CN106730394A - 一种可见光照射剂量的精确控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可见光照射剂量的精确控制方法，解决了现有技术中并没有公开如何有效控制可见光照射剂量的问题。本发明包括设定目标剂量EI，设定光照偏差ε，获得亮度L与驱动电流I之间的函数关系式f(I)，将函数关系式代入公式(1)中，根据公式(1)计算出实际光照剂量EI＇，当|EI‑EI′|≤ε时，停止光照即可；公式(1)为：EI′＝∫∫L(s,t)ds dt，其中，L(s,t)代表在t时间点发光区域点s的亮度，ds为发光区域点s的光照面积，dt为t时间点发光区域照射的时长。本发明可以实现对光源的辐照剂量实现更加精确的控制，监测控制操作更加简便可靠。

Description

一种可见光照射剂量的精确控制方法

技术领域

本发明涉及剂量的控制领域，具体涉及一种可见光照射剂量的精确控制方法。

背景技术

在医疗领域中，光疗法是指采用特殊光波照射身体病变部位，以达到治疗效果的方法。相对于手术或药物治疗方法而言，光疗法通常具有治疗成本更加低廉、完全无创无痛、易于实施等优点，因此在医疗领域中的应用越来越受到重视。

在发明CN105570762中，我们公开了一种采用特殊光波治疗糖尿病性视网膜病变的医疗装置，为了对光源进行良好控制，我们详细阐述了光源的波长选择、亮度设定、均匀度调节方法。这些参数都是在设计医疗装置时，离线设计完成的。

光照剂量是光疗法的另一关键指标。在实际使用过程中，光照剂量太低将很难达到治疗效果，而剂量太高可能会带来新的损伤。但是现有技术中并没有公开如何有效控制可见光照射剂量的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中并没有公开如何有效控制可见光照射剂量的问题。因此，在本发明中，我们将公开一种对光照剂量进行实时监控的方法，目的在于有效对可见光照射剂量的实时监控，以及精确控制，进而可以有效应用到医疗领域中，达到更佳的治疗效果；并且，根据其原理可知，本发明不仅仅能应用到医疗领域中，还能有效应用于农业领域中，提高人体或者动植物的光生物学效应。

本发明通过下述技术方案实现：

一种可见光照射剂量的精确控制方法，包括：

离线设定目标剂量EI，设置光照偏差ε，获得光源亮度L与驱动电流I之间的函数关系式f(I)。在使用光源时，实时监测驱动电流I，通过函数关系式f(I)获得光源实时亮度L，根据公式(1)计算出实际光照剂量EI＇，当|EI-EI′|≤ε时，停止光照即可；

EI′＝∫∫L(s,t)ds dt (1)

其中，L(s,t)代表在t时间点发光区域点s的亮度，ds为发光区域点s的光照面积，dt为t时间点发光区域照射的时长。

因本发明主要针对近场光源照射的场景，在该场景下，发光源离光照受体的距离很近，因而可以忽略光在传播过程中的衰减。本发明通过光照面积、光照时间以及光照亮度的积分获得实际光照剂量EI＇，并与目标剂量EI相对比，当两个剂量之差的绝对值小于设定的光照偏差ε时，即停止光照，以此实现可见光照射剂量的精确控制。

在实际使用过程中，由于电压不稳、电位器参数变化等诸多因素，都可能造成驱动电流大幅波动，进而造成光源亮度的波动。如果直接采用光学检测仪器实时检测光照强度，进行剂量的控制，需要光亮度检测仪；当光源的区域较小、距离使用对象较近时，亮度检测的仪器会带来极大的不便，因而将亮度检测仪用于实时剂量监控非常困难。

综上，本发明提供了一种平均亮度与驱动电流I之间的函数关系式的获得方法，在离线情况下，监测并记录亮度随驱动电流变化的情况；在使用过程中，通过实时监测驱动电流的变化情况进而达到辐照剂量监测的目的。本发明中，该平均亮度与驱动电流I之间的函数关系式的具体建立方法如下：

1)在额定电流范围内调节光源的驱动电流I，取样N个工作电流点I_n；

2)在特定光源区域内选择M个特征测试点，分别测量在I_n工作电流点条件下的光源亮度L_m；

3)由计算在I_n工作电流点条件下的光源的平均亮度

4)通过曲线拟合的方法，获得平均亮度跟驱动电流I之间的函数关系。

通过上述方法即可有效获得平均亮度跟驱动电流I之间的函数映射关系，进而将实时监测光照亮度的需求转化成实时监测电流强度，操作更加简单可靠。

理论上，对于不均匀的发光源，亮度测试点M的数量越多，越有利于光照剂量的精确监测。然而，在实际操作中，测试点的数量增多将会带来操作复杂度的大幅提升。因此，我们将采用在发明CN105570762中公布的光源技术来提升光照均匀度，以保证通过尽可能少的亮度测试点，来测算平均亮度

在获得各工作电流点I_n对应的平均亮度后，采用傅里叶级数拟合方法获得如公式(2)所示的平均亮度跟驱动电流I之间的函数关系f(I)，将f(I)代入公式(1)后，得到公式(3)所示的实际光照剂量EI＇的计算公式；

L＝a0+a1×cos(I(t)×w)+b1×sin(I(t)×w) (2)；

EI′＝∫[a0+a1×cos(I(t)×w)+b1×sin(I(t)×w)]×Sdt (3)；

其中，a0、a1、b1、w均为常数，I(t)代表在t时间点的实时监测电流，S是光源照射的面积。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的方法可以应用于任何需要采用可见光进行照射且需要剂量严格控制的场合，因而，特别适合人体的光生物学效应应用，动植物光效应等领域；

2、本发明可以始终将光照剂量控制在预期的范围内，辐照剂量的控制更加精确，并且，本发明采用实时监控电流情况进而对辐照剂量进行实时精确监测和控制，操作更加简便，因而，本发明的方法非常适用于视网膜病变的光疗法；

3、本发明可以始终将光照剂量控制在预期的范围内，辐照剂量的控制更加精确，效果十分显著。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的控制流程图。

图2为本发明中光源的平均亮度与正向电流的拟合关系曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

一种可见光照射剂量的精确控制方法，如图1所示，具体过程如下：

(1)设定目标剂量EI，设定光照偏差ε，本实施例中EI＝8cd.min.mA，EI和EI＇绝对值的容许偏差ε等于为EI的5％，即：0.4cd.min.mA。

(2)在使用治疗仪进行治疗的过程中，设备实时监测驱动电流I，并自动换算成实际光照剂量EI＇。

本实施例中该光源采用专利申请CN105570762中所述的一种缓解糖尿病眼底病变仪器的光源装置，本实施例中，光源装置的有效发光区域为椭圆，短半轴距离为6mm，长半轴距离为10mm。以视网膜光适应治疗仪的应用场景为例，确认该光源装置的亮度L与驱动电流I之间的函数关系式f(I)。函数关系式f(I)的具体确认过程如下：

1)在额定电流范围内调节光源的驱动电流I，即0～50mA内，按5mA的步进，对驱动电流进行调节，取样11个工作电流点I_n，1≤n≤11；

2)在椭圆的长轴和短轴上分别选取2个点，以及椭圆的圆心，共计5个测定点，分别测量在I_n工作电流点条件下的光源亮度L_m，1≤m≤5；

3)由计算在I_n工作电流点条件下的光源的平均亮度

4)通过傅里叶级数的曲线拟合方法，获得如图2所示的平均亮度跟驱动电流I之间的函数关系f(I)，即其中，I(t)代表在t时间点的实时监测电流，a0的值为-1.91*10⁸，a1的值为1.91*10⁸，b1的值为4.07*10⁵，w的值为4.25*10⁸。

将函数关系f(I)代入EI′＝∫∫L(s,t)ds dt中，L(s,t)代表在t时间点发光区域点s的亮度，ds为发光区域点s的光照面积，dt为t时间点发光区域照射的时长。由于本实施例中的光源的光亮均匀，因而公式中的ds可直接替换成S，S是光源照射的面积，本实施例中该光源照射的面积S为60πmm²。

因而，可以建立实际光照剂量EI＇跟驱动电流I的函数关系EI′＝∫[a0+a1×cosI(t)×w+b1×sinI(t)×w]×Sdt。根据上述函数关系即可计算出实际光照剂量EI＇。

(3)当实际光照剂量EI’达到EI的特定误差区间时，当次治疗结束，即，当|EI-EI′|≤ε时，停止光照。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可见光照射剂量的精确控制方法，其特征在于，包括：

离线设定目标剂量EI，设定光照偏差ε，获得光源亮度L与驱动电流I之间的函数关系式f(I)。在使用光源时，实时监测驱动电流I，通过函数关系式f(I)获得光源实时亮度L，根据公式(1)计算出实际光照剂量EI＇，当|EI-EI′|≤ε时，停止光照即可；

EI′＝∫∫L(s,t)dsdt(1)

其中，L(s,t)代表在t时间点发光区域点s的亮度，ds为发光区域点s的光照面积，dt为t时间点发光区域照射的时长。

2.根据权利要求1所述的一种可见光照射剂量的精确控制方法，其特征在于，光源平均亮度与驱动电流I之间的函数关系式采用下述方法获得：

1)在额定电流范围内调节光源的驱动电流I，取样N个工作电流点I_n；

2)在发光区域内选择M个特征测试点，分别测量在I_n工作电流点条件下的光源亮度L_m；

3)由计算在I_n工作电流点条件下的光源的平均亮度

4)通过曲线拟合的方法，获得跟驱动电流I之间的函数关系f(I)。

3.根据权利要求2所述的一种可见光照射剂量的精确控制方法，其特征在于，当光源采用CN105570762中所述的一种缓解糖尿病眼底病变仪器的光源装置时，发光区域面积S可以事先测定。平均亮度跟驱动电流I之间的函数关系f(I)由公式(2)表示，将f(I)代入公式(1)后，得到公式(3)所示的实际光照剂量EI＇的计算公式；

$\stackrel{\‾}{L}=a0+a1\×cos\left(I\right(t)\×w)+b1\×\sin \left(I\right(t)\×w)---\left(2\right);$

EI′＝∫[a0+a1×cos(I(t)×w)+b1×sin(I(t)×w)]×Sdt(3)；

其中，a0、a1、b1、w均为常数，I(t)代表在t时间点的实时监测电流，S是光源照射的面积。