CN104274913B - 一种穿戴式led理疗仪及用途 - Google Patents
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Abstract
一种穿戴式LED理疗仪及用途，涉及一种用于肺纤维化治疗的背心式LED理疗仪。由电源、控制器、LED矩阵组件和具有弹性的LED矩阵组件载体构成，所述的电源与控制器通过导电线连接，所述控制器与LED矩阵组件通过导电线连接，LED矩阵组件固定设置在LED矩阵组件载体内侧。本发明能有效地防止已纤维化肺组织的成纤维细胞增殖，并诱导部分纤维化组织的细胞凋亡，激活局部未纤维化组织的干细胞或祖细胞原位分化成治疗性细胞，这一令人意想不到的效果导致了一种有效的肺纤维化治疗方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于肺纤维化治疗的背心式LED理疗仪，应用于胸肺部器官纤维化临床康复治疗领域。
背景技术
肺脏间质组织由胶原蛋白、弹性素及蛋白醣类构成，当成纤维细胞受到化学性或物理性损伤时，会分泌胶原蛋白进行肺间质组织的防御性修补，导致组织发生重构，进而造成肺脏纤维化。肺纤维化是肺脏受到损伤后人体自身防御修复产生的结果，详细的分子细胞机制仍不清楚，可能是因为促纤维化因子生成增多或抗纤维化因子产生相对不足，导致肺纤维化过程的细胞外基质（ECM）代谢异常。
基于以上病理变化，临床上多表现为进行性呼吸困难或伴有刺激性干咳，胸部X线显示两中下肺野网状阴影，肺功能为限制性通气功能障碍，呼吸困难是肺纤维化最常见症状。轻度肺纤维化时，呼吸困难仅在剧烈活动时出现，肺组织纤维化的严重后果，导致正常肺组织结构改变，病情呈持续性进展，最终因呼吸衰竭而死亡。
尘肺病是危害中国工人健康的最严重的职业病之一，目前已查明病因的尘肺病约占肺纤维化病因的35%。尘肺引起的肺纤维化标志是呼吸道上皮细胞完整性被破坏且在原位有多种增生、异常的胶原合成和过量的细胞外基质沉积，可能是由于不当的上皮间质信号传导和异常的肺干细胞分化所造成。
对于肺纤维化病，目前没有有效的治疗方法（肺移植除外），传统的药物治疗，采用单一或联合使用免疫抑制剂，如固醇类激素或抗癌药物硫唑嘌呤等，效果均不理想。一般认为这些药物不能改善病人的生活品质，也不能延长病人的生存时间。中国发明专利(CN200780037199.3)介绍了一种用于肺纤维化的干细胞疗法，采用配制成药物的肺干细胞植入，同时使用拮抗剂、抗纤维化试剂、免疫抑制剂、抗炎剂和DNA甲基化调节剂等配合治疗，其中肺干细胞分化、纯化技术的复杂程度使得在国内一般的医疗机构很难完成，高额的治疗费用也阻止了该项目的推广应用。国外也有一些用于肺纤维化治疗的实验药物，如干扰素伽玛、FG-3019（临床一期新抗体）等，但尚未见疗效报导。
发明内容
本发明针对现有医疗技术的不足，提供一种能够独立或与药物联合治疗肺纤维化的穿戴式LED理疗仪。
本发明的另一目的是提供一种穿戴式LED理疗仪的用途。
本发明技术方案的理论基础如下。
免疫组织化学染色证实，在成纤维细胞灶里可发现蛋白聚糖、整合素、连结体等，这些特点表明纤维化是一种新生的活动性进展，而不是一种“旧”纤维组织的后遗症，也就是说如果肺脏损伤后，肺纤维化有可能发生部分逆转，有序的调控肺纤维化的形成与清除平衡将有可能恢复肺组织的正常解剖结构。
肺脏损伤后，防御性修复导致纤维化还是恢复正常解剖结构取决于能否使已存在的干细胞和/或祖细胞更好地植入纤维化部位，以恢复正常或接近正常的细胞和/或组织的功能活性，从而在治疗学上有助于对纤维化的治疗。
LED发光二极管是一组以镓的化合物为激光发生器的总称，其发光频率从紫外光到红外光涵盖大部分光谱，且光纯度可以做到中心波长±5nm，在医疗上广泛应用的LED中心波长是从630nm到1000nm（红色光到近红外光段）。
研究证明近红外光LED通过刺激细胞线粒体中的C氧化酶，从而导致细胞代谢的变化，调节细胞因子水平，减少和防止细胞凋亡，促进人体细胞水平上的自我修复能力。具体来说，近红外光通过线粒体细胞色素C氧化酶触发细胞内信号机制，促进线粒体能量和细胞内生成氧化保护性物质的基因表达上调，从而提高线粒体的功能。结果表明近红外光可以通过促进线粒体功能，抑制基因变异和突变。
本发明的技术人员将某些特定的LED近红外光作用于受损的肺组织细胞，通过一系列生化反应抑制白细胞介素IL-6的信号通路，有效地防止成纤维细胞的增殖和过量的沉积，提示通过降低IL-6的mRNA水平防止异常愈合。同时LED近红外光刺激局部未纤维化的组织环境可以促使干细胞或祖细胞原位分化成治疗性细胞类型，因此有可能恢复肺组织的正常解剖结构，也就是说肺纤维化组织可以得到逆转，从而达到对肺纤维化治疗目的。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的。
一种穿戴式LED理疗仪，由电源、控制器、LED矩阵组件和具有弹性的LED矩阵组件载体构成，所述的电源与控制器通过导电线连接，所述控制器与LED矩阵组件通过导电线连接，LED矩阵组件固定设置在LED矩阵组件载体内侧。
所述的LED矩阵组件分为八个LED矩阵，分别对应胸腔需要光疗部位，其中两个LED矩阵在前胸左右肺相对应部位，两个LED矩阵在胸背左右肺相对应部位，两个LED矩阵在左右胸部侧面，两个LED矩阵在左、右肩上部锁骨处。
所述每个LED矩阵由柔性印刷电路板和四组不同波长的红外发光二极管构成，所述柔性印刷电路板与弹性载体固定设置构成一体，所述红外发光二极管成串、并联阵列安装在柔性印刷电路板上；所述的LED波长可以是涵盖从630nm-980 nm。
具体的，所述LED矩阵由柔性光条组成，910nm－940nm和850nm－880nm的LED发光二极管相互交叉串联成单条近红外光柔性光条，630nm－660nm和670nm－730nm的LED发光二极管相互交叉串联成单条红色光柔性光条，近红外光柔性光条与红色光柔性光条相互交错排列，且近红外光柔性光条与近红外光柔性光条并联，红色光柔性光条与红色光柔性光条并联。
所述LED矩阵平均光照度为2-15mW/cm²。
使用时，所述弹性载体将LED矩阵组件以15-25g/cm²的力度紧贴在胸肺部皮肤表面。
所述的控制器内包括互相连接的脉冲发生电路、分配电路、时钟电路和八组驱动电路，所述脉冲发生电路、分配电路、时钟电路和八组驱动电路分别与电源连接，脉冲发生电路通过分配电路与八组驱动电路连接，所述八组驱动电路分别与八个LED矩阵的柔性印刷电路连接。
所述的脉冲发生电路、分配电路、时钟电路和驱动电路可以是由集成电路与分立元件构成，也可以全部由分立元器件组成相应的电路。
所述电源还可以组装在控制器内。
所述的脉冲发生电路，产生每秒0.2-20千赫兹的脉冲频率，占空比在8-95%连续可调。
所述的分配电路将调整占空比后的矩形脉冲按时间要求分配到某组LED驱动电路上，以实现个性化治疗需求。
所述的时钟电路给出分配电路的时间标准和整个设备起动、停止的时间控制。
所述的具有弹性的LED矩阵组件载体，可以是由天然、人造的织物或皮革构成。
为了卫生考虑，还可以在LED矩阵组件功能块与患者皮肤之间加装一次性透明薄膜。
一种穿戴式LED理疗仪，其特征是，用于肺纤维化治疗，可有效抑制肺纤维化的持续性进展，使部分肺组织恢复正常解剖结构，改善肺纤维化患者呼吸功能。
本发明的有益效果是：由于本发明特有的LED不同波长光的组合和特殊结构，肺纤维化患者在进行胸部光疗时，红外脉冲弱激光通过机体组织透入肺脏细胞且完全覆盖，触发线粒体上调细胞内SOCS3信号机制，有效地防止已纤维化肺组织的成纤维细胞增殖，并诱导部分纤维化组织的细胞凋亡，激活局部未纤维化组织的干细胞或祖细胞原位分化成治疗性细胞，这一令人意想不到的效果导致了一种有效的肺纤维化治疗方法。
本发明的优势在于不超过15mW/cm²的单频谱矩阵光照度远低于相应光谱段的太阳光照度（50mW/cm²），其临床安全性得到保障。临床使用简单方便和经济性是本发明技术与产品的另一大优势。与中国发明专利(CN200780037199.3)相比，本发明使用方法简单、方便，且费用低，发明人对五例不同类型的肺纤维化患者进行了超过六个月的临床试验，结果表明本发明针对不同类型的肺纤维化均有良好的临床表现，临床试验证实间质性肺纤维化患者光疗十二个月后CT对照和呼吸功能检测较治疗前有明显好转，发病时间短、症状较轻的患者治疗效果更显著。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明图1中LED矩阵组件的结构示意图。
图3为本发明LED矩阵的结构示意图。
图4为本发明的控制器电路方框图。
图中，1电源，2控制器，3 LED矩阵组件，4 LED矩阵组件载体，5柔性印刷电路板，6发光二极管。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例一。
一种穿戴式LED理疗仪，由电源（1）、控制器（2）、LED矩阵组件（3）和具有弹性的LED矩阵组件载体（4）构成，所述的电源（1）与控制器（2）通过导电线连接，所述控制器（2）与LED矩阵组件（3）通过导电线连接，LED矩阵组件（3）固定设置在LED矩阵组件载体（4）上。
所述的LED矩阵组件（3）分为八个LED矩阵，分别对应胸腔需要光疗部位，其中两个LED矩阵在前胸左右肺相对应部位，两个LED矩阵在胸背左右肺相对应部位，两个LED矩阵在左右胸部侧面，两个LED矩阵在左、右肩上部锁骨处。
所述LED矩阵组件（3）由8条柔性印刷电路板（5）和660nm、730nm、850nm、940nm四种波长的LED红外发光二极管（6）交叉第次构成矩阵，所述LED矩阵平均光照度为2-15mW/cm²。所述LED矩阵组件（3）安装在具有弹性的LED矩阵组件载体（4）内侧，并能随着弹性载体有一定程度的伸缩。使用时，所述弹性载体将LED矩阵组件以15-25g/cm²的力度紧贴在胸肺部皮肤表面。
所述的控制器内包括互相连接的脉冲发生电路、分配电路、时钟电路和八组驱动电路，所述脉冲发生电路、分配电路、时钟电路和八组驱动电路分别与电源连接，脉冲发生电路通过分配电路与八组驱动电路连接，所述八组驱动电路分别与八个LED矩阵的柔性印刷电路连接。
将背心式LED理疗仪的脉冲发生器频率设定为0.2KHz，占空比调整为95%，所述分配电路调整为每15分钟切换左、右侧的四个LED矩阵，所述时钟电路设定工作时间为120分钟。
受试者A，身份证号：360102********3815，2013年十月CT查出不明原因引起的双肺散在少许纤维化，接受LED背心治疗五个月，每十五天为一疗程，间隔期为七天，每天二小时，接受治疗四个疗程后自我感觉呼吸状况明显改善，体力得到部分恢复，八个疗程后再次CT检查，左肺上部还有少量条索状，其它肺野纹理清析，呼吸功能恢复正常，诊断医师建议不必再注意肺部纤维化病变。
实施例二。
一种穿戴式LED理疗仪，由电源（1）、控制器（2）、LED矩阵组件（3）和具有弹性的LED矩阵组件载体（4）构成，所述的电源（1）与控制器（2）通过导电线连接，所述控制器（2）与LED矩阵组件（3）通过导电线连接，LED矩阵组件（3）固定设置在LED矩阵组件载体（4）上。
所述的LED矩阵组件（3）分为八个LED矩阵，分别对应胸腔需要光疗部位，其中两个LED矩阵在前胸左右肺相对应部位，两个LED矩阵在胸背左右肺相对应部位，两个LED矩阵在左右胸部侧面，两个LED矩阵在左、右肩上部锁骨处。
所述LED矩阵组件（3）由8条柔性印刷电路板（5）和630nm、730nm、850nm、880nm四种波长的LED红外发光二极管（6）交叉第次构成矩阵，所述LED矩阵平均光照度为2-15mW/cm²。所述LED矩阵组件（3）安装在具有弹性的LED矩阵组件载体（4）内侧，并能随着弹性载体有一定程度的伸缩。使用时，所述弹性载体将LED矩阵组件以15-25g/cm²的力度紧贴在胸肺部皮肤表面。
所述的控制器内包括互相连接的脉冲发生电路、分配电路、时钟电路和八组驱动电路，所述脉冲发生电路、分配电路、时钟电路和八组驱动电路分别与电源连接，脉冲发生电路通过分配电路与八组驱动电路连接，所述八组驱动电路分别与八个LED矩阵的柔性印刷电路连接。
将背心式LED理疗仪的脉冲发生器频率设定为15KHz，占空比调整为38%，将分配电路调整为每20分钟循环切换二个相对应的LED矩阵。将时钟电路设定工作时间为150分钟。
受试者B，身份证号：360102********3828，2010年八月在北京协和医院诊断为系统性硬皮病，肺有三分之二已纤维化，说话时呼吸急促，基本偿失工作能力，2012年初开始接受本项目产品治疗，同时服用糖皮质激素药物，每十二天为一疗程，间隔期为八天，每天五小时，六个月后食道吞咽障碍得到恢复，一年后自我感觉呼吸状况有所改善，可进行轻微体力劳动，二年后CT复查肺纤维化部分得到逆转，呼吸功能接近正常值。
实施例三。
一种穿戴式LED理疗仪，由电源（1）、控制器（2）、LED矩阵组件（3）和具有弹性的LED矩阵组件载体（4）构成，所述的电源（1）与控制器（2）通过导电线连接，所述控制器（2）与LED矩阵组件（3）通过导电线连接，LED矩阵组件（3）固定设置在LED矩阵组件载体（4）上。
所述的LED矩阵组件（3）分为八个LED矩阵，分别对应胸腔需要光疗部位，其中两个LED矩阵在前胸左右肺相对应部位，两个LED矩阵在胸背左右肺相对应部位，两个LED矩阵在左右胸部侧面，两个LED矩阵在左、右肩上部锁骨处。
所述LED矩阵组件（3）由8条柔性印刷电路板（5）和630nm、670nm、910nm、940nm四种波长的LED红外发光二极管（6）交叉第次构成矩阵，所述LED矩阵平均光照度为2-15mW/cm²。所述LED矩阵组件（3）安装在具有弹性的LED矩阵组件载体（4）内侧，并能随着弹性载体有一定程度的伸缩。使用时，所述弹性载体将LED矩阵组件以15-25g/cm²的力度紧贴在胸肺部皮肤表面。
所述的控制器内包括互相连接的脉冲发生电路、分配电路、时钟电路和八组驱动电路，所述脉冲发生电路、分配电路、时钟电路和八组驱动电路分别与电源连接，脉冲发生电路通过分配电路与八组驱动电路连接，所述八组驱动电路分别与八个LED矩阵的柔性印刷电路连接。
将背心式LED理疗仪的脉冲发生器频率设定为20KHz，占空比分别调整为8%、28%、48%，将分配电路调整为每30分钟循环切换二个LED矩阵，将时钟电路设定工作时间为180分钟。
受试者C，身份证号：3604024********1733，2004年十月CT查出患有三期尘肺病，说话时呼吸急促，基本偿失劳动能力，2013年九月开始接受本项目产品治疗，每十五天为一疗程，间隔期为十天，每天六小时，接受治疗四个疗程后自我感觉呼吸状况有所改善，六个疗程后可进行轻微体力劳动，九个月后CT复查肺纤维化与六个月前没有变化（两次CT间隔只有六个月），肺纤维化进程得到抑制。
受试者D，身份证号：3604024********1757，2006年九月CT查出患有三期尘肺病，基本偿失劳动能力，2014年一月开始接受本项目产品治疗，每十五天为一疗程，间隔期为十天，每天六小时，接受治疗六个疗程后自我感觉呼吸状况有所改善，现可进行轻微体力劳动，六个月后CT复查肺纤维化没有进一步发展。
受试者E，身份证号：3604024********1730，2004年十一月CT查出患有二期尘肺病，基本偿失劳动能力，2013年十二月开始接受本项目产品治疗，每十五天为一疗程，间隔期为十天，每天六小时，接受治疗二个疗程后由于试验设备原因终止试验，现身体状况如前，六个月后CT复查左肺上部和右肺中下部位纤维化略有增加。
本发明实施实例是由二十名一、二、三期尘肺病患者组成,现已有三名三期尘肺病患者试验期超过六个月,初步统计结果表明有66%的受试患者CT检测肺纤维化进程得到抑制，呼吸功能得到明显恢复。
Claims (8)
1.一种穿戴式LED理疗仪，其特征在于：由电源（1）、控制器（2）、LED矩阵组件（3）和具有弹性的LED矩阵组件载体（4）构成，所述的电源（1）与控制器（2）通过导电线连接，所述控制器（2）与LED矩阵组件（3）通过导电线连接，LED矩阵组件（3）固定设置在LED矩阵组件载体（4）内侧；所述的LED矩阵组件（3）包括6-8个LED矩阵，所述每个LED矩阵由柔性印刷电路板（5）和2-4组不同波长的红外发光二极管（6）构成，所述柔性印刷电路板（5）与LED组件载体（4）固定设置构成一体，所述红外发光二极管（6）成串、并联阵列安装在柔性印刷电路板（5）上；所述的LED波长范围为630nm-980 nm；所述LED矩阵由柔性光条组成，910nm－940nm和850nm－880nm的LED发光二极管相互交叉串联成单条近红外光柔性光条，630nm－660nm和670nm－730nm的LED发光二极管相互交叉串联成单条红色光柔性光条，近红外光柔性光条与红色光柔性光条相互交错排列，且近红外光柔性光条与近红外光柔性光条并联，红色光柔性光条与红色光柔性光条并联；所述LED矩阵平均光照度为2-15mW/cm²。
2.根据权利要求1所述的一种穿戴式LED理疗仪，其特征在于：所述的LED矩阵组件（3）分为八个LED矩阵，其中两个LED矩阵在前胸左右肺相对应部位，两个LED矩阵在胸背左右肺相对应部位，两个LED矩阵在左右胸部侧面，两个LED矩阵在左、右肩上部锁骨处。
3.根据权利要求1所述的一种穿戴式LED理疗仪，其特征在于：所述的LED矩阵组件（3）分为六个LED矩阵，其中两个LED矩阵在前胸左右肺相对应部位，两个LED矩阵在胸背左右肺相对应部位，两个LED矩阵在左右胸部侧面。
4.根据权利要求1所述的一种穿戴式LED理疗仪，其特征在于：所述的控制器（2）内包括互相连接的脉冲发生电路、分配电路、时钟电路和6-8组驱动电路，所述脉冲发生电路、分配电路、时钟电路和6-8组驱动电路分别与电源（1）连接，脉冲发生电路通过分配电路与6-8组驱动电路连接，所述6-8组驱动电路分别与6-8个LED矩阵的柔性印刷电路板（5）连接。
5.根据权利要求4所述的一种穿戴式LED理疗仪，其特征在于：所述的脉冲发生电路、分配电路、时钟电路和驱动电路由集成电路与分立元件构成，或者全部由分立元器件组成相应的电路。
6.根据权利要求4所述的一种穿戴式LED理疗仪，其特征在于：所述电源组装在控制器内。
7.根据权利要求4所述的一种穿戴式LED理疗仪，其特征在于：所述的脉冲发生电路，产生每秒0.2-20千赫兹的脉冲频率，占空比在8-95%连续可调。
8.一种穿戴式LED理疗仪，其特征在于，用于肺纤维化治疗，使用时LED矩阵组件载体（4）将LED矩阵组件（3）以15-25g/cm²的力度紧贴在胸肺部皮肤表面；穿戴式LED理疗仪由电源（1）、控制器（2）、LED矩阵组件（3）和具有弹性的LED矩阵组件载体（4）构成，所述的电源（1）与控制器（2）通过导电线连接，所述控制器（2）与LED矩阵组件（3）通过导电线连接，LED矩阵组件（3）固定设置在LED矩阵组件载体（4）内侧；所述的LED矩阵组件（3）包括6-8个LED矩阵，所述每个LED矩阵由柔性印刷电路板（5）和2-4组不同波长的红外发光二极管（6）构成，所述柔性印刷电路板（5）与LED组件载体（4）固定设置构成一体，所述红外发光二极管（6）成串、并联阵列安装在柔性印刷电路板（5）上；所述的LED波长范围为630nm-980 nm；所述LED矩阵由柔性光条组成，910nm－940nm和850nm－880nm的LED发光二极管相互交叉串联成单条近红外光柔性光条，630nm－660nm和670nm－730nm的LED发光二极管相互交叉串联成单条红色光柔性光条，近红外光柔性光条与红色光柔性光条相互交错排列，且近红外光柔性光条与近红外光柔性光条并联，红色光柔性光条与红色光柔性光条并联。
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