[发明专利]分形刺激方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及医疗系统及程序，并且更具体地涉及生理治疗疗法和刺激设备以及用于人类疾病治疗的方法。

背景技术

有许多被用于通过外部生成的刺激形式来治疗患病的或生病的人类患者的理论和实际的治疗设备。尽管一些治疗刺激处理与其他一些相比更广为人知或被理解，用于这些设备的设计和应用的最优方法仍然正被讨论。

常见的治疗刺激方法是经皮电神经刺激(TENS)。TENS是非侵入式的治疗处理方法，其通过使电流通过附着于被治疗的对象的皮肤的两个或更多个表面电极来刺激神经。TENS一般被用于治疗急性和慢性疼痛两者的目的。

像脑电刺激技术那样的其他治疗处理被用于诸如中风、创伤性脑损伤、阿尔茨海默病、帕金森氏病、抑郁、痴呆、运动失调以及学习无能的情况。用于脑电刺激的方法包括经颅直流刺激(tDCS)、经颅随机噪声刺激(tRNS)以及经颅磁刺激(TMS)。光刺激能够治疗皮肤失调、非季节性抑郁、生理节奏睡眠失调、疼痛减少、痤疮、皱纹和伤口愈合。物理疗法中的振动和压力经常被用于减轻紧张和压力或减轻疼痛，而听觉或音乐疗法是能够被用于具有诸如注意力缺失症、阿尔茨海默病、自闭症或其他痴呆症的失能的人的刺激方法。

尽管有若干种刺激疗法，但无论刺激的性质(电刺激、磁刺激、机械刺激、光刺激、听觉刺激)如何，刺激的最有效的时间图案仍旧未知。已发现周期性的和随机的时间图案在一定程度上是有用的，但有效的、在理论上和生物学上正当的图案仍然难以捉摸。为了找到用于刺激的通用时间图案，即生物系统最易对该通用时间图案响应并且该通用时间图案对于功能恢复和提高最优，必须探究正常的生理固有的生物动态及其特性和效用。

分形(fractal)的基本描述可通过自相似结构的概念来描述，该自相似结构包含作为整体表示实体的迭代多尺度子单元。例如，在几何意义上，树的分支、雪花的结构和海贝的螺旋形图案为分形。分形的概念也能够被应用于随时间变化的过程。更具体地，可记录诸如在连续的一段时间上对个人心率的测量的生理时间序列并且可基于分形分析对个人的动态系统的生理状态得出结论。

诸如神经系统、新陈代谢系统、免疫系统的所有生理系统都由共同地形成网络的、相互作用的元素组成。一种用于理解网络行为的理论框架是非线性动态的规则，其将网络中的组成元素的非线性特性考虑在内。对于最适合于生物计算和控制的网络动态的类型存在三种选择：

1. 常规的或周期性的运动，其中动态系统对于导致所接收信息的迅速的、呈指数的消散的环境输入中的差异是不敏感的。因此，网络不携带动态记忆；

2 混乱的运动，其中基于环境输入中的轻微差异，大的和随机的变化发生在网络内。与周期性运动类似，在这个系统中没有动态记忆并且环境信息呈指数地消散；

3. 在混乱或分形动态的边缘处的运动，其中网络对于环境信息是敏感的和响应的。在分形网络中，信息的输入不会呈指数地消散，从而产生具有长记忆的系统。具有分形动态的网络与生物计算和控制是最兼容的。

鉴于这些考虑，分形多尺度动态在正常的生物网络中将会是普遍的，而患病的系统将展现周期性的和/或混乱的运动的病态动态。许多证据支持这种看法：

1) 从来自正常对象的不同头皮区域记录的人类EEG的图案以多尺度的分形EEG图案为特征。有诸如癫痫小发作和癫痫大发作的不同神经情况的患者显示高度周期性的动态。可参考由Robinson等人在Physical Review E(2002)中的“在正常的唤醒状态和癫痫发作下的大规模脑部活动的动态(Dynamics of large-scale brain activity in normal states and epileptic seizures)”；