CN103269751A - 光治疗设备 - Google Patents

Abstract

一种光治疗设备(1)包括：至少一个光源(2)；控制设备(10)，用于控制光源的操作；边界存储器(11)，包含限定用于用户的头部相对于光源的距离(D)和相对角度(f)的边界的边界信息；监测装置(30)，用于监测用户的头部的实际距离(D)和实际相对角度，并且生成指示测量的距离和角度的输出信号。控制设备具有耦合至存储器用于接收边界信息的输入，并且具有耦合至监测装置用于接收来自监测装置的输出信号的输入。控制设备将来自监测装置的输出信号与边界信息比较，并且在用户的头部和/或眼睛的实际位置和/或方向在所述边界之外时发出警告信号。

Description

光治疗设备

技术领域

本发明总体涉及光治疗设备。虽然光可以在对皮肤的治疗中使用，但是在本发明的上下文中光治疗设备将被理解为是用于生成能够并且旨在被人眼睛感知的光的设备。

背景技术

这一类型的光治疗例如用于治疗情感障碍或昼夜节律睡眠障碍。定时亮光治疗是针对昼夜节律睡眠障碍，尤其是轮班工作障碍和睡眠相位后移障碍的推荐疗法；在这一方面，可以参考文章“Practice Parameters for the Clinical Evaluation and Treatment ofCircadian Rhythm Sleep Disorders”，American Academy of SleepMedicine in Sleep，Vol.30，No.11，2007。该疗法涉及到在适当确定的时间将患者暴露于强度通常为2500-10,000勒克斯的白光持续范围从30分钟至2小时的时段。最为常用的设备是小型光箱，其必须放在用户前面的桌子上。较新的光治疗设备仅利用光谱的蓝色部分，因为人体昼夜规律调节器系统的移位效应对蓝光最为敏感。

WO-2010/076708公开了一种包括面具形状的头戴式装置的设备：在这一情况中，该设备与用户眼睛之间的相对方向和距离总是固定的。

发明内容

在“独立式”设备(其放置在地板或桌子上、或者安装在床柱上等等)的情况中，在用户移动他的头部和/或眼睛时，设备与用户的头部或眼睛之间的相对方向和距离可以改变。然而重要的是光治疗设备在预定的距离范围操作，以确保到达眼睛的光强度足够高以提供它的治疗效果，却足够低以避免诸如眼睛疲劳、头痛或甚至视网膜损伤之类的副作用。例如，前述的操作距离范围可以是从50-75厘米。另外，重要的是用户不直接注视光源。相反，光治疗设备应以这样的方式放置使得光从上方或下方以及从侧面到达眼睛。在理想设置中，治疗的光到达在眼睛内部的、也存在在视网膜的外围区域的昼夜节律系统的光感受器，但是治疗的光不到达视网膜的包含用于眼睛的视觉功能的光感受器的内部部分。

因此出于最佳效果、舒适和安全，治疗设备的正确位置是重要的：设备(或更具体为其光源)应当被放置在距用户的头部特定的预定距离处，并且来自光源的光应当以预定的角度进入用户的眼睛。必须尽可能避免过于接近或过小的操作角度。另一方面，如果操作在大的距离处或角度处，则治疗的效果降低，因为到达眼睛的光的量可以变得太低。这意味着取用户的眼睛来定义一个坐标系，则光源应当位于关于此坐标系的明确限定的固定位置处。然而，在“独立式”设备的情况中，它的位置相对于固定的世界静止，然而用户却可以移动他的头部。在实践中，这意味着用户在开始疗程之前必须首先将光治疗设备关于用户的眼睛正确放置，并且然后他/她必须确保在疗程期间(例如在30到60分钟之间)，操作距离和角度保持在推荐界限内。这一方面对用户造成了相当大的挑战。尤其如果用户在疗程期间正在从事于其他活动，则有可能用户改变身体和头部位置而未察觉。如果距离和/或角度变得太小，则这可以导致危及用户的安全或舒适的情况。另一方面，如果距离和/或角度变得太大，则可能无法达到期望的治疗效果，因为到达昼夜节律系统的光感受器的量变得太低。

WO-2007/104309公开了一种具有连接至计算机的USB的光治疗设备，用于基于来自对用户是否坐在该设备前面进行监测的相机的信息来自动开启和关闭该设备的目的。该发明有助于在用户不坐在光治疗设备前面时减少该设备不必要的功耗。

WO-2010/007572公开了一种包含距离传感器的光治疗设备，以控制用于对该设备所发出的蓝光的区域进行限制的光阀，从而达到避免蓝光危害的目的。该文档未公开光阀机制如何能够以暴露人视网膜的特定区域而不暴露其他区域的方式来产生光场。似乎该文档希望用户坐在设备前面并且直视灯。

WO-1977/047993公开了一种护目镜或眼镜形式的可穿戴式光治疗设备，其并入眼睛追踪传感器和可交互光导网格以仅在瞳孔外围发出光。该设备的缺点在于用户被迫在他/她的头上戴上该治疗设备以解决保持光源与眼睛之间的正确距离的问题。

本发明的一个重要目的在于提供即使用户移动他的头部也能够正常工作的“独立式”光治疗设备。本发明的另一重要目的在于提供即使用户移动他的头部也能够保持安全和有效的光治疗设备。

为了达到这些目的，根据本发明的光治疗设备包括总体上对用户的头部并且特别是他的眼睛的位置和方向进行监测的监测装置(例如相机)。取决于测量的用户的头部和/或眼睛的位置和方向，该治疗设备适配它的光输出并且/或者向用户生成警告信号。

进一步有利的详述在从属权利要求中被提及。

附图说明

本发明的这些方面及其他方面、特征和优点将通过以下参照附图对一个或多个优选实施例的描述来进一步解释，附图中相同的参考标记代表相同或相似的部分，并且其中：

图1示意性示出了光治疗设备的框图。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的光治疗设备1的框图，其包括光源2。光源2可以包括一个或多个生成光的元件，例如(诸如本身已知的)荧光灯泡、LED阵列等，因而在此不必更详细描述。在示例中，光源2能够生成光强度为10,000勒克斯的白光或偏蓝白光。光源2(取决于类型)可以由灯驱动器3(本身已知)驱动并且从电源4获得电力，电源4通常为市电电源。控制设备10控制光源2和/或它的驱动器3的操作；控制设备10例如可以被实现为诸如本身已知的微控制器或微处理器等，因而在此省略了更详细的描述。

此光治疗设备1被设计用于“独立式”使用，并且包括固定装置20用于将光源2相对于固定的外界放置。在一个简单的实施例中，固定装置20只是由例如被放置在餐桌或书桌上的灯壳实现。还有可能该固定装置20包括三脚架设计等的支撑体。

光治疗设备1还包括监测设备30，其通常适合地但不是必要地被实现为相机，其能够监测用户的头部和眼睛(简明起见而未示出)的位置和方向。监测设备被装配地接近光源2，通常在灯壳中或灯壳上。光治疗设备1还包括信号处理设备40，其可以是单独的设备或与监测设备30集成或者与控制设备10集成。信号处理设备40在监测设备30被实现为相机的情况中可以由图像处理软件实现。信号处理设备40从监测设备30接收输出信号，并且处理该信号以确定用户的头部和/或眼睛的位置和方向。

要注意的是基于相机图像确定用户的头部的位置和姿态以及确定用户的眼睛的方向的方法本身是已知的。作为示例，参考CaifengShan，Wei Chen在2009年6月20日-6月25日于美国佛罗里达州迈阿密的2009 IEEE Computer Society Conference on Computer Visionand Pattern Recognition Workshops中的“Head Pose Estimation UsingSpectral Regression Discriminant Analysis”，其描述了如何能够通过利用高效的子空间学习方法：谱回归判别分析(SRDA)处理来自相机的视频信号来估计用户头部的姿态。因此可以在此省略详细的描述。一言以蔽之，信号处理器40能够处理来自监测设备30的视频信号以便确定一方面是相机与眼睛之间的直线与另一方面是眼睛的光轴(确定用户正在看的方向)之间的角度

因此确定或计算的角度

近似等于发出的亮光照进用户眼睛中的角度。

此外，信号处理设备40能够处理来自监测设备30的视频信号，以便通过对相机所见的用户的脸的直径进行测量并且使用存储在与控制设备10相关联的直径转换存储器13中的制造商已计算的校准查找表将该直径转换成对应的距离，来估计光治疗设备与用户的脸之间的距离D。由于该设备用于成人患者使用，因此可以假设如相机所观察的人的头部的大小互相相差不太大，从而能够从此值估计距离。

要注意的是本发明的实现并不限于此示例。

光治疗设备1还包括与控制设备10相关联的边界存储器11。该边界处理器11包含例如在查找表的边界中的、限定用户的头部和/或眼睛的位置和方向的边界的信息。具体而言，该边界存储器11包含最小距离的值Dmin、最大距离的值Dmax、最小角度的值φmin，以及最大角度的值φmax。

光治疗设备1还包括用户可操作模式选择器30，其例如被实现为一组按键，通过该选择器用户可以选择治疗类型。例如，用户可以选择“唤醒”、或“时差综合征”、或“睡眠障碍”。光治疗设备1还包括与控制设备10相关联的第二存储器12。该第二存储器12包含例如以查找表形式的、限定用于不同治疗类型的操作条件(诸如光颜色和光强度)的信息。还有可能不同的治疗类型涉及到不同的边界设置，例如光束相对于用户的眼睛的角度。有可能第二存储器12与边界存储器11集成。

在操作中，控制设备10控制光源2的设置以实现模式选择器50所选择的光治疗，并且接收可能由处理设备40处理的监测设备的输出信号、从边界存储器11读取信息，并且将从监测设备的输出信号得到的用户的头部和/或眼睛的实际位置和方向与如从边界存储器11的信息所限定的边界相比较。只要控制设备10发现用户的头部和/或眼睛的实际位置和方向在所述边界内，则一切良好。控制设备10一发现用户的头部和/或眼睛的实际位置或方向在所述边界之外，控制设备10就进入到警告模式。在该警告模式中，控制设备10激活警告设备60，其发出用户可感知的警告信号，向用户表明他的头部不处于正确的姿态。警告信号可以是声信号，在这一情况中警告设备60可以包括扬声器。警告信号还可以是光信号，在这一情况中警告设备60可以包括单独的光源，但也有可能使用光源2用于生成警告信号。可替换地或附加地，控制设备10可以改变光源2的设置以针对用户头部的测量的位置来适配这些设置。例如，控制设备10可以取决于光源与用户的头部之间的距离而降低或增加光输出。

在第一示例中，该设备能够在可通过模式选择器50选择的恒定强度模式中操作。在此模式中，光源2发出的光的光强度是恒定的，其也经用户选择。在此模式中，最小距离Dmin和最小角度φmin适用，其实际值取决于用户选择的光强度。这些Dmin和φmin的实际值可以被存储在查找表中，或者可以被控制设备10基于存储在存储器11中的值，使用也存储在存储器11中的公式来计算。控制设备10持续或者定期地将实际距离D与所述最小距离Dmin比较并且将实际角度φ与所述最小角度φmin比较。实际距离D应当大于所述最小距离Dmin，并且实际角度φ应当大于所述最小角度φmin。如果控制设备10发现这一条件未被满足，则控制设备10进入到警告模式，向用户发出安全警告。

如果所述条件未被满足，则这构成潜在的安全危害。因此，在更先进的实施例中，控制设备10一发现所述条件未被满足就启动定时器。定时器值一达到预定的阈值Tmax，即表明所述条件已经被违反持续至少长于Tmax的时间间隔，控制设备10就将进入安全模式，在该安全模式中它将光强度降低至零。

在第二示例中，经用户选择，光源2所发出的光的光强度仍为恒定，并且控制设备10正在执行有效性监测，对于这一情况最大距离Dmax和最大角度φmax适用，其实际值取决于用户选择的光强度。这些Dmax和φmax的实际值可以被存储在查找表中，或者可以被控制设备10基于存储在存储器11中的值，使用也存储在存储器11中的公式来计算。控制设备10持续或者定期地将实际距离D与所述最大距离Dmax比较并且将实际角度φ与所述最大角度φmax比较。实际距离D应当小于所述最大距离Dmax，并且实际角度φ应当小于所述最大角度φmax。如果控制设备10发现这一条件未被满足，则控制设备10进入到警告模式，向用户发出有效性警告。

疗程通常具有预定(或用户可选择的)的持续时间。如果所述条件未被满足，则可能降低疗程的有效性。因此，在更先进的实施例中，控制设备10自动使疗程持续时间增加所述条件受到违反的时间段期间的所有时间间隔之和。这保证向用户的眼睛提供对具有足够高强度的亮光的最少需要的暴露时间以确保该设备想要的治疗效果。

在第三示例中，如用户经由模式选择器50所选择的，控制设备10操作在自动模式中，其中控制设备10测量实际距离D和实际角度φ并且基于D和φ的测量值将光源2所发出的光的光强度设置在最佳值。强度I由控制设备10通过查找存储在存储器中的制造商已计算的校准查找矩阵中的所需强度值来确定。表的行和列是D和φ的测量值，并且预先计算的所需要的强度I存储在矩阵的单元(cell)中。控制设备10获取对应于实际测量参数的单元值并且相应地控制灯2的功率。选择的强度足够高以提供最有效的治疗效果，却足够低以确保安全和舒适。对于过小的距离或角度，该设备将强度设置为零并且传达如在第一示例中所描述的安全警告。对于过大的距离或角度，在该距离或角度不能够进一步增加设备的光强度以确保最少所需的光剂量，则传达如在第二示例中所述的有效性警告。

虽然已经在附图和前述描述中图示并且详细描述了本发明，但是对于本领域技术人员应当清楚的是这样的图示和描述被认为是说明性或示例性而并不是限制性的。本发明并不限于公开的实施例；相反，在如所附权利要求中限定的本发明的保护范围内，若干变化和修改是可能的。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容，以及所附权利要求能够在实践所要求的发明中理解并且实现公开的实施例的其他变化。在权利要求中，词语“包括”并不排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以满足权利要求中列举的若干项的功能。仅仅是某些手段在彼此不同的从属权利要求中记载的事实并不表明这些手段的组合不能够加以利用。计算机程序可以存储/分布在适合的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分的光学存储介质或固态介质，但是也可以以诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统的其他形式分布。权利要求中的任何参考标记都不应当被解释为限制其范围。

在上文中，已经参照图示了根据本发明的设备的功能块的框图解释了本发明。要理解的是这些功能块的一个或多个可以被实现在硬件中，其中这样的功能块的功能由单独的硬件部件来执行，但是还有可能的是这些功能块的一个或多个可以实现在软件中，从而这样的一个或多个功能块的功能由计算机程序的一个或多个程序行或诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器等的可编程设备来执行。

Claims (11)

1.一种光治疗设备(1)，包括：

至少一个光源(2)；

控制设备(10)，用于控制所述光源(2)的操作；

边界存储器(11)，包含限定用于用户的头部相对于所述光源(2)的距离(D)和相对角度(φ)的边界的边界信息(Dmin、Dmax、φmin、φmax)；

监测装置(30)，用于监测所述用户的头部相对于所述光源(2)的实际距离(D)和实际相对角度(φ)，并且生成指示所测量的距离和角度的输出信号；

其中所述控制设备(10)具有耦合至所述边界存储器(11)用于接收所述边界信息的输入；

其中所述控制设备(10)具有耦合至所述监测装置(30)用于接收来自所述监测装置的输出信号的输入；

其中所述控制设备(10)被设计为将来自所述监测装置的输出信号与所述边界信息比较；以及

其中所述控制设备(10)被设计为在所述比较结果表明所述用户的头部相对于所述光源的所述实际距离或实际角度在所述边界之外时发出警告信号。

2.根据权利要求1所述的光治疗设备，其中所述监测装置(30)包括接近所述光源(2)安装的相机。

3.根据权利要求2所述的光治疗设备，包括信号处理设备(40)，所述信号处理设备能够处理来自所述监测设备(30)的视频信号，以便确定一方面是相机与所述用户的眼睛之间的直线与另一方面是所述用户的眼睛的光轴之间的角度，其中因此确定的所述角度被取作所述相对角度(φ)的近似。

4.根据权利要求2所述的光治疗设备，包括信号处理设备(40)，所述信号处理设备能够处理来自所述监测设备(30)的视频信号，以便通过测量由所述相机所见的所述用户的头部的直径并且将所述直径转换成相对应的距离，来确定所述相机与所述用户的头部之间的距离(D)。

5.根据权利要求1所述的光治疗设备，还包括警告设备(60)，所述警告设备能够发出用户可感知的警告信号；

其中所述控制设备(10)具有耦合至所述警告设备(60)的激活输出；并且

其中所述控制设备被设计为通过激活所述警告设备(60)来发出所述警告信号。

6.根据权利要求1所述的光治疗设备，还包括用户可操作的模式选择器(50)，用于允许所述用户选择预定类型的治疗。

7.根据权利要求1所述的光治疗设备，其中所述设备能够在恒定强度模式中操作，其中所述光源(2)所发出的光的光强度是恒定的；

其中最小距离(Dmin)和最小角度(φmin)取决于所述用户选择的光强度而确定；

其中所述控制设备被设计为将所述实际距离(D)与所述最小距离(Dmin)比较，并且将所述实际角度(φ)与所述最小角度(φmin)比较；

并且其中，如果所述控制设备发现所述实际距离(D)小于所述最小距离(Dmin)，或者所述实际角度(φ)小于所述最小角度(φmin)，则所述控制设备(10)被设计为向所述用户发出安全警告。

8.根据权利要求7所述的光治疗设备，其中，如果所述控制设备发现所述实际距离(D)保持小于所述最小距离(Dmin)持续超过预先确定的时间间隔(Tmax)，或者所述实际角度

保持小于所述最小角度持续超过预先确定的时间间隔(Tmax)，则所述控制设备(10)被设计为将所述光强度降低至零。

9.根据权利要求1所述的光治疗设备，其中所述设备能够在恒定强度模式中操作，其中所述光源(2)所发出的所述光的所述光强度(2)是恒定的；

其中限定疗程持续时间；

其中最大距离(Dmax)和最大角度(φmax)取决于所述用户选择的光强度而确定；

其中所述控制设备被设计为将所述实际距离(D)与所述最大距离(Dmax)比较，并且将所述实际角度(φ)与所述最大角度(φmax)比较；并且

其中，如果所述控制设备发现所述实际距离(D)大于所述最大距离(Dmax)，或者所述实际角度(φ)大于所述最大角度(φmax)，则所述控制设备(10)被设计为向所述用户发出有效性警告。

10.根据权利要求9所述的光治疗设备，其中，如果所述控制设备发现所述实际距离(D)大于所述最大距离(Dmax)或者所述实际角度(φ)大于所述最大角度(φmax)，则所述控制设备(10)被设计为使所述疗程持续时间增加在所述实际距离(D)大于所述最大距离(Dmax)或所述实际角度(φ)大于所述最大角度(φmax)或者两者期间的所有时间间隔之和。

11.根据权利要求1所述的光治疗设备，其中所述设备能够在自动模式中操作，其中所述控制设备(10)测量所述实际距离(D)和所述实际角度(φ)，并且基于距离和角度的所述测量值，将所述光源所发出的所述光的所述光强度设置在最佳值；

其中确定最小距离(Dmin)、最大距离(Dmax)、最小角度(φmin)以及最大角度(φmax)；

其中所述控制设备被设计为将所述实际距离(D)与所述最小距离(Dmin)并且与所述最大距离(Dmax)比较，并且将所述实际角度(φ)与所述最小角度(φmin)并且与所述最大角度(φmax)比较；

并且其中，如果所述控制设备发现所述实际距离(D)小于所述最小距离(Dmin)，或者所述实际角度(φ)小于所述最小角度(φmin)，则所述控制设备(10)被设计为将所述光强度设置为零和/或向所述用户发出安全警告；

并且其中，如果所述控制设备发现所述实际距离(D)大于所述最大距离(Dmax)，或者所述实际角度(φ)大于所述最大角度(φmax)，则所述控制器(10)被设计为向所述用户发出有效性警告。

Images