CN101392872B

CN101392872B - 一种光照装置和系统以及一种产生光照射能量的方法

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Publication number: CN101392872B
Application number: CN2007101518075A
Authority: CN
Inventors: 宋开书; 黄金田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: CN101392872A

Abstract

本发明是公开一种光照装置，其包含有一发光二极管能发出低能量(low-power)的窄脉宽集中波段非平行集束光，该集束光的发散角在16度以内且波长选自600～850nm，光能量密度介于2～16J/cm²。还公开了利用该光照装置的光照系统，其包含具电压控制电路及CPU的驱动器以驱动该光照装置产生不同功率及不同频率的集束光。本发明还公开一种产生光照射能量的方法，是利用前述装置及系统产生不同能量和不同频率的集束光。本发明装置和系统可用做细胞治疗中的光生物刺激照明装置。

Description

一种光照装置和系统以及一种产生光照射能量的方法

技术领域

本发明涉及医疗设备，具体涉及一种光照装置，以及含有该光照装置的系统，该装置和系统可作为细胞治疗用的光生物刺激照明装置。

背景技术

习知医学中，一般都是采用某个固定的频率和固定能量的集束光作为医疗照射的光源，对于生物刺激的效果则受到限制，所以，只是使用固定频率和固定能量的集束光是无法完全发挥作用的，再加上这种现有光源采用较大的发散角度，光源能量密度薄弱，对于生物刺激的作用差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能产生不同频率和不同能量集束光的可用于生物细胞治疗的光照装置。

为达上述目的，本发明光照装置包含有：至少一个发光二极管，该发光二极管可以产生一种集中在一脉宽的窄波段，适合作为生物细胞治疗的生物刺激的低能量非平行集束光，该集束光的波长介于600～850nm，光能量密度介于2～16J/cm²，最好应介于2.5～5J/cm²，光发散角为16度以内，最好介于4～10度。

本发明另一目的在于提供一种可用于生物细胞治疗的光照系统。

该光照系统包含有：至少一组发光二极管装置，具有至少一个发光二极管，该发光二极管可以产生一种以上集中在一脉宽的窄波段(narrow bandwidth centeredat a wavelength)，适于作为生物细胞治疗的生物刺激的低能量非平行集束光，该集束光的波长介于600～850nm，光能量密度介于2～16J/cm²，最好应介于2.5～5J/cm²，而发散角在16度以内，最好在4～10度；一个驱动器，包含有一个电压控制电路及一个微处理器，该电压控制电路主要接收由中央处理单元所传来的信号，提供不同输出电压给发光二极管，以产生不同能量的集束光；利用该微处理器的计算来调控不同的频率，并输出信号给电压控制电路；一个电源装置，以提供本装置电力。

另外，该系统进一步包含被连结到中央处理单元的按键装置，使操作人可以输入所要的光线能量和频率数据。

该系统包含有一个过电流保护电路，以保护本装置。

该系统的电压控制电路则采用了脉波调整电路，以接收中央处理单元的脉波信号，并提供不同的输出电压给二极管。

本发明另一目的在于提供一种产生光照射能量的方法，其包含以下步骤：

(1)至少有一个发光二极管，能够发出一种窄脉宽，且集中在红外光或近红外光光谱区域的治疗波段，该波段的波长介于600～850nm；

(2)驱动至少一种二极管发射出一种非连续的非平行集束光，该集束光发散角度在16度以内；

(3)至少发出一种波段的非平行集束光，并将光能量密度控制在2～16J/cm²。

再者，该方法则包含了以下六种模式：

第一种模式为，该方法包含了三种不同数值能量的光照射步骤，这三个步骤应该把光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，以0.5X焦耳，1X焦耳，1.5X焦耳的光能量递增，且X为一变数，每一个步骤的光线照射能量，以θ角度斜率增加，该θ角度≤60度，并可重复多次该方法的步骤。且在每一步骤的光照射中施以微幅的波动，波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动次数为6次或9次，波动频率介于0.5～1.5秒，波动方式为急升缓降。

第二种模式为，该方法包含了三种不同数值能量的光照射步骤，该三个步骤是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，以1.5X焦耳，1X焦耳，0.5X焦耳的光能量递减，且X为一变数，第一个步骤的光线照射能量，以θ角度斜率增加，该θ角度≥45度，并可重复若干次该步骤。且该方法中进一步在每一步骤的光照射中施以微幅的波动，波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动次数为6次或9次，波动频率介于0.5～1.5秒，波动方式为缓升急降。

第三种模式为，该方法包含了两种不同数值能量的光照射步骤，该两个步骤是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，以0.5X焦耳，1X焦耳的光能量递增，该X为一变数，每一个步骤的光线照射能量以θ角度斜率增加，该θ角度≤60度，并可重复若干次该步骤。且该方法中进一步在每一步骤的光照射中施以微幅的波动，波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.5～1.5秒，第一步骤的波动次数为9次或27次，波动方式为急升缓降，第二次波动次数为6次或18次，波动方式为缓升急降。

第四种模式为，该方法包含了两种不同数值能量的光照射步骤，该两个步骤是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，以1X焦耳，0.5X焦耳的光能量递减，该X为一变数，第一个步骤的光线照射能量以θ角度斜率增加，该θ角度≤60度，并可重复若干次该步骤。且该方法中进一步在每一步骤的光照射中施以微幅的波动，波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.5～1.5秒，第一步骤的波动次数为6次或18次，波动方式为缓升急降，第二次波动次数为9次或27次，波动方式为急升缓降。

第五种模式为，该方法包含了一种数值能量的光照射步骤，其是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，照射能量为X焦耳，X为一变数，且该照射能量以θ角度斜率递增，θ角约在45度，并可重复若干次该步骤。且该方法进一步在每一步骤的光照射中施以微幅的波动，波动幅度在该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.5～1.5秒，而波动的次数为9次或27次，波动方式为急升缓降。

第六种模式为，该方法包含了一种数值能量的光照射步骤，其是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，照射能量为X焦耳，X为一变数，且该照射能量以θ角度斜率递增，θ角约在45度，并可重复若干次该步骤。且该方法进一步在每一步骤的光照射中施以微幅的波动，波动幅度在该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.25～1.0秒，而波动的次数为6次或18次，波动方式为缓升急降。

本发明所提供的装置及方法具有下列优点：

由于本发明所提供发光二极管装置能产生不同频率和不同能量集束光，可适用性广；本发明选择发散角在16度以内的集束光，且光能量密度在2～16J/cm²，其穿透性佳，对细胞的分化与生长有促进作用，例如，本发明系统在使用过程中对于发炎或伤口的组织细胞具有优良的分化及生成能力，同时可增加免疫球蛋白，增强抵抗力，并可将组织液快速带走，让伤口愈合时间加快。

附图说明

图1：是本发明光照装置的较佳实施例的方块图。

图2：是对照于图1的电路图。

图3：是本发明产生光照射方法中，第一种模式方法的能量波动曲线图。

图4：是本发明产生光照射方法中，第二种模式方法的能量波动曲线图。

图5：是本发明产生光照射方法中，第三种模式方法的能量波动曲线图。

图6：是本发明产生光照射方法中，第四种模式方法的能量波动曲线图。

图7：是本发明产生光照射方法中，第五种模式方法的能量波动曲线图。

图8：是本发明产生光照射方法中，第六种模式方法的能量波动曲线图。

具体实施方式

请参见图1～2所示，特别是图1，本发明提供一种可用作细胞治疗的光照系统，包含有至少一组发光二极管装置11，至少一个驱动器(driver)12，一个电源装置13。

本发明的发光二极管装置11具有至少一个发光二极管，该发光二极管如LD、LED等，其可以产生一种以上集中在一脉宽的窄波段，例如：红外光或近于红外光光谱区域，适于作为生物细胞治疗的生物刺激的低能量非平行集束光，该集束光的波长最好介于600～850nm，光能量密度介于2～16J/cm²，且最好是在2.5～5J/cm²，该集束光的发散角度在16度以内，且最好介于4～10度之间。该发光二极管装置11可以选用多种不同波长的二极管，以形成不同波段的二极管装置11，可提供不同的运用。

在图2的实施例中，该二极管装置11有二组，而在实际的运用上，可采用一组或多组的设计。

请参图1、2所示，本发明的驱动器12主要用于驱动发光二极管装置11以产生集束光，其包含一个电压控制电路121，一中央处理单元(CPU频率控制)122，而该电压控制电路121主要接收由中央处理单元122所传来的调变脉波，提供不同的输出电压给发光二极管装置11，以产生不同强度的集束光；本发明的电压控制电路121如图2所示的实施例，采用脉波调整电路，该中央处理单元122可以通过计算来调控不同的频率，并输出信号给电压控制电路121。

请参图2所示，本发明电源装置13可使用电源供应器(power supply)、电池，应用上可以利用电源管理来供应本发明的电源，可以得到较佳的电源供应。

请参图1、2所示，本发明具有一个内存126(记忆体)被连结到中央处理单元122上，可以提供操作者储存信息，例如储存依需要设定的光照模式。

请参图1、2所示，本发明还包含有一过电流保护电路123，以保护电压控制电路121。并且本发明具有一个按键装置124被连结到中央处理单元122，以输入所需要的电压值和频率数据，用以操作照射的光能量和频率，并且可以从一个显示单元125上显示所有的资料。

本发明利用前述光照系统产生光照射能量的方法则包含下列步骤：

(1)提供至少一个前述发光二极管，能够发出一种窄脉宽，且集中在红光或近红外光光谱区域的治疗波段，该波段的波长介于600～850nm；

(2)驱动至少一种二极管发射出一种非连续的非平行集束光，该集束光的发散角度在16度以内，而最好在4～10度之间。

(3)至少有一个波段的非平行集束光来照射患部细胞，并将光能量密度控制在2～16J/cm²，而最好在2.5～5J/cm²之间。

产生光照射能量，可以有以下六种模式：

请参图3所示，本发明第一种模式的方法包含了3种不同数值能量的光照射步骤，这3个步骤将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，以0.5X焦耳，1X焦耳，1.5X焦耳的能量递增，且X为一变数，每一个步骤的光线照射能量，以θ角度斜率增加，该θ角度≤60度，并可以重复多次该步骤。且该方法进一步在每一步骤的光照射时施以微幅的波动，该波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动的次数为6次或9次，波动频率介于0.5～1.5秒，波动方式为急升缓降。

请参图4所示，本发明第二种模式的方法则包含了3种不同数值能量的光照射步骤，这3个步骤是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，以1.5X焦耳，1X焦耳，0.5X焦耳的能量递减，且X为一变数，第一个步骤的光线照射能量，以θ角度斜率增加，该θ角度≥45度，并可以重复多次该步骤。且这种方法进一步可以在每一步骤的光照射时施以微幅的波动，波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动次数为6次或9次，波动频率介于0.5～1.5秒，波动方式为缓升急降。

请参图5所示，本发明第三种模式的方法则包含了2种不同数值能量的光照射步骤，这2个步骤是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，以0.5X焦耳，1X焦耳的能量递增，且X为一变数，每一个步骤的光线照射能量以θ角度斜率增加，该θ角度≤60度，并可以重复多次该方法的步骤。且该方法可以在每一步的光照射时施以微幅的波动，波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.5～1.5秒，第一步的波动次数为9次或27次，波动方式为急升缓降，第二次波动次数为6次或18次，波动方式为缓升急降。

请参图6所示，本发明第四种模式的方法则包含了2种不同数值能量的光照射步骤，这2个步骤要把光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，以1X焦耳，0.5X焦耳的能量递减，且X为一变数，第一个步骤的光线照射能量以θ角度斜率增加，该θ角度≤60度，并可以重复多次该方法的步骤。且该方法可以在每一步骤的光照射施以微幅的波动，波动幅度为该阶段能量的20％以内，波动频率为0.5～1.5秒，第一步骤的波动次数为6次或18次，波动方式为缓升急降，第二次波动次数为9次或27次，波动方式为急升缓降。

请参图7所示，本发明第五种模式的方法，包含了一种数值能量的光照射步骤，是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，照射能量为X焦耳，且X为一变数，且该照射能量是以θ角度斜率递增，θ角约在45度，并可重复多次该步骤。且这种方法进一步在每一步骤的光照射施以微幅的波动，波动幅度在该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.5～1.5秒，而波动的次数为9次或27次，波动方式为急升缓降。

请参图8所示，是本发明第六种模式的方法，该方法包含了一种数值能量的光照射步骤，是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，照射能量为X焦耳，X为一变数，且该照射能量是以θ角度斜率递增，θ角约在45度，并可重复多次该步骤。且该方法可以在每一步骤的光照射施以微幅的波动，波动幅度在该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.25～1.0秒，而波动的次数为6次或18次，波动方式为缓升急降。

以下是对前述一～六种模式中的X做一说明，例如在第一种模式中，

当X＝4时 3个步骤所提供处方的光能量为：

0.5×4 J＝2J

1×4 J＝4J

1.5×4 J＝6J

当X＝5时 3个步骤所提供处方的光能量为：

0.5×5 J＝2.5J

1×5 J＝5J

1.5×5 J＝7.5J

当X＝10.66时 3个步骤所提供处方的光能量为：

0.5×10.66 J＝5.33J

1×10.66 J＝10.66J

1.5×10.66 J＝15.99J

所以X介于4～10.66间，而光能量则不会超过2～16J/cm²的范围。第二～六种模式的方法则依此类推。

在操作时，则根据系统操作人员的专业及经验设定X的值及时间，并可以将这些参数记录在内存内。

而由于光能量密度过大约超过16J/cm²时细胞对光反应钝化，则光刺激效应会反效果，若光能量密度过小约小于2J/cm²则细胞的生物刺激效应差或无反应，所以，本发明选在2～16J/cm²间，特别是2.5～5J/cm²的效果较佳。

另外，光发散角度太大时，则光能量薄弱，对于生物刺激效应差，本发明的光发散角度在16度以内，特别是在4～10度时的光能量最强，光刺激效应佳。

Claims

1.一种光照系统，其特征在于，包含有：

至少一发光装置，具有至少一个发光二极管，该发光二极管可以产生一种以上集中在一脉宽的窄波段作为低能量非平行集束光，其中该集束光的波长介于600～850nm，光能量密度介于2～16J/cm²，光发散角度在16度以内；

一个驱动器，以驱动发光二极管装置产生集束光；其中该驱动器包含有：一个电压控制电路，其接收由一中央处理单元所传来的调变脉波，以提供不同的输出电压给发光二极管装置，以产生不同强度的集束光；所述中央处理单元，利用中央处理单元的计算来调控不同的频率，并输出信号给电压控制电路；

一个电源装置，提供系统电力；

发光二极管装置产生所述不同强度的集束光按以下模式产生光照射能量：

第一种模式：包含了3种不同数值能量的光照射步骤，这3个步骤将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，以0.5X焦耳，1X焦耳，1.5X焦耳的能量递增，且X为一变数，每一个步骤的光线照射能量，以θ角度斜率增加，该θ角度≤60度，且在每一步骤的光照射时施以微幅的波动，该波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动的次数为6次或9次，波动频率介于0.5～1.5秒，波动方式为急升缓降；

第二种模式：包含了3种不同数值能量的光照射步骤，这3个步骤是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，以1.5X焦耳，1X焦耳，0.5X焦耳的能量递减，且X为一变数，第一个步骤的光线照射能量，以θ角度斜率增加，该θ角度≥45度，且在每一步骤的光照射时施以微幅的波动，波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动次数为6次或9次，波动频率介于0.5～1.5秒，波动方式为缓升急降；

第三种模式：包含了2种不同数值能量的光照射步骤，这2个步骤是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，以0.5X焦耳，1X焦耳的能量递增，且X为一变数，每一个步骤的光线照射能量以θ角度斜率增加，该θ角度≤60度，且在每一个步骤的光照射时施以微幅的波动，波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.5～1.5秒，第一步骤的波动次数为9次或27次，波动方式为急升缓降，第二步骤的波动次数为6次或18次，波动方式为缓升急降；

第四种模式：包含了2种不同数值能量的光照射步骤，这2个步骤要把光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，以1X焦耳，0.5X焦耳的能量递减，且X为一变数，第一个步骤的光线照射能量以θ角度斜率增加，该θ角度≤60度，且在每一步骤的光照射施以微幅的波动，波动幅度为该阶段能量的20％以内，波动频率为0.5～1.5秒，第一步骤的波动次数为6次或18次，波动方式为缓升急降，第二步骤的波动次数为9次或27次，波动方式为急升缓降；

第五种模式：包含了一种数值能量的光照射步骤，是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，照射能量为X焦耳，且X为一变数，且该照射能量是以θ角度斜率递增，θ角约在45度，且在每一步骤的光照射施以微幅的波动，波动幅度在该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.5～1.5秒，而波动的次数为9次或27次，波动方式为急升缓降；或

第六种模式：包含了一种数值能量的光照射步骤，是将光能量密度控制在2～16J/cm²范围内，照射能量为X焦耳，X为一变数，且该照射能量是以θ角度斜率递增，θ角约在45度，且在每一步骤的光照射施以微幅的波动，波动幅度在该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.25～1.0秒，而波动的次数为6次或18次，波动方式为缓升急降。

2.如权利要求1所述的光照系统，其特征在于，其中还包含有一连结到中央处理单元的按键装置。

3.如权利要求1所述的光照系统，其特征在于，其中该电压控制电路有一过电流保护电路。

4.如权利要求1所述的光照系统，其特征在于，其中该电压控制电路包含一脉波调整电路。

5.如权利要求1所述的光照系统，其特征在于，其中更包含有一被连结到中央处理器的内存。

6.一种产生光照射能量的方法，包含下列步骤：

(1)提供至少一种发光二极管，能够发出一种窄脉宽，且集中在红光或近红外光光谱区域的波段，该波段的波长介于600～850nm；

(2)驱动至少一种二极管发射出一种非连续的非平行集束光，该集束光的发散角度在16度以内；

(3)发光二极管发出至少一波段的非平行集束光，并将光能量密度控制在2～16J/cm²；

所述步骤(3)包含了三种不同数值光能量的照射步骤，该三个照射步骤光能量密度以0.5X，1X，1.5X焦耳的能量递增，且X为一变数，每一个照射步骤的光线照射能量以θ角度斜率增加，该θ角度≤60度。

7.如权利要求6所述的产生光照射能量的方法，其特征在于，其中该方法中进一步在每一照射步骤的光照射时施以微幅的波动，该波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动的次数为6次或9次，波动频率介于0.5～1.5秒，波动方式为急升缓降。

8.一种产生光照射能量的方法，包含下列步骤：

所述步骤(3)包含了三种不同数值能量的光照射步骤，这三个照射步骤光能量密度以1.5X，1X，0.5X焦耳的能量递减，且X为一变数，第一个照射步骤的光线照射能量，以θ角度斜率增加，该θ角度≥45度，并重复多次该照射步骤。

9.如权利要求8所述的产生光照射能量的方法，其特征在于，其中该方法中进一步在每一照射步骤的光照射时施以微幅的波动，该波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动的次数为6次或9次，波动频率介于0.5～1.5秒，波动方式为缓升急降。

10.一种产生光照射能量的方法，包含下列步骤：

所述步骤(3)包含了两种不同数值能量的光照射步骤，该两个照射步骤光能量密度以0.5X，1X焦耳的能量递增，且X为一变数，每一个照射步骤的光线照射能量以θ角度斜率增加，该θ角度≤60度，并重复多次该方法的照射步骤。

11.如权利要求10所述的产生光照射能量的方法，其特征在于，其中该方法中进一步在每一个照射步骤的光照射时施以微幅的波动，波动幅度为该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.5～1.5秒，第一照射步骤的波动次数为9次或27次，波动方式为急升缓降，第二照射步骤的波动次数为6次或18次，波动方式为缓升急降。

12.一种产生光照射能量的方法，包含下列步骤：

所述步骤(3)包含了两种不同数值能量的光照射步骤，该两个照射步骤光能量密度以1X，0.5X焦耳的能量递减，且X为一变数，第一个照射步骤的光线照射能量以θ角度斜率增加，该θ角度≤60度，并重复多次该方法的照射步骤。

13.如权利要求12所述的产生光照射能量的方法，其特征在于，其中该方法中进一步在每一照射步骤的光照射施以微幅的波动，波动幅度为该阶段能量的20％以内，波动频率为0.5～1.5秒，第一照射步骤的波动次数为6次或18次，波动方式为缓升急降，第二照射步骤波动次数为9次或27次，波动方式为急升缓降。

14.一种产生光照射能量的方法，包含下列步骤：

所述步骤(3)包含了一种数值能量的光照射步骤，照射能量为X焦耳，且X为一变数，且该照射能量以θ角度斜率递增，θ角在45度，并重复多次该照射步骤。

15.如权利要求14所述的产生光照射能量的方法，其特征在于，其中该方法进一步在每一照射步骤的光照射时施以微幅的波动，波动幅度在该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.5～1.5秒，而波动的次数为9次或27次，波动方式为急升缓降。

16.如权利要求14所述的产生光照射能量的方法，其特征在于，其中该方法进一步在每一光照步骤的光照射时施以微幅的波动，波动幅度在该阶段光能量的20％以内，波动频率为0.25～1.0秒，而波动的次数为6次或18次，波动方式为缓升急降。