CN105588043A - 一种复合复眼透镜式新生儿黄疸光疗照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合复眼透镜式新生儿黄疸光疗照明系统，包括由左至右设置在同一光轴上的LED光源、准直透镜Z、复眼透镜F1、复眼透镜F2和聚焦透镜F3，由LED光源发出的单色光通过准直透镜Z后变为平行光束，平行光束经过由复眼透镜F1及复眼透镜F2构成的复合复眼透镜后照射到聚焦透镜F3上，光线经聚焦透镜F3聚焦后在光轴的右侧形成聚焦的照明平面，本发明使用蓝光LED和绿光LED作为光疗光源代替传统光源，极大提高了光能利用率，实现了高度均匀的光疗效果，治疗疗效更好，生物安全性更高，副作用更少，同时，照明系统做了小型化设计，整套设备结构紧凑，便于携带。

Description

一种复合复眼透镜式新生儿黄疸光疗照明系统
技术领域
本发明属于光学医疗仪器技术领域，涉及的是一种以特定波长的LED作为光源，通过三种方式实现均匀度一定，辐照度一定，光斑面积一定的均匀照明系统，具体的是一种复合复眼透镜式新生儿黄疸光疗照明系统。
背景技术
黄疸是一种新生儿常见病，据统计全球大约70％的婴儿在出生后一周内会出现不同程度的黄疸症状，皮肤呈现病黄褐色。对于新生儿黄疸，目前主流的治疗方法分别有换血法、药物疗法、针灸法、游泳疗法、抚触疗法、基因疗法和光疗法。换血疗法主要用于治疗溶血性黄疸，但是换血后容易造成血管道阻塞，静脉血栓等健康问题；药物辽法是利用传统中药、苯巴比妥、蒙脱石散联合微生态制剂等来促使黄疸的消退，但少数新生儿对药物恶心；针灸法疗效有限，同时针灸轻微的刺痛感导致大部分新生儿难以接受；游泳疗法是使用游泳器材让新生儿在干净的水中游泳来治疗黄疸，游泳器材设备占地，实施有一定困难；抚触疗法是通过抚摸或触摸患儿特定部分来进行治疗，但治疗部位仅限腹部，头部和脚部，不能同时应用于全身；基因疗法是采用定点诱变的方法使血红素加氧酶失去催化活性减少胆红素合成降低胆红素水平，此方法目前处于实验起步阶段，技术不成熟，效果尚无定论；光疗法是治疗新生儿黄疸最安全，高效，简便的方法。459nm的蓝光和胆红素分子的吸收光谱极其相似，利用蓝光穿透患儿皮肤作用在胆红素分子上，使其异构或氧化，转变成易溶于水的异构体。这些水溶性异构体通过胆汁、尿液、体液排出体外，使得胆红素的浓度降低，从而治疗黄疸。
按照光疗光源种类的不同，大致分为：荧光光源、卤素光源和新型LED光源。荧光灯光疗仪光谱宽，光能利用率低，治疗效率低，光谱范围中的紫外光对新生儿有副作用。卤素灯光疗仪，加载特定滤光片实现单色光输出。卤素灯寿命长，光强高，光衰小，光谱范围中包含较多的红光黄光成分，如不加以防护，会对婴儿娇嫩脆弱的肌肤会造成光损伤。目前，卤素灯光疗仪在国外临床应用较成熟，国内仍然处于实验起步阶段。LED作为一种高效、便捷、经济的新型冷光源，从20世纪末期开始，欧美等发达国家就开始了LED在黄疸治疗中应用的研究，如美国NATUS公司的型号为NeoBlueLED黄疸光疗仪，光源由1200颗LED组成，光照强度无法线性调节，电路复杂不便交互，光均匀度只有30％，工作效率低下；巴西Fanem公司的型号为Bilitron大功率LED光疗仪，采用5个大功率蓝紫色LED组成，光谱范围宽，效率底下，治疗效果尚无确切定论；飞利浦公司生产的窄波LED蓝光毯BiliTx黄疸治疗仪，是由光源、光导纤维和光垫三大模块组成，疗效好但价格昂贵无法大范围推广；当前我国LED光疗仪的研制技术仍然不成熟。
目前市场上以LED为光源的光疗设备均采用蓝光作光源，蓝光退黄的疗效虽好，但是蓝光的光生物安全性不够高。其主要副作用如下：蓝光照射可能影响新生儿胆红素代谢而引起免疫系统功能失调；蓝光照射导致动脉导管未闭(PDA)，出现艾森曼格综合征就会失去手术指征；蓝光可直接损伤人视网膜细胞；蓝光会导致睾丸中精子DNA损伤，影响成年个体生殖能力；蓝光对红细胞葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G-6pD)缺乏性黄疸加重溶血而加重黄疸的作用。胆红素分子对380nm～530nm波段的紫蓝绿三色光吸收能力较强，对波长为459nm蓝光时吸收效率达到最高，而波长在500nm绿光对皮肤的穿透能力更强，绿光光疗导致新生儿出现副作用的几率几乎为零。
根据对国内外光疗设备现状分析，其中照明系统主要存在副作用多、光均匀性低下、疗效差等种种缺陷，仍有很大的进步空间。因此，研制大功率高亮度蓝绿光LED新生儿黄疸光疗照明系统是黄疸光疗设备趋势所向，必将在国内甚至是国际市场具有很强的竞争力。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种复合复眼透镜式新生儿黄疸光疗照明系统。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种复合复眼透镜式新生儿黄疸光疗照明系统，包括由左至右设置在同一光轴上的LED光源、准直透镜Z、复眼透镜F1、复眼透镜F2和聚焦透镜F3，由LED光源发出的单色光通过准直透镜Z后变为平行光束，平行光束经过由复眼透镜F1及复眼透镜F2构成的复合复眼透镜后照射到聚焦透镜F3上，光线经聚焦透镜F3聚焦后在光轴的右侧形成聚焦的照明平面，
其中，LED光源进一步包括圆形灯板，在圆形灯板的中心处、以圆心向外发散的圆形灯板边缘处，以及中心与灯板边缘之间的中间环形处均制有距间相同的灯孔，在灯板边缘的一周灯孔内，间隔安装有相同功率的蓝绿LED组合灯珠和单个绿色LED灯珠，同样，在中间环形的一周灯孔内，也间隔安装有相同功率的蓝绿LED组合灯珠和单个绿色LED灯珠，在中心灯孔内安装相同功率的蓝绿LED组合灯珠，其中，蓝色LED为波长是459nm的蓝光LED，绿色LED为波长是500nm的绿光LED；
其中，复眼透镜F1和复眼透镜F2为在同一光轴上且参数完全相同的两个透镜，复眼透镜F1和复眼透镜F2都是由多个长方形微透镜构成的长方形透镜阵列，两个长方形透镜阵列中的微透镜位置一一对应，复眼透镜F2中每一个微透镜的几何中心均处在复眼透镜F1中每一个对应微透镜的焦距f处。
而且，所述圆形灯板边缘的一周灯孔具体有8个，所述中间环形的一周灯孔具体有6个，这样，安装在整个圆形灯板上的蓝色LED灯珠共有8个，绿色LED灯珠共有15个，所有LED灯珠均采用型号为Creexp-e的大功率LED灯珠。
而且，在圆形灯板的LED灯珠反向侧焊接有发散型散热片，发散型散热片由单个金属长片折叠成多个肋片型散热板，然后多个肋片型散热板同心构成中心发散的阳光辐射式结构。
而且，所述复眼透镜F1和复眼透镜F2的长方形透镜阵列，具体由参数相同的横向4块和纵向5块微透镜构成，其中，每块微透镜长宽比为2:1，厚度和曲率半径比为1:4。
而且，聚焦透镜F3和右侧照明平面的距离在400mm±100mm范围内，照明平面构成的照明面积为：(250mm±25mm)×(500mm±50mm)。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明使用10颗459nm的蓝光LED和15颗500nm的绿光LED作为光疗光源代替传统光源，治疗疗效更好，生物安全性更高，副作用更少。
2、本发明采用型号为Creexp-e的大功率LED灯珠通过特殊阵列排布实现一定辐照度和光照面积，摒弃了传统光疗系统中上千颗引脚式LED作为光源的模式，更加经济高效。
3、本发明将复眼透镜阵列应用于黄疸光疗系统，极大得提高了光能利用率，实现了高度均匀的光疗效果，使得退黄速度几乎达到一致，提高了黄疸治疗效率，缩小了系统占用空间。
4、本发明在系统设计上特别对光源、照明系统做了小型化设计，整套设备结构紧凑，便于携带。
附图说明
图1是本发明系统的光路结构示意图；
图2是本发明中圆形灯板的结构示意图；
图3是本发明中圆形灯板结合散热片的结构示意图；
图4是本发明中散热片的结构示意图；
图5是本发明中复眼透镜的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种复合复眼透镜式新生儿黄疸光疗照明系统，如图1所示，包括由左至右设置在同一光轴上的LED光源、准直透镜Z、复眼透镜F1、复眼透镜F2和聚焦透镜F3，由LED光源发出的单色光通过准直透镜Z后变为平行光束，平行光束经过由复眼透镜F1及复眼透镜F2构成的复合复眼透镜后照射到聚焦透镜F3上，光线经聚焦透镜F3聚焦后在光轴的右侧形成聚焦的照明平面，
其中，如图2或3所示，LED光源进一步包括圆形灯板1，在圆形灯板的中心处、以圆心向外发散的圆形灯板边缘处，以及中心与灯板边缘之间的中间环形处均制有距间相同的灯孔2，在灯板边缘的一周灯孔内，间隔安装有相同功率的蓝绿LED组合灯珠和单个绿色LED灯珠，同样，在中间环形的一周灯孔内，也间隔安装有相同功率的蓝绿LED组合灯珠和单个绿色LED灯珠，在中心灯孔内安装相同功率的蓝绿LED组合灯珠，其中，蓝色LED为波长是459nm的蓝光LED，绿色LED为波长是500nm的绿光LED；
其中，如图5所示，复眼透镜F1和复眼透镜F2为在同一光轴上且参数完全相同的两个透镜，复眼透镜F1和复眼透镜F2都是由多个长方形微透镜构成的长方形透镜阵列，两个长方形透镜阵列中的微透镜位置一一对应，复眼透镜F2中每一个微透镜的几何中心均处在复眼透镜F1中每一个对应微透镜的焦距f处；
在本发明的具体实施中，所述圆形灯板具体采用直径为60mm的金属圆板。
在本发明的具体实施中，如图2所示，所述圆形灯板边缘的一周灯孔具体有8个灯孔，所述中间环形的一周灯孔具体有6个灯孔，这样，安装在整个圆形灯板上的蓝色LED灯珠共有8个，安装在整个圆形灯板上的绿色LED灯珠共有15个，所有LED灯珠均采用型号为Creexp-e的大功率LED灯珠。
在本发明的具体实施中，如图3或4所示，由于LED灯珠均采用型号为Creexp-e的大功率LED灯珠，因此长时间工作的圆形灯板会产生大量热量，因此在圆形灯板的LED灯珠反向侧焊接有发散型散热片4，具体的，发散型散热片是由单个金属长片折叠成多个肋片型散热板5，然后多个肋片型散热板同心构成中心发散的阳光辐射式结构。
在本发明的具体实施中，所述复眼透镜F1和复眼透镜F2的长方形透镜阵列，具体由参数相同的横向4块和纵向5快微透镜构成，其中，每块微透镜长宽比为2:1，厚度和曲率半径比为1:4。
在本发明的具体实施中，聚焦透镜F3和右侧照明平面的距离在400mm±100mm范围内，照明平面构成的照明面积为：(250mm±25mm)×(500mm±50mm)。
工作原理
复眼透镜F2的每个小透镜的几何中心处于复眼透镜F1对应的每个小透镜的焦距f处。在复眼透镜F1入射端前放置准直透镜提供平行光，复眼透镜阵列F2后放置聚焦透镜，聚焦透镜将光线聚焦后射入照明平面形成整个照明系统。LED点源发出的光经过准直透镜后，以平行光射出直接射向第一列复眼透镜F1，第一列复眼透镜的小透镜将整个宽光束分裂成n个细光束，每一支细光束的辐射度差异必然小于原宽光束的辐射度差异，也就是细化后的光照效果更佳。第二列复眼透镜F2对应位置的小透镜将第一列复眼透镜F1上射出的光通过聚焦镜F3重迭成像于照明平面上，由于光学系统的对称性，每个细小范围内的光不均匀性相互补偿，最终形成矩形光斑并且实现均匀照明的目的。
在该照明系统中，LED光源要尽可能靠近准直透镜，准直透镜和复眼透镜F1的距离根据系统大小调整，复眼透镜F1和复眼透镜F2的距离为复眼透镜F1微透镜的焦距，由于治疗黄疸患儿照射最佳距离为400mm，因此聚焦透镜和照明平面的距离在400mm(±100mm)范围内，适当调节聚焦透镜和复眼透镜F2的距离，使得照明平面形成(250mm±25mm)×(500mm±50mm)的光斑。

Claims (5)

1.一种复合复眼透镜式新生儿黄疸光疗照明系统，其特征在于：包括由左至右设置在同一光轴上的LED光源、准直透镜Z、复眼透镜F1、复眼透镜F2和聚焦透镜F3，由LED光源发出的单色光通过准直透镜Z后变为平行光束，平行光束经过由复眼透镜F1及复眼透镜F2构成的复合复眼透镜后照射到聚焦透镜F3上，光线经聚焦透镜F3聚焦后在光轴的右侧形成聚焦的照明平面，
其中，LED光源进一步包括圆形灯板，在圆形灯板的中心处、以圆心向外发散的圆形灯板边缘处，以及中心与灯板边缘之间的中间环形处均制有距间相同的灯孔，在灯板边缘的一周灯孔内，间隔安装有相同功率的蓝绿LED组合灯珠和单个绿色LED灯珠，同样，在中间环形的一周灯孔内，也间隔安装有相同功率的蓝绿LED组合灯珠和单个绿色LED灯珠，在中心灯孔内安装相同功率的蓝绿LED组合灯珠，其中，蓝色LED为波长是459nm的蓝光LED，绿色LED为波长是500nm的绿光LED；
其中，复眼透镜F1和复眼透镜F2为在同一光轴上且参数完全相同的两个透镜，复眼透镜F1和复眼透镜F2都是由多个长方形微透镜构成的长方形透镜阵列，两个长方形透镜阵列中的微透镜位置一一对应，复眼透镜F2中每一个微透镜的几何中心均处在复眼透镜F1中每一个对应微透镜的焦距f处。
2.根据权利要求1所述的复合复眼透镜式新生儿黄疸光疗照明系统，其特征在于：所述圆形灯板边缘的一周灯孔具体有8个，所述中间环形的一周灯孔具体有6个，这样，安装在整个圆形灯板上的蓝色LED灯珠共有8个，绿色LED灯珠共有15个，所有LED灯珠均采用型号为Creexp-e的大功率LED灯珠。
3.根据权利要求1所述的复合复眼透镜式新生儿黄疸光疗照明系统，其特征在于：在圆形灯板的LED灯珠反向侧焊接有发散型散热片，发散型散热片由单个金属长片折叠成多个肋片型散热板，然后多个肋片型散热板同心构成中心发散的阳光辐射式结构。
4.根据权利要求1所述的复合复眼透镜式新生儿黄疸光疗照明系统，其特征在于：所述复眼透镜F1和复眼透镜F2的长方形透镜阵列，具体由参数相同的横向4块和纵向5块微透镜构成，其中，每块微透镜长宽比为2:1，厚度和曲率半径比为1:4。
5.根据权利要求1所述的复合复眼透镜式新生儿黄疸光疗照明系统，其特征在于：聚焦透镜F3和右侧照明平面的距离在400mm±100mm范围内，照明平面构成的照明面积为：(250mm±25mm)×(500mm±50mm)。
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