CN102271609A - 用于控制损伤的治疗过程的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于控制损伤的治疗过程的方法和装置。该方法包括步骤：-监视（11）损伤的一氧化氮水平，-通过将该一氧化氮水平与预定义的阈值相比较来生成（12）控制信号，以及-根据控制信号调节（13）用于损伤治疗的光的剂量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制损伤的治疗过程的方法和装置。
背景技术
疼痛是由于任何损伤引起的一种衰弱效应。而且，关节中的疼痛导致严重的残疾，从而影响日常家务杂事和生产力，特别地，在大部分老年人中，骨关节炎促进了关节的疼痛。
为了减少疼痛，开出了如辣椒素软膏、对乙酰氨基酚、非甾体抗炎药（NSAID）之类的药物治疗处方以暂时减少疼痛，但是伴随有严重的副作用。物理治疗，比如水疗（spa）、按摩、针灸和脊柱按摩徒手疗法，可以帮助短时间减轻疼痛，但是通常是昂贵的且需要技术熟练人员。
当前，在物理治疗领域，光疗系统是十分流行的。然而，在光疗期间，光的强度/剂量仅仅可以通过间歇地手动打开和关闭光疗系统来调节，这是不方便的且不精确的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于控制损伤的治疗过程的方法。
本发明提供一种控制损伤治疗过程的方法，且该方法包括步骤：
- 监视损伤的一氧化氮水平，
- 通过将该一氧化氮水平与预定义的阈值相比较来生成控制信号，以及
- 根据该控制信号调节用于损伤治疗的光的剂量。
基于本发明的所述方法，在最小副作用的情况下更精确且更方便地调节损伤治疗的剂量。
本发明还提供一种用于实现如上所述的方法的步骤的装置。
下面，将给出本发明的详细解释和其他方面。
附图说明
本发明的上述和其他目的和特征将根据结合附图考虑的下述详细描述而变得更显然，在附图中：
图1是用于示出根据本发明的方法的一个实施例的示意图；
图2是用于示出根据本发明的一个实施例的装置的示意图；
图3描绘了根据本发明的一个实施例的损伤治疗设备；
图4描绘了根据本发明的另一个实施例的损伤治疗设备。
贯穿这些附图，相同的附图标记用于表示相似的部分。
具体实施方式
图1是用于示出根据本发明的方法的一个实施例的示意图。所述控制损伤治疗过程的方法包括下述步骤：
- 监视11损伤的一氧化氮水平，
- 通过将该一氧化氮水平与预定义的阈值相比较来生成12控制信号，以及
- 根据该控制信号调节13用于损伤治疗的光的剂量。
用于损伤治疗的光可以是波长为890nm的单色红外光。当光被应用在损伤的表面处时，光被吸收到血管中并且在损伤部位处通过有益的cNOS（一氧化氮合酶的构成亚型）路径刺激一氧化氮的产生。一氧化氮是通过一氧化氮合酶的作用从被称为L-精氨酸的氨基酸产生的，并且该酶具有不同的亚型。cNOS是体内平衡的关键调节剂（血流的调节）。经由有益的cNOS路径，一氧化氮在损伤的部位处减少。而且众所周知，在关节受到骨关节炎影响的情况下，经由有益的cNOS路径，一氧化氮减少。
因此，从损伤部位释放的一氧化氮是用于客观评估损伤疼痛的合理指示符。通过无不期望的副作用的基于一氧化氮的介入（intervention），经由增加循环、减少神经刺激并减少关节炎症来获得实质的疼痛减轻。在生理条件下，一氧化氮与氧血红蛋白反应从而以非常高的速率形成甲基血红蛋白，因此在损伤部位处的甲基血红蛋白的量与一氧化氮是成比例的。
如果一氧化氮水平高于预定义的阈值，则控制信号指示增加光的剂量（或光的强度）；如果一氧化氮水平低于预定义的阈值，则控制信号指示减少光的剂量。
监视步骤11旨在：
- 检测甲基血红蛋白水平，
- 根据甲基血红蛋白水平与一氧化氮水平之间的比例关系计算一氧化氮水平。
一氧化氮在溶解到血液中时与氧血红蛋白相关联。血液中的一氧化氮和氧血红蛋白被转换为甲基血红蛋白。一氧化氮的最重要的反应是与亚铁血红素蛋白质的反应，特别是与氧血红蛋白的反应，其产生甲基血红蛋白：
Hb(Fe2+)O2+NO→Hb(Fe3+)+NO3-，其中Hb(Fe3+)是甲基血红蛋白。
在哺乳动物中，血红蛋白是数量占优势的血红素蛋白。血红蛋白的主要功能是结合、运输和释放分子氧。结合铁的血红蛋白在氧结合、运输和释放期间保持亚铁状态（例如，氧血红蛋白）。当结合铁的血红蛋白被氧化成三价铁时，该三价铁不能运输氧。氧化的血红蛋白被称为甲基血红蛋白。
在一个实施例中，甲基血红蛋白水平可以通过以下操作检测：检测由于从Fe2+到Fe3+的转换而形成的磁场，且随后根据磁场获取Fe3+水平，最后根据Fe3+水平计算甲基血红蛋白水平。
测量三价铁（Fe3+）可以间接测量甲基血红蛋白。而且，甲基血红蛋白与一氧化氮成比例，所以测量三价铁将测量作为调节用于损伤治疗的光的剂量的指示符的一氧化氮。
铁以两种基本的离子态被发现，这两种离子态被称为亚铁（Fe2+）和三价铁（Fe3+）。当在离子的结构布置中存在不平衡时发生磁性。亚铁离子具有正二价（+2）的电荷；三价铁离子具有正三价（+3）的电荷。这两种离子具有不同的原子半径，因为三价铁离子的更高价电荷更紧地吸引（pull）围绕该离子的电子，这可能导致电子从亚铁移动到更高带正电的三价铁离子，并且产生轻微磁场。本发明所提出的实施例测量该磁场（也被称为磁通量密度，其以特斯拉SI单位被测量）。
在另一个实施例中，甲基血红蛋白水平可以通过以下操作检测：
- 首先，照射损伤附近的表面（组织）。该表面可以由用于检测甲基血红蛋白的特定检测光源来照射，并且该特定检测光源不同于用于损伤治疗的光源。该表面可以由与用于损伤治疗的相同光源照射。例如，宽波段光源，如Welch Allyn的经反光处理的灯组件（零件号7103-001），可以用于照射损伤附近的表面。
- 其次，获得从表面反射的光的光谱。氧血红蛋白具有在542nm和580nm的吸收光谱，而甲基血红蛋白具有在630nm的吸收光谱。当一氧化氮从结合形式释放从而扩散到周围损伤中时，吸收光谱发生从630nm到542/580nm的转变。从表面反射的光可以被光纤电缆收集并且被导向对波长范围（500-700nm）内的光敏感的显微分光计。
- 第三，根据所述光谱分析甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率。
- 最后，基于甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率计算该甲基血红蛋白水平。
在另一个实施例中，可以通过下述操作检测甲基血红蛋白水平：
- 首先，照射损伤附近的表面。该表面可以由用于检测甲基血红蛋白的特定光源来照射，并且所述用于检测的特定光源不同于用于损伤治疗的光源。该表面也可以由与用于损伤治疗的光源相同的光源照射。
- 其次，获得从表面反射的光的波段。
- 第三，通过将从表面反射的光转换为电流检测从表面反射的光的电流。这可以通过多个光电二极管来实现。所述光电二极管被预定义为对三个峰值542nm、580nm和630nm敏感。
- 第四，根据所述电流分析甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率。氧血红蛋白在542nm和580nm处的峰值被识别（identify），并且将氧血红蛋白的强度与甲基血红蛋白在630nm处的峰值相比较。所述峰值的比率随后被计算并且将其与预定义的模型进行比较。
- 最后，基于甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率计算该甲基血红蛋白水平。
图2是用于示出根据本发明的一个实施例的装置的示意图。所述用于控制损伤治疗过程的装置包括：
- 监视单元21，用于监视该损伤的一氧化氮水平，
- 生成单元22，用于通过将一氧化氮水平与预定义的阈值相比较生成控制信号，以及
- 调节单元23，用于根据控制信号调节用于损伤治疗的光的剂量。
用于损伤治疗的光可以是具有890nm波长的单色红外光。当该光应用在损伤的表面时，该光被血液吸收并且通过有益的cNOS路径刺激关节中一氧化氮的产生。
因此，从损伤释放的一氧化氮是用于客观评估损伤疼痛的合理指示符。通过无不期望的副作用的基于一氧化氮的介入（intervention），经由增加循环、减少神经刺激并减少关节炎症来获得实质的疼痛减轻。
如果一氧化氮水平高于预定义的阈值，则控制信号指示增加剂量；如果一氧化氮水平低于预定义的阈值，则控制信号指示减少剂量。
监视单元21旨在接收信息（图2中示出为IF），并且根据所接收的信息监视一氧化氮水平。该信息可以包括磁场信息、光谱信息等。调节单元23旨在输出光的调节的剂量（图2中示出为AD）。
监视单元21旨在：
- 检测甲基血红蛋白水平，以及
- 根据甲基血红蛋白水平与一氧化氮水平之间的比例关系计算一氧化氮水平。
在生理条件下，一氧化氮与氧血红蛋白反应从而以非常高的速率形成甲基血红蛋白，因此甲基血红蛋白与一氧化氮是成比例的。
一氧化氮在溶解到血液中时与氧血红蛋白相关联。血液中的一氧化氮和氧血红蛋白被转换为甲基血红蛋白。一氧化氮的最重要的反应是与亚铁血红素蛋白质的反应，特别是与氧血红蛋白的反应，其产生甲基血红蛋白：
Hb(Fe2+)O2+NO→Hb(Fe3+)+NO3-，其中Hb(Fe3+)是甲基血红蛋白。
在哺乳动物中，血红蛋白是数量占优势的血红素蛋白。血红蛋白的主要功能是结合、运输和释放分子氧。结合铁的血红蛋白在氧结合、运输和释放期间保持亚铁状态（例如，氧血红蛋白）。当结合铁的血红蛋白被氧化成三价铁时，该三价铁不能运输氧。氧化的血红蛋白被称为甲基血红蛋白。
在一个实施例中，监视单元21可以通过以下操作检测甲基血红蛋白水平：检测由于从Fe2+到Fe3+的转换而形成的磁场，且随后根据磁场获取Fe3+水平，最后根据Fe3+水平计算甲基血红蛋白水平。
测量三价铁（Fe3+）可以间接测量甲基血红蛋白。而且，甲基血红蛋白与一氧化氮是成比例的，所以测量三价铁将测量作为调节用于损伤治疗的光的剂量的指示符的一氧化氮。
铁以两种基本的离子态被发现，这两种离子态被称为亚铁（Fe2+）和三价铁（Fe3+）。当在离子的结构布置中存在不平衡时发生磁性。亚铁离子具有正二价（+2）的电荷；三价铁离子具有正三价（+3）的电荷。这两种离子具有不同的原子半径，因为三价铁离子的更高价电荷更紧地吸引围绕该离子的电子，这可能导致电子从亚铁移动到更高带正电的三价铁离子，并且产生轻微磁场。本发明所提出的实施例测量该磁场（也被称为磁通量密度，其以特斯拉SI单位被测量）。
在另一个实施例中，监视单元21可以旨在通过以下操作检测甲基血红蛋白水平：
- 照射损伤附近的表面（组织）。该表面可以由用于检测甲基血红蛋白的特定光源来照射，并且该用于检测的特定光源不同于用于损伤治疗的光。该表面也可以由与用于损伤治疗的相同光源照射。例如，宽波段光源，如Welch Allyn的经反光处理的灯组件（零件号7103-001），可以用于照射损伤附近的表面。
- 获得从表面反射的光的光谱。氧血红蛋白具有在542nm和580nm的吸收光谱，而甲基血红蛋白具有在630nm的吸收光谱。当一氧化氮从结合形式释放从而扩散到周围损伤中时，吸收光谱发生从630nm到542/580nm的转变。从表面反射的光可以被光纤电缆收集并且被导向对波长范围（500-700nm）内的光敏感的显微分光计。
- 根据所述光谱分析甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率。
- 基于甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率计算该甲基血红蛋白水平。
在另一个实施例中，监视单元21可以进一步旨在通过下述操作检测甲基血红蛋白：
- 照射损伤附近的表面。该表面可以由用于检测甲基血红蛋白的特定光源来照射，并且所述用作检测光的特定光源不同于用于损伤治疗的光。该表面也可以由与用于损伤治疗的光源相同的光源照射。
- 获得从表面反射的光的波段。
- 通过将从表面反射的光转换为电流检测从表面反射的光的电流。这可以通过多个光电二极管来实现。所述光电二极管被预定义为对三个峰值542nm、580nm和630nm敏感。
- 根据所述电流分析甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率。氧血红蛋白在542nm和580nm处的峰值被识别，并且将氧血红蛋白的强度与甲基血红蛋白在630nm处的峰值相比较。所述峰值的比率随后被计算并且将其与预定义的模型进行比较。
- 基于甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率计算该甲基血红蛋白水平。
图3描绘了根据本发明的一个实施例的损伤治疗设备。治疗设备30包括多个光源31和装置20（图3中未示出）。装置20包括监视单元21、生成单元22和调节单元23。在本发明的一个实施例中，监视单元21也可以包括与多个光源31一起布置的多个传感器32。
光源31可以是用于在损伤上发光以用于治疗的LED（发光二极管）。监视单元21被用于监视损伤的一氧化氮水平，从而调节光的剂量。根据来自生成单元22的控制信号，调节单元23旨在通过调节光的总强度（例如打开/关闭一个或多个光源）、调节一个或多个光的强度或调节所有光的强度来调节用于治疗的光的剂量。
传感器32被用于为监视单元21收集损伤的信息。
光源31和传感器32被放置在底座（未标记）上。该底座是可针对身体的任何部分灵活调节的。损伤治疗设备30可以由患者在家中或工作中使用并且不需要专家介入。装置20可以由一个或多个CPU（中央处理单元）和/或控制电路支持，从而调节从光源31发射的光的剂量。光源31由电池源或其他元件供电。
图4描绘了根据本发明的另一个实施例的损伤治疗设备。在图4中，（A）描绘了设备中LED和GMR传感器的组成；（B）描绘了由每个GMR传感器测量磁场；（C）描绘了来自所有GMR传感器的磁场的组合。
治疗设备30包括多个光源31和装置20（图3中未示出）。装置20包括监视单元21、生成单元22和调节单元23。在本发明的一个实施例中，监视单元21也可以包括与多个光源31一起布置的多个传感器32。
传感器32是用于检测磁场的巨磁电阻（GMR）传感器。该GMR传感器比霍尔效应（Hall-effect）传感器更灵敏。传感器32由三乘三阵列组成。模拟多路复用器（图4中未示出）可以用于从9个传感器32中选择进一步用于信号调节、放大和模数转换的信号。
光源31可以发射近似890nm左右的红外范围内的光。
在损伤治疗之前，装置20计算初始磁场（Bin）；当治疗开始时，装置20周期性地计算磁场（Bcur），并且Bcur高于Bin，从而监视一氧化氮水平。
应当注意，上述实施例说明而非限制本发明并且本领域技术人员将能够设计可替代实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求或说明书中未列出的元件或步骤的存在。元件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以通过包括若干不同元件的硬件单元和通过编程的计算机的单元实现。在列举若干单元的系统权利要求中，这些单元中的若干个可以由同一项硬件或软件来体现。词语第一、第二和第三等的使用并不指示任何顺序。这些词语应被解释为名称。
Claims (15)
1.一种控制损伤的治疗过程的方法，包括步骤：
- 监视（11）损伤的一氧化氮水平，
- 通过将该一氧化氮水平与预定义的阈值相比较来生成（12）控制信号，以及
- 根据控制信号调节（13）用于损伤治疗的光的剂量。
2.如权利要求1所述的方法，其中监视步骤（11）旨在：
- 检测甲基血红蛋白水平，以及
- 根据该甲基血红蛋白水平与一氧化氮水平之间的比例关系计算一氧化氮水平。
3.如权利要求2所述的方法，其中监视步骤（11）旨在检测由于从Fe---2+到Fe3+的转换而形成的磁场，且获取Fe3+水平，并且根据Fe3+水平计算甲基血红蛋白水平。
4.如权利要求2所述的方法，其中监视步骤（11）旨在：
- 照射损伤附近的表面，
- 获得从该表面反射的光的光谱，
- 根据所述光谱分析甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率，以及
- 基于甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率计算该甲基血红蛋白水平。
5.如权利要求2所述的方法，其中监视步骤（11）进一步旨在：
- 照射损伤附近的表面，
- 获得从该表面反射的光的波段，
- 通过将从该表面反射的光转换为电流检测从该表面反射的光的电流，
- 根据所述电流分析甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率，以及
- 基于所述甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率计算该甲基血红蛋白水平。
6.如权利要求1所述的方法，其中如果估计的一氧化氮水平高于预定义的阈值，则控制信号指示增加光的剂量；如果估计的一氧化氮水平低于预定义的阈值，则控制信号指示减少光的剂量。
7.一种用于控制损伤治疗过程的装置，包括：
- 监视单元（21），用于监视该损伤的一氧化氮水平，
- 生成单元（22），用于通过将一氧化氮水平与预定义的阈值相比较生成控制信号，以及
- 调节单元（23），用于根据该控制信号调节用于损伤治疗的光的剂量。
8.如权利要求7所述的装置，其中监视单元（21）旨在：
- 检测甲基血红蛋白水平，以及
- 根据甲基血红蛋白水平与一氧化氮水平之间的比例关系计算一氧化氮水平。
9.如权利要求8所述的装置，其中监视单元（21）旨在检测由于从Fe2+到Fe3+的转换而形成的磁场，且根据磁场获取Fe3+水平，并且根据Fe3+水平计算甲基血红蛋白水平。
10.如权利要求8所述的装置（20），其中监视单元（21）旨在：
- 照射损伤附近的表面，
- 获得从该表面反射的光的光谱，
- 根据所述光谱分析甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率，以及
- 基于甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平的比率计算该甲基血红蛋白水平。
11.如权利要求8所述的装置（20），其中监视单元（21）进一步旨在：
- 照射损伤附近的表面，
- 获得从该表面反射的光的波段，
- 通过将从该表面反射的光转换为电流检测从该表面反射的光的电流，
- 根据所述电流分析甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率，以及
- 基于甲基血红蛋白水平与氧血红蛋白水平之间的比率计算该甲基血红蛋白水平。
12.如权利要求7所述的装置（20），其中如果一氧化氮水平高于预定义的阈值，则控制信号指示增加剂量；如果一氧化氮水平低于预定义的阈值，则控制信号指示减少剂量。
13.一种损伤治疗设备（30），包括发射用于损伤的治疗光的多个光源（31）和用于控制来自光源（31）的光的剂量的装置（20），其中该装置（20）包括：
- 监视单元（21），用于监视该损伤的一氧化氮水平，
- 生成单元（22），用于通过将一氧化氮水平与预定义的阈值相比较生成控制信号，以及
- 调节单元（23），用于根据控制信号调节用于损伤治疗的光的剂量。
14.如权利要求13所述的损伤治疗设备（30），其中监视单元（21）包括与多个光源（31）一起布置在底座上的多个传感器（32）以收集来自损伤的信息，并且该信息包括磁场信息或光谱信息。
15.如权利要求14所述的损伤治疗设备（30），其中传感器（32）是巨磁电阻传感器。
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