CN106461171B - 用于调节婴儿昼夜节律并向医护人员提供婴儿解剖学高可见度的nicu恒温箱发光顶部 - Google Patents

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Abstract

提供了多用途照明系统以及提供可控照明的方法。照明系统包括柔性材料片、多个光源以及控制器。多个光源附接至柔性材料片并且被配置成发射漫射光。控制器耦接至多个光源并且被配置成根据与相应的多个不同的照明任务相关联的多个规定照明特性中的一个来控制多个光源中的一个或更多个。在一些示例中，照明系统包括：耦接至柔性材料片的摄像机，该摄像机被配置成同步地使用由多个光源发射的光来捕捉对象的至少一个图像。

Description

用于调节婴儿昼夜节律并向医护人员提供婴儿解剖学高可见 度的NICU恒温箱发光顶部
相关申请的交叉引用
本申请涉及并且要求于2014年5月9日提交的题为“LUMINOUS ROOF FOR NICUINCUBATORS FOR REGULATING CIRCADIAN RHYTHMS IN INFANTS AND FOR PROVIDING HIGHVISIBILITY OF INFANT ANATOMY FOR HEALTHCARE STAFF”的美国临时申请第61/990,845号以及于2014年8月27日提交的题为“LUMINOUS ROOF FOR NICU INCUBATORS FORREGULATING CIRCADIAN RHYTHMS IN INFANTS AND FOR PROVIDING HIGH VISIBILITY OFINFANT ANATOMY FOR HEALTHCARE STAFF”的美国临时申请第62/042,278号的权益，以上两个临时申请的内容通过引用被并入到本文中。
关于联邦赞助的研究的声明
本发明部分地由来自美国国家卫生研究院的资助支持(批准号R41HD078126-01)。美国政府可以拥有对本发明的某些权利。
技术领域
本发明涉及用于新生儿恒温箱的照明系统领域，更具体地涉及多用途照明系统和用于多种照明任务的可控恒温箱照明的方法，其中，多种照明任务包括调节婴儿的昼夜节律并且为医护人员提供婴儿解剖学的高可见度。
背景技术
新生儿重症监护室(NICU)在出生后立即为新生儿提供专门的医疗护理并且持续所需要的时间，该时间通常为几天或甚至几周。尽管婴儿在其暂住在NICU期间的任何时间点处所接收的护理是很重要的，但通常被称为黄金小时的出生后的第一个小时被认为对他们的长期健康最为关键。医护人员的专业化和培训水平以及NICU设施的整体能力对于实现婴儿的医疗需求而言至关重要。仅在美国，每年约有10万新生儿被安置在NICU中，其中，平均住院日数的范围为从妊娠期满婴儿的5.9天到怀孕不足32周分娩的早产儿的46.2天。
尽管进入专业护理托儿所的两个最常见的原因是早产和呼吸系统相关症状，但允许许多婴儿被观察其他病症，如疑似感染、新生儿黄疸、低血糖和新生儿败血症。NICU可以是可能需要立即响应的需求高和应激性的环境。在NICU中，视觉提示提供了护理人员作出决定、执行功能(例如抽血)以及监视发育变化所依靠的许多信息。因此，有利于快速且准确的视觉功能的检查灯是任何护理水平的NICU中的基本工具。照明也被认为是用于促进新生儿健康发育的重要环境变量。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种照明系统。该照明系统包括柔性材料片、多个光源和控制器。多个光源附接至柔性材料片并且被配置成发射漫射光。控制器耦接至多个光源。控制器被配置成根据与相应的多个不同的照明任务相关联的多个规定照明特性中的一个来控制多个光源中的一个或更多个。
本发明的另一方面涉及一种用于提供可控照明的方法。该方法包括：由控制器接收要经由照明毯执行的照明任务的指示。照明毯包括附接至柔性材料片的多个光源。照明毯被布置在要被照明的对象的附近。该方法还包括：由控制器从与相应的多个不同照明任务相关联的多个规定照明特性中识别与所指示的照明任务相关联的规定照明特性；以及根据所识别的规定照明特性来控制照明毯的多个光源中的一个或更多个光源以发射漫射光。
附图说明
在结合附图阅读时可以根据下面详细的描述来理解本发明。要强调的是，根据常规的实践，附图的各种部件/元件不会按比例绘制。相反地，为了清楚起见，各种部件/元件的尺寸可以任意地放大或缩小。此外，在附图中，通用的附图标记用于表示相同的部件/元件。附图中包括以下图：
图1是根据本发明的一方面的包括用于不同照明任务的照明毯的示例多用途照明系统的功能框图；
图2A是根据本发明的一方面的被布置在恒温箱上的图1的示例照明毯的透视图；
图2B是根据本发明的另一方面的被布置在恒温箱上的图1的示例照明毯的透视图；
图3A是根据本发明的一方面的图1所示的示例照明毯的底视图；
图3B是根据本发明的一方面的图3A所示的示例照明毯的顶视图；
图3C是根据本发明的一方面的沿图3A中的线3C-3C所示的示例照明毯的横截面图；
图4A是根据本发明的另一方面的图1所示的示例照明毯的底视图；
图4B是根据本发明的一方面的沿图4A的线4B-4B所示的示例照明毯的横截面图；
图4C是根据本发明的一方面的沿图4A的线4C-4C所示的示例照明毯的横截面图；
图5A是根据本发明的一方面的图1所示的示例控制器的功能框图；
图5B是根据本发明的一方面示出了控制器、用户接口和照明毯的光源之间的示例电连接的图5A所示的控制器的功能框图；
图6是根据本发明的一方面示出了摄像机到显示装置的示例无线连接的图1所示的示例摄像机的功能框图；
图7是根据本发明的一方面的被配置用于昼夜周期变化的图1所示的照明毯的作为时间的函数的示例照度的曲线图；
图8是根据本发明的一方面的由图3A至图3C以及图4A至图4C所示的照明毯的作为波长的函数的示例功率分布的曲线图；
图9是示出根据本发明的一方面的由图3A至图3C以及图4A至图4C所示的照明毯提供的不同规定照明特性的作为波长的函数的功率分布的示例的曲线图；以及
图10是示出根据本发明的一方面的对用于各种照明任务的照明毯的光发射进行控制的示例方法的流程图。
具体实施方式
自19世纪以来已经使用恒温箱并且显著地提高早产儿的存活。然而，恒温箱照明系统仍可以改进。例如，婴儿的照明需求(例如量、光谱、分布)通常与医护人员的照明需求冲突。此外，医护人员的照明需求(例如量、光谱、分布)对于观察和护理婴儿而言通常不是理想的。此外，NICU中的现有照明系统没有解决婴儿的昼夜节律形成和周期变化。
本发明的各方面涉及多用途照明系统以及用于不同照明任务的照明的方法。示例照明系统包括柔性材料片、附接至柔性材料片的多个光源以及耦接至多个光源的控制器。多个光源被配置成发射漫射(即无阴影)的光。控制器被配置成根据与相应的多个不同的照明任务相关联的多个规定照明特性中的一个来控制多个光源中的一个或更多个。在一些示例中，柔性材料片和多个光源可以被形成为照明毯。在一些示例中，摄像机还可以被布置在照明毯上即在光源附近，以捕捉对象(例如恒温箱中的婴儿)的一个或更多个图像。在一些示例中，所捕捉的(一个或多个)图像可以被提供至可以远离照明系统的显示装置。在一些示例中，光源包括发光二极管(LED)。在一些示例中，控制器可以根据规定照明特性对一个或更多个光源的强度、颜色(即光谱)、分布、定时或持续时间中的至少一个进行控制。
在一些示例中，照明系统包括与NICU恒温箱一起使用的固态照明(SSL)系统。在一些示例中，照明毯可以可拆卸地耦接至恒温箱。例如，照明毯可以可拆卸地被布置在恒温箱的顶面上，以将漫射光发射到恒温箱中。在一些示例中，照明毯可以包括由防滑材料形成的透明盖。
多个规定照明特性可以包括有利于早产儿的昼夜周期变化的照明特性(例如正确的量、光谱、时间和持续时间)。规定照明特性还可以包括在关键任务(例如插入静脉内置(IV)导管)期间为护士和医生提供婴儿解剖学的优异可见度的那些规定照明特性。其他规定照明特性可以包括用于家属和/或护理人员直接和/或远程观察(例如使用红外摄像机)的在恒温箱中提供全面照明的那些规定照明特性。
照明系统的控制器可以对由照明毯提供的照明的规定照明特性进行控制。规定照明特性可以包括强度、分布、光谱、持续时间、定时或其任何组合。照明毯(经由多个光源)可以提供可适应于多种场景的照明，其中，多种场景包括室内检查、经由数字感测摄像机的远程观察、直接皮肤检查、用于导管和针管理的静脉检测、关键医疗过程(即无阴影的光和颜色对于可见度而言很重要的任何医疗过程)的管理和昼夜周期变化。
多个光源可以向一些照明任务(如向直接和/或远程观察)提供优异的颜色再现。对于其他任务如插入IV导管而言，限制的光谱可以提供静脉的更好的对比度。因此，照明系统可以经由控制器来改变光谱内容以增强一些照明任务的色彩信息。
在一些示例中，照明系统向(经由集成到照明毯中的摄像机)支持直接和远程观察的恒温箱提供照明。在不能在床边的家庭成员与早产儿之间建立高保真的视觉连接变得日益重要。对于不能经常直接评估婴儿的状态(因为恒温箱可能被毯覆盖或者因为可能不方便观察私人房间中的婴儿)的工作人员而言，对婴儿的远程观察也可以是期望的。在一些示例中，可以对提供全面照明的多个光源的光谱功率分布和摄像机的光谱响应进行优化以在一个或更多个远程位置处提供婴儿的高色彩保真度图像。
如上面所讨论的，现有的恒温箱没有解决婴儿的昼夜节律的发展和周期变化。生物钟位于的视交叉上核在妊娠晚期的早期起作用。因此，循环照明可以改善早产儿的体重增加并且可以减短早产儿在NICU中的停留时间。示例多用途照明系统可以通过规定照明特性来促进昼夜周期变化，其中，规定照明特性包括适当的光谱、强度、持续时间和定时的受控循环光。
示例多用途照明系统可以提供无阴影照明以支持执行关键视觉任务(例如医疗过程)。例如，对于插入IV导管和执行其他关键任务(例如抽血)而言，可以期望的是，将高强度光传递至婴儿的小区域。在一些示例中，可以在没有溢散光进入婴儿的眼睛或相邻婴儿的眼睛的情况下由照明系统来传递较高强度(关键任务)光。在一些示例中，可以在关键任务过程期间遮蔽婴儿的眼睛。照明系统可以根据与关键医疗过程相关联的规定照明特性对光源的分布、光谱和强度进行控制。
在一些示例中，多用途照明系统可以被配置成遵照现有NICU照明标准(闪变、显色指数(CRI)和光级标准)如由于2012年1月26日在佛罗里达州克利尔沃特海滩达成的对新生儿NICU设计的第八共识所阐述的标准。这些现有标准提供了例如针对新生儿的推荐的闪变、显色指数和光级标准。例如，第八共识的标准22(“婴儿护理区域中的环境照明”)建议最大环境照明水平为600勒克斯、电光源具有不小于80的CRI、全色域指数(GAI)为不小于80且不大于100以及灯源不比通常的40W白炽光源闪变得更多。第八共识的标准23(“婴儿护理区域中的过程照明”)建议在婴儿床的平面处最少2000勒克斯。
示例多用途照明系统可以解决婴儿和健康护理提供者两者的照明需求。照明系统的示例照明毯可以与通常在NICU中使用的恒温箱上的毯盖一起使用。可以形成与任何恒温箱一起使用的示例照明毯。示例照明系统可以向婴儿提供昼夜周期变化光(即合适的量、光谱、时间和持续时间)、向健康护理提供者提供优异的显色性(由高CRI和高GAI限定)、向健康护理提供者提供良好的可见度的足够的水平的漫射(即无阴影光)以及提供用于连续监视婴儿的摄像机(例如具有红外源)。通过将摄像机结合到照明毯中，减少了恒温箱内部所需要的额外设备的数量。因为照明毯可以是柔性的(并且在一些示例中可以是可折叠的)以及可拆卸地布置在恒温箱上，所以照明毯可以容易地应用于恒温箱、易于调节并且存储(例如在不使用的情况下)。
虽然本文中的描述描述了用于NICU恒温箱的多用途灯，但照明系统也可以与任何对象一起使用，其中，可以期望的是，规定照明特性用于不同的照明任务。可以预期的是，可以使用照明系统例如但不限于在箱体照明的情况下用于水族箱/玻璃箱(用于调节鱼/爬行动物的昼夜节律并且用于提供合适的可见度)、用于食品展示、用于摄影照明、用于(一种或多种)紧急医疗服务(EMS)照明以及用于便携式工作照明。
参照图1，示出了示例多用途照明系统100的功能框图。系统100可以包括照明毯102、控制器108、用户接口110、显示装置112和存储器114。虽然存储器114被示出为与控制器108分隔开并且耦接至控制器108，但在一些示例中，存储器114可以是控制器108的一部分(如图5A所示的存储器508)。存储器114可以存储与相应的多个不同照明任务相关联的多个规定照明特性。
照明毯102可以包括集成在照明毯102内的多个光源104和摄像机106。通常，照明毯102包括附接至柔性材料片如片302(图3C)或盖404-1(图4B)的光源104。通常，照明毯102可以被配置成是柔性的和/或可折叠的，以使得照明毯102可以符合其被布置的表面。
摄像机106可以附接至光源104附近的照明毯102(例如如图3A和图4A所示)。摄像机106可以利用由光源104提供的照明(即规定照明特性)对恒温箱(例如图2A中的恒温箱202)中的婴儿的一个或更多个图像进行捕捉。在一些示例中，摄像机106还可以包括用于使用红外辐射(例如在约700nm至约1mm之间)来捕捉婴儿的一个或更多个图像的红外(IR)光源。IR成像(也被称为热成像)可以在低可见光环境(例如对于小于约1勒克斯的可见光强度)中是有用的。在一些示例中，摄像机106可以被配置成处理所捕捉的(一个或多个)图像以便检测婴儿运动。在一些示例中，来自摄像机106的(一个或多个)图像可以存储在存储器114中。下面关于图6进一步描述摄像机106。
参照图2A和图2B，照明毯102可以可拆卸地被布置在恒温箱202(202’)的顶表面204(204’)上。除了恒温箱202’包括倾斜的前壁206之外，恒温箱202’(图2B)类似于恒温箱202(图2A)。在一些示例中，照明毯102可以形成为具有宽度(W)和长度(L)的矩形形状，以与恒温箱的顶表面例如恒温箱202(图2)的顶表面204对应。在一些示例中，照明毯102可以完全覆盖恒温箱202的顶表面204，而未延伸到恒温箱202的其他表面。在一些示例中，照明毯102可以在恒温箱202的顶表面204上延伸并且覆盖其他表面的一部分。例如，照明毯102可以在恒温箱202’的倾斜前壁206和/或后壁208上延伸(图2B)。在一些示例中，照明毯102可以不完全覆盖顶表面204、204’(图2A和图2B中未示出)。应用理解，恒温箱202、202’表示恒温箱的示例并且恒温箱可以具有其他合适的形状。通常，照明毯102可以形成为覆盖恒温箱202(202’)的顶表面204(204’)的至少一部分，使得照明毯102与恒温箱202的底表面203相距距离di。
在一个示例中，照明毯102具有约60cm的长度L和约30cm的宽度W，并且距底表面203约35cm至约50cm之间的距离di处。应当理解，给出的照明毯102的尺寸和照明毯102距底表面203的距离di表示示例值。在其他示例中，照明毯102可以具有不同的尺寸L、W，并且距离di可以是其他值。通常，用于照明任务的规定照明特性可以是照明毯102的尺寸和其与底面203的距离di的函数。
在一些示例中，照明毯102可以具有被布置成从照明毯的一侧发射光的光源104。在一些示例中，照明毯102可以具有被布置成从照明毯子的相反侧发射光的光源104。图3A至图3C描述了具有片302的相反两侧上的光源308和光源310的照明毯102的一个示例。图4A至图4C描述了具有从一侧(从盖404-1中的开口414)发射光的光源408的照明毯102’的另一示例。下面参照图3A至图4C进一步描述照明毯102。在一些示例中，光源104为LED。虽然本文中关于LED描述了光源104，但光源104可以包括能够提供适于对应照明任务的足够的光谱和空间特性(即规定照明特性)的漫射光的任何合适的光源。
参照回到图1，控制器108可以耦接至光源104以及用户接口110。控制器108可以从用户接口110接收与选择的照明任务和/或规定照明特性有关的指示。响应于该指示，控制器108可以根据与该指示相关联的规定照明特性对光源104中的一个或更多个的操作进行控制以发射光。规定照明特性可以控制由(一个或多个)光源104发射的光的强度、光谱、分布、持续时间或定时中的至少一个。示例照明任务可以包括室内检查、经由显示装置112进行的远程观察、直接皮肤检查、静脉检测、一个或更多个医疗过程的管理以及昼夜周期变化。取决于期望的照明任务，控制器108可以对照明毯102的一个或更多个光源104进行控制以产生用于昼夜周期变化的漫射的全面照明；用于室内观察和远程观察的漫射的全面照明；用于发绀观察和/或静脉增强(vein enhancement)的色彩增强照明；或用于医疗过程的漫射高光级照明。例如，通过控制激活光源104的数目，到(一个或多个)光源104的电力或布置在光源104上的任何漫射材料(例如图3C中的缓冲材料316和/或漫射材料318)的光透射，可以在不会对执业医生造成明显的阴影或眩光的情况下在医疗过程期间提供高光级(例如约2000lx)。
控制器108还可以被配置成控制摄像机106的操作，以在足够的可见光条件下和/或在低可见光条件下捕捉婴儿的一个或更多个图像。控制器108可以基于从用户接口110接收的指示和/或基于针对捕捉的预定自动条件(例如每10分钟一个图像、从预定开始时间到预定结束时间的视频流等)来控制摄像机106的操作。控制器108还可以控制从摄像机106到一个或更多个显示装置112的(一个或多个)图像的传输。(虽然示出了一个显示装置112，但照明系统100可以包括两个或更多个显示装置112)。
在一些示例中，控制器108可以被配置成(例如经由图5A中的处理器510)处理从摄像机106接收的(一个或多个)图像和/或音频信息。例如，控制器108可以基于从摄像机106接收的多个图像来检测婴儿运动。作为另一示例，控制器108可以基于从音频信息中检测到的哭声或其他声音来识别婴儿状态的变化(例如从睡眠到清醒)。在一些示例中，控制器108可以经由合适的用户接口(例如显示装置112)向护理者提供婴儿行为的指示(例如视觉、听觉、触觉等)。在一些示例中，视觉移动(来自捕捉的图像)和(一个或多个)声音(来自捕捉的音频信息)二者均可以用于识别婴儿的行为。
在一些示例中，控制器108可以对由光源104实际传递的光的照明特性以及传递时间(或时间段)的时间戳(例如经由图5A中的处理器510)进行验证。控制器108可以使存储器114存储发射光的验证和/或时间戳(时间段)的指示。在下面参照图5A和图5B进一步描述控制器108。
用户接口110可以被配置成对由控制器108施加至(一个或多个)光源104的规定照明特性的选择进行控制。用户接口110可以包括用于直接选择规定照明特性或期望照明任务(与规定照明特性相关联)的任何合适界面。在一些示例中，用户接口110还可以用于控制由摄像机106进行的图像捕捉/视频捕捉(包括日间或夜间图像捕捉/视频捕捉)和/或向特定显示装置112进行的捕捉的图像/视频的传输。在一些示例中，用户接口110可以包括用于选择规定照明特性/照明任务的输入装置例如按键。在一些示例中，用户接口110可以包括用于查看可能的照明特性/照明任务选择的显示装置。
显示装置112可以位于远离照明毯102的位置。显示装置112可以以有线或无线的方式连接至摄像机106，以显示由摄像机106捕捉的一个或更多个图像(包括视频流)。可以设想的是，显示装置112可以包括能够呈现图像和/或视频的任何显示装置。例如，显示装置112可以包括个人计算机、便携式计算机、平板计算机、移动电话等。显示装置112可以用于提供对恒温箱202中的婴儿的远程观察。虽然图1中示出了一个显示装置112，但应当理解，照明毯102可以耦接至一个或更多个显示装置112。例如，第一显示装置112可以被提供给健康护理提供者，而第二显示装置112可以被提供给婴儿的家庭成员。
在一些示例中，控制器108和用户接口110可以位于远离照明毯102的位置。在一些示例中，控制器108和/或用户接口110可以位于照明毯子102上。
可以设想的是，系统100可以被配置成连接到全球信息网络例如因特网(未示出)，以使得图像/视频可以被传输至显示装置112和/或传输至另一远程位置以用于进一步处理和/或存储。
在一些示例中，摄像机106可以包括麦克风(例如图6中的麦克风605)以从婴儿捕捉音频信息以用于存储和处理。音频还可以被传输至显示装置112或能够输出音频信号的另一合适的装置。以这种方式，可以远程地监视婴儿的视觉迹象和听觉迹象。在一些示例中，音频信息可以被存储在存储器114中。
存储器114可以存储与相应的多个不同照明任务相关联的多个规定照明特性。在一些示例中，存储器114可以存储经由摄像机106捕捉的一个或更多个图像和/或音频信息。存储器114可以包括例如随机存取存储器(RAM)、磁盘、光盘、闪速存储器或硬盘驱动器)。通常，存储器114可以是存储器、磁盘、数据库或能够存储数据的基本上任何本地或远程非暂态有形装置。在一些示例中，控制器108(和/或存储器114)可以从耦接至控制器108和/或耦接至存储器114的远程装置(未示出)(例如经由图5A所示的端口502和/或端口504)接收规定照明特性。
应当理解，摄像机106、控制器108、用户接口110、显示装置112和存储器114中的一个或更多个的部件可以以硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。
参照图3A至图3C，示出了示例照明毯102。特别地，图3A是示出了底表面300的照明毯102的底视图；图3B是示出了顶表面312的照明毯102的顶视图；以及图3C是沿线3C-3C的照明毯102的横截面图。
如图3A所示，照明毯102的底表面300包括被布置在透明材料的柔性片302上的多个光源104。底表面300还包括被布置在光源104附近的柔性片302上的摄像机106。柔性片302形成为例如矩形形状以符合恒温箱的顶表面。透明材料的盖304-1被布置在光源104和摄像机106上。在示例中，照明毯102具有约30cm的宽度WBLANKET和约60cm的长度LBLANKET。
在示例中，柔性片302和盖304-1(以及盖304-2)均由16号透明乙烯基材料形成。虽然片302和盖304-1、304-2被示出为由相同的材料形成，但片302和盖304-1、304-2可以由不同的材料形成。虽然片302被描述为是透明的，但在一些示例中，片302可以由不透明材料形成，以减少光透射到相反侧。例如，不透明片302可以减少将光从底表面302(通过光条308)引导透射到顶表面312。通常，片302和盖304-1、304-2可以由能够符合布置有片302和盖304-1、304-2的对象的形状的任何合适的柔性材料形成。
在一些示例中，盖304-1、304-2可以包括防滑材料，以防止照明毯102从表面例如恒温箱202(图2A)的顶表面204滑落。在一些示例中，盖304-1、304-2可以由医用级抗微生物材料形成。在一些示例中，盖304-1、304-2可以由流体防护医用级材料形成。
照明毯102还包括用于将控制器108(图1)电耦接至光源104的电连接器306。连接器306还可以将控制器108电耦接至摄像机106。为了清楚起见，光源104、摄像机106和电连接器106之间的电引线未示出。
底表面300上的光源104包括多个光条308，光条308具有沿着每个光条308布置的LED 309。在示例中，光条308被配置成产生为600勒克斯的最大光强度。在示例中，光条308包括具有蓝色(B)LED(例如峰值波长范围在约450nm至500nm之间)的光条308-B以及具有暖白色(WW)LED(具有约3500K相关色温)的光条308-WW。
如图3B所示，照明毯102的顶表面312包括被布置在柔性片302上的多个光源104(光条310)但不包括摄像机106。透明材料的盖304-2被布置在光条310上。除了光条310被配置成比光条308提供更高的最大光强度例如约2000勒克斯之外，光条310与光条308(在底表面302上)类似。在一些示例中，可以控制光条310以为各种医疗过程提供更高的光强度。
在一个示例中，光条310包括具有蓝色LED的光条310-B、具有冷白色(CW)LED(具有比约4500K大的相关色温)的光条310-CW、具有红色(R)LED(例如具有在约620nm至约650nm之间的峰值波长范围)的光条310-R以及具有暖白色LED的光条310-WW。
底表面300上的光条308和顶表面312上的光条310可以由控制器108(图1)控制，以产生与不同照明任务相关联的不同的规定照明特性。下面在表1中进一步示出示例规定照明特性。应当理解，图3A和图3B中的蓝色、红色、冷白色和暖白色LED的布置表示示例布置，并且不同颜色和/或强度的LED的其他布置是可能的。在一些示例中，一个或更多个红色光条310-R可以用于色彩增强(例如用于静脉检测)。在示例中，LED条308、310包括由LEDSupply(美国佛蒙特州兰多夫市)制造的LED柔性条R6030。蓝色LED条308(310)-B、红色LED条310-R、冷白色LED条310-CW、暖白色LED条308(310)-WW或其组合中的一个或更多个LED309可以被激活以产生针对规定照明特性的期望的颜色、分布和强度。图8是示出了冷白色光条310-CW的示例光谱功率分布的曲线图。
如图3C所示，底盖304-1可以在接合部314处(例如经由粘合材料)与顶盖304-2接合。在一些示例中，照明毯可以包括缓冲材料316。缓冲材料316可以包括例如可充气的气泡包装产品、松散填充材料、泡沫结构(例如聚合物泡沫结构)或任何其他合适的缓冲材料。在一些示例中，缓冲材料可以包括透明的缓冲材料。
在一些示例中，照明毯102可以包括光条308(和/或光条310)与盖304-1(和/或盖304-2)之间的漫射材料318。漫射材料318可以由能够使由光条308和/或光条310发射的光分散的任何合适的材料形成。在示例中，漫射材料318包括由罗斯科实验室(美国康纳提格州斯坦福市)制造的漫射凝胶(Lee滤波器216)。缓冲材料316可以用作漫射材料318与光条308(和/或光条310)之间的间隔物。通常，照明毯102可以包括被布置在柔性片302与漫射材料318之间的任何间隔材料，以使得光条308(310)与漫射材料318间隔开以经由漫射材料318来促进漫射。
虽然图3A至图3C示出了在柔性片302的相反侧上的LED 308和LED 310，但在一些示例中，LED 308、LED 310和摄像机106可以全部被布置在柔性片302的同一侧例如底面300上。
参照图4A至图4C，示出了示例照明毯102’。特别地，图4A是示出了底表面402的照明毯102’的底视图；图4B是沿线4B-4B的照明毯102’的横截面图；以及图4C是沿线4C-4C的照明毯102’的横截面图。除了照明毯102’包括仅被布置在照明毯102’的底表面402上的LED光板408、408’之外，照明毯102’与照明毯102(图3A-3C)类似。虽然在图4A至图4C中未示出，但照明毯102’可以包括用于将控制器108(图1)与光源104以及摄像机106电连接的电连接器。
如图4A至图4C所示，照明毯102’的底表面402包括被布置在透明材料的柔性盖404-1之下的多个光源104。盖404-1(和盖404-2)可以沿虚线406折叠。底表面402还包括被布置在光源104附近的盖404-1之下的摄像机106。盖404-1形成为矩形形状例如以符合恒温箱的顶表面。光源104包括LED光板408和光板408’。除了光板408’的长度更小以容纳摄像机106之外，光板408’与光板408类似。在示例实施方式中，光板408、408’具有约10cm的宽度Ws、光板408具有约33cm的长度LS1以及光板408’具有约20cm的长度LS2。在一些示例中，光板408、408’可以被配置成提供漫射光。通常，任何半透明材料例如盖404-1、404-2(以及图3A至图3C中的盖304-1、304-2)也可以用作漫射材料以使发射的光分散。
盖404-1、404-2由透明材料形成，其中，光源408、408’和摄像机106被布置在盖404-1与404-2之间摄像机。盖404-1包括用于在底表面402处暴露光源408、408’和摄像机106的孔414。盖404-1在光源408与光源408’之间的接合部412处(例如使用粘合材料)与盖404-2接合。在示例中，照明毯102’具有约56m的宽度WB2和约79m的长度LB2。除了折叠处406之外，照明毯102’还可以沿接合部412折叠。
在示例中，盖404-1、404-2由海事级乙烯基织物材料形成。虽然盖404-1、404-2被示出为由相同材料形成，但盖404-1、404-2可以由不同材料形成。虽然顶表面410的盖404-2被描述为透明的，但在一些示例中，盖404-2可以由不透明材料形成以减少透过顶表面410的光。通常，盖404-1、404-2可以由能够符合布置有盖404-1、404-2的对象的形状的任何合适的柔性材料形成。
在一些示例中，盖404-1、404-2可以包括防滑材料。在一些示例中，盖404-1、404-2可以由医用级抗微生物材料形成。在一些示例中，盖404-1、404-2可以由流体防护医用级材料形成。
在示例中，光板408、408’包括具有暖白色(WW)LED的光板408-WW、具有冷白色(CW)LED的光板408-CW及408’-CW、具有蓝色(B)LED的光板408-B和具有红色(R)LED的光板408-R。在示例中，LED光板408、408’包括LumiSheetTM LED光板(由美国科罗拉多州丹佛市的Evo-lite有限责任公司制造)。
图9是示出用于暖白光(902)、蓝光(904)和红光(906)的各种光板408、408’的示例光谱功率分布的曲线图。与LED条308(310)类似，蓝光面板408-B、红光面板408-R、冷白光面板408(408’)-CW、暖白光面板408-WW或其组合中的一个或更多个光板408、408’可以被激活，以产生针对规定照明特性的期望的颜色、分布和强度。
底表面402上的光板408、408’可以由控制器108(图1)控制以产生与不同照明任务相关联的不同规定照明特性。在下面的表2中进一步示出示例规定照明特性。应当理解，图4A中的蓝色、暖白色、红色和冷白色LED的布置表示示例布置并且不同颜色和/或强度的LED的其他布置是可能的。
参照图5A和5B，示出了照明系统100的示例控制器108。特别地，图5A是控制器108的功能框图；以及图5B是示出了控制器108、用户接口110、电源520和照明毯102的示例光源530至536之间的示例电连接的控制器108的功能框图。
控制器108可以包括通用串行总线(USB)通信端口502、一个或更多个输入端口504、电源506、存储器508、处理器510、定时器512和一个或更多个输出端口514。USB通信端口502、(一个或多个)输入端口504、电源506，存储器508、处理器510、定时器512和(一个或多个)输出端口514可以经由数据和控制总线516耦接在一起。电源506可以被配置成向控制器108的一个或更多个部件供电。
在一些示例中，USB通信端口502可以被配置成接收数据以对控制器108进行编程。在一些示例中，USB通信端口502可以被配置成接收信号和/或数据和/或将信号和/或数据传送至能够进行USB通信的一个或更多个其他装置。例如，USB端口502可以将控制器108连接至摄像机106、外部存储装置、外围装置(例如键盘、指向装置、打印机)、个人计算机、膝上型计算机、平板计算机、移动电话等。在一些示例中，可以经由无线连接来控制摄像机106。
(一个或多个)输入端口504可以被配置成从用户接口110接收指示照明任务或规定照明特性的选择。(一个或多个)输入端口504还可以被配置成接收指示规定照明特性和对应照明任务的数据。在一些示例中，所接收的数据可以存储在存储器508中以用于控制光源104的激活。(一个或多个)输入端口504可以被配置成接收模拟输入信号、数字输入信号或其组合。
存储器508可以被配置成存储由处理器510用以激活光源104的相关联的照明任务和规定照明条件。在一些示例中，规定照明条件和相关联的照明任务可以存储在查找表(LUT)中。在一些示例中，存储器508可以存储用于控制来自摄像机106(图1)的图像的捕捉和/或传输的一个或更多个值，该一个或更多个值包括用于可见光成像和IR成像的照明条件。存储器508可以存储用于USB通信端口502、(一个或多个)输入端口504、电源506、处理器510、定时器512和/或(一个或多个)输出端口514的一个或更多个值。在一些示例中，存储器508可以存储经由摄像机106(图1)捕捉的(一个或多个)图像/音频信息。存储器508可以包括例如RAM、只读存储器(ROM)、磁盘、光盘、闪速存储器或硬盘驱动器。存储器508可以是存储器、磁盘、数据库或能够存储数据的基本上任何本地或远程非暂态有形装置。
处理器510可以被配置成从用户接口110接收指示规定照明特性的指示并且根据规定照明特性来激活一个或更多个光源104。在一些示例中，处理器510可以从用户接口110接收照明任务的指示，并且可以从存储在存储器508中的LUT中识别对应的规定照明特性。在一些示例中，处理器510可以使用来自计时器512的定时信号，以便对由(一个或多个)光源104进行的光发射的定时和/或持续时间进行控制。在一些示例中，处理器510可以被配置成对从摄像机106接收的(一个或多个)图像和/或音频信息进行处理，以提供婴儿行为的指示。在一些示例中，处理器510可以被配置成使存储器508(或图1中的存储器114)存储由光源104实际传递的光的照明特性的验证和/或时间戳(或时间段)。处理器510可以被配置成控制/实现USB通信端口502、(一个或多个)输入端口504、电源506、存储器508、定时器512和(一个或多个)输出端口514。处理器510可以是传统的数字信号处理器、逻辑电路或微处理器。
计时器512可以被配置成产生定时信号以控制一个或更多个光源104的激活的开始时间和/或激活的持续时间。定时器512可以由各种传统电子部件如具有振荡周期的集成电路来实现。
(一个或多个)输出端口514可以被配置成从处理器510接收一个或更多个控制信号并且生成一个或更多个数字脉冲宽度调制输出信号518以用于根据规定照明特性来激活(一个或多个)光源104。
应当理解，USB通信端口502、(一个或多个)输入端口504、电源506、存储器508、处理器510、定时器512和(一个或多个)输出端口514中的一个或更多个的部件可以以硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。
在图5B中，照明毯102可以包括图3A至图3C所示的照明毯102或图4A至图4C所示的照明毯102’。蓝色LED 530、暖白色LED 532、冷白色LED 534和红色LED 536表示用于产生与不同照明任务相关联的不同照明特性的示例LED。
在操作时，电源520用于向控制器108的电源506提供电力。由用户接口110接收指示所选择的照明任务(或规定照明特性)的用户输入。来自用户接口110的用户指示经由控制器108的(一个或多个)输入端口504而被接收，并且用于识别(例如存储在存储器508中的)相关联的规定照明特性。处理器510可以生成一个或更多个控制信号以根据规定照明特性来激活LED 530-536中的一个或更多个。处理器510可以根据规定照明特性(用于选择LED530至536中的适当的LED)来控制一个或更多个开关524(例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关)的激活。
通常，控制器108可以根据规定照明特性对光源104中的一个或更多个光源的强度、光谱、分布、定时或持续时间中的至少一个进行控制。例如，控制器108可以控制以下中的至少一个：多个光源104的激活(用于光分布控制)；被激活的光源的类型(例如用于特定照明任务的蓝色LED 530和冷白色LED 534)；供给至(一个或多个)光源104的电力(用于强度控制)；或被布置在光源104上的漫射材料318(图3C)的光透射特性。
接下来描述规定照明特性和相关联的照明任务的示例。在第一示例(表1所示)中，考虑到朗伯分布和从光源104到恒温箱的水平表面(例如图2A中的表面203)的距离di为35cm，将实现为2000lx的平均照度所需要的总光输出计算为1600lm。表1中所示的示例涉及图3A至图3C所示的照明毯102。例如，对于到底表面203的距离di为50cm而言，总光输出为约2600lm，以实现相同的2000lx平均照度。通常，可以基于下面概述的平方反比定律(ISL)来确定总光输出。
通过使用ISL，可以根据发光强度(以坎德拉(cd)为单位)来指定来自光源的光量，并且可以在距光源不同距离处确定照明(即以勒克斯(lx)为单位的照度)。平方反比定律可以表示为：
其中，I是光源在接收器的方向上的强度，d是从光源到接收器的距离，θ是从光入射到接收器上的表面法线测得的角度，并且E是接收器处的照度。随着光从源传播，光发散并且相同的光覆盖更大的区域。面积随着距离的平方增大。
下面的表1中概述七种不同的照明任务中的每一种的照明毯102(图3A至图3C)的示例光谱、空间特性和时间特性(即规定照明特性)。在表1中，CCT表示相关色温(即由源发射的光的表观颜色相对于来自保持在特定温度并且以开尔文(K)标度测量的理想白炽光源的光的表观颜色)，CRI是显色指数(即由光源生成的光照明对象以使得对象看起来是“自然的”或“可接受的”的能力的量度)，并且GAI是全色域指数。GAI是通过将等能量谱的GAI标准化成为100的值的因子来衡量的、在CRI计算中限定的八个测试颜色样本的色域(即由光源提供的饱和度的量度)。应当理解，表1中的值表示针对不同照明任务的规定照明特性的示例，并且取决于照明毯102的配置和其距表面203(图2A)的距离，光谱特性、空间特性和时间特性的其他值是可能的。
表1
昼夜周期变化涉及照明任务1和照明任务2(在表1中)并且也在图7中示出。图7是作为昼夜周期变化的时间的函数的示例照度的曲线图。在日间(高)设定期间，对于示例2.5小时时间段而言，将光级设置成高水平(例如约600lx)。在夜间(低)设定期间，对于示例21.5小时时间段而言，将光级设置成低水平(例如约1lx)。在示例中，控制器108可以包括用于逐渐增大光级的斜升时间(任务1)/减小光级的斜降时间(任务2)。在非限制性示例中，斜升时间/斜降时间为约1分钟。在一些示例中，可以调节斜升时间/斜降时间。
表1中的任务3示出了用于在夜间(低可见光)设定期间经由摄像机106(图1)远程观察的示例规定照明特性。例如，摄像机106可以被配置成在夜间设定期间执行IR成像。在日间期间(即具有足够的可见光)，摄像机106可以根据在任务1、4、6或7中的一个或更多个中示出的规定照明特性通过可见光成像来捕捉一个或更多个图像。应当理解，规定照明特性可以取决于特定摄像机106的灵敏度而变化。
表1中的任务4示出了用于常规室内观察的示例规定照明特性。可以适用于常规室内观察的光源104的示例光谱功率分布包括从示例照明毯102测得的为约3860K的CCT、为约86的CRI和为约87的GAI，示例照明毯102在距离为约35cm的恒温箱的中心处产生为约602lx的照度。
表1中的任务5示出了的用于医疗过程期间的室内观察的示例规定照明特性，医疗过程期间的室内观察会需要更高的光级和漫射(无阴影)的光。
表1中的任务6示出了用于室内观察发绀(由于血液循环不良或氧合作用不充分造成的皮肤的蓝色变色)的示例规定照明特性。已经示出的是，使用具有约660nm的显著发射的光源来改善对发绀的临床检测的准确性。然而，虽然在660nm区域中具有太少发射的源可能导致假阳性结果，但具有太多发射的源会导致未检测到发绀。原因在于检测发绀取决于颜色对比度，从而需要考虑源的完整光谱分布。澳大利亚标准机构研制了一种测试方法和度量标准来评估光源对发绀的临床观察的有效性。澳大利亚出版物1680.2.5(1997)将发绀观察指数(COI)限定为光源的光谱功率分布、参考发光物和具有50％和100％氧饱和度的血液的光谱特性的函数。COI是通过针对每个氧饱和度标准对参考光源(4000K黑体辐射器)与测试源之间的色差求平均而得到的无量纲数字。遵照澳大利亚1680.2.5(1997)要求在健康护理设施中的用于临床观察的光源具有在3300K与5500K之间的CCT和等于或小于3.3的COI。
表1中的任务7示出了用于静脉对比度增强的室内观察的示例规定照明特性。通常，红色窄带光源(例如630nm峰值波长LED)用于透照装置中的静脉检测。
第二示例(表2所示)假定距表面203(图2A)的距离di为50cm，并且涉及图4A至图4C所示的照明毯102’。在该示例中，考虑到朗伯分布，在距离为50cm的恒温箱中心处实现600lx的平均照度所需要的总光输出被估计为约800lm。照明毯102’的亮度为大约1200cd/m2。与表1一样，应当理解，表2中的值表示用于不同照明任务的规定照明特性的示例，并且取决于照明毯102’的配置以及其距表面203(图2A)的距离，光谱特性、空间特性和时间特性的其他值是可能的。
表2
除了CCT和光级的差异之外，表2中用于照明毯102’的任务1至6与上面在表1中所描述的任务1至4、6和7类似。照明毯102’不包括医疗过程任务(表1中的任务5)。表2中的任务7提供了使用蓝光(例如具有为约470nm的最大波长)来执行昼夜周期变化的示例。
参照图6，示出了摄像机106的功能框图。图6示出了经由Wi-Fi热点610进行的摄像机106与显示装置110之间的示例无线连接。具有摄像机本体606的摄像机106可以包括具有IR滤光片和夜视IR LED 604的透镜602。摄像机106还可以包括电源608。因此，在一些示例中，摄像机106可以被配置成捕捉日间(可见光)图像和夜间(IR)图像。摄像机106可以被配置成通过有线连接和/或无线连接发送要在显示装置110上显示的图像612。在一些示例中，摄像机106可以被配置成通过因特网(例如经由Wi-Fi 610)与显示装置110通信。在一些示例中，摄像机106可以包括被配置成从婴儿捕捉音频信息的可选麦克风605。在一个示例中，摄像机106包括由友讯科技股份有限公司(台湾省台北市)制造的型号DCS-932L无线日间/夜间家庭网络摄像机。
现在参照图10，示出了对用于各种照明任务的照明毯102、102’的光发射进行控制的示例方法的流程图。在步骤1002处，由控制器108(图1)接收指示要执行的照明任务的选择。例如，控制器108可以接收经由用户接口110输入的用户输入。在步骤1004处，控制器108可以识别与所指示的照明任务对应的规定照明特性。例如，控制器108可以从存储在存储器508(图5A)中的LUT识别规定的照明任务。
在步骤1006处，控制器108可以激活被布置在照明毯102、102’上的一个或更多个光源104，以使得(一个或多个)光源104根据规定照明特性(在步骤1004中识别的)来发射光。在可选步骤1008处，控制器108可以例如使用计时器512(图5A)来激活(一个或多个)光源104达预定持续时间(根据规定照明特性)。例如，可选步骤1008可以用于昼夜周期变化。在一些示例中，步骤1006和/或步骤1008可以在预定的开始时间处(基于规定照明特性)被激活。
虽然已经在多用途照明系统和用于提供多种照明任务的可控恒温箱照明的方法的方面描述了本发明，但可以设想的是，一个或更多个步骤和/或部件可以用与微处理器/通用计算机一起使用的软件来实现。在该实施方式中，上述各种部件的功能和/或步骤中的一个或更多个可以用控制计算机的软件来实现。软件可以体现在非暂态有形计算机可读介质(例如作为非限制性示例，磁盘、光盘、硬盘驱动器等)中以由计算机来执行。如本文中所描述的，图1所示的装置106、108、110、112和114可以使用专用电路和/或使用包含在计算机可读介质中的软件来执行某些操作。软件指令可以使控制器108执行本文中所描述的一个或更多个处理。替代地，可以使用硬连线电路来替代软件指令或与软件指令结合，以实现本文中所描述的处理。因此，本文中所描述的实现方式不限于硬件电路和软件的任何特定组合。
虽然本文中参照具体实施方式说明并且描述了本发明，但本发明并不旨在限于所示出的细节。更确切地，可以在权利要求的等同物的范畴和范围内并且在不脱离本发明的情况下对细节进行各种修改。

Claims (20)

1.一种照明系统，包括：
柔性材料片；
多个光源，其附接至所述柔性材料片并且被配置成发射漫射光；
控制器，其耦接至所述多个光源并且被配置成根据与相应的多个不同的照明任务相关联的多个规定照明特性中的一个来控制所述多个光源中的一个或更多个；以及
摄像机，其耦接至所述多个光源附近的柔性材料片，
其中，所述柔性材料片被配置成可拆卸地被布置在恒温箱的顶表面上方，以使得所发射的漫射光被传递到所述恒温箱中。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其中，每个规定照明特性包括预定强度、预定光谱、预定分布、预定持续时间或预定定时中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的照明系统，其中，所述多个不同的照明任务包括以下中的至少一个：昼夜周期变化；用于远程观察对象的照明；用于本地观察所述对象的无阴影照明；用于检查所述对象的色彩增强照明；或用于医疗过程的照明。
4.根据权利要求1所述的照明系统，其中，所述摄像机被配置成捕捉可见光光谱或红外(IR)光光谱中的至少一个内的一个或更多个图像。
5.根据权利要求1所述的照明系统，还包括：显示装置，其经由有线连接或无线连接耦接至所述摄像机。
6.根据权利要求1所述的照明系统，还包括：耦接至所述控制器的用户接口，所述用户接口被配置成接收对所述多个规定照明特性中的一个进行的选择。
7.根据权利要求1所述的照明系统，其中，所述柔性材料片包括第一侧以及与所述第一侧相反的第二侧，所述多个光源附接至所述第一侧、所述第二侧或所述第一侧和所述第二侧的组合。
8.根据权利要求1所述的照明系统，其中，所述多个光源包括：光源的至少两个子集，所述至少子集被配置成发射具有不同光谱特性或不同强度中的至少一个的光。
9.根据权利要求8所述的照明系统，其中，所述控制器被配置成控制以下中的至少一个：对所述多个光源中的一些光源的选择；对所述至少两个子集中的一个或更多个子集的选择；分布在所述多个光源中的电力量；发射光的开始时间或发射光的持续时间。
10.根据权利要求1所述的照明系统，还包括：被布置在所述柔性材料片上的透明盖，所述透明盖由防滑材料形成。
11.一种提供可控照明的方法，所述方法包括以下步骤：
将照明毯定位在恒温箱的顶表面上方，并且从上方发射漫射光到所述恒温箱中；
由控制器接收要经由所述照明毯执行的照明任务的指示，所述照明毯包括附接至柔性材料片的多个光源；
由所述控制器从与相应的多个不同的照明任务相关联的多个规定照明特性中识别与所指示的照明任务相关联的规定照明特性；以及
根据所识别的规定照明特性来控制所述照明毯的多个光源中的一个或更多个光源以发射漫射光。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，每个规定照明特性包括预定强度、预定光谱、预定分布、预定持续时间或预定定时中的至少一个。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，控制所述多个光源中的一个或更多个光源包括控制以下中的至少一个：对所述多个光源中的一些光源的选择；分布在所述多个光源中的电力量；发射光的开始时间或发射光的持续时间。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：经由摄像机同步地使用由所述多个光源中的一个或更多个光源发射的光来捕捉对象的一个或更多个图像。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：经由麦克风来捕捉从所述对象接收的音频信息。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：将所述音频信息或所述一个或更多个图像中的至少一个存储在非暂态存储器中。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括：将所识别的规定照明特性照明已被发射的验证或指示所识别的规定照明特性何时被发射的时间戳中的至少一个存储在非暂态存储器中。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个不同的照明任务包括以下中的至少一个：婴儿的昼夜周期变化；用于远程观察所述婴儿的照明；用于本地检查所述婴儿的无阴影照明；用于医疗过程的照明；或用于发绀观察或静脉增强中的至少一个的色彩增强照明。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，控制所述多个光源中的一个或更多个光源包括：控制所发射的漫射光的定时、持续时间和强度，以促进所述婴儿的昼夜周期变化。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，与用于本地检查所述婴儿的无阴影照明和用于远程观察所述婴儿的照明相比，用于所述医疗过程的照明具有更高的强度。
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