专利名称：红外线-紫外线复合治疗仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗设备，特别是一种用红外线和紫外线共同作用于人体皮肤以治疗白癜风为主的多种皮肤病的光辐射治疗仪。
背景技术：
人类皮肤的颜色主要与表皮中黑素细胞(melanocytes，MC)合成黑素以及黑素传递至周围角质形成细胞(keratinocytes，KC)有关。在日光辐射的影响下，皮肤细胞会通过自身复杂的调控体系减少/避免日光辐射可能对细胞造成的损伤，其中黑素颗粒扮演着类似超氧化物歧化酶的作用。黑素颗粒通过吸收、分散氧化应激产物、清除自由基，阻止细胞DNA、蛋白和膜脂质的损伤，进而起到重要的皮肤防御和保护作用。皮肤暴露于日光下，可引起皮肤晒黑、光老化和光癌变。既往的研究认为这些改变主要与紫外线(ultraviolet， UV)，尤其是中波紫外线(ultraviolet B, UVB)有关。但近来，越来越多的证据表明日光中主要的能量物质-热(红外线)对皮肤细胞也具有类似UV的作用，同时热(红外线)还可增加皮肤细胞对UV的耐受性。虽然目前人们已经在UV辐射对MC生理及病理功能的影响方面做了大量的研究，但热(红外线)对MC生理功能影响的研究却刚刚起步，这为我们在热疗治疗色素性皮肤病方面提供了一个广阔的空间。我们知道皮肤是人体保护内部器官不受外界环境损伤(如日光、射线、机械刺激等)的重要屏障。急性日光暴露会造成光晒伤和光晒黑；日光长期照射会引起皮肤细胞的光损伤，产生光老化和光癌变。无论短期或长期接受日光辐射，皮肤最明显的变化就是照射部位形成红斑和色素沉着。研究发现，黑素细胞产生的黑素颗粒是人体对日光天然的防护剂。黑素颗粒通过吸收日光、分散氧化应激产物、清除自由基，从而阻止日光引起的细胞DNA、蛋白和膜脂质的损伤，进而起到重要的皮肤防御作用。色素沉着就是皮肤对日光辐射等环境刺激直接进行防御的结果。日光通常包括 mK290-400nm)、可见光G00_760nm)和红外线(760nm-lmm)三部分。既往的研究认为，UV 辐射尤其UVB是日光照射引起皮肤诸多效应的主要物质。过去几年，大量的日光影响皮肤功能的研究也主要是围绕UV来展开的。但最近，学者们逐渐认识到占日光总能量3%的红外线(主要是其产生的热效应)对皮肤也有类似UV的作用，同时热对UV辐射引起的皮肤损伤有积极的保护作用。很早以前人们就发现一些长期烤火或围坐于火炉旁的人会得火激红斑，临床表现为暴露于热的部位出现网状色素沉着、毛细血管扩张等改变。这些改变同UV引起的皮肤光老化类似。同UV—样，慢性热暴露也会直接引起表皮增厚、色素增加、真皮弹力纤维组织损伤，甚至引起皮肤细胞癌变。越来越多的研究证据表明热(红外线)暴露会直接损伤细胞和细胞器膜，引起DNA损伤，从而直接引起皮肤黑化、老化和癌变，并可加强UV引起的皮肤晒黑、光老化和光致癌性效应。除此之外，热(红外线)还具有增加皮肤细胞对UV耐受性的作用。研究发现当UVB照射皮肤后立即浸入40°C水中比立即浸入30°C水中其红斑潜伏期会缩短。但其诱导的红斑效应会比30°C水中的减弱；Menezes和Darmo等也分别证实红外线可明显抑制UVB辐射诱导的皮肤KC凋亡和成纤维细胞的死亡。Boreham等在应用热浴
3(40°C水浴，每周2次，8周1疗程)治疗银屑病的过程中发现，热浴明显增加了皮肤对日光辐射的耐受性和晒黑反应。申请者在多年的白癜风治疗中也体会到，中药热敷(45°C，30min，l次/日)可明显提高白癜风的复色率。本课题组近期的研究结果也初步证实热应激(》39°C，作用MC 60min)有直接的促黑素合成作用，同空白对照组相比有统计学差异(P < 0. 05)，该作用在 42 V达最大。上述研究均提示我们热可能同UV —样对皮肤色素系统具有重要的调节作用， 二者之间可能存在一定的协同和保护效应。基于此，申请者在2008年全国皮肤性病专业委员会中西医结合色素病学组《白癜风诊疗指南》修订会上提出将热疗作为一种新的白癜风治疗方法，该提议得到了与会专家的一致认可。目前为止，人们就UV对MC生理功能的影响已经做了大量的实验研究，但对热和MC生理功能的关系却知之甚少。通过文献检索，我们发现国外仅有两篇相关报道且结果也不尽相同，国内则尚未发现有类似的研究。1998年 Nakazawa等首先比较了人表皮MC对两种主要的外源性刺激UVB和热的细胞反应，结果发现热(42°C，60min)和UVB (20mJ/cn^)辐射处理纯化培养人表皮MC 3d后，MC树突增多延长、胞体增大，细胞酪氨酸酶活性和黑素合成增加、增殖率下降，但6天后恢复到正常对照组水平；热和UVB均促进了 KC-MC共培养体系和组织工程皮肤中有功能活性的MC数量增加。目前我们通过实验证明单独使用红外线或者紫外线照射体外培养的黑素细胞均能使细胞的酪氨酸酶活性和黑素含量增加，如果联合应用两种光源先后照射体外培养的黑素细胞后，不但黑素细胞的酪氨酸酶活性和黑素含量明显高于两种光源单独照射，而且红外线的热效应还能有效地保护紫外线对黑素细胞的破坏作用。白癜风虽然发病机制尚不清楚，但其主要表现为皮肤色素脱失或者减退为特征的皮肤科常见疾病，组织病理检查证实白癜风患者皮损基底层黑素细胞减少或者消失，这正是白癜风皮损形成的病理基础，所以我们在治疗白癜风时的主要原则就是减轻皮损区黑素细胞的破坏并且增强皮损区残存黑素细胞的活性，使其增殖、分化及迁移到色素脱失的部位，从而达到使白癜风复色的效果。虽然白癜风的真正病因还不清楚但是目前被学术界所认可的几种相关原因有自身免疫紊乱、氧化应激、遗传学说等等，所以我们治疗白癜风一般都采用药物治疗、物理治疗、以及手术治疗多种方法联合治疗的方式。而现在临床上使用的治疗白癜风得物理治疗仪包括窄普中波紫外线(NB-UVB)、308nm准分子激光、长波紫外线(UVA)、低能氦氖激光等类型，尚未见到应用红外线以及红外线和紫外线共同治疗白癜风的设备。NB-UVB能通过刺激角质形成细胞释放碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)和内皮素-I(ET-I)来促进黑素细胞增殖，同时它还能提高黑素细胞自身的基质金属蛋白酶-2(ΜΜΡ1)和局部黏着斑激酶(FAK)的活性而加速了黑素细胞的迁移，以达到使白癜风皮损复色的目的。另外，NB-UVB还能使皮肤局部T淋巴细胞DNA形成胸腺嘧啶二聚体，诱导T淋巴细胞凋亡，从而抑制皮肤局部的免疫应答也是治疗白癜风的作用机制之一。308nm 准分子激光是一种氯化氙(XeCl)准分子激光，其波长在UVB范围内。研究发现308nm准分子激光能有效地诱导皮损局部浸润的T淋巴细胞凋亡，其诱导T淋巴细胞凋亡的作用甚至优于NB-UVB。UVA是临床上应用最早的治疗白癜风的物理疗法，其治疗白癜风的机制与其他光疗的机制基本相同，主要是通过抑制皮损局部的细胞免疫应答并为黑素细胞提供一个
4有利的增殖微环境而达到一个治疗白癜风的目的，UVA在治疗白癜风领域应用已经了将近一个世纪，其疗效是值得肯定的，但是其副作用过多，所以在一定程度上它的位置已经逐渐被NB-UVB和308nm准分子激光所替代。低能氦氖激光治疗白癜风还没有被广泛应用于临床，但有学者在这方面做了一些尝试性研究发现用低能氦氖激光3. OJ/cm2,每周1 2次治疗40例稳定性头颈部节段型白癜风，平均治疗17次后，皮损开始出现复色，有60%的患者经过连续治疗后复色面积大于50%。此外该学者还比较了治疗前后皮损部位的血流变化和肾上腺素受体的应答情况后认为低能氦氖激光可能是通过修复功能异常的交感神经来达到治疗白癜风的目的。虽然以上治疗设备的疗效尚可，但是其治疗时出现的副作用仍不能小觑，有时会对患者的身体造成危害，不利于患者疾病的康复。另外现在临床应用的这些治疗设备都是大型化设备工作功率大，剂量控制要求高，需要专业技术人员操作，不能用于家庭使用，患者必须定期到医院接受治疗，非常不便致使患者依从性不高，从而影响治疗效果。此外，我们还没有见到在临床上单独使用红外线治疗白癜风的设备，所以本发明不但是对目前临床其他治疗仪器的一个改进，更是为白癜风的治疗提供一种新的治疗理念。
发明内容
本发明的目的在于弥补单一紫外线在治疗白癜风方面的不足，应用红外线(主要是热效应)和紫外线促进黑素细胞活性的协同作用来提高白癜风患者的皮损治疗的复色效果，同时利用热效应能明显降低紫外线对黑素细胞的破坏，从而降低原有设备治疗的副作用，另外该设备被设计成为一种便携式家用型治疗仪，方便了患者使用，从而提高了患者治疗的依从性。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的本治疗仪包括红外线、紫外线双光源、灯罩、可活动的支撑杆和控制台。双光源分别由两个相同的红外线和紫外线灯管发出，可活动支撑杆有两根可活动金属杆构成(似台灯的支撑杆)，控制台设置有双光源开关各一个，红外线温度控制旋钮一个，红外线和紫外线辐照时间设定旋钮各一个。其中安装发光灯管的灯罩能绕着灯光的纵轴作360°旋转，方便患者照射身体的不同侧面皮损，同时灯罩还可绕着灯管的横轴作180°旋转，另外可活动支撑杆可以上下调节光源的高度，这种从三种不同维度上调节光源位置的设计可以满足对任何部位皮损的治疗需要。本发明的控制系统采用分离控制的方式，即红外光源和紫外光源的开关分离，红外光源和紫外光源的辐照时间控制系统分离，这种分离控制方式有利于两种光源进行序贯的辐照治疗。另外本发明加用了红外线温度控制系统，从而使红外线的热效应不会过高而引起皮肤烫伤或者过低而达不到治疗目的。
图1 体外培养纯化的黑素细胞图2 黑素细胞的Masson-Fontana染色鉴定图3 不同温度的热应激对体外培养的正常人黑素细胞增殖率的影响
图4 不同剂量的UVB辐照对体外培养的正常人黑素细胞增殖率的影响图5 不同条件对黑素细胞酪氨酸酶活性和黑素含量的影响注*与正常对照、UVB以及热处理组UVB或热处理组酪氨酸酶活性相比有统计学差异P < 0. 05 ；#与正常对照、UVB以及热处理组黑素量相比有统计学差异P < 0. 05。图6 本发明的外观结构示意图。(附图中数字指代1、红外光源开关；2、紫外光源开关；3、红外线温控旋钮；4、红外光辐照时间设定装置；5、紫外光辐照时间设定装置；6、 灯罩；7、红外光源灯管；8、紫外光源灯管；9、控制台；10、可活动的支撑杆；11、电源)图7 本发明的原理示意8 双光源的平面示意9:控制台示意图
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详述。首先介绍一下我们如何通过实验证实红外线的热效应和紫外线对黑素细胞的协同促进作用。1、正常人黑素细胞的培养和传代将正常人包皮修剪成全厚皮，用5g/L的 Dispase酶消化后，分离真皮与表皮，表皮用2. 5g/L胰蛋白酶消化液消化并制成单细胞悬液，置黑素细胞培养液(含5%的FBS，100U/ml青霉素和100ug/ml链霉素，bFGF的CDMB153 培养基)中，在37°C、5% (X)2培养箱中培养，待细胞铺满培养瓶后进行传代培养获取纯化的黑素细胞，如图1所示。2、黑素细胞的Masson-Fontana染色鉴定将第3代细胞悬浮液浓度调至5 X IO3/ ml，接种于直径为35mm的培养皿中，每皿接种Iml，24h后进行染色。光学显微镜下观察，细胞胞浆中的黑素颗粒呈黑色，细胞核呈红色，证实我们所获得的细胞为黑素细胞。3、MTT法测定不同温度和不同剂量的紫外线照射对体外培养的正常人黑素细胞的增殖活性的影响选择第3代细胞，以6 X 104/ml的密度，分别接种于13个35mm的培养皿中，每孔1.5ml。细胞接种24h后，其中1组在37°C正常培养(对照组)，其中5组分别在 39°C、4rC、42°C、43°C、45°C，5个不同温度下干预，每天干预lh，连续干预3d ；另外7组分别在 20mJ/cm2、30mJ/cm2、40mJ/cm2、50mJ/cm2、70mJ/cm2、90mJ/cm2、120mJ/cm27 个不同辐照剂量下干预，连续干预3天所有干预组在末次干预20h后，向各培养皿中加入5g/L的MTT溶液，37°C孵育4h。弃去培养板内液体加入二甲基亚砜(DMSO)，每皿2. 25ml，振荡15min，在 492nm波长下检测光密度值并计算增殖率细胞增殖率(％ )=(实验组平均吸光度-空白对照平均吸光度)/ (对照组平均吸光度-空白对照平均吸光度)X 100%，选择出适合的干预条件作为下一步实验的条件，如附图3，4所示。4、酪氨酸酶活性和黑素含量测定将培养的第4代细胞调至浓度为2X 105/ml，以每皿4mL分别接种于4个IOOmm培养皿中，24h后分别对采用37°C、5% CO2正常孵育，42°C、 5% CO2条件下每天Ih连续干预3d，40mJ/cm2UVB每天1次连续干预3d以及每天42°C、5% CO2条件下干预完成后马上40mJ/cm2UVB干预连续干预3天，所有组在末次干预24h后，分别参考Maeda和Virador等的方法测定细胞酪氨酸酶的活性和黑素含量，选择492nm波长处比色，以空白孔调零，测各孔吸光度值并计算细胞酪氨酸酶活性和黑素含量增长率。细胞酪氨酸酶活性增长率=[(实验组平均吸光度-空白对照平均吸光度)+ (对照组平均吸光度-空白对照平均吸光度)-1] X 100%。黑素合成增长率=[(实验组吸光度+试验组的细胞数)+ (对照组吸光度+对照组的细胞数)-1] X 100%，获取不同的干预对黑素细胞活性的影响，如图5所示。其次，详尽介绍一下本发明的构造和工作流程如附图6、8、9所示，本发明包括红外线、紫外线双光源，可活动支撑杆及控制台。 光源发光管置于灯罩内，灯罩通过一个活动装置固定在可活动支撑杆上，电源和控制线路沿支撑杆走行，支撑杆的下端固定于控制台上，控制台上分别设有红外光源开关、紫外光源开关、红外线温控旋钮、红外光辐照时间设定装置、紫外光源辐照时间设定装置。本发明的工作流程①患者根据需要治疗的部位调节光源位置；②打开红外线控制开关，根据本发明给出的剂量附表调节需要治疗的时间和温度；③等设备工作5分钟后将需要进行辐照治疗的皮损置于剂量附表规定的位置，首先对皮损进行红外线治疗；④红外线治疗结束后关掉红外光源开关，打开紫外光源开关，同样通过所给的剂量附表调节紫外线辐照所用的时间，进行紫外光治疗；⑤治疗结束后关掉电源，整个治疗流程结束。由于该发明采用了先红外光照射后紫外光照射的序贯疗法，不但能有效地提高白斑皮损的肤色效果，而且也降低了紫外光对皮肤细胞的光毒性作用，减少了光疗的副作用， 这也是本发明比目前临床上已应用的其他同类治疗设备的优势所在。
权利要求
1.一种治疗仪，其特征在于，该治疗仪由红外线紫外线双光源、灯罩、可活动的支撑杆和控制台组成。
2.根据权利要求1所述的治疗仪，其特征在于，所述控制台包括双开关控制系统、温度控制系统及时间控制系统。
3.根据权利要求1所述的治疗仪，其特征在于，红外线紫外线双光源发光管共同置于一个灯罩中，灯罩固定于可活动的支撑杆上，支撑杆固定于控制台上。
4.根据权利要求3所述的灯罩，其特征在于，双光源发光管装于其中，其通过一个活动的装置固定于支撑杆上，灯罩可以分别绕发光管的纵轴和横轴作360°和180°的旋转。
5.根据权利要求1所述的治疗仪，其特征在于，红外线紫外线双光源分别和不同的控制开关连接，双开关分别控制两个光源的发光。
6.根据权利要求3所述的可活动的支撑杆，其特征在于，活动支撑杆可做上、下方向上的活动，并能在光源到达了指定位置后能起到固定光源的作用。
7.根据权利要求2所述的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制系统是通过调控电压来控制红外光源的温度。
8.根据权利要求2所述的时间控制系统，其特征在于，所述时间控制系统具备控制辐照剂量的计时器。
9.权利要求1-8所述的治疗仪在治疗皮肤病中的用途。
10.根据权利要求9的用途，其特征在于，所述皮肤病是白癜风。
11.红外线和紫外线在制备治疗皮肤病的仪器中的用途。
12.根据权利要求11的用途，其特征在于，所述皮肤病是白癜风。
全文摘要
本发明是一种用红外线和紫外线共同作用治疗皮肤病的医疗设备，由红外线、紫外线双光源、灯罩、可活动支撑杆、电源和控制台(包括双开关控制系统、温控系统及时间控制系统)组成。该设备可以照射全身各个部位的皮肤，能有效治疗白癜风等多种皮肤疾病，具有操作简便、安全、可靠、疗效显著，易于被患者接受等优点。
文档编号A61N5/08GK102179011SQ20111005184
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者赵广 申请人:赵广