(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の皮膚の中に位置する温度受容器を熱刺激によって刺激する装置であって、
−  前記患者の皮膚を電磁放射によって照射する複数の非侵襲性刺激ユニット（６０）が設けられており、前記電磁放射が吸収されることによって前記患者の皮膚に熱刺激が生成され、
−  前記刺激ユニット（６０）それぞれが、前記電磁放射が放出される主面と、接続要素（６１，６２）が設けられている複数の側面とを有し、
−  前記接続要素（６１，６２）を介して前記刺激ユニット（６０）を互いに接続することができ、
−  前記接続要素（６１，６２）によって、前記刺激ユニット（６０）の機械的かつ電気的な接続を形成することができ、
−  前記刺激ユニット（６０）それぞれが、正確に１つの側面における第１の接続要素（６１）と、残りのすべての側面における第２の接続要素（６２）とを有し、前記第１の接続要素（６１）および前記第２の接続要素（６２）が、これらが互いに係合し、これによって接続を形成するように構成され、
−  前記第１の接続要素がプラグ（６１）であり、前記第２の接続要素（６２）がソケットであり、
−  スペーサ（６４）が設けられており、前記スペーサ（６４）それぞれが、側面の１つに、前記刺激ユニット（６０）のうちの１つの刺激ユニット（６０）の１つの側面のみにおいて前記刺激ユニット（６０）のソケット（６２）に機械的に接続することのできるプラグ（６１）を有し、前記スペーサ（６４）が、前記刺激ユニット（６０）の下面と前記患者の皮膚との間に所定の間隔を形成する、
装置。
【請求項２】
前記刺激ユニット（６０）の正確に１つが、制御ユニットに接続するための接続ケーブルを有し、この刺激ユニット（６０）がプラグ（６１）を有さず、すべての側面においてソケット（６２）を有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記側面によって形成される、前記刺激ユニット（６０）それぞれの周囲輪郭が、正多角形の形状または長方形の形状を有する、
請求項１から請求項２のいずれかに記載の装置。
【請求項４】
前記刺激ユニット（６０）の少なくとも２つが、少なくとも一部が異なる波長を有する電磁放射を生成する、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記患者の皮膚の中への前記電磁放射の所望の浸透深さに応じて、前記刺激ユニット（６０）を選択することができる、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記刺激ユニット（６０）それぞれが、前記放射を制御する複数のプレート（７２）を有し、各プレート（７２）の切取り部に発光ダイオード（７３）が組み込まれている、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記患者の皮膚に面して配置されている前記プレート（７２）の面が、前記発光ダイオード（７３）によって生成される前記電磁放射に対して透明であり、前記プレート（７２）の他のすべての面が、前記発光ダイオード（７３）によって生成される前記電磁放射に対して反射性として構成されている、
請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患者の皮膚の中に位置する温度受容器を熱刺激によって刺激する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニューロンの同期性が高まる数多くの疾患（例えば脳卒中および脳梗塞後の顕著な機能障害、過敏性腸症候群など）に対して、現時点では満足のいく治療法が存在しない。これらの疾患の特徴として、神経系における病的に過度な同期と、これに対応して関与するニューロンのネットワークの相互接続が病的に高まる結果として、健康な神経細胞の活動が妨げられたり制限され、神経細胞の活動の、空間的および時間的に病的なパターンが確立される（例えば適応不良の枠組みにおいて）。
【０００３】
これらの疾患においては、例えば脳や腸神経節（enteral ganglias）における特定の神経細胞ネットワークが、病的に（一般的には過度に）同期して活性である。すなわち、多数のニューロンが、同期した活動電位を形成し、関連するニューロンが過度に同期して発火する。これとは異なり、健康な人の場合、ニューロンはこれらの脳の領域において質的に異なる態様で（例えば非相関的に）発火する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、熱刺激によって刺激する装置であって、現在の技術と比較して、病的なシナプスネットワーキング（pathologically synaptic networking）のより効率的な脱同期化と、より長期にわたる永続的な忘却を達成することのできる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の基礎をなすこの目的は、独立請求項の特徴によって達成される。本発明の有利な実施形態および設計は、従属請求項に記載されている。
【０００６】
以下では、本発明について、図面を参照しながら例示的に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】動作時に患者の皮膚の中に存在する温度受容器を熱刺激によって刺激する装置の概略図である。
【図２】水の吸収係数の図である。
【図３】さまざまな吸収深さにおける、波長に対して吸収される放射の割合の計算値の図である。
【図４】図４Ａ〜４Ｄは、さまざまな波長の電磁放射を生成する刺激ユニットのさまざまな実施形態の概略図である。
【図５】図５Ａ〜５Ｆは、放出される電磁放射を形成する刺激ユニットのさまざまな実施形態の概略図である。
【図６Ａ】均一に分布する電磁放射を生成する光学素子の概略図である。
【図６Ｂ】均一に分布する電磁放射を生成する光学素子の概略図である。
【図６Ｃ】均一に分布する電磁放射を生成する光学素子の概略図である。
【図６Ｄ】均一に分布する電磁放射を生成する光学素子の概略図である。
【図６Ｅ】均一に分布する電磁放射を生成する光学素子の概略図である。
【図６Ｆ】均一に分布する電磁放射を生成する光学素子の概略図である。
【図６Ｇ】均一に分布する電磁放射を生成する光学素子の概略図である。
【図６Ｈ】均一に分布する電磁放射を生成する光学素子の概略図である。
【図６Ｉ】均一に分布する電磁放射を生成する光学素子の概略図である。
【図７】図７Ａ〜７Ｃは、熱刺激を発生させる刺激ユニットの実施形態の概略図である。
【図８】１つまたは複数のレーザ、または電磁放射を生成する他の発熱体によって熱刺激を加える装置の実施形態の概略図である。
【図９】１つまたは複数のレーザ、または電磁放射を生成する他の発熱体によって熱刺激を加える装置の実施形態の概略図である。
【図１０】１つまたは複数のレーザ、または電磁放射を生成する他の発熱体によって熱刺激を加える装置の実施形態の概略図である。
【図１１Ａ】複数の有機発光ダイオードによって熱刺激を加える装置の実施形態の概略図である。
【図１１Ｂ】複数の有機発光ダイオードによって熱刺激を加える装置の実施形態の概略図である。
【図１２Ａ】互いに機械的かつ電気的に接続することのできる刺激ユニットによって熱刺激を加える装置の実施形態の概略図である。
【図１２Ｂ】互いに機械的かつ電気的に接続することのできる刺激ユニットによって熱刺激を加える装置の実施形態の概略図である。
【図１２Ｃ】互いに機械的かつ電気的に接続することのできる刺激ユニットによって熱刺激を加える装置の実施形態の概略図である。
【図１２Ｄ】互いに機械的かつ電気的に接続することのできる刺激ユニットによって熱刺激を加える装置の実施形態の概略図である。
【図１３Ａ】互いに機械的かつ電気的に接続することのできる刺激ユニットによって熱刺激を加える装置の実施形態の概略図である。
【図１３Ｂ】互いに機械的かつ電気的に接続することのできる刺激ユニットによって熱刺激を加える装置の実施形態の概略図である。
【図１４】熱刺激の概略図である。
【図１５】熱刺激によるＣＲ刺激の概略図である。
【図１６】熱刺激によるさらなるＣＲ刺激の概略図である。
【図１７】熱刺激によるさらなるＣＲ刺激の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、患者の皮膚の中に位置する温度受容器を熱刺激によって刺激する装置１を概略的に示している。装置１は、特に、光線力学的な刺激器である。装置１は、患者の皮膚を電磁放射によって照射する複数の刺激ユニット２を含んでいる。刺激ユニット２によって放出される電磁放射の波長範囲は、設定することができる。さらに、刺激ユニット２を制御する制御ユニット３が設けられている。刺激ユニット２および特に制御ユニット３は、非侵襲性ユニットであり、すなわち装置１の動作時、刺激ユニット２および制御ユニット３は、患者の身体の外側に存在し、患者の身体に埋め込まれて動作するのではない。複数の刺激ユニット２によって、皮膚の複数の異なる受容器領域を、時間的かつ空間的に調整された個々の刺激ユニット２を介して容易に刺激することができる。
【０００９】
刺激ユニット２によって放出される電磁放射は、患者の皮膚に吸収される。電磁放射の吸収によって、皮膚の領域が加熱され、これにより皮膚の中に位置する温度受容器４が熱刺激によって理想的に刺激される。温度受容器４は、（図１に概略的に示したように）表皮５および真皮６の真皮乳頭のすぐ下に（一般には皮膚表面の下、約１５０μｍの深さに）存在する。刺激ユニット２によって放出される電磁放射の波長は、電磁放射が、温度受容器４が存在する真皮６の領域７によって吸収され、表皮５によってまったく吸収されない、または少量のみが吸収されるように、設定される。
【００１０】
７８０ｎｍ〜１ｍｍの範囲（および特に７８０ｎｍ〜３０００ｎｍの近赤外領域）における波長を有する赤外放射は、熱刺激のための電磁放射の最適な形態であり、なぜならこのような赤外放射は真皮によって強く吸収されるためである。１０００ｎｍより長い波長の場合、血液中に含まれる水分が、真皮における放射の吸収の主たる役割を果たす。図２の水の吸収係数に示したように、水は、１０００ｎｍより長い波長を有する放射に対して高い吸収能力を有する。表皮には血管が含まれないため、水の濃度は真皮よりも低い。これにより、適切な波長スペクトルを選択することによって、真皮の熱が増大すると同時に、表皮の熱の増大がわずかであるようにすることが可能である。
【００１１】
紫外放射は、熱刺激にはあまり適しておらず、なぜなら、この高いエネルギの放射によって皮膚が容易に損傷しうるためである。さらに、紫外放射は、表皮に含まれるメラニンによって強く吸収される。しかしながら、人間にとっての可視光はこれらの欠点を持たず、表皮および真皮において比較的わずかに吸収される。
【００１２】
熱刺激を発生させるのに赤外放射を使用するとき、留意すべき点として、表皮中にも水が存在し、したがって放射が表皮中の水にも吸収される。この理由のため、高い吸収係数（比較的薄い層に放射が強く吸収されるが、放射が浸透する深さは小さい）と、低い吸収係数（これにより放射が深く浸透することができ、したがって真皮において吸収される）と、厚い層における放射の吸収との間の正しいバランスを見出すことが要求される。この関係を視覚化する目的で、さまざまな吸収深さについて、吸収される放射の割合の計算値を、波長に対してプロットした（水における吸収プロセスが温度受容器の刺激にとって重要であるものと想定しなければならない）。
【００１３】
本発明によると、印加される電磁放射の波長は、真皮の中に存在する温度受容器が理想的に刺激されるように設定される。皮膚の吸収挙動は個人によって異なるため、治療前に各患者について、最適な刺激結果を達成することのできる波長もしくは波長範囲またはその両方を求めることが有利である。
【００１４】
電磁放射を生成する放射源としては、当業者に公知である赤外放射源を使用することができる。赤外放射源の例は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、高輝度発光ダイオード（ＳＬＥＤ）、半導体レーザダイオード、例えばＤＨ（ダブルヘテロ構造）レーザ、量子井戸レーザ、量子カスケードレーザ、ＳＣＨ（分離閉じ込めヘテロ構造）レーザ、ＤＦＢ（分布帰還型）レーザ、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光型）レーザ、さらにはガスレーザ、固体レーザである。特に、２．１μｍの波長を有するＨｏ：ＹＡＧ（ホルミウム：ＹＡＧ）レーザと、１．３〜１．５μｍの波長範囲におけるＧａＡｓレーザダイオードは、皮膚表面の下、約１００〜２００μｍ、特に、約１５０μｍの深さにおける温度受容器を刺激するための放射源として適している。
【００１５】
図４Ａ〜図４Ｄは、患者の皮膚の中に位置している温度受容器を理想的に刺激できるようにする目的で、所望のスペクトル領域の放射を生成することのできる刺激ユニット２のさまざまな実施形態を概略的に示している。
【００１６】
図４Ａに示した放射源８は、波長分布λＲＳを有する電磁放射を生成する。
【００１７】
図４Ｂにおいては、放射源８によって放出された放射は光学フィルタ１０を通過し、これによりスペクトルの特定の部分が排除され、光学フィルタ１０の出力において波長分布λＦが得られる。さまざまな波長分布λＦを有する放射を生成できるようにする目的で、さまざまな光学フィルタ１０を設けることができる。この刺激ユニット２は、温度受容器を刺激するための理想的な波長範囲を生成する目的で、放射源８の前で光学フィルタ１０の１つが選択的に切り替えられる（または光学フィルタ１０が選択されない）ように構成することができる。
【００１８】
図４Ｃは、放射源８によって生成されるスペクトルを移動させて、図４Ｃに示した波長分布λＣを得るための蛍光材料１１を示している。さまざまな波長分布λＣを生成する目的で、放射源８の前で選択的に切り替えることのできるさまざまな蛍光材料１１を利用することができる。
【００１９】
図４Ｄは、放射スペクトルを制御ユニット３によって設定することのできる放射源８を有する刺激ユニット２の実施形態を示している。放射源８は、例えば波長可変レーザーとすることができる。図４Ｄには、一例として３つの異なる波長分布λＲＳ（ｔ１）、λＲＳ（ｔ２）、およびλＲＳ（ｔ３）が示してある。放射源８を適切に設定することにより、図１に示した真皮における領域７の位置および範囲（この領域において放射が吸収されることで組織の温度が上昇する）を設定することができる。
【００２０】
放射源８によって放出される放射は、対応する光学素子を使用することによって形成することができ、以下ではこの点について図５Ａ〜図５Ｆを参照しながら一例として説明する。図５Ａ〜図５Ｆには、さまざまな光学素子とともに、皮膚表面に生成されるビーム出力Ｅｅが示してある。
【００２１】
図５Ａは、ビーム整形のための光学素子の存在しないビーム源８を示しているのに対して、図５Ｂでは、放射源８の光学経路にミラー１５が配置されており、このミラー１５は同時にレンズとして機能する。
【００２２】
図５Ｃでは、放射源８の放射がレンズ１６によって光導体１７に取り込まれる。光導体１７によって出力された放射は、さらなるレンズ１８を通過し、このレンズ１８は、皮膚の特定の領域の上に、均一に分布したビーム出力を生成する。
【００２３】
図５Ｂおよび図５Ｃに示した光学素子の位置は固定されているのに対して、図５Ｄ〜図５Ｆに示した光学素子の位置は変化させることができる。
【００２４】
図５Ｄには、ｚ軸に沿って移動させることのできる凸レンズ１９を示してある。レンズ１９の２つの位置において皮膚表面に生成される放射出力Ｅｅを示してある。
【００２５】
図５Ｅは、傾斜角および形状を変化させることのできるミラーシステム２０を示しており、このミラーシステム２０では、照射の位置と放射出力の両方を変化させることができる。
【００２６】
図５Ｆは、機械的クロージャ２１を示しており、この機械的クロージャ２１は、例えば絞り、回転クロージャ、スライダ（ｓｌｉｄｅｒ）などとして構成することができ、ビーム源によって生成される放射を完全に通過させる、またはまったく通過させないようにできる。
【００２７】
熱刺激の有効性を高める目的で、表皮を冷やすための例えば通風器や熱電冷却器などの冷却システムを使用することが考えられる。温度受容器は主として温度勾配に反応するため、熱刺激によって刺激領域に導入された熱を、その次の刺激段階までの間に、刺激領域から再び取り除くことが有利であり得る。
【００２８】
局部的に過熱したビーム出力による患者の負傷を排除する目的で、放射が特定の表面全体にわたり分布するように、かつ、いずれの位置においてもビーム出力の所定の限界値を超えないように、放射を整形することが有利である。理想的には、ビーム出力は、患者の皮膚における特定の領域全体にわたりできる限り均一に分布している。この目的のため、例えば図６Ａ〜６Ｈに示した光学素子を使用することができ、各図において、図の左側と右側にはそれぞれ異なる方向から見た光学素子を示してある。
【００２９】
図６Ａおよび図６Ｂは、放射源の１つによって生成される放射を平行にする勾配型レンズ２５（ＧＲＩＮレンズまたは屈折率分布型レンズとも称する）を示している。図６Ｂでは、光学経路にミラー２６が追加的に配置されており、このミラー２６によって放射が標的領域に整列する。ミラー２６を使用することにより、刺激ユニットを比較的平たく構成することができる。
【００３０】
図６Ｃおよび図６Ｄは、それぞれ２つの異なる面から光導体２７，２８を示している。いずれの光導体２７，２８も正方形の断面を有するが、光導体２７，２８の断面は、別の幾何学形状を有することもできる。さらに、光導体２７，２８は、ビーム源を固定することのできる一方の端部に、４５゜で面取りされた面を有する。光導体２７，２８の他方の端部においては、放射が極めて正確かつ均一に分布した状態で再び放出される。この端部を患者の皮膚に接触させることができる。さらに、光導体２８は、下端部に面取りされた面を有し、結果として放射が光導体２８から横方向に放出される。
【００３１】
図６Ｅおよび図６Ｆは、それぞれｘ軸の方向およびｙ軸の方向における異なる曲率半径を有する１枚および３枚のトロイダルミラー２９，３０を示しており、これらのトロイダルミラーによって正確なビーム整形を達成することができる。
【００３２】
図６Ｇは、屈折性の上面と反射性の側面とを有する光学素子３１を示している。光学素子３１の下面は、標的位置の方向に放射を散乱させる。散乱性の下面によって、放射のガウス分布をもたらすことができる。
【００３３】
図６Ｈは、それぞれが異なる長さおよび角度を有する複数の光学素子を有する配置構造３２を示している。配置構造３２によって、複雑なビーム範囲を生成することができる。
【００３４】
図６Ｉは、電磁放射を生成する放射源８を有する装置を示しており、生成された電磁放射をレンズ９０によって光導体９１に取り込むことができる。光導体９１は、電磁放射をスキャナ９２まで導き、スキャナ９２内には、ｘ方向およびｙ方向に移動可能なレンズ９３およびミラー９４、または同様に調整可能な別の要素が存在する。ミラー９４の位置を調整することによって、皮膚の特定の位置を標的として刺激することができる。さらには、皮膚の特定の領域の異なる位置を連続的に刺激することができる。
【００３５】
図７Ａは、電磁放射によって熱刺激を生成する刺激ユニット３５を部分断面図として示している。図７Ｂおよび図７Ｃには、刺激ユニット３５を２つの異なる動作状態において示してある。刺激ユニット３５に組み込まれているフィラメント状の赤外放射源３６は、電磁放射を生成する役割を果たす。赤外放射源３６は円筒状ハウジング３７の中に組み込まれており、ハウジング３７は、ねじを介して円筒状のスペーサ３８に結合されている。患者を治療するため、刺激ユニット３５は、スペーサ３８の下面を介して患者の皮膚の上に配置される。放射源３６と患者の皮膚との間の間隔を調整することができる（図７Ｂと図７Ｃは異なる間隔を示している）。さらに、スペーサ３８は、高すぎる放射出力によって患者が危険にさらされることを排除する目的で、患者の皮膚と放射源３６の間の最小間隔を確保する。刺激ユニット３５は、冷却のため、受動的冷却要素を含んでいる。安全上のさらなる要素として、刺激ユニット３５は、刺激ユニット３５に起こり得る過熱を判定することのできる温度センサ３９を有する。
【００３６】
図８〜図１０は、共通に使用される１つまたは複数の放射源（例えば１つまたは複数のレーザ）を有する刺激ユニットの実施形態を示している。この場合、放射源によって放出される放射は、光導体を介して刺激ユニットまで導かれる。
【００３７】
図８は、それぞれが波長λｉ、ビーム出力Ｐｉ（ｉ＝１，．．．，ｎ）の放射を生成するｎ個の放射源を有する実施形態を示している。複数の異なる放射が１本の光導体に取り込まれ、患者の皮膚に固定された刺激マトリクス（stimulation matrix）４０まで導かれる。異なる波長λｉは、異なる吸収係数を有し、この理由のため、皮膚表面の下の異なる深さに位置する真皮の異なる領域を刺激することができる。
【００３８】
図９は、デマルチプレクサ４１（例えば通信技術において公知であるデマルチプレクサなど）を示しており、このデマルチプレクサ４１に放射源のうちの１つの放射が取り込まれ、デマルチプレクサ４１はｎ個の刺激ユニット４２に放射を供給する。デマルチプレクサ４１には、例えば１つまたは複数の調整可能なミラーを組み込むことができ、これらのミラーは、放射源によって生成されたビームをデマルチプレクサ４１のｎ個の出力に分配し、ここから放射は、光導体４３を利用して刺激ユニット４２まで導かれる。デマルチプレクサ４１では、刺激ユニット４２それぞれを個別に制御することができる。
【００３９】
さらには、Ｍ個の放射源の放射がデマルチプレクサ４１に取り込まれるようにすることができる。Ｍ個の放射源は、異なる波長もしくは異なる波長範囲またはその両方を有する放射、または重なり合う波長範囲を有する放射を生成することができる。
【００４０】
複数の刺激ユニットに放射を分配するためのさらなる解決策として、各刺激ユニットにデマルチプレクサを組み込んで、これらのデマルチプレクサが、患者の皮膚と、それぞれに隣接する刺激ユニットの両方に、放射を導く。
【００４１】
さらには、一例として図１０に示したものなど、複合型の解決策が考えられる。この解決策では、スプリッタ４４がデマルチプレクサ４１と刺激ユニット４２との間で切り替えられる。デマルチプレクサ４１は、赤外放射をライン４５を介してスプリッタ４４に分配し、さらに、電源電圧をライン４５を介してスプリッタ４４に供給する。スプリッタ４４は、放射を光導体４６を介して個々の刺激ユニット４２まで導く。
【００４２】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、熱刺激によって刺激する装置を概略的に示しており、この装置では、刺激ユニットが有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）５０として構成されている。有機発光ダイオード５０は、適切なサイズを有し、可撓性の支持体５１に貼り付けられており、支持体５１は、（図１１Ｂに示したように）例えば患者の腕、脚、または別の部位に固定することができる。有機発光ダイオード５０は、１本または複数の供給線５２を介して制御ユニットに接続されている。各発光ダイオード５０を個別に制御することができる。
【００４３】
図１２Ａ〜図１２Ｄは、熱刺激によって刺激するさらなる装置を概略的に示している。この装置は、それぞれが電磁放射を皮膚表面の方に放出する複数の刺激ユニット６０から構成されている。複数の刺激ユニット６０は同じ設計であり、それぞれが長方形、特に正方形の周囲輪郭を有する。刺激ユニット６０それぞれは、側面の１つにプラグ６１を有し、残りの３つの側面に対応するソケット６２を有する。１つの刺激ユニット６０のプラグ６１を別の１つの刺激ユニット６０のソケット６２に挿入することによって、２つの刺激ユニット６０を互いに機械的かつ電気的に接続することができる。このようにして、任意の数の刺激ユニット６０を互いに接続し、患者それぞれの疾患状況に適合させることができる。さらに、刺激ユニット６０の１つは、制御ユニットに接続するための接続ケーブル６３を有する。刺激ユニット６０がプラグ６１を有さずに、刺激ユニットの４つの側面すべてにソケット６２を配置することもできる。
【００４４】
刺激ユニット６０は、四角形、特に、長方形や正方形の周囲輪郭の代わりに、異なる多角形の形状、特に正多角形の形状、例えば、三角形、五角形、八角形などを有することもできる。
【００４５】
隣接する刺激ユニット６０と隣り合っていない刺激ユニット６０の側面には、スペーサ６４を取り付けることができる。スペーサ６４は、例えば、プラスチック、またはそれ以外の電気絶縁性材料から製造されている。スペーサ６４の側面は、それぞれプラグの形状に構成されており、このようにすることで、刺激ユニット６０のソケット６２に固定することができる。スペーサ６４は、刺激ユニット６０の下面と、刺激ユニット６０を適用するべき患者の皮膚との間に所定の間隔を形成し、したがって最大出力密度を受動的に（passively）制限する（皮膚の火傷の回避）。
【００４６】
刺激ユニット６０それぞれの下面には、複数の発光ダイオード６５が放射源として配置されている。発光ダイオード６５は、特に、動作時に赤外放射を放出する。実施形態によると、発光ダイオード６５それぞれを個別に制御することができる。あるいは、発光ダイオード６５を複数の異なるグループにグループ化して、１つのグループの発光ダイオード６５それぞれが同じ制御信号を受信するようにすることもできる。
【００４７】
各刺激ユニット６０は、それぞれ間で切り替えられる刺激ユニットを介して制御ユニットに電気的に接続されている。制御ユニットは、刺激ユニット６０に、制御信号に加えて電源電圧を供給する。これに代えて、制御ユニットを、完全に、または少なくとも一部分を、刺激ユニット６０に組み込むこともできる。さらには、制御ユニットが刺激ユニット６０の外形（または少なくとも類似する形状）を有し、プラグ接続を介して刺激ユニット６０に接続されることも考えられ、すなわちこの場合、動作時に制御ユニットは刺激ユニット６０とともに患者の皮膚に固定される。
【００４８】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示した刺激装置のモジュール式コンセプトでは、患者の皮膚の任意の表面を刺激ユニット６０によって覆うことができる。
【００４９】
さらに、異なる放射スペクトルを有する刺激ユニット６０を利用できるようにすることができる。治療の開始前に、各患者にとって理想的な放射スペクトルを有する刺激ユニット６０を選択することができる。さらには、皮膚の位置によって皮膚の状態が異なるため、患者が皮膚の異なる位置において、異なる波長範囲の放射を放出する刺激ユニットを使用して治療を受けることが考えられる。
【００５０】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、図１２Ａ〜図１２Ｄの刺激ユニット６０の変形形態としての刺激ユニット７０を示している。刺激ユニット７０は長方形の周囲輪郭を有し、刺激ユニット７０の各側面にソケット７１が配置されている。
【００５１】
刺激ユニット７０には、放射を散乱させる４つのプレート７２が存在している。発光ダイオード７３は、プレート７２それぞれの対応する切取り部に組み込まれている。プレート７２の下面を除いて、プレート７２の他のすべての面を反射性として構成することができる。プレート７２の下面は、発光ダイオード７３によって生成される放射に対して透過性である。
【００５２】
プレート７２は、ヒートシンクとしての役割も果たす金属ハウジング７４の中に、発光ダイオード７３と一緒に収容されている。さらに、２つの発光ダイオード７３は、それぞれ電子回路基板７５に取り付けられている。金属ハウジング７４は穴を有し、この穴を通じて発光ダイオード７３をそれぞれのプレート７２の切取り部に押し込むことができる。さらに、さらなる電子回路基板７６が設けられており、この基板７６には、発光ダイオード７３を制御するための構成要素およびソケット７１が取り付けられている。
【００５３】
上述したすべての構成要素は、下面が開いているハウジング７７の中に組み込まれている。刺激ユニット７０の動作時、ハウジング７７がその下面を介して患者の皮膚に固定される。ハウジング７７の形状と、ハウジング７７の中のプレート７２の配置により、プレート７２と患者の皮膚との間に所定の間隔が形成される。
【００５４】
図１３Ｂは、刺激ユニット７０のさまざまな断面と、刺激ユニット７０の斜視図を示している。これらの図には、例示的な寸法（単位：ミリメートル）が記載してある。
【００５５】
発光ダイオード７３によって生成される放射（特に、適切な波長範囲における赤外放射とすることができる）が、プレート７２によって拡散的に散乱する。プレート７２の下面は、均一な放射面を形成する。
【００５６】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示した刺激ユニット６０のように、複数の刺激ユニット７０を互いに接続することができる。しかしながら、刺激ユニット７０は、刺激ユニット６０とは異なりプラグを有していないため、２つの刺激ユニット７０のそれぞれのソケット７１に装着されるプラグコネクタによって、２つの隣接する刺激ユニット７０が互いに電気的かつ機械的に接続される。
【００５７】
以下では、本出願に記載されている刺激ユニットによって生成することのできる熱刺激について説明する。このような熱刺激は、独国特許出願第１０２０１００００３９０．５号、「振動刺激、触覚刺激、熱刺激の少なくとも１種類によって患者を治療する装置および方法」（独国特許商標庁への出願日：２０１０年２月１１日）にも記載されている。この文献の開示内容全体は、参照によって本出願の開示内容に組み込まれている。
【００５８】
図１４は、刺激持続時間Ｄｓｔｉｍを有する熱刺激８０を示しており、刺激ユニットによって生成される放射は、周波数ｆｔｈｅｒｍａｌ＝１／Ｔｔｈｅｒｍａｌにおいて周期的に変化する。この変化は、例えば、放射源のオン／オフを切り替えることによって、または放射源によって一定に放出される放射を変調することによって、発生させることができる。特に赤外放射の適切な波長を選択することによって、温度受容器が存在する真皮の領域が加熱される。
【００５９】
熱刺激８０の刺激持続時間Ｄｓｔｉｍは、１０〜２０００ｍｓの範囲内とすることができる。周波数ｆｔｈｅｒｍａｌは、０．０１〜１０Ｈｚの範囲内とする、またはこの範囲の外側とすることもできる。真皮の刺激領域には、熱刺激８０によって最大で４２℃の温度が発生する。
【００６０】
パルス状の熱刺激の代わりに、異なる設計の熱刺激、例えば時間的に連続する刺激パターン（例えば正弦波刺激など）を使用することもできる。正弦波振動の周波数は、０．０１〜１５０Ｈｚの範囲内、特に、６０〜１５０Ｈｚの範囲内とすることができる。
【００６１】
刺激ユニットによって印加される熱刺激は、温度受容器によって受け取られ、神経系に送られる。熱受容器（温受容器、熱センサ、または温センサとしても知られている）は、温度受容器としてみなされ、冷受容器（冷感受容器、冷センサ、または冷感センサとしても知られている）も温度受容器としてみなされる。
【００６２】
この文脈において説明されている熱刺激は、特に、神経系疾患または精神的疾患（例えば、パーキンソン病、本態性振戦、多発性硬化症の結果としての振戦、さらには、さまざまな病的振戦、ジストニア、てんかん、鬱病、運動不全、小脳疾患、強迫性障害、トゥーレット症候群、自閉症、脳卒中および脳梗塞後の機能障害、脳損傷後の機能障害、痙性、耳鳴り、睡眠障害、精神分裂病、嗜癖障害、性格障害、注意力欠如障害、注意欠陥多動性障害、ゲーム依存症、神経症、過食症、食欲不振、摂食障害、燃え尽き症候群、線維筋痛、偏頭痛、群発頭痛、一般的な頭痛、緊張性頭痛、神経因性疼痛、慢性疼痛状態、神経痛、切断疼痛、運動失調、チック障害、高血圧、さらには、ニューロンの同期性の病的な高まりを特徴とするさらなる病気）の治療に使用することができる。しかしながら、胃腸疾患（例えば過敏性大腸症候群など）も治療することができる。この場合、有痛性けいれんや非効率的な腸運動を忘れさせる（ｕｎｌｅａｒｎｅｄ）ことができる。さらに、潰瘍性大腸炎およびクローン病において、熱刺激は、腹痛を解放し、疼痛緩和として機能することができる。さらには、気管支喘息、ＣＯＰＤ（慢性閉塞性肺疾患）、心虚血、さらには末梢動脈閉塞性疾患を治療することができる。
【００６３】
上に挙げた病気は、特定の回路において互いに結合されている神経回路網の生体電気通信の障害に起因することがある。この場合、ニューロン集団は、継続的に病的なニューロン活動と、場合によってはそれに関連付けられる病的な結合性（回路網構造）を発生させる。これに関連して、多数のニューロンが、同期した活動電位を形成し、すなわち、関連するニューロンが過度に同期して発火する。さらに、このことは、病的なニューロン集団が振動性のニューロン活動を有することを意味し、すなわち、ニューロンが律動的に発火する。神経系疾患または精神的疾患の場合、関連する神経回路網の病的な律動的活動の平均周波数は、例えば、１〜３０Ｈｚの範囲内であるが、この範囲外であることもある。対照的に、健康な人では、ニューロンの発火は質的に異なる（例えば相関性がない）。
【００６４】
本発明による熱刺激においては、患者に印加される熱刺激が温度受容器によって受け取られ、そこから神経系を介して、脳内や脊髄内の病的に活性なニューロン集団に送られる。熱刺激は、ニューロン集団の病的に同期した活動が脱同期化されるように構成されている。ニューロンの一致率が刺激によって減少することで、シナプス荷重を低減させ、病的に同期した活動が発生する傾向を忘れさせることができる。
【００６５】
脳または脊髄の特定の領域を標的として刺激することは、体の領域と、脳または脊髄の特定の領域の「体部位の関連性（somatotopic association）」によって可能である。例えば、刺激要素を、患者の足、下肢、および大腿部に、あるいは、手、前腕、および上腕に、取り付けることができる。神経伝達経路の「体部位の関連性」のため、それぞれの位置に印加される刺激によって異なるニューロンが刺激される。脳の領域と皮膚の領域の「体部位の関連性」については、例えば、A. Benninghoff et al.: "Lehrbuch der Anatomie des Menschen. Dargestellt unter Bevorzugung funktioneller Zusammenhange. 3. Bd. Nervensystem, Haut und Sinnesorgane"（Urban und Schwarzenberg, Munich 1964）に記載されている。
【００６６】
皮膚の異なる位置に配置される複数の刺激ユニットを使用することによって、印加された熱刺激が、神経系を介して、脳や脊髄内に位置する異なる標的領域に送られることにおいて、脳または脊髄の異なる領域を個別に刺激することができる。場合によっては異なる刺激や時間的にずらせた刺激による熱刺激によって、標的領域を刺激することができる。
【００６７】
熱刺激の変形形態として、大きな治療効果と安全性を特徴とする協調リセット（ＣＲ：coordinated reset）刺激（例えば、"A model of desynchronizing deep brain stimulation with a demand-controlled coordinated reset of neural subpopulations" (P.A. Tass, Biol. Cybern. 89, 2003, pages 81 to 88)を参照）では、病的に同期した振動性の活動を有するニューロン集団に熱刺激が印加され、この刺激によって、ニューロン集団のリセット（いわゆる、刺激されたニューロンの神経活動の位相のリセット）がもたらされる。刺激されたニューロンの位相をリセットすることによって、ニューロンが、現在の位相値には無関係に例えば０゜の特定の位相値またはその近傍の位相値に設定される（実際には特定の位相値に正確に設定することは不可能であるが、ＣＲ刺激が成功するうえでこのことは要求されない）。したがって、病的なニューロン集団のニューロン活動の位相が、標的式刺激によって制御される。さらには、複数の異なる位置において病的なニューロン集団を刺激することが可能であるため、病的なニューロン集団の神経活動の位相を、複数の異なる刺激位置において異なるタイミングでリセットすることができる。結果として、病的なニューロン集団（集団内のニューロンはリセット前は同期して活性化され、周波数および位相が同じであった）を、複数のサブ集団に分割することができる。サブ集団それぞれの中では、位相のリセット後もニューロンは依然として同期しており同じ病的な周波数で発火するが、各サブ集団において、ニューロン活動に関連する固有の位相が、刺激によって強制される。すなわち、個々のサブ集団のニューロン活動は、位相のリセットの後、同じ病的な周波数での近似的に正弦波形状を依然として有するが、位相が異なっている。
【００６８】
ニューロン間の病的な相互作用により、刺激によって生じた少なくとも２つのサブ集団の状態は不安定であり、ニューロン集団全体としては、完全な脱同期状態（ニューロンは無相関に発火する）に急速に近づく。したがって、所望の状態（すなわち完全に脱同期の状態）は、位相をリセットする熱刺激を時間的に遅らせて（または位相をずらせて）印加した直後には得られないが、一般には、病的な周波数の数周期内または１周期以内にそのような状態になる。
【００６９】
このような刺激の有効性を説明する理論においては、最終的に望まれる脱同期は、ニューロン間の相互作用が病的に高いことによってはじめて可能である。この場合、病的な同期の原因である自己組織化プロセスを利用している。集団全体が、位相の異なるサブ集団に分割された後、この自己組織化プロセスによって脱同期がもたらされる。ニューロン間の病的に高い相互作用が存在しなければ、脱同期は起こらない。
【００７０】
さらには、病的な神経回路網の結合性を新たに編成することができ、したがって、持続する治療効果をもたらすことができる。達成されるシナプス再編成は、神経系疾患または精神的疾患の有効な治療にとって大きな重要性を持つ。
【００７１】
図１５には、４つの刺激ユニット８１〜８４を使用して実行されるＣＲ刺激について概略的に示してある。刺激ユニット８１〜８４を利用することで、患者の皮膚の異なる位置においてそれぞれの温度受容器が、図１４に示した熱刺激８０によって刺激される。
【００７２】
図１５に示した実施形態においては、刺激ユニット８１〜８４それぞれが、周波数ｆｓｔｉｍ＝１／Ｔｓｔｉｍで周期的に熱刺激８０を印加する。周波数ｆｓｔｉｍは、０．１〜６０Ｈｚの範囲内、特に、３０〜６０Ｈｚの範囲内、または１〜３０Ｈｚの範囲内、または１〜２０Ｈｚの範囲内、または５〜２０Ｈｚの範囲内とすることができ、しかしながら、より小さい値またはより大きい値とすることもできる。特に、周波数ｆｓｔｉｍは、標的回路網の病的に律動的な活動の平均周波数に近い値とすることができる。
【００７３】
複数の異なる刺激ユニット８１〜８４による熱刺激８０の印加は、個々の刺激ユニット８１〜８４の間の遅延時間τがＴｓｔｉｍ／４であるよう行う。
【００７４】
Ｎ個の刺激ユニットの場合、互いに連続する２つの熱刺激８０の間の遅延時間τは、例えば、周期１／ｆｓｔｉｍのＮ分の１、すなわち１／（Ｎ×ｆｓｔｉｍ）＝Ｔｓｔｉｍ／Ｎとすることができる。この場合、互いに連続する２つの熱刺激８０の開始時点の間に、時間Ｔｓｔｉｍ／Ｎを経過させることができる。２つの連続する熱刺激の間の遅延時間τがＴｓｔｉｍ／Ｎであるという想定は、特定の程度だけ変化させることができる。例えば、時間間隔τを、値Ｔｓｔｉｍ／Ｎから最大で±５％、±１０％、または±２０％だけ変化させることができる。このように変化させる場合にも、刺激効果（stimulation cells）を依然として達成することができ、すなわち脱同期効果を依然として観察することができる。
【００７５】
刺激ユニット８１〜８４によって印加された熱刺激８０は、病的に同期したニューロン集団の複数の異なるサブ集団に送られ、これらのサブ集団の位相をそれぞれ異なるタイミングにリセットし、これにより、ニューロン集団全体の脱同期が達成される。
【００７６】
治療においては、さまざまな種類のＣＲ刺激を使用することができる。１つの可能な方法は、「Ｎ個のうちのＮ個」のＣＲ刺激であり、すなわち、図１５（Ｎ＝４の場合）のように、刺激周期ＴｓｔｉｍあたりＮ個の刺激ユニットすべてによって熱刺激８０が印加される。これに代えて、「Ｎ個のうちのＬ個」のＣＲ刺激（Ｌ＜Ｎ）を行うこともでき、この場合、刺激周期ＴｓｔｉｍあたりＮ個の刺激ユニットのうちのＬ個が例えばランダムに選択され、それらの刺激ユニットによって熱刺激８０が印加される。このようにすることで、より大きな空間的変動性を発生させることができる。
【００７７】
図１６および図１７は、４つの刺激ユニット（Ｎ＝４）によるＣＲ刺激のさらなるバリエーションを示している。
【００７８】
図１６は、熱刺激８０の印加中に設けることのできる中断を示しており、中断時には刺激が印加されない。このような中断は任意の長さとして選択することができ、特に、周期Ｔｓｔｉｍの整数倍とすることができる。さらには、任意の回数の刺激の後に中断を配置することができる。例えば、長さＴｓｔｉｍのＰ個の連続する周期にわたり刺激を実行した後、長さＴｓｔｉｍのＱ個の周期にわたり、刺激の存在しない中断を配置することができ、この場合、ＰおよびＱは小さな整数（例えば１〜２０の範囲内）である。このパターンを、周期的に継続する、または、確率論的もしくは決定論的またはその両方を用いて修正する（例えば無秩序に修正する）ことができる。
【００７９】
図１５に示した厳密に周期的な刺激パターンを変化させるためのさらなる可能な方法として、時間軸に沿った刺激８０の並びを、確率論的もしくは決定論的に、または確率論および決定論の混合型として、変化させる。図１７は、個々の刺激ユニットが熱刺激８０を印加する並びを、周期Ｔｓｔｉｍを単位として（または別の時間間隔を単位として）変化させる状況を示している。この変化は、確率論的もしくは決定論的に、または確率論および決定論の混合型として行うことができる。
【００８０】
図１７に示したランダム化を、図１６に示した刺激の形態と組み合わせることができる。例えば、長さＴｓｔｉｍのＰ個の連続する刺激期間それぞれにおいてランダム化を繰り返すことができ、または、長さＱ×Ｔｓｔｉｍの中断それぞれの後にランダム化を行い、それに続くＰ個の刺激期間では、刺激ユニットが一定の順序で熱刺激８０を印加する。
【００８１】
さらには、図１５に示した厳密に周期的な刺激パターンの変形形態として、２つの連続する熱刺激８０の間の遅延時間がつねに同じ大きさではない。熱刺激８０の間の時間間隔を、異なる長さに選択することができる。さらには、患者の治療中に遅延時間を変化させることもできる。生理信号の伝搬時間に基づいて遅延時間を調整することもできる。
【００８２】
本出願に記載されている熱刺激の印加によって達成される刺激効果は、刺激される標的領域または標的領域に結合されている領域におけるニューロン活動を測定するセンサを利用して制御することができる。センサとしては非侵襲センサを使用することができ、例えば、脳電図（ＥＥＧ）電極、脳磁図（ＭＥＧ）センサ、局所的な電場電位（ＬＦＰ）を測定するセンサ、心電図（ＥＣＧ）センサを使用することができる。ニューロン活動に関連付けられる筋活動を筋電図検査（ＥＭＧ）によって測定することによって、間接的にニューロン活動を求めることもできる。
【００８３】
これに代えて、患者の身体にセンサを埋め込むことができる。例えば、上皮質電極、脳深部の電極、硬膜下または硬膜外の脳電極、皮下ＥＥＧ電極、硬膜下または硬膜外の脊髄電極は、例えば侵襲センサとして機能することができる。さらには、末梢神経に取り付けられた電極をセンサとして使用することもできる。
【００８４】
さらには、センサを利用することで、標的回路網の病的に律動的な活動の平均周波数を測定することができる。ＣＲ刺激の周波数ｆｓｔｉｍを、測定された周波数に適合させることができる。本発明による装置は、センサによって測定される測定信号の信号解析の手段を有するため、この周波数の適合化は自動的に行われることが好ましい。このようにすることで、例えば、心拍変動性（ＨＲＶ）をＥＣＧから求めることができる。ＨＲＶの特徴的な律動を取り出すことによって、本発明による装置により、生理的自立律動（physiologically vegetative rhythms）を増幅したり、病的な律動を脱同期化することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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