CN112245809A - 一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统及方法。系统包括石墨烯远红外发射设备、温度传感器、温度控制模块、无线通信模块、移动电源、电源线、智能手机设备，所述温度控制模块包括单片机处理器和与单片机处理器输出端连接的继电器驱动电路，所述石墨烯远红外发射设备输入端连接所述继电器驱动电路，所述温度传感器、无线通信模块均与单片机处理器电连接，所述石墨烯远红外发射设备还与温度传感器连接，所述无线通信模块与智能手机设备无线通信。本发明采用石墨烯远红外治疗对于预防和辅助治疗腹腔粘连具有明显效果，可以实现恒温辐射，生物安全性高，电热转换效率高，便于携带和操作，可以实现无线智能控制。

Description

一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗防治技术领域，特别涉及一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统及方法。

背景技术

腹腔粘连为外科术后大网膜、腹腔脏器和腹壁之间的病理性连接，是腹部外科术后常见的并发症之一。临床症状多表现为肠梗阻、慢性腹痛、女性不孕不育等，不但增加了二次手术率，延长了住院时间，而且给患者及其家庭带来沉重的疾病负担和经济负担，据报道术后腹腔粘连发病率高达93％以上，因此术后腹腔粘连是一个临床亟需解决的问题。腹腔粘连的发病机制比较复杂，目前分为四个阶段：炎症阶段、纤溶阶段、纤维化阶段以及重塑阶段。当腹膜损伤后，数分钟内局部出现急性炎症反应，毛细血管通透性增加、中性粒细胞和巨噬细胞迁移至受损部位形成纤维蛋白网；数小时内受损部位由巨噬细胞和“组织修复细胞”覆盖，而成纤维细胞及间皮细胞被血小板生长因子激活，迁移和增殖能力增强，纤溶活性增强，通常72h内即可完成上皮修复；若72h内不能完成修复过程，成纤维细胞第3天开始不断增殖并形成纤维蛋白网，同时局部血管第5天开始生成，二者结合最终形成致密粘连。

近年来，术后腹腔粘连防治屏障材料逐步得到认可并被广泛应用，防粘连材料能够通过物理屏障方式在粘连形成的早期阶段使得受创的区域和外周组织隔离，防止腹腔粘连形成。防粘连材料目前从制剂类型分析，主要存在溶液剂、凝胶剂及膜剂3种剂型。防粘连溶液屏障材料包括透明质酸钠-磷酸缓冲盐、N,O-羧甲基壳聚糖及4％葡聚糖溶液等，由于是液体制剂，该类型材料具有易受到体位的影响，易被体液稀释，不易在局部形成较高浓度而失效，在手术部位会引起液体渗漏等缺点。防粘连凝胶屏障材料包括透明质酸钠、透明质酸羧甲基纤维素、壳聚糖基凝胶及光交联明胶水凝胶等，该类型材料具有吸收快，不能隔开组织足够长的时间，易涂抹不均，易自我黏结或黏于最先接触的组织而不易调整等。防粘连膜屏障材料包括壳聚糖防粘连膜、聚乳酸防粘连膜等，该类型材料具有需根据创面大小裁剪，常需缝线固定，对较深病灶使用不方便，且难以在微创手术中使用，降解缓慢等缺点。

申请号CN201410174820.2的专利公开了一种用于治疗手术腹腔粘连的中药组合物及其制备方法，包括：白芨、黄芪、赤芍、当归、灯盏花、大黄、丹参。本发明中药组合物能防止术后粘连的发生，防止由于粘连而造成的肠梗阻等并发症，解决患者的痛苦和减少经济损失。但是，通过药物防治手术后腹腔粘连的效果不够直接，且周期较长。

远红外是一种热辐射线，其波长为5.6-1000um，人体本身是一个远红外射线的辐射源，辐射波长为8-12um，同时对于外来的4-12um的远红外射线具有强烈的吸收能力，这类射线的频率与人体内的细胞分子、水分子频率相一致时，引起生理效应、温热效应和共振效应，能量被人体组织吸收，从而促进血液循环，增强新陈代谢，减少炎症反应，增强人体免疫力和生物细胞组织的再生能力，达到防病治病的目的。石墨烯作为一种新型高分子材料，在通电情况下，可以通过碳原子的布朗运动将电能通过远红外辐射出来，并且具有将近75％的高转换效率，目前远红外已应用于关节炎、肩周炎、腰肌劳损等疾病的预防和治疗。但是，而目前还没有一种利用石墨烯远红外技术进行术后腹腔粘连防治的技术方案。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统及方法，以解决目前还没有一种利用石墨烯远红外技术进行术后腹腔粘连防治的技术方案的问题。

(二)技术方案

为实现上述基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统及方法解决目前还没有一种利用石墨烯远红外技术进行术后腹腔粘连防治的技术方案的问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统，包括石墨烯远红外发射设备、温度传感器、温度控制模块、无线通信模块、移动电源、电源线、智能手机设备，所述温度控制模块包括单片机处理器和与单片机处理器输出端连接的继电器驱动电路，所述石墨烯远红外发射设备输入端连接所述继电器驱动电路，所述温度传感器、无线通信模块均与单片机处理器电连接，所述石墨烯远红外发射设备还与温度传感器连接，所述无线通信模块与智能手机设备无线通信。

优选的，所述移动电源通过电源线连接温度控制模块。

优选的，所述石墨烯远红外发射设备包括石墨烯电热膜，所述石墨烯电热膜的电-热辐射转换效率73％，辐射远红外波长范围8～14μm，温度范围为27.4～42℃(平均温度38℃)。

优选的，所述温度传感器为数字式温度传感器。

优选的，所述无线通信模块为蓝牙模块、WIFI模块、4G/5G模块任意一种。

本发明还提供一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的方法，包括以下步骤：

步骤一：将石墨烯远红外发射设备置于结直肠癌术后患者腹部，覆盖住伤口所在部位，将移动电源通过电源线连接整个石墨烯远红外系统，接通电源；

步骤二：温度传感器、温度控制模块和无线通信模块处于待机状态，打开智能手机设备和无线通信模块进行配对识别，智能手机设备通过其上的云端APP发送控制信号通过无线通信模块传输到温度控制模块，温度控制模块的单片机处理器输出控制信号到继电器驱动电路，控制石墨烯远红外发射设备的工作，开始石墨烯远红外辐射治疗；

步骤三：石墨烯远红外发射设备的石墨烯电热膜辐射远红外穿透腹壁组织，与组织内的分子相互作用，产生热效应、共振效应和生物学效应，促进组织血液循环，加快物质代谢，调节纤溶系统，抑制微小血管的再生，减少炎症因子的释放，最终减少腹腔粘连处的炎症水平，达到预防和辅助治疗的效果。

优选的，上述方法还包括：所述石墨烯远红外发射设备的石墨烯电热膜在通电情况下稳定辐射远红外，温度传感器采集石墨烯远红外发射设备的温度，并将采集到的数据转换成数字信号传递给温度控制模块中的单片机处理器；单片机处理器接收温度信号数据后，基于PID算法得出电压控制量；当单片机处理器数字输出通道DO输出为高电平时，则继电器驱动电路的固态继电器工作，常开接点吸合接通，电源继续为石墨烯远红外设备供电，石墨烯远红外设备继续升温；反之继电器驱动电路的固态继电器不工作，常开接点保持断开，远红外发射设备断电，从而使得石墨烯远红外膜辐射处于恒温状态。

优选的，所述温度传感器采集石墨烯远红外发射设备的温度，还将采集到的数据转换成数字信号通过无线通信模块传递给智能手机设备。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统及方法，具备以下有益效果：本发明采用石墨烯远红外治疗对于预防和辅助治疗腹腔粘连具有明显效果，可以实现恒温辐射，生物安全性高，电热转换效率高，便于携带和操作，可以实现无线智能控制。

附图说明

图1是基于石墨烯远红外的预防和辅助治疗术后腹腔粘连的系统结构示意图。

图2是基于石墨烯远红外的预防和辅助治疗术后腹腔粘连的系统的原理框图。

图3是基于石墨烯远红外的预防和辅助治疗术后腹腔粘连的系统的继电器驱动电路原理图。

图4是石墨烯远红外电热膜的辐射波长曲线图。

图5是石墨烯远红外电热膜的热成像图。

图6是基于大鼠盲肠-腹腔粘连模型的石墨烯远红外预防和辅助治疗效果图。

图7是基于大鼠盲肠-腹腔粘连模型的石墨烯远红外预防和辅助治疗的组织和马松染色图。

图8是本发明的生物安全性评价图。

图9为本发明石墨烯电热膜的制备方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示，一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统，包括石墨烯远红外发射设备1、温度传感器2、温度控制模块3、无线通信模块4、移动电源5、电源线6、智能手机设备7，温度控制模块3包括单片机处理器31和与单片机处理器31输出端连接的继电器驱动电路32，石墨烯远红外发射设备1输入端连接继电器驱动电路32，温度传感器2、无线通信模块4均与单片机处理器31电连接，石墨烯远红外发射设备1还与温度传感器2连接，无线通信模块4与智能手机设备7无线通信。

如图1所示，移动电源5通过电源线6连接温度控制模块3，移动电源5可以是充电宝、可充电锂电池等，因此本发明使用时可以随处携带，使用时插上电源即可。

其中，石墨烯远红外发射设备1包括石墨烯电热膜，石墨烯电热膜的电-热辐射转换效率73％，辐射远红外波长范围8～14μm，温度范围为27.4～42℃平均温度38℃。石墨烯电热膜通电后石墨烯中碳原子进行布朗运动，以远红外辐射形式释放能量。如图9所示，本实施例石墨烯电热膜的制备方法为：将石墨烯、导电炭黑、陶瓷粉、十二烷基磺酸钠、硅油、聚丙烯酸酯和附着力增强剂加至含环氧树脂的水溶液中，经高速搅拌混合后，使用三辊研磨机研磨为均匀细腻的石墨烯远红外浆料。之后，将浆料涂布于聚酯纤维膜上，烘干并粘贴电极层，即得到厚度约为50～300μm的石墨烯远红外发射膜。

温度传感器2为数字式温度传感器，用于采集石墨烯远红外发射设备的温度。

无线通信模块4为蓝牙模块、WIFI模块、4G/5G模块任意一种，用于与智能手机设备7配对后无线通信。所述无线通信模块4包括无线接收模块和无线发射模块，无线接收模块可以通过接收云端APP管理平台的参数设置对石墨烯远红外发射设备进行远程调控，无线发射模块可以将物联网感知层终端产生的设备数据实时发送到云端APP。

本发明还提供一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的方法，包括以下步骤：

步骤一：将石墨烯远红外发射设备1置于结直肠癌术后患者腹部，覆盖住伤口所在部位，将移动电源5通过电源线6连接整个石墨烯远红外系统，接通电源；

步骤二：温度传感器2、温度控制模块3和无线通信模块4处于待机状态，打开智能手机设备7和无线通信模块4进行配对识别，智能手机设备7通过其上的云端APP发送控制信号通过无线通信模块4传输到温度控制模块3，温度控制模块3的单片机处理器31输出控制信号到继电器驱动电路32，控制石墨烯远红外发射设备1的工作，开始石墨烯远红外辐射治疗；

步骤三：石墨烯远红外发射设备1的石墨烯电热膜辐射远红外穿透腹壁组织，与组织内的分子相互作用，产生热效应、共振效应和生物学效应，促进组织血液循环，加快物质代谢，调节纤溶系统，抑制微小血管的再生，减少炎症因子的释放，最终减少腹腔粘连处的炎症水平，达到预防和辅助治疗的效果。

上述基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的方法，还包括：石墨烯远红外发射设备1的石墨烯电热膜在通电情况下稳定辐射远红外，温度传感器2采集石墨烯远红外发射设备1的温度，并将采集到的数据转换成数字信号传递给温度控制模块3中的单片机处理器31；单片机处理器31接收温度信号数据后，基于PID算法得出电压控制量；当单片机处理器31数字输出通道DO输出为高电平时，则继电器驱动电路32的固态继电器工作，常开接点吸合接通，电源继续为石墨烯远红外设备1供电，石墨烯远红外设备1继续升温；反之继电器驱动电路32的固态继电器不工作，常开接点保持断开，远红外发射设备1断电，从而使得石墨烯远红外膜辐射处于恒温状态。

如图3所示，为本实施例继电器驱动电路32的电路原理图，当单片机处理器31数字输出通道DO输出为高电平时，NPN三极管Q的基极得到高电平后三极管导通，从而与NPN三极管Q的集电极连接的继电器K的线包通电，进而继电器K常开接点吸合接通，电源继续为石墨烯远红外设备1供电。反之，NPN三极管Q不导通，继电器K的线包不通电，其常开接点保持原断开状态，电源不为石墨烯远红外设备1供电。

另外，温度传感器2采集石墨烯远红外发射设备1的温度，还将采集到的数据转换成数字信号通过无线通信模块4传递给智能手机设备7。

图4所示为石墨烯远红外电热膜的辐射波长图，该波长范围为8～14μm，该波长范围与人体自身远红外辐射波长范围重叠，人体可强烈吸收该石墨烯远红外电热膜辐射的能量。

图5所示为石墨烯远红外电热膜的热成像图，其温度范围为27.4～42℃(平均温度38℃)。

图6所示基于大鼠盲肠-腹腔粘连模型的石墨烯远红外预防和辅助治疗效果图，包括粘连评分统计结果和粘连面积统计结果。大鼠盲肠-腹腔粘连模型为国际通用腹腔粘连造模模型，设置对照组、热疗组(屏蔽远红外辐射)及远红外治疗组，每组6只SD大鼠(雌)，平均体重250g，设置温度42℃，每天治疗10小时。治疗后7天统计结果显示FIR组腹腔粘连评分和粘连面积分别与对照组、热疗组之间的差异具有统计学意义，反映石墨烯远红外治疗对于预防和辅助治疗腹腔粘连具有明显效果。

图7所示基于大鼠盲肠-腹腔粘连模型的石墨烯远红外预防和辅助治疗的组织和马松染色图。设置对照组、远红外治疗组，主要用于观察组织病理形态，马松染色用于观察组织胶原纤维分布。图上显示AW(腹壁)、AD(粘连部)、CE(盲肠)。由图5所示石墨烯远红外治疗组的粘连和胶原纤维厚度远小于对照组。

图8所示生物安全性评价图。评估该石墨烯远红外系统设备对于大鼠腹部皮肤有无烫伤风险，设置对照组、热疗组(屏蔽远红外辐射)及远红外治疗组，由图6所示染色显示三组皮肤生理结构无明显差异，显示该系统设备具有优异生物安全性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统，其特征在于：包括石墨烯远红外发射设备(1)、温度传感器(2)、温度控制模块(3)、无线通信模块(4)、移动电源(5)、电源线(6)、智能手机设备(7)，所述温度控制模块(3)包括单片机处理器(31)和与单片机处理器(31)输出端连接的继电器驱动电路(32)，所述石墨烯远红外发射设备(1)输入端连接所述继电器驱动电路(32)，所述温度传感器(2)、无线通信模块(4)均与单片机处理器(31)电连接，所述石墨烯远红外发射设备(1)还与温度传感器(2)连接，所述无线通信模块(4)与智能手机设备(7)无线通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统，其特征在于：所述移动电源(5)通过电源线(6)连接温度控制模块(3)。

3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统，其特征在于：所述石墨烯远红外发射设备(1)包括石墨烯电热膜，所述石墨烯电热膜的电-热辐射转换效率73％，辐射远红外波长范围8～14μm，温度范围为27.4～42℃(平均温度38℃)。

4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统，其特征在于：所述温度传感器(2)为数字式温度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的系统，其特征在于：所述无线通信模块(4)为蓝牙模块、WIFI模块、4G/5G模块任意一种。

6.一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将石墨烯远红外发射设备(1)置于结直肠癌术后患者腹部，覆盖住伤口所在部位，将移动电源(5)通过电源线(6)连接整个石墨烯远红外系统，接通电源；

步骤二：温度传感器(2)、温度控制模块(3)和无线通信模块(4)处于待机状态，打开智能手机设备(7)和无线通信模块(4)进行配对识别，智能手机设备(7)通过其上的云端APP发送控制信号通过无线通信模块(4)传输到温度控制模块(3)，温度控制模块(3)的单片机处理器(31)输出控制信号到继电器驱动电路(32)，控制石墨烯远红外发射设备(1)的工作，开始石墨烯远红外辐射治疗；

步骤三：石墨烯远红外发射设备(1)的石墨烯电热膜辐射远红外穿透腹壁组织，与组织内的分子相互作用，产生热效应、共振效应和生物学效应，促进组织血液循环，加快物质代谢，调节纤溶系统，抑制微小血管的再生，减少炎症因子的释放，最终减少腹腔粘连处的炎症水平，达到预防和辅助治疗的效果。

7.根据权利要求6所述的一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的方法，其特征在于，还包括：

所述石墨烯远红外发射设备(1)的石墨烯电热膜在通电情况下稳定辐射远红外，温度传感器(2)采集石墨烯远红外发射设备(1)的温度，并将采集到的数据转换成数字信号传递给温度控制模块(3)中的单片机处理器(31)；单片机处理器(31)接收温度信号数据后，基于PID算法得出电压控制量；当单片机处理器(31)数字输出通道DO输出为高电平时，则继电器驱动电路(32)的固态继电器工作，常开接点吸合接通，电源继续为石墨烯远红外设备(1)供电，石墨烯远红外设备(1)继续升温；反之继电器驱动电路(32)的固态继电器不工作，常开接点保持断开，远红外发射设备(1)断电，从而使得石墨烯远红外膜辐射处于恒温状态。

8.根据权利要求7所述的一种基于石墨烯远红外的防治术后腹腔粘连的方法，其特征在于：所述温度传感器(2)采集石墨烯远红外发射设备(1)的温度，还将采集到的数据转换成数字信号通过无线通信模块(4)传递给智能手机设备(7)。

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