用于增加維生素d3產(chǎn)量的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本公開涉及在光線療法治療期間增加維生素D3產(chǎn)量的系統(tǒng)和方法，在一個實(shí)施方式中，光線療法系統(tǒng)可以包括朝向輻射區(qū)的紫外(UV)光源和在該紫外光源和該輻射區(qū)之間的濾光器。該紫外光源配置為在光線療法階段期間遞送預(yù)定能級。該濾光器能夠至少基本上除去預(yù)定波長光譜范圍之外的紫外輻射。該預(yù)定光譜可以具有至多10nm的頻寬并且聚焦于預(yù)定能級下與維生素D3光線療法作用光譜上的最大值對應(yīng)的波長。
【專利說明】用于増加維生素D3產(chǎn)量的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年10月25日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/895,598的優(yōu)先權(quán)，其在此全部引入作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本技術(shù)涉及維生素D光線療法，更具體地涉及用于增加維生素D3產(chǎn)量的光線療法系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]維生素D指的是一類脂溶性開環(huán)留體，人體可通過充分暴露于陽光或紫外射線中而將其合成。更具體地，當(dāng)7-脫氫膽固醇(“7-DHC”)與紫外光B( “UVB”)反應(yīng)時，前維生素D3在皮膚中形成。維生素D也可以從各種膳食源中被吸收，諸如多脂魚(例如，鮭魚和金槍魚)、維生素D強(qiáng)化食品(例如，奶制品和果汁制品)和維生素D補(bǔ)充劑。一旦被吸收，維生素D通過血液運(yùn)輸至肝臟，在此其被轉(zhuǎn)化為前激素鈣二醇。接著鈣二醇在免疫系統(tǒng)中通過腎臟或單核細(xì)胞-巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為鈣三醇(維生素D的激素活化形式)。當(dāng)通過單核細(xì)胞-巨噬細(xì)胞合成時，鈣三醇作為細(xì)胞因子局部地起到為人體抵抗細(xì)菌入侵的作用。腎臟合成的鈣三醇通過人體進(jìn)行循環(huán)以調(diào)節(jié)血液中的鈣和磷酸鹽的濃度，并且由此促進(jìn)骨進(jìn)行充分的礦化、生長和重構(gòu)。因此，不足的維生素D水平(通常以血液中鈣二醇的濃度少于20-40ng/m2為特征)可能導(dǎo)致各種骨軟化疾病，例如兒童的佝僂病和成人的軟骨病。維生素D缺乏也已經(jīng)與許多其他疾病或失調(diào)聯(lián)系起來，例如抑郁癥、心臟疾病、痛風(fēng)、自身免疫失調(diào)、以及各種不同的癌癥。
[0005]內(nèi)科醫(yī)生推薦維生素D補(bǔ)充劑作為預(yù)防措施以增加維生素D的水平。例如，美國醫(yī)學(xué)研究所推薦對于1-70歲的人每日飲食維生素D的攝取量為600國際單位(IU)，對于71歲以上的人為800IU。其他機(jī)構(gòu)也推薦了更高和更低的每日維生素D劑量。每日劑量的限制也旨在防止攝取過多的維生素D，其最終變得有毒。相反，人體生理學(xué)適應(yīng)來自陽光的顯著較高的每日維生素D劑量(例如，4000-20000IU/天或更多)WVB輻射已經(jīng)被認(rèn)定為更加令人滿意的維生素D的來源，因?yàn)楸┞队陉柟庀庐a(chǎn)生維生素D比較容易并且人體本能地抑制通過皮膚攝取過量維生素D。
[0006]國際照明委員會(也被稱為LeCommiss1n Internat1nale de I’Eclairage("CIE"))建立了兩個與紫外輻射和維生素D產(chǎn)量有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化作用光譜:“紅斑參考作用光譜和標(biāo)準(zhǔn)紅斑劑量(The Erythema Reference Act1n Spectrum and Standard ErythemaDose)”(ISO 7166:1999)，用于確定對25011111-40011111的單個波長有反應(yīng)的紅斑(即曬斑)；和“人皮膚中前維生素D3生成的作用光譜(The Act1n Spectrum for the Product1n ofPrevitamin D3in Human Skin)，，(CIE 174:2006)，用于確定在255nm-320nm的單個波長下7-DHC向前維生素D3轉(zhuǎn)化的效率。在7-DHC轉(zhuǎn)化為前維生素D3之后，其可經(jīng)光致異構(gòu)為兩種惰性產(chǎn)物(光留醇或速留醇)中的任一種，或者其可經(jīng)歷逆反應(yīng)并且恢復(fù)為7-DHC ο這些光反應(yīng)通過持續(xù)的UV輻射驅(qū)動，但是每種光產(chǎn)物的吸收光譜不同。有研究已經(jīng)建立了使UV劑量標(biāo)準(zhǔn)化的CIE前維生素D3作用光譜，以將7-DHC向前維生素D3的轉(zhuǎn)化率限制為低于5%，從而幫助減少前維生素D3向光產(chǎn)物的任何光致異構(gòu)化(例如，光留醇、速留醇和7-DHC)。
【附圖說明】
[0007]參考下述附圖可以更好地理解本發(fā)明的很多方面。附圖中的組件并不是必須要按比例。而是強(qiáng)調(diào)說明本發(fā)明的原理。
[0008]圖1-9為根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施方式，具有聚焦在298nm至306nm波長范圍內(nèi)輻射的濾過紫外光源的輻射度曲線示意圖。
[0009]圖10為將前維生素D產(chǎn)量和紅斑的相對效能表示為依據(jù)CIE作用光譜的波長的函數(shù)的示意圖以及二者之間的比率的示意圖。
[0010]圖11為將CIE前維生素D產(chǎn)量作用光譜和CIE紅斑作用光譜之間的比率表示為波長的函數(shù)的示意圖；
[0011]圖12為暴露于100mJ/Cm2的能量之后，在預(yù)定的波長下7-DHC向前維生素D3、光甾醇和速留醇的轉(zhuǎn)化百分比示意圖。
[0012]圖13為暴露于lj/cm2的能量之后，在預(yù)定的波長下7-DHC向前維生素D3、光甾醇和速甾醇的轉(zhuǎn)化百分比示意圖。
[0013]圖14為在圖12預(yù)定的波長下，在暴露于lOOmJ/cm2的能量之后，形成的7-DHC、光甾醇、速留醇和前維生素D3的總百分比示意圖。
[0014]圖15為在圖13預(yù)定的波長下，在暴露于lmj/cm2的能量之后，形成的7-DHC、光甾醇、速留醇和前維生素D3的總百分比示意圖。
[0015]圖16為描述用于輻射lOOmJ/cm2和lj/cm2的能量的輻射源的光異構(gòu)化作用光譜和CIE前維生素素D3產(chǎn)量作用光譜示意圖。
[0016]圖17為描述用于100mJ/cm2能量的維生素D3光線療法作用光譜、與之對應(yīng)的圖16的光異構(gòu)化作用光譜、和圖11的代表CIE前維生素D產(chǎn)量作用光譜和CIE紅斑作用光譜之間比率的曲線的示意圖。
[0017]圖18為根據(jù)本技術(shù)實(shí)施方式配置的具有聚焦于302nm輻射的濾過輻射組件的作用光譜示意圖。
[0018]圖19為具有多種不同濾光器的輻射源作用光譜示意圖，該濾光器聚焦于不同的目標(biāo)波長。
[0019]圖20為根據(jù)本技術(shù)實(shí)施方式配置的用于聚焦UVB輻射的光線療法系統(tǒng)的等距視圖。
[0020]發(fā)明詳述
[0021]本技術(shù)涉及在具有最小紫外(UV)暴露的單個光線療法療程期間，用于提供有效的UVB波長范圍以達(dá)到在皮膚中最大化維生素D產(chǎn)量的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。這種設(shè)備、系統(tǒng)和方法可以基于維生素D3光線療法作用光譜，其已經(jīng)使用下述工藝和方法來開發(fā)。幾種實(shí)施方式的具體細(xì)節(jié)參考圖1-21在下文中描述。盡管下文根據(jù)用于促進(jìn)皮膚中維生素D產(chǎn)量的系統(tǒng)、設(shè)備和方法描述了很多實(shí)施方式，但是除了本文描述的這些之外的其他應(yīng)用(例如，牛皮癬或皮膚病的光線療法治療)也在本技術(shù)的范圍內(nèi)。此外，該技術(shù)的幾種其他實(shí)施方式可以具有與本文所描述的不同的結(jié)構(gòu)、組件或程序。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解該技術(shù)可以為具有附加要素的其他實(shí)施方式，或該技術(shù)可以為不具有下面圖1-21中描述和顯示的幾個特征的其他實(shí)施方式。
[0022]1.選定的用于限定維生素D3光線療法作用光譜的方法和系統(tǒng)
[0023]某種波長的紫外輻射在皮膚中產(chǎn)生前維生素D3的效率可通過如下方式來確定:首先收集來自紫外光源或聚焦于多個所需波長的輻射組件的輻射度數(shù)據(jù)。例如，可以從紫外光源收集輻射度數(shù)據(jù)，該紫外光源經(jīng)過濾以使其放射出聚焦于約298nm至約306nm的輻射，或適合通過皮膚產(chǎn)生維生素D的其他波長范圍的輻射。如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的那樣，來自每種經(jīng)過濾的紫外光源的輻射度數(shù)據(jù)可以相互之間進(jìn)行比較，以及與CIE前維生素D3作用光譜和CIE紅斑作用光譜進(jìn)行比較以確定提供最大維生素D產(chǎn)量的波長輸出，同時也限制導(dǎo)致曬傷的輻射暴露量。
[0024]例如，圖1-9為根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施方式用于具有聚焦于各種不同波長的輻射的經(jīng)過濾的輻射光源的輻射度曲線的示意圖。在該示意圖中，以Inm的增量，記錄聚焦于298nm至306nm的波長范圍內(nèi)的經(jīng)過濾的輻射光源的輻射度數(shù)據(jù)。該波長范圍通常被認(rèn)為適合于產(chǎn)生維生素D。然而，在其他實(shí)施方式中，也可以收集來自聚焦于更高或更低波長的輻射組件的輻射度數(shù)據(jù)和/或在更小或更大波長間隔下測量的輻射度數(shù)據(jù)。
[0025]在圖1-9的圖中描述的數(shù)據(jù)收集于紫外光源，其包括具有與分光輻射度計(jì)相連的積分球的150W摻雜金屬鹵化物燈。通過分光輻射度計(jì)，從250nm至400nm，以Inm的分辨率測量輻射度。在其他實(shí)施方式中，輻射度數(shù)據(jù)也可以從不同類型的紫外光源中收集，例如發(fā)光二極管(“LEDs”)、準(zhǔn)分子燈，和/或脈沖氙燈，和/或收集自不同的光譜范圍。各種濾光器，例如干涉涂層，可以與紫外光源一起使用，以將輻射聚焦于目標(biāo)波長附近。例如，多層氣相沉積干涉涂層可被施用至石英基體材料上以達(dá)到聚焦于寬度為+/_4nm的目標(biāo)波長上的窄通過紫外遞送范圍。在其他實(shí)施方式中，干涉涂層可施用于其他合適的用于紫外輻射的基材，可使用其他合適的沉積方法沉積在基材上，和/或具有更大或更窄的頻寬(例如，10nm、12nm、16nm等等)。濾光性能也可以通過本領(lǐng)域已知的電腦程序來模擬。例如，使用來自150W金屬鹵化物燈測量的輻射度數(shù)據(jù)、并結(jié)合具有298nm至306nm目標(biāo)波長的模擬干涉涂層來生成圖1-9所示的圖，以提供一系列理論光譜分析數(shù)據(jù)集。
[0026]如在圖1-9中進(jìn)一步所示，從經(jīng)過濾的紫外光源收集的數(shù)據(jù)集(例如，通過直接測量和/或模擬)可以與兩種CIE作用光譜(S卩，CIE紅斑作用光譜和CIE前維生素D作用光譜)相比較。如圖1所示，當(dāng)濾光器(例如，干涉涂層)的目標(biāo)波長聚焦于298nm時(保持暴露時間恒定)，具有最小紫外暴露的最大維生素D3產(chǎn)量發(fā)生在兩種CIE作用光譜的相交處。
[0027]然而，當(dāng)治療的長度基于恒定最小紅斑量(“MED”)而變化時，298nm的目標(biāo)波長并不必然最大化每次治療的維生素D3產(chǎn)量。MED指暴露后幾個小時內(nèi)個人皮膚產(chǎn)生最小紅斑(即毛細(xì)血管充血導(dǎo)致的曬傷或發(fā)紅)時的紫外輻射量。MED可用CIE紅斑作用光譜(S卩，圖1-9中所示的曲線)來確定，作為來自紫外光源的分光輻照度輸出的加權(quán)因子。
[0028]在各種實(shí)施方式中，在光線療法療程期間的紫外暴露持續(xù)時間可以根據(jù)個人的皮膚敏感性來規(guī)定。當(dāng)治療時間基于恒定MED量響應(yīng)而進(jìn)行選擇時，每次治療產(chǎn)生的維生素D的量顯著地受到CIE紅斑作用光譜和CIE前維生素D3作用光譜之間比率的影響。因此，期望的是:CIE前維生素D3產(chǎn)量與CIE紅斑之間比率(D3:紅斑)的最大化將使得在通過MED限制的光線療法療程期間的前維生素D3的產(chǎn)量最大化。即，前維生素D3產(chǎn)量和紅斑之間的比率越高，每次治療中允許使用的不會導(dǎo)致皮膚變紅的紫外劑量越高，從而增加了每個治療療程的維生素D3的總產(chǎn)量。圖10中所示的圖描述了 CIE前維生素D產(chǎn)量曲線和CIE紅斑曲線，以及描述它們之間比率的曲線(表示為“相對比率”)。圖11的圖顯示了 CIE前維生素D產(chǎn)量和紅斑之間比率的曲線。如圖10和11中所示，最大的D3:紅斑比率發(fā)生在約309nm處。更特別地，如圖11中所示，在309nm處，維生素D產(chǎn)量與紅斑之間的比率為約30。
[0029]如上所述，前維生素D3在持續(xù)暴露于紫外輻射期間可恢復(fù)成7-DHC或經(jīng)歷光異構(gòu)化成為惰性光產(chǎn)物。因此，為了在單個光線療法療程期間增加或最大化維生素D產(chǎn)量，應(yīng)該降低或最小化因?yàn)榻o予了較多的紫外輻射而導(dǎo)致的前維生素D3恢復(fù)為7-DHC和其他光產(chǎn)物的轉(zhuǎn)換率。可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以確定提供最大前維生素D3產(chǎn)量和最小前維生素D3至光產(chǎn)物的光異構(gòu)化的一個或多個波長。例如，7-DHC(BP，前維生素D3的前體)的溶液可被放入密封的安瓿或容器中并且暴露于紫外光源(例如，可調(diào)諧激光器或單色儀)中。該紫外光源可以將恒定的能量施加于該7-DHC樣品上，并且可以調(diào)整至不同的單色輻射波長，例如從290nm至308醒。例如，在某些實(shí)施方式中，7-0?:溶液樣品在29011111、29211111、29411111、29511111、29611111、298nm、300nm、302nm、304nm、306nm、308nm的單個波長下暴露于10mJ/cm2的能量中。相同的工藝可以在選定的波長下對一種或多種其他能級重復(fù)實(shí)施，例如1000mJ/cm2。在其他實(shí)施方式中，7-DHC樣品可以暴露于可調(diào)諧激光器或其他可調(diào)整至不同能級和/或不同波長的紫外輻射設(shè)備中。在輻射暴露于預(yù)先選定的波長之后，可以測量每個安瓿中7-DHC溶液的含量，以確定樣品中7-DHC、前維生素D3、光留醇和速留醇的量。
[0030]圖12和13為從上述樣品測得的轉(zhuǎn)化為前維生素D3、速甾醇和光甾醇的7-DHC的百分比的原始數(shù)據(jù)的示意圖。更具體地，該圖描述了輻射光源被調(diào)整至發(fā)出lOOmJ/cm2能量(圖12)和輻射光源被調(diào)整至發(fā)出lj/cm2能量(圖13)時預(yù)定波長下7-DHC向前維生素D3、光甾醇和速甾醇的轉(zhuǎn)化率。圖14和15的圖描述了在暴露于lOOmJ/cm2能量(圖14)和lj/cm2能量(圖15)之后，在預(yù)定波長下，各樣品中7-DHC、光甾醇、速甾醇和前維生素D3的總百分比。如圖14所示，對于lOOmJ/cm2輻射光源能量，前維生素D3至光產(chǎn)物(即，7-DHC、光甾醇和速甾醇)的光異構(gòu)化最小時的最大前維生素D3轉(zhuǎn)化率發(fā)生在約298nm至302nm的波長范圍內(nèi)。對于1000mJ/cm2福射光源能量，最小光產(chǎn)物的波長為約300nm。
[0031]該光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化信息可以用來建立用于選定能級的光異構(gòu)化作用光譜，然后可將其與CIE前維生素D3產(chǎn)量作用光譜相比較。例如，圖16為在100mJ/cm2和1000mJ/cm2下的光異構(gòu)化作用光譜的示意圖，且在其上疊加了CIE維生素D3產(chǎn)量作用光譜。如圖16所示，CIE維生素D3作用光譜顯示最大前維生素D3產(chǎn)量發(fā)生在約297nm至298nm的波長下，而光異構(gòu)化作用光譜顯示約300nm至302nm的波長在初期產(chǎn)量之后將允許更多的前維生素D3保留下來。即，具有約300-302nm波長的輻射導(dǎo)致在紫外輻射期間形成更低水平的光產(chǎn)物(S卩，7-DHC，光甾醇和速留醇)，進(jìn)而允許形成和保持更多的前維生素D3，從而其實(shí)際上可以前維生素D3的形式被人體使用。因此，與使用較低波長范圍(例如，聚焦在約298nm)所得到的相比，提供約300-302nm的波長下的輻射在單個光治療期間預(yù)期產(chǎn)生更多的維生素D產(chǎn)量和更大的能量遞送。
[0032]然后該信息被用于建立用于產(chǎn)生每次光線療法療程的最大維生素D3產(chǎn)量的作用光譜。例如，該維生素D3光線療法作用光譜可以通過結(jié)合下述三個作用光譜來構(gòu)建:CIE前維生素D3產(chǎn)量作用光譜、CIE紅斑作用光譜和新建立的表示對于給定能級的前維生素D3至光產(chǎn)物的最小光異構(gòu)化的作用光譜(例如，圖16中所示)。此外，如上所述，在某些實(shí)施方式中，光線療法療程可以通過MED標(biāo)準(zhǔn)化。因此，在這些實(shí)施方式中，圖11所示的前維生素D3/紅斑比率作用光譜可以用于表示這兩個CIE作用光譜。假設(shè)在通常的光線療法療程期間遞送的能量少于lOOmJ/cm2時，圖16所示的針對最小光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率的lOOmJ/cm2作用光譜可被用于該算法中。各波長下的前維生素D3/紅斑比例可以乘以給定能級(S卩l(xiāng)OOmJ/cm2)的各波長下的最小光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率，以構(gòu)建圖17中所示的維生素D3光線療法作用光譜(表示為“D3光線療法”)。在各實(shí)施方式中，例如當(dāng)能量遞送為lj/cm2或更高時，不同的光產(chǎn)物曲線可以乘以前維生素D3/紅斑比率，以確定用于該能級的維生素D3光線療法作用光譜。
[0033]該維生素D3光線療法作用光譜提供光譜分析的單次計(jì)算，其確定輻射源和/或?yàn)V光系統(tǒng)的有效性，使得光線療法療程可以在最小總紫外暴露量下在皮膚中實(shí)現(xiàn)最大水平的維生素D3產(chǎn)量。實(shí)踐中，該維生素D3光線療法作用光譜允許輻射源和/或具有濾光器的輻射組件通過其相對功效來評估。例如，輻射源的各波長的輻射度值可以乘以圖17的維生素D3光線療法作用光譜上各波長的功效百分比，從而提供加權(quán)的輻射度值。隨后，各波長的加權(quán)輻射度值可以被加和并且除以各波長未加權(quán)的輻射度值的總和。根據(jù)在100mJ/cm2暴露下的維生素D3轉(zhuǎn)化作用光譜(圖16和17)，100%的完美相對功效發(fā)生在使用302nm波長下發(fā)射所有福射的單色紫外光源時。圖18為通過涂覆有302nm中心目標(biāo)(center target)的窄帶(+/-4nm)干涉涂層過濾的金屬鹵化物燈的光譜(經(jīng)過濾的燈的光譜被確定為“經(jīng)過濾的燈”；濾光器的光譜被確定為“302nm濾光器”)。將經(jīng)過濾的燈的光譜與使用上述算法的該維生素D3光線療法作用光譜(在圖18中表示為“D3光線療法”)進(jìn)行比較，該經(jīng)過濾的燈的相對功效為64.58%。在其他實(shí)施方式中，具有不同紫外光源和/或?yàn)V光器的紫外組件的光譜可以與100mJ/cm2的D3光線療法作用光譜相比較，以確定該輻射組件的功效并且在單個光線療法療程期間增加或最大化維生素D3的產(chǎn)量。標(biāo)準(zhǔn)化的D3光線療法作用光譜可以被定義為針對不同的能級，從而對于給定能級而言可以選擇出最有效的輻射源。
[0034]因此，維生素D3光線療法作用光譜可以作為一種分析輻射源和/或不同的濾光器與輻射源的組合的工具。這使得生產(chǎn)商在設(shè)計(jì)光線療法設(shè)備時，可以考慮輻射組件(例如，包括紫外光源，以及可選地，包括濾光器)的功效。例如，圖19為具有聚焦于多個不同目標(biāo)波長(S卩，301-306nm)的濾光器的輻射源(例如，摻雜的金屬鹵化物燈)的作用光譜的示意圖。各作用光譜的數(shù)據(jù)可以乘以相應(yīng)波長下的維生素D3光線療法作用光譜，以確定各經(jīng)過濾的輻射組件的功效，并且最有效的和/或最成本有效的輻射組件可被選定用于光線療法系統(tǒng)。例如，在分析摻雜的金屬鹵化物燈的作用光譜之后，圖18中所示的經(jīng)過濾的燈的作用光譜被確定是最有效的，該摻雜的金屬鹵化物燈通過各種聚焦于不同目標(biāo)波長的不同干涉涂層進(jìn)行過濾。因此，上述方法被期望為通過在各光線療法療程期間提供增加或最大化的維生素D產(chǎn)量和降低的紅斑而增強(qiáng)光線療法療程的功效。
[0035]I1.光線療法系統(tǒng)的選定實(shí)施方式
[0036]圖20為根據(jù)本技術(shù)實(shí)施方式配置的聚焦紫外輻射的光線療法設(shè)備或系統(tǒng)(“系統(tǒng)2000”)的等距視圖。系統(tǒng)2000包括多個聚焦紫外輻射特征或組件2010( “輻射組件2010” )，其發(fā)射具有預(yù)定波長范圍(例如，約300-304nm，298-302nm等)的能量。在描述的實(shí)施方式中，輻射組件2010通過兩個殼體，臂或柱支撐(分別表示為第一柱2030a和第二柱2030b，并且統(tǒng)稱為柱2030)，其安裝在基架或基座2032上或以其他方式連接至基架或基座2032上，并且輻射組件2010通常被向內(nèi)引導(dǎo)為朝向基座2032的中心部位2034?；?032和柱2030—起限定了輻射區(qū)，人可在該輻射區(qū)內(nèi)暴露于由輻射組件2010發(fā)射的聚焦UVB能量。當(dāng)使用者(例如，人)站在基座2032的中心部位2034上或者以其他方式定位于基座2032的中心部位2034時，輻射組件2010可以輻照該使用者的皮膚以在光線療法療程期間刺激皮膚中產(chǎn)生維生素D。在各種實(shí)施方式中，基座2032的中心部位2034和/或柱2030可以相對于彼此旋轉(zhuǎn)，以使使用者身體的所有面均暴露于由輻射組件2010發(fā)射的能量。
[0037]在圖20描述的實(shí)施方式中，系統(tǒng)2000包括各柱2030中的八個輻射組件2010，其以基本上相同的波長和相似的強(qiáng)度發(fā)射能量。在某些實(shí)施方式中，第一柱2030a中的輻射組件2010可以垂直地從第二柱2030b中的輻射組件2010上偏移，以防止來自第一柱2030a的輻射組件2010的輻射與來自第二柱2030b的輻射組件2010的輻射直接重疊。例如，在第一柱2030a中的輻射組件2010可以相對于第二柱2030b中的輻射組件2010上偏移單個輻射組件2010的約一個半徑。輻射組件2010的交錯設(shè)計(jì)能為沿著柱2030的長度方向提供更加均一的輻射強(qiáng)度，以及防止使用者皮膚的某個區(qū)域與其它區(qū)域相比暴露于更多的輻射。在其他實(shí)施方式中，系統(tǒng)2000可以包括不同特征和/或其他輻射組件配置，以增強(qiáng)通過輻射組件2010發(fā)射的輻射的均一性和/或操控輻射投射的方向。例如，一個或多個透鏡可以位于一個或多個輻射組件2010的前方并且配置為使光以一定方式彎曲，從而使光沿輻射區(qū)或其一部分均勻分布。在其他實(shí)施方式中，系統(tǒng)2000可以包括具有少于或多于八個輻射組件2010的柱2030 (例如，一個輻射組件，兩個輻射組件，四個輻射組件，九個輻射組件等)，單個柱2030的輻射組件2010，多于兩個的柱2030的輻射組件2010(例如，四個柱，六個柱等)，和/或可以其他合適的結(jié)構(gòu)配置的輻射組件2010 ο例如，輻射組件2010可以通過以下殼體支撐，該殼體至少基本上圍繞輻射區(qū)并且引導(dǎo)輻射向內(nèi)朝向由該殼體限定的包圍區(qū)。
[0038]系統(tǒng)2000可以發(fā)射高強(qiáng)度聚焦的UVB的輻射以在相對短的光線療法療程期間促進(jìn)在皮膚中產(chǎn)生維生素D。例如，設(shè)備2000可以在光線療法療程期間(例如，20秒、I分鐘、2分鐘、5分鐘等)提供足夠量的輻射以刺激產(chǎn)生每周或每月劑量的維生素D。在多個實(shí)施方式中，各光線療法療程的暴露時間可以基于使用者的皮膚類型(例如，通過菲氏量表(Fitzpatrick scale)所定義的)和/或福射組件2010的強(qiáng)度進(jìn)行選擇。例如，使用者的膚色越淺，在皮膚中獲得所需的維生素D合成水平所必須的暴露時間越少或者避免使用者皮膚過暴露的暴露時間越少。如另一個實(shí)施例那樣，通過系統(tǒng)2000提供的能量的強(qiáng)度越高，獲得用于維生素D生產(chǎn)的期望輻照度所必須的暴露時間越少。在其他實(shí)施方式中，光線療法療程的持續(xù)時間也可經(jīng)選擇以至少在該光線療法療程之后降低使用者經(jīng)歷曬傷的可能性。例如，對UVB輻射的暴露時間可以限制至1.0或更低的使用者特有的MED值(例如，0.75的MED值)。在其他實(shí)施方式中，系統(tǒng)2000的暴露時間可以使用標(biāo)準(zhǔn)化MED和/或UVB輻射和/或維生素D合成的其他合適參數(shù)來確定。
[0039]如圖20所示，各輻射組件2010可以包括紫外輻射源2012、部分圍繞紫外輻射源2012的反射器2036，和輻射源2012前方的濾光器2038。輻射源2012可以發(fā)射能量(例如紫外光)，并且至少一些能量在離開輻射組件2010之前可以接觸反射器2036(例如鏡面基材或涂層)。反射器2036可以使光轉(zhuǎn)向或以其他方式使光朝著前方的濾光器2038的方向，在濾光器2038中具有預(yù)定頻寬(例如，6nm，8nm，16nm等)的光可以離開輻射組件2010。在某些實(shí)施方式中，反射器2036圍繞輻射源2012彎曲，以使通過輻射源2012發(fā)射的光與反射器2036接觸后變得平行。然后該平行的光束可以向前方朝著濾光器2038遞送，并且以相同的入射角(例如0°)穿過濾光器2038，以提供基本上均一的過濾光。在其他實(shí)施方式中，輻射組件2010可以不包括反射器2036，和/或輻射組件2010可以包括其他使從輻射源2012發(fā)射的輻射平行的特征。
[0040]輻射源2012可以包含金屬鹵化物燈，其為高強(qiáng)度放電(“HID”)燈，其通過穿過電弧管或封套中的兩電極之間的氣體混合物產(chǎn)生的電弧來產(chǎn)生光。該金屬氯化物燈的弧長度(即，電極之間的距離)相對于輻射組件2010整體來說可以相對很小，以使該金屬鹵化物燈近似于點(diǎn)光源以促進(jìn)光平行。在其他實(shí)施方式中，根據(jù)該金屬鹵化物燈的結(jié)構(gòu)和輻射組件2010的其他部件(例如，反射器2036)的尺寸，該金屬鹵化物燈可以具有更大或更小的弧長度。
[0041]在多個實(shí)施方式中，可選擇金屬鹵化物燈的電弧管中的氣體混合物，從而增加該金屬鹵化物燈的發(fā)射物的UVB含量。例如，該氣體混合物可以被摻雜以在UVB范圍內(nèi)(例如，約280-315nm)生成總輻射的約6 %，與之相比，通常的日曬床燈在UVB范圍內(nèi)具有其輻射的約I %。輻射中增加的UVB含量可以增加通過輻射組件2010發(fā)射的UVB的強(qiáng)度，并且因此可以降低達(dá)到所需維生素D的劑量所必須的總體暴露時間。基于測試數(shù)據(jù)，相信摻雜的金屬鹵化物燈的大部分輻射具有約300-305nm的波長。如上述對圖16-18的討論，D3光線療法作用光譜顯示，對于低于1000m J/cm2的輻射濃度而言，為了最大化前維生素D3產(chǎn)量并且最小化紅斑，302nm是最優(yōu)的波長。因此，金屬鹵化物燈無與倫比地適用于促進(jìn)皮膚中維生素D產(chǎn)量，并且與其他類型的紫外輻射源相比需要較少的濾光。
[0042]濾光器2038可以為窄帶濾光器，其防止超出預(yù)定頻寬范圍的UVB輻射從輻射組件2010中發(fā)射出來。在某些實(shí)施方式中，濾光器2038可以包括基材(例如，玻璃，塑料等)和施加至該基材上的至少一層干涉涂層。該涂層可以噴涂在基材上和/或以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他方法沉積在基材上。提供超出預(yù)定光譜范圍外的紫外輻射的至少部分濾光的基材和干涉涂層來自紐約埃爾姆斯福德的肖特公司(Schott)。在多個實(shí)施方式中，輻射組件2010的其他部分可以包括干涉涂層和/或其他濾光特征，其阻擋至少一些超出所需波長光譜的輻射。例如，吸收濾光器可以納入金屬鹵化物燈的封套(例如，金屬添加劑可以摻入燈的石英中)。如上描述的維生素D3光線療法作用光譜可以用于確定對于給定輻射源的維生素D產(chǎn)量的最有效波長，并且窄帶濾光器可以被設(shè)計(jì)為或選擇為發(fā)射聚焦于預(yù)定波長的輻射。例如，在某些實(shí)施方式中，濾光器2038可以至少基本上阻擋聚焦于約302nm的4nm光譜范圍(S卩，約300-304nm)之外或聚焦于約300nm的1nm光譜范圍(S卩，約295-305nm)之外的UVB輻射。在其他實(shí)施方式中，濾光器2038可以至少基本上阻擋不同的頻寬(例如，6nm光譜、Snm光譜、12nm光譜、16nm光譜等)范圍之外的UVB輻射，和/或該光譜可以聚焦于其他適合產(chǎn)生維生素D的波長(例如，298nm、300nm、302nm等等)。在其他實(shí)施方式中，系統(tǒng)2000可以包括其他類型的紫外輻射源，其與任選的濾光器結(jié)合可以提供聚焦于預(yù)定光譜的UVB輻射。例如，紫外福射源可以包含以特定的波長(例如，295nm、297nm、300nm、302nm、304nm等)發(fā)射光的多個LED(例如，幾千個LED)。合適的LED可以來自例如南卡羅來納州哥倫布的傳感器電子科技公司(Sensor Electronic Teclnology，Inc.) dLED的基本上單色的輸出可以降低或消除提供預(yù)定光譜內(nèi)的UVB輻射所必須的濾光量。在其他實(shí)施方式中，該紫外輻射源可以包含發(fā)射具有窄頻譜范圍的光的準(zhǔn)分子燈，和/或其他合適的紫外輻射源，其可以經(jīng)過濾或以其他操作方式生成聚焦的UVB輻射。
[0043]與產(chǎn)生相同維生素D的量所必須的日照長度相比，系統(tǒng)2000提供的集中的UVB輻射可以在相對短的光線療法療程內(nèi)(例如少于10分鐘、少于5分鐘、少于2分鐘、少于I分鐘等)向使用者遞送大劑量的維生素D(例如，每周的劑量、每月的劑量等)。輻射源2012和窄頻寬濾光器2038可以基于上述的維生素D3作用光譜來進(jìn)行選擇(例如，圖18所示)。使用該維生素D3光線療法作用光譜作為指導(dǎo)，系統(tǒng)2000可以包括一個或多個輻射組件，其提供增加的或最大化的用于MED的維生素D產(chǎn)量，并且因此提供有效的光線療法治療。
[0044]II 1.實(shí)施例
[0045]下述實(shí)施例描述了本技術(shù)的幾種實(shí)施方式。
[0046]1.—種在光線療法療程期間增加維生素D3產(chǎn)量的方法，該方法包括:
[0047]測量來自聚焦于目標(biāo)波長的輻射組件的輻射度數(shù)據(jù)；
[0048]將在280nm至320nm之間的選定波長范圍的輻射度值乘以在相應(yīng)波長下維生素D3光線療法作用光譜的功效值，以確定在各波長下的加權(quán)輻射度，其中該光線療法作用光譜限定了在預(yù)定能級下具有單位最小紅斑劑量的最大維生素D產(chǎn)量的波長；
[0049]加和該加權(quán)的輻射度值以確定總加權(quán)輻射度值；
[0050]將該總加權(quán)輻射度值除以選定的波長范圍下的輻射度總和以確定該輻射組件的效率;和
[0051]在光線療法療程期間，通過該輻射組件，向人遞送聚焦于目標(biāo)波長的紫外線以刺激產(chǎn)生維生素D，其中該光線療法療程的持續(xù)時間限于最小紅斑劑量。
[0052]2.實(shí)施例1的方法，進(jìn)一步包括在預(yù)定能級下形成維生素D3光線療法作用光譜，其中形成維生素D3光線療法作用光譜包括:
[0053]對于橫跨波長光譜的預(yù)定的能級，測定光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率百分比；和
[0054]將多個波長下的光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率乘以相應(yīng)波長下CIE前維生素D3產(chǎn)量與CIE紅斑作用光譜的比率，其中預(yù)定能級的維生素D3光線療法作用光譜對應(yīng)于各波長下與該相乘的值關(guān)聯(lián)的曲線。
[0055]3.實(shí)施例2的方法，進(jìn)一步包括:
[0056]在相應(yīng)的多個波長下暴露于預(yù)定能級時，測量多個7-DHC樣品的光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率，其中該光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率測量暴露于該預(yù)定能級之后的7-DHC樣品中前維生素D3、光留醇、速甾醇和7-DHC的量;和
[0057]限定預(yù)定能級的光異構(gòu)化作用光譜，其中該光異構(gòu)化作用光譜限定光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率百分比。
[0058]4.實(shí)施例1-3中任一項(xiàng)的方法，其中該預(yù)定的能級至多為I J/cm2。
[0059]5.實(shí)施例1-4中任一項(xiàng)的方法，其中該維生素D3光線療法作用光譜通過最小紅斑劑量來標(biāo)準(zhǔn)化。
[0060]6.實(shí)施例1-5中任一項(xiàng)的方法，其中:
[0061 ]測量來自輻射組件的輻射度數(shù)據(jù)包括測量多個輻射組件的輻射度數(shù)據(jù)，各輻射組件集中于不同的目標(biāo)波長;和
[0062]該方法進(jìn)一步包括通過對各輻射組件實(shí)施乘法、加和以及除法步驟來確定各輻射組件的效率。
[0063]7.實(shí)施例1-6中任一項(xiàng)的方法，其中該目標(biāo)波長在300nm至302nm之間。
[0064]80實(shí)施例1 -7中任一項(xiàng)的方法，其中該輻射組件包含金屬鹵化物燈和濾光器，該濾光器包含基材上的干涉涂層，其中該干涉涂層具有至多16nm的頻寬。
[0065]9.實(shí)施例1-8中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括通過使用選定波長下的CIE紅斑作用光譜加權(quán)選定波長下的輻射度來確定該輻射組件的最小紅斑劑量。
[0066]10.—種光線療法系統(tǒng)，包含:
[0067]面向輻射區(qū)的紫外(UV)光源，其中該紫外光源配置為在光線療法療程期間遞送預(yù)定能級;和
[0068]在該紫外光源和該輻射區(qū)之間的濾光器，該濾光器配置為至少基本上除去預(yù)定波長光譜范圍之外的紫外輻射，其中，對于預(yù)定能級，該預(yù)定光譜具有至多16nm的頻寬，并聚焦于對應(yīng)于維生素D3光線療法作用光譜的最大值的波長。
[0069]11.實(shí)施例10的光線療法系統(tǒng)，其中:
[0070]該紫外光源包含金屬鹵化物燈;和
[0071]該濾光器包含干涉涂層。
[0072]12.實(shí)施例10或?qū)嵤├?1的光線療法系統(tǒng)，其中該光線療法系統(tǒng)配置為最大化單位最小紅斑劑量下的前維生素D3產(chǎn)量，并且進(jìn)一步配置為最小化維生素D3的光異構(gòu)化。
[0073]13.實(shí)施例10-12中任一項(xiàng)的光線療法系統(tǒng)，其中該預(yù)定的能級至多為lj/cm2。
[0074]14.實(shí)施例10-13中任一項(xiàng)的光線療法系統(tǒng)，其中該濾光器聚焦于300-302nm的目標(biāo)波長。
[0075]15.實(shí)施例10-14中任一項(xiàng)的光線療法系統(tǒng)，其中該濾光器包含具有以302nm為中心的至多8nm頻寬的干涉涂層。
[0076]16.實(shí)施例10-15中任一項(xiàng)的光線療法系統(tǒng)，其中該維生素D3光線療法作用光譜通過橫跨多個波長的預(yù)定能級下的光異構(gòu)化作用光譜以及相應(yīng)波長下的CIE前維生素D3產(chǎn)量與CIE紅斑作用光譜的比率之間的乘積來限定。
[0077]17.實(shí)施例10-16中任一項(xiàng)的光線療法系統(tǒng)，其中該紫外光源和該濾光器限定多個輻射組件中的一個，并且其中，該光線療法系統(tǒng)進(jìn)一步包含支撐輻射組件的基座，其中該輻射組件通常向內(nèi)面向基座的中心部位以限定輻射區(qū)。
[0078]18.—種光線療法系統(tǒng)，包含:
[0079]限定至少一部分輻射區(qū)的基座;和
[0080]輻射組件，包括朝向輻射區(qū)的紫外(UV)光源，其中:
[0081]該紫外光源配置為在光線療法階段期間遞送預(yù)定能級，
[0082]該輻射組件配置為預(yù)定波長光譜內(nèi)遞送紫外輻射，和
[0083]該預(yù)定光譜具有至多16nm的頻寬并且聚焦于與預(yù)定能級下維生素D3光線療法作用光譜上最大值對應(yīng)的波長。
[0084]19.實(shí)施例18的光線療法系統(tǒng)，其中該輻射組件聚焦于約300-302nm的波長。
[0085]20.實(shí)施例18或19的光線療法系統(tǒng)，其中該紫外光源包含至少一個聚焦于約300-302]11]1的1^00
[0086]IV.結(jié)論
[0087]如上所述，應(yīng)理解本技術(shù)的特定實(shí)施方式在本文中用于描述目的，在不脫離本公開的范圍內(nèi)，可以做出各種變形。在特定實(shí)施方式的情況下描述的新技術(shù)的某些方面可以在其他實(shí)施方式中結(jié)合或排除。因此，盡管與該新技術(shù)的某些實(shí)施方式相聯(lián)系的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)描述在這些實(shí)施方式的上下文中，但是其他實(shí)施方式也可以表現(xiàn)出這種優(yōu)點(diǎn)，并且不是所有的實(shí)施方式都必須表現(xiàn)出這種優(yōu)點(diǎn)以落入本技術(shù)的范圍。因此，本公開和相應(yīng)的技術(shù)可以包括本文沒有專門顯示或描述的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在光線療法療程期間增加維生素D3產(chǎn)量的方法，所述方法包括: 測量來自聚焦于目標(biāo)波長的輻射組件的輻射度數(shù)據(jù)； 將280nm至320nm之間的選定波長范圍下的輻射度值乘以在相應(yīng)波長下維生素D3光線療法作用光譜的功效值以確定各波長下的加權(quán)輻射度，其中所述光線療法作用光譜限定了預(yù)定能級下具有單位最小紅斑劑量的最大維生素D產(chǎn)量的波長； 加和所述加權(quán)輻射度值以確定總加權(quán)輻射度值； 將所述總加權(quán)輻射度值除以選定波長范圍下的輻射度的總和以確定所述輻射組件的效率;和 在所述光線療法療程期間，通過所述輻射組件，向人遞送聚焦于目標(biāo)波長的紫外線以刺激產(chǎn)生維生素D，其中所述光線療法療程的持續(xù)時間限于最小紅斑劑量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在預(yù)定能級下形成維生素D3光線療法作用光譜，其中形成所述維生素D3光線療法作用光譜包括: 對于橫跨波長光譜的預(yù)定的能級測定光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率百分比;和 將多個波長下該光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率乘以相應(yīng)波長下CIE前維生素D3產(chǎn)量與CIE紅斑作用光譜的比率，其中預(yù)定能級的所述維生素D3光線療法作用光譜對應(yīng)于各波長下與該相乘的值關(guān)聯(lián)的曲線。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括: 在相應(yīng)多個波長下，暴露于預(yù)定能級時，測量多個7-DHC樣品的光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率，其中所述光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率測量暴露于所述預(yù)定能級之后的7-DHC樣品中的前維生素D3、光留醇、速甾醇和7-DHC的量;和 限定預(yù)定能級的光異構(gòu)化作用光譜，其中所述光異構(gòu)化作用光譜限定為光產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率百分比。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定能級至多為lj/cm2。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述維生素D3光線療法作用光譜通過最小紅斑劑量來標(biāo)準(zhǔn)化。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 測量來自輻射組件的輻射度數(shù)據(jù)，包括測量多個輻射組件的輻射度數(shù)據(jù)，各輻射組件聚焦于不同的目標(biāo)波長;和 所述方法進(jìn)一步包含通過對各輻射組件實(shí)施乘法、加和以及除法步驟來確定各輻射組件的效率。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述目標(biāo)波長在300nm至302nm之間。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述輻射組件包含金屬齒化物燈和濾光器，所述濾光器包含基材上的干涉涂層，其中所述干涉涂層具有至多16nm的頻寬。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括通過使用在選定波長下的CIE紅斑作用光譜加權(quán)在選定波長下的輻射度，來確定所述輻射組件的最小紅斑劑量。10.—種光線療法體系，包含: 面向輻射區(qū)的紫外(UV)光源，其中所述紫外光源配置為在光線療法療程期間遞送預(yù)定能級;和 在所述紫外光源和所述輻射區(qū)之間的濾光器，所述濾光器配置為至少基本上除去預(yù)定波長光譜范圍之外的紫外輻射，其中，對于所述預(yù)定能級，預(yù)定的光譜具有至多16nm的頻寬，并聚焦于與維生素D3光線療法作用光譜的最大值對應(yīng)的波長。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光線療法系統(tǒng)，其中: 所述紫外光源包含金屬鹵化物燈;和 所述濾光器包含干涉涂層。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光線療法系統(tǒng)，其中所述光線療法系統(tǒng)配置為最大化單位最小紅斑劑量下的前維生素D3產(chǎn)量，并且進(jìn)一步配置為最小化維生素D3的光異構(gòu)化。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光線療法系統(tǒng)，其中所述預(yù)定能級至多為lj/cm2。14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光線療法系統(tǒng)，其中所述濾光器聚焦于300-302nm的目標(biāo)波長。15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光線療法系統(tǒng)，其中所述濾光器包含具有以302nm為中心的至多8nm頻寬的干涉涂層。16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光線療法系統(tǒng)，其中所述維生素D3光線療法作用光譜通過橫跨多個波長的對于預(yù)定能級的光異構(gòu)化作用光譜以及相應(yīng)波長下的CIE前維生素D3產(chǎn)量與CIE紅斑作用光譜的比率之間的乘積來限定。17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光線療法系統(tǒng)，其中所述紫外光源和所述濾光器限定多個輻射組件中的一個，并且其中，所述光線療法系統(tǒng)進(jìn)一步包含支撐所述輻射組件的基座，其中所述輻射組件通常向內(nèi)面向的所述基座的中心部位以限定所述輻射區(qū)。18.一種光線療法系統(tǒng)，包含: 限定至少一部分輻射區(qū)的基座;和 輻射組件，包括朝向輻射區(qū)的紫外(UV)光源，其中: 所述紫外光源配置為在光線療法階段期間遞送預(yù)定能級， 所述輻射組件配置為在遞送預(yù)定波長光譜內(nèi)遞送紫外輻射，和所述預(yù)定光譜具有至多16nm的頻寬并且聚焦于與預(yù)定能級下在維生素D3光線療法作用光譜上的最大值對應(yīng)的波長。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光線療法系統(tǒng)，其中所述輻射組件聚焦于約300-302nm的波長。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光線療法系統(tǒng)，其中所述紫外光源包含至少一個聚焦于約300-302]11]1的1^00
【文檔編號】A61N5/06GK105899259SQ201480066635
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年10月27日
【發(fā)明人】威廉·A·莫法特
【申請人】貝那索爾公司