一种用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的制作方法

1.本技术涉及医疗设备领域，更具体地，涉及一种用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备。


背景技术：

2.阿尔兹海默症(ad)多见于65岁以上老人，起病缓慢或隐匿，随着时间不断恶化，主要表现为认知功能下降、语言功能障碍、情绪不稳定、精神症状和行为障碍、日常生活能力的逐渐下降，最终丧失身体机能并导致死亡。目前，ad起因不明确，随着全球人口老龄化的发展，ad的患者不断增多，给家庭和社会带来了沉重的负担。
3.ad目前在临床上还没有有效的药物治疗方法。多年来，国内外进行了大量运用物理电磁刺激来治疗ad的研究，例如经颅直流电刺激、经颅磁治疗等，但这些电磁治疗只能到达大脑皮层，对深部脑区刺激不佳。近年来，国内外也进行了用近红外光来治疗ad的前沿研究，但目前虽然有一些研究成果，但多在小鼠上进行活体实验，且以人为受试者的临床结果很少。
4.现有技术中治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的近红外光的光平均功率密度较低，近红外光穿透颅骨后在脑组织上的能量沉积较少，难以达到很好的光治疗效果，近红外治疗模块分体设置，使得近红外光不能照射到全脑，光治疗效果较差，且容易使近红外光外泄引起安全问题。
5.再者，现有用近红外光来治疗ad的光疗设备的壳体通常与患者的头部形状适配，而ad患者除了表现为记忆能力下降外，还会表现出情绪躁动、焦虑不安、缺乏安全感、常有多疑且容易被激怒等，如ad患者在接受治疗时头部被卡紧或被要求保持头部不动，这会导致患者对光疗的强烈抗拒，接受度和配合度很差，从而影响光疗效果。


技术实现要素：

6.提供了本技术以解决现有技术中存在的上述问题。需要一种用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备及其头帽，其能够对ad患者进行有效治疗，适应各种病程的ad患者的特殊心理需求和生理需求，提升患者的治疗顺应度，且确保对ad的良好治疗效果。
7.根据本技术的第一方案，提供一种用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备。该光治疗设备包括罩体，罩体，所述罩体以宽松方式容纳患者的头部，使得在治疗过程中所述头部能够在预设角度范围内转动且能够在预设距离范围内上下移动。该光治疗设备包括布设在所述罩体中的近红外照射单元的阵列，所述近红外照射单元的阵列被构造为向患者的头部发射平均功率密度大于40mw/cm2的单波长的近红外光，该光治疗设备还包括降温机构，所述降温机构包括制冷机、所述罩体中邻近所述近红外照射单元的阵列设置的冷气传输内腔以及从所述冷气传输内腔通向所述患者的头部的通路，且配置为将利用制冷机生成的冷气送入所述冷气传输内腔并经由所述通路吹向患者的头部，以对所述患者的头部进行散热。
8.根据本技术的第二方案，提供一种用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的头帽。
该头帽包括罩体，所述罩体以宽松方式容纳患者的头部，使得在治疗过程中所述头部能够在预设角度范围内转动且能够在预设距离范围内上下移动。该头帽包括布设在所述罩体中的近红外照射单元的阵列，所述近红外照射单元的阵列被构造为向患者的头部发射近红外光。该头帽还包括在所述罩体中邻近所述近红外照射单元的阵列设置的冷气传输内腔以及从所述冷气传输内腔通向所述患者的头部的通路，使得利用所述头帽外部的制冷机生成的冷气送入所述冷气传输内腔并经由所述通路吹向患者的头部，以对所述患者的头部进行散热。
9.利用根据本技术各个实施例的治疗阿尔兹海默症的光治疗设备及其头帽，其能够对ad患者进行有效治疗，适应各种病程的ad患者，并且能够使得ad患者在治疗过程中处于比较舒适的环境中，尤其适应一些ad患者对于温度升高的不耐受同时需要较高的照射功率等生理需求，提升患者的治疗顺应度，且能够满足诸如对情绪躁动、焦虑不安、封闭和拥挤空间存在心理障碍等特殊心理需求，确保对ad的良好治疗效果。
附图说明
10.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
11.图1(a)示出根据本技术实施例的用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的构造示意图；
12.图1(b)示出用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的头帽中近红外照射单元的阵列的构造示意图；
13.图2(a)示出根据本技术实施例的各种波长的近红外光照射不同年龄的人在背外侧前额叶皮层(dlpfc)的能量沉积状况的对比图；
14.图2(b)示出根据本技术实施例的各种波长的近红外光照射不同年龄的人在腹内侧前额叶皮层(vmpfc)的能量沉积状况的对比图；
15.图3示出根据本技术实施例的不同波长的近红外光在水、脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白中的吸收曲线图示；
16.图4示出根据本技术实施例的用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的头帽在佩戴状态下的示意图；
17.图5示出根据本技术实施例的患者的全脑的各个脑区的分布示意图；
18.图6示出根据本技术实施例的用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的头帽的立体图；
19.图7示出根据本技术实施例的用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的总体构造示意图；
20.图8示出利用根据本技术实施例的光治疗设备对于5月龄的ad小鼠进行光疗后，接受光疗的ad小鼠与对照组ad小鼠的水迷宫实验的活体实验数据的对比图表；
21.图9示出利用根据本技术实施例的光治疗设备对于5月龄的ad小鼠进行光疗后，接
受光疗的ad小鼠与对照组ad小鼠的大脑皮层区域和海马ca1区域的病理切片图，其中示出了β-淀粉样蛋白(aβ)(图9中示出为颗粒)的分布状况；以及
22.图10示出利用根据本技术实施例的光治疗设备对ad患者进行光疗后，接受光疗的ad患者与对照组ad患者的阿尔茨海默症评估量表认知量表(adas-cog)评分的对比图表。
具体实施方式
23.为使本领域技术人员更好的理解本技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本技术的实施例作进一步详细描述，但不作为对本技术的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。
24.本技术中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。本技术中使用的术语“头部”表示人体脖子(颈椎)以上的器官，包括脑部以及颅骨、皮肤和毛发等脑外组织。本技术中使用的术语“脑部”表示去除了脑外组织等留下的器官，主要旨在表示大脑，但不限于此，也可以包含大脑、小脑和脑干等。本技术中使用的术语“全脑”旨在与分立的脑区比如额叶、颞叶区分开，但并不受限于“脑部”的穷尽的各个区域。“全脑”至少包含额叶、颞叶、顶叶和枕叶，在一些情况下也可以(但并非必须)进一步包含海马体、杏仁核等，在另一些情况下也可以(但并非必须)进一步包含小脑、脑干等。
25.本技术人的研究团队在近红外光对ad的治疗和光治疗设备方面进行了深入的研究，进行了大量的仿真实验和临床实验，不仅论证了ad光治疗设备理论上和事实上的可行性，在针对各种病程的ad患者的临床实验中，也关注并深入研究了这些患者的特殊心理需求和生理需求。本技术提出了一种用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备，其不仅能够显著提升患者的治疗顺应度，且确保对ad的良好治疗效果。
26.图1(a)示出根据本技术实施例的用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的构造示意图。如图1(a)所示，该光治疗设备包括罩体1，所述罩体1以宽松方式容纳患者的头部，使得在治疗过程中，所述头部能够在预设角度范围内转动且能够在预设距离范围内上下移动。不同于适配于患者的头部形状，罩体1与患者的头部之间预留了少许几个cm级别的空隙，优选地，空隙为1-2cm，使得患者能够按照自己的意愿在预设角度范围内和预设距离范围内活动自己的头部，这种开放式的罩体1设计对于患者的头部无束缚感，对于情绪躁动、焦虑不安、抵触甚至恐惧密闭或拥挤空间的老人来说尤其友好，从而能够显著提升ad患者的治疗顺应度。具体说来，所述光治疗设备可以用于治疗患有ad且对密闭或拥挤空间存在心理障碍的患者。这种对于密闭或拥挤空间的心理障碍可以是患者本身因为年龄或者除了ad以外的心理疾病所导致，也可以由于患有ad而导致的。罩体1的这种设计也能够广泛适用于处于ad的不同病程的患者的行为特点。举例来说，对于早期ad患者来说，判断能力下降且常有多疑且会被激惹，这种有充分自由度和开放度的罩体1的佩戴容易被患者所接受而不容易发生激惹，使得患者可以配合光治疗的持续进行。又例如，对于中期ad患者来说，情绪波动剧烈，急躁不安，常常走动不停，有些患者的头部可能会频繁无意识小幅晃动，这种开
放式的罩体1允许患者的头部发生这种无意识的小幅晃动而不让罩体1本身发生随动震颤。因此无需强制停止这种小幅晃动，增加了患者的舒适性也降低了医护人员的工作负荷，与此同时，又能够避免患者头部的这种晃动传递给罩体1导致影响光治疗效果。因此，所述光治疗设备可以用于治疗情绪躁动、焦虑不安的阿尔兹海默症患者。
27.该开放式的宽松设计的罩体1可以让各种病程的ad患者更愿意接受治疗，单次的照射也能够坚持更长的时间，例如每次照射20分钟、30分钟，甚至更长的时间，从而进一步提升治疗效果。
28.所述光治疗设备进一步包括布设在所述罩体1中的近红外照射单元2的阵列。作为示例，如图1(b)所示，每个近红外照射单元2包括多个近红外发光二极管2a。在一些实施例中，每个近红外照射单元2可以包括单个近红外发光二极管2a。所述近红外照射单元2的阵列被构造为向患者的头部发射平均功率密度大于40mw/cm2的近红外光。可以理解的是，本技术中使用的术语“平均功率密度”表示近红外光在单位时间辐照在单位面积上的能量大小。
29.发明人研究发现，对于诸如65岁以上的患有ad的老年人患者来说，需要提供更高的功率密度，才能确保有足够的光能量进入到脑部来对ad进行有效地治疗。本技术实施例的光治疗设备中，近红外照射单元2的阵列被构造为向患者的头部发射功率密度大于40mw/cm2的近红外光，使得有足够的光能量进入脑部。再者，本技术实施例的光治疗设备中，罩体1没有采取适配的设计，而是采取头部能够在容纳空间中自由活动的宽松设计，罩体1与头部之间的间隙也会导致近红外光的散射，近红外光的散射叠加使得各个脑区位置上都具有较高的功率密度，进一步满足了功率密度的增加需求，进而满足全脑上较高的功率密度的要求。
30.发明人通过仿真实验和临床实验发现，对于本技术的罩体1采取宽松设计的光治疗设备，大于40mw/cm2的平均功率密度，对于患有ad的老人，也能够确保有足够的光能量进入到脑组织中，确保良好的治疗效果。具体说来，所采用的平均功率密度可以为40mw/cm
2-150mw/cm2，例如60mw/cm2、70mw/cm2、80mw/cm2、90mw/cm2、100mw/cm2、120mw/cm2等。对于一些特定的脑区，例如额叶和颞叶，近红外光的平均功率密度可以为50mw/cm2以上至150mw/cm2，优选70mw/cm2以上。
31.大于40mw/cm2的平均功率密度，常规的风扇式的降温机构是不适合的，即便加大风量，ad患者也依然感觉到头皮附近的温感不适，甚至难以忍受的烫感，从而不能承受持续的治疗，并且风量过大也会给患者的头部造成不适。而对于例如某些类型的照射治疗，例如全脑区的照射治疗，或者对于某些特殊的重点关注脑区，例如额叶和颞叶，要求的平均功率密度可能会更高，例如达到70mw/cm2以上，甚至150mw/cm2。通过经由近红外光在体外照射皮质细胞证实，近红外照射单元2的阵列可以被构造为向患者的头部发射平均功率密度小于250mw/cm2的近红外光，这个范围的平均功率密度可以避免热损伤风险，且避免抑制作用和线粒体损伤。
32.在一些实施例中，所述近红外照射单元2的阵列可以被构造为向患者的头部发射一定范围的中心波长的近红外光，该范围的中心波长的近红外光的平均能量沉积和脱氧血红蛋白hb、氧合血红蛋白hbo2吸收系数均较好。优选地，所述近红外照射单元2的阵列可以被构造为向患者的头部发射中心波长为800-820nm的近红外光，下文中会结合图2(a)、图2
(b)及图3进行具体说明。优选地，所述近红外照射单元2的阵列被构造为向患者的头部发射中心波长为810nm的单波长的近红外光。
33.在一些实施例中，所采用的近红外光所需的平均功率密度可以根据患者的属性来确定和调整。例如，平均功率密度根据所述患者的脑外组织的透光性来确定，使得脑外组织的透光性低的患者的平均功率密度高于脑外组织透光性高的患者的平均功率密度。
34.具体说来，ad患者具有更低的对温度和疼痛的敏感度，也就是说，ad患者在发现和报告损伤之前，可能会经历更大程度的疼痛和潜在的更大程度的组织或器官损伤，并且，ad患者中65岁以上老人占了较大比例，而老人相对于年轻人更容易怕冷。因此，在采用较高的平均功率密度甚至总功率来对ad患者进行治疗的情况下，尤其地需要充分考虑ad患者群体对温度和疼痛的敏感度的特点，为其提供一个较为舒适、不会引起疼痛甚至热损伤的治疗环境，有助于延长治疗时间，从而能够实现更好的治疗效果。
35.根据本技术实施例的光治疗设备进一步包括基于制冷机3的降温机构4，来对患者的头部进行充分散热以良好解决了上述难题。具体说来，返回参考图1(a)，如图1(a)所示，所述降温机构4包括制冷机3、所述罩体1中邻近所述近红外照射单元2的阵列设置的冷气传输内腔5以及从所述冷气传输内腔5通向所述患者的头部的通路7，且配置为将利用制冷机3生成的冷气送入所述冷气传输内腔5并经由所述通路7平缓地吹向患者的头部，以对所述患者的头部进行散热。在一些实施例中，冷气经由所述通路吹向患者的头部的风速为0.5-3.5m/s，这个风速对于患者来说是舒适的，又能够确保散热效果，优选地，风速为1-2.5m/s。利用这样的降温机构4，在所述近红外照射单元2的阵列向所述患者的头部(例如全部脑区)一起发射所述近红外光的情况下，所述近红外光的总功率大于3w，甚至对于某些对总功率有更高要求的特殊光治疗方案，总功率可以达到10w以上。在这样的平均功率密度和总功率的情况下，降温机构4依然能够对患者的头部进行充分散热，使得患者的头皮附近的温度为23摄氏度到43摄氏度。优选地，使得患者的头皮附近的温度为25摄氏度到40摄氏度，这个温度接近体温，人体在该温度环境中会比较舒适，即便对于对温度和疼痛的敏感度较低且怕冷的老年人都会感觉比较舒适，且不会造成热损伤，使得他们能够持续地接受治疗。通过这样的降温结构4配合之前描述的宽松设计的罩体1，使得各种病程的ad患者更愿意接受持续的照射治疗，单次的照射也能够坚持更长的时间(时间越长头皮附近的产热也越高)，从而进一步提升治疗效果。
36.作为示例，该通路7可以通过冷气传输内腔5向内侧的透气孔6以及罩体1与患者的头部之间的空隙来构成所述通路，如图1(a)所示，但这仅仅作为示例，也可以从冷气传输内腔5引出冷气输送管并朝向患者的头部输送冷气，在此不赘述。通过降温机构4的结构让罩体1保持全方位地罩住头部，这避免漏光，降低红外光外漏导致的安全风险，并实现将足够的光能量传输到全脑以确保治疗效果，同时依然确保良好且舒适的散热效果。
37.图4示出根据本技术实施例的用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的头帽在佩戴状态下的示意图。如图4所示，所述罩体1具有固定的结构和尺寸，以宽松方式容纳患者的头部，使得在治疗过程中所述患者的头部的横向可活动间隔为1-2cm。在一些实施例中，罩体1被构造为至少罩住全脑。具体说来，罩体1的构造留出一定的裕量，使得在患者在预设角度范围内转动或者预设距离范围内上下移动时，罩体1依然能够罩住全脑，使得如果需要可以利用近红外照射单元2的阵列(参见图1(a)和图1(b))照射到全脑的各个脑区。进一步地，罩
体1的宽松和开放式设计，可以对于一定程度上头部形状和尺寸存在个体差异的患者采用固定不变的结构和尺寸，而未必要为患者个体定制与其头部形状和尺寸严格适配的罩体1，从而使得罩体1可以标准化制造，制造成本更低，光治疗设备的适应患者群体更广泛，降低了光治疗设备的使用场所例如医院、社区、家庭的设施采购和维修成本。具体说来，所谓固定的结构和尺寸，意味着罩体1可以不设置活动组件，甚至可以模制一体成型，从而增加了罩体1的使用寿命且简化了罩体1的结构。
38.图5示出根据本技术实施例的患者的全脑的大脑皮层的各个脑区的分布示意图。如图5所示，大脑皮层的各个脑区主要包括额叶、颞叶、顶叶、枕叶和小脑等。发明人发现，在治疗ad时，使得近红外照射单元的阵列对患者的头部的全部脑区一起发射近红外光，尤其至少对额叶、颞叶和海马体一起发射近红外光，相较仅仅照射部分脑区能够起到更好的治疗效果。具体说来，海马体位于大脑丘脑和内侧颞叶之间，属于边缘系统的一部分，担当着关于短期记忆、长期记忆以及空间定位的作用，海马体萎缩与阿尔茨海默症密切相关。随着ad的发展，病灶进一步蔓延到额叶和颞叶，大脑慢慢萎缩，导致记忆的进一步缺失和生活自理能力的丧失。颞叶的功能主要包括听觉感知、语言接收、视觉记忆、陈述性(真实的)记忆和情绪控制等。具体说来，右颞叶病变的患者常常会失去对非言语性听觉刺激(如音乐等)的理解，左颞叶病变则会影响到患者对语言的感知、记忆和组织。额叶则是人最复杂的心理活动的生理基础，负责计划、调节和控制人的心理活动，对人的高级的、目的性行为有重要作用，既与注意、记忆、问题解决等高级认知功能有密切关系，也与人格发展有密切关系。
39.通过让罩体罩住全脑，进而让近红外照射单元2的阵列对患者的头部的全部脑区，至少包括额叶、颞叶和海马体，一起发射近红外光，以对病灶涉及的皮层分区进行全面周到的光疗，从而取得更好的治疗效果(下文中会用临床实验和临床数据予以证实)。在一些实施例中，所述近红外照射单元2的阵列被构造为以高于其他脑区的平均功率密度，向额叶和颞叶发射所述近红外光，从而可以加强对关注重点额叶和颞叶的治疗效果。
40.在一些实施例中，所述近红外照射单元2的阵列被构造为向脑网络节点发射近红外光，该脑网络节点可以至少包括内侧前额叶皮层、内侧颞叶、扣带皮层、楔前叶以及下顶叶中的至少一个。研究表明，内侧前额叶皮层、内侧颞叶、扣带皮层、楔前叶以及下顶叶中各个脑网络节点之间的功能连接与ad的发展进程存在一定的相关性，例如，针对ad患者构建脑网络连接，发现相较于正常人，位于内侧颞叶的海马与内侧前额叶皮层、楔前叶等脑网络的节点之间的功能连接强度显著减弱，甚至某些ad患者的脑网络的功能连接强度结果显示，海马失去了与某些脑网络节点之间的连接。将近红外照射单元2的阵列构造为向上述脑网络节点发射近红外光，能够增强这些脑网络节点之间的脑功能连接，提高脑区间的协同工作、信息传递能力，改善记忆能力、认知功能等。具体地，可以基于患者的头部的脑功能成像和/或脑结构成像来构建脑网络以及确定脑网络的各个节点，例如通过mri图像来建立脑网络，脑网络中可以包括以脑区作为节点的多个节点，各个节点对应不同的脑区，或者，也可以一个脑区上设置有多个节点，节点对之间具有功能连接，节点对之间的功能连接强度可以用于表征脑区间的协同工作、信息传递等。
41.在一个具体实施例中，脑网络节点至少包括位于内侧颞叶的海马，近红外照射单元2的阵列被构造为向海马以及脑网络节点中与海马的功能连接强度弱于预定水平的脑网络节点发射近红外光。如此，针对性的向该脑网络节点中功能连接失衡(也就是功能连接弱
于预定水平，例如功能连接弱于正常水平或失去功能连接)的节点进行局部重点照射，例如，采用平均功率密度大于70mw/cm2的近红外光来照射，不仅可以增强海马与其他脑网络节点之间的功能连接强度，甚至帮助恢复海马与其他脑网络节点之间的功能连接，实现很好地对ad的治疗效果，只针对这些脑网络节点区域发射近红外光，还能够减少产热，降低对降温机构的要求，且能够更容易使患者的头部处于较舒适的环境中，提高舒适度。
42.在一些实施例中，近红外照射单元2的阵列被构造为向包括内侧前额叶皮层、位于内侧颞叶的海马、前扣带皮层、楔前叶以及下顶叶的这些脑网络节点一起发射近红外光，如此，可以增强该脑网络中各个节点之间的功能连通性，实现对ad更好地治疗效果。
43.可以理解的是，利用近红外照射单元2的阵列来针对性的对脑网络的节点进行局部重点照射时，对于功能连接失衡的节点对，可以对其中一个节点进行照射，也可以同时对该节点对(也就是两个节点)一起照射，尤其地，在节点对中的某一个节点位于大脑深部很难被照射到的情况下，例如位于大脑深部的海马，可以对该节点对中另一个更容易被照射到的节点进行照射，这样也能够间接作用于另一个位于大脑深部的节点，实现一定地光治疗效果，本技术对脑网络节点的照射方式不作具体限定。
44.图6示出根据本技术实施例的用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的头帽的立体图。如图6所示，罩体1可以具有左侧凸耳部和右侧凸耳部8，左侧凸耳部在图6中被遮住而没有示出，本文中对左侧凸耳部和右侧凸耳部统一用附图标记8来表示。左侧凸耳部和右侧凸耳部8可以分别罩住所述患者的左侧和右侧的颞叶，左侧凸耳部和右侧凸耳部各自均布设有近红外照射单元2(如图1(b)所示)以对罩住的颞叶区域发射近红外光。参见图5所示的脑区分布，颞叶会向着耳部延伸，这一延伸部能够被左右侧凸耳部8罩住并得到充分的近红外光照射。
45.在一些实施例中，所述左侧凸耳部和所述右侧凸耳部8可以构造为：在治疗过程中所述头部在预设角度范围内转动且在预设距离范围内上下移动的情况下，所述左侧凸耳部和所述右侧凸耳部8上布设的近红外照射单元2(如图1(b)所示)依然能够照射到所述患者的颞叶。具体说来，所述左侧凸耳部和所述右侧凸耳部8可以设计为延伸到颞叶对应头部的周围区域，相对于颞叶保留与预设角度范围和预设距离范围相关联的裕量。如此，即便患者因为活动意愿或者不可控的震颤导致要转动或移动时，其颞叶总是能够被充分照射到，从而确保治疗效果。
46.左右侧凸耳部8可以向着患者的耳部延伸，在一些实施例中，可以向下延伸到所述患者的耳部以下，如此，左右侧凸耳部8上布设的近红外照射单元2发射的近红外光不仅可以周到地照射到左右侧的颞叶，还可以经由耳道照射到海马体。请注意，从耳部沿着耳道延伸到深处可以到达海马体，经由耳道到海马体的光传输距离相较从额叶照射进去到海马体的光传输距离要小得多，且耳道对于近红外光的衰减要远远小于颅骨对近红外光的衰减，如此，可以让位于脑部深处的海马体也得到近红外光的充分照射。海马体与ad的发展密切相关，通过让足够的近红外光能量在达到额叶和颞叶的同时，也能到达海马体，能够显著改善脑部线粒体的功能和atp的水平、促进β-淀粉样蛋白(aβ)分解、减少aβ的沉积、降低对神经细胞的损伤、提高神经组织的修复和再生能力、改善认知能力，使得对ad的光治疗效果更加显著。
47.在一些实施例中，罩体1包含前额部9，且在所述前额部9与所述左侧凸耳部和所述
右侧凸耳部8之间具有曲线衔接部10，以便所述左侧凸耳部8、前额部9和所述右侧凸耳部8的下缘以曲线连接成一体，从而完全罩住所述患者的左右侧颞叶。如图5所示的脑区分布，颞叶的一部分在太阳穴附近，通过曲线衔接部10能够罩住这一部分并提供充分的近红外光照射。发明人发现，随着ad的发展，病灶会蔓延到颞叶的各个部分，对各部分提供周到且充分的近红外光照射，能够起到更有效的治疗效果。有时候，不经过脑功能成像是无法确定病灶所及的颞叶的具体部位，而对于患者而言，获取脑功能成像的花费较高，此外，各个患者的头型、尺寸等有所不同，且在实际佩戴光治疗设备时，由于光治疗设备是佩戴在患者的头部，医护人员、患者或者其他陪护人员是很难从位于外部的头部表面准确的判断各个脑区的位置的，那么通过左右侧凸耳部8连同曲线衔接部10的联合设计，能够完整地盖住病灶所波及的各个部位，从而起到更有效的治疗效果，并且无需分散陪护人员或者患者自身的过多的注意力，能够减轻工作负担。
48.在一些实施例中，所述罩体1前部的下缘呈平缓的曲线状，且所述下缘的中间部分相对于两侧部分向下延伸，以用于引导用户将所述下缘佩戴到眉骨。这种中间低两侧略高的曲线状与眉骨的构型相匹配，根据日常习惯(例如佩戴眼镜的习惯)，用户会自然将这种曲线状的下缘拉近到眉骨，如此，就能够照射到完整的前额，并且可以使得医生或者患者可以直观确认佩戴位置适当。对于宽松设计的罩体1，这种中间低两侧略高的曲线状还会在佩戴时引导用户的前额主动靠近罩体1，这种足够靠近前额的佩戴位置是适当的，因为前额叶是重点治疗区域，需要确保照射效果，而通过将该曲线状的下缘贴近眉骨，就能以到患者和医生都确认已经到了适当的佩戴位置，患者也会有意识地保持在该适当的佩戴位置。
49.回到图1(b)，至少部分近红外照射单元2的包括照射参数能够独立调节，照射参数至少包括平均功率密度，例如，可以独立控制每个近红外照射单元2的照射参数，也就是说，照射参数以近红外照射单元2为单位进行调节，近红外照射单元2可以包括一组多个近红外发光二极管2a，如此兼顾灵活度和效率地控制所有近红外发光二极管2a的照射参数。照射参数除了平均功率密度，还可以包括脉冲频率、波形、占空比等。在另一些实施例中，也可以每两个近红外照射单元2的照射参数独立控制，具体可根据实际照射需求而定。在一些实施例中，至少部分近红外照射单元2的脉冲频率能够独立调节，如此，针对不同的脑区设定不同的脉冲频率，可以实现对各个脑区的针对性治疗。
50.在一些实施例中，近红外照射单元2的阵列被构造为向患者的头部发射中心波长为800-820nm的近红外光。研究发现，使用中心波长为800-820nm的单波长的近红外光更为适宜和有效。
51.图2(a)示出根据本技术实施例的各种波长的近红外光照射不同年龄的人在背外侧前额叶皮层(dlpfc)的能量沉积状况的对比图，图2(b)示出根据本技术实施例的各种波长的近红外光照射不同年龄的人在腹内侧前额叶皮层(vmpfc)的能量沉积状况的对比图。如图2(a)和图2(b)所示，对于不同年龄范围在dlpfc和vmpfc两个皮层区域的能量沉积状况，810nm的中心波长都优于670nm、850nm、980nm和1064nm的能量沉积状况，接下来次优的是1064nm和850nm的中心波长。仿真实验验证，中心波长为800-820nm中其他波长数值的单波长的近红外光的能量沉积状况也都能获得优于670nm、850nm、980nm和1064nm的能量沉积状况。
52.本技术实施例的近红外照射单元2使用了单波长且中心波长为800-820nm的近红
外光来照射，其中心波长并非670nm所在的周边波长范围(例如630-750nm)，也非980nm所在的周边波长范围(例如900-1020nm)，从而能够获取优化的能量沉积状况。进一步地，本技术实施例的近红外照射单元2照射的近红外光并不依赖于双波长或者多波长，中心波长为810nm左右的单波长只要功率密度适当就能取得良好的治疗效果，下文中会提供动物实验数据和临床数据予以证实。
53.图3示出根据本技术实施例的不同波长的近红外光在水、脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白蛋白中的吸收曲线图示。如图3所示，采用950nm-1000nm的波长时，近红外光在水中的吸收率很高，但在脱氧血红蛋白中的吸收率很低，远低于810nm左右的波长的近红外光在脱氧血红蛋白中的吸收率。从图3中也可以看到，800-820nm的波长范围的近红外光在脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白中的吸收率都比较均衡且均显著高于在水中的吸收率。对于同一个治疗靶区来说，如分别使用相同功率密度的近红外光来照射，显然使用诸如760nm-860nm和950-1000nm的双波长，不如集中使用810nm左右的单波长来照射，氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收效果更好，治疗效果也更好，单波长的近红外照射单元2的阵列成本更低，控制起来也更方便。
54.近红外光可以包括脉冲光。使用在适当频率范围内的单频率的脉冲光具有良好的照射效果，该单频率的频率范围可以为α波的频段(例如10hz)，或者γ波的频段(例如40hz)。在一些实施例中，可以使用包含至少两种在一定频率范围内的频率分量的脉冲光来执行照射，在某些情况下照射效果优于使用常规单频率的脉冲光的照射效果。在一些实施例中，所述脉冲光包括第一脉冲频率的脉冲波分量和/或第二脉冲频率的脉冲波分量，所述第一脉冲频率为7hz-13hz，所述第二脉冲频率为30hz-100hz。优选地，所述第一脉冲频率为10hz，所述第二脉冲频率为40hz。本发明发现，采用适当的频率，例如但不限于α波频段和γ波频段，相较其他频率照射效果更好。所述脉冲光包括α波和γ波分别作为第一脉冲频率的脉冲波分量和第二脉冲频率的脉冲波分量，且通过如下任何一种方式来形成。例如，可以将α波和γ波同步混叠，来形成各个近红外发光二极管2a发射的脉冲光的波形。也就是说，让各个近红外发光二极管2a直接发射由α波和γ波两者同步混叠而成的波形，从而实现时间同步且空间重合的混合波形(由α波和γ波两个频段混叠成的脉冲光)。又例如，可以将α波和γ波分时组合，来形成各个近红外发光二极管2a发射的脉冲光的波形。也就是说，对同个近红外发光二极管2a，其可以在不同时间段点亮以交替照射α波和γ波，这是单纯空间重合的混合模式。在一些实施例中，可以控制第一组近红外发光二极管2a中的各个发射α波的脉冲光，第二组近红外发光二极管2a中的各个与之同步地发射γ波的脉冲光，也就是说，让第一组和第二组的近红外发光二极管2a在同个时间段被同时点亮。具体说来，可以在相同时间段点亮不同脑区对应的近红外发光二极管2a，这是仅仅时间重合的混合模式，如此可以对不同脑区提供特异性的频率和波形的脉冲光。
55.请注意，本技术中以宽松开放式的头帽作为照射多频率的脉冲光的载体，但本技术不限于此，还可以利用其它结构的头帽例如适配头部的头帽，或者利用非头帽式的佩戴装置，例如但不限于眼镜等，作为载体来来对患者的脑部照射多频率的脉冲光。
56.在一些实施例中，近红外照射单元2的脉冲频率为可调节的，其中，可调节范围为0hz-100hz，例如，采用8hz、10hz、30hz、40hz等脉冲频率的近红外光来进行照射等，如此，使用光治疗设备实施光治疗时，用户可以根据患病程度、目标脑区等来自行且针对性的确定
较为适宜的脉冲频率，以实现更好地光治疗效果。
57.本技术还提供一种用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的头帽。如图1(a)和图1(b)所示，该头帽包括罩体1，所述罩体1以宽松方式容纳患者的头部，使得在治疗过程中所述头部能够在预设角度范围内转动且能够在预设距离范围内上下移动。该头帽还包括布设在所述罩体1中的近红外照射单元2的阵列，所述近红外照射单元2的阵列被构造为向患者的头部发射近红外光。在一些实施例中，每个近红外照射单元2可以包括多个近红外发光二极管2a。该头帽还可以包括所述罩体1中邻近所述近红外照射单元2的阵列设置的冷气传输内腔5以及从所述冷气传输内腔5通向所述患者的头部的通路7，使得利用所述头帽外部的制冷机3生成的冷气送入所述冷气传输内腔5并经由所述通路7吹向患者的头部，以对所述患者的头部进行散热。
58.现在回到图1(b)，对用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的头帽中关于近红外照射单元2和降温机构4的具体实现方式进行例示说明。
59.如图1(b)所示，该头帽可以包括罩体1，所述罩体以宽松方式容纳患者的头部，使得在治疗过程中所述头部能够在预设角度范围内转动且能够在预设距离范围内上下移动。本技术各个实施例中结合光治疗设备描述的罩体1的实现方式都可以结合于此，在此不赘述。
60.该头帽1可以包括布设在所述罩体1中的近红外照射单元2的阵列，每个近红外照射单元2包括多个近红外发光二极管2a，所述近红外照射单元2的阵列被构造为向患者的头部发射近红外光。本技术各个实施例中描述的近红外照射单元2的阵列的实现方式都可以结合于此。
61.该头帽1中还设置有用于与外置的制冷机3和冷气输送管路12协同使用的降温构件，以形成能够对患者的头部进行充分散热的降温机构4。具体说来，如图1(b)所示，所述罩体1中邻近所述近红外照射单元2的阵列设置有冷气传输内腔5以及从所述冷气传输内腔5通向所述患者的头部的通路7，使得利用所述头帽外部的制冷机3生成的冷气(例如经由冷气输送管路12)送入所述冷气传输内腔5并经由所述通路7吹向患者的头部，以对所述患者的头部进行散热。
62.结合参考图1(a)和图1(b)，所述罩体1包括外层12a和作为内层的透明罩13，所述外层12a与所述透明罩13之间形成有冷气传输内腔5，所述透明罩13上开设有多个通气孔6，以便各个通气孔6连同所述透明罩13与所述患者的头部之间的空隙构成通路7。可以看到，通气孔6可以分组开设，以便从四周吹向头部的冷气分布更均匀，使得老年ad患者能感觉舒适并配合治疗。
63.所述近红外照射单元2可以采用各种实现方式，例如，可以为承载有多个近红外发光二极管2a的灯板2b(如图1(b)所示)，所述多个通气孔6分组分布式开设(如图1(a)所示)，可以实现为多点阵列，使得各组通气孔6分别对应各个灯板2b。灯板2b正对的空隙部分是升温比较显著的，对应各个灯板2b开设的各组通气孔6就可以针对性地输送冷气，以高效地减少该部分空隙的热量，且冷气能够平缓且均匀地由各个通气孔6排出，均匀地为头皮散热，能够进一步提高患者舒适度。
64.所述罩体1的外层12a包括热气抽取内腔14，所述热气抽取内腔14中至少容纳有电路15，且经由进气口16(如图4所示)和出气口17与外界连通，使得经由进气口16引入的空气
携载所述电路15的产热并经由所述出气口17排放到外界。发明人注意到，近红外照射单元2的阵列被构造为平均功率密度大于40mw/cm2的情况下，电路15的产热也会非常高，电路15有时的局部产热显著高于近红外发光二极管2a光热转换的产热，因此分别设置了热气抽取内腔14来高效地排走热量，从而避免电路15的局部产热大量传导到近红外发光二极管2a侧甚至头部侧，进而提升散热效率。在一些实施例中，电路15的外侧可以配备导热片以引导热量向外侧传输排放。
65.在一些实施例中，所述热气抽取内腔14与所述冷气传输内腔5彼此独立。如此，可以避免电路15的产热蔓延到冷气传输内腔5，从而不利地影响对于头部与透明罩13之间的间隙的散热效果。
66.如图1(a)和图1(b)所示，所述冷气传输内腔5具有在外侧上的透明隔板18，各个灯板2b位于所述透明隔板18的外侧。透明隔板18能够将热气抽取内腔14与冷气传输内腔5完全分隔开，如此，可以避免传输的冷气进入到热气抽取内腔14，让冷气能够更大程度地作用于头部与透明罩13之间的间隙，提升对间隙的散热效果。
67.图7示出根据本技术实施例的用于治疗阿尔兹海默症的光治疗设备的总体构造示意图。如图7所示，该光治疗设备还可以包括用户终端19，所述用户终端19可以配置为由用户进行交互操作。可以在用户终端19中配置计算机存储介质，其上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可以由处理器执行时，实现与用户的各种交互步骤。存储介质可以包括只读存储器(rom)、闪存、随机存取存储器(ram)、诸如同步dram(sdram)或rambus dram的动态随机存取存储器(dram)、静态存储器(例如，闪存、静态随机存取存储器)等，其上可以以任何格式存储计算机可执行指令。
68.在一些实施例中，所述用户终端19可以配置为：获取所述患者的生理参数，所述生理参数包括年龄、脑外组织的透光性和阿尔兹海默症相关的生化参数；基于所获取的所述患者的生理参数，生成所述患者的建议红外光治疗方案，并显示给用户。
69.在一些实施例中，所述用户终端19进一步配置为接收用户对所述建议红外光治疗方案的确认操作；在接收到确认操作后，各个近红外照射单元2(如图1(a)和图1(b)所示)根据确认红外光治疗方案来执行照射。
70.具体说来，用于控制照射的控制器(未示出)可以位于用于用户终端19上，也可以位于头帽处，而由用户终端19向头帽处的控制器发出包含确认红外光治疗方案的执行指令。控制器可以通过各种处理器来实现，可以是包括一个以上的通用处理装置的处理装置，诸如微处理器、中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)等。更具体地，处理器可以是复杂指令集计算(cisc)微处理器、精简指令集计算(risc)微处理器、超长指令字(vliw)微处理器、运行其他指令集的处理器，或者运行指令集组合的处理器。处理器还可以是一个以上的专用处理装置，诸如专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、片上系统(soc)等。优选地，大部分的运算和处理都集中于用户终端19处，而降低头帽的运算负荷和软硬件成本。
71.在一些实施例中，光治疗设备还包括支架20，如图7所示，罩体1通过弹性件21与支架20相连接，弹性件21在治疗过程中为ad患者的头部提供了一定的活动裕量，使得患者头部的移动自由性更高，能够进一步提升舒适度，提高患者的使用体验。
72.发明人对5月龄的ad小鼠进行光疗的活体实验，所使用的单波长的近红外光的中
心波长为800-820nm，脉冲频率为10hz，照射频次为每天一次，每次持续时间10分钟，持续了5周。接受光疗的ad小鼠(也称为实验组)与对照组ad小鼠(也称为对照组)在水迷宫实验上表现得到显著改善，如图8所示，实验组相较对照组找到平台的航行距离显著缩短，实验组相较对照组在逃避潜伏期上缩短了36％。而且，对实验组的脑组织，包括皮层区域和海马ca1区域两者，取样后分析出的aβ蛋白的分布分别均显著少于对照组，如图9所示。研究认为，淀粉样前体蛋白(app)裂解产生的淀粉样β(aβ)蛋白在细胞外的积累，是ad发病机制的重要因素，而且，脑皮层中广泛的aβ斑块沉积，与皮层中tau蛋白病变所引发的神经纤维缠结，是ad显著的病理标志。由此，实验组经过上述近红外光照射治疗后显著减少的aβ斑块沉积，意味着对ad的良好治疗效果。
73.发明人利用根据本技术实施例的光治疗设备对于ad患者进行光疗的临床实验，使用中心波长为810nm的单波长的近红外光且平均功率密度大于40mw/cm2，照射频次为每周5-7次，每次持续时间30分钟，持续了4个月。其中，优选地，在重点区域额叶和颞叶的平均功率密度约为90-120mw/cm2，其中，绝大部分区域的光平均功率密度在100mw/cm2以上，优选地，在顶叶和枕叶的平均功率密度大于60mw/cm2。
74.中期临床实验结果如图10所示，图10示出利用根据本技术实施例的光治疗设备对ad患者进行光疗后，接受光疗的治疗组ad患者与对照组ad患者的阿尔茨海默症评估量表认知量表(adas-cog)评分的对比图表。
75.可以看到，治疗组接受2个月的近红外光治疗后，adas-cog量表总评分平均较基线减小6.7分，有显著的统计学差异，而未接受近红外光治疗的对照组的adas-cog量表总评分在2个月后增加了3分，由adas-cog评分结果证实了根据本技术实施例的光治疗设备对于ad的良好治疗效果。
76.除了adas-cog评分外，本临床实验还对mmse评分进行了分析，mmse评分总分30，得分越低说明认知损坏越严重。接受光治疗的ad患者的mmse评分基线数据为11.67分，2个月后mmse评分为14.83分，平均较基线增加3.12分，说明经受光治疗后，ad患者的认知功能有所改善。由mmse评分也证实了根据本技术实施例的光治疗设备对于ad的良好治疗效果。
77.此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本技术的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本技术的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
78.以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本技术。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本技术的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
79.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。