CN103656868A

CN103656868A - 一种基于led光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置

Info

Publication number: CN103656868A
Application number: CN201310671542.7A
Authority: CN
Inventors: 杨西斌; 高静; 熊大曦; 武晓东; 朱剑锋; 张龙
Original assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明公开了一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，其特征在于，包括LED光源模组、准直透镜和复眼透镜阵列，所述的LED光源模组上设置有多个LED发光芯片，所述的多个LED发光芯片的前部均封装有准直透镜，且所述的多个LED发光芯片由等量多个控制电极控制，而所述的复眼透镜阵列则设置在所述的准直透镜的前部。本发明实现了目标照明靶面的均匀、高效照明和高效治疗，与普通光源直射式方式相比，大大提高了照射均匀度，降低了局部光强过大可能带来的光损伤，提高了治疗效果。

Description

一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置

技术领域

本发明涉及一种医疗装置，尤其是涉及一种用于新生儿胆红素代谢异常，引起血中胆红素水平升高的新生儿黄疸的治疗装置。

背景技术

新生儿黄疸是指新生儿期，由于肝脏发育功能性不全，对胆红素摄取量不足，引发血液未结合胆红素的异常升高，从而导致婴儿皮肤、黏膜及全身其它组织黄染的临床现象。黄疸是新生儿时期的常见病，约 50% 的足月儿和 80% 的早产儿出现不同程度的黄疸。黄疸诱发的胆红素脑病严重威胁新生儿的生命和健康，病死率高，有 50%-75% 的患儿死于急性期，幸存者约 75%-90% 患有严重的神经系统后遗症，是人类智能落后、视觉异常、听力障碍的重要原因。

新生儿黄疸的治疗方法有药物疗法、换血疗法、光照疗法、高压氧疗法、基因疗法和酶学疗法等，其中，光照疗法以其疗效好、毒副作用轻等特点成为目前临床上应用黄疸治疗的推荐方法。

黄疸光疗通过光源发出特定波段光能量作用于胆红素，产生光化学作用从而使得胆红素的结构、性质和排泄途径发生改变，从而产生疗效。光疗应用于新生儿黄疸治疗已有半个世纪并广泛应用于临床，日光、冷白光、蓝光灯、卤素灯等多种光源均有涉及。

按照光源性质的不同，新生儿黄疸光疗仪大体可分为：荧光灯光疗仪、卤素灯光疗仪和新型 LED光疗仪。其中荧光灯光疗仪是目前国内黄疸治疗最常用的一类光疗仪，但其光源具有发光光谱范围较宽，有效波长能量利用率较低，从而导致疗效降低等问题，目前已渐渐被其它类型的光疗仪所取代。卤素灯光疗仪，通过滤光片实现特定波长光的输出，由于滤除了大部分光能量，具有功率大，能量利用率低等问题，而且卤素灯发光强度高，其输出的光照强度通常很大，容易造成光损伤。LED光疗仪采用发光波段较窄的LED光源，可实现高效照明和高效治疗，是国内外近年研究的重点。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种照明均匀、照射均匀度高，治疗效果好的基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置。

为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，其特征在于，包括LED光源模组、准直透镜和复眼透镜阵列，所述的LED光源模组上设置有多个LED发光芯片，所述的多个LED发光芯片的前部均封装有准直透镜，且所述的多个LED发光芯片由等量多个控制电极控制，即每个控制电极单独控制与其对应的LED发光芯片，而所述的复眼透镜阵列则设置在所述的准直透镜的前部，经过准直透镜入射到复眼透镜的光束近似为准直光。

上述LED发光芯片发射的特定波长的LED光，经过准直透镜准直后，通过复眼透镜阵列后在目标靶面形成均匀照射光斑。

进一步，上述的LED发光芯片为具有相同或不同中心波长的芯片，不同LED发光芯片可以分别控制独立发射不同中心波长光能量，可以发射出相同或不同波长的光能力。

且所述的准直透镜为一截面为T形的倒三角锥体，其中心为实体结构，所述的准直透镜的底部设置有透镜孔，所述的透镜孔与LED芯片对应设置。且所述的准直透镜的材料为PMMA、玻璃或其它透镜光学材料。

此外，所述的准直透镜的侧壁剖面为直线或曲线。出射面为平面或球冠型突出结构。

而上述的复眼透镜阵列包括多个复眼透镜单元，所述的多个复眼透镜单元以矩阵的方式排列。

更进一步，所述的复眼透镜单元为单面复眼透镜单元或双面复眼透镜单元，所述的单面复眼透镜单元的其中一面为平面，另一面为球面或自由曲面，而所述的双面复眼透镜单元的两面均为球面或自由曲面。

当为单面复眼透镜单元时，所述的复眼透镜阵列包括第一复眼透镜和第二复眼透镜，所述的第一复眼透镜和第二复眼透镜为同心结构，其中，所述的第一复眼透镜中每个复眼透镜单元的焦点，落在第二复眼透镜中每个复眼透镜单元的入射面处，即第二复眼透镜位置落在第一复眼透镜焦点处附近。

且所述的复眼透镜单元的长宽比为1-5:1，其中，所述复眼透镜阵列的复眼透镜单元的尺寸长宽比根据目标照明靶面长宽比设置。

本发明的有益效果是：（1）本发明采用了可实现特定有效波长切换的大功率LED光源模组，针对有效波长选择特定芯片实现特定波段光激发，可以方便选择治疗波长和照射照度；

（2）本发明所采用的高亮度LED光源模组，发光波段较窄，光能量主要集中在有效波长范围内，与传统宽波段光源相比，较小功率下就可以实现较高的有效光照强度，实现了低能耗高光照强度；

（3）本发明采用了复眼透镜阵列实现目标照明靶面的均匀照明，与传统荧光灯直射式相比，大大提高了照明均匀度，降低了局部光强过大可能带来的光损伤，提高了治疗效果。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图；

图2为本发明所述的LED光源模组的结构示意图；

图3为本发明所述的准直透镜的结构示意图；

图4为本发明所述的复眼透镜单元的平面结构示意图；

图5为本发明所述的复眼透镜单元的侧面结构示意图。

图中主要附图标记含义为：

2、LED光源模组 21、LED发光芯片 22、控制电极

3、准直透镜 31、透镜孔 32、侧壁剖面 33、出射面

4、第一复眼透镜5、第二复眼透镜 6、目标靶面。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行具体的介绍。

图1为本发明一实施例的结构示意图。

如图1所示：基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，包括LED光源模组2、准直透镜3和复眼透镜阵列，所述的散热基板1上固定有多个LED光源模组2，所述的LED光源模组2上设置有具有多个LED发光芯片21，所述的多个LED发光芯片21的前部均封装有准直透镜3，其中，所述的多个LED发光芯片21由等量多个控制电极22控制，即每个控制电极22单独控制与其对应的LED发光芯片21，而所述的复眼透镜阵列设置在所述的准直透镜3的前部，经过准直透镜3入射到复眼透镜的光束近似为准直光。

其中每个高亮度的LED光源模组2均可以实现多个不同治疗波长的选择性发射，多个LED光源模组2的发光强度和相对位置根据目标靶面6与光源的距离，以及目标靶面6的尺寸确定，保证所有LED光源模组2发出的光，通过准直透镜3在目标靶面上叠加，形成均匀照明。

而在本实施例中，所述的复眼透镜阵列包括第一复眼透镜4和第二复眼透镜5，所述的第一复眼透镜4和第二复眼透镜5为同心结构，其中，所述的第一复眼透镜4中每个复眼透镜单元的焦点，落在第二复眼透镜5中每个复眼透镜单元的入射面处，即第二复眼透镜5位置落在第一复眼透镜4焦点处附近.且在本实施方式中，所述的复眼透镜单元为单面复眼透镜单元。当然，所述的复眼透镜单元也可以为双面复眼透镜单元。当为双面复眼透镜单元时，所述的复眼透镜阵列只有一个即可，即通过多个双面复眼透镜单元以矩阵的方式排列构成。

此种结构的基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，所述的LED芯片21发出的光，首先耦合到准直透镜3中，经过准直透镜3准直出射，一般应该控制出射光的发散全角在10度以内，从准直透镜3出射的光，首先通过第一复眼透镜4将光束分割为以每个复眼透镜单元为中心的多个小尺寸光束，每个小尺寸范围内，光束均匀性得到提高；第一复眼透镜4与第二复眼透镜5为同心结构，第一复眼透镜4中每个复眼透镜单元的焦点，落在第二复眼透镜5中每个复眼透镜单元入射面处，第二复眼透,5在对光束进行整形和均匀化后，将第一复眼透镜4中分割的多个小尺寸光束，扩束叠加成像于照明靶面6上，等效于以第一复眼透镜4中每个复眼透镜单元为中心的多个光源，同时对目标靶面6进行照明，多个光源照度的互补性大大提高了整体照度均匀性，从而得到高效的光照均匀性。

图2为本发明所述的LED光源模组的结构示意图。

如图2所示： R+、R-、W+、W-、G+、G-、B+、B-分别为4个方形LED芯片21的控制电极22，每一对正负的控制电极22控制一个LED芯片21，可以通过控制电极22所连接的电路是否导通，实现不同LED芯片21的独立控制发光，四个方形LED芯片21，可以为四个相同中心波长的芯片并列设置，也可以为不同中心波长的芯片，通过电路控制，分别发光，可以发射出相同或不同波长的光能力，实现不同中心波长的光照射，图中LED芯片21数目和控制电极22的数目可以根据需要改变，可以增加控制电极22的数目和LED芯片21的数目，实现更多波长的光发射。

图3为本发明所述的准直透镜的结构示意图。

如图3所示：在上述的实施例中，所述的准直透镜3为一截面为T形的倒三角锥体，其中心为实体结构，所述的准直透镜3的底部设置有透镜孔31，所述的透镜孔31与LED芯片21对应设置，即其可嵌入LED芯片21。且所述的准直透镜3的材料为PMMA。当然，其材料也可以为玻璃或其它透镜光学材料。此外，所述的准直透镜3的侧壁面32为直线，当然，其也可以为曲线。而出射面33则为平面，同样，其也可以为球冠型突出结构。从高亮度的LED光源模组2发射的光能量，首先入射到透镜孔31，经透镜孔31折射后，射向侧壁剖面32，在侧壁剖面上，大部分光线发生全反射，然后经准直透镜3的出射面33出射，准直透镜3侧壁剖面32为直线或曲线，根据所需出射光束的发散角设计，而所述出射面33则为平面或球冠型突出结构，球冠形结构可以对出射光线进行进一步准直和聚焦。

图4为本发明所述的复眼透镜单元的平面结构示意图；图5为本发明所述的复眼透镜单元的侧面结构示意图

如图4和图5所示：上述的复眼透镜阵列包括多个复眼透镜单元，所述的多个复眼透镜单元以矩阵的方式排列。且，所述的复眼透镜单元为单面复眼透镜单元或双面复眼透镜单元，在上述的实施例中，为单面复眼透镜单元，所述的单面复眼透镜单元的其中一面为平面，另一面为自由曲面，自由曲面可有效减小像差的影响，实现更好的匀光效果，当然也可以为球面，除此之外，还可以采用双面复眼透镜，即复眼透镜阵列的两个面均为复眼透镜单元的球面或自由曲面阵列。

此外，所述的复眼透镜单元的长宽比为1-5:1，其中，所述复眼透镜阵列的复眼透镜单元的尺寸长宽比根据目标照明靶面长宽比设置。

本发明按照上述实施例进行了说明应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，其特征在于，包括LED光源模组、准直透镜和复眼透镜阵列，所述的LED光源模组上设置有多个LED发光芯片，所述的多个LED发光芯片的前部均封装有准直透镜，且所述的多个LED发光芯片由等量多个控制电极控制，而所述的复眼透镜阵列则设置在所述的准直透镜的前部。

2.根据权利要求1所述的一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，其特征在于，所述的LED发光芯片为具有相同或不同中心波长的芯片。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，其特征在于，所述的准直透镜为一截面为T形的倒三角锥体，其中心为实体结构，且所述的准直透镜的底部还设置有透镜孔，所述的透镜孔与LED芯片对应设置。

4.根据权利要求3所述的一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，其特征在于，所述的准直透镜的材料为PMMA、玻璃或其它透镜光学材料。

5.根据权利要求3所述的一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，其特征在于，所述的准直透镜的侧壁剖面为直线或曲线。

6.根据权利要求3所述的一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，其特征在于，所述的准直透镜的出射面为平面或球冠型突出结构。

7.根据权利要求1所述的一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，其特征在于，所述的复眼透镜阵列包括多个复眼透镜单元，所述的多个复眼透镜单元以矩阵的方式排列。

8.根据权利要求7所述的一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，其特征在于，所述的复眼透镜单元为单面复眼透镜单元或双面复眼透镜单元，所述的单面复眼透镜单元的其中一面为平面，另一面为球面或自由曲面，而所述的双面复眼透镜单元的两面均为球面或自由曲面。

9.根据权利要求7所述的一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，其特征在于，所述的复眼透镜阵列包括第一复眼透镜和第二复眼透镜，所述的第一复眼透镜和第二复眼透镜为同心结构，其中，所述的第一复眼透镜中每个复眼透镜单元的焦点，落在第二复眼透镜中每个复眼透镜单元的入射面处。

10.根据权利要求7所述的一种基于LED光源的新生儿黄疸治疗仪光学装置，其特征在于，所述的复眼透镜单元的长宽比为1-5:1。