CN103619410A - 具有改进的穿着舒适度的用于光疗的设备 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种发光设备。所述发光设备包括多个发光元件或光源，以及用于将所述发光设备定位于身体的一部分并使其顺从于身体的该部分的柔性垫，其中所述柔性垫进一步包括三维结构，所述三维结构具有多个凸部、多个凹部和多个孔，所述多个凸部用于在将所述发光设备应用于皮肤时接触皮肤，所述多个凹部用于在将所述发光设备应用于皮肤时在皮肤和所述柔性垫之间产生间隙，所述多个孔用于与所述多个发光元件接合。

Description

具有改进的穿着舒适度的用于光疗的设备

技术领域

本发明总体上涉及发光设备领域。具体地，本发明涉及用于光疗的发光设备，其中所述发光设备旨在与皮肤紧密接近时使用。

背景技术

光治疗设备一般包括发光设备，该发光设备包括例如一个或更多的发光二极管（LED）或激光器，其通过利用从所述发光设备发射的光来光照或辐照皮肤从而例如在受治疗者被治疗的皮肤层或肌肉区域中导致光致效应。这样的治疗的有效性会至少部分地取决于光输出或辐照的幅度以及所应用的光能总量的幅度。出于实践性和功能性的原因，通常希望光治疗设备可穿着在皮肤上以便具有最大的功效，并且也具有对于穿着该光治疗设备的使用者而言最大的舒适度。

US-20050182460-A1公开了一种光疗设备，该光疗设备设置有壳体单元和LED垫。该LED垫包括柔性基座、LED阵列和后部支撑构件。该柔性基座包括多个孔，每个孔的尺寸设置成在其中容纳单个LED。该柔性基座可以由具有弹性屈服性的材料制成，并且更优选地由柔性泡沫材料制成。基座的弹性性质允许柔性垫顺从于治疗区域的形状，从而为使用者提供舒适的符合性。除了用于容纳LED的孔之外，该LED垫的上表面是平的。当该平的表面与皮肤接触时，降低的皮肤透气性成为问题并且其会是刺激皮肤的来源。

WO 2008/144157 A1公开了一种用于头发/头皮的低水平光疗的光疗帽插入件，其包括与光发射器-头皮分离层组合的广角发射的表面发射LED阵列，该分离层包括LED阵列下处于合适模式的刚毛，用以保持足够的分离来使单独的各LED光束足够地发散从而实现均匀光照。该分离层包括多个开口，所述开口相对于LED定向。

发明内容

考虑到上文的讨论，发光设备具有外表面来用于在使用该设备期间顺从于皮肤并且接触皮肤将会是有利的，其中所述外表面被设计成当该设备附在皮肤上时允许皮肤继续呼吸或出汗。同样期望的是当该设备附在皮肤上时保持该发光设备和皮肤之间的空气自由流动。

为了解决这些问题中的一个或更多，提供了一种根据独立权利要求的发光设备。从属权利要求定义了优选实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种发光设备，其包括用于将所述发光设备定位于身体的一部分并且使其顺从于身体的该部分的柔性垫，其中该柔性垫还包括三维结构，该三维结构具有用于在将该发光设备应用于皮肤时接触皮肤的多个凸部、用于在将该发光设备应用于皮肤时在皮肤与该柔性垫之间产生间隙的多个凹部，以及用于与多个发光元件接合的多个孔。因此所述凸部定义了皮肤参考面，当所述发光设备与身体部分接触时所述皮肤参考面与皮肤表面相符。所述凹部提供了当应用所述发光设备时所述柔性垫上不接触皮肤的区域并且因此允许皮肤继续呼吸。所述多个孔与多个发光元件接合，优选地为一对一地接合，从而使得发射自这些发光元件的光正好穿过所述柔性垫在皮肤的方向上发射。

在本发明另外的实施例中，所述各凸部为各单特征。在这个应用的情境中，各单特征是单独的突起特征。另一种看待各单特征的方式是通过将其与从海中出现的（凸起的）岛作比较。在这个应用的情境中这样的单特征的示例可以是球形钮（knop）、鼓起的线段或弧等等。各凸部作为各单特征的优点在于围绕各凸部的各凹部产生开放结构，当把所述发光设备应用于皮肤时该开放结构允许柔性垫和皮肤之间的连续通风。可以通过在平行于所述柔性垫的皮肤参考面的至少一个方向上排列所述多个凹部从而使得所述凹部在该特定方向上产生优选的低阻间隙通道来进一步改进所述通风。可以以规则图案设置所述凹部使得它们沿着多于一个方向排列从而在整块皮肤上在多个优选方向产生通风。

在本发明的另一个实施例中，所述凸部对应于几何图形的周界（perimeter），其中通过进一步向外地（在凸部的方向上）延伸该周界的某些部分并且进一步向内地（在与凸部相反的方向上）缩回该周界的其它部分来产生单特征。这种类型的凸部还可以被称作几何凸部。现在由所述凸部的延伸部分定义所述皮肤参考面。所述缩回部分可以缩回到凹部的水平或者可以缩回到凹部和凸部的延伸部分之间的水平。对应的几何图形的表面区域（即所述周界内的区域）可以完全地缩回到凹部的水平或者可以缩回到凹部和凸部的延伸部分之间的水平，例如缩回到凹部和凸部的缩回部分之间的水平。所述几何图形的表面区域因此是凹进的区域并且可以被看作是所述多个凹部的一部分。所述凸部的缩回部分、凹进的表面区域和其它的凹部在皮肤参考面和柔性垫之间产生间隙。在一个示例中，所述凸部可以具有圆形的形状，其中圆周的某些部分（例如某些弧）进一步延伸而其它部分（例如其它弧）缩回。在另一个示例中，所述凸部可以具有六边形的形状，其中角顶点向外延伸而线段缩回，或者反之亦可。也可以使用其它的几何图形而不仅限于规则图形来产生各凸部。此外，不同类型的几何图形可以组合在一个柔性垫中，例如所述柔性垫的一个区域可以设置有基于三角形的凸部而另一区域可以设置有基于六边形的凸部，或者它们可以混合。使用几何图形作为用于各凸部和凹部的轮廓的优点在于这些凸部和凹部可以被设置成在整个柔性垫表面上的图案，并且因此以类似于为柔性层添加坚固网格的方式改进了所述柔性垫的尺寸稳定性。当弯曲所述柔性垫并且使所述柔性垫顺从于皮肤时尺寸稳定性是重要的。

在一个实施例中，可以将所述凸部设置成基于多边形或圆形的紧密堆积原理的规则图案。当使用这样的图案时，同样根据这样的紧密堆积设置凹部。当描述用于接合或容纳发光元件的孔时，这种紧密堆积的优点之一现在将变得清楚明白。在一个优选实施例中，在所述柔性垫中要容纳发光元件的位置处，所述几何图形的凹进的表面区域包括孔或者可以由孔取代。所述孔可以包括诸如圆柱形、圆锥形、抛物线形或其它任何形状之类的任何三维形状，它可以在光学上被优化来使发射光指向皮肤。所述孔可以或者可以不完全占据凸起的几何图形的凹进表面区域。所述几何图形的凸起周界可以或者可以不与所述孔的外缘相符。现在，所述凸部的紧密堆积设置的优点是：（i）它为所述柔性垫的外表面提供良好的尺寸稳定性，（ii）它支持所述发光元件的紧密堆积设置，这允许发射光在皮肤处更高的光密度，（iii）它在多个方向上（即沿着紧密堆积图案的对称轴）自动排列所述凹部来在所述柔性垫和皮肤之间产生多个优选的通风方向，以及（iv）紧密堆积设置是可缩放的，从而使得可以优化所述柔性垫的尺寸稳定性、光输出的光密度以及通风效率（透气性和排汗性）。紧密堆积设置的优选示例是圆形凸部的紧密堆积和六边形凸部的紧密堆积。

本发明的其它方面涉及在垂直于由凸部与皮肤的接触点定义的皮肤参考面的方向上柔性垫的凸部、凹部和孔的高度。凸部和凹部之间的高度差优选为至少0.5mm并且更加优选地为约1.5mm，以便在柔性垫的凹进区域与皮肤之间产生可行的间隙空间。当使用具有进一步延伸部分和缩回部分的凸部时，例如在柔性垫的表面上并入几何结构的情况下，延伸部分和缩回部分之间的高度差优选在至少0.5mm范围中的较低范围中，诸如例如约0.8mm之类。几何结构的延伸部分和凹进表面区域之间的高度差优选地稍微更大些，诸如例如约1.5mm之类。所述孔具有“通孔”特征，其高度（可能称为深度更加合适）理所当然地与柔性垫的厚度相关联，并且其中对其值的选择尤其(a.o.)是基于当把发光设备应用于皮肤时发光设备和皮肤之间的优选距离或间隙。在本公开内容的情境中，发光元件与孔的“接合”可以指将发光元件在孔的前方对准而无需将发光元件插入到对应的孔中，或者可以指有效地将该发光元件部分地或全部地插入到该孔中。因此当把发光设备应用到皮肤上时，发光设备和皮肤之间的间隙不仅取决于柔性垫的厚度而且取决于发光元件与孔的接合方式。所有这些特征的高度是在以下三者之间的折衷：当把柔性垫应用于皮肤时该垫的通风能力，优选为尽可能低来在使用期间产生最大的人体工程学符合性和离散性的该柔性垫的厚度，以及当把发光设备应用于皮肤时关于发光元件和皮肤表面之间距离的机电和光学考虑。

本发明其它有关尺寸的方面涉及在平行于由凸部和皮肤的接触点定义的皮肤参考面的方向上柔性垫的凸部、凹部和孔的宽度。建议使凸部的宽度小于凹部的宽度，这么做允许由凹部建立的间隙通道尽可能宽，并且由此改进这些通道的通风能力。在一个优选实施例中，凸部宽度小于凹部宽度的50%，优选地小于20%，最优选地约为10%。这个比率不一定适用于凸部的延伸部分和缩回部分之间的宽度差异（这两者可以具有大约相同的宽度），但是这个比率可能适用于这些凸部的延伸部分和凸部之间的凹进表面区域之间的宽度差异。本发明的另一尺寸方面包括在平行于由凸部和皮肤的接触点定义的皮肤参考面的方向上凹部的实际宽度。优选的是凹部或凹进区域的宽度在约5mm和约20mm之间，优选地在约10mm和约15mm之间。凹部或凹进区域的实际宽度是根据当柔性垫被应用于皮肤时承受压力和保持间隙的强度而在通风能力（大的凹进区域）和尺寸稳定性（小的凹进区域）之间做出的折衷。

柔性垫的所述三维结构可以包括纺织材料、泡沫材料、硅树脂材料等等。可以通过模制、压印、热成形等等来形成凸部、凹部和孔。柔性垫也可以设置有热成形的3D nanosphere®织物，其优点在于产生防水且易于清洁的表面，例如用于在将该发光设备使用在皮肤上之后的适当的卫生。

在一个优选实施例中，所述发光设备包括发光模块，其中所述发光元件设置在电子织物上并且由该电子织物支撑。所述发光元件可以是多个蓝色LED，其中所述蓝色LED发射在430nm到460nm波长范围内的光，优选地约为453nm。通过为表皮层提供缓和而温暖的效果以及到更深层的皮肤和肌肉结构中的温和热扩散，并且通过刺激皮肤和血管中的NO的产生和扩散从而使得血管放松并且更容易经由血液流动移除杂质，这些波长范围已经显示出对疼痛缓解的有效性。

发光模块的大小可以小于柔性垫的大小。柔性垫于是可以包括发光区和盲区，其中发光区可替换地被称作光照区，而盲区可替换地被称作暗区。在柔性垫的发光区中，为三维结构提供凸部和孔，而在盲区中，为三维结构提供凸部和凹部。在发光区中的凸部和在盲区中的凸部可以属于相同类型（例如基于相同的几何图案），并且可以具有相同高度。跨越柔性垫的整个表面使用凸部的单一图案的优点在于，尺寸稳定性、外观和感觉、舒适度等等在整个设备上的体验是均匀的。可替换地，在发光区中的凸部和在盲区中的凸部可以属于不同类型。在整个柔性垫上使用不同图案或不同类型的凸部的优点可能涉及以下事实：（i）整个柔性垫上的透气性或通风需求可能在发光区和盲区之间不同，（ii）发光区中的孔（包括它们的发光元件）与盲区中的凹部相比的不同的机械稳定性可能需要由不同的凸部结构补偿，（iii）为了最佳的光分布在发光区中可能需要紧密堆积的孔，但是在外围区域中紧密堆积的凹部对于通风和排汗而言可能不是最佳的。

在一个实施例中，柔性垫包括在该垫中心的发光区和围绕该中心的盲区。在包括这样的柔性垫的发光设备中，发光模块（例如发光织物）面向发光区的后部放置从而使得多个发光元件与多个孔的映射或接合是可行的。在面向所述柔性垫盲区的后部的地方可以提供发光设备的其它外围或次要特征（其主要特征在于发光元件），诸如连接器、传感器、使用者界面、电池、驱动电子设备等等之类。具有位于盲区中的发光设备的外围或次要特征的优点在于：（i）所述发光设备可以保持尽可能平从而改进该发光设备的柔性和顺从性以及（ii）所述发光设备的总大小或表面积增加，这可以例如通过跨越更大的区域延展皮肤接触界面而有助于提高舒适度。为了提供额外的舒适度和尺寸稳定性，如果暗区的大小（表面积）至少是光照区的大小（表面积）的一半，优选地与光照区大小大约相同或比光照区更大，则可以因此而成为一个优点。

在本发明的另一个方面中，包括具有上文各段中的任何一段所描述的特征的柔性垫的发光设备可以被用在可穿着的、顺从的光治疗设备中。它们可以例如如上文所解释的，通过使用蓝光来用于缓解疼痛。可替换地或额外地，可以并入红色/红外的发光元件来缓解疼痛。相比于蓝色波长，红色/红外的波长典型地穿透到皮肤各层中的更深处。

下文借助示例性的实施例来描述本发明的其它目的和优点。

应当指出的是，本发明涉及权利要求中陈述的特征的所有可能组合。当研究所附的权利要求和下文的描述时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员可以认识到，本发明的不同特征可以被组合来产生下文中描述的实施例之外的实施例。

附图说明

下文将参考附图来描述本发明的示例性实施例，在附图中：

图1为本发明的第一实施例的立面图(elevated view)；

图2为本发明的一个实施例的横截面；

图3为本发明的第二实施例的立面图；以及

图4为本发明的第三实施例的立面图。

在附图中，贯穿各视图相同的附图标记指示相同或相似的元件。

具体实施方式

现在将在下文中通过参考附图更加充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应当被解释成限制为本文提出的实施例；相反地，这些实施例以示例的方式被提供从而使得本公开内容将本发明的范围传达给本领域技术人员。此外，在全文中类似的附图标记指示类似或相似的元件或组件。

现在参考图1，其公开了本发明的第一实施例。如图所示的，发光设备1包括柔性垫2，该柔性垫2包括三维结构。该结构包括几何特征的规则图案，所述几何特征在这种情况下为圆形特征。根据紧密堆积方案来设置圆形。圆形特征的周界4从纸面凸起。圆形的表面区域凹进到纸面内以提供凹部5。在柔性垫2的中心，圆形凹部由圆锥形孔6取代，该孔6与来自发光模块17的发光元件16在该柔性垫的后部接合（如图2所示），发光元件16是诸如例如安装在电子织物上的LED。该柔性垫包括孔6的区域被称作发光区31（如图2所示），其在图1中由被称作盲区32（如图2所示）的包括凹部5的区域围绕。

现在，同样参考图2（图2是本发明另一个实施例的横截面，例如包括如图1所示的圆形特征4和5以及如图4所示的三角形特征32的实施例），圆形凸部4可以包括延伸部分4a和缩回部分4b，尽管图中的大小可能不会清楚地显示圆形凸部4的延伸部分和缩回部分之间的高度差异。参考图1，在三个邻近的圆形相遇的地方提供圆形凸部4的延伸部分4a，并且在两个邻近的圆形相遇的地方提供圆形凸部4的缩回部分4b。缩回部分4b排列在图1中示出的线条7、8和9的方向上。在这些方向上，凹部5和圆形凸部的缩回部分4b以交替的方式排列。由于凹部5和圆形凸部的缩回部分4b二者都相对于凸部的延伸部分4a凹进（所述凸部在把发光设备1应用于皮肤时接触皮肤），因此凹部5和缩回部分4b的交替在将设备应用于皮肤时产生用于通风和水分排出的开放通道。在如图1所示的配置中，将会在三个方向7、8和9上产生通风通道。

图3示出本发明的另一个实施例，其中为柔性垫提供包括凸起特征的规则图案的三维结构，其中这些凸起特征是基于规则的六边形。在这个实施例中，六边形的角顶点延伸，而六边形的线段缩回。正如上文所描述的实施例那样，该柔性垫包括发光区31和围绕该发光区的盲区32。

图4示出本发明的又一个实施例，其中在发光区31和围绕的盲区32中凸部的图案不同。如图所示，在发光区31中使用菱形的图案来建立凸起特征，其同样允许发光元件的密集堆积。在盲区32中使用伸长的三角形特征作为凸部，这导致成比例地多于凸起区域的凹进区域。

尽管附图示出了基于几何图形的凸起特征，但是清楚的是，例如也可以将图3中的六边形的角顶点实现为在单一凹进表面中的单凸起点。

总结来说，本文公开了一种发光设备。该发光设备包括柔性垫，其用于将所述发光设备定位在身体的一部分并且使其顺从于该身体部分，其中所述柔性垫还包括具有多个凸部、多个凹部以及多个孔的三维结构，所述多个凸部用于在将所述发光设备应用于皮肤时接触皮肤，所述多个凹部用于在将所述发光设备应用于皮肤时在皮肤和所述柔性垫之间产生间隙，所述多个孔用于与多个发光元件接合。

尽管已经在附图和前文的描述中详细地说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应当被看作是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、本公开内容以及所附的权利要求，能够理解并实施所公开的实施例的其它变体。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施这一纯粹事实并不表明这些措施的组合不能够被有利地利用。在权利要求中的任何附图标记都不应解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种发光设备（1），包括：

发光模块（17），包括多个发光元件（16）；

柔性垫（2），用于将所述发光设备定位于身体的一部分并使其顺从于身体的所述部分，其中所述柔性垫还包括三维结构，所述三维结构包括：

多个凸部（4），用于在将所述发光设备应用于皮肤时接触皮肤，所述多个凸部定义皮肤参考面，

多个凹部（5），用于在将所述发光设备应用于皮肤时在皮肤和所述柔性垫之间产生间隙，以及

多个孔（6），用于与所述多个发光元件接合，

其特性在于，

来自所述多个凸部的每个凸部映射到几何图形的周界，其中每个凸部还包括：

至少一个延伸部分（4a）至少一个缩回部分（4b），使得所述延伸部分比所述缩回部分进一步延伸，其中在将所述发光设备应用于皮肤时所述至少一个延伸部分接触皮肤。

2.根据权利要求1所述的发光设备，其中每个凸部的所述至少一个缩回部分与所述凹部在平行于所述柔性垫的所述皮肤参考面的至少一个方向上排列，以用于在将所述发光设备应用于皮肤时在所述柔性垫和皮肤之间在所述的至少一个方向上产生间隙通道（7，8，9）。

3.根据前面任一项权利要求所述的发光设备，其中所述凸部的至少一个延伸部分映射到多边形结构的角顶点、多边形的线段或圆形的弧。

4.根据前面任一项权利要求所述的发光设备，其中所述规则图案为多边形或圆形的紧密堆积，优选为六边形的紧密堆积。

5.根据前面任一项权利要求所述的发光设备，其中在垂直于所述柔性垫的所述皮肤参考面的方向上，所述多个凹部和所述多个凸部之间的高度差至少约为0.5mm，优选约为1.5mm。

6.根据前面任一项权利要求所述的发光设备，其中在平行于所述柔性垫的所述皮肤参考面的方向上，所述凸部的宽度小于所述凹部的宽度的50%，优选地小于20%，最优选地约为10%。

7.根据前面任一项权利要求所述的发光设备，其中在平行于所述柔性垫的所述皮肤参考面的方向上，所述凹部的宽度在5mm和20mm之间，优选地在10mm和15mm之间。

8.根据前面任一项权利要求所述的发光设备，其中所述三维结构包括纺织结构或泡沫材料结构。

9.根据前面任一项权利要求所述的发光设备，其中所述三维结构包括防水且易于清洁的表面。

10.根据前面任一项权利要求所述的发光设备，其中所述多个发光元件发射波长范围从430nm到460nm的光，优选为约453nm的光。

11.根据前面任一项权利要求所述的发光设备，所述柔性垫还包括光照区（31）和暗区（33），其中所述光照区至少包括所述多个孔的一部分并且所述暗区至少包括所述多个凹部的一部分。

12.根据权利要求11所述的发光设备，其中所述凸部以跨越所述光照区和所述暗区延伸的规则图案设置。

13.根据权利要求11所述的发光设备，其中所述暗区的大小至少为所述光照区大小的一半，优选地至少与所述光照区大小相同。

14.一种可穿着的、顺从的光治疗设备，包括根据前面任一项权利要求所述的发光设备。

15.根据权利要求13所述的光治疗设备用于缓解疼痛的用途。

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