete treatment plan established for the NEST-1 study removes hair from the patient's scalp and then applies NTS for 2 minutes at each of the 20 predetermined locations on the scalp (actively Treatment or sham / control treatment). This predetermined site is identified by a cap placed on the patient's head. This system is designed to deliver about 1 Joule / cm 2 of energy over the entire surface of the cortex, regardless of the location of the stroke. The sham procedure is identical to the active procedure except that no laser energy is delivered from the device to the patient.
技術およびリスク評価分析の現在の知識に基づくと、NTS治療における最も重要な既知の危険は、ビームが目の水晶体を通して入り網膜に達した場合の網膜損傷の可能性である。可能性のある他の危険は、皮膚が焼けることおよび頭部の剃毛により頭皮に傷が付くことである。皮膚は、装置が意図したとおりに使用されない場合に焼ける可能性がある(たとえば同一場所での治療が繰返された場合)。 Based on current knowledge of technology and risk assessment analysis, the most important known danger in NTS treatment is the possibility of retinal damage when the beam enters the eye lens and reaches the retina. Another possible danger is that the skin is burned and the scalp is scratched by shaving the head. The skin can burn if the device is not used as intended (eg, repeated treatments at the same location).
統計的方法
有効性についての結果は、包括解析に基づいて報告され、双方にランダム化された120人の患者すべてを含む。安全性についての結果は、これも治療を受けたすべての患者をも含む同じ120人の患者に基づいていた。
Statistical Methods Effectiveness results are reported based on a global analysis and include all 120 patients randomized on both sides. The safety results were based on the same 120 patients, including all patients who were also treated.
患者は、ベースライン、ベースライン後30、60、および90日で、評価された。分析は概ね90日の評価を中心とする。NIHSSは、先を見越して識別された一次的な結果で、mRS、グラスゴーアウトカムスケールおよびバーセルインデックススコアは、二次的な結果であった。 Patients were evaluated at baseline, 30, 60, and 90 days after baseline. The analysis mainly focuses on 90-day evaluation. NIHSS was the primary outcome that was proactively identified and the mRS, Glasgow Outcome Scale and Barcel Index score were secondary outcomes.
NIHSSスコアのベースライン値のカテゴリおよび脳卒中発症から治療までの時間のカテゴリは、階層または共変量として分析に組込まれた。3つのNIHSS階層は、7−10、11−15、および16−22であった。脳卒中発症から治療までの時間についてのカテゴリは、「12時間未満」および「12−24時間」であった、NIHSSスケールは間隔スケールではない。したがって、NIHSSスコアのカテゴリを使用して潜在的な不均一性を取除いた。 The baseline value category of NIHSS score and the time from stroke onset to treatment were included in the analysis as a hierarchy or covariate. The three NIHSS hierarchies were 7-10, 11-15, and 16-22. Categories for time from stroke onset to treatment were “less than 12 hours” and “12-24 hours”, the NIHSS scale is not an interval scale. Therefore, NIHSS score categories were used to remove potential inhomogeneities.
NIHSS結果は、2値結果、bNIHに分解され、「成功」は次の2つのうちいずれかで生じる可能性があった、すなわち、90日のNIHSSスコア0−1、または、ベースラインから90日で9以上のポイントのスコア減少(変化)である。 The NIHSS result was broken down into a binary result, bNIH, and “success” could occur in either of the following two ways: 90 days NIHSS score 0-1 or 90 days from baseline It is a score decrease (change) of 9 or more points.
mRSの90日の結果には2つの形態がある。7カテゴリ順序変数形態は、0−6のmRSスケール(全mRS)に基づきスコアの分布全体を通して分析され、2値mRSは0−2のスコアをプラス(成功)とし3−6のスコアをマイナス(失敗)とする。 There are two forms of 90-day results for mRS. The 7-category ordered variable form is analyzed throughout the distribution of scores based on the 0-6 mRS scale (total mRS), and the binary mRS has a score of 0-2 plus (success) and a score of 3-6 minus ( Failure).
全mRS(「ランキンにおけるシフト」)、2値mRSおよびbNIH結果は、分類されたコクランマンテルヘンツェル(Cochran-Mantel-Haentsel)(CMH)検定すなわちgファンエルテレン(van Elteren)検定を用いてテストされた。このテストは、修正リジット(ridit)スコアを使用し、したがって2サンプルウィルコクスン(Wilcoxon)検定の直接的な拡張である。bNIHおよび2値mRS結果について、ロジスティック回帰分析を用いて共変量の効果および部位のランダム効果を調査し、特に、これらの要素を追加することによってどのように治療効果の推定が変化したかを評価した。 Total mRS (“shift in Rankin”), binary mRS and bNIH results were tested using the classified Cochran-Mantel-Haentsel (CMH) test or g van Elteren test It was done. This test uses a modified ridit score and is therefore a direct extension of the two-sample Wilcoxon test. For bNIH and binary mRS results, use logistic regression analysis to investigate the effects of covariates and site random effects, especially evaluating how adding these factors changed the estimation of treatment effect did.
分析は、SASバージョン9において、PROC FREQを用いて行なわれてファンエルテレンCMH検定についての結果を得るとともに、PROC GENMODおよびPROC LOGISICを用いて行なわれてロジスティック回帰分析の結果を得た。このときランダム効果としてメディカルセンターの有無があった。患者数オッズ比はPROC GENMODから得られた。 The analysis was performed in SAS version 9 using PROC FREQ to obtain results for the Van Erteren CMH test, and was performed using PROC GENMOD and PROC LOGISIC to obtain the results of logistic regression analysis. At this time, there was a medical center as a random effect. Patient number odds ratios were obtained from PROC GENMOD.
この研究は、FDA/ICH E8臨床試験の全体的な考察についてのガイダンス(FDA/ICH E8 Guidance on General Considerations for Clinical Trials)およびFDA/ICH E9臨床試験の統計学的原理についてのガイダンス(FDA/ICH E9 Guidance on Statistical Principles for Clinical Trials)の意味で、確認試験というよりは探索的試験であった。一次的な安全性および有効性の結果指標およびそれらの分析は先を見越して識別された。複数の二次的で探索的な調査分析は、プロトコルにおいて定められ、または研究の終了後非盲検で設計および実施された。複数の比較について修正は行なわれなかった。 This study includes guidance on the overall consideration of the FDA / ICH E8 clinical trial (FDA / ICH E8 Guidance on General Considerations for Clinical Trials) and on the statistical principles of the FDA / ICH E9 clinical trial (FDA / ICH E9 Guidance on Statistical Principles for Clinical Trials), it was an exploratory study rather than a confirmatory study. Primary safety and efficacy outcome measures and their analysis were proactively identified. Multiple secondary and exploratory survey analyzes were defined in the protocol or designed and performed in an open-label after the end of the study. No corrections were made for multiple comparisons.
この研究は、任意の人種背景を持つ、40歳と85歳の間の、発症後24時間以内の急性虚血性脳卒中と診断され、書面でインフォームドコンセントを提供した、122人の適格な大人の患者を登録した。2人の患者がランダム化の前に辞退したためどの分析にも含まれておらず、有効性分析には残りの120人の患者が残った。この120人の患者のうち、79人が積極的治療グループにランダム化され、41人が擬似制御グループにランダム化された。図32は、この研究における患者の構成を示す。フォロアアップなしの患者は1人のみであった(0.8%)。ベースライン特性において大きな相違は見られなかった(表3参照、ベースライン患者統計およびその他のベースライン特性)。研究データは、各国の独立データモニタ委員会によって見直され、装置に関する深刻な悪影響は報告されなかった。 This study involved 122 eligible adults who were diagnosed with acute ischemic stroke between 40 and 85 years of age within 24 hours of onset and provided written informed consent with any racial background Of patients were enrolled. 2 patients are not included in any analysis for declined prior to randomization, leaving the remaining 120 patients the efficacy analysis. Of the 120 patients, 79 were randomized to the active treatment group and 41 were randomized to the sham control group. FIG. 32 shows the patient composition in this study. There was only one patient without follow-up (0.8%). There were no significant differences in baseline characteristics (see Table 3, baseline patient statistics and other baseline characteristics). Research data were reviewed by independent data monitoring committees in each country and no serious adverse effects on the device were reported.
有効性分析
積極的治療を受けプラスのbNIH結果を得た患者の割合は70%であり、これは擬似制御治療を受けプラスのbNHH結果を得た患者の割合よりも高かった(51%;CMH検定、P=0.035、重症度および脳卒中発症から治療までの時間によって分類;P=0.048、重症度のみによって分類)。CMS分析に関し階層の他の選択肢についても治療効果は重要であった。ロジスティック回帰分析は、結果が、固定された共変量(たとえば年齢、性別、治療までの時間、ベースライン重症度、過去の脳卒中)および医療部位のランダム効果双方について、制御することを確認した。ベースライン重症度についてのみ制御すると、ロジスティック回帰は、1.40の治療を支持する患者数オッズ比を与えた(95%CI、1.01−1.93)。治療された79人の患者の中で、38%が、最終NIHSSスコア0−1および≧9ポイントの改善双方を得、20%が、≧9ポイントの改善のみであり、11%が、最終スコア0−1であるが≧9の改善はなく、30%はどの結果も得られなかった。41人の制御グループ患者の中で、対応する比率は、29%、7%、15%および49%であった。
Efficacy analysis The proportion of patients who received positive treatment and obtained positive bNIH results was 70%, which was higher than the proportion of patients who received sham-controlled treatment and obtained positive bNHH results (51%; CMH Test, P = 0.035, classified by severity and time from stroke onset to treatment; P = 0.048, classified by severity only). The therapeutic effect was also important for other options in the hierarchy for CMS analysis. Logistic regression analysis confirmed that the results controlled for both fixed covariates (eg, age, gender, time to treatment, baseline severity, past stroke) and random effects at the medical site. Controlling only for baseline severity, logistic regression gave a number-of-patient odds ratio in favor of 1.40 treatment (95% CI, 1.01-1.93). Of the 79 patients treated, 38% achieved both a final NIHSS score of 0-1 and an improvement of ≧ 9 points, 20% had only an improvement of ≧ 9 points, and 11% had a final score 0-1 but no improvement of ≧ 9, 30% did not give any results. Among the 41 control group patients, the corresponding ratios were 29%, 7%, 15% and 49%.
治療グループ間の平均NIHSSスコアの相違は治療後すぐに現われ、90日の研究期間を通して明らかであった。図33は、各治療グループについて時間の経過と平均NIHSSを示す。積極的治療グループの患者は、擬似制御グループと比較して、ベースラインから90日までにおいてNIHSSスコアの変化に大きな改善が見られた(P=0.021、治療までの時間で分類したCMH検定)。 Differences in mean NIHSS scores between treatment groups appeared immediately after treatment and were evident throughout the 90 day study period. FIG. 33 shows the time course and average NIHSS for each treatment group. Patients in the active treatment group showed a significant improvement in NIHSS score change from baseline to 90 days compared to the sham control group (P = 0.021, CMH test categorized by time to treatment) ).
2値mRS結果(0−2対3−6)についても、同様の有意パターンが見られた。積極的治療を受けプラスの2値mRS結果を得た患者の割合は60%であり、これは、擬似制御治療を受けプラスの2値mRS結果を受けたものよりも高い(44%;CMH検定、P=0.034、重症度および治療までの時間で分類;P=0.043、重症度のみで分類)。階層のないCMH検定のみ有意でなかった(P<0.11λ2検定)。プラスの結果の割合は、ベースライン重症度の階層において大きく異なる。ベースライン重症度についてのみ制御すると、ロジスティック回帰は、2値mRS結果について、1.38の治療を支持する患者数オッズ比を与えた(95%CI、1.03−1.83)。 The same significant pattern was seen also about the binary mRS result (0-2 vs. 3-6). The percentage of patients who received positive treatment and received positive binary mRS results was 60%, which is higher than those who received sham controlled treatment and received positive binary mRS results (44%; CMH test) , P = 0.034, classified by severity and time to treatment; P = 0.043, classified only by severity). Only the CMH test without hierarchy was not significant (P <0.11λ 2 test). The percentage of positive outcomes varies greatly in the baseline severity hierarchy. Controlling only for baseline severity, logistic regression gave a number of patient odds ratio favoring treatment of 1.38 for binary mRS results (95% CI, 1.03-1.83).
擬似治療と比較したときの、90日での総mRSのスコアに関する、または、0−6のmRSスケールでのスコアの全分布について分析された最終評価に関する、NTSの効果は、重要であった。(1)ベースラインNIHSSスコアおよび治療までの時間(P=0.020)および(2)ベースラインNIHSSスコアのみ(P=0.026、表4参照)のカテゴリで分類されたコクランマンテルヘンツェルノンパラメトリックランクテストが使用された。 The effect of NTS on the total mRS score at 90 days or on the final assessment analyzed for the total distribution of scores on the 0-6 mRS scale when compared to sham treatment was significant. Cochrane Mantel Henzernon parametric classified in the categories of (1) Baseline NIHSS score and time to treatment (P = 0.020) and (2) Baseline NIHSS score only (P = 0.026, see Table 4) A rank test was used.
図34は、各治療グループについて時間の経過と平均nRSを示す。ベースライン重症度によって分類すると、3つの結果について同様の結果が見られた(bNIH、2値mRS、および総mRS)。3つの結果はすべて有意レベルを有していた<0.05(表5参照、ファンエルテレンCMH検定について両側有意レベル)。治療までの時間についても制御すると(0−12時間対12−24時間)、有意性はほとんどなかった。しかしながら、より大きな標本サイズの試験では、治療までの時間は、結果とより大きな繋がりがあると予想されるであろう。 FIG. 34 shows the time course and average nRS for each treatment group. When classified by baseline severity, similar results were seen for the three outcomes (bNIH, binary mRS, and total mRS). All three results had significance levels <0.05 (see Table 5, two-sided significance levels for the Van Erteren CMH test). When the time to treatment was also controlled (0-12 hours vs. 12-24 hours), there was little significance. However, in larger sample size trials, time to treatment would be expected to have a greater connection to results.
グラスゴーアウトカムスケールおよびバーセルインデックスを用いた分析の結果は、NIHSSおよびmRSの場合と同様である。積極的治療を受けた患者は、擬似制御治療を受けた患者よりも、ベースラインNIHSSスコアおよび治療までの時間で分類された、グラスゴーアウトカムスケール(CMHテストP=0.056)およびバーセルインデックススケール(CMHテストP=0.035)で測定した場合、良い結果を得た。 The results of analysis using the Glasgow Outcome Scale and Barcel Index are similar to those for NIHSS and mRS. Patients who received active treatment were categorized by baseline NIHSS score and time to treatment than those who received sham controlled treatment, Glasgow Outcome Scale (CMH Test P = 0.056) and Barcel Index Scale ( Good results were obtained when measured with CMH test P = 0.035).
ロジスティック回帰分析は、治療に関するロジスティック回帰係数に対する共変量調整のごく僅かな効果を示した。表6の結果は、2つの2値結果および3つの異なる入れ子状の共変量の組について、治療の効果が安定していることを示す。実際、共変量が追加されると治療効果は増大する傾向がある。さらに、病院サイトを反復測定効果として扱った場合、治療に関するロジスティック回帰係数は実際変わらなかった。95%CIは回帰係数の一貫性を中心としないことが示される。1つ以外のすべてのモデルにおいて、治療についての確率値は<5%である。bNIH結果のモデルでは、共変量「重症度」は有意でなく、治療までの時間は、P=0.0496について一度だけ有意である。しかしながら、2値mRS結果について、共変量「重症度」は3つのモデルすべてにおいてP<0.001となり有意である。これは、NIHSSスコアの9ポイントの減少が、ベースライン重症度カテゴリにおいて、治療効果のばらつきをとらえていることを示している。我々は、さらなる共変量の数多くの組について調査し、「性別」、「年齢」および「過去の脳卒中」という共変量を含めた後、他のすべての共変量は予測される値が無視できるものであることを発見した。性別は、P<0.01の2値mRSモデルでは有意であった。さもなければ、これらの要素には統計的有意性がなかった。表6を参照すると、入れ子状の多変量モデルの2つの組に関する結果が示されている。1組のモデルは結果bNIHに関するものであり、1組のモデルは結果2値mRSに関するものである(治療までの時間は発症から治療までの時間を示す)。最初のP値は単純なロジスティック回帰に関し、第2のP値は反復測定効果として含まれる要素「サイト」についてのロジスティック回帰に関する。 Logistic regression analysis showed a negligible effect of covariate adjustment on the logistic regression coefficient for treatment. The results in Table 6 show that the effect of treatment is stable for two binary results and three different nested covariate sets. In fact, the therapeutic effect tends to increase as covariates are added. In addition, the treatment logistic regression coefficients did not change when hospital sites were treated as repeated measures. It is shown that 95% CI is not centered around the consistency of the regression coefficients. In all models except one, the probability value for treatment is <5%. In the bNIH outcome model, the covariate “severity” is not significant and the time to treatment is significant only once for P = 0.0496. However, for binary mRS results, the covariate “severity” is significant with P <0.001 in all three models. This indicates that a 9 point decrease in NIHSS score captures variability in treatment effects in the baseline severity category. We have investigated a large number of additional covariates, including the gender, age and past stroke covariates, then all other covariates have negligible predicted values. I found out. Gender was significant in the binary mRS model with P <0.01. Otherwise, these factors were not statistically significant. Referring to Table 6, the results for two sets of nested multivariate models are shown. One set of models is for outcome bNIH and one set of models is for outcome binary mRS (time to treatment indicates time from onset to treatment). The first P value relates to simple logistic regression and the second P value relates to logistic regression for the element “site” included as a repeated measures effect.
安全性分析
表7(死亡率およびSAE)は、治療グループおよび総数によって死亡率およびSAEを示す。積極的治療グループと擬似制御グループとの間に死亡率の大きな相違はない。表7は、患者数を、重要な有害事象、基礎疾患の悪化、心臓血管SAE、感染、または中枢神経系SAEについて、総数によって治療グループごとに示す。これらのデータは、こういった基準については治療グループ間に大きな相違がないことを示す。感染率または中枢神経系SAEの率といった治療グループ間に相違の傾向があるものについては、積極的治療を受けた患者は擬似制御治療を受けた患者より良い結果を得たと思われる。
Safety analysis Table 7 (mortality and SAE) shows mortality and SAE by treatment group and total. There is no significant difference in mortality between the active treatment group and the sham control group. Table 7 shows the number of patients by treatment group by total number for significant adverse events, underlying disease deterioration, cardiovascular SAE, infection, or central nervous system SAE. These data indicate that there are no significant differences between treatment groups for these criteria. For those who tend to differ between treatment groups, such as infection rates or central nervous system SAE rates, patients who received active treatment may have obtained better results than patients who received sham controlled treatment.
考察
NEST−1試験は、人間の虚血性脳卒中の治療について脳卒中発症後24時間以内の赤外線レーザ療法の安全性および有効性に関する最初の証拠を示す。NEST−1研究で使用された結果変数スケールには、優れた相関関係R=0.79−0.92があった。NEST−1試験の相関係数は、組織プラスミノーゲン活性化因子データを考察したリンデン(Lyden)およびその同僚による文献で報告されたものと本質的には同一である。すなわち、結果変数は、約0.8(絶対値)以上という相関係数を互いに有している。この過去の研究との一致は、結果が適切にかつ一貫して評価されたことを証明する。
Discussion The NEST-1 trial provides the first evidence regarding the safety and efficacy of infrared laser therapy within 24 hours after stroke onset for the treatment of human ischemic stroke. The outcome variable scale used in the NEST-1 study had an excellent correlation R = 0.79-0.92. The correlation coefficient of the NEST-1 test is essentially the same as reported in the literature by Lyden and his colleagues who examined tissue plasminogen activator data. That is, the result variables have a correlation coefficient of about 0.8 (absolute value) or more. Consistency with this past study proves that the results were properly and consistently evaluated.
この結果は、赤外線レーザ療法が、有害事象の率を増大させることなく、広範囲にわたる脳卒中の患者にとって有益であろうことを示している。さらに、この相対的に程度が大きな効果は、段階IIIの試験が相当数の被験者を必要としないはずであることを示唆している。 This result indicates that infrared laser therapy may be beneficial for patients with a wide range of strokes without increasing the rate of adverse events. Furthermore, this relatively large effect suggests that the Phase III trial should not require a significant number of subjects.
積極的治療を受けた患者は、擬似制御治療を受けた患者よりも、プラスのNIHSS結果の割合が高かった。結果は他の神経学的結果スケールを用いたものと同様であった。死亡率またはSAEについては治療グループ間で大きな相違はなかったが、サンプルサイズ(n=120)は小さな相違の発見には不十分であった。治療グループ間の相違の傾向が見られる場合、積極的治療を受けた患者は擬似制御治療を受けた患者よりもSAEが少ないと思われた。この研究で示されるNTS治療の安全性プロファイルは明らかであった。レーザ治療処置に起因し得る有害な結果はなかった。 Patients who received aggressive treatment had a higher rate of positive NIHSS results than those who received sham-controlled treatment. The results were similar to those using other neurological outcome scales. There was no significant difference between treatment groups for mortality or SAE, but sample size (n = 120) was insufficient to find small differences. When there was a trend of differences between treatment groups, patients who received active treatment appeared to have less SAE than patients who received sham-controlled treatment. The safety profile of NTS treatment shown in this study was clear. There were no adverse consequences that could be attributed to the laser therapy treatment.
9ポイント変化を伴うbNIH結果は、ベースライン重症度のばらつきを含んでおり(NIHSSスコア7−22)、全体的な潜在的利益を示す。これに対し、2値nRS結果は、ベースラインからの変化を説明しない。このように、分析がベースライン重症度について制御すると、2値結果に基づく結果は一致度が高い。ベースライン重症度について制御すると、CMHテストによる分析およびロジスティック回帰による分析は、bNIH結果については1.40を上回り2値mRS結果については1.38を上回る治療を支持する患者数オッズ比を与えた。 BNIH results with a 9-point change include baseline severity variability (NIHSS score 7-22), indicating overall potential benefit. In contrast, binary nRS results do not account for changes from baseline. Thus, when the analysis controls for baseline severity, results based on binary results are highly consistent. Controlling for baseline severity, analysis by the CMH test and analysis by logistic regression gave a patient odds ratio that favored treatment above 1.40 for bNIH results and above 1.38 for binary mRS results .
この全体的な潜在的利益は、0から6のランキンスコアの全分布を通して分析される総mRSを通しても示される。mRSは、訓練された臨床医によって一貫して実現されると、簡単で信頼性の高い結果指標である。全mRS分析は、患者の結果の範囲全体を考慮する。結果として、全mRSは、神経保護技術を含む虚血性脳卒中試験に関する一次的結果指標と見なされることがますます多くなっている。 This overall potential benefit is also shown through the total mRS analyzed through the entire distribution of Rankine scores from 0 to 6. mRS is a simple and reliable outcome measure when implemented consistently by trained clinicians. The total mRS analysis considers the entire range of patient results. As a result, total mRS is increasingly viewed as a primary outcome measure for ischemic stroke trials, including neuroprotective techniques.
この予備的研究には、bNIHの一次的結果、最終スコア0−1または9ポイント減少を成功と見なすNIHSSの2値形式とともに、予め特定された分析計画があった。しかしながら、我々のいくつかの分析手法の発表は、タイプ1のエラーに注目する。我々は同一の仮定に対するいくつかの手法について説明してきた。その仮定とは、ノンパラメトリックな結果を確認するために、一部にはmRS結果があり、一部にはNIHSS結果があり、一部はロジスティック回帰を利用するというものである。これらの成果は、これらの結果および方法の間の実質的な一致を示した。また、これらは、NIHSSベースライン重症度に対する制御後、他の要素は、治療効果の大きさについてほとんどまたは全く効果がないことを示した。したがって、ボンフェローニ補正のような複数の比較補正は示さなかった。なぜなら、特に、ボンフェローニ補正は仮定が互いに独立すると想定しているからである。さまざまな分析に関する別の理由は、効果の大きさをノンパラメトリックCMHテストにより一次的な分析の結果と関連付けることである。効果の大きさの簡単な推定は、他のテストおよび2値結果の成功の簡単な割合双方から得られ、ロジスティック回帰から得られる患者数のオッズ比が報告された。 This preliminary study had a pre-specified analysis plan, with the primary results of bNIH, the NIHSS binary format that considered a final score 0-1 or 9 point reduction as a success. However, our announcement of several analytical techniques focuses on type 1 errors. We have described several approaches to the same assumptions. The assumption is that in order to confirm non-parametric results, some have mRS results, some have NIHSS results, and some use logistic regression. These results showed substantial agreement between these results and methods. They also showed that after controlling for NIHSS baseline severity, other factors had little or no effect on the magnitude of the therapeutic effect. Therefore, multiple comparative corrections such as Bonferroni correction were not shown. This is because, in particular, Bonferroni correction assumes that the assumptions are independent of each other. Another reason for the various analyzes is to correlate the magnitude of the effect with the results of the primary analysis by a nonparametric CMH test. A simple estimate of the magnitude of the effect was obtained from both other tests and a simple percentage of success of the binary results and reported the odds ratio of the number of patients obtained from logistic regression.
脳卒中発症後24時間まで拡張した治療ウインドウから数多くのことが推測されるであろう。血栓溶解剤の証明された治療ウインドウは3時間である。しかしながら、この形態の治療法の有効性はもう広がるであろう。有効性を示すための最初の神経保護試験は、NXY−059の研究であった。この研究には6時間の治療ウインドウがあったが、患者のほとんどは4時間以内で治療された。妥当な論点は、以前の神経保護療法はすべて成功しなかったがNXY−059研究が成功した理由が、治療までの平均時間が非常に低く抑えられていたということである。NEST−1の治療ウインドウは24時間であり、急性虚血性脳卒中の治療について他のほとんどすべての臨床試験よりも治療までの時間がはるかに長い(中央値が18時間)。脳卒中治療の主な問題は、多くの患者が6時間後に現われることであった。したがって、24時間という拡張された治療ウインドウはより多くの虚血性脳卒中患者の治療を可能にするであろう。 Much can be inferred from the treatment window extending to 24 hours after the onset of stroke. The proven treatment window for thrombolytics is 3 hours. However, the effectiveness of this form of therapy will already expand. The first neuroprotective study to show efficacy was the NXY-059 study. Although this study had a 6-hour treatment window, most patients were treated within 4 hours. A reasonable argument is that all previous neuroprotective therapies were unsuccessful, but the reason for the success of the NXY-059 study was that the average time to treatment was kept very low. The treatment window for NEST-1 is 24 hours, and the time to treatment is much longer for the treatment of acute ischemic stroke than for almost all other clinical trials (median 18 hours). The main problem with stroke treatment was that many patients appear after 6 hours. Thus, an extended treatment window of 24 hours will allow treatment of more ischemic stroke patients.
脳卒中の赤外線レーザ療法の作用のメカニズムは完全には理解されていないが、この種の照射の数多くの効果が文書に記録されている。赤外線レーザ療法は、組織レベルで生化学的変化を生じさせることができる物理的なプロセスである。NTS治療の推定メカニズムは、ミトコンドリアによるATP形成の刺激を含み、虚血周辺部におけるアポトーシスの防止および神経回復メカニズムの向上も含み得る。神経学的損傷の別の物理的プロセスの例は低体温である。動物モデルの研究では、低体温のような脳卒中に関連する障害を一貫して減じることが示されてきた療法は、あったとしてもごくわずかである。明らかなのは、赤外線照射が、おそらく、血流の回復とは独立してその効果を与え、このメカニズムがおそらく改善されたエネルギ代謝および向上した細胞生存と関係することである。 Although the mechanism of action of infrared laser therapy for stroke is not fully understood, the numerous effects of this type of irradiation are documented. Infrared laser therapy is a physical process that can cause biochemical changes at the tissue level. The putative mechanism of NTS treatment includes stimulation of ATP formation by mitochondria and may also include prevention of apoptosis in the periphery of ischemia and improvement of nerve recovery mechanisms. Another example of a physical process of neurological damage is hypothermia. Animal model studies have shown few, if any, therapies that have consistently reduced stroke-related disorders such as hypothermia. It is clear that infrared irradiation probably has its effect independent of blood flow recovery, and this mechanism is probably associated with improved energy metabolism and improved cell survival.
この形態の治療法の他の利点は、事前の臨床検査、非侵襲処置または治療を行なう臨床医の拡張訓練を行なわなくとも、治療を素早く開始できることである。さらに、血管閉塞の場所をNTS治療のために知る必要がない。したがって、この形態の治療法は、急性脳卒中治療または血栓除去について、現在まで利用可能なほとんどすべての他の種類の装置および医療法と比較して、必要なインフラがはるかに少ない傾向がある。 Another advantage of this form of therapy is that treatment can be started quickly without prior clinical testing, non-invasive procedures or extended training of clinicians performing the therapy. Furthermore, there is no need to know the location of vascular occlusion for NTS treatment. Thus, this form of therapy tends to require much less infrastructure for acute stroke therapy or thrombus removal compared to almost all other types of devices and medical methods available to date.
NEST−1研究の結果は、有望であり、かつ、赤外線レーザ療法が脳卒中発症から24時間以内に開始されたときは人間の虚血性脳卒中の治療となる可能性があることを示すであろうが、安全性および有効性を示すためのより大規模な確認試験が認められている。 Although the results of the NEST-1 study are promising and will show that infrared laser therapy may be a treatment for human ischemic stroke when initiated within 24 hours of stroke onset Larger confirmatory studies have been accepted to demonstrate safety and efficacy.
光線療法の例2
光線療法の別の例(NeuroThera Effectiveness and Safety Trial-2(NeuroThera有効性および安全性試験−2)(NEST−2))は、上記の試験研究とほぼ同一であるが、より大規模であり40歳から90歳の患者を含んでいた。NEST−2は、4ヶ国の57のセンターで660人の患者が登録された、二重盲検、プラセボ(擬似)制御試験であった。患者は、年齢が40歳から90歳で、ベースラインNIHSSスコアが7から22で、虚血性脳卒中と臨床診断され、CTスキャンまたはMRIによる出血性梗塞の形跡がなく、かつtPAを受けていなければ、含めるのに適格とされた。治療の開始は、脳卒中発症後24時間以内でなければならなかった。対象および除外基準は表8にまとめられている。
Phototherapy example 2
Another example of phototherapy (NeuroThera Effectiveness and Safety Trial-2 (NEST-2)) is almost identical to the above study, but is larger and 40 Includes patients aged 90 to 90 years. NEST-2 was a double-blind, placebo (pseudo) controlled trial with 660 patients enrolled at 57 centers in 4 countries. Patients must be 40 to 90 years of age, have a baseline NIHSS score of 7 to 22, have a clinical diagnosis of ischemic stroke, no evidence of hemorrhagic infarction by CT scan or MRI, and have not received tPA Qualified for inclusion. The start of treatment had to be within 24 hours after the onset of stroke. The inclusion and exclusion criteria are summarized in Table 8.
ランダム化および治療
患者は、ランダムに、1:1の割合でTLTまたは擬似治療に割当てられた。すべての患者は、患者の頭皮の毛髪の除去、それに続く患者の頭部へのレーザプローブの適用を含む、同一のTLT処置を受けた。処置の総時間はおよそ2時間であった。同意の後、対話型音声ランダム化システムが使用され、センターで動的ランダム化を行なって、治療の割当が確実に平均して分布するようにした。すべての患者は試験を通じて標準的な治療医学管理を受けた。
Randomization and Treatment Patients were randomly assigned to TLT or sham treatment at a 1: 1 ratio. All patients received the same TLT procedure, including removal of the patient's scalp hair followed by application of a laser probe to the patient's head. The total treatment time was approximately 2 hours. After consent, an interactive speech randomization system was used, with dynamic randomization at the center to ensure that treatment assignments were distributed on average. All patients received standard therapeutic medical management throughout the trial.
研究管理
この研究は、FDA/ICHのGood Clinical Practice(GCP)ガイドラインおよび適用可能なその土地の規則要件に従って行なわれた。試験も、患者がより大きな保護を受ける、ヘルシンキ宣言の1983年の改定、または、その研究が行なわれた国の人間の患者を含む生体医学研究における法律および現在の規定に、完全に従って行なわれた。この研究は、運営委員会によって考案および監督された。各センターの倫理委員会または施設内倫理委員会および独立したデータ監視委員会(DMC)が、安全性検査を行なった。DMCは定期的にグループ間の重大な有害事象データを見直した。患者または法定代理人は、研究への登録前に書面によるインフォームドコンセントを提出した。データ管理および統計分析は、独立した契約研究機関(Parexel、Waltham、Mass)および研究のスポンサー(カリフォルニア州カルスバッド(Carlsbad)のフォトセラ社)によって行なわれた。DMCによるデータベースロックおよび独立検討の後、運営委員会は試験データに完全にアクセスすることができ、結果の分析および解釈の責任を負った。
Study Management This study was conducted in accordance with FDA / ICH Good Clinical Practice (GCP) guidelines and applicable local regulatory requirements. The trial was also conducted in full compliance with the 1983 revision of the Declaration of Helsinki, where patients received greater protection, or the laws and current regulations in biomedical research involving human patients in the country where the study was conducted . This study was designed and supervised by the steering committee. Each center's ethics committee or in-house ethics committee and an independent data monitoring committee (DMC) performed safety tests. DMC regularly reviewed data on serious adverse events between groups. The patient or legal representative provided written informed consent prior to enrollment in the study. Data management and statistical analysis were performed by an independent contract research organization (Parexel, Waltham, Mass) and a research sponsor (Photocera, Carlsbad, Calif.). After database lock and independent review by the DMC, the steering committee had full access to the test data and was responsible for analysis and interpretation of the results.
治療
NeuroTheraレーザシステム(NTS)は、手持ち式のハウジングを有する装置を含み光を患者の頭皮の選択された部分に照射した。NTSは、近赤外であり非電離で裸眼で見えない808nmの波長のエネルギを用いる。死体を用いた実験は、最適量のレーザエネルギが脳のおよそ2cmの深さまで浸透できることを示した。波長および放射照度レベルの線量測定は、固定していない新しい人間の死体の透過実験に基づいた。モンテカルロシミュレーション、インビトロ実験、他の兆候に関する赤外線療法を用いた文献の見直し、および有効な脳卒中動物モデルにおける臨床前研究の結果であった。NEST−2について定められた全治療計画は、手持ち型のプローブを剃毛した頭皮上の予め定められた20の場所に各場所で2分間適用することを含んでいた。この予め定められた部位は、脳卒中の場所とは関係なく、患者の頭部に載せられたキャップによって識別される。擬似処置は、装置から患者にレーザエネルギが照射されないことを除いてTLT処置と同一である。
Treatment
The NeuroThera Laser System (NTS) includes a device with a hand-held housing that irradiates selected portions of the patient's scalp. NTS uses energy at a wavelength of 808 nm that is near infrared, non-ionized and invisible to the naked eye. Experiments with cadaver showed that the optimum amount of laser energy could penetrate to a depth of approximately 2 cm in the brain. Wavelength and irradiance level dosimetry was based on transmission experiments with new, unfixed human corpses. Results of Monte Carlo simulations, in vitro experiments, review of literature using infrared therapy for other signs, and preclinical studies in valid stroke animal models. The overall treatment plan established for NEST-2 involved applying a handheld probe to 20 predetermined locations on the shaved scalp for 2 minutes at each location. This predetermined site is identified by a cap placed on the patient's head, regardless of the location of the stroke. The sham procedure is the same as the TLT procedure except that no laser energy is delivered to the patient from the device.
技術およびリスク評価分析の現在の知識に基づくと、TLTにおける最も重要な既知の危険性は、ビームが目の中に入り網膜の上で焦点が合った場合に網膜に障害が生じる可能性があり、これは結果として永続的な障害を目に引起す。この潜在的な眼球の危険があるので、処置は訓練されたユーザによってレーザ安全環境の中で実施されねばならない。 Based on current knowledge of technology and risk assessment analysis, the most important known danger in TLT is that the retina can be damaged if the beam enters the eye and is focused on the retina This, as a result, causes permanent damage. Because of this potential eye hazard, the procedure must be performed in a laser safe environment by a trained user.
臨床評価
患者は、治療グループを知らない検査員によって評価された。すべての検査員は、NIHSSの訓練を受けており、mRSについて認証された。NIHSSは、0から42の範囲の神経学的機能スケールであり、7と22の間のスコアが、中程度から重度の神経学的障害であるとみなされる。mRSは、0(兆候なし)から6(死亡)の範囲の障害指標である。結果指標(mRSおよびNIHSS)が評価され、ベースラインに加え、5、30、60および90日で評価された。ベースラインデータが収集され、このデータは、年齢、性別、患者の統計、脳卒中発症から病院到着までの時間、治療までの時間、脳卒中前のmRS、バイタルサイン、および完全な医療履歴を含む。
Clinical evaluation Patients were evaluated by inspectors who did not know the treatment group. All inspectors were trained by NIHSS and were certified for mRS. NIHSS is a neurological function scale ranging from 0 to 42, and a score between 7 and 22 is considered a moderate to severe neurological disorder. mRS is a disability index ranging from 0 (no signs) to 6 (death). Outcome measures (mRS and NIHSS) were assessed and assessed at 5, 30, 60 and 90 days in addition to baseline. Baseline data was collected, including age, gender, patient statistics, time from stroke onset to hospital arrival, time to treatment, pre-stroke mRS, vital signs, and complete medical history.
安全性評価
バイタルサイン、神経学的スコア、併用薬、有害事象、および深刻な有害事象が、研究参加から90日目まで記録された。未解決の深刻な有害事象は、さらに30日間追跡された。
Safety assessment Vital signs, neurological scores, concomitant medications, adverse events, and serious adverse events were recorded from study participation until day 90. Unresolved serious adverse events were followed for another 30 days.
データモニタ委員会は、死亡率、有害事象、および深刻な有害事象、ならびに、研究中に予測された装置の効果および不測の装置の効果を調べた。最初の100から400人の患者についての安全性データを評価した後、さらなる試験への採用を停止しなかった。登録が早かったため、有効性の中間分析はなかった。神経画像評価が、ベースラインおよび5日とフォローアップの±2日間で完了した。 The Data Monitor Committee examined mortality, adverse events, and serious adverse events, as well as the expected and unexpected device effects during the study. After evaluating safety data for the first 100 to 400 patients, we did not stop recruiting for further studies. Due to early registration, there was no interim analysis of efficacy. Neuroimaging evaluation was completed at baseline and 5 days plus 2 days of follow-up.
統計学的分析
すべての分析は包括解析である。結果は、2つの90日スコア、mRSおよびNIHSSスコアから得られた。90日に訪れなかった患者は、最後の観察が先延ばしにされた。mRS結果は次の通りである。(1)全体的な順序スケールが0から6、および(2)二分法の結果として、好ましい結果(成功)を0から2スコアとし、好ましくない結果(失敗)を3から6スコアと定めた。NIHSS結果は次の通りである。(1)全体的な順序スケール0から42(死亡はスコア42)を用いたベースラインから90日におけるスコアの変化、および(2)二分法の結果として、成功は2通りで得られ、90日のスコア0−1、またはベースラインから90日の有益な変化として9以上のポイントである。
Statistical analysis All analyzes are comprehensive. Results were obtained from two 90 day scores, mRS and NIHSS score. Patients who did not visit on the 90th had their last observation postponed. The mRS results are as follows. (1) The overall order scale was 0 to 6, and (2) as a result of the bisection method, a favorable result (success) was set to 0 to 2 scores, and an unfavorable result (failure) was set to 3 to 6 scores. The NIHSS results are as follows. (1) Change in score from baseline to 90 days using an overall order scale of 0 to 42 (death is score 42), and (2) As a result of dichotomy, success was achieved in two ways, 90 days Score 0-1 or 9 or more points as a 90-day beneficial change from baseline.
一時的な有効性結果尺度は、二分法で、mRS90日エンドポイントとして、成功(mRS0から2)および失敗(mRS3から6)であった。成功の割合は治療によって異ならないという帰無仮説を、多重ロジスティック回帰を用いてテストし、2つの予め特定された共変量は、(1)ベースラインでの脳卒中の重症度、および(2)脳卒中発症からランダム化までの時間(TFSO)である。ベースライン脳卒中重症度には3つのレベルがあり、NIHSSスコア7から10(中程度)、11から15(どちらかといえば重症)、および16から22(重症)である。TFSOには2つのレベルがあり、0から12時間と12から24時間である。ランダム化の手順は、これらの要素についてバランスを取った(が分類されなかった)。 The temporary efficacy outcome measure was dichotomous with mRS 90 day endpoints as success (mRS 0-2) and failure (mRS 3-6). The null hypothesis that the rate of success does not differ between treatments was tested using multiple logistic regression, and the two pre-specified covariates were: (1) the severity of the stroke at baseline, and (2) the stroke Time from onset to randomization (TFSO). There are three levels of baseline stroke severity: NIHSS scores 7 to 10 (moderate), 11 to 15 (somewhat severe), and 16 to 22 (severe). There are two levels of TFSO: 0 to 12 hours and 12 to 24 hours. The randomization procedure was balanced (but not classified) for these factors.
二次分析が、共変量の選択、テスト手順の選択、および分析結果の選択に対する結果の感度を求めた。ロジスティックモデルは、年齢、性別、CADの履歴、糖尿病の病歴、および脳卒中の病歴という追加の共変量を用いて一次結果測定値について実行された。二分法による結果のロジスティック回帰のテスト手順を変えるために、同一の二分法による結果のノンパラメトリック「シフト」テストを用いた。明らかに、このシフトテストは、コクランマンテルヘンツェル(CNH)テストであり、リジットスコアを用いて結果をランク付けする(the van Elteren test、Stokes ME、Davis CS、Koch GC、Categorical Data Analysis Using the SAS System II Cary, NC: SAS Institute, Inc.; 2000)。脳卒中に関する文献では、シフトテストがmRSスケールの全範囲にのみ適用されることが多いが、我々はこれをすべての二分法および順序結果に適用した。ロジスティック回帰は二分法結果のみを用いて行なわれた。すべてのテストは、ベースライン重症度およびTFSOについて調整された。オッズ比は、二分法結果のテストについてのみ計算された。 Secondary analysis determined the sensitivity of the results to covariate selection, test procedure selection, and analysis result selection. The logistic model was performed on primary outcome measures using additional covariates of age, gender, CAD history, diabetes history, and stroke history. In order to change the test procedure for logistic regression of the bisection results, the same non-parametric “shift” test of the bisection results was used. Obviously, this shift test is the Cochrane Mantel Haenzel (CNH) test and ranks the results using rigid scores (the van Elteren test, Stokes ME, Davis CS, Koch GC, Categorical Data Analysis Using the SAS System II Cary, NC: SAS Institute, Inc .; 2000). In the literature on stroke, the shift test is often applied only to the full range of the mRS scale, but we applied it to all dichotomy and order results. Logistic regression was performed using only bisection results. All tests were adjusted for baseline severity and TFSO. The odds ratio was calculated only for the test of the bisection result.
安全性エンドポイントは、死亡率と、処置および装置に関連する有害事象を含むすべての有害事象とを含んだ。安全性エンドポイントは、記述的統計および表を用いてまとめられた。この分析は、SASバージョン9.1において実行された。 Safety endpoints included mortality and all adverse events including treatment and device related adverse events. Safety endpoints were summarized using descriptive statistics and tables. This analysis was performed in SAS version 9.1.
結果
ベースライン特性
患者は、2007年1月と2008年4月の間に登録された。合計660人の患者が、図35に示されるようにランダム化された(331人がTLTおよび327人が擬似)。フォローアップが行なわれなかった患者が7人(1.1%)いた。グループは、ベースライン特性についてバランスを取った(表9参照)。脳卒中発症からの平均時間は、TLTグループが14.6±5.9時間(2.7から23.9の範囲)であり、擬似グループが14.7±6.1時間(2.5から23.9の範囲)であり、時間の中央値は、TLTグループおよび擬似グループそれぞれ15時間および16時間であった。ベースラインNIHSS平均スコアは、TLTについては13.1(7から22の範囲)であり、擬似グループについては13.2(7から23の範囲)であった。NIHSSスコアの中央値は、TLTについては12であり、擬似グループについては13であった。
Results Baseline characteristics Patients were enrolled between January 2007 and April 2008. A total of 660 patients were randomized as shown in FIG. 35 (331 TLT and 327 pseudo). There were 7 patients (1.1%) who were not followed up. Groups were balanced for baseline characteristics (see Table 9). The mean time from stroke onset is 14.6 ± 5.9 hours (range 2.7 to 23.9) for the TLT group and 14.7 ± 6.1 hours (2.5 to 23 hours) for the pseudo group. The median time was 15 and 16 hours for the TLT group and the pseudo group, respectively. Baseline NIHSS mean score was 13.1 (range 7 to 22) for TLT and 13.2 (range 7 to 23) for pseudo group. The median NIHSS score was 12 for TLT and 13 for the pseudo group.
臨床結果
660人の患者のうち、331人がTLTを受け、327人が擬似処置を受け、TLTグループのうち120人(36.3%)が成功の結果を得たのに対し、擬似グループにおいてはそれが101人(30.9%)(P=0.094)であった、mRSのスコアの分布を示す図36に示されるように、OR1.38(95%CI、0.95から2.00)である。mRSのスコアは以下を示す。0は症状全くなし、1は症状はあるが深刻な障害はない、2は僅か、3は中程度、4はどちらかと言えば重症、5は重症障害、6は死亡である。
Clinical Results Of the 660 patients, 331 received TLT, 327 received sham treatment, and 120 (36.3%) of TLT groups obtained successful results, while in the sham group OR1.38 (95% CI, 0.95 to 2), as shown in FIG. 36 showing the distribution of mRS scores, where it was 101 (30.9%) (P = 0.094) .00). The mRS score is as follows. 0 is no symptom, 1 is symptomatic but no serious disability, 2 is minor, 3 is moderate, 4 is rather severe, 5 is severe disability, and 6 is death.
予め特定された結果についての二次分析の結果は、一次分析の結果と一致していた。共変量を追加した一次結果指標のロジスティック回帰分析は、治療OR−1.34(95%CI、0.94から2.03)を生じさせた。性別および脳卒中の病歴以外のすべての共変量が有意であった。成功をmRSスコア0−2とし、ベースライン重症度およびTFSOについて分類されたシフトテストは、有意でない傾向をより良い結果に対して示し、TLTの確率値は0.091であり、OR1.38(95%CI、0.95から2.01)であった。スコア0−6の順序mRSについて、シフトテストの傾向は、TLTを支持し、確率値は0.113であった。一次結果指標についてのすべての部分集合のオッズ比は、有意でない傾向を示し、これは、ベースラインで重症の脳卒中の患者以外、TLT治療を支持した。図37は、一次エンドポイント、選択されたベースライン特性のカテゴリによって定められるデータの部分集合に対する、TLTの効果を示す。mRSスコア0−2と定められる成功の90日結果について擬似処置と比較したTLTの単純な未調整のオッズ比である。横軸は95%CIを示す。一次エンドポイントと各サブグループ内のカテゴリとの間の相互作用のテストについての確率値も示される。CADは、冠動脈疾患を示し、TFSOは、脳卒中発症からランダム化までの時間を示す。 The results of the secondary analysis for the previously identified results were consistent with the results of the primary analysis. Logistic regression analysis of primary outcome measures with the addition of covariates yielded treatment OR-1.34 (95% CI, 0.94 to 2.03). All covariates except gender and stroke history were significant. A shift test classified as success with mRS score 0-2 and categorized for baseline severity and TFSO shows an insignificant trend for better results, with a TLT probability value of 0.091 and OR1.38 ( 95% CI, 0.95 to 2.01). For ordered mRS with a score of 0-6, the shift test trend supported TLT with a probability value of 0.113. The odds ratio of all subsets for the primary outcome measures showed an insignificant trend, which supported TLT treatment except for patients with severe stroke at baseline. FIG. 37 shows the effect of TLT on the subset of data defined by the primary endpoint, the category of selected baseline characteristics. A simple unadjusted odds ratio for TLT compared to sham treatment for a 90-day result of success, defined as mRS score 0-2. The horizontal axis represents 95% CI. Probability values for testing the interaction between the primary endpoint and the categories within each subgroup are also shown. CAD indicates coronary artery disease and TFSO indicates the time from stroke onset to randomization.
成功に2つの要素がある二分法によるNIHSSスコア結果について、シフトテストの傾向は、TLTを支持し、ORは1.23(95%CI、0.88から1.73)であり確率値は0.23であった。二分法によるNIHSS結果についてのロジスティック回帰分析結果は非常に似ていた。ロジスティック回帰分析の拡張は、2つの成功要素を分離し、90日NIHSSスコア0−1およびベースラインからの変化≧9ポイントであり、これらを関連する結果として扱い、ORは1.30(95%CI、0.96から1.75)であり、TLTを支持し、確率値は0.086であった。ベースラインから90日間までのNIHSSスコアにおける変化の順序結果に関しては、ベースライン重症度およびTSFOについて制御した場合、シフトテストはTLTグループを示し確率値は0.65であった。深い梗塞のある患者では、積極的グループおよび擬似グループの間に反応の相違はなかった。 For NIHSS score results by dichotomy with two factors in success, the shift test trend favors TLT, OR is 1.23 (95% CI, 0.88 to 1.73) and probability value is 0 .23. Logistic regression analysis results for NIHSS results by dichotomy were very similar. An extension of the logistic regression analysis separated the two success factors, 90 day NIHSS score 0-1 and change from baseline ≧ 9 points, treating these as related results, OR 1.30 (95% CI, 0.96 to 1.75), supporting TLT, with a probability value of 0.086. With respect to the order results of changes in NIHSS scores from baseline to 90 days, when tested for baseline severity and TSFO, the shift test showed a TLT group with a probability value of 0.65. In patients with deep infarction, there was no difference in response between the active and sham groups.
安全性分析
死亡率、深刻な有害事象(SAE)レート、および有害事象(AE)レートは実質的に同一であった。TLTグループおよび擬似グループはそれぞれ、58(17.5%)および57(17.4%)の死亡、125(37.8%)および137(41.8%)のSAE、および92.7%および93.6%の被験者であり、少なくとも1つの有害事象を有していた。TLTを直接的な原因とするSAEはなかった。TLTグループの中で5日で出血性変化を示した患者の割合は49(14.8%)であり、擬似グループでは56(17.1%)であった。この2つのグループの間で安全性の結果に関して相違はなかった。
Safety analysis Mortality, serious adverse event (SAE) rates, and adverse event (AE) rates were substantially the same. TLT group and sham group were 58 (17.5%) and 57 (17.4%) deaths, 125 (37.8%) and 137 (41.8%) SAE, and 92.7% and 93.6% of subjects had at least one adverse event. There were no SAEs directly related to TLT. The proportion of patients with hemorrhagic changes at 5 days in the TLT group was 49 (14.8%) and 56 (17.1%) in the sham group. There were no differences in safety results between the two groups.
考察
ここに示したNEST−2試験結果は、TLTの安全性の証拠を提供する。脳卒中発症から24時間以内の人間における虚血性脳卒中の治療についてのTLTの有効なサイズは、たとえ脳卒中の重症度および治療までの時間のベースライン不均衡を修正したとしても、有効性に関する統計的有意性の従来レベルを満たすには不十分であったが、TLTに関してより良い結果が一貫して示された。
Discussion The NEST-2 test results presented here provide evidence of TLT safety. The effective size of the TLT for the treatment of ischemic stroke in humans within 24 hours of stroke onset is statistically significant for effectiveness, even if the baseline severity imbalance of stroke and time to treatment is corrected Although it was insufficient to meet the conventional level of sex, it has consistently shown better results with respect to TLT.
ベースライン重症度は、予め3つのカテゴリに特定され、NIHSS=7から10、11から15、および16から22である。ベースラインNIHSS16−22の患者は、組合された二分法によるmRS成功率8%(n=224、TLT7.0%、擬似9.1%)であった。中程度およびどちらかといえば重度の脳卒中の434人の患者に限定したとき(ベースラインNIHSSスコア7−15)、事後解析により、有意で有益な効果を見出した(P=0.044)。これら434人の患者について、TLTの二分法によるmRS成功率は、絶対的な改善率9.7%(TLT51.6%、擬似41.9%)を示した。同様の有益な効果も、二分用によるmRSについてのNEST−1試験において見出された。 Baseline severity is pre-specified in three categories: NIHSS = 7-10, 11-15, and 16-22. Patients with baseline NIHSS 16-22 had a combined bisection mRS success rate of 8% (n = 224, TLT 7.0%, sham 9.1%). When limited to 434 patients with moderate and rather severe stroke (baseline NIHSS score 7-15), post hoc analysis found significant and beneficial effects (P = 0.044). For these 434 patients, the success rate of mRS by TLT dichotomy showed an absolute improvement of 9.7% (TLT 51.6%, sham 41.9%). Similar beneficial effects were also found in the NEST-1 test for bisection mRS.
最初に最適治療集団を発見できなかったということは、tPA開発プログラムを想起させる。tPA療法が0時間と6時間の間に行なわれたとき、すべての測定値について治療されたグループはプラセボグループと比較して改善されたが、最終結果は統計的有意性を得られなかった。再び、有効性の強い兆候があったが、これは、いくつかの試験が完了し、適切な対象および除外基準が確立されて初めて見られたものであり、tPAの臨床的利点が明確に確立された。TLTはさらなる試験を行なうことによって治療によって必ず助けられる治療グループを発見することができる。しかしながら、tPAと比較して、TLTには有害な副作用はなく、このため、治療の障害はさらに低いはずである。 The failure to initially find the optimal treatment population recalls the tPA development program. When tPA therapy was performed between 0 and 6 hours, the group treated for all measurements improved compared to the placebo group, but the final results did not yield statistical significance. Again, there were strong signs of efficacy, which were only seen after several trials were completed and appropriate subjects and exclusion criteria were established, clearly establishing the clinical benefits of tPA. It was done. The TLT can discover treatment groups that are necessarily helped by treatment by conducting further tests. However, compared to tPA, TLT has no deleterious side effects, so the therapeutic obstacle should be even lower.
注目すべき研究における潜在的な弱点がある。この研究を正しく進めることを可能にするにはTLTに関する以前の人間の経験が不十分であった。試験は、ベースラインにおける重度の脳卒中および脳卒中前でmRS≧2の患者を除外することができたはずである。また、TLTが脳卒中回復に効果がないこともあり得る。しかしながら、実質的な前臨床研究、NEST−1研究、および現在の試験における傾向は、この望ましくない解釈に反論する。 There are potential weaknesses in notable research. Previous human experience with TLT was insufficient to allow this study to proceed correctly. The study should have been able to exclude patients with mRS ≧ 2 before severe stroke and pre-stroke at baseline. It is also possible that TLT has no effect on stroke recovery. However, trends in substantial preclinical studies, NEST-1 studies, and current trials refute this undesirable interpretation.
この形態の治療法の新たな特徴は、過去の電磁エネルギを、固形腫瘍の部分をガンマナイフで焼き切ること、さまざまな種類の放射線療法、および皮膚損傷除去および種々の眼科用途双方といった、破壊作用について、ほぼ排他的に使用されてきたことである。前臨床研究は、赤外線エネルギが、生化学的経路の変更によって潜在的な有効作用を生み出し、これらの変化は熱的効果を原因とするものではないことを示してきた。前臨床研究に基づくと、TLTを適用したとき、脳の温度がわずかに上昇し、エネルギがいくつかの生化学的反応の変更によって有効作用を生み出すと考えられる。赤外線エネルギが、ミトコンドリアを刺激し、ATP形成を増加し、アポトーシスを軽減し、おそらくは神経回復メカニズムを高めることができることがわかっている。人間の虚血脳におけるこれらの反応の正確な性質およびバランスは十分には理解されておらず、したがって、TLTの作用の正確なメカニズムはまだわかっていない。それでもなお、これは、さまざまな疾患の潜在的な光生物化学的療法の新たな範囲全体を示すものである。脳外傷および出血性脳卒中は、明らかな拡張範囲であり、TLTが、ミトコンドリアの機能障害を含み得る神経変性疾患の範囲について有用である可能性もある。 New features of this form of therapy are about the destructive effects of past electromagnetic energy, burning out solid tumor parts with a gamma knife, various types of radiation therapy, and both skin damage removal and various ophthalmic applications. Has been used almost exclusively. Preclinical studies have shown that infrared energy produces potential effective effects by changing biochemical pathways, and these changes are not due to thermal effects. Based on preclinical studies, it is believed that when TLT is applied, the brain temperature rises slightly and energy produces an effective effect by altering several biochemical reactions. It has been found that infrared energy can stimulate mitochondria, increase ATP formation, reduce apoptosis, and possibly enhance nerve recovery mechanisms. The exact nature and balance of these responses in the human ischemic brain is not well understood, and therefore the exact mechanism of action of TLT is not yet known. Nevertheless, this represents an entire new range of potential photobiochemical therapies for various diseases. Cerebral trauma and hemorrhagic stroke are obvious areas of extension, and TLT may be useful for a range of neurodegenerative diseases that may involve mitochondrial dysfunction.
結論
NEST−2は、ベースラインの重症度、脳卒中前の障害、および治療までの時間に関して、非常に広範な脳卒中患者を含んでいた。この集団全体において、TLTは安全であったがmRSおよびNIHSS双方によって測定された患者の結果を大きく改善はしなかった。しかしながら、結果指標はいずれも、この方向に向けてプラスの傾向を示した。事後解析は、発症から24時間以内の中程度からどちらかといえば重度の虚血性脳卒中の患者における意味のある有益な効果を示している。この再定義された集団におけるさらなる臨床研究を考慮すべきである。
CONCLUSION NEST-2 included a very wide range of stroke patients with respect to baseline severity, pre-stroke disorders, and time to treatment. In this entire population, TLT was safe but did not significantly improve patient outcomes measured by both mRS and NIHSS. However, all of the outcome indicators showed a positive trend in this direction. Post-mortem analysis has shown meaningful and beneficial effects in patients with moderate to rather severe ischemic stroke within 24 hours of onset. Further clinical studies in this redefined population should be considered.
光線療法の例3
別の例は、マウスの閉鎖性頭部外傷(CHI)モデルを用い、外傷を与えられたマウスの神経行動的および組織学的結果を研究することによって、TBIの低レベルレーザ療法(LLLT)の有効性について調べた(本明細書にその全体を引用により援用する、A.オロン(A. Oron)他「マウスに外傷性脳損傷後に経頭蓋的に適用された低レベルレーザ療法は長期神経学的欠損を大幅に減じる(Low-Level Laser Therapy Applied Transcranially to Mice following Traumatic Brain Injury Significantly Reduces Long-Term Neurological Deficits)」、Journal of Neurotrauma、第24巻、第4号、2007)。
Phototherapy example 3
Another example uses the closed head trauma (CHI) model of mice to study neurobehavioral and histological results of trauma-treated mice, thereby reducing TBI low-level laser therapy (LLLT). Efficacy was examined (A. Oron et al., “Low level laser therapy applied transcranially after traumatic brain injury in mice is a long-term neurology, incorporated herein by reference in its entirety. "Low-Level Laser Therapy Applied Transcranially to Mice following Traumatic Brain Injury Significantly Reduces Long-Term Neurological Deficits"", Journal of Neurotrauma, Vol. 24, No. 4, 2007).
重量25−35gの合計24匹の雄のサブラマウス(ヘブライ大学種)を研究した。このマウスを、1つのケージ当たり6匹ずつグループ化して収容し、逆転した12時間/12時間の明/暗光リサイクルにした。食料および水は、不断給餌によって与えられた。この研究は、イスラエル、エルサレムのヘブライ大学における動物保護委員会のガイドラインに従って行なわれた。CHI外傷を、エーテル麻酔をかけ重量滴下装置を用いてマウスの頭部に引起した。頭皮を矢状に切開した後、マウスは手で固定され、先端を切ったテフロン(登録商標)コーンを、正中線の側方3mm、左の冠状縫合の後ろ1mmに配置した。これに続いて、金属棒(94g)を、予め較正された高さからコーンの上に自由落下させた。 A total of 24 male Sabra mice (type Hebrew University) weighing 25-35 g were studied. The mice were housed in groups of 6 per cage and reversed for 12 hours / 12 hours light / dark light recycling. Food and water were provided by constant feeding. This study was conducted according to the guidelines of the Animal Protection Committee at the Hebrew University of Jerusalem, Israel. CHI trauma was induced in the mouse head using an anesthetized ether and a weight drop apparatus. After a sagittal incision in the scalp, the mouse was fixed by hand and a truncated Teflon cone was placed 3 mm lateral to the midline and 1 mm behind the left coronary suture. Following this, a metal rod (94 g) was dropped freely onto the cone from a pre-calibrated height.
外傷を受けたマウスの運動機能および反射を、運動機能を強調するように修正された神経学的重症度スコア(NSS)を用いて、CHI後異なる時間間隔で評価した。この神経学的テストは、マウスの運動能力、バランス、および敏捷性を評価する10の異なるタスク(表10に示す)を行なうマウスの能力に基づいた。各タスクの実行不能に対して1ポイントを与えたため、正常な損傷を受けていないマウスのスコアは0である。損傷の重症度は、初期NSSによって定められ、CHI後1時間で評価され、NSS1と呼ばれ、後の結果の信頼性のある予測因子である。したがって、致命的なまたはほぼ致命的な損傷は、マウスについて、NSS19−10と定められ、マウスにおいて重度の損傷はNSS1が7−8であり、中程度の損傷はNSS1が5−6であり、マウスの軽度の損傷はNSS1が4未満である。 Motor function and reflex of traumad mice were evaluated at different time intervals after CHI using a neurological severity score (NSS) modified to emphasize motor function. This neurological test was based on the ability of mice to perform 10 different tasks (shown in Table 10) to assess the motor ability, balance, and agility of the mice. A score of 0 for a normal undamaged mouse is given because 1 point was given for the inability to perform each task. The severity of the injury is determined by the initial NSS and is assessed 1 hour after CHI, referred to as NSS1, and is a reliable predictor of later outcome. Thus, fatal or near-fatal damage is defined as NSS19-10 for mice, severe damage is NSS1 7-8 in mice, moderate damage is NSS1 5-6, Minor injury to mice has an NSS1 of less than 4.
すべてのマウスに、CHIが適用され、マウスは、以下で述べるように制御グループまたはレーザ治療グループに割当てられた。神経学的スコア(NSS)の評価は、損傷後1時間で実施された。マウスのNSSスコアの範囲は4から6までであり、これは軽度から中程度の外傷を示す。次にマウスを1グループ当たり8匹ずつ3つのグループに分割し、各グループの平均NSSが同様になるようにし、すべてのグループにおける損傷の平均重症度が確実に同様になるようにした。2つのマウスグループが2つの異なる線量(10および20mW/cm2)の低レベル光線療法を受け、第3のグループは、擬似治療制御に相当し、レーザ治療グループと同一の処置を受けたが、実際のレーザ照射は受けなかった。 CHI was applied to all mice and mice were assigned to control groups or laser treatment groups as described below. Neurological score (NSS) assessment was performed 1 hour after injury. The range of NSS scores for mice is from 4 to 6, indicating mild to moderate trauma. The mice were then divided into 3 groups of 8 animals per group to ensure that the average NSS for each group was similar and to ensure that the average severity of injury in all groups was similar. Two groups of mice received two different doses (10 and 20 mW / cm 2 ) of low level phototherapy, and the third group corresponded to sham therapy control and received the same treatment as the laser therapy group, No actual laser irradiation was received.
レーザ治療は、金属で裏打ちされたガラスの光ファイバ(直径3mm)を備えた波長808nmで最大出力が200mWの実験用レーザを用いて、CHI後4時間で行なわれた。皮膚が小さな長手方向の切開によって領域から除去された後の、頭蓋骨の冠状縫合の後方4ミリメートルの場所にある頭蓋骨の正中線におけるあるポイントと(矢状切開)完全に接触するように、光ファイバの遠位端を配置することによって、レーザ光を照射した。予備実験では、新しい頭蓋骨の皮質部分全体を、TBI後4時間のマウスから摘出した。レーザの光ファイバの遠位端を、上記と同じ頭蓋骨の場所に配置した。頭蓋骨を通過した後のレーザの電力密度を、レーザ出力メータのプローブを硬膜下に置くことによって測定した(イスラエル、エルサレムのオフィア社(Ophir Inc.))。先の測定に基づき、この場所は、頭蓋骨によってレーザビームが散乱するため脳全体を照射するのに十分であるものとして選択された(赤外線ビューワで測定された1.2cmのビーム直径)。光ファイバの先端におけるレーザ照射電力密度は、脳に対して10および20mW/cm2の電力密度を送るように設定された。レーザ照射持続時間は2分であった(エネルギ密度1.2−2.4J/cm2)。レーザの電力およびエネルギ密度は、CHIマウスモデルにおいて適用されるレーザのさまざまなパラメータを用いた予備的実験に基づいて選択された。有益な効果が明らかであった以前のラットおよびウサギの脳卒中モデルにおいて同様のレーザパラメータが使用された。 Laser treatment was performed 4 hours after CHI using a laboratory laser with a wavelength of 808 nm and a maximum output of 200 mW equipped with a metal-lined glass optical fiber (3 mm diameter). The fiber optic so that it makes complete contact (sagittal incision) with a point at the midline of the skull 4 mm behind the coronal suture of the skull after the skin has been removed from the area by a small longitudinal incision. A laser beam was irradiated by placing the distal end of the lens. In preliminary experiments, the entire cortical portion of the new skull was removed from mice 4 hours after TBI. The distal end of the laser optical fiber was placed at the same skull location as above. The power density of the laser after passing through the skull was measured by placing the laser power meter probe under the dura mater (Ophir Inc., Jerusalem, Israel). Based on previous measurements, this location was chosen to be sufficient to illuminate the entire brain due to the scattering of the laser beam by the skull (1.2 cm beam diameter measured with an infrared viewer). The laser irradiation power density at the tip of the optical fiber was set to deliver power densities of 10 and 20 mW / cm 2 to the brain. The laser irradiation duration was 2 minutes (energy density 1.2-2.4 J / cm 2 ). The laser power and energy density were selected based on preliminary experiments with various laser parameters applied in the CHI mouse model. Similar laser parameters were used in previous rat and rabbit stroke models where beneficial effects were evident.
皮質組織欠損は、脳の外傷を受けた断面において評価された。4週間のフォローアップ期間の最後に、マウスに麻酔を掛け、マウスの脳を4%のパラホルムアルデヒド溶液でかん流し、同じホルムアルデヒド溶液内で3日間固定した。厚み2mmのサンプルを、脳の外傷領域から取出した。この領域の場所は、外傷を生じさせている間に頭蓋骨が打撃を受けたスポットの十分なマーカの役割を果たす小さな血塊によって、脳の頭頂部にあるとわかった。厚み2mmで切取った脳の部分を、自動化された組織プロセッサで処理しパラフィンの中に埋込んだ。厚み8ミクロンの冠状サンプルを、厚み2mmの脳の切取った部分各々から準備した。脳の切取部各々からランダムに取り出した3つの部分を、ヘマトキシリンおよびエオシンで着色し、各サンプルの損傷領域の定量的測定のために処理した。この脳面積は、各組織切片において別々に半球[同側(外傷部分)および反対側]各々において計算された。次に、脳半球体積を、3つのサンプルの平均面積を、切取部の厚み2mmで乗算することによって計算した。病変体積(パーセンテージ)は、反対側(外傷を受けていない半球)の体積から同側の半球の体積を減算し反対側の半球の体積で除算したものとして表わされた。 Cortical tissue defects were evaluated in sections that had undergone brain trauma. At the end of the 4 week follow-up period, the mice were anesthetized and the brains of the mice were perfused with 4% paraformaldehyde solution and fixed in the same formaldehyde solution for 3 days. A 2 mm thick sample was removed from the traumatic area of the brain. The location of this area was found to be at the top of the brain by a small clot that served as a sufficient marker of the spot where the skull was hit during trauma. A portion of the brain cut at 2 mm thickness was processed with an automated tissue processor and embedded in paraffin. An 8 micron thick coronal sample was prepared from each cut out portion of the 2 mm thick brain. Three sections randomly taken from each brain cut were stained with hematoxylin and eosin and processed for quantitative measurement of the damaged area of each sample. This brain area was calculated separately in each hemisphere [ipsilateral (traumatic part) and contralateral] in each tissue section. The brain hemisphere volume was then calculated by multiplying the average area of the three samples by the cutout thickness of 2 mm. Lesion volume (percentage) was expressed as the volume of the contralateral hemisphere subtracted from the volume of the contralateral hemisphere minus the volume of the contralateral hemisphere.
データは、一元配置分散分析(ANOVA)を用いて分析され、次にスチューデントニューマンクールズ(Student Neuman Keuls)テストが行なわれた(ミズーリ州セントルイスのシグマ社(Sigma)のSigma Statソフトウェアを用いた)。以下で述べるこの研究からのデータは、平均±標準偏差として示される。0.05未満のpの値は、統計的に有意であると見なされた。 Data were analyzed using a one-way analysis of variance (ANOVA) followed by a Student Neuman Keuls test (using Sigma Stat software from Sigma, St. Louis, MO). Data from this study described below are presented as mean ± standard deviation. A value of p less than 0.05 was considered statistically significant.
1時間でのNSSによって反映される損傷の重症度は、マウスの両グループにおいて同様であり、制御マウス(n=8)およびレーザ治療マウス(n=16)においてそれぞれ4.8±0.7および4.8±0.8であった。フォローアップ期間全体の間、10および20mW/cm2を受けたマウス間で統計的な相違はなく、結果は、まとめて1つのレーザ治療マウスグループとして保存された。 The severity of injury reflected by NSS at 1 hour is similar in both groups of mice, 4.8 ± 0.7 and 4.8 ± 0.7 in control mice (n = 8) and laser treated mice (n = 16), respectively. It was 4.8 ± 0.8. There was no statistical difference between mice that received 10 and 20 mW / cm 2 during the entire follow-up period, and the results were collectively stored as one laser-treated mouse group.
図39は、脳の外傷を生じさせた後異なる時間間隔における、制御/非レーザ治療(薄色のバー)マウスおよびレーザ照射(黒いバー)マウスの神経学的スコア(NSS)のグラフである。CHI後24時間において、擬似レーザマウス、制御マウス、外傷マウス間に大きな相違はなく、外傷後4時間で積極的レーザ治療を受けたマウスが観察された。しかしながら48時間以降、レーザ治療されたマウスには、制御非治療マウスと比較して、NSSに大きな改善が見られた(48時間でp=0.05およびその後p<0.05)。レーザ治療マウスおよび制御マウス間の大きな相違は、その後TBI後28日目まで持続し、レーザ治療されたマウスは制御マウスと比較して神経行動学的スコアは26−27%低かった。 FIG. 39 is a graph of neurological score (NSS) for control / non-laser treated (light bar) and laser irradiated (black bar) mice at different time intervals after causing brain trauma. At 24 hours after CHI, there was no significant difference among sham laser mice, control mice, and trauma mice, and mice that received active laser treatment 4 hours after trauma were observed. However, after 48 hours, laser treated mice showed a significant improvement in NSS compared to control untreated mice (p = 0.05 at 48 hours and then p <0.05). The large difference between laser treated and control mice persisted until day 28 after TBI, with laser treated mice having a 26-27% lower neurobehavioral score compared to control mice.
図40は、制御非レーザ治療およびレーザ治療マウスの脳の断面の代表的な顕微鏡写真を示す。レーザ治療された脳の最小の損傷(矢印)と比較される、制御顕微鏡写真における損傷(L)に注目する。図41は、頭部外傷を生じさせた後28日の制御外傷脳(薄色のバー)およびレーザ治療外傷脳(黒いバー)の病変体積のグラフである(スケールバー=5mm;**p<0.01)。TBI後28日において、擬似制御マウス(12.1±1.3%)は、レーザ治療マウス(1.4±0.1%)と比較して、損傷を受けた部位の皮質組織が非常に高い欠損を示した(p<0.001)。 FIG. 40 shows representative photomicrographs of cross-sections of brains of controlled non-laser treated and laser treated mice. Note the damage (L) in the control micrograph compared to the minimal damage (arrow) in the laser treated brain. FIG. 41 is a graph of lesion volume (scale bar = 5 mm; ** p <28) of the control traumatic brain (light bar) and laser-treated traumatic brain (black bar) 28 days after head injury. 0.01). At 28 days after TBI, sham-controlled mice (12.1 ± 1.3%) have significantly more cortical tissue at the damaged site compared to laser treated mice (1.4 ± 0.1%). A high defect was indicated (p <0.001).
この研究結果は、初めて、TBI後4時間で適用された低レベルレーザ療法が、短期および長期(28日間)神経行動学的機能を改善し、脳組織欠損を低減することを示す。この結果は、経頭蓋的に適用された低レベル光療法が脳卒中後の機能的結果を改善するというラットおよびウサギモデルにおける以前の発見を確証するものである。この結果は、異常生理学と脳虚血および頭部外傷の障害の二次的メカニズムが非常に類似しているという仮定と一致し、共通して有害なメカニズムおよび保護的なメカニズム双方を含む。しかしながら、脳卒中のラットに対する低レベル光線療法の効果に関する最近の研究では、神経学的機能に対する有益な効果は、レーザ照射後2、3週間のみ明らかであることが示されたが、本明細書に記載の研究では、擬似制御マウスと比較したレーザ治療マウスの神経学的機能全体の目覚しい改善は外傷後5日目において既に重要であった。この現象は、虚血心臓におけるレーザ照射後のATP含有量の急速な増加に基づいて、一部説明することができる。さらに、低レベルレーザ療法後の総抗酸化物質、血管形成、熱ショックタンパク含有量、および抗アポトーシス活性の増加は、以前、虚血心臓および骨格筋において発見されており、虚血/外傷脳において低レベルレーザ療法によっても弱められる可能性のあるプロセスとして示すことができる。低レベルレーザ療法により上記のプロセスを修正することは、この研究で見出された制御と比較して、より良い神経学的結果およびレーザ治療マウスの損傷の大きさの大幅な減少に、一致して寄与し得る。TBI後レーザ照射されたマウスにおける長期的な神経学的機能改善に寄与し得るもう1つのメカニズムは、レーザ治療された脳卒中のラットにおいて最近発見された低レベルレーザ療法によってもたらされるニューロン発生を含む。ニューロン発生も、この研究において示されるように、制御マウスと比較したレーザ治療マウスにおける損傷の大きさの大幅な減少を、一部説明し得る。 The results of this study show for the first time that low-level laser therapy applied 4 hours after TBI improves short- and long-term (28 days) neurobehavioral function and reduces brain tissue defects. This result confirms previous findings in rat and rabbit models that low-level phototherapy applied transcranial improves functional outcome after stroke. This result is consistent with the assumption that the abnormal physiology and the secondary mechanisms of cerebral ischemia and head injury are very similar, and includes both harmful and protective mechanisms in common. However, recent studies on the effects of low-level phototherapy on stroke rats have shown that beneficial effects on neurological function are evident only a few weeks after laser irradiation, In the described study, a marked improvement in the overall neurological function of laser-treated mice compared to sham-controlled mice was already important at 5 days after trauma. This phenomenon can be explained in part based on the rapid increase in ATP content after laser irradiation in the ischemic heart. Furthermore, increases in total antioxidants, angiogenesis, heat shock protein content, and anti-apoptotic activity after low-level laser therapy have been previously discovered in ischemic heart and skeletal muscle, and in ischemic / traumatic brains It can be shown as a process that can also be weakened by low-level laser therapy. Modifying the above process with low-level laser therapy is consistent with better neurological results and a significant reduction in the magnitude of injury in laser-treated mice compared to the controls found in this study. Can contribute. Another mechanism that may contribute to long-term neurological function improvement in post-TBI laser-irradiated mice involves neuronal development brought about by low-level laser therapy recently discovered in laser-treated stroke rats. Neuronal development may also explain, in part, a significant reduction in the magnitude of damage in laser treated mice compared to control mice, as shown in this study.
この研究の結果には臨床的関連性もある。レーザ治療は外傷後4時間で適用され、これは、患者が病院の緊急治療室に到着する妥当な時間である。ラットの先の安全性研究においては、短期間および長期間の間隔双方について、異なる強度または周波数で低レベルレーザ療法で治療されたものにおいて機能神経学的結果または脳組織病理学に変化は見られなかった。 The results of this study are also clinically relevant. Laser treatment is applied 4 hours after trauma, which is a reasonable time for the patient to arrive at the emergency room in the hospital. Previous safety studies in rats showed changes in functional neurological outcomes or brain histopathology in those treated with low-level laser therapy at different intensities or frequencies for both short- and long-term intervals. There wasn't.
光線療法の例4
近赤外線光線療法(NILT)の光生物刺激効果は、インビトロおよびインビボモデル双方について文書に記録されている(例として、L. Detaboada他、「Transcranial application of low-energy laser irradiation improves neurological deficits in rats following acute stroke」、Lasers Surg. Med. 38: 70-73 (2006)参照)。電磁スペクトルの赤外領域におけるエネルギは、非電離であり、紫外光に関連するハザードのうちいずれも示さない。脳組織を特定の赤外波長(たとえば808−810ナノメートル)で照射することにより、照射は脳を透過することができ(例として、S. Ilic他、「Effects of power densities, continuous and pulse frequencies, and number of sessions of low-level laser therapy on intact rat brain」、Photomed. Laser Surg. 24: 458-466 (2006)参照)、ミトコンドリアによるアデノシン三リン酸(ATP)形成を刺激することができる(例として、A.P. Sommer他、「Stressed cells survive better with light」、J. Proteome. Res. 1:475 (2002)参照)。光生物刺激に関与する主要なミトコンドリア発色団は、酵素シトクロームcオキシダーゼ、内部ミトコンドリア膜内にある細胞呼吸鎖内の終末酵素である。シトクロームcオキシダーゼ(COX)は、内側の膜にプロトンを送ることによって細胞の生物エネルギにおける中心的な役割を果たし、これによって、酸化的燐酸化によるATPの形成を促す。NILTの全体的な結果は、エネルギ代謝の改善および潜在的には細胞生存能力の向上(ニューロンおよび非ニューロン双方)である。
Phototherapy example 4
The photobiostimulatory effects of near infrared phototherapy (NILT) have been documented for both in vitro and in vivo models (see, eg, L. Detaboada et al., “Transcranial application of low-energy laser irradiation improves neurological deficits in rats following acute stroke ", Lasers Surg. Med. 38: 70-73 (2006)). The energy in the infrared region of the electromagnetic spectrum is non-ionizing and does not exhibit any of the hazards associated with ultraviolet light. By irradiating brain tissue at a specific infrared wavelength (eg, 808-810 nanometers), the irradiation can penetrate the brain (see, eg, S. Ilic et al., “Effects of power pulses, continuous and pulse frequencies , and number of sessions of low-level laser therapy on intact rat brain ”, Photomed. Laser Surg. 24: 458-466 (2006)), can stimulate the formation of adenosine triphosphate (ATP) by mitochondria ( For example, see AP Sommer et al., “Stressed cells survive better with light”, J. Proteome. Res. 1: 475 (2002)). The main mitochondrial chromophore involved in photobiological stimulation is the enzyme cytochrome c oxidase, a terminal enzyme in the cellular respiratory chain within the inner mitochondrial membrane. Cytochrome c oxidase (COX) plays a central role in the bioenergy of cells by sending protons to the inner membrane, thereby facilitating the formation of ATP by oxidative phosphorylation. The overall result of NILT is improved energy metabolism and potentially improved cell viability (both neurons and non-neurons).
NILTまたはガリウム砒素ダイオード近赤外線レーザを用いて送られる光子エネルギは、塞栓性脳卒中に関連する行動機能欠陥を治療するのに有用であろう(例として、P.A. Lapchak他、「Transcranial infrared laser therapy improves clinical rating scores after embolic strokes in rabbits」、Stroke 35: 1985-1988 (2004)参照)。こうしたウサギの小さな血栓塞栓性脳卒中モデル(RSCEM)研究は、高い電力密度(25mW/cm2)の光の連続波(CW)を用い、長い治療時間(10分間)行なわれた、塞栓性脳卒中から6時間以内のNILTが、行動機能を大幅に改善することを示した。より低いエネルギおよびより短い治療時間は、行動は、塞栓後早期に処方されたときに行動を改善した。しかしながら、レーザプローブの真下における皮膚および脳温度双方の上昇といった、高電力密度を用いることに関連する望ましくない副作用も文書に記録されている。マイケルチョップ(Michael Chopp)および同僚による研究(例として、A. Oron他、「Low-level laser therapy applied transcranially to rats after induction of stroke significantly reduces long-term neurological deficits」、Stroke 37: 2620-2624 (2006)参照)は、ラットの中間動脈閉塞(MCAO)モデルを用いており、レーザ療法が齧歯動物の脳卒中モデルを用いて行動的欠陥を大幅に改善できることを示している。MCAOモデルにおける塞栓後6時間以内に行なわれたときレーザ光療法が神経保護的である上記のRSCEM研究と異なり、レーザ治療は脳卒中発症後24時間で行なわれた場合のみ有効であったが、4時間では有効ではなかった。MCAOモデルにおけるレーザ光療法はまた、神経学的欠損を減じ、これに対応する脳卒中病変体積の減少はなかった。虚血性脳卒中の制御ラットおよびレーザ照射ラットの梗塞領域には明らかな統計学的に有意な相違はなかったため、著者は、非侵襲的レーザ光療法の介入がニューロン発生を誘起することによって機能を改善し得ると仮定した。これは、ダブルコルチンの免疫細胞化学、移動細胞およびブロモデオキシウリジンのマーカ、増殖細胞のマーカを用いて示された。それにもかかわらず、双方のモデルにおいて、CWエネルギ送達を用いたレーザ光線療法は結果として行動的な改善が見られた。 Photon energy delivered using NILT or gallium arsenide diode near-infrared lasers may be useful in treating behavioral functional deficits associated with embolic stroke (eg, PA Lapchak et al., “Transcranial infrared laser therapy improves clinical rating scores after embolic strokes in rabbits ”, Stroke 35: 1985-1988 (2004)). These rabbit small thromboembolic stroke models (RSCEM) studies have been conducted from an embolic stroke using a continuous wave of light (CW) with high power density (25 mW / cm 2 ) and a long treatment time (10 minutes). NILT within 6 hours has been shown to significantly improve behavioral function. Lower energy and shorter treatment time improved behavior when prescribed early after embolization. However, undesirable side effects associated with using high power density, such as an increase in both skin and brain temperature directly under the laser probe, are also documented. Study by Michael Chopp and colleagues (for example, A. Oron et al., “Low-level laser therapy applied transcranially to rats after induction of stroke significantly reduces long-term neurological deficits”, Stroke 37: 2620-2624 (2006 )) Uses a rat intermediate artery occlusion (MCAO) model and shows that laser therapy can significantly improve behavioral deficits using a rodent stroke model. Unlike the RSCEM study described above, where laser light therapy is neuroprotective when performed within 6 hours after embolization in the MCAO model, laser treatment was effective only when performed 24 hours after stroke onset, but 4 It was not effective in time. Laser phototherapy in the MCAO model also reduced neurological deficits and there was no corresponding reduction in stroke lesion volume. Since there were no obvious statistically significant differences between the infarct areas of ischemic stroke control rats and laser-irradiated rats, the authors improved the function of noninvasive laser phototherapy interventions by inducing neuronal development It was assumed that it could be. This was demonstrated using doublecortin immunocytochemistry, migratory and bromodeoxyuridine markers, and proliferating cell markers. Nevertheless, in both models, laser beam therapy with CW energy delivery resulted in behavioral improvements.
CWのNILTによる送達およびパルス波(PW)周波数設定を調べて、脳血管系に血塊を注入することによって生まれるRSCEMを用いる最も有効な治療計画を求めた。多重梗塞虚血のモデルであるRSCEMの結果、二分法による臨床評定評価尺度によって定量的に測定可能な虚血によって生じる行動欠陥が見られた。ウサギにおける臨床評定尺度の使用(行動エンドポイント)は、脳卒中患者のNational Institutes of Health Stroke Scale(NIHSS)の使用に匹敵し、急性虚血性脳卒中の新たな治療のすべての臨床試験の一次的な行動エンドポイントである。以下で述べる研究について、3つの異なる治療計画が使用され、1)7.5mW/cm2のCW電力密度、2)1kHzの300μsパルスの周波数を用いたパルスモデル1(P1)、または3)100Hzの2msパルスの周波数を用いたパルスモデル2(P2)である。より低い電力密度設定およびパルスモード周波数は、加熱をほとんど生じさせないまたは組織の損傷がないため、より安全な照射方法であることが示されている。 CW NILT delivery and pulse wave (PW) frequency settings were examined to determine the most effective treatment plan using RSCEM born by injecting blood clots into the cerebral vasculature. As a result of RSCEM, which is a model of multiple infarct ischemia, behavioral defects caused by ischemia that can be quantitatively measured by the clinical rating scale by the bisection method were observed. The use of a clinical rating scale in rabbits (behavioral endpoint) is comparable to the use of the National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS) in stroke patients and is the primary behavior of all clinical trials for new treatments of acute ischemic stroke Is an endpoint. For the studies described below, three different treatment plans are used: 1) CW power density of 7.5 mW / cm 2 , 2) Pulse model 1 (P1) with a frequency of 300 kHz pulse of 1 kHz, or 3) 100 Hz This is a pulse model 2 (P2) using a frequency of 2 ms pulses. Lower power density settings and pulse mode frequencies have been shown to be safer irradiation methods because they cause little heating or no tissue damage.
実験手順
手術
退役軍人局は、この研究において用いられる手術および治療処置を承認した。手術は、室温を22.8−23.2℃とした無菌の制御された環境の中で行なわれた。RSCEMを用いて、雄のニュージーランド白ウサギであって体重2.2−2.55kgのものが、ハロタン/O2で麻酔され、カテーテルが総頸動脈(CCA)に挿入され、これを通して微小血塊が注入された。一時的に、1つのCCAの分岐が露出され、外頸動脈が分岐のすぐ遠位側で結合された。カテーテルがCCAに挿入され紐で固定された。カテーテルの周りで切れ目を閉じ、遠位端に動物の首の外側でアクセスできるようにした。カテーテルラインは次にヘパリン化された食塩水で満たされ、注入キャップで栓をした。ウサギは、完全に目覚めて正常に行動するまで、麻酔から回復するようにされた。ウサギが麻酔から回復すると、自己保持状態であり正常な中核体温を有した(例として、P.A. Lapchak他、「Neuroprotective effects of the spin trap agent disodium-[(tert-butylimino)m ethyl] benzene-1,3-disulfonate N-oxide (generic NXY-059) in a rabbit small clot embolic stroke model: combination studies with the thrombolytic tissue plasminogen activator」、Stroke 33: 1411-1415 (2002)参照)。
Experimental Procedures Surgery The Veterans Bureau approved the surgery and therapeutic procedures used in this study. The surgery was performed in a sterile controlled environment with room temperature of 22.8-23.2 ° C. Using RSCEM, a male New Zealand white rabbit weighing 2.2-2.55 kg is anesthetized with halothane / O 2 and a catheter is inserted into the common carotid artery (CCA) through which microclots are formed. Injected. Temporarily, one CCA branch was exposed and the external carotid artery was joined just distal to the branch. The catheter was inserted into the CCA and secured with a string. The incision was closed around the catheter to allow access to the distal end outside the animal's neck. The catheter line was then filled with heparinized saline and capped with an infusion cap. Rabbits were allowed to recover from anesthesia until they fully awakened and behaved normally. When the rabbit recovered from anesthesia, it was self-retaining and had normal core body temperature (for example, PA Lapchak et al., “Neuroprotective effects of the spin trap agent disodium-[(tert-butylimino) m ethyl] benzene-1, 3-disulfonate N-oxide (generic NXY-059) in a rabbit small clot embolic stroke model: combination studies with the thrombolytic tissue plasminogen activator ”, Stroke 33: 1411-1415 (2002)).
ウサギ塞栓性脳卒中
RSCEMについて、血液を1匹以上のドナーウサギから採取し、37℃で3時間凝結させた。次に、大きな血塊を、0.1%のウシ血清アルブミンを含むリン酸緩衝生理食塩水の中で浮遊させ、ポリトロン生成フラグメントを順次金属スクリーンおよびナイロンフィルタに通した。結果として得られる小さな血塊の懸濁液を「コバルト含有NEN−Tracミクロスフィア」とラベル付けし、塞栓後脳において留まる血塊の量を計算できるようにした。塞栓については、ウサギはプレキシグラス拘束体の中に置かれ、カテーテル注入キャップが外され、ヘパリン化食塩水が頸動脈カテーテルシステムから除去された。次に、血塊粒子懸濁液をカテーテルを通して脳の中に素早く注入し、これは次に無菌食塩水で洗い流された。ウサギは、塞栓処置の間完全に目覚めており、自己保持状態であった(すなわち人工呼吸または他の外的なサポートが不要であった)。目覚めている麻酔を掛けられていないウサギを使用することにより、血塊注入時およびその後の行動に対する塞栓の効果を素早く観察することができる。
Rabbit embolic stroke For RSCEM, blood was collected from one or more donor rabbits and allowed to condense at 37 ° C. for 3 hours. The large clot was then suspended in phosphate buffered saline containing 0.1% bovine serum albumin and the polytron-generated fragment was sequentially passed through a metal screen and a nylon filter. The resulting small clot suspension was labeled “Cobalt-containing NEN-Trac microspheres” so that the amount of clot that remained in the post-embolization brain could be calculated. For embolization, the rabbits were placed in a Plexiglas restraint, the catheter infusion cap was removed, and heparinized saline was removed from the carotid catheter system. The clot particle suspension was then quickly injected into the brain through the catheter, which was then flushed with sterile saline. The rabbit was fully awake during the embolization procedure and was self-holding (ie, no artificial respiration or other external support was required). By using an awakened unanesthetized rabbit, the effect of embolization on clot injection and subsequent behavior can be quickly observed.
臨床評価スコア行動および量子量−反応分析
臨床評価スコアおよび量子解析を使用することは、この場合はウサギである大きな脳卒中「患者」集団がどのように治療に反応するかを求めるための高度な方法であり、かつ、治療が臨床試験をサポートするために開発されているときに使用される適切な一次エンドポイントである。血塊の量と行動的欠陥との定量的関係を評価するために、ロジスティックS字状量子解析曲線をこの量に合わせた。広範囲の血塊量を用いて、行動的に正常なまたは異常な動物を作り出した。神経保護的治療法がない場合、少数の微小血塊は、大きい明らかな神経学的欠陥は引起さない。しかしながら、多数の微小血塊を注入すると、これらは常に脳障害を引起し死に至らしめることもあった。脳障害を有する異常なウサギは、以下のうち1つ以上の兆候を有するものを含み、これは、運動失調、傾き、旋回、昏睡状態、眼球振とう、平衡感覚障害、手足/顔の感覚障害および場合によっては対麻痺を含む。単純な二分法による評価システムを用いると、再現性のある複合的な結果および低い評価者内変化(<5%)があり、各動物は、未経験の観察者によって、行動的に正常または異常と評価された。量子解析を用い、薬理学的介在に続いて行動の変化が検出された。この単純な評価システムを用いると、動物のグループに関する複合的な結果は再現性が高い。各治療状態について別の曲線が作成され、制御グループと比較して、動物グループの50%に神経学的欠陥を生み出す微小血塊の値または量の統計的に有意な増大は、行動学的な改善を示す。
Clinical evaluation score behavior and quantum dose-response analysis Using clinical evaluation score and quantum analysis is an advanced method for determining how a large stroke “patient” population, in this case rabbits, will respond to treatment And is a suitable primary endpoint to be used when treatments are being developed to support clinical trials. In order to evaluate the quantitative relationship between the amount of clot and behavioral defects, a logistic sigmoidal quantum analysis curve was fitted to this amount. A wide range of clot volumes was used to create behaviorally normal or abnormal animals. In the absence of neuroprotective treatment, a small number of microclots do not cause large apparent neurological defects. However, when a large number of micro blood clots are injected, they always cause brain damage and can lead to death. Abnormal rabbits with brain damage include those with one or more of the following signs: ataxia, tilt, rotation, coma, eye movements, balance dysfunction, limb / face dysfunction And in some cases includes paraplegia. With a simple bisection evaluation system, there are reproducible complex results and low intra-rater variation (<5%), and each animal is behaviorally normal or abnormal by an inexperienced observer. It was evaluated. Using quantum analysis, behavioral changes were detected following pharmacological intervention. With this simple evaluation system, complex results for groups of animals are highly reproducible. A separate curve was generated for each treatment state and a statistically significant increase in the value or amount of microclots that produced a neurological deficit in 50% of the animal group compared to the control group was a behavioral improvement Indicates.
パワーおよび統計分析
量子量−反応曲線のパワー解析は、α=.05およびβ=.90、変動係数15%および手段の相違20%と想定すると、14の動物のサンプルサイズが各グループに必要であることを示した。しかしながら、過去の経験は、1グループ当たりおよそ20の動物が必要であり、これは、準備が困難であることまたは虚血後の死亡により早期の損失が生じるためであるが、治療前に十分に適用できる。行動データは、各グループ(n)のウサギの数についてmgの血塊でP50(平均±S.E.M.)として示された。P50値は、tテストを用いて分析され、これは、適宜ボンフェローニ補正を含んだ。研究において、擬似治療制御グループ全体は、治療グループと並行して扱われ、すべてのグループは、上記の同じ行動解析尺度を用いて評価され、実験または調査員の偏りを取除いた。NILT治療グループは直接制御グループと比較された。この研究のすべての動物について、頸動脈カテーテル配置前に、この研究で使用されるすべてのウサギの頭蓋骨を覆う頭皮上の毛を剃って桃色の肌を露出させた。毛を剃ったすべてのウサギはランダムに治療グループに塞栓処置前に割当てられ、すべての死後解析が完了するまでランダム化は隠した。
Power and statistical analysis The power analysis of the quantum quantity-response curve is α =. 05 and β =. Assuming 90, a coefficient of variation of 15% and a means difference of 20%, 14 animal sample sizes were shown to be required for each group. However, past experience has required about 20 animals per group, which is difficult to prepare or because of early loss due to post-ischemic death, but well before treatment Applicable. Behavioral data were expressed as P 50 (mean ± SEM) in mg clots for the number of rabbits in each group (n). P 50 values were analyzed using the t test, which included Bonferroni correction as appropriate. In the study, the entire sham treatment control group was treated in parallel with the treatment group, and all groups were evaluated using the same behavioral analysis scale described above to remove experimental or investigator bias. The NILT treatment group was compared with the direct control group. For all animals in this study, the pink skin was exposed by shaving the hair on the scalp over the skulls of all rabbits used in this study prior to carotid catheter placement. All shaved rabbits were randomly assigned to treatment groups prior to embolization, and randomization was hidden until all postmortem analysis was completed.
近赤外線光療法
ウサギは、治療期間の間プレキシグラス拘束体の中に置かれた。プローブは皮膚と直に接触するように配置された、これは、頭部領域上の毛が皮膚のレーザプローブを並列配置する前に剃られていたからである。光ファイバケーブルおよび直径2センチメートルを測定するレーザプローブ(カリフォルニア州バークレイのOZオプティクス社(OZ Optics Ltd.))を備えるアキュレーザ(Acculaser)低エネルギレーザが使用された(波長808±5ナノメートル)。機器設計研究は、これらのスペックにより、光をウサギの頭蓋骨および脳のおよそ2.5−3センチメートルの深さまで浸透させることができ、正中線上のブレグマの後ろにおいて皮膚の表面の上に置かれたときに脳のほとんどを光ビームが覆うことを、示している。上記のスペックを用いると、脳に送達される平均エネルギは0.9−1.2ジュールであった。表11は、今回の研究で使用される3つの異なる治療計画に関する詳細を示し、1)CW、2)1kHzの300μsパルスの周波数を用いるP1、および3)100Hzの2msパルスの周波数を用いるP2である。
Near-infrared light therapy Rabbits were placed in Plexiglas restraints for the duration of treatment. The probe was placed in direct contact with the skin because the hair on the head area was shaved before placing the laser probe on the skin side by side. An Acculaser low energy laser with a fiber optic cable and a laser probe measuring 2 centimeters in diameter (OZ Optics Ltd., Berkeley, CA) was used (wavelength 808 ± 5 nanometers). Device design studies have allowed these specifications to allow light to penetrate to a depth of approximately 2.5-3 centimeters in the rabbit skull and brain, placed on the surface of the skin behind the midline bregma. Shows that the light beam covers most of the brain. Using the above specifications, the average energy delivered to the brain was 0.9-1.2 Joules. Table 11 shows details on the three different treatment plans used in this study: 1) CW, 2) P1 using a frequency of 300 kHz pulse of 1 kHz, and 3) P2 using a frequency of 2 ms pulse of 100 Hz. is there.
結果
経頭蓋NILTは臨床評価スコアを改善する:6時間治療
この研究では、48時間を、異なる治療計画の相対的な有効性を判断する際の行動エンドポイントを測定するための時間として使用した。先に引用した過去の2004ラプチャック(Lapchak)研究では、48時間経過時に現われる行動の改善は、治療後21日までにおいても測定可能であった。この研究では、7.5mW/cm2の電力密度設定および治療期間2分を用いた。NILTの有効な計画を定めるために、上記の3つの異なるモード、CW、P1およびP2が用いられた。これら3つのモードの主な相違点は、脳の照射のデューティサイクルおよび総時間である。
Results Transcranial NILT improves clinical assessment score: 6-hour treatment In this study, 48 hours was used as a time to measure behavioral endpoints in determining the relative effectiveness of different treatment regimens. In the previous 2004 Lapchak study cited above, the behavioral improvement that appeared after 48 hours was measurable by 21 days after treatment. In this study, a power density setting of 7.5 mW / cm 2 and a treatment period of 2 minutes were used. Three different modes, CW, P1 and P2, were used to define an effective plan for NILT. The main difference between these three modes is the brain illumination duty cycle and total time.
図42A−図42Cは、塞栓後6時間治療を用いた研究の結果を示す。黒丸は制御グループの原始データを表わし、三角形はレーザ治療グループの原始データを表わす。特定の血塊重量に関する正常な動物は、y軸上の0に示された記号で表わされ、特定の血塊重量に関する異常な動物は、y軸上の100に示された記号で表わされる。すべての3つの治療計画を用いて塞栓後6時間で開始されたNILTは、行動を治療後24時間で測定したときの累積制御グループと比較して、改善された行動機能をもたらした。図42Aに示されるように、CWとして与えられるNILTは、P50値を2.06±0.59mg(n=29、P=0.099)に増大し、これは、1.01±0.25mg(n=31)である制御グループのP50値と統計的には変わりなかった。しかしながら、NILTがP1またはP2モードを用いたPWとして与えられたとき、行動機能が大きく増し、これは、グループの大幅に増大したP50値によって反映された。P50値は、図42Bおよび図42Cで示されるように、P1およびP2グループについて、それぞれ1.89±0.29mg(n=25、P=0.0248)および1.92±0.15mg(n=33、P=0.0024)であった。 Figures 42A-42C show the results of a study using a 6 hour post-embolization treatment. The black circles represent the control group primitive data and the triangles represent the laser treatment group primitive data. A normal animal for a particular clot weight is represented by a symbol shown at 0 on the y-axis, and an abnormal animal for a particular clot weight is represented by a symbol shown at 100 on the y-axis. NILT initiated at 6 hours post-embolization using all three treatment regimes resulted in improved behavioral function compared to the cumulative control group when behavior was measured at 24 hours post-treatment. As shown in FIG. 42A, NILT given as CW increases the P 50 value to 2.06 ± 0.59 mg (n = 29, P = 0.099), which is 1.01 ± 0. It was not statistically different from the P 50 value of the control group, which was 25 mg (n = 31). However, when NILT was given as PW using P1 or P2 mode, behavioral function increased significantly, which was reflected by the group's significantly increased P 50 value. P 50 values are 1.89 ± 0.29 mg (n = 25, P = 0.0248) and 1.92 ± 0.15 mg (n = 25, P = 0.0248) for the P1 and P2 groups, respectively, as shown in FIGS. 42B and 42C. n = 33, P = 0.024).
塞栓後12時間で開始したときの経頭蓋NILTの行動機能に対する効果
先に引用した以前の2004ラプチャック研究では、レーザ療法は、脳卒中後24時間でウサギに適用されたときには有効ではないと報告されている。このように、NILTの治療ウインドウを、CWまたはP1計画を用いて、6時間を超えて延長できるか否かを判断することが重要である。この一連の実験について、上記の累積制御グループが使用され、このグループは1.01±0.25mgのP50値を有した(n=31)。この累積制御グループが使用された理由は、塞栓を生じさせたウサギのベースラインP50値が時間が経過してもまた実験によってもかなり一定していることが、以前に文書に記録されていたからである。この研究における累積的制御グループの使用により、多数のウサギの利用を減じることができる。
Effect of transcranial NILT on behavioral function when started 12 hours after embolization In a previous 2004 lap chuck study cited above, laser therapy was reported to be ineffective when applied to rabbits 24 hours after stroke. Yes. Thus, it is important to determine whether the NILT treatment window can be extended beyond 6 hours using the CW or P1 plan. For this series of experiments, the cumulative control group described above was used and this group had a P 50 value of 1.01 ± 0.25 mg (n = 31). This cumulative control group was used because it was previously documented that the baseline P 50 value of the embolized rabbit was fairly constant over time and by experiment. is there. The use of cumulative control groups in this study can reduce the use of large numbers of rabbits.
図43Aおよび図43Bは、塞栓後12時間治療を使用した研究の結果を示す。黒丸は制御グループの原始データを表わし、三角形はレーザ治療グループの原始データを表わす。特定の血塊重量に関する正常な動物は、y軸上の0に示された記号で表わされ、特定の血塊重量に関する異常動物は、y軸上の100に示された記号で表わされる。治療計画のいずれかを用いて塞栓後12時間で開始されたNILTは、治療後24時間で行動が測定されたときの累積制御グループと比較して、大幅な行動機能の改善は見られなかった。図43Aに示されるように、CWとして与えられたNILTは、P50値を2.89±1.76mgに増大させた(n=29、P=0.279)。加えて、図43Bに示されるように、NILTがPWとしてP1を用いて与えられたとき、P50値は2.40±0.99mgであった(n=24、P=0.134)。このように、平均P50値は増加していたが、NILTの治療グループの反応における本質的な多様性は、治療が統計的に有意な相違を示すことを妨げた。CW計画もP1計画もP50値を大幅に増大させるには有効ではないため、P2計画を塞栓52時間で用いるNILTの効果については調査しなかった。 Figures 43A and 43B show the results of a study using 12 hours post-embolization treatment. The black circles represent the control group primitive data and the triangles represent the laser treatment group primitive data. A normal animal for a particular clot weight is represented by the symbol shown at 0 on the y-axis, and an abnormal animal for a particular clot weight is represented by the symbol shown at 100 on the y-axis. NILT initiated at 12 hours post-embolization using any of the treatment plans did not show significant behavioral improvement compared to the cumulative control group when behavior was measured at 24 hours post-treatment . As shown in FIG. 43A, NILT given as CW increased the P 50 value to 2.89 ± 1.76 mg (n = 29, P = 0.279). In addition, as shown in FIG. 43B, when NILT was given using P1 as PW, the P 50 value was 2.40 ± 0.99 mg (n = 24, P = 0.134). Thus, it had increased average P 50 value, intrinsic diversity in the reaction of the treatment groups NILT the treatment is prevented from showing a statistically significant difference. Neither the CW plan nor the P1 plan was effective in significantly increasing the P 50 value, so the effect of NILT using the P2 plan at 52 hours of embolization was not investigated.
考察
この研究の主な目的は、ウサギにおける複数の小さな血塊塞栓脳卒中後の臨床評価スコアに対するCWおよびPW経頭蓋NILTの効果を、直接評価することであった。この目的を達成するために、RSCEMを使用した。これは、臨床に即時応用することができる新たな脳卒中治療を開発するのに有用な前臨床動物モデルである。このモデルにおいて、脳卒中または虚血性損傷の主要な原因は、大脳の血管の中に留まる血塊を与えたことに関連し、これは、大脳血流妨害および臨床的障害に関与する人間における多くの脳卒中と同じ原因である。さらに、RSCEMは、人間の脳卒中に対するNIHSSの運動機能要素に基づく一次エンドポイントとして臨床評価のスケールを用いる多重梗塞虚血のモデルである。
Discussion The main objective of this study was to directly assess the effects of CW and PW transcranial NILT on clinical assessment scores after multiple small clot embolization strokes in rabbits. To achieve this goal, RSCEM was used. This is a preclinical animal model useful for developing new stroke therapies that can be applied immediately in the clinic. In this model, the major cause of stroke or ischemic injury is related to giving blood clots that remain in the blood vessels of the cerebrum, which means that many strokes in humans involved in cerebral blood flow disturbances and clinical disorders Is the same cause. In addition, RSCEM is a model of multiple infarct ischemia that uses the scale of clinical evaluation as the primary endpoint based on the motor function elements of NIHSS for human stroke.
RSCEMを使用したこの研究において、塞栓性脳卒中後6時間において、塞栓を生じさせたウサギに対して行なわれた経頭蓋NILTが、特に運動機能について、行動評価スコアを改善した。この発見には3つの重要な側面がある。第1に、この研究で使用された推定脳浸透2.5/3cmの低電力密度(7.5mW/cm2)は、臨床評価スコア(たとえば運動機能)の改善に有効であった。第2に、近赤外光を2分間適用すると、NILTを塞栓を生じさせたウサギに経頭蓋的に適用したときに機能回復を促進した。第3に、この研究は、パルス療法と比較してCW療法には異なる効果があるか否かを判断するように設計された。興味深いことに、CW療法はグループのP50値を増加させたが、結果として得られたこの増加は、制御と比較して統計的に有意ではなかった。しかしながら、いずれのパルス治療方法も制御と比較してP50値を大幅に増加させた。 In this study using RSCEM, transcranial NILT performed on embolized rabbits improved behavioral assessment scores, especially for motor function, 6 hours after embolic stroke. There are three important aspects to this discovery. First, the low power density (7.5 mW / cm 2 ) of estimated brain penetration 2.5 / 3 cm used in this study was effective in improving clinical assessment scores (eg motor function). Second, application of near-infrared light for 2 minutes promoted functional recovery when NILT was applied transcranially to embolized rabbits. Third, this study was designed to determine whether CW therapy had different effects compared to pulse therapy. Interestingly, CW therapy increased the P50 value of the group, but the resulting increase was not statistically significant compared to control. However, both pulse treatment methods significantly increased P 50 values compared to control.
以前の2004ラプチャック研究では、高電力密度(25mW/cm2)のレーザ療法が、10分間のCW方法を用いてテストされ、レーザ療法がウサギの塞栓性脳卒中後の行動機能を改善することが示された。ここでの研究は、7.5mW/cm2の電力密度および2分間の治療時間が、延長された塞栓後6時間の治療において有効な効果を生み出すことができることを示す。しかしながら、本研究では、CW療法の結果として「統計的に」有意な行動改善は見られなかった。しかしながら、パルス療法は、P1またはP2計画いずれを用いた場合でも、結果として行動において統計的に有意な増大を示した。低電力密度NILTに関するこれらの結果は、本研究と比較して重要な相違点がいくつかある齧歯動物の脳卒中モデルを用いて過去に報告されたものと比較することができる。齧歯動物フィラメントモデルを用いて永続的な大脳虚血を引起した場合、先に引用したラットのMCAO研究は、早期レーザ治療(すなわちフィラメントを配置してから4時間後)に対して有効性を示すことができなかった。しかしながら、この研究は、レーザ治療が、脳卒中後24時間で適用されたときに有効であり、有益な効果は脳卒中後21日まで観察可能であることを見出した。レーザ治療効果の持続時間は、以前に発表されたものに匹敵する。しかしながら、以前の2004ラプチャック研究が、NILTが脳卒中後6時間で適用されたときウサギにおいて脳卒中を原因とする行動欠陥を減少させることを示しているとしても、これは、NILTを脳卒中後12時間で開始したときの「統計的に」有意な行動の改善を示さなかった。 Previous 2004 Rapchuk studies have tested high power density (25 mW / cm 2 ) laser therapy using a 10 minute CW method and show that laser therapy improves behavioral function after embolic stroke in rabbits. It was done. Studies here show that a power density of 7.5 mW / cm 2 and a treatment time of 2 minutes can produce an effective effect in a treatment of 6 hours after prolonged embolization. However, in this study, there was no “statistically” significant behavioral improvement as a result of CW therapy. However, pulse therapy resulted in a statistically significant increase in behavior with either the P1 or P2 regime. These results for low power density NILT can be compared to those previously reported using a rodent stroke model with some significant differences compared to this study. When a permanent cerebral ischemia is induced using a rodent filament model, the rat MCAO study cited above is effective against early laser treatment (ie, 4 hours after filament placement). Could not show. However, this study found that laser treatment was effective when applied 24 hours after stroke, and that beneficial effects were observable up to 21 days after stroke. The duration of the laser treatment effect is comparable to that previously published. However, even though previous 2004 Rapchuk studies have shown that NILT reduces behavioral deficits due to stroke in rabbits when applied 6 hours after stroke, this does not allow NILT to occur 12 hours after stroke. There was no “statistically” significant behavioral improvement when started.
先に引用した齧歯動物フィラメント永久閉塞モデルについて発表された結果と上記のウサギの塞栓性脳卒中モデル2004ラプチャック研究との間には、重要な相違点があると思われる。この相違点は単純に2つのモデルの脳卒中の原因と関連するであろう。齧歯動物の中大脳動脈の中にプラスチックフィラメントを配置し、1−2%のハロタン、70%のN2Oおよび30%のO2に保ち、血液グルコース、pH、pO2およびpCO2ならびに直腸温度をモニタする(すべてのレベルは公表文献において示されていない)ことは、脳卒中の極端な人工モデルを表わしているであろう。ここで記載するウサギの塞栓性脳卒中モデルは、頸動脈カテーテル配置後3時間のウサギを使用して、このウサギが、塞栓を生じさせたときに自己保持状態であり麻酔なしであるようにした。さらに、ドナーウサギから準備した新しい血塊を、血液を採取し添加剤なしで凝固させた日に塞栓処置に用いた。このように、塞栓処置中、ウサギは目覚めており正常に行動した。このように2つのモデルには相違があるため、NILTの効果の違いはそれほど驚くべきものではない。2つの異なる虚血性脳卒中動物モデルを使用した結果として得られた異なる発見は、虚血脳におけるNILTの作用のメカニズムを幾分明らかにするであろう。ラットモデル研究では、主として虚血後24時間で適用されたときのみレーザの効果が明らかであるためレーザ療法は脳内のニューロン発生を引起し得ること、および、脳においてニューロン発生に関連するマーカの偶然の増大があることが提案された。さらに、レーザ療法の生理学的効果は即時観察されるのではなく、治療後2週間から4週間の遅延を要する。著者は、レーザ療法は脳内の新たなニューロンの形成およびニューロンサポート細胞を引起すこと、および、レーザ療法後の行動の改善には新たなニューロン経路を必要とすることを示した。不運なことに、この考え方を、レーザ治療された脳および制御虚血脳における病変体積のヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)着色方法は、支持しない。なぜなら、この2つのグループ間には病変体積について統計的に有意な相違はなく、脳の中でニューロン形成がほとんどないまたは全くないことを示唆している。 There appears to be an important difference between the published results of the rodent filament permanent occlusion model cited above and the rabbit embolic stroke model 2004 lap chuck study described above. This difference may simply be related to the causes of stroke in the two models. Place a plastic filament in the rodent middle cerebral artery and keep it at 1-2% halothane, 70% N 2 O and 30% O 2 , blood glucose, pH, pO 2 and pCO 2 and rectum Monitoring temperature (all levels not shown in published literature) will represent an extreme artificial model of stroke. The rabbit embolic stroke model described here used a rabbit 3 hours after placement of the carotid catheter so that the rabbit was self-holding and unanesthetized when embolization occurred. In addition, new clots prepared from donor rabbits were used for embolization on the day blood was collected and allowed to clot without additives. Thus, during the embolization procedure, the rabbit was awake and behaved normally. Because of the differences between the two models, the difference in NILT effect is not as surprising. The different findings obtained as a result of using two different ischemic stroke animal models will reveal somewhat the mechanism of action of NILT in the ischemic brain. In rat model studies, laser therapy can cause neuronal development in the brain, mainly when applied 24 hours after ischemia, and the markers associated with neuronal development in the brain. It was proposed that there was a coincidence increase. Furthermore, the physiological effects of laser therapy are not observed immediately, but require a delay of 2 to 4 weeks after treatment. The authors have shown that laser therapy induces the formation of new neurons and neuronal support cells in the brain, and that new neuronal pathways are required to improve behavior after laser therapy. Unfortunately, this idea does not support the method of hematoxylin and eosin (H & E) staining of lesion volumes in laser-treated and controlled ischemic brains. Because there is no statistically significant difference in lesion volume between the two groups, suggesting little or no neuron formation in the brain.
ラットモデルにおけるレーザ療法の遅延効果と異なり、ウサギモデルでは、NILTは塞栓後5分から6時間で適用されたときに有効であり、かつNILTの行動的な効果は塞栓の24−48時間内で測定可能である。本明細書に記載の結果は、NILTは、結果として行動を改善する、塞栓後の脳内の急速反応要素(RRE)を誘起し、これは、ニューロン発生または長期再モデル化とは独立していると思われる効果であることを、示している。さらに、NeuroThera Effectiveness and Safety Trial(NEST−1)に登録された脳卒中患者において、NIHSSスコアの大幅な減少は、レーザ治療後5日までに明確であり、これは、治療後90日まで連続して改善された(Y. Lampl他、「Infrared laser therapy for ischemic stroke: a new treatment strategy: results of the NeuroThera Effectiveness and Safety Trial-1 (NEST-I)」、Stroke 38(6): 1843-1849 (2007)参照)。この発見は、ウサギの塞栓性脳卒中モデル研究の結果と一致しており、レーザ療法が虚血性脳卒中後の機能の急速な回復を促すことを示している。 Unlike the delayed effect of laser therapy in the rat model, in the rabbit model, NILT is effective when applied 5 minutes to 6 hours after embolization, and the behavioral effect of NILT is measured within 24-48 hours of embolism Is possible. The results described herein indicate that NILT induces a rapid response element (RRE) in the post-embolization brain that results in improved behavior, which is independent of neuronal development or long-term remodeling. This is an effect that seems to be present. Furthermore, in stroke patients enrolled in the NeuroThera Effectiveness and Safety Trial (NEST-1), a significant decrease in NIHSS score is evident by 5 days after laser treatment, which is continuous up to 90 days after treatment. Improved (Y. Lampl et al., “Infrared laser therapy for ischemic stroke: a new treatment strategy: results of the NeuroThera Effectiveness and Safety Trial-1 (NEST-I)”, Stroke 38 (6): 1843-1849 (2007 )reference). This finding is consistent with the results of a rabbit embolic stroke model study, indicating that laser therapy facilitates rapid recovery of function after ischemic stroke.
要約すると、実験的脳卒中研究の結果は、NILTが、脳卒中の6時間および24時間の間に適用されたならば患者において有用であろうことを示唆している。相関関係にある臨床前および臨床急性虚血性脳卒中研究に基づくと、RSCEMにおいて観察される6時間治療ウインドウは、脳卒中患者におけるほぼ18時間に匹敵するであろう。その理由は以下のとおりである。RCSEMでは、塞栓後1−1.5時間で与えられたときtPAは効果的に行動を改善し、患者においては、tPAの治療ウインドウは、脳卒中発症後約3−6時間に沿っている。このように、患者と比較したウサギモデルにおけるtPAの有効性について観察された時間の間には2倍から3倍の差があると思われる。この仮説に従うと、RSCEMにおいて、NILTは脳卒中後6時間まで有効であり、このモデルによって予測されるように、先に引用されたNEST−1臨床試験は、患者が脳卒中後24時間以内に治療された場合レーザ療法は臨床評価スコアを改善することを発見した。このように、先に述べた時間的な差のため、患者にとって脳卒中から24時間以内に病院に訪れたならばNILTは有用であろうと思われる。 In summary, the results of experimental stroke studies suggest that NILT would be useful in patients if applied between 6 and 24 hours of stroke. Based on correlated preclinical and clinical acute ischemic stroke studies, the 6-hour treatment window observed in RSCEM will be comparable to approximately 18 hours in stroke patients. The reason is as follows. In RCSEM, tPA effectively improves behavior when given 1-1.5 hours after embolization, and in patients, the treatment window for tPA is approximately 3-6 hours after the onset of stroke. Thus, there appears to be a 2- to 3-fold difference between the times observed for the effectiveness of tPA in the rabbit model compared to the patient. According to this hypothesis, in RSCEM, NILT is effective up to 6 hours after stroke, and as predicted by this model, the previously cited NEST-1 clinical trial shows that patients are treated within 24 hours after stroke. If laser therapy was found to improve clinical evaluation score. Thus, due to the time differences mentioned above, NILT would be useful for patients if they visited the hospital within 24 hours of a stroke.
上記のNEST−1研究は、脳卒中後2−24時間でレーザ療法が開始されたときには、経頭蓋レーザ療法は、虚血性脳卒中を原因とする運動機能欠陥を治療するのに有用なアプローチであろうことを示唆する。NEST−1研究の最初の試験は、CWモードを用い、電力密度10mW/cm2で、20の予め定められた頭皮上の場所で、各部位について照射を2分間行なった。治療時間が2および24時間の間(時間の中央値18時間)の120人の急性虚血性脳卒中患者(バイアス設計1:2)のNEST−1試験の予備的結果は、レーザ治療グループのより多くの患者が、制御グループと比較して、NIHSSおよびmRSスコアの平均変化によって測定されるベースラインから90日までの優良な結果を得たことを、示した(P=0.035、重症度および治療までの時間で分類、P=0.048、重症度のみで分類)。脳卒中の動物モデルにおけるNILTについて文書に記録されたプラスの結果は、フォトセラ社という経頭蓋レーザ装置の製造者によって出資される、NEST−II試験、すなわちクロスペクティブ、包括解析、多角的、国際的、かつ二重盲検試験である試験の開始を促した。 The above NEST-1 study shows that when laser therapy is initiated 2-24 hours after stroke, transcranial laser therapy may be a useful approach to treat motor dysfunction caused by ischemic stroke I suggest that. The first test of the NEST-1 study used the CW mode, with a power density of 10 mW / cm 2 and 20 minutes of irradiation at each of the 20 predetermined scalp locations for 2 minutes. Preliminary results of the NEST-1 trial of 120 acute ischemic stroke patients (bias design 1: 2) with treatment times between 2 and 24 hours (median time 18 hours) are more in the laser treatment group Of patients showed good results from baseline to 90 days as measured by mean change in NIHSS and mRS scores compared to control group (P = 0.035, severity and Classification by time to treatment, P = 0.048, classification by severity only). The positive results documented for NILT in animal models of stroke are the NEST-II study funded by the manufacturer of a transcranial laser device called Photocera, ie cross-spective, comprehensive analysis, multilateral, international, And prompted the start of a double-blind study.
NILTは、PW光エネルギを用いウサギの脳に適用されたとき行動的欠陥を効果的に改善する。データは臨床設定におけるNILT療法の使用をサポートするが、CWおよびPW治療を用いて得られた異なる結果は、NILTのPWモードを使用することが患者にとって運動機能および健康状態全般を改善するには最も有効であろうことを示す。 NILT effectively improves behavioral deficits when applied to rabbit brains using PW light energy. Although the data support the use of NILT therapy in a clinical setting, the different results obtained with CW and PW therapy show that using NILT PW mode improves overall motor function and health status for patients Indicates that it will be most effective.
光線療法の例5
ニューロロジカルテスティングサービス社(Neurological Testing Service, Inc.)(サウスカロライナ州チャールストン(Charleston))との契約で実施された別の研究の例では、赤外線経頭蓋レーザ療法(TLT)を、アルツハイマー病(AD)のアミロイド前駆体ペプチド(APP)トランスジェニックマウスモデルにおける有効性についてテストした。レーザ光線療法は、1週間に3度さまざまな線量で26週間行なわれ、年齢3ヶ月で開始された。結果はレーザなし(制御グループ)と比較された。動物は、アミロイド負荷、炎症マーカ、脳のAβレベル、プラズマAβレベル、CSFAβレベル、sAPPレベル、およびNS行動変化について調べられた。Aβ斑の数は、線量に依存するやり方でレーザ療法を行なった場合脳において大幅に減少した。レーザ療法の適用は、アミロイド負荷の線量に依存する低下を示した。すべての療法は、アミロイド沈着低減に有効であった。すべてのレーザ治療は、進行したアミロイド沈着に見られるように行動における効果を減じた。全体として、レーザ療法は、脳内におけるAβアミロイドの範囲を限定する上で、かつマウス内のAβペプチドの沈着および行動的欠陥の効果を反転させる上で有効であった。加えて、レーザ療法は、APPトランスジェニックマウスにおける炎症マーカの発現を減じることができた。Aβペプチドレベルは、APPトランスジェニックマウスの脳内において大幅に変化し、プラズマAβペプチドレベルには目立った相違はなかった。研究は、sAPPβの増加およびsAPPβレベルの減少を示し、これはβセクレターゼ活性の抑制と一致する。これらの研究は、レーザ光線療法が、ADの治療にとって有力な候補であることを示唆している。
Phototherapy example 5
Another example of a study conducted in a contract with Neurological Testing Service, Inc. (Charleston, SC) included infrared transcranial laser therapy (TLT), Alzheimer's disease ( AD) was tested for efficacy in an amyloid precursor peptide (APP) transgenic mouse model. Laser beam therapy was performed at various doses 3 times a week for 26 weeks, starting at 3 months of age. The results were compared with no laser (control group). Animals were examined for amyloid burden, inflammatory markers, brain Aβ levels, plasma Aβ levels, CSFAβ levels, sAPP levels, and NS behavioral changes. The number of Aβ plaques was significantly reduced in the brain when laser therapy was performed in a dose-dependent manner. Application of laser therapy showed a dose-dependent decrease in amyloid burden. All the therapies were effective in reducing amyloid deposition. All laser treatments reduced the effect on behavior as seen in advanced amyloid deposition. Overall, laser therapy was effective in limiting the extent of Aβ amyloid in the brain and in reversing the effects of Aβ peptide deposition and behavioral defects in mice. In addition, laser therapy was able to reduce the expression of inflammatory markers in APP transgenic mice. Aβ peptide levels varied significantly in the brain of APP transgenic mice and there were no noticeable differences in plasma Aβ peptide levels. Studies show an increase in sAPPβ and a decrease in sAPPβ levels, consistent with inhibition of β-secretase activity. These studies suggest that laser beam therapy is a strong candidate for the treatment of AD.
本明細書で使用される以下の略語は以下の定義を有する。
略語:定義
Aβ:Aベータ
APP:アミロイド前駆体タンパク
Aβペプチド:Aベータペプチド
AD:アルツハイマー病
4G8:Aベータペプチド抗体
PTI:フォトセラ社
NTS:ニューロロジカルテスティングサービス社
BACE:ベータセクレターゼ
IL−1:インターロイキン−1
TNF−α:腫瘍壊死因子−α
TGF−β:形質転換成長因子−β
老人斑を含むAβはアルツハイマー病(AD)の神経病理学的特徴の1つであり、AβおよびAβを含む老人斑のADに対する関係の理解に多大な尽力がなされてきた。この作業のほとんどが、Aβの生合成およびその沈着に影響を及ぼす要因に注目してきた。Aβペプチドは、その前駆体の内部タンパク質分解を介して生成される40または42のアミノ酸のいずれかの主に2つのペプチドであり、それはアミロイド前駆体タンパク(APP)である。Aβを含む老人斑に加え、さまざまな神経細胞骨格変化が、AD神経病理学の主要な特徴である。これらは、神経原線維変化、自由ジストロフィ神経突起および神経老人斑に存在するものを含むphospho-tauならびにシナプス損失を含む。これらの異常な特徴がニューロン欠損の結果なのか原因なのかが今も議論されている。正確なメカニズムにかかわらず、このニューロンおよびシナプス欠損は、認知低下に繋がる。早期に始まる常染色体優性ADは、いくつかの遺伝子:APP、プレセニリン1(PS1)またはプレセニリン2(PS2)のうち1つの突然変異と直接的に関連する。いくつかの危険因子遺伝子に加え、最も注目されるのは、APOE4対立遺伝子が、後に発症するADの危険を変えることであり、いくつかの他の遺伝子における突然変異または多型性が同様のAD表現型に繋がり得ることが明らかである。
The following abbreviations used herein have the following definitions:
Abbreviations: Definitions Aβ: Abeta APP: Amyloid precursor protein Aβ peptide: Abeta peptide AD: Alzheimer's disease 4G8: Abeta peptide antibody PTI: Photocera NTS: Neurological Testing Service BACE: Beta secretase IL-1: Inter Leukin-1
TNF-α: tumor necrosis factor-α
TGF-β: transforming growth factor-β
Aβ including senile plaques is one of the neuropathological features of Alzheimer's disease (AD), and great efforts have been made to understand the relationship of Aβ and Aβ including Aβ to AD. Most of this work has focused on factors that affect Aβ biosynthesis and its deposition. Aβ peptide is mainly two peptides of either 40 or 42 amino acids that are generated via internal proteolysis of its precursor, which is amyloid precursor protein (APP). In addition to senile plaques including Aβ, various neurocytoskeletal changes are a major feature of AD neuropathology. These include neurofibrillary tangles, phospho-tau, including those present in free dystrophic neurites and neuritic senile plaques, and synaptic loss. It is still debated whether these abnormal features are the result or cause of neuronal loss. Regardless of the exact mechanism, this neuronal and synaptic deficiency leads to cognitive decline. Autosomal dominant AD that begins early is directly associated with mutations in one of several genes: APP, presenilin 1 (PS1) or presenilin 2 (PS2). Of note, in addition to several risk factor genes, the APOE4 allele alters the risk of later-onset AD, and mutations or polymorphisms in several other genes have similar AD. Clearly it can lead to a phenotype.
Aβペプチドは、βおよびγセクレターゼの連続的な作用によって切断されるAPPから得られる。βサイトAPP切断酵素(BACE)は、結果として、溶解性APP−β(sAPPβ)フラグメントを放出する膜の細胞外側のAPPの切断となる、膜結合性アスパルチルプロテアーゼの1つである。加えて、γセクレターゼ酵素(PS−1およびPS−2の複合体)は、膜貫通領域を切断してAβペプチドおよびカルボキシル末端を放出する。αセクレターゼ酵素は、Aβペプチドの中央で切断しAβペプチドの発生を防止する主要なAPP活性である。これらの酵素の変化した機能は、ADの原因に寄与し得るAβペプチドの生成の増大に繋がり得る。数多くの研究が、APP遺伝子またはプレセニリンにおける突然変異が結果としてβセクレターゼ切断を増大しAβ1−40およびAβ1−42双方の生成を増大することを示してきた。加えて、コレステロール降下薬を用いてコレステロールを除去すると、Aβペプチド合成およびsAPP−βの減少が見られた。したがって、プロセスにおけるAβ処理の変更およびβセクレターゼの役割に関連するメカニズムを理解することが、βセクレターゼの選択的阻害薬の設計および最終的にはADの治療の設計を助けるであろう。 Aβ peptides are obtained from APP that are cleaved by the sequential action of β and γ secretases. β-site APP cleaving enzyme (BACE) is one of the membrane-bound aspartyl proteases that results in the cleavage of APP outside the membrane releasing a soluble APP-β (sAPPβ) fragment. In addition, the gamma secretase enzyme (PS-1 and PS-2 complex) cleaves the transmembrane region to release the Aβ peptide and carboxyl terminus. The α-secretase enzyme is the main APP activity that cleaves in the middle of the Aβ peptide and prevents the generation of Aβ peptide. The altered function of these enzymes can lead to increased production of Aβ peptides that can contribute to the cause of AD. Numerous studies have shown that mutations in the APP gene or presenilin result in increased β-secretase cleavage and increased production of both Aβ1-40 and Aβ1-42. In addition, removal of cholesterol using cholesterol-lowering drugs resulted in a decrease in Aβ peptide synthesis and sAPP-β. Thus, understanding the mechanisms associated with changes in Aβ processing and the role of β-secretase in the process will assist in the design of selective inhibitors of β-secretase and ultimately the design of treatment for AD.
方法および材料
マウスAβペプチドアミロイドーシスのアミロイド前駆体タンパク(APP)トランスジェニックモデルが使用された。APPトランスジェニックマウスは、レーザが適用されず、または以下で概要を示すレーザ療法が適用され、年齢3ヶ月で開始して3X/週未満で26週間行なわれた。実験の最後に、動物は行動解析を受け、処分され、脳は2分の1に分割され以下のように準備された。脳の2分の1は、脳内のAβ斑負荷について調べられ(すなわち斑の数)、炎症マーカについて調べられ、脳の第2の2分の1は、脳のAβペプチドレベルおよびsAPPレベルについて均質化された。動物は、毎日午後1時に治療され、行動圏急のために176−179日にテストされ、最終検査が26週目に実施された(治療後4時間)。動物は、訓練後すぐに処分され、プラズマ、CSFおよび脳が分析のために収集された。
Methods and Materials An amyloid precursor protein (APP) transgenic model of mouse Aβ peptide amyloidosis was used. APP transgenic mice received no laser or laser therapy as outlined below, starting at 3 months of age and performed for less than 3X / week for 26 weeks. At the end of the experiment, the animals were subjected to behavioral analysis, disposed of, and the brain was divided in half and prepared as follows. One half of the brain is examined for Aβ plaque burden in the brain (ie, the number of plaques) and examined for inflammatory markers, and the second half of the brain is for brain Aβ peptide and sAPP levels. Homogenized. The animals were treated daily at 1 pm, tested on days 176-179 for range of motion, and a final examination was performed at week 26 (4 hours after treatment). Animals were disposed of immediately after training and plasma, CSF and brain were collected for analysis.
制御APPグループを用いてアミロイド沈着のベースラインを求めた(治療は、レーザ無効、レーザエネルギなしでシミュレートされた)。このグループは年齢3ヶ月のマウスで開始され、研究は26週間続けられ、年齢9ヶ月に達した。加えて、研究の最後に、動物は行動(モリス水迷路)分析を受けた。NTSは研究パラメータにわからないようにはされなかった。レーザは、PTIによって準備されNTSに出荷された。動物は、行動研究、アミロイド負荷、Aβペプチド解析、炎症マーカ、sAPPレベル、Aβ解析のための脳およびプラズマについて調べられた。各グループの動物によってすべての研究が完了し、すべてのプロトコルは26週間後実行された。エンドポイントは以下のとおりである。 A baseline for amyloid deposition was determined using the control APP group (the treatment was simulated with no laser, no laser energy). This group was started with 3 month old mice and the study continued for 26 weeks, reaching 9 months of age. In addition, at the end of the study, the animals underwent behavioral (Morris water maze) analysis. NTS was not obscured by study parameters. The laser was prepared by PTI and shipped to NTS. Animals were examined for behavioral studies, amyloid burden, Aβ peptide analysis, inflammatory markers, sAPP levels, brain and plasma for Aβ analysis. All studies were completed by each group of animals and all protocols were performed after 26 weeks. The endpoints are as follows:
脳内アミロイド負荷(左半球)。
脳内炎症マーカ(IL−1、TNF−アルファ、TGF−β)。
Brain amyloid load (left hemisphere).
Inflammatory markers in the brain (IL-1, TNF-alpha, TGF-β).
脳内Aβ1−40、1−42(動物から2分の1/すべての動物からのプラズマ)。
プラズマAβレベル(13および26週:投与後4時間)。
Aβ 1-40, 1-42 in the brain (1/2 from animals / plasma from all animals).
Plasma Aβ levels (13 and 26 weeks: 4 hours after administration).
脳からのsAPPαおよびβレベル。脳/プラズマ/CSFAβペプチドレベルのための脳収集(26週のみ)。 SAPPα and β levels from the brain. Brain collection for brain / plasma / CSFAβ peptide levels (26 weeks only).
総解剖検査。
行動解析−治療の最終週の間にMWMが実施され、動物は最後の適用後処分された。テストは水泳距離およびプラットフォームへの到達時間の追跡を含む。
Total anatomical examination.
Behavioral analysis-MWM was performed during the last week of treatment and animals were disposed after the last application. Testing includes tracking swimming distance and platform arrival time.
体重約35−40グラムの雄のAPPトランスジェニックマウス(NTS社)が各々、実験前および実験中、食料および水への自由なアクセスを許された。動物はレーザ療法を受けた。レーザは、PTIによって準備されNTSに出荷された。この実験で使用されたAPPマウス(雄)は、血小板から得られた成長因子B(PDGF−B)鎖遺伝子プロモータの制御下でマウス卵の中に人間のAPP遺伝子(スウェーデンおよびロンドン突然変異体)を微量注入することによって設計された。マウスは、C57BL/6バックグラウンド上で生成され、MTIによって成長させた。動物は、12:12の明:暗サイクルでサウスカロライナ動物施設医科大学(Medical University of South Carolina Animal Facility)に収容された。動物は、標準的な非無菌齧歯動物マイクロアイソレータケージ内に収容され、フィルタケージトップがあり、1つのケージに4匹収容された。動物は不断給餌を受け、同胞交配に保たれた。トランスジェニック動物はPCR解析によって識別された。マウスはこの構成から生成され、年齢4ヶ月で始まるアミロイド沈着が生じた。動物は年齢3ヶ月になり26週間維持され、アミロイド定量化のために処分された。 Male APP transgenic mice (NTS) weighing approximately 35-40 grams were each allowed free access to food and water before and during the experiment. The animals received laser therapy. The laser was prepared by PTI and shipped to NTS. The APP mice (male) used in this experiment were human APP genes (Swedish and London mutants) in mouse eggs under the control of growth factor B (PDGF-B) chain gene promoter obtained from platelets. Was designed by microinjecting. Mice were generated on a C57BL / 6 background and grown by MTI. Animals were housed in the 12:12 light: dark cycle at the Medical University of South Carolina Animal Facility. The animals were housed in standard non-sterile rodent microisolator cages with a filter cage top and 4 animals in one cage. The animals were fed ad libitum and kept in sibling mating. Transgenic animals were identified by PCR analysis. Mice were generated from this configuration, resulting in amyloid deposits beginning at age 4 months. The animals were 3 months old and maintained for 26 weeks and were disposed of for amyloid quantification.
組織学的検査のために、動物は麻酔を掛けられ、麻酔にはベントバルビタールナトリウム(50mg/kg)の腹腔内注射によって行なわれた。動物は、心臓を4℃のリン酸緩衝生理食塩水(PBS)でかん流され、次に4%のパラホルムアルデヒドでかん流された。脳が摘出され、4%のパラホルムアルデヒドに1晩置かれた。脳はパラフィンで処理され埋込まれた。10個の連続する厚み30μmのサンプルが脳から得られた。組織サンプルは脱パラフィン処理され、トリス緩衝食塩水(TBS)pH7.4で洗浄され、適切な血清内でブロックされた(マウス)。これらのサンプルは1晩4℃でブロックされ、次にトランスジェニック動物の脳内のアミロイド沈着を検出するために1晩4℃で一次抗体に適用された(Aβペプチド抗体、4G8、Signet)。これらのサンプルは、TBS内で洗浄され、二次抗体(べクトルラボラトリーズ(Vector Laboratories))が追加され、室温で1時間インキュベートされた。洗浄後これらのサンプルはベクトルABCエリートキット(Vector ABC Elite Kit)(ベクトルラボラトリーズ)の指示に従いインキュベートされ、ジアミノ安息香酸(DAB)で着色された。反応は水内で停止されカバーはキシレンの治療後に外された。各サンプルのアミロイド領域は、コンピュータ支援画像解析システムによって求められ、これは、クイックキャプチャ(Quick Capture)フレーム取込み器を備えるパワーマッキントッシュコンピュータ、オリンパス顕微鏡上に載置された日立CCDカメラ、およびカメラスタンドからなる。NIH画像解析ソフトウェア、v.1.55が使用された。画像が取込まれ、アミロイドの総面積が10のサンプルについて求められた。治療状態を知らされていない1人のオペレータがすべての測定を行なった。これらのサンプルのアミロイド体積を合計し、サンプルの総数で除算し、動物一匹当たりのアミロイド体積を算出した。 For histological examination, the animals were anesthetized and anesthesia was performed by intraperitoneal injection of bentobarbital sodium (50 mg / kg). The animals were perfused with 4 ° C. phosphate buffered saline (PBS) and then with 4% paraformaldehyde. The brain was removed and placed in 4% paraformaldehyde overnight. The brain was treated with paraffin and implanted. Ten consecutive 30 μm thick samples were obtained from the brain. Tissue samples were deparaffinized, washed with Tris buffered saline (TBS) pH 7.4 and blocked in the appropriate serum (mouse). These samples were blocked overnight at 4 ° C. and then applied to the primary antibody at 4 ° C. overnight to detect amyloid deposits in the brains of transgenic animals (Aβ peptide antibody, 4G8, Signet). These samples were washed in TBS, secondary antibody (Vector Laboratories) was added and incubated for 1 hour at room temperature. After washing, these samples were incubated according to the instructions of the Vector ABC Elite Kit (Vector Laboratories) and colored with diaminobenzoic acid (DAB). The reaction was stopped in water and the cover was removed after xylene treatment. The amyloid area of each sample is determined by a computer-aided image analysis system, which is derived from a power Macintosh computer with a Quick Capture frame capture device, a Hitachi CCD camera mounted on an Olympus microscope, and a camera stand. Become. NIH image analysis software, v. 1.55 was used. Images were captured and the total area of amyloid was determined for 10 samples. A single operator who was not informed of the treatment status performed all measurements. The amyloid volumes of these samples were summed and divided by the total number of samples to calculate the amyloid volume per animal.
定量的解析のために、酵素免疫測定法(ELISA)を用いてAPPトランスジェニックマウスの脳内のヒトAβ1-40およびAβ1-42のレベルを測定した(IBL、1−40は27718、1−42は27711)。Aβ1-40およびAβ1-42は、以下のようにしてマウスの脳から抽出された。 For quantitative analysis, the levels of human Aβ 1-40 and Aβ 1-42 in the brain of APP transgenic mice were measured using enzyme immunoassay (ELISA) (IBL, 1-40 is 27718, 1 -42 is 27711). Aβ 1-40 and Aβ 1-42 were extracted from mouse brain as follows.
1.凍結させた脳の半分の重量を測定する。
2.プロテアーゼ抑制剤カクテル(PIC、Sigma)1:1000希釈液を使用直前に追加することによって組織均質化バッファ(Tissue homogenization Buffer)を準備する(THB−以下の処方参照)。
1. Weigh half of frozen brain.
2. Prepare a tissue homogenization buffer by adding a 1: 1000 dilution of protease inhibitor cocktail (PIC, Sigma) just before use (THB—see formula below).
3.組織の100mg各々につき1mLのTHB+PIC内の均質化された脳半球(たとえば2.2mlの緩衝剤を使用して220mgの脳半球を均質化した)。 3. Homogenized brain hemisphere in 1 mL THB + PIC for each 100 mg of tissue (eg, 220 mg brain hemisphere was homogenized using 2.2 ml buffer).
4.均質化した脳(ポリトロン(polytron)使用)およびサンプルを等分し液体窒素の中で凍結させた。 4). Homogenized brain (using polytron) and samples were aliquoted and frozen in liquid nitrogen.
組織均質化バッファ(THB)
(250mMのスクロース、20mMのトリスベース、1mMのEDTA、1mMのEGTA)
5mL:1Mのトリスベース(pH7.4)
21.4g:スクロース
0.5mL:0.5MのEDTA
1.0mL:0.25のECTA
ddH20を250mLに添加。
Tissue homogenization buffer (THB)
(250 mM sucrose, 20 mM Tris base, 1 mM EDTA, 1 mM EGTA)
5 mL: 1 M Tris base (pH 7.4)
21.4 g: Sucrose 0.5 mL: 0.5 M EDTA
1.0 mL: 0.25 ECTA
Add ddH 2 0 to 250 mL.
滅菌フィルタ処理し無菌状態で取扱った。
4℃で保存した。
It was sterilized and treated aseptically.
Stored at 4 ° C.
ELISAアッセイは、製造業者(IBL)の説明通りに実施された。
1) 試薬ブランクのためのウェルが求められた。「4、EIAバッファ」の各々100μLがウェルの中に入れられた。
The ELISA assay was performed as described by the manufacturer (IBL).
1) Wells for reagent blanks were sought. Each 100 μL of “4, EIA buffer” was placed in a well.
2) テストサンプルブランクのためのウェル、テストサンプル、および希釈基準が求められた。次に、各々100μLのテストサンプルブランク、テストサンプルおよび基準の希釈液が適切なウェル内に置かれた。 2) The well, test sample, and dilution criteria for the test sample blank were determined. Next, 100 μL of each test sample blank, test sample and reference dilution were placed in the appropriate wells.
3) 予めコーティングされたプレートが蓋で覆った後1晩4℃でインキュベートされた。 3) The pre-coated plate was incubated overnight at 4 ° C. after being covered with a lid.
4) 予めコーティングされたプレートの各ウェルを洗浄バッファで洗浄ボルトを用いて強く洗浄した(3回)。次に、各ウェルを洗浄バッファで満たし、予めコーティングされたプレートを15から30秒間置いた。洗浄バッファは予めコーティングされたプレートから打付けることによって完全に除去した。この処置は8回以上行なわれた。次に残りの液体をすべてのウェルから完全に取除きこれは予めコーティングされたプレートを紙タオルの上に打付けることによって行なわれた。 4) Each well of the pre-coated plate was washed extensively with wash buffer using wash bolts (3 times). Each well was then filled with wash buffer and the pre-coated plate was placed for 15-30 seconds. The wash buffer was completely removed by striking from a pre-coated plate. This procedure was performed 8 times or more. The remaining liquid was then completely removed from all wells by hitting a pre-coated plate onto a paper towel.
5) ラベル付けされた抗体溶液100μLがピペットでテストサンプルのウェル、希釈された標準およびテストサンプルブランクに入れられた。 5) 100 μL of labeled antibody solution was pipetted into test sample wells, diluted standards and test sample blanks.
6) 予めコーティングされたプレートはプレートの蓋で覆った後4℃で1時間インキュベートされた。 6) The pre-coated plate was incubated for 1 hour at 4 ° C. after being covered with the lid of the plate.
7) 予めコーティングされたプレートは上記と同じやり方で(4)9回洗浄された。
8) 必要な量の「6、色原体」がピペットで使い捨て可能な試験管に入れられた。次に、100μLがピペットで試験管からウェルの中に入れられた。
7) The pre-coated plate was washed (4) 9 times in the same manner as above.
8) The required amount of “6, chromogen” was pipetted into a disposable test tube. Next, 100 μL was pipetted from the test tube into the well.
9) 予めコーティングされたプレートは暗闇の中で室温で30分間インキュベートされた。 9) The pre-coated plate was incubated for 30 minutes at room temperature in the dark.
10) 100μLの「7、ストップ溶液」がピペットでウェルの中に入れられた。この液体は予めコーティングされたプレートの側面に打付けることによって混合された。 10) 100 μL of “7, stop solution” was pipetted into the well. This liquid was mixed by striking the side of the precoated plate.
11) プレートリーダが実行され測定が450nmで実施された。測定は「7、ストップ溶液」の追加後30分以内に行なわれなければならない。 11) A plate reader was run and measurements were performed at 450 nm. The measurement must be performed within 30 minutes after the addition of “7, stop solution”.
プラズマおよびCSF内のAβペプチドレベルの定量解析のために、酵素免疫測定法(
ELISA)を用いてAPPトランスジェニックマウスのプラズマおよびCSF内のヒトAβ1-40およびAβ1-42のレベルを測定した(IBL、1−40は27718、1−42は27711)。Aβ1-40およびAβ1-42ELISAが上記のように行なわれた。血液はリチウム:ヘパリンの中で伏在静脈収集または心穿刺(末端出血)によって収集され、プラズマは遠心分離によって準備された。CSFが収集され解析された。
For quantitative analysis of Aβ peptide levels in plasma and CSF, enzyme immunoassay (
ELISA) was used to measure the levels of human Aβ 1-40 and Aβ 1-42 in plasma and CSF of APP transgenic mice (IBL, 1-40 for 27718, 1-42 for 27711). Aβ 1-40 and Aβ 1-42 ELISAs were performed as described above. Blood was collected by saphenous vein collection or cardiac puncture (terminal bleeding) in lithium: heparin, and plasma was prepared by centrifugation. CSF was collected and analyzed.
脳の2分の1の中のsAPPアッセイのために、ウエスタンブロット解析において、総タンパクの20−50μgを含む抽出物をトリス/グリセリン低減バッファ、変性ローディングバッファと混合し、ロードし、8%のトリス/グリセリンゲルの上で電気泳動させた(Invitrogen)。ゲルはニトロセルロース膜に移され、一次抗体で次に西洋ワサビペルオキシダーゼと結合させた二次抗体でインキュベートされ、高度化学発光ECL Plus(登録商標)によって視覚化のために処理された。6E10単クーロン抗体Ab(シグネット(Signet)、マサチューセッツ州デッドハム(Dedham))は、Aβペプチドの最初の17のアミノ酸を認識する。6E10Abはウエスタンブロットに使用されて溶解性APPαを検出する。ウサギの869の抗体を用いてウエスタンブロットによりsAPPβを検出した。二次抗体は西洋ワサビペルオキシダーゼと結合されたものでありジャクソンイミュノリサーチ社(Jackson ImmunoResearch)(ペンシルバニア州ウェストグローヴ(West Grove))から入手した。 For sAPP assay in half of the brain, in Western blot analysis, extract containing 20-50 μg of total protein was mixed with Tris / glycerin reduction buffer, denaturing loading buffer, loaded and loaded with 8% Electrophoresis on a Tris / glycerin gel (Invitrogen). The gel was transferred to a nitrocellulose membrane, incubated with a primary antibody followed by a secondary antibody conjugated with horseradish peroxidase and processed for visualization by highly chemiluminescent ECL Plus®. The 6E10 single coulomb antibody Ab (Signet, Dedham, Mass.) Recognizes the first 17 amino acids of the Aβ peptide. 6E10Ab is used in Western blots to detect soluble APPα. SAPPβ was detected by Western blot using rabbit 869 antibody. The secondary antibody was conjugated with horseradish peroxidase and was obtained from Jackson ImmunoResearch (West Grove, PA).
脳の2分の1の中におけるサイトカイン評価のための免疫組織化学解析のために、組織サンプルを脱パラフィン処理しpH7.4のトリス緩衝生理食塩水(TBS)内で洗浄し適切な血清(ヤギ)の中でブロックした。サンプルは4℃で1晩ブロックされ次に4℃で1晩一次抗体が適用された。サンプルはTBS内で洗浄され二次抗体が加えられ室温で1時間インキュベートされた。サンプルは洗浄後ベクトルABCエリートキットの指示通りにインキュベートされ、ジアミノ安息香酸(DAB)で染色された。反応は水の中で停止されカバーはキシレンの治療後外された。 For immunohistochemical analysis for cytokine assessment in one half of the brain, tissue samples were deparaffinized and washed in Tris buffered saline (TBS) at pH 7.4 and appropriate serum (goat). ) Blocked. Samples were blocked overnight at 4 ° C. and then the primary antibody was applied overnight at 4 ° C. Samples were washed in TBS, secondary antibody was added and incubated for 1 hour at room temperature. Samples were incubated after washing as directed by the Vector ABC Elite Kit and stained with diaminobenzoic acid (DAB). The reaction was stopped in water and the cover was removed after xylene treatment.
モリスの水迷路テストを用いて行動学的解析を行なった。すべてのマウスは実験の最後にモリス水迷路において一度テストされた。マウスは1.2mのオープンフィールド水迷路において訓練された。プールは30cmの深さまで水で満たされ25℃に保たれた。避難プラットフォーム(10cmの正方形)を水の表面から1cm下のところに配置した。試験中はプラットフォームをプールから取除いた。手掛かり付きの試験を、余分な迷路の手掛かりを隠すために白いカーテンで囲ったプールの中で実施した。すべての動物は連続3日間非空間予備訓練(NSP)を受けた。これらの試験は、プラットフォームを発見するための記憶の保存を求めるための最終行動テストに備えて動物を準備するためである。これらの試験は記録されなかった(訓練目的のみ)。訓練および学習研究について、カーテンはさらなる迷路の手掛かりのために取外された(これによって水泳障害のある動物が識別された)。1日目に、マウスを隠されたプラットフォームの上に20秒間置き(試験1)、試験2−3について、動物を手掛かりが示されたプラットフォームまたは隠されたプラットフォーム(試験4)から10cmの距離のところで水の中に放した。このようにしてマウスをプラットフォームまで泳がせた。試験の2日目に、隠されたプラットフォームをプールの中心または各四分円の中心の間でランダムに移動させた。動物はプールの中に放され、ランダムに壁に向き、プラットフォームに到達するまでに60秒与えられた(3回の試験)。3回目の試験で、動物は3回の試験を受け、2回は隠されたプラットフォームを用いたものであり1回は手掛かりが付けられたプラットフォームを用いたものである。NSPから2日後に、動物は最終行動試験を受けた(モリス水迷路テスト)。これらの3回の試験(1匹の動物について3回)の際、プラットフォームはプールの1つの四分円の中心に置かれ、放された動物はランダムに壁を向いた。動物は60秒間プラットフォームを発見するようにまたは泳ぐようにされた(潜時、プラットフォームを発見するのに要する時間)。すべての動物は投与から4−6時間内にテストされ、テストグループを知らないオペレータによってテストのためにランダムに選択された。動物は非空間予備訓練のために176−179日にテストされ、最終試験が180日に実施された。 Behavioral analysis was performed using the Morris water maze test. All mice were tested once in the Morris water maze at the end of the experiment. Mice were trained in a 1.2 m open field water maze. The pool was filled with water to a depth of 30 cm and kept at 25 ° C. An evacuation platform (10 cm square) was placed 1 cm below the surface of the water. The platform was removed from the pool during the test. A cue test was performed in a pool surrounded by white curtains to hide extra maze cues. All animals received non-spatial pre-training (NSP) for 3 consecutive days. These tests are to prepare the animals for the final behavioral test to seek memory preservation to find the platform. These trials were not recorded (for training purposes only). For training and learning studies, the curtain was removed for further maze clues (which identified animals with swimming impairments). On day 1, the mouse is placed on the hidden platform for 20 seconds (Study 1) and for Test 2-3 the animal is placed at a distance of 10 cm from the platform where the clue is shown or from the hidden platform (Study 4). By the way, it was released into the water. In this way, the mouse was allowed to swim to the platform. On the second day of the trial, the hidden platform was randomly moved between the center of the pool or the center of each quadrant. The animals were released into the pool, randomly turned to the wall and given 60 seconds to reach the platform (3 trials). In the third test, the animals were tested three times, twice using a hidden platform and once using a cueed platform. Two days after NSP, the animals underwent a final behavioral test (Morris water maze test). During these three trials (three per animal), the platform was centered on one quadrant of the pool and the released animals were randomly facing the wall. The animals were allowed to find the platform or swim for 60 seconds (latency, time taken to find the platform). All animals were tested within 4-6 hours of dosing and were randomly selected for testing by an operator who did not know the test group. The animals were tested on days 176-179 for non-spatial pre-training and a final test was performed on day 180.
結果は、平均±標準誤差(SEM)で表わされる。アミロイドおよび行動研究における相違の重要性を、tテストを用いて解析した。比較は、年齢9ヶ月のAPP制御グループ(ベースライングループ−年齢3ヶ月で開始)と年齢9ヶ月の治療されたマウスとの間で行なわれた。以下の差0.05は重要であると考えられた。アミロイドおよび行動におけるパーセント変化は、各グループのデータの総和を計算し、比較で除算することによって求められた(すなわち治療/9ヶ月制御=%変化)。レーザ照射後重度の合併症を発症した動物は研究から除外された。 Results are expressed as mean ± standard error (SEM). The significance of differences in amyloid and behavioral studies was analyzed using t-tests. Comparisons were made between the 9 month old APP control group (baseline group—starting at 3 months of age) and 9 month old treated mice. The following difference of 0.05 was considered important. The percent change in amyloid and behavior was determined by calculating the sum of the data for each group and dividing by the comparison (ie treatment / 9 months control =% change). Animals that developed severe complications after laser irradiation were excluded from the study.
動物(100匹のマウス)はレーザなしまたは年齢3ヶ月で開始され3X/週で2分間6ヶ月続けられるレーザ照射を受けた。動物は雄であり、表12および表13の通り異なる治療グループにランダムに割当てられた。 Animals (100 mice) received laser irradiation without laser or started at 3 months of age and continued at 3X / week for 2 minutes and 6 months. The animals were male and were randomly assigned to different treatment groups as shown in Tables 12 and 13.
(1) 動物の総数=100。
(2) これらの値は、先のTLT研究においてマウスに対して行なわれた組織透過および散乱測定に基づき(虚血性脳卒中およびTBI)、2匹のAPPマウスにおける頭皮/頭蓋骨透過および散乱の測定に基づいて更新された。測定されたデータを用いて皮膚における放射パワーを計算した−表13、これは示された放射照度を動物の硬膜に送達するのに必要なものである。
(1) Total number of animals = 100.
(2) These values are based on tissue permeation and scatter measurements performed on mice in previous TLT studies (ischemic stroke and TBI) to measure scalp / skull permeation and scatter in two APP mice. Based on updates. The measured data was used to calculate the radiant power in the skin—Table 13, which is necessary to deliver the indicated irradiance to the animal's dura mater.
(3) これらは計算された値であり、連続TLTの平均放射照度およびパルスTLTのピーク放射照度を示す。皮膚での放射照度=放射パワー/ビーム面積=放射パワー/(π*(0.1cm)2)=放射パワー/0.0314cm2である。 (3) These are calculated values, indicating the average irradiance of the continuous TLT and the peak irradiance of the pulse TLT. Irradiance at skin = radiant power / beam area = radiant power / (π * (0.1 cm) 2 ) = radiant power / 0.0314 cm 2 .
結果
レーザは、粉末としてNTSに与えられた。アミロイド負荷が、レーザ療法で治療された動物およびレーザ処置されなかった動物において求められた。表14および図44はこの結果を示す。レーザなしのグループは、年齢9ヶ月までのこの特定のモデルにおいては標準的なアミロイドレベルである2%までのアミロイド負荷を示した(以前の研究)。レーザ療法は、媒体(vehicle)グループと比較した場合アミロイド負荷の線量依存減少を示した。CWを除くすべての線量について、アミロイドの量は実際9ヶ月制御グループよりも低く、レーザ療法が、アミロイド沈着を停止させるだけでなく、アミロイドのレベルの反転さえも引起し得ることを示す。これは、レーザ療法がこれらのマウスのアミロイドを減少させることができることを示している。この研究で死に至るものはなかった。動物は処分後の全体的な異常について調べられた。これらの動物において全体的な病理学的特徴は検出されなかった。
Results The laser was given to NTS as a powder. Amyloid burden was determined in animals treated with laser therapy and animals that were not laser treated. Table 14 and FIG. 44 show the results. The laser-free group showed amyloid burden up to 2%, which is the standard amyloid level in this particular model up to 9 months of age (previous study). Laser therapy showed a dose-dependent decrease in amyloid burden when compared to the vehicle group. For all doses except CW, the amount of amyloid is actually lower than the 9-month control group, indicating that laser therapy can not only stop amyloid deposition but also cause a reversal of amyloid levels. This indicates that laser therapy can reduce amyloid in these mice. None of the studies resulted in death. The animals were examined for gross abnormalities after disposal. No overall pathological features were detected in these animals.
レーザ療法による治療の行動的影響(行動および距離)を、実験の終了時にAPPトランスジェニックマウスにおいて求めた。マウスに、モリス水迷路タスクを与え、潜時および距離が求められた。表15および図45Aはその結果を示す。レーザなしの制御は、48.58秒の潜時を示し、これは年齢9ヶ月までのこの特定のモデルでは標準的である(以前の研究)。レーザ治療されたすべての動物は、制御グループと比較して潜時において大きな相違を示した。これは、レーザ治療がこれらのマウスの潜時を短縮できたことを示す。 Behavioral effects (behavior and distance) of treatment with laser therapy were determined in APP transgenic mice at the end of the experiment. Mice were given a Morris water maze task and latency and distance were determined. Table 15 and FIG. 45A show the results. Control without laser shows a latency of 48.58 seconds, which is standard in this particular model up to 9 months of age (previous study). All animals treated with laser showed significant differences in latency compared to the control group. This indicates that laser treatment was able to reduce the latency of these mice.
表16および図45Bは、水迷路における移動距離の比較結果を示す。媒体制御は、75.53インチの距離を示し、これは年齢9ヶ月までのこの特定のモデルでは標準的である(以前の研究)。動物はすべて、制御グループと比較すると距離において大きな相違を示した。これは、レーザ療法がこれらのマウスにおける行動学的影響を減じることができたことを示す。 Table 16 and FIG. 45B show the comparison results of the movement distance in the water maze. Media control shows a distance of 75.53 inches, which is standard in this particular model up to age 9 months (previous study). All animals showed significant differences in distance compared to the control group. This indicates that laser therapy was able to reduce the behavioral effects in these mice.
レーザ療法の効果を、APPトランスジェニックマウスの脳内の炎症マーカ(IFM)の発現について求めた(図46A−図46Cおよび表17)。表17および図46A−図46Cは、治療開始後26週で終了した動物の結果を示す。レーザなしの制御は、表17に示されるように炎症マーカ(IL−1、TNFおよびTGF−β)の特定の着色を示し、これは、年齢9ヶ月までのこの特定のモデルにおいては標準的である(以前の研究)。すべての線量のレーザ療法は、制御動物との大きな相違を示した。これは、レーザ療法がこれらのマウスにおけるIFMを減じることができたことを示す。 The effect of laser therapy was determined on the expression of inflammatory markers (IFM) in the brain of APP transgenic mice (FIGS. 46A-46C and Table 17). Table 17 and FIGS. 46A-46C show the results for animals that ended 26 weeks after the start of treatment. Control without laser showed a specific coloration of inflammatory markers (IL-1, TNF and TGF-β) as shown in Table 17, which is standard in this particular model up to age 9 months. Yes (previous study). All doses of laser therapy showed significant differences from control animals. This indicates that laser therapy was able to reduce IFM in these mice.
レーザ療法の効果を、APPトランスジェニックマウスの脳内におけるAβペプチドの変化について求めた(図47Aおよび図47Bならびに表18および表19)。脳内におけるAβ1−40およびAβ1−42ペプチド(グアニジン抽出可能)の測定は、3ヶ月から9ヶ月の年齢のAPPトランスジェニックマウスについて増加を示した。表18および図47Aは、治療開始後26週で終了した動物の結果を示す。制御は、表18に示されるように脳内のAβ1−40のレベルを示し、これは年齢9ヶ月までのこの特定のモデルにおいて標準的である(以前の研究)。すべての線量のレーザ療法は、制御と比較してAβ1−40の減少を示し、これは重要であった。このことは、レーザ療法がこれらのマウスにおけるAβ1−40を減じることができたことを示す。 The effect of laser therapy was determined for changes in Aβ peptide in the brain of APP transgenic mice (FIGS. 47A and 47B and Tables 18 and 19). Measurement of Aβ1-40 and Aβ1-42 peptides (can extract guanidine) in the brain showed an increase in APP transgenic mice aged 3 to 9 months. Table 18 and FIG. 47A show the results for animals that ended 26 weeks after the start of treatment. Control shows the level of Aβ1-40 in the brain as shown in Table 18, which is standard in this particular model up to age 9 months (previous study). All doses of laser therapy showed a decrease in Aβ1-40 compared to control, which was significant. This indicates that laser therapy was able to reduce Aβ1-40 in these mice.
表19および図47Bは、Aβ1−42ペプチドレベルについて治療開始後26週目に終了した動物の結果を示す。制御は、表19に示されるように脳内のAβ1−42のレベルを示し、これは年齢9ヶ月までのこの特定のモデルでは標準的である(以前の研究)。すべての線量のレーザ療法は、制御と比較したときにAβ1−42が大幅に減少することを示した。このことは、レーザ療法が、これらのマウスにおけるAβ1−42ペプチドレベルを減じることができたことを示す。 Table 19 and FIG. 47B show the results for animals that terminated at 26 weeks after the start of treatment for Aβ1-42 peptide levels. Control shows the level of Aβ1-42 in the brain as shown in Table 19, which is standard in this particular model up to age 9 months (previous study). All doses of laser therapy showed a significant decrease in Aβ1-42 when compared to control. This indicates that laser therapy was able to reduce Aβ1-42 peptide levels in these mice.
レーザ療法の効果を、APPトランスジェニックマウスのプラズマにおけるAβペプチドレベルの変化について求めた(図48Aおよび図48Bならびに表20および表21)。プラズマにおける総Aβペプチドの測定は、3ヶ月から9ヶ月の治療されたAPPトランスジェニックマウスにおいて13週および26週に実施された。表20および表21ならびに図48Aおよび図48Bからわかるように、総プラズマAβペプチドレベルは、90日の期間についてはすべてのグループについて同様であった。研究が進められ動物はレーザ療法で治療されると、明らかなプラズマ総Aβペプチドプロファイルに大きな変化があった。このことは、レーザ療法が、プラズマAβペプチドレベルを低下させることができ、脳のAβペプチドレベルも変化したことを示す。 The effect of laser therapy was determined for changes in Aβ peptide levels in the plasma of APP transgenic mice (FIGS. 48A and 48B and Tables 20 and 21). Measurements of total Aβ peptide in plasma were performed at weeks 13 and 26 in 3 to 9 months treated APP transgenic mice. As can be seen from Tables 20 and 21 and FIGS. 48A and 48B, total plasma Aβ peptide levels were similar for all groups for the 90 day period. As research progressed and animals were treated with laser therapy, there was a significant change in the apparent plasma total Aβ peptide profile. This indicates that laser therapy was able to reduce plasma Aβ peptide levels and also changed brain Aβ peptide levels.
脳内のsAPPαおよびCTFβレベルについてのTTP−5854レーザ療法による治療の効果を、実験の最後にAPPトランスジェニックマウスについて求めた。脳組織は、治療後、sAPPαおよびCTFβレベルについて抽出およびウエスタンブロット解析を受けた。表22および表23は、治療開始後26週で終了した動物の結果を示す。制御は脳内のsAPPαおよびCTFβの所与のレベルを示し、これは年齢9ヶ月までのこの特定のモデルにおいて標準的である(以前の研究)。レーザ療法は、制御と比較した場合にsAPPαおよびCTFβレベル双方において大きな相違を示した。sAPPαについて、すべての線量のレーザ療法は制御との大きな相違を示した(表22および図49A)。CTFβについても、すべての線量のレーザ療法は制御との大きな相違を示した(表23および図49B)。このことは、レーザ療法が、これらのマウスにおけるsAPPαの増加およびCTFβの減少を可能にしたことを示し、これはβ−からαセクレターゼ活性へのシフトを示唆する。 The effect of treatment with TTP-5854 laser therapy on sAPPα and CTFβ levels in the brain was determined for APP transgenic mice at the end of the experiment. Brain tissue was subjected to extraction and Western blot analysis for sAPPα and CTFβ levels after treatment. Tables 22 and 23 show the results for animals that ended 26 weeks after the start of treatment. Control shows a given level of sAPPα and CTFβ in the brain, which is standard in this particular model up to 9 months of age (previous study). Laser therapy showed significant differences in both sAPPα and CTFβ levels when compared to control. For sAPPα, all doses of laser therapy showed significant differences from control (Table 22 and FIG. 49A). Also for CTFβ, all doses of laser therapy showed significant differences from control (Table 23 and FIG. 49B). This indicates that laser therapy allowed an increase in sAPPα and a decrease in CTFβ in these mice, suggesting a shift from β- to α-secretase activity.
CSFAβペプチドレベルについてのレーザ療法による治療は、実験の最後にAPPトランスジェニックマウスにおいて求められた(図50および表24)。マウスはAβペプチドレベルについてELISAを受けた。これは少量のCSFが得られたためである。表24は、治療開始後26週で終了した動物の結果を示す。制御は、表24に示されるAβペプチドレベルを示し、これは年齢9ヶ月までのこの特定のモデルにおいては標準的である(以前の研究)。CWおよびパルスIは、制御と比較した場合にCSFの大きな相違は示さなかった。しかしながら、パルスIIおよびパルスIIIのレーザ療法は、制御との大きな相違を示した(表24および図50)。このことは、レーザ療法が、特定の線量でこれらのマウス内の脳内におけるAβペプチドレベルを減じることができたことを示す。 Treatment with laser therapy for CSFAβ peptide levels was sought in APP transgenic mice at the end of the experiment (Figure 50 and Table 24). Mice received an ELISA for Aβ peptide levels. This is because a small amount of CSF was obtained. Table 24 shows the results for animals that ended 26 weeks after the start of treatment. Control shows the Aβ peptide levels shown in Table 24, which is standard in this particular model up to 9 months of age (previous study). CW and Pulse I showed no significant difference in CSF when compared to control. However, pulse II and pulse III laser therapy showed significant differences from control (Table 24 and FIG. 50). This indicates that laser therapy was able to reduce Aβ peptide levels in the brain in these mice at a specific dose.
グラフパッドプリズム(GraphPad Prism)(バージョン4.00)による記載通りにサンプルに対して統計学的解析を実施した。0.05レベル以上までの異なるパラメータにおける変化は有意であった。これは、各グループの動物の数のためだけでなく、各動物から各測定のために採取したサンプルの数のためである(20)。したがって、数には信頼性がある。これらの数は許容可能な結果の範囲に含まれる。 Statistical analysis was performed on the samples as described by GraphPad Prism (version 4.00). Changes in different parameters up to the 0.05 level were significant. This is due not only to the number of animals in each group, but also to the number of samples taken for each measurement from each animal (20). Therefore, the number is reliable. These numbers are within the range of acceptable results.
動物は、処分後全体的な異常について調べられた。グループE(パルスIII)を除いて動物のほとんどにおいて全体的な病理学的特徴は検出されなかった。動物は、治療後脳内においてある程度の病変を示した。数週間後動物の皮膚の上に病変が生じ始めた。これらは1分間の治療、氷、1分間の治療に切換えられさらに損傷は生じなかった。 The animals were examined for gross abnormalities after disposal. No global pathological features were detected in most of the animals except group E (pulse III). The animals showed some lesions in the brain after treatment. Several weeks later lesions began to appear on the animal's skin. These were switched to 1 minute treatment, ice, and 1 minute treatment with no further damage.
考察
人間のAPP遺伝子の突然変異型を発現するトランスジェニックマウスは、年齢6ヶ月までにアミロイド原線維が沈着し始めた。このプロセスは、脳内の沈着の増大したAβペプチドと関連付けられる。最近の研究は、レーザ光線療法を適用することは、さまざまなニューロン損傷から保護する役割を果たすことができることを示している。この研究では、LLTはAPPモデル内でテストされ、アミロイド負荷、炎症マーカ、脳Aβレベル、プラズマおよびCSFAβレベル、および行動的変化に対する有効性を求めた。線量依存でLLTを適用すると脳内においてAβ斑の数が大幅に減少した。LLTの適用は可変効果を示し、線量が増加すると、アミロイド沈着の減少という最大の効果が示される。
Discussion Transgenic mice expressing a mutant form of the human APP gene began to deposit amyloid fibrils by 6 months of age. This process is associated with Aβ peptides with increased deposition in the brain. Recent studies show that applying laser light therapy can serve to protect against various neuronal damage. In this study, LLT was tested in an APP model to determine efficacy against amyloid burden, inflammatory markers, brain Aβ levels, plasma and CSFAβ levels, and behavioral changes. Application of LLT in a dose-dependent manner significantly reduced the number of Aβ plaques in the brain. The application of LLT shows a variable effect, with the greatest effect being reduced amyloid deposition with increasing dose.
NTSはPTIによって概要が示される研究がわからないようにはされなかった。全体的に、レーザ光線療法は、脳内のAβアミロイドの範囲を限定する上で有効でありかつマウスにおけるAβペプチド沈着の量および行動的欠陥を変える上で有効であった。 NTS was not obscured by the studies outlined by PTI. Overall, laser beam therapy was effective in limiting the extent of Aβ amyloid in the brain and in altering the amount of Aβ peptide deposition and behavioral defects in mice.
本明細書で示される説明および例示は、他の当業者にこの発明、その原理および実際的な応用例を伝えることを意図する。当業者は、本発明をその数多くの形態において特定の用途の要件にもっとも適した形で適合させ応用することができる。したがって、記載される本発明の特定の実施例は本発明を網羅的または限定的にすることを意図しない。 The description and illustrations presented herein are intended to acquaint others skilled in the art with the invention, its principles, and practical applications. A person skilled in the art can adapt and apply the present invention in its most suitable form to the requirements of a particular application. Accordingly, the specific embodiments of the invention described are not intended to be exhaustive or limiting of the invention.
Claims (170)
光源と、
前記光源と光学的に連通する出力光学素子とを含み、前記出力光学素子は、一時パルス幅が0.1ミリ秒と150秒の間の範囲にある複数のパルスを含むパルス光ビームを出射するように構成された出射面を含み、前記パルス光ビームの断面は前記出力光学素子の出射面で約2cm2よりも大きく、前記パルス光ビームの時間平均放射照度は前記断面において約10mW/cm2から約10W/cm2である、装置。 A device for irradiating a portion of a patient's scalp or skull with light,
A light source;
An output optical element in optical communication with the light source, wherein the output optical element emits a pulsed light beam including a plurality of pulses having a temporary pulse width in a range between 0.1 milliseconds and 150 seconds. The cross section of the pulsed light beam is larger than about 2 cm 2 at the output surface of the output optical element, and the time average irradiance of the pulsed light beam is about 10 mW / cm 2 in the cross section. From about 10 W / cm 2 .
光学素子の出射面から出射された少なくとも1つのパルス光ビームで表面を照射するステップを含み、前記少なくとも1つのパルス光ビームは、一時パルス幅が約0.1ミリ秒と約150秒の間の範囲にある複数のパルスを含み、前記少なくとも1つのパルス光ビームの、出射面におけるビーム断面は約2cm2よりも大きく、時間平均放射照度は約1mW/cm2と約100W/cm2の間の範囲にある、方法。 A method of irradiating the surface with light,
Illuminating the surface with at least one pulsed light beam emitted from an exit surface of the optical element, wherein the at least one pulsed light beam has a temporary pulse width between about 0.1 milliseconds and about 150 seconds. A plurality of pulses in the range, the beam cross section of the at least one pulsed light beam at the exit surface is greater than about 2 cm 2 , and the time average irradiance is between about 1 mW / cm 2 and about 100 W / cm 2 . In range.
患者の頭皮または頭蓋骨の少なくとも一部を、患者の頭蓋骨を透過する複数のパルスを含む少なくとも1つのパルス光ビームで照射して脳の少なくとも一部を照射するステップを含み、前記少なくとも1つのパルス光ビームは、一時プロファイルを有し、前記一時プロファイルは、約100mW/cm2と約10W/cm2の間の範囲にある、1秒間で平均した頭皮の時間平均放射照度、および、約12.5mW/cm2と約1000W/cm2の間の範囲にある、頭皮でのピーク放射照度を含む、方法。 A method of treating a patient's brain, the method comprising:
Irradiating at least a portion of the brain by irradiating at least a portion of the brain by irradiating at least a portion of the patient's scalp or skull with at least one pulsed light beam comprising a plurality of pulses that pass through the skull of the patient The beam has a temporary profile, said temporal profile ranging between about 100 mW / cm 2 and about 10 W / cm 2 , the time average irradiance of the scalp averaged over 1 second, and about 12.5 mW A method comprising peak irradiance at the scalp in a range between / cm 2 and about 1000 W / cm 2 .
約630ナノメートルから約1064ナノメートルの範囲にある1つ以上の波長を含む光源と、
前記光源と光学的に連通する出力光学素子とを含み、前記出力光学素子は出射面を含み、前記出射面は、前記出力光学素子の出射面での断面が約2cm2よりも大きくかつ前記断面における時間平均放射照度が約10mW/cm2から約10W/cm2の範囲にある光ビームを出射するように構成され、
前記患者の頭皮の照射される部分と熱的に連通する状態で配置されるようにかつ前記患者の頭皮の照射される部分から約0.1ワットから約5ワットの範囲にあるレートで熱を除去するように構成された熱伝導性部分をさらに含む、装置。 An apparatus for irradiating a part of a patient's scalp with light, the apparatus comprising:
A light source comprising one or more wavelengths in the range of about 630 nanometers to about 1064 nanometers;
An output optical element in optical communication with the light source, the output optical element including an exit surface, wherein the exit surface has a cross section at the exit surface of the output optical element greater than about 2 cm 2 and the cross section Is configured to emit a light beam having a time average irradiance in the range of about 10 mW / cm 2 to about 10 W / cm 2 ,
Heat is placed in thermal communication with the irradiated portion of the patient's scalp and at a rate in the range of about 0.1 watts to about 5 watts from the irradiated portion of the patient's scalp. The apparatus further comprising a thermally conductive portion configured to be removed.
(a) 光学素子の出射面から光ビームを出射するステップを含み、前記出射面での光ビームは、約630ナノメートルから約1064ナノメートルの範囲にある1つ以上の波長と、約2cm2よりも大きな断面と、前記断面における約10mW/cm2から約10m/cm2の範囲にある時間平均放射照度とを有し、
(b) 前記出射面から約0.1ワットから約5ワットの範囲のレートで熱を除去するステップと、
(c) 前記照射される表面に光ビームを当てるステップとを含む、方法。 A method of irradiating a surface with light, the method comprising:
(A) emitting a light beam from an exit surface of the optical element, wherein the light beam at the exit surface has one or more wavelengths in the range of about 630 nanometers to about 1064 nanometers, and about 2 cm 2 And a time average irradiance in the range of about 10 mW / cm 2 to about 10 m / cm 2 in the cross section,
(B) removing heat from the exit surface at a rate in the range of about 0.1 watts to about 5 watts;
(C) applying a light beam to the irradiated surface.
(e) (a)−(c)を繰返して前記照射される表面の第2の部分に前記出射面から出射された光を当てるステップとをさらに含む、請求項69に記載の方法。 (D) moving the exit surface from a first position where a light beam is applied to a first portion of the illuminated surface to a second position;
70. The method of claim 69, further comprising: (e) repeating (a)-(c) to irradiate light emitted from the exit surface to a second portion of the illuminated surface.
第1の部分と、
前記第1の部分に機械的に結合され前記第1の部分と光学的に連通する第2の部分とを含み、前記第2の部分は、前記第1の部分からの光が前記装置の動作中前記第2の部分を透過するように、前記患者の頭皮と熱的に連通する状態で配置され、前記第1の部分および前記第2の部分は、前記第2の部分が患者の頭皮と熱的に連通する状態で配置されたことに応じて相対的に移動するように構成される、装置。 An apparatus for irradiating a patient's scalp with light, the apparatus comprising:
A first part;
A second portion mechanically coupled to the first portion and in optical communication with the first portion, wherein the second portion is configured to allow light from the first portion to operate the device. Being disposed in thermal communication with the patient's scalp so as to pass through the second part, wherein the first part and the second part are configured such that the second part is in contact with the patient's scalp. An apparatus configured to move relatively in response to being placed in thermal communication.
装置を準備するステップを含み、前記装置は、
第1の部分と、
前記第1の部分と機械的に結合され前記第1の部分と光学的に連通する第2の部分とを含み、前記第1の部分および前記第2の部分は相対的に移動するように構成され、
前記第2の部分を前記表面と熱的に連通する状態で配置するステップと、
前記表面を、前記第1の部分からの光が前記第2の部分を透過するように照射するステップと、
前記第1の部分および前記第2の部分を、前記第2の部分が前記表面と熱的に連通する状態で配置されたことに応じて相対的に移動させるステップとを含む、方法。 A method of irradiating a surface with light, the method comprising:
Providing a device, the device comprising:
A first part;
A second portion mechanically coupled to the first portion and in optical communication with the first portion, wherein the first portion and the second portion are configured to move relative to each other. And
Placing the second portion in thermal communication with the surface;
Illuminating the surface such that light from the first portion is transmitted through the second portion;
Moving the first portion and the second portion relative to each other in response to the second portion being disposed in thermal communication with the surface.
出射面を含む出力光学アセンブリを含み、前記装置の動作中、光は、前記出力光学アセンブリを通り第1の光学経路に沿って前記出射面まで伝搬し、
前記出力光学アセンブリから間隔をおいて設けられたセンサをさらに含み、前記センサは、前記出力光学アセンブリを通り第2の光学経路に沿って伝搬する前記出力光学アセンブリからの放射を受けるように位置付けられ、前記第1の光学経路および前記第2の光学経路の間の角度は非ゼロ角度である、装置。 An apparatus for irradiating a patient's scalp with light, the apparatus comprising:
An output optical assembly including an exit surface, and during operation of the device, light propagates through the output optical assembly along a first optical path to the exit surface;
The sensor further includes a sensor spaced from the output optical assembly, the sensor positioned to receive radiation from the output optical assembly that propagates through the output optical assembly along a second optical path. The angle between the first optical path and the second optical path is a non-zero angle.
実質的に光透過性で実質的に熱伝導性の材料を含む光学素子を準備するステップを含み、前記光学素子は第1の表面および第2の表面を有し、
前記第1の表面を照射される表面と熱的に連通する状態で配置するステップと、
光を第1の光学経路に沿い前記第2の表面を通してかつ前記第1の表面を通して照射される表面まで伝搬するステップと、
前記第2の表面の少なくとも一部から第2の光学経路に沿って伝搬する放射を検出するステップとを含み、前記第1の光学経路および前記第2の光学経路の間の角度は非ゼロ角度である、方法。 A method for irradiating a surface with light, the method comprising:
Providing an optical element comprising a substantially light transmissive and substantially thermally conductive material, the optical element having a first surface and a second surface;
Placing the first surface in thermal communication with the irradiated surface;
Propagating light along the first optical path through the second surface and through the first surface to the illuminated surface;
Detecting radiation propagating along a second optical path from at least a portion of the second surface, the angle between the first optical path and the second optical path being a non-zero angle Is that way.
熱電アセンブリを含み、前記熱電アセンブリは、前記熱電アセンブリに対して印加される電流に応答して、前記熱電アセンブリの少なくとも第1の表面を冷却しかつ前記熱電アセンブリの少なくとも第2の表面を加熱し、前記熱電アセンブリは、出力光学アセンブリに解放可能な状態で機械的に結合されて前記第1の表面を前記出力光学アセンブリと熱的に連通させるように構成され、前記熱電アセンブリは第1の領域を全体的に囲み、前記装置の動作中、患者の頭皮の一部を照射する光は前記第1の領域を通して伝搬し、
前記装置はさらに前記熱電アセンブリの第2の表面と熱的に連通するヒートシンクを含む、装置。 An apparatus for irradiating a patient's scalp with light, the apparatus comprising:
A thermoelectric assembly, wherein the thermoelectric assembly is responsive to a current applied to the thermoelectric assembly to cool at least a first surface of the thermoelectric assembly and to heat at least a second surface of the thermoelectric assembly. The thermoelectric assembly is releasably mechanically coupled to an output optical assembly and configured to thermally communicate the first surface with the output optical assembly, the thermoelectric assembly being in a first region. And during operation of the device, light that illuminates a portion of the patient's scalp propagates through the first region;
The apparatus further includes a heat sink in thermal communication with the second surface of the thermoelectric assembly.
前記熱電アセンブリの第1の表面と熱的に連通するように構成された熱伝導性部分を含み、前記熱伝導性部分は第2の領域を全体的に囲み、
剛性で実質的に光透過性かつ実質的に熱伝導性の材料を含む光学素子を含み、前記光学素子は、前記熱伝導性部分と熱的に連通し、かつ、前記装置の動作中前記患者の頭皮の一部と熱的に連通するように配置されるように構成され、前記装置の動作中光は第1の領域、第2の領域、および前記光学素子を通して伝搬する、請求項117に記載の装置。 The output optical assembly comprises:
A thermally conductive portion configured to be in thermal communication with a first surface of the thermoelectric assembly, the thermally conductive portion generally surrounding a second region;
An optical element comprising a rigid, substantially light transmissive and substantially thermally conductive material, said optical element being in thermal communication with said thermally conductive portion and during operation of said device 117. The device of claim 117, wherein the device is arranged to be in thermal communication with a portion of the scalp of the device, wherein light during operation of the device propagates through the first region, the second region, and the optical element. The device described.
第1の表面および第2の表面を含む熱電アセンブリを準備するステップを含み、前記熱電アセンブリは第1の領域を全体的に取囲み、前記方法はさらに、
出力光学アセンブリを準備するステップと、
前記熱電アセンブリの第1の表面を前記出力光学アセンブリに解放可能な状態で機械的に結合して前記第1の表面が前記出力光学アセンブリと熱的に連通するようにするステップと、
前記第1の表面を冷却し前記第2の表面を加熱するステップと、
光を前記第1の領域を通して伝搬させて前記照射される表面に当てるステップとを含む、方法。 A method of irradiating a surface with light, the method comprising:
Providing a thermoelectric assembly including a first surface and a second surface, the thermoelectric assembly generally surrounding the first region, the method further comprising:
Preparing an output optical assembly;
Mechanically coupling the first surface of the thermoelectric assembly to the output optical assembly in a releasable manner so that the first surface is in thermal communication with the output optical assembly;
Cooling the first surface and heating the second surface;
Propagating light through the first region to impinge on the illuminated surface.
前記光学素子を前記照射される表面と熱的に連通する状態で配置するステップと、
光を伝搬させるステップとを含み、前記光を伝搬させるステップは前記光を前記第1の領域、前記第2の領域、および前記光学素子を通して伝搬させて前記照射される表面に当てることを含む、請求項125に記載の方法。 The output optical assembly includes an optical element and a thermally conductive portion that generally surrounds a second region, wherein the thermally conductive portion is in thermal communication with the optical element and defines the first surface. Releasably mechanically coupling to the output optical element includes releasably mechanically coupling the first surface to the thermally conductive portion, the method further comprising:
Placing the optical element in thermal communication with the illuminated surface;
Propagating light, and propagating the light comprises propagating the light through the first region, the second region, and the optical element to strike the irradiated surface. 126. The method of claim 125.
前記患者の頭皮の少なくとも一部の上に装着するようにされた本体と、
光が照射されて患者の脳の少なくとも一部を照射する場所である患者の頭皮の複数の治療部位場所に対応する複数のインジケータとを含む、装置。 A device wearable by a patient, the device comprising:
A body adapted to be worn over at least a portion of the patient's scalp;
A plurality of indicators corresponding to a plurality of treatment site locations on the patient's scalp, where the light is irradiated to illuminate at least a portion of the patient's brain.
光が与えられて患者の脳の少なくとも一部を照射する場所である患者の頭皮の複数の治療部位場所を識別するための手段と、
オペレータに対して前記治療部位場所を照射するための連続順序を示すための手段とを含む、装置。 A device wearable by a patient, the device comprising:
Means for identifying a plurality of treatment site locations on the patient's scalp, where light is applied to illuminate at least a portion of the patient's brain;
Means for indicating a sequential sequence for irradiating the treatment site location to an operator.
患者の頭皮の複数の治療部位場所を識別するステップを含み、前記治療部位場所のうち少なくとも1つの面積は少なくとも1cm2であり、
前記治療部位場所の照射の連続順序を示すステップを含む、方法。 A method for demonstrating a brain phototherapy procedure, the method comprising:
Identifying a plurality of treatment site locations on the patient's scalp, wherein at least one area of the treatment site locations is at least 1 cm 2 ;
Showing the sequential order of irradiation of the treatment site locations.
患者の頭皮の少なくとも1cm2の第1の領域を第1の期間レーザ光で非侵襲的に照射するステップと、
患者の脳の少なくとも1cm2の第2の領域を第2の期間レーザ光で非侵襲的に照射するステップとを含み、前記第1の領域および前記第2の領域は重なり合わず、前記第1の期間および前記第2の期間は重なり合わない、方法。 A method of treating a patient's brain, the method comprising:
Non-invasively irradiating a first region of at least 1 cm 2 of the patient's scalp with laser light for a first period of time;
Non-invasively irradiating at least 1 cm 2 of a second region of the patient's brain with a laser beam for a second period of time, wherein the first region and the second region do not overlap, And the second period does not overlap.
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