CN114375081A - 一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统及控制方法 - Google Patents

一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统及控制方法，旨在解决现有技术中用于治疗阿尔兹海默症的40赫兹频率的闪烁光对于患者的视觉刺激过强，导致治疗效果欠佳的问题。一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统，包括：不闪烁LED模块，所述不闪烁LED模块包括发出同色异谱光的LED1和LED2，所述LED1和LED2以40Hz的频率交替发光，并且当LED1发光时，LED2不发光；当LED2发光时，LED1不发光；控制模块，用于控制所述不闪烁LED模块中的LED1和LED2以40Hz的频率交替发光。本发明不仅大大降低了40Hz频率的闪烁光对患者造成的眩晕、呕吐、头疼等不适感，还增加了在单位时间内照射的利用率，能够对患者起到更好的治疗效果。

Description

一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统及 控制方法
技术领域
本发明属于光疗医学技术领域，具体涉及一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统及控制方法。
背景技术
阿尔茨海默症(AD)是最常见的神经性衰退疾病，多发于老年人，主要表现为患者的认知逐渐丧失，阿尔茨海默病的病理学标志包括淀粉样蛋白-β(Aβ)和磷酸化的Tau蛋白，异常的神经活动也可以加剧AD的恶化，最终破坏高级认知功能的神经回路。最新研究表明，利用40赫兹的光声刺激可以降低淀粉样蛋白-β(Aβ)和磷酸化Tau蛋白的累积，从而缓解甚至治愈阿尔茨海默症。目前的光疗设备都是以40赫兹频率的闪烁光对患者进行视觉刺激，但是由于40赫兹频率的闪烁光对于患者的视觉刺激过强，容易给患者造成眩晕、呕吐、头疼等副作用，导致患者在治疗时舒适度较差，因此较难在患者的日常治疗中实施，导致治疗效果欠佳。
发明内容
本发明提供了一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统及控制方法，旨在解决现有技术中用于治疗阿尔兹海默症的40赫兹频率的闪烁光对于患者的视觉刺激过强，导致治疗效果欠佳的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统，包括：
不闪烁LED模块，所述不闪烁LED模块包括发出同色异谱光的LED1和LED2，所述LED1和LED2以40Hz的频率交替发光，并且当LED1发光时，LED2不发光；当LED2发光时，LED1不发光；
控制模块，用于控制所述不闪烁LED模块中的LED1和LED2以40Hz的频率交替发光；
电源模块，用于为所述控制模块和不闪烁LED模块供电。
进一步的方案：所述LED1和LED2所发出的光为色温和照度均相同的白光。
进一步的方案：所述LED1为RGB LED，所述LED2为OYB LED。
RGB LED和OYB LED可以发出色温和照度均相同的同色异谱的白光，并且这两种白光虽然在形成机制上完全不同，其色谱也完全不同，但是在人眼的视觉上面完全相同。
进一步的方案：所述控制模块包括MCU和LED驱动，MCU通过LED驱动控制LED1和LED2以40Hz的频率交替发光。
进一步的方案：一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统，还包括声音模块，所述声音模块与所述控制模块电性连接并在控制模块的控制下以40Hz频率发出声音。
第二方面，本发明提供了一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制方法，包括：
不闪烁LED模块接收控制模块发出的LED1和LED2以40Hz的频率交替发光的信号，所述LED1和LED2发出的光为同色异谱光；
不闪烁LED模块根据接收的信号，不闪烁LED模块中的LED1和LED2以40Hz的频率交替发光，并且当LED1发光时，LED2不发光；当LED2发光时，LED1不发光。
进一步的方案：所述LED1和LED2所发出的光为色温和照度均相同的白光。
进一步的方案：所述LED1为RGB LED，所述LED2为OYB LED。
进一步的方案：一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制方法，还包括：
声音模块接收控制模块发出的以40Hz频率发出声音的信号；
声音模块根据接收的信号，声音模块以40Hz频率发出声音。
本发明的有益效果为：
1、本发明设置不闪烁LED模块包括发出同色异谱光的LED1和LED2，LED1和LED2以40Hz的频率交替发光，并且当LED1发光时，LED2不发光；当LED2发光时，LED1不发光；由于发出同色异谱光的LED1和LED2仅仅是发光机理导致的色谱不同，对于人的视觉而言，这样两种光完全一样，因此LED1和LED2以40Hz的频率交替发光时，人眼感觉不到闪烁，以此达到发出40Hz的频率的不可见闪烁光，不仅大大降低了40Hz的频率的闪烁光对患者造成的眩晕、呕吐、头疼等不适感，还增加了在单位时间內照射的利用率。
2、本发明中的40Hz频率的不可见闪烁光通过刺激人脑产生伽马脑电波，从而激活大脑的免疫细胞，对AD患者具有很好的治疗效果；同时本发明能产生精确的、定时的、非侵入性的40Hz频率的不可见闪烁光刺激，诱发受试者的大脑产生稳定的伽马脑电波，从而能够起到更好的治疗效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关附图。
图1是本发明的一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统的示意图。
图2是本发明的一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统的LED1和LED2以40Hz频率交替发光的示意图。
图3是32个电极按照国际10-20系统排列的示意图。
图4是受试者未接受40Hz不可见闪烁光刺激时的脑电信号的PSD示意图。
图5是受试者接受40Hz不可见闪烁光刺激时的脑电信号的PSD示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
如图1所示，本发明提供了一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统，包括：
不闪烁LED模块，所述不闪烁LED模块包括发出同色异谱光的LED1和LED2，所述LED1和LED2以40Hz的频率交替发光，并且当LED1发光时，LED2不发光；当LED2发光时，LED1不发光；
控制模块，用于控制所述不闪烁LED模块中的LED1和LED2以40Hz的频率交替发光；
电源模块，用于为所述控制模块和不闪烁LED模块供电。
本实施例中，所述LED1和LED2所发出的光为色温和照度均相同的白光。
本实施例中，所述LED1为RGB LED，所述LED2为OYB LED。
本发明所述的不可见闪烁光是指人眼识别不到闪烁的光。
本实施例中，根据颜色融合原理，选择不同颜色的复数LED，并对每个LED施加合适的电流配比，可以使融合之后的光呈现同色异谱的效果，同色异谱就是指不同的光谱组合可以给人眼造成一样的视觉刺激。例如用RGB(红绿蓝)三种单色LED经过合适比例混合形成一种色温4000K的白光，用另一组OYB(橙黄蓝)经过合适比例混合也可以形成一种色温4000K的白光。这两种白光虽然在形成机制上完全不同，其色谱也完全不同，但是在人眼的视觉上面完全相同。
对于LED灯而言，其发光强度在一定范围内正比于其平均电流。通过改变其平均电流可以控制LED的发光强度。为了达到理想的混色，需要对颜色配比进行计算。而颜色配比在技术上等价于对电流的调配。具体的电流配比关系由1931CIE色度空间的LED混色模型确认，如下式：
Figure BDA0003482360220000051
其中：S(λ)表示LED的相对光谱功率分布；λ0为峰值波长；Δλ为光谱半高；λ为光波长；波长的单位为mm。
本发明采用了两组LED，分别为RGB LED(红绿蓝)与OYB LED(橙黄蓝)，两组LED分别经过合适的电流激发，经证实可以发出色温照度等一样的白光。
如图2所示，本实施例中，所述控制模块包括MCU和LED驱动，MCU通过LED驱动控制LED1和LED2以40Hz的频率交替发光。MCU芯片上集成PWM控制器和电流控制器，MCU芯片可以是ESP32，STM32系列等芯片。电流控制器是用调节PWM占空比来改变平均电流的大小，可以用来调节光强。
本实施例中，还包括声音模块，所述声音模块与所述控制模块电性连接并在控制模块的控制下以40Hz频率发出声音。声音模块与控制模块中的MCU芯片电性连接。
实施例二
本实施例提供了一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制方法，通过实施例一的一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统进行实施，包括：
不闪烁LED模块接收控制模块发出的LED1和LED2以40Hz的频率交替发光的信号，所述LED1和LED2发出的光为同色异谱光；
不闪烁LED模块根据接收的信号，不闪烁LED模块中的LED1和LED2以40Hz的频率交替发光，并且当LED1发光时，LED2不发光；当LED2发光时，LED1不发光。
本实施例中，所述LED1和LED2所发出的光为色温和照度均相同的白光。
本实施例中，所述LED1为RGB LED，所述LED2为OYB LED。
本实施例提供的一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制方法，还包括：
声音模块接收控制模块发出的以40Hz频率发出声音的信号；
声音模块根据接收的信号，声音模块以40Hz频率发出声音。
本实施例中，在MCU的设定下，MCU控制PWM控制器使RGB LED和OYB LED两组同色异谱的白光产生双通道40Hz闪烁。具体的，MCU通过PWM控制器发出40Hz频率的方波信号，不闪烁LED模块根据接收到的40Hz频率的方波信号，在方波高峰段，不闪烁LED模块中的RGB LED发光，此时OYB LED不发光；在方波的低峰段，不闪烁LED模块中的OYB LED发光，此时RGBLED不发光，如此交替发光，确保在每个时间点都有白光产生。由于上述两种白光仅仅是发光机理导致的色谱不同，其余特征类似色温照度完全相同，对于人的视觉而言，这两种白光完全一样，通过这样的方式达到发出不闪烁白光的目的。
下面结合采用本发明的控制系统的样机进行的测试进一步解释：
实验在脑电实验室中进行，受试者在相对黑暗的环境下接受40Hz不可见闪烁光的刺激。其中，用于获取受试者脑电信号的32个电极按照国际10-20系统排列，如图3所示(实际电极为三维分布，图3为2维示意图)。
如图4所示，功率谱密度(power spectral density，PSD)表示信号在单位频率内的功率分布。利用功率谱密度对脑电信号进行分析，若脑电信号在功率谱密度图上超过了阈值，可以认为刺激事件与脑电波同步，即有影响。在本次实验中关注40Hz的伽马振荡。得到脑电数据之后，将其导入Matlab的EEGLAB模块进行分析。由图4的PSD图可以得知，在未接受刺激的时候，受试者脑电信号在40Hz处没有同步。
如图5所示，在接受采用本发明的控制系统的样机的光刺激之后，可以明显地观察到PSD图中在40Hz处有高峰，并且超过了阈值，从而证明本发明的40Hz的不可见闪烁光刺激可以诱发伽马脑电波。
实验研究结果显示：让MCI(轻度认知功能障碍)患者每天使用采用本发明的控制系统的设备进行治疗，其MRI(磁共振成像)检查和CSF(脑脊液)检查显示能改善大脑连接和神经系统免疫因子。并且经治疗后，患者ADCS-ADL(日常生活活动量表)评分显著下降，入睡后活动显著减少，能够显示出本发明提供的40Hz不可见闪烁光刺激诱导伽马脑电波治疗AD的良好效果。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统，其特征在于，包括：
不闪烁LED模块，所述不闪烁LED模块包括发出同色异谱光的LED1和LED2，所述LED1和LED2以40Hz的频率交替发光，并且当LED1发光时，LED2不发光；当LED2发光时，LED1不发光；
控制模块，用于控制所述不闪烁LED模块中的LED1和LED2以40Hz的频率交替发光；
电源模块，用于为所述控制模块和不闪烁LED模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统，其特征在于，所述LED1和LED2所发出的光为色温和照度均相同的白光。
3.根据权利要求2所述的一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统，其特征在于，所述LED1为RGBLED，所述LED2为OYB LED。
4.根据权利要求1所述的一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统，其特征在于，所述控制模块包括MCU和LED驱动，MCU通过LED驱动控制LED1和LED2以40Hz的频率交替发光。
5.根据权利要求4所述的一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制系统，其特征在于，还包括声音模块，所述声音模块与所述控制模块电性连接并在控制模块的控制下以40Hz频率发出声音。
6.一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制方法，其特征在于，包括：
不闪烁LED模块接收控制模块发出的LED1和LED2以40Hz的频率交替发光的信号，所述LED1和LED2发出的光为同色异谱光；
不闪烁LED模块根据接收的信号，不闪烁LED模块中的LED1和LED2以40Hz的频率交替发光，并且当LED1发光时，LED2不发光；当LED2发光时，LED1不发光。
7.根据权利要求6所述的一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制方法，其特征在于，所述LED1和LED2所发出的光为色温和照度均相同的白光。
8.根据权利要求7所述的一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制方法，其特征在于，所述LED1为RGBLED，所述LED2为OYB LED。
9.根据权利要求6所述的一种用于阿尔兹海默症治疗设备的不可见闪烁光控制方法，其特征在于，还包括：
声音模块接收控制模块发出的以40Hz频率发出声音的信号；
声音模块根据接收的信号，声音模块以40Hz频率发出声音。
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