Способ и устройство для контроля над процессом лечения повреждения - RU2529395C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к способу и устройству для контроля над процессом лечения повреждения.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Боль является обессиливающим эффектом вследствие любого повреждения. Также боль в суставах является причиной серьезной недееспособности, которая влияет на повседневную деятельность и производительность, в частности остеоартрит вносит вклад в болевые ощущения в суставах у большой части лиц пожилого возраста.

Для временного облегчения боли назначают лекарственную терапию, например крем с капсайцином, ацетаминофен, нестероидные противовоспалительные средства (НПВС), но с ними связаны серьезные побочные эффекты. Физиотерапия, такая как тепловые процедуры, массаж, иглоукалывание и мануальная терапия, могут облегчить боль в течение непродолжительного времени, однако обычно они дороги и требуют участия квалифицированного персонала.

В настоящее время в области физиотерапии достаточно популярны системы фототерапии. Однако в процессе фототерапии интенсивность/дозировку света можно корректировать только посредством периодического включения и выключения системы фототерапии вручную, что неудобно и неточно.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель данного изобретения состоит в том, чтобы предоставить способ для контроля над процессом лечения повреждения.

Изобретение относится к способу контроля над процессом лечения повреждения, и способ включает в себя следующие стадии:

мониторинг уровня оксида азота повреждения,

генерацию контролирующего сигнала посредством сравнения уровня оксида азота с предварительно определенным порогом, и

корректировку дозировки света для лечения повреждения в соответствии с контролирующим сигналом.

На основании способа по изобретению можно более точно и удобно корректировать дозировку лечения повреждения при минимальных побочных эффектах.

Изобретение также относится к устройству для реализации стадии способа, как указано выше.

Ниже приведено подробное объяснение и другие аспекты изобретения.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Указанные выше и другие аспекты и признаки настоящего изобретения лучше видны из следующего подробного описания, которое рассматривается в комбинации с прилагаемыми рисунками, на которых:

На фиг.1 представлена принципиальная схема, которая иллюстрирует вариант осуществления способа по изобретению;

На фиг.2 представлена принципиальная схема, которая иллюстрирует устройство согласно варианту осуществления изобретения;

На фиг.3 изображено устройство для лечения повреждения в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

На фиг.4 изображено устройство для лечения повреждения в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

Одинаковые номера позиций используются для обозначения одинаковых частей на всех фигурах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На фиг.1 представлена принципиальная схема, иллюстрирующая вариант осуществления способа по изобретению. Способ контроля над процессом лечения повреждения содержит следующие стадии:

- мониторинг 11 уровня оксида азота повреждения,

- генерация 12 контролирующего сигнала посредством сравнения уровня оксида азота с предварительно определенным порогом, и

- корректировка 13 дозировки света для лечения повреждения в соответствии с контролирующим сигналом.

Свет для лечения повреждения может представлять собой монохроматический инфракрасный свет с длиной волны 890 нм. Когда свет попадает на поверхность повреждения, свет абсорбируется внутрь кровеносных сосудов и стимулирует образование оксида азота в месте повреждения посредством целебного пути cNOS (конститутивная изоформа синтазы оксида азота). Оксид азота образуется из аминокислоты, которую называют L-Аргинин под действием фермента синтазы оксида азота, причем этот фермент имеет различные изоформы. cNOS является ключевым регулятором гомеостаза (регуляция кровотока). При лечении cNOS снижается уровень оксида азота в месте повреждения. Также хорошо известно, что в случае поражения суставов остеоартритом при лечении cNOS снижается уровень оксида азота.

Таким образом, оксид азота, высвобождающийся из места повреждения, является обоснованным индикатором для объективной оценки боли от повреждения. Значительное облегчение боли достигают посредством вмешательства, основанного на оксиде азота, без нежелательных побочных эффектов путем увеличения циркуляции, снижения раздражения нервов и снижения воспаления в суставах. В физиологических условиях оксид азота вступает в реакцию с оксигемоглобином с образованием метгемоглобина с очень высокой скоростью, так что количество метгемоглобина в месте повреждения пропорционально количеству оксида азота.

Контролирующий сигнал обозначает повышение дозировки света (или интенсивности света), если уровень оксида азота выше, чем предварительно определенный порог; контролирующий сигнал обозначает снижение дозировки света, если уровень оксида азота ниже, чем предварительно определенный порог.

Стадия мониторинга 11 предназначена для:

- определения уровня метгемоглобина,

- вычисления уровня оксида азота в соответствии с пропорциональным отношением между уровнем метгемоглобина и уровнем оксида азота.

Оксид азота связывается с оксигемоглобином, когда растворяется в крови. Оксид азота и оксигемоглобин в крови превращаются в метгемоглобин. Наиболее важные реакции оксида азота протекают с участием железосодержащих гемопротеинов и, в частности, с участием оксигемоглобина, который превращается в метгемоглобин:

Hb(Fe²⁺)O₂+NO→Hb(Fe³⁺)+NО_3-, где Hb(Fe³⁺) представляет собой метгемоглобин.

У млекопитающих гемоглобин является количественно преобладающим гемосодержащим белком. Основная функция гемоглобина заключается в связывании, переносе и высвобождении молекулярного кислорода. Железо, связанное с гемоглобином, остается в двухвалентном состоянии (например, оксигемоглобин) во время связывания, переноса и высвобождения кислорода. Когда железо, связанное с гемоглобином, окисляется до трехвалентного иона, трехвалентный ион железа не может переносить кислород. Окисленный гемоглобин называют метгемоглобином.

В одном из вариантов осуществления уровень метгемоглобина можно определить посредством: во-первых, определения магнитного поля, образуемого вследствие перехода из Fе²⁺ в Fе³⁺, а затем получения уровня Fe³⁺ в соответствии с магнитным полем, и, наконец, вычисления уровня метгемоглобина в соответствии с уровнем Fe³⁺.

Измерение трехвалентного железа (Fe³⁺) позволяет опосредованно измерить метгемоглобин. Кроме того, метгемоглобин пропорционален оксиду азота, поэтому измерение трехвалентного железа позволяет измерить оксид азота в качестве индикатора корректировки дозировки света для лечения повреждения.

Известно, что железо находится в двух основных ионных состояниях, которые называют двухвалентный ион железа (Fe²⁺) и трехвалентный ион железа (Fe³⁺). Магнетизм возникает тогда, когда имеет место нарушение баланса в структурном расположении ионов. Двухвалентный ион железа обладает зарядом плюс два (+2); трехвалентный ион железа обладает зарядом плюс три (+3). Эти два иона обладают различными атомарными радиусами, поскольку больший заряд трехвалентных ионов железа ближе притягивает электроны, окружающие ион, что может привести к перемещению электронов от двухвалентных ионов железа к более положительно заряженным трехвалентным ионам железа и создать слабое магнитное поле. Предложенный вариант осуществления изобретения измеряет магнитное поле (также называемое плотностью магнитного потока, которую измеряют в Тесла - единице системы СИ).

В другом варианте осуществления уровень метгемоглобина можно определить посредством:

во-первых, освещения поверхности (ткани) рядом с повреждением. Поверхность можно освещать специальным источником обнаруживающего света для определения метгемоглобина, и специальный источник обнаруживающего света отличается от источника света для лечения повреждения.

Поверхность можно освещать одним источником света для лечения повреждения. Например, для освещения поверхности рядом с повреждением можно использовать источник света широкого диапазона, такой как блок ламп с высокой отражательной способностью Welch Allyn (позиция 7103-001).

Во-вторых, получения спектра света, отраженного от поверхности. Оксигемоглобин имеет спектры поглощения с пиками 542 нм и 580 нм, тогда как метгемоглобин имеет спектр поглощения с пиком 630 нм. Когда оксид азота высвобождается из связанной формы, чтобы диффундировать внутрь окружающего повреждения, происходит сдвиг пиков спектра поглощения с 630 нм на 542/580 нм. Отраженный от поверхности свет можно собрать с помощью волоконно-оптических кабелей и направить в микроспектрометр, чувствительный к свету в диапазоне длин волн (500-700 нм).

В-третьих, анализа соотношения между уровнем метгемоглобина и уровнем оксигемоглобина в соответствии со спектром.

И, наконец, вычисления уровня метгемоглобина на основании соотношения между уровнем метгемоглобина и уровнем оксигемоглобина.

В дополнительном варианте осуществления уровень метгемоглобина можно определить посредством блока мониторинга 21, который выполнен с возможностью:

во-первых, освещения поверхности рядом с повреждением. Поверхность можно освещать специальным источником света, который используют для определения метгемоглобина, и конкретный источник света, используемый для определения, отличается от источника света для лечения повреждения. Поверхность также можно освещать тем же источником света, который используют для лечения повреждения.

во-вторых, получения диапазона длин волн света, отраженного от поверхности.

в-третьих, определения тока для света, отраженного от поверхности, посредством преобразования света, отраженного от поверхности, в ток. Это можно осуществить посредством нескольких фотодиодов. Предварительно задано, что фотодиоды обладают чувствительностью к трем пикам 542 нм, 580 нм и 630 нм.

в-четвертых, анализа соотношения между уровнем метгемоглобина и уровнем оксигемоглобина в соответствии с током. Установлено, что оксигемоглобин имеет пики 542 нм и 580 нм, и интенсивность оксигемоглобина сравнивают с пиком метгемоглобина при 630 нм. Затем вычисляют соотношение пиков и сравнивают с предварительно определенной моделью.

И, наконец, вычисления уровня метгемоглобина на основании соотношения между уровнем метгемоглобина и уровнем оксигемоглобина.

На фиг.2 представлена принципиальная схема, иллюстрирующая устройство согласно варианту осуществления изобретения. Устройство для контроля над процессом лечения повреждения содержит:

блок мониторинга 21 для мониторинга уровня оксида азота повреждения,

блок генерации 22 для генерации контролирующего сигнала посредством сравнения уровня оксида азота с предварительно определенным порогом, и

блок корректировки 23 для корректировки дозировки света для лечения повреждения в соответствии с контролирующим сигналом.

Причем блок мониторинга выполнен с возможностью определения магнитного поля, получения уровня Fe³⁺, вычисления уровня метгемоглобина в соответствии с уровнем Fe³⁺.

Свет для лечения повреждения может представлять собой монохроматический инфракрасный свет с длиной волны 890 нм. Когда свет попадает на поверхность повреждения, свет абсорбируется кровью и стимулирует образование оксида азота в суставах через целебный путь cNOS.

Таким образом, оксид азота, высвобождаемый из повреждения, является обоснованным индикатором для объективной оценки боли повреждения. Значительное облегчение боли достигают посредством вмешательства, основанного на оксиде азота, без нежелательных побочных эффектов путем увеличения циркуляции, снижения раздражения нервов и снижения воспаления в суставах.

Контролирующий сигнал обозначает повышение дозировки, если уровень оксида азота выше, чем предварительно определенный порог; контролирующий сигнал обозначает снижение дозировки, если уровень оксида азота ниже, чем предварительно определенный порог.

Блок мониторинга 21, предназначенный для получения информации, обозначенной как IF на фиг.2, и для мониторинга уровня оксида азота в соответствии с полученной информацией. Информация может содержать информацию о магнитном поле, спектральную информацию и т.д. Блок корректировки 23, предназначенный для того, чтобы выдавать скорректированную дозировку света, обозначен AD на фиг.2.

Блок мониторинга 21 предназначен для:

определения уровня метгемоглобина и

вычисления уровня оксида азота в соответствии с пропорциональным отношением между уровнем метгемоглобина и уровнем оксида азота.

А также блок мониторинга выполнен с возможностью освещения поверхности, получения спектра, анализа соотношения в соответствии со спектром, вычисления уровня метгемоглобина на основании соотношения между уровнем метгемоглобина и уровнем оксигемоглобина.

При физиологических условиях оксид азота вступает в реакцию с оксигемоглобином, образуя метгемоглобин с очень высокой скоростью, и поэтому метгемоглобин пропорционален оксиду азота.

Оксид азота связывается с оксигемоглобином при растворении в крови. Оксид азота и оксигемоглобин в крови превращаются в метгемоглобин. Наиболее важные реакции оксида азота протекают с участием железосодержащих гемопротеинов и, в частности, с участием оксигемоглобина, который превращается в метгемоглобин:

Hb(Fe²⁺)O₂+NO→Нb(Fе³⁺)+NО_3-, где Hb(Fe³⁺) представляет собой метгемоглобин.

У млекопитающих гемоглобин является количественно преобладающим гемосодержащим белком. Основная функция гемоглобина заключается в связывании, переносе и высвобождении молекулярного кислорода. Железо, связанное с гемоглобином, остается в двухвалентном состоянии (например, оксигемоглобин) во время связывания, переноса и высвобождения кислорода. Когда железо, связанное с гемоглобином, окисляется до трехвалентного иона, трехвалентный ион железа не может переносить кислород. Окисленный гемоглобин называют метгемоглобином.

В одном из вариантов осуществления блок мониторинга 21 может определять уровень метгемоглобина посредством: определения магнитного поля, образуемого вследствие перехода из Fe²⁺ в Fe³⁺, a затем получения уровня Fe³⁺ в соответствии с магнитным полем, и, наконец, вычисления уровня метгемоглобина в соответствии с уровнем Fe³⁺.

Измерение трехвалентного железа (Fe³⁺) позволяет опосредованно измерить метгемоглобин. Кроме того, метгемоглобин пропорционален оксиду азота, поэтому измерение трехвалентного железа позволяет измерить оксид азота в качестве индикатора корректировки дозировки света для лечения повреждения.

Известно, что железо находится в двух основных ионных состояниях, которые называют двухвалентный ион железа (Fe²⁺) и трехвалентный ион железа (Fe³⁺). Магнетизм возникает тогда, когда имеет место нарушение баланса в структурном расположении ионов. Двухвалентный ион железа обладает зарядом плюс два (+2); трехвалентный ион железа обладает зарядом плюс три (+3). Эти два иона обладают различными атомарными радиусами, поскольку больший заряд трехвалентных ионов железа ближе притягивает электроны, окружающие ион, что может привести к перемещению электронов от двухвалентных ионов железа к более положительно заряженным трехвалентным ионам железа и создать слабое магнитное поле. Предложенный вариант осуществления изобретения измеряет магнитное поле (также называемое плотностью магнитного потока, которую измеряют в Тесла - единице системы СИ).

В другом варианте осуществления блок мониторинга 21 может быть предназначен для определения уровня метгемоглобина посредством:

освещения поверхности (ткани) рядом с повреждением. Поверхность можно освещать специальным источником, который используют для определения метгемоглобина, и конкретный источник света для определения отличается от источника света для лечения повреждения. Поверхность также можно освещать тем же источником света, который используют для лечения повреждения. Например, для освещения поверхности рядом с повреждением можно использовать источник света широкого диапазона, такой как блок ламп с высокой отражательной способностью Welch Allyn (позиция 7103-001);

получения спектра света, отраженного от поверхности. Оксигемоглобин имеет спектры поглощения с пиками 542 нм и 580 нм, тогда как метгемоглобин имеет спектр поглощения с пиком 630 нм. Когда оксид азота высвобождается из связанной формы, чтобы диффундировать внутрь окружающего повреждения, происходит сдвиг пиков спектра поглощения с 630 нм на 542/580 нм. Отраженный от поверхности свет можно собрать с помощью волоконно-оптических кабелей и направить в микроспектрометр, чувствительный к свету в диапазоне длин волн (500-700 нм);

анализа соотношения между уровнем метгемоглобина и уровнем оксигемоглобина в соответствии со спектром;

вычисления уровня метгемоглобина на основании соотношения между уровнем метгемоглобина и уровнем оксигемоглобина;

В дополнительном варианте осуществления блок мониторинга 21 может быть дополнительно предназначен для определения метгемоглобина посредством:

освещения поверхности рядом с повреждением. Поверхность можно освещать специальным источником света, который используют для определения метгемоглобина, и конкретный источник света, используемый для определения, отличается от источника света для лечения повреждения. Поверхность также можно освещать тем же источником света, который используют для лечения повреждения;

получения диапазона длин волн света, отраженного от поверхности;

определения тока для света, отраженного от поверхности, посредством преобразования света, отраженного от поверхности, в ток. Это можно осуществить посредством нескольких фотодиодов. Предварительно задано, что фотодиоды обладают чувствительностью к трем пикам 542 нм, 580 нм и 630 нм;

анализа соотношения между уровнем метгемоглобина и уровнем оксигемоглобина в соответствии с током. Установлено, что оксигемоглобин имеет пики 542 нм и 580 нм, и интенсивность оксигемоглобина сравнивают с пиком метгемоглобина при 630 нм. Затем вычисляют соотношение пиков и сравнивают с предварительно определенной моделью:

вычисления уровня метгемоглобина на основании соотношения между уровнем метгемоглобина и уровнем оксигемоглобина.

На фиг.3 представлено устройство для лечения повреждения в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Терапевтическое устройство 30 содержит несколько источников света 31 и устройство 20 (не показано на фиг.3). Устройство 20 содержит блок мониторинга 21, блок генерации 22 и блок корректировки 23. В одном из вариантов осуществления изобретения блок мониторинга 21 также может содержать несколько датчиков 32, расположенных вместе с несколькими источниками света 31.

Источник света 31 может представлять собой СД (светоиспускающий диод) для испускания света на повреждение в терапевтических целях. Блок мониторинга 21 используют для мониторинга уровня оксида азота повреждения с тем, чтобы корректировать дозировку света. Блок корректировки 23 предназначен для корректировки дозировки света для терапии посредством корректировки общей интенсивности света, например посредством включения/выключения одного или нескольких источников света, корректировки интенсивности одного или нескольких источников света или корректировки интенсивностей всех источников света, в соответствии с контролирующим сигналом от блока генерации 22.

Датчики 32 используют для сбора информации о повреждении для блока мониторинга 21.

Источники света 31 и датчики 32 расположены на основании (не обозначено). Основание обладает гибкостью, чтобы его можно было скорректировать для любой части тела. Пациент может использовать устройство для лечения повреждения 30 дома или на работе и без вмешательства эксперта. Устройство 20 может содержать один или несколько ЦП (центральный процессор) и/или управляющих контуров, с тем, чтобы корректировать дозировку света, испускаемого источниками света 31. Источники света 31 питаются от гальванического или других элементов.

На фиг.4 представлено устройство для лечения повреждения в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. На фиг.4 (А) показана компоновка СД и супермагниторезистивные датчики в устройстве; на фиг.4 (В) показано измерение магнитного поля каждым супермагниторезистивным датчиком; на фиг.4 (С) показана комбинация магнитных полей от всех супермагниторезистивных датчиков.

Терапевтическое устройство 30 содержит несколько источников света 31 и устройство 20 (не показано на фиг.3). Устройство 20 содержит блок мониторинга 21, блок генерации 22 и блок корректировки 23. В одном из вариантов осуществления изобретения блок мониторинга 21 также может содержать несколько датчиков 32, расположенных вместе с несколькими источниками света 31.

Датчики 32 представляют собой супермагниторезистивные (GMR) датчики для определения магнитного поля. Супермагниторезистивные датчики более чувствительны, чем датчики Холла. Датчики 32 состоят из массивов три на три. Аналоговый мультиплексор (не показан на фиг.4) можно использовать для выбора сигналов от девяти датчиков 32 для дальнейшего формирования, усиления и аналогово-цифрового преобразования сигнала.

Источники света 31 могут испускать свет в инфракрасном диапазоне приблизительно около 890 нм.

Перед лечением повреждения устройство 20 вычисляет исходное магнитное поле (B_in); после начала лечения, чтобы осуществлять мониторинг уровня оксида азота, устройство 20 периодически вычисляет магнитное поле (B_cur), и B_cur выше В_in.

где i принимает значения от 1 до n, i обозначает число супермагниторезистивных датчиков.

Следует отметить, что указанные выше варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают настоящее изобретение, и что специалисты в данной области смогут разработать альтернативные варианты осуществления, не выходя за рамки объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылки, помещенные в скобки, не следует рассматривать в качестве ограничения формулы изобретения. Слово «содержит» не исключает присутствия элементов или стадий, не перечисленных в пункте формулы изобретения или в описании. Присутствие элемента в единственном числе не исключает присутствия нескольких таких элементов. Настоящее изобретение можно реализовать посредством аппаратного блока, содержащего несколько отдельных элементов, и блока запрограммированного компьютера. В пунктах формулы, относящихся к устройству перечисляющих несколько блоков, несколько этих блоков можно воплотить в одном и том же элементе аппаратного или программного обеспечения. Использование слов «первый», «второй», «третий» и так далее не обозначает какой-либо порядок. Эти слова следует интерпретировать как названия.

Реферат

Изобретение относится к средствам для контроля над процессом лечения повреждения. Устройство контроля содержит блок мониторинга уровня оксида азота повреждения, блок генерации контролирующего сигнала посредством сравнения уровня оксида азота с предварительно определенным порогом и блок корректировки дозировки света для лечения повреждения, при этом блок мониторинга предназначен для определения магнитного поля, образуемого вследствие перехода из Feв Fe, получения уровня Feв соответствии с магнитным полем, вычисления уровня метгемоглобина в соответствии с уровнем Feи вычисления уровня оксида азота в соответствии с пропорциональным отношением между уровнем метгемоглобина и уровнем оксида азота. Устройство для лечения повреждения содержит несколько источников света и устройство контроля. Использование изобретения позволяет более точно и удобно корректировать дозировку лечения при минимальных побочных эффектах. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула