專利名稱:大功率紫綠紅led光診斷治療儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種治療儀,特別涉及一種大功率紫綠紅LED光診斷治療儀。
背景技術(shù):
光療作為一種有效的治療手段,在臨床和工程上正得到越來越廣泛的應(yīng)用。光療 的理論基礎(chǔ)是生物組織吸收光能并將光能轉(zhuǎn)變成熱能和化學(xué)能從而導(dǎo)致體內(nèi)產(chǎn)生一系列 連鎖的化學(xué)反應(yīng)。這些化學(xué)反應(yīng),概括起來有四種類型光致分解、光致氧化、光致聚合和光 致敏化。不同波段的光所產(chǎn)生的生物效應(yīng)也有不同,由此,人們研究開發(fā)了一些針對(duì)不同疾 病的不同波段的治療方法和治療儀器。概括的講,紅外光主要是利用它的熱效應(yīng),機(jī)體吸收 紅外光后引起體溫升高,局部或全身血管擴(kuò)張,血流速度加快促進(jìn)新陳代謝和細(xì)胞增生,有 消炎和鎮(zhèn)痛作用;綠光用于鎮(zhèn)靜,可以診斷、定位惡性腫瘤;紫外光主要利用它的高能輻射 殺菌,治療各種病菌引起的皮膚病,還能激發(fā)卟啉類化合物產(chǎn)生熒光用以診斷癌變細(xì)胞。目前,綜合考慮光敏劑吸收特性和組織光透特性,光動(dòng)力治療和熒光診斷 使用的光源多為激光光源。隨著半導(dǎo)體工藝的快速發(fā)展,大功率發(fā)光二極管(light emittingdiode, LED)無論是在發(fā)光強(qiáng)度、峰值波長(zhǎng)、半波帶寬等各項(xiàng)參數(shù)性能上都有很大 的提高,近年LED技術(shù)逐漸應(yīng)用到激光光源領(lǐng)域,且LED發(fā)光光譜逐漸變窄,甚至可以達(dá)到 IOnm左右的峰寬,同時(shí)強(qiáng)度可達(dá)幾十毫瓦的級(jí)別.LED光源相比同等功率的激光光源,成本 低廉,壽命長(zhǎng)有利于推廣應(yīng)用。因此LED光源可以逐漸替代激光成為新型治療儀的光源。目 前LED光源在國(guó)內(nèi)外已開始應(yīng)用于治療多種疾病,但由于輸出光功率小在治療范圍內(nèi)光功 率密度低而影響了治療效果。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有LED激光治療儀由于輸出光功率小在治療范圍內(nèi)光功率密度低而 影響治療效果的缺點(diǎn),提供一種LED紅光和綠光輸出光功率2W以上,診斷用的紫光輸出的 有效光功率達(dá)0. 8W,并將診斷和治療整合在一起的大功率紫綠紅LED光診斷治療儀。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是,一種大功率紫綠紅LED光診斷治療儀,包括光學(xué)發(fā)射 頭、電源、控制系統(tǒng)和機(jī)體,其特點(diǎn)是,所述的光學(xué)發(fā)射頭內(nèi)裝有三個(gè)帶散熱片的碗形聚光 罩,每個(gè)碗形聚光罩內(nèi)的中部裝有基板,基板上以星式對(duì)稱分布了同種波段的多個(gè)小功率 的LED芯片器件,所述的LED芯片器件是由半導(dǎo)體發(fā)光芯片和光學(xué)準(zhǔn)直透鏡組合成的一個(gè) 整體,LED芯片器件整體用一光學(xué)保護(hù)板定位,所述碗式聚光罩的前部安裝一個(gè)光學(xué)大透 鏡,在聚光罩的后部安裝一個(gè)冷卻裝置,在聚光罩的前側(cè)面設(shè)置有若干通氣孔,所述的每個(gè) LED芯片器件發(fā)出的光經(jīng)各自的光學(xué)準(zhǔn)直透鏡后再經(jīng)光學(xué)大透鏡會(huì)聚在作為診治工作區(qū)的 工作面上。所述的每個(gè)碗形聚光罩中同種波段的多個(gè)小功率的LED芯片器件選擇紫光、綠光 或紅光LED芯片器件,根據(jù)組合光療的需要,選擇紫光、綠光或紅光LED芯片器件中之一種、 二種或三種的組合。[0007]所述的紫光LED芯片器件,其光波段為395nm-415nm,有效光功率大于0. 8W,在工 作距離200mm處紫光匯聚在Φ 60mm區(qū)域內(nèi)的有效光功率能量密度達(dá)到30mW/cm2以上;綠光 LED芯片器件,其光波段為510nm-540nm,有效光功率大于2W ;紅光LED芯片器件,其光波段 為610nm-640nm,有效光功率大于2W ;在工作距離200mm處將LED綠光、紅光匯聚在Φ 60mm 區(qū)域內(nèi)其光功率能量密度達(dá)到80mW/cm2以上。所述的LED芯片器件的光發(fā)射角小于120°。本實(shí)用新型的有益效果是由于本實(shí)用新型是通過組合光學(xué)系統(tǒng)將多束特定波段 的LED光,匯聚成大功率輸出的LED光,其中綠紅各色光功率均大于2W,紫光有效光功率大 于0. 8W。該光源為窄譜光源,其特定波段為紫光395nm-415nm,綠光510nm-540nm,紅光 610nm-640nm。這些波段能與ALA、血葉啉等光敏劑的吸收光譜相匹配,產(chǎn)生光動(dòng)力學(xué)作用, 進(jìn)而有效的診斷和治療最常見的面額疾病-痤瘡以及惡性腫痛等疾病。本治療儀的特點(diǎn)1、采用LED作為診治光源,光源恒定、壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜、有利推廣應(yīng)用。2、效果顯著、見效快、無副作用。3、選擇性好、安全性高、操作簡(jiǎn)單。4、非接觸診治,患者易接受。本實(shí)用新型診治的基理是病灶組織對(duì)光敏劑吸收后代謝的速度不同,在一定 時(shí)間內(nèi),光敏劑僅僅在病灶組織細(xì)胞中積累較高的濃度成為靶組織。當(dāng)經(jīng)特定波段綠光 510nm-540nm,紅光610nm-640nm LED光照射后,產(chǎn)生光動(dòng)力學(xué)反映生成單態(tài)氧,其毒性導(dǎo) 致病灶靶組織細(xì)胞壞死凋亡,而正常組織不受影響。當(dāng)經(jīng)特定波段紫光395nm-415nmLED光 照射時(shí),那些積聚較高濃度光敏劑的靶組織能受激發(fā)射出610nm-650nm紅橙色的熒光,而 正常組織不會(huì)發(fā)出熒光,據(jù)此能診斷出較小病變組織,并為治療提供準(zhǔn)確定位。
圖1為光學(xué)發(fā)射頭結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為單色LED光發(fā)射頭結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為光路原理圖;圖4為控制系統(tǒng)線路框圖。
具體實(shí)施方式
由圖1、圖2所示,一種大功率紫綠紅LED光診斷治療儀,包括光學(xué)發(fā)射頭、電源、 控制系統(tǒng)和機(jī)體,其特點(diǎn)是,所述的光學(xué)發(fā)射頭內(nèi)裝有三個(gè)帶散熱片的碗形聚光罩3,每個(gè) 碗形聚光罩3內(nèi)的中部裝有基板2,基板2上以星式對(duì)稱分布了同種波段的12個(gè)小功率的 LED芯片器件1,所述的LED芯片器件1是由半導(dǎo)體發(fā)光芯片8和光學(xué)準(zhǔn)直透鏡5組合成的 一個(gè)整體,所述的LED芯片器件的光發(fā)射角小于120°,LED芯片器件整體用一光學(xué)保護(hù)板 6定位,所述碗式聚光罩3的前部安裝一個(gè)光學(xué)大透鏡4,在碗式聚光罩3的后部安裝一個(gè) 冷卻裝置9,在碗式聚光罩3的前側(cè)面設(shè)置有若干通氣孔7,由圖3所示,每個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光芯 片8發(fā)出的光經(jīng)各自的光學(xué)準(zhǔn)直透鏡5和再經(jīng)光學(xué)大透鏡4會(huì)聚在作為診治工作區(qū)的工作 面10上。本實(shí)用新型通過組合光路輸出LED光的光功率大已達(dá)到瓦級(jí),綠光、紅光均能單獨(dú)輸出光功率2W以上,紫光輸出的有效光功率大于0. 8W,每個(gè)碗形聚光罩內(nèi)光學(xué)發(fā)射頭主 要是由多個(gè)個(gè)小功率LED芯片器件和光學(xué)組合透鏡構(gòu)成,該光學(xué)系統(tǒng)能在工作距離200mm 處將LED綠光、紅光匯聚在Φ60mm區(qū)域內(nèi)其光功率能量密度達(dá)到80mW/cm2以上,而紫光匯 聚在Φ60πιπι區(qū)域內(nèi)的有效光功率能量密度達(dá)到30mW/cm2以上,達(dá)到相應(yīng)治療和診斷的使 用閾值要求。冷卻裝置9根據(jù)LED光源的功率大小采用強(qiáng)制風(fēng)冷或半導(dǎo)體制冷方式。本實(shí)用新型是三個(gè)碗形聚光罩組裝在一個(gè)板面上構(gòu)成一個(gè)儀器光學(xué)發(fā)射頭,所述 的每個(gè)碗形聚光罩3中同種波段的多個(gè)小功率的LED芯片器件1選擇紫光、綠光或紅光LED 芯片器件,根據(jù)組合光療的需要,選擇紫光、綠光或紅光LED芯片器件中之一種、二種或三 種的組合。本實(shí)用新型控制系統(tǒng)如圖4線路框圖所示,它主要包括控制系統(tǒng)復(fù)位和啟動(dòng)電 路、光功率預(yù)置電路、光輻射控制開關(guān)電路、LED光驅(qū)動(dòng)電源、校準(zhǔn)系統(tǒng)。1.控制系統(tǒng)復(fù)位和啟動(dòng)電路這是一個(gè)雙向的控制系統(tǒng),采用看門狗電路,每 20ms/次進(jìn)行一次檢測(cè),軟硬件雙重保護(hù),確??刂葡到y(tǒng)和系統(tǒng)復(fù)位/啟動(dòng)系統(tǒng)正常工作。2.光功率預(yù)置值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后控制LED驅(qū)動(dòng)電源的輸出電流。通過調(diào)節(jié)輸出電流 控制LED光功率的大小。3.光輻射控制開關(guān)電路是一個(gè)雙路信號(hào)相與的控制開關(guān)電路外部開啟信號(hào)一 路送控制系統(tǒng),經(jīng)控制系統(tǒng)判斷后(系統(tǒng)是否處于準(zhǔn)備狀態(tài)以及急停保護(hù)開關(guān)和連鎖開關(guān) 工作是否正常)給出開啟信號(hào),另一路經(jīng)、急停保護(hù)開關(guān)和連鎖開關(guān)給出,兩路開啟信號(hào)相 與后控制LED光輻射的開關(guān)。4. LED光驅(qū)動(dòng)電源采用恒壓恒流源,共3組分別驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的LED組合芯片(紫、綠、 紅),輸出電流經(jīng)取樣電阻取樣A/D轉(zhuǎn)換后送控制電路。5.校準(zhǔn)系統(tǒng)LED光電流和LED光功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系通過查表的形式在裝置生產(chǎn)時(shí) 已規(guī)定。考慮到使用后會(huì)有偏差,本裝置帶有LED光功率校正系統(tǒng),可以通過面板按鍵,修 改電流/光功率對(duì)照表。應(yīng)用實(shí)例用本治療儀輸出綠光LED光波段為510nm-540nm光功率大于2W,紅光LED光波段 為610nm-640nm光功率大于2W。在Φ 60mm的工作區(qū)內(nèi),光功率能量密度達(dá)到80mW/cm2以 上,在某三甲醫(yī)院激光額面室臨床用于診斷和治療痤瘡,取得滿意效果。輸出紫光LED光波 段為405nm士 lOnm,有效光功率為0. 8W,在Φ 60mm的工作區(qū)內(nèi)進(jìn)行病灶區(qū)快速照射,可用肉 眼直接觀察到紅橙色熒光以便有效的診斷出較小的病變組織,也可通過窄帶濾光片照相來 記錄熒光。
權(quán)利要求一種大功率紫綠紅LED光診斷治療儀,包括光學(xué)發(fā)射頭、電源、控制系統(tǒng)和機(jī)體,其特征在于,所述的光學(xué)發(fā)射頭內(nèi)裝有三個(gè)帶散熱片的碗形聚光罩,每個(gè)碗形聚光罩內(nèi)的中部裝有基板,基板上以星式對(duì)稱分布了同種波段的多個(gè)小功率的LED組合芯片器件,所述的LED芯片器件是由半導(dǎo)體發(fā)光芯片和光學(xué)準(zhǔn)直透鏡組合成的一個(gè)整體,LED芯片器件整體用一光學(xué)保護(hù)板定位,所述碗式聚光罩的前部安裝一個(gè)光學(xué)大透鏡,在聚光罩的后部安裝一個(gè)冷卻裝置,在聚光罩的前側(cè)面設(shè)置有若干通氣孔,所述的每個(gè)LED芯片器件發(fā)出的光經(jīng)各自的光學(xué)準(zhǔn)直透鏡后再經(jīng)光學(xué)大透鏡會(huì)聚在作為診治工作區(qū)的工作面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率紫綠紅LED光診斷治療儀,其特征在于,所述的每個(gè)碗 形聚光罩中同種波段的多個(gè)小功率的LED芯片器件選擇紫光、綠光或紅光LED芯片器件,根 據(jù)組合光療的需要,選擇紫光、綠光或紅光LED芯片器件中之一種、二種或三種的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率紫綠紅LED光診斷治療儀,其特征在于,所述的紫光 LED芯片器件,其光波段為395nm-415nm,有效光功率大于0. 8W,在工作距離200mm處紫光匯 聚在Φ 60mm區(qū)域內(nèi)的有效光功率能量密度達(dá)到30mW/cm2以上;綠光LED芯片器件,其光波 段為510nm-540nm,有效光功率大于2W ;紅光LED芯片器件,其光波段為610nm-640nm,有效 光功率大于2W ;在工作距離200mm處將LED綠光、紅光匯聚在Φ 60mm區(qū)域內(nèi)其光功率能量 密度達(dá)到80mW/cm2以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率紫綠紅LED光診斷治療儀,其特征在于,所述的LED芯 片器件的光發(fā)射角小于120°。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大功率紫綠紅LED光診斷治療儀,包括光學(xué)發(fā)射頭、電源、控制系統(tǒng)和機(jī)體,特點(diǎn)是,光學(xué)發(fā)射頭內(nèi)裝有碗形聚光罩,聚光罩內(nèi)的中部裝有基板,基板上裝有同種波段的多個(gè)小功率的LED組合芯片器件,LED芯片器件由光學(xué)保護(hù)板定位,聚光罩前部裝有光學(xué)大透鏡,后部裝有冷卻裝置,前側(cè)面置有若干通氣孔,LED芯片器件發(fā)出的光經(jīng)光學(xué)大透鏡會(huì)聚在作為診治工作區(qū)的工作面上。本實(shí)用新型有益效果是由于本實(shí)用新型是通過組合光學(xué)系統(tǒng)將多束特定波段的紫綠紅LED光,匯聚成大功率輸出的LED光,這些波段能與ALA、血葉啉等光敏劑的吸收光譜相匹配,產(chǎn)生光動(dòng)力學(xué)作用,進(jìn)而有效的診斷和治療最常見的面額疾病-痤瘡以及惡性腫痛等疾病。
文檔編號(hào)A61B5/00GK201701200SQ20102023667
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者吳鴦, 曲世浦, 賈鋒 申請(qǐng)人:上海市激光技術(shù)研究所