技术领域
本发明属于激光治疗技术领域，具体涉及一种激光治疗仪及脊髓修复方法。
背景技术
现在的生产生活方式、体育运动以及各类交通事故等伴随着或多或少、或轻或重的神经损伤，而现有的临床治疗策略为减压、固定、必要的制动和药物辅助治疗。而脊髓损伤是神经损伤中最严重的一种。脊柱外伤后出现损伤节段平面以下感觉、运动、反射、括约肌功能障碍时，均应考虑有脊髓损伤(spinal cord injuries,简称SCI)。
对于脊髓损伤的治疗，目前临床上主要是通过神经外科和骨科手术解除损伤对脊髓的压迫。强调伤后8小时内，应用大剂量激素冲击治疗以增加脊髓的抗损伤能力。近些年，一些新疗法不断出现，但效果并不明显。
脊神经发生急慢性损伤后，脊髓发生一系列病理生理改变，会在不同时间节段产生一系列不良事件，按照时间顺序一般包括：出血、水肿、自身炎性反应、微循环障碍、钙离子内流、自由基形成、继发缺血缺氧、神经脱髓鞘、神经病理性疼痛出现和胶质疤痕形成。以上不良事件共同构成影响脊神经再生和康复的屏障。而现有的治疗手段无法直接针对以上脊髓损伤的病理改变进行有效治疗。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种激光治疗仪及脊髓修复方法。
本发明的一个实施例提供了一种激光治疗仪10，包括激光器11，其中，还包括：治疗光纤13，与所述激光器11连接并通过所述激光器11驱动其发光，且在手术中植入患者体内以对待治疗的脊髓部位进行照射修复处理并在手术后移除所述治疗光纤13。
在本发明的一个实施例中，所述治疗光纤13为360°周发光式通体发光光纤。
在本发明的一个实施例中，所述治疗光纤13包括涂覆层131、包层133及纤芯135。
在本发明的一个实施例中，所述激光器11为激光器，其功率为1瓦～1千瓦，激光波长为770～830nm。
在本发明的一个实施例中，所述激光器11包括电源111、处理器113、激光输出电路115、输入控制电路117及激光光源(119)；其中，
所述处理器113电连接所述输入控制电路117及所述激光输出电路115，用于根据所述输入控制电路117输入的控制指令控制所述激光输出电路115；
所述激光输出电路115电连接所述激光光源119，用于控制所述激光光源119的发光强度及发光时长；
所述电源111电连接所述激光输出电路115，用于为所述激光输出电路115提供驱动电流。
在本发明的一个实施例中，所述激光输出电路115包括电源控制电路1151和激光驱动电路1153；其中，
所述电源控制电路1151分别电连接所述处理器113、所述电源111及所述激光驱动电路1153，用于根据所述处理器的所述控制指令将所述电源111输出的额定电压转换为所需的恒定的驱动电流，并将所述驱动电流输出至所述激光驱动电路1153以驱动所述激光驱动电路1153工作；
所述激光驱动电路1153电连接所述激光光源119，用于控制所述激光光源119的发光强度及发光时长。
在本发明的一个实施例中，所述激光器11还包括反馈保护电路119，所述反馈保护电路119包括过流保护电路1191、功率反馈电路1193及温度反馈电路1195；其中，
所述过流保护电路1191电连接所述电源控制电路1151及所述处理器113，用于检测所述电源控制电路1151的电流并将电流信息发送至所述处理器113；
所述功率反馈电路1193及所述温度反馈电路1195均电连接所述激光驱动电路1153及所述处理器113，用于检测所述激光驱动电路1153的功率和温度并将功率和温度信息发送至所述处理器113。
本发明另一个实施例提供了一种脊髓修复方法，通过激光治疗仪进行脊髓修复，其中，所述方法包括：
根据患者脊神经功能和损伤程度确定激光治疗仪的激光照射参数；
在手术过程中，将所述激光治疗仪的治疗光纤植入所述患者体内位于待治疗脊髓部位处；
在手术后，控制所述激光治疗仪按照确定的所述激光照射参数对所述待治疗脊髓部位进行照射；
在完成修复后移除所述治疗光纤。
在本发明的一个实施例中，所述激光照射参数包括激光照射工作方式、激光波长、激光照射强度及激光照射时长。
在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：
观测患者的TNF-α因子、IL-6因子、IL-10因子及NG2蛋白和GAP43蛋白的变化以调节所述激光照射参数。
本发明实施例，通过采用植入式治疗光纤，由激光器根据脊髓损伤特性控制其发光，利用低强度激光的光化学、热效应、光压强和生物刺激效应等生物学特性，对线粒体等细胞及分子进行照射处理以实现对脊髓的损伤修复，实现直接针对脊髓损伤的病理进行改变，提供脊髓修复治疗的效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种激光治疗仪的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种治疗光纤的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种激光器的电路结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种激光输出电路的电路结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种激光驱动电路的电路结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种激光器的电路结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种脊髓修复方法的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明的脊髓修复方法及所发明的激光治疗仪，属于低强度激光疗法的一种。而激光治疗仪最早被用在伤口愈合、疼痛缓解，现在其医学用途已经被广泛扩展用于治疗多种疾病，包括中风、心肌梗死，退行性或创伤性脑疾病、脊髓损伤、外周神经再生等领域。但目前尚未有植入式的对脊髓修复的应用。
本发明主要利用的是其生物刺激作用，产生某种与超声波、针灸类似的生物刺激作用。本发明的低强度激光治疗仪主要针对脊髓损伤出现的出血、水肿、自身炎性反应、微循环障碍、钙离子内流、自由基形成、继发缺血缺氧、神经脱髓鞘、神经病理性疼痛出现和胶质疤痕形成等不良事件，在术前充分评估患者脊神经功能和损伤程度，制定照射治疗方案。术中植入专用治疗光纤，在手术后将有效照射部位通过调整激光照射时间、照射能量、照射方式以及照射波长，来分别对抗脊神经损伤的诸多不良事件，使每一件不良事件均较未治疗组有不同程度的减轻。
具体地，经过基础研究发现，发现低强度激光对神经脊柱的损伤有以下的作用机制：
作用机制一：减少免疫炎性反应。在实验中，发现低强度激光照射后TNF-α的表达降低了，并且在6h，12h和1d的时候差异有统计学意义。这个时间处于脊髓损伤急性期，正是前炎症因子TNF-α表达最高的时期。同样，低强度激光照射后IL-6的表达也降低了，并且在6h，12h和5d时差异有统计学意义。另外，发现对照组在第5d时IL-6有第二次表达高峰，而低强度激光照射组这个高峰消失了。
作用机制二：增加神经保护。IL-10与TNF-α和IL-6不同，它是一种抑炎因子，近几年的研究发现它还是一种神经保护因子，具有直接的神经保护作用。发现，低强度激光照射后，IL-10的表达速度和量均显著升高，这对抑制继发性炎症反应是有利的。
作用机制三：减少脊髓损伤区域胶质瘢痕形成，促进轴突再生。脊髓损伤后，对照组在损伤区边缘存在大量的NG2表达，GAP-43的表达较弱，而低强度激光照射组损伤区边缘NG2表达显著减弱，GAP-43的表达增强。损伤对照组NG2蛋白的表达在损伤后第7d达高峰，而后表达逐渐降低，这与文献报道的结果一致。而低强度激光照射后NG2的表达显著减少，并且在损伤后7d，14d和21d时差异有统计学意义。低强度激光照射后GAP-43蛋白的表达则显著升高。于NG2和GAP43基因水平的检测也显示出了与蛋白水平一致的结果。
作用机制四：减轻受损脊髓血肿水肿。损伤对照组大鼠在脊髓损伤早期，脊髓背侧弥漫性充血、水肿明显，与周围组织黏连严重；脊髓损伤晚期脊髓萎缩变细，瘢痕形成；而低强度激光照射组出血、水肿程度和瘢痕形成程度均较轻。
以下从激光治疗仪和脊髓修复方法两个方面对本发明进行详细描述。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种激光治疗仪的结构示意图。该治疗仪10包括激光器11和治疗光纤13，其中，治疗光纤13，与所述激光器11连接并通过所述激光器11驱动其发光，且在手术中植入患者体内以对待治疗的脊髓部位进行照射修复处理并在手术后移除所述治疗光纤13。
其中，激光器11可以是高功率光纤耦合激光器，其功率例如为1瓦～1千瓦，激光波长为770～830nm。
优选地，该激光器11的激光波长为770-830nm。其好处在于：该激光波长可以增加β内啡肽水平，促进了尿液中糖皮质激素的排泄，通过一个复杂的电解质神经纤维阻断机制提高压力下疼痛的阈值，降低组胺和乙酰胆碱的释放，减少缓激肽的合成，增加三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,简称ATP)的产生量，改善局部的微循环，促进淋巴流动从而减轻水肿。最终结果实现促进神经修复以及减少神经疼痛。
优选地，该治疗光纤13为360°周发光式通体发光光纤。该通体发光光纤可以为可分为固态芯通体发光光纤或者液态芯通体发光光纤，由于通体发光光纤其通体发光强度随着其长度的增加而呈现指数下降，因此本发明优选采用360°周发光式结果，且其波长在770-830nm范围内，以实现最佳的发光特性。
具体地，请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种治疗光纤的结构示意图。所述治疗光纤13包括涂覆层131、包层133及纤芯135；所述纤芯135在距激光光源119的远端具有较高折射率的包层133，在距激光光源119的近端具有较低折射率的包层133，以便光从低折射率向高折射率传输。
其中，该治疗光纤13可以为医用石英光纤，包括石英玻璃、有机硅树脂或硬聚氟物等材料。该治疗光纤13一般包括三层结构，其中心部称为芯，称为纤芯135，中间部分称为包层，称为包层133，其中，纤芯135的折射率必须大于包层133的折射率，光束在纤芯135里传播。包层133的作用是把光束限制在纤芯135里传播。最外层用高强度聚酯材料包裹，在保证良好生物相容性的同时，高强度的结构保证即使内部光纤结构破碎损坏，破碎物无法通过最外层存留在人体内，以提高安全性。
该纤芯135可以为弥散光纤，该弥散光纤又称柱状发射光纤，是一种用于全方位均匀发光的弥散光纤，也即360°周发光式通体发光光纤。该360°周发光式通体发光光纤包括弥散头、导光光纤，其光传输效率高，能承受激光功率密度高，弥散头小，表面光滑，适用于伤口内埋植治疗。其直径为1～5mm，使用温度范围为0～60度，光谱范围为200-2000nm。
可选地，激光治疗仪10还可以包括散热系统，通过风冷散热设备，将激光器11工作过程中产生的热量及时耗散，保证激光器11工作在安全的温度范围之内，实现激光器11的长期可靠性。
本发明实施例，通过采用植入式治疗光纤，由激光器根据脊髓损伤特性控制其发光，利用低强度激光的光化学、热效应、光压强和生物刺激效应等生物学特性，对线粒体等细胞及分子进行照射处理以实现对脊髓的损伤修复，实现直接针对脊髓损伤的病理进行改变，提供脊髓修复治疗的效果。
实施例二
请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种激光器的电路结构示意图。本实施例在上述实施例的基础上，重点对激光器的电路结构进行详细说明。
该激光器11可以包括电源111、处理器113、激光输出电路115、输入控制电路117及激光光源119；其中，所述处理器113电连接所述输入控制电路117及所述激光输出电路115，用于根据所述输入控制电路117输入的控制指令控制所述激光输出电路115输出设定激光工作方式、波长、设定时间及设定能量的激光；所述激光输出电路115电连接所述激光光源119，用于控制所述激光光源119的发光强度及发光时长；所述电源111电连接所述激光输出电路115，用于为所述激光输出电路115提供驱动电流。
进一步地，所述激光器11还包括LCD触摸显示屏112，所述LCD触摸显示屏112电连接所述输入控制电路117，用于接收用户的所述控制指令并显示当前激光器的工作状态。
其中，该电源111可以为220V交流电源。该处理器113可以为微控制器MCU、单片机或者可编程逻辑控制器FPGA等具有处理功能的器件。
优选地，请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种激光输出电路的电路结构示意图。所述激光输出电路115包括电源控制电路1151和激光驱动电路1153；其中，所述电源控制电路1151分别电连接所述处理器113、所述电源111及所述激光驱动电路1153，用于根据所述处理器的所述控制指令将所述电源111输出的额定电压转换为所需的恒定的驱动电流，并将所述驱动电流输出至所述激光驱动电路1153以驱动所述激光驱动电路1153工作；所述激光驱动电路1153电连接所述激光光源119，用于控制所述激光光源119的发光强度及发光时长。
具体地，请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种激光驱动电路的电路结构示意图。该激光驱动电路1153包括脉冲发生单元11531、脉冲整形单元11532、功率放大单元11533及保护单元11534；其中，该脉冲发生单元11531、该脉冲整形单元11532、该功率放大单元11533与该治疗光纤13依次串行电连接，且保护单元11534并接于该功率放大单元11533与治疗光纤11534串接的节点处。
另外，该激光治疗仪还可以包括激光器保护系统，用于通过温度、电流、光功率的实时监测及预警，计时反馈并在异常时关闭激光器11，确保激光器11及患者的安全性。
具体地，请参见图6，图6为本发明实施例提供的另一种激光器的电路结构示意图。所述激光器11还包括反馈保护电路119，所述反馈保护电路119还包括过流保护电路1191、功率反馈电路1193及温度反馈电路1195；其中，所述过流保护电路1191电连接所述电源控制电路1151及所述处理器113，用于检测所述电源控制电路1151的电流并将电流信息发送至所述处理器113；所述功率反馈电路1193及所述温度反馈电路1195均电连接所述激光驱动电路1153及所述处理器113，用于检测所述激光驱动电路1153的功率和温度并将功率和温度信息发送至所述处理器113。
其中，电源111可以包括220V电源1111、AC/AD转换电路1113及AC/AD开关电路1115。
实施例三
请参见图7，图7为本发明实施例提供的一种脊髓修复方法的示意图。该方法可以包括如下步骤：
步骤1.根据患者脊神经功能和损伤程度确定激光治疗仪的激光照射参数；
步骤2.在手术过程中，将所述激光治疗仪的治疗光纤植入所述患者体内位于待治疗脊髓部位处；
步骤3.在手术后，控制所述激光治疗仪按照确定的所述激光照射参数对所述待治疗脊髓部位进行照射；
步骤4.在完成修复后移除所述治疗光纤。
具体地，所述激光照射参数包括激光工作方式、激光波长、激光照射强度及激光照射时长。
可选地，该方法还包括：
步骤x.观测患者的TNF-α因子、IL-6因子、IL-10因子及NG2蛋白和GAP43蛋白的变化以调节所述激光照射参数，以期在一定时间内达到正常的水平，修复受损的脊髓部位。其中，该步骤可以设置于步骤4之前。
需要说明地是，低强度激光疗法的细胞和分子机制：线粒体被认为是主要的感光受体，可以增加三磷酸腺苷，激发氧活性，促进钙内流，和释放一氧化氮。随后转录因子的激活启动多种保护，抗凋亡，抗氧化和促增殖基因产物的表达。
具体地，结合该激光治疗仪，该治疗方法具体为：
1.手术操作人员在脊柱减压手术后，将该治疗光纤在直视下经皮肤置入脊柱减压窗口，将该治疗光纤发光节段与减压窗口位置匹配，另一端接激光器端留在皮肤以外；
2.术后回到病房，医疗操作人员根据患者病情、手术方式等因素将暴露在皮肤以外的激光器端和专用激光器连接，设置激光器发射功率、照射方式、照射波段和照射时间等多个指标，激光器发射激光经该治疗光纤导入伤口内，近距离直接照射脊柱减压处以及周边脊神经，起到修复治疗作用。
3.按照上述方式在术后间断或者连续照射7-21天，根据治疗效果停止激光治疗，从经皮肤穿入处拔出光纤，手术缝线封闭管腔，治疗全过程结束。
本实施例，通过将治疗光纤植入人体伤口内，配合术后间断或者连续的激光照射，实现对患者的脊髓修复，增强治疗效果。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多路单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多路网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。