CN116194157A - 光疗设备 - Google Patents

Abstract

本专利申请涉及一种用于对真菌、细菌和病毒感染进行消毒治疗的光疗设备，该设备可以实时地应用于体内和体外的生物和无生命物体。光疗设备包括基座单元(1)和可释放地连接到基座单元(1)的扩散器盖(11)，扩散器盖(11)具有反射器元件(12)，该反射器元件根据待消毒区域的形状和大小而变化。扩散器盖(11)的主要部件是：反射器元件(12)、连接元件(13)和锁定元件(14)。反射器元件(12)位于光源(6)之上，将其光引导到待处理区域，其形状与待处理区域相适应。光疗设备的光谱范围在401到490纳米的光波长之间，光强在1到2000J/cm2之间，这取决于待消毒的区域和感染的程度。

Description

光疗设备

技术领域

本专利申请涉及一种用于真菌、细菌和病毒感染的消毒治疗的光疗设备，该设备可以实时应用于体内和体外的生物和无生命物体。

背景技术

光疗设备包括基座单元和可释放地连接到基座单元的扩散器盖，扩散器盖具有根据待消毒区域的形状和大小而变化的反射器元件。该设备的光谱范围在401至490纳米的光波长之间，光强在1至2000J/cm2之间，取决于待消毒的区域和感染程度。

光疗法在医疗技术中已经使用了几十年，随着研究在越来越多的领域显示出积极的成果，它正在获得进展。最为公众所知和最广泛使用的光技术设备是Bioptron灯。Bioptron灯发射波长在480到3400纳米之间的光。

给定波长的光不仅对皮肤和内部组织有有益的影响。人们早就知道，某些波长的光具有很强的杀菌作用。紫外线辐射(简称UV辐射)，波长比可见光(400-780nm)短，但比X射线辐射(0.01-100nm)长，广泛用于医学；电磁辐射的波长在180-399纳米之间。强烈的UV-A辐射(300-350nm)可以直接损伤DNA(激发DNA分子，重新排列分子中的化学键，导致相邻胞嘧啶碱基的二聚化)。因此，它非常适合于设备的消毒，但由于它对DNA的破坏作用，它可能会导致皮肤癌。

从使用不同波长的光的治愈能力的现有技术中已知许多解决方案。

专利号US 6443978涉及一种用于借助诸如激光或光二极管的光辐射源的矩阵通过光对空间上广泛的病理进行物理治疗照射的设备。光辐射源被放置在其形状与病理区的形状足以适合的基底的表面上，并连接到控制单元、电源单元和换向单元。光谱范围涵盖从紫外线范围到无线电波范围的波长。

美国专利US 10413624 B2公开了一种与电子设备的人机接口一起使用的便携式光紧固组件，包括包含UV光源的灯罩和适于将灯罩紧固到接口上的可调节附接设备。在杀菌系统中可以包括传感器，其中该传感器可以与UV光源通信，并且该传感器可以被配置为检测靠近灯罩的物体。杀菌系统还可以包括在UV光源和传感器之间通信的处理器，其中处理器可以被配置为当所述传感器在第一时间段内没有检测到物体时激活UV光源，并且当传感器检测到物体且第二时间段已经期满时停用UV光源。

在美国专利申请号US20090143842中公开的发明涉及一种光疗设备，用于治疗感染、疾病和紊乱，尤其是手和脚的真菌和细菌性指甲感染。在由于微生物产生耐药性而无法用药物治疗感染的情况下，这种治疗方法尤其重要。光设备包含光源。使用者可以将手或脚放置在托盘上以接受光治疗，并且可以使用罩子来将来自光源的光保持在设备内并防止外部光干扰治疗。

专利申请号US20120209326公开了一种用于治疗呼吸机相关性肺炎(VAP)的紫外光安抚奶嘴，主要用于医院的儿科和新生儿重症监护病房。奶嘴的手柄包括UV光组件，该组件通过奶嘴奶头将UV光投射到婴儿的空腔内。该UV光组件具有带有至少一个关联的UV光发射器的至少一个UV光源，该UV光发射器可以包括光纤，用于将UV光从光源通过奶头投射到待处理的表面。

国际专利申请号WO 2011067752涉及一种用于通过生物刺激照明治疗鼻炎的设备，该设备包括一对LED，该LED包含适于插入患者鼻孔的探针，并且探针由探针支撑壳支撑。壳体容纳电源和用于激活/停用LED的微型开关。通过按压壳体的侧翼，微型开关被激活。

专利号EP2545962公开了一种用于插入人体的孔口以提供光动力治疗的照射设备，该孔口是女性生殖道或直肠，该设备包括适于完全插入并固定在孔口中的外壳，该外壳包围LED灯系统和电源。外壳包括具有LED系统的处理表面，当设备运行时，该处理表面对光至少部分透明。处理表面具有适合于与孔口内的治疗区域互补配合的尺寸和/或形状。本发明的特征在于，外壳具有可调节其形状以与孔口的壁形成牢固配合的柔性外部部分，并且LED系统被布置为以1-50mW/cm2范围内的光强度发射光。使用透明材料来形成围绕LED灯系统的外壳和处理表面，从而既充当LED灯系统的外壳又充当光的扩散器。

专利申请号US20090088824公开了一种光疗设备，包括位于手持便携式设备中的多个发光二极管(LED)。外壳和LED被配置成在没有任何中间材料的情况下与使用者的皮肤或组织直接接触，并照亮组织的表面和下层以用于细胞的光动力刺激。该设备的两次迭代利用了已知在痤疮或酒渣鼻病例中具有杀菌效果的光。这些设备由注塑成型的塑料外壳制成。外壳包含在电路板上的36-72个LED的布置，以在皮肤或组织表面上方提供均匀的照明。

在匈牙利专利公开号P9903603中公开的发明提供了一种改进的球囊导管装置，用于需要向治疗区域输送均匀光的治疗中。该改进的装置包括具有限定的治疗窗口的球囊，其中该窗口使用反射材料来描绘。该装置还可以包括光纤电缆，该光纤光缆终止于扩散尖端，其中扩散尖端长于治疗窗口。

已知解决方案的缺点在于，利用光动力效应的设备仅作用于要被治疗/消毒的一个区域，并且主要使用紫外线辐射，没有适合于对体内和体外的生物和非生命物体进行消毒的解决方案。

发明内容

本发明的目的是开发一种设备，该设备使用波长在401到490nm之间的光并且适用于对真菌、细菌和病毒感染(例如：白色念珠菌、念珠菌、金黄色葡萄球菌、痤疮丙酸杆菌、粪肠球菌、牙龈卟啉单胞菌、核梭杆菌、红色毛霉菌、须癣毛癣菌、黑曲霉、蓝腐病(意大利青霉)、绿腐病(指状青霉)、灰霉病(贵腐霉菌)和茎端腐菌(柠檬绿霉)以及各种病毒)进行消毒，并且可以实时地应用于体内或体外的生物和无生命物体。

目的是开发一种包括设置有扩散器盖的基座单元的适合多种用途、使用方便且安全并且成本低的设备。

为了达到目标效果，基座单元需要适当的扩散器盖和发射适当波长的光的光源。扩散器盖具有不同形状的反射器元件，优选地与待治疗区域的形状相适应，因此可以实现更有效的消毒效果。

本发明的想法是基于这样一个事实，即可见光(特别是在光谱的紫蓝色区域，在401到490nm之间)就可以单独杀死细菌、真菌和病毒。

本发明使用的波长在401到490纳米之间，虽然能量低于紫外线辐射，但仍然具有消毒效果，但它们不能穿透DNA，所以它们不会损坏DNA。

使用的机制基本上是光活性卟啉(如尿卟啉、粪卟啉和较小程度的原卟啉)的自然积累。卟啉类化合物由于其很强的吸收能力和生物学意义，是光化学中被广泛研究的化合物。卟啉是一种众所周知的天然化合物，由四个吡咯环和连接四个吡咯环的亚甲基桥组成。金属卟啉是生命世界中的重要化合物。光被卟啉的索雷特(soret)带吸收并转化为三重态，最终产生破坏细菌和病毒的活性氧物种，这导致它们被摧毁。

为达到设定的目的而开发的光疗设备包括基座单元和连接到基座单元的扩散器盖。

基座单元的外壳由封闭的内壳和围绕其的外壳组成。在外壳的上侧上在外部有至少一个光源。在内壳体中，有电源单元和控制单元(驱动器)，并且开关位于外壳的下部，穿过内壳和外壳的壁。

光源有两根电线，一条短腿连接到电源单元，一条长腿终止于开关之上控制单元下方的内壳中。长腿通过电源单元之上的绝缘元件绝缘。

外壳两侧有连接部分，这些连接部分用于连接扩散器盖。

扩散器盖的主要部件是：反射器元件、连接元件和锁定元件。反射器元件位于光源之上，将其光引导到待治疗区域，其形状与待治疗区域相适应。

连接元件连接到反射器元件的下部，它可以在反射器元件的下部的延续中形成，但它也可以是固定到反射器元件的下部的元件，由反射器的材料或一些其他材料制成。连接元件位于基座单元的外壳上，并且根据扩散器盖的预期用途，它可以覆盖基座单元的一部分，或者具有杆状设计。连接元件的端部具有包括至少一个销的锁定元件。

连接部分具有带有竖直开口、竖直臂和水平开口、水平臂的L型槽，这两个开口是彼此的延续，它们的形状与锁定元件的销的形状匹配，并且它们的宽度、长度和深度与锁定元件的销的宽度、长度和深度匹配，从而确保完美配合。

通过在连接部分的L型槽的竖直臂中插入并滑动锁定元件的销，将扩散器盖固定到基座单元，然后通过沿相反方向转动扩散器盖和基座单元，锁定元件的销移位，滑入连接部分的L形槽的水平臂中，从而将扩散器盖牢固地固定在基座单元上。

该解决方案在基座单元和扩散器盖之间提供了可释放的连接。通过按下锁定元件的销并将其沿与固定方向相反的方向转动，将基座单元和扩散器盖分开，然后锁定元件从基座单元的连接部分弹出，扩散器盖可以被拆卸。

通过拆卸扩散器盖，可以移除和维修基座单元(电池、光源更换)，或者可以将扩散器盖转移到另一个基座单元。

根据光疗设备的预期用途，在反射器元件和连接元件之间可以有附加元件。附加元件的目的要么是使其看起来更类似于日常生活中使用的物体，要么是确保更适合反射器元件。

内壳和外壳的材料可以根据治疗区域而变化，可以是例如医用硅胶、塑料或金属，其形状应与要连接的扩散器盖和反射器元件的形状牢固匹配，可以是例如矩形、方形或圆角。外壳最好由防水材料制成。锁定元件的材料是适用于灭菌和锁定的材料，它可以是金属、合金或高纯度医用塑料。

光源可以是发射具有治疗效果的波长的光的任何二极管，优选为LED(发光二极管)，一个基座单元可以包括一个或多个光源。用于照射的光的波长应在401nm至490nm的范围内选择，以获得有效的光动力效应，因此所选择的光源应能够发出适合于此目的的波长和强度的光。

电源单元提供适当的电力。电源可以是任何能量存储设备，该设备在充电过程中将供应的电能转化为化学能，可以以化学能的形式将其储存更长时间，并在放电过程中将其转化回电能。该电源只适用于直接存储和供电直流电压。因此，电源可以是(一个或多个)电池(可充电的或常规的)，或变换的直流电。

电池的操作方式应确保在人体内进行光消毒时，电化学反应不会构成危险。电池可以是锂电池，也可以是容量足够的同等电池，也可以储存长达10年。它们可以是普通电池，也可以是使用封闭充电系统进行充电的电池。电源单元，无论其材料如何，都位于外壳内部，不与外部世界直接接触。提供密封以防止流体泄漏进入或流出设备。将光源连接到电源的最简单方法是通过电气连接。电池可以是可充电的，也可以是普通的。可选地，电池可以具有用于连接电缆的输入端口。在这样的实施例中，输入端口被配置成接收USB或其他插头连接器。在使用设备时，应将输入端口密封。

开关可以是位于外壳的下部、单相或两相的微型开关，通过完全按下然后松开(咔嗒)来接通，从而闭合基座单元的电路。

使用绝缘元件来绝缘光源的电线(腿)以防止电气短路。它可以由任何对人体健康或设备无害的绝缘材料制成。

扩散器盖是可以定位并固定在光源上方的折射盖。它的使用增加了散射光的数量。适当形状的扩散器盖使光更接近要消毒的区域，从而提供更有针对性的效果。扩散器盖的反射器元件可以由对人体健康或基座单元无害的任何光散射材料制成。扩散器盖和连接到光疗设备的基座单元的反射器元件的形状由应用区域确定。

根据本发明的设备由控制单元(驱动器)控制。它的作用是对光源进行操作和编程。控制单元控制供应给光源的电量以及光源的照明模式的类型和数量。驱动器还监视电源单元和光源，它具有过放电保护电路和温度传感器，所以在光源过热之前，它会自动降低光强，以减少热负荷。它最重要的物理特征是它的直径，因为这决定了外壳的形状，在不改变的情况下，它可以很容易地安装到外壳里面，这就是它可以应用的治疗区域。控制单元还可以包括用于数字控制和开发的微控制器和微处理器。(例如，用于编程延迟、治疗持续时间、光脉冲的数目和长度、来自其他测量仪器的诊断等)。可选地，可以通过无线连接将程序命令发送到设备，例如，接收器可以是红外或无线电波接收器。

适用于对生物进行消毒的光疗设备既可以在活体内使用，那么光疗设备的扩散器盖和反射器元件可以类似于日常生活中使用的物体，例如可以插入待治疗身体的孔口(眼睛、口腔、耳朵、鼻子、阴道、直肠口)的安抚奶嘴、栓剂、卫生棉条、鼻塞，或者可以在活体外使用，例如用于对饲料进行消毒的设备。

另一大类光疗设备适用于对活体内无生命物体进行消毒，并可用于对日常生活中使用的物体进行消毒。这类物体主要是医疗保健中使用的流体入口和出口设备(例如，永久插入的塑料和硅胶设备、导管、乳管、套管、牙科植入物、假牙)。用于这些物体的消毒、用于破坏附着在设备上的细菌和真菌的反射器元件优选地由光缆、光管组成。

第三大类光疗设备适用于对活体外的无生命物体进行消毒，可用于对日常生活中使用的与人类直接接触的物体进行消毒。这样的对象包括例如手机壳、手表、膝上型计算机、计算机、平板电脑等。

附图说明

参照以下附图通过实施例详细描述根据本发明的设备，但不限于此：

图1示出了根据本发明的光疗设备的基座单元的截面图；

图2示出了可插入阴道的光疗设备的纵向截面图；

图3示出了可插入口腔中的光疗设备的纵向截面图；

图4示出了适用于消毒导管的光疗设备的纵向截面图；

图5示出了适用于消毒饲料的光疗设备的纵向截面图。

具体实施方式

图1示出了光疗设备的基座单元1。内壳4的侧面和下部被外壳2包围。光源6连接到内壳4的上侧。光源6具有两根电线：一根短腿8和一根长腿9。短腿8直接连接到电源单元16。电线通过绝缘体10彼此分开。

控制单元18位于电源单元16的下方，开关20通过突破外壳2和内壳4的壁来定位。长腿9终止于开关20突出进入内壳4的部分上方，并且当该设备不工作时，它不与开关20或控制单元18接触。

在外壳2的两侧具有由水平臂3和竖直臂7组成的L形连接部分。

图2所示的实施例包括基座单元1，该基座单元1具有可插入阴道的扩散器盖11。扩散器盖11的反射器元件12具有圆角设计，连接元件13在外壳2的两侧与反射器元件12的下部连接以作为其延续。连接元件13的端部具有与基座单元1的连接部分连接的锁定元件14。锁定元件14包括销。

覆盖光源6的反射器元件12具有圆角设计以尽可能精确地配合到目标区域中。在本实施例中，出于卫生原因，基座单元1的下部还被与反射器元件12相同材料制成的保护部28包围。该保护部28还通过包括销的锁定元件14固定到连接部分。

在图3中，固定到基座单元1的扩散器盖11的反射器元件12类似于奶嘴的奶头。显然，在本实施例中，根据本发明的设备类似于常用的奶嘴，但奶嘴的常用手柄被基座单元1取代。反射器元件12固定到附加元件15上，该附加元件15类似于奶嘴的屏蔽部分。具有杆状设计并具有包括两个销的锁定元件14的连接元件13连接到附加元件15的下部以作为其延续。

图4所示的光疗设备适用于消毒导管。在本实施例中，扩散器盖11的反射器元件12由传输光的光缆组成，光缆固定在光源6之上的附加元件15中。附加元件15完全覆盖基座单元1的上部，并且具有连接到附加元件15的下部的连接元件13。为了对导管进行消毒，将由光缆组成的反射器元件12引入导管中。

图5所示的光疗设备可用于消毒饲料。然后，由于要消毒的区域很大，因此优选地将多个基座单元1彼此串联连接。在所示的实施例中，基座单元1每个都具有一个光源6，光源6面向一个方向，并且仅设置有一个开关20。在该实施例中，存在单个扩散器盖11，扩散器盖的反射器元件12覆盖每个基座单元1的光源6。

该光疗设备操作简单。设置有适当扩散器盖11的基座单元1放置在待消毒区域上，并通过按下开关20接通，然后开关20将长腿9连接到控制单元18。在治疗过程中，消毒机制本质上是光活性卟啉(如尿卟啉、粪卟啉，以及程度较小的原卟啉)的自然积累。卟啉类化合物由于其很强的吸收能力和生物学意义，是光化学中被广泛研究的化合物。光被卟啉的索雷特带吸收，并转化为三重(激发)态，导致形成单线态氧。释放的氧自由基是剧毒和氧化性的，因此可以对病原体的细胞膜和核酸造成损害。这会导致病原体被完全破坏，然而，由于波长在401到490纳米之间的光的波动性，不会到达人体更深层的DNA，因此不会对其造成损害。

通过以下示例详细描述用具有不同扩散器盖的基座单元进行的治疗：

在示例1至3中，它用于对抗病原体白色念珠菌、金黄色葡萄球菌、鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌、红色毛霉菌、须癣毛癣菌、黑曲霉等：

示例1：一种适用于消毒阴道的设备

在该示例中，扩散器11具有圆角的圆锥形设计，以最佳地配合待消毒表面(阴道)的形状。

使用这种设计的光疗设备，阴道内表面暴露在波长为415nm、强度为1J/cm2至432J/cm2(优选432J/cm2)的辐射下。照射持续时间为5至20分钟/天，优选20分钟/天。较低光强下的照射可以通过较长的照射时间来补偿。

示例2：一种适用于消毒口腔的设备

许多母亲害怕的婴儿口腔鹅口疮(拉丁语：soor oris)只不过是由真菌白色念珠菌引起的真菌感染。婴儿口腔鹅口疮通常发生在6个月以下的婴儿中，但也可以在6个月后发生，在后一种情况下，主要是由于各种原因或抗生素治疗导致的身体免疫系统的减弱导致口腔粘膜上的真菌生长。随着白色念珠菌感染在口腔中传播，唾液作为感染的载体，几乎可以感染它接触到的任何东西。虽然口腔鹅口疮并不危险，但由于敏感性或疼痛增加，它可能是一个问题。使用设置有奶嘴形的反射器元件12的基座单元1，口腔的内表面暴露在波长405至420nm和强度1J/cm2至320J/cm2(优选320J/cm2)的辐射中。照射持续时间为5至20分钟/天，理想情况下为20分钟/天。较低光强下的照射可以通过较长的照射时间来补偿。

示例3：一种适用于消毒导管的设备

在该示例中，扩散器11的反射器元件12由引入导管中的光缆组成。优选地，它们可用于对导管的外表面进行消毒。使用光疗设备，导管的内表面暴露于波长为405nm和强度为47.4J/cm2至284.4J/nm2(优选为284.4J/cm2)的辐射中。照射持续时间为5至30分钟/天，理想情况下为30分钟/天。较低光强下的照射可以通过较长的照射时间来补偿。

示例4：一种适用于消毒饲料的设备

在该示例中，光疗设备用于对饲料进行消毒，来对抗常见的植物病原体、蓝腐病(意大利青霉)、绿腐病(指状青霉)和灰霉病(贵腐霉菌)。串联连接的基座单元1被放置在待处理的植物表面的旁边或之上，距离为5到30厘米，使其暴露在波长为410nm和强度为70J/cm2到320J/cm2(优选为320J/cm2)的辐射中。照射持续时间为5至20分钟/天，理想情况下为20分钟/天。较低光强下的照射可以通过较长的照射时间来补偿。

根据本发明的解决方案的另一个优点是，利用光疗设备进行治疗不需要添加光敏剂，不使用潜在有害的紫外线辐射，并且杀死微生物细胞，而不管它们的抗生素耐药性状态。

Claims (8)

1.一种用于真菌、细菌和病毒感染的消毒治疗的光疗设备，所述光疗设备包括基座单元(1)和设置有连接到所述基座单元(1)的反射器元件(12)的扩散器盖(11)，其中所述基座单元(1)具有内壳(4)，至少一个光源(6)连接到所述内壳(4)的上侧，在所述内壳(4)中有电源单元(16)，在所述电源单元(16)下方有控制单元(18)，开关(20)位于所述内壳(4)的下部上、穿过所述内壳(4)的壁；所述光源(6)具有两根电线：连接到所述电源单元(16)的短腿(8)和终止在所述开关(20)和所述控制单元(18)之间的长腿(9)，所述长腿(9)具有绝缘元件(10)，其特征在于，所述内壳(4)被外壳(2)包围，在所述外壳(2)上具有至少两个连接部分，所述连接部分包括具有竖直臂(7)和水平臂(3)的L型槽，所述竖直臂(7)和所述水平臂(3)是彼此的延续；所述扩散器盖(11)还包括连接到所述反射器元件(12)的下部的连接元件(13)，所述连接元件(13)具有包括至少一个销的锁定元件(14)，所述锁定元件(14)将所述扩散器盖(11)固定到所述基座单元(1)的所述连接部分。

2.根据权利要求1所述的光疗设备，其特征在于，在所述扩散器盖(11)的所述反射器元件(12)和所述连接元件(13)之间存在附加元件(15)。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的光疗设备，其特征在于，所述光源(6)发射波长范围为401至490nm的光。

4.根据权利要求3所述的光疗设备，其特征在于，所述光源(6)为LED。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光疗设备，其特征在于，所述反射器元件(12)由医用硅胶制成。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的光疗设备，其特征在于，所述反射器元件(12)由光缆组成。

7.根据权利要求6所述的光疗设备，其特征在于，所述光缆固定在所述扩散器盖(11)的所述附加元件(15)中。

8.根据权利要求1所述的光疗设备，其特征在于，所述控制单元(18)包括微控制器和微处理器。

Images