CN117679656A - 一种led脉冲光关节理疗仪 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械技术领域，具体为一种LED脉冲光关节理疗仪。本发明理疗仪包括理疗仪机身主体驱动电路模块与LED脉冲光照射头；机身主体正面设置有显示屏、控制开关其侧面设置有若干散热孔；驱动电路模块包含控制电路模块和脉冲驱动模块；控制电路模块接收来自控制开关的信号指令、输出驱动控制信号，并向显示屏输出设备的工作状态；脉冲驱动模块接收来自控制电路模块的驱动控制信号，以脉冲方式驱动LED，并控制LED发光的光参数；LED脉冲光照射头包括LED灯板、光学透镜。本发明通过特殊的结构设计和脉冲控制，使LED发光光强高，足以穿透深层组织的同时，产生热量较低，能够进行长时间的照射治疗；操作方便，使用安全，光疗效果优异。

Description

一种LED脉冲光关节理疗仪

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种光疗仪器。

背景技术

目前，全球骨性关节炎的总患病率为14.8％～16.2％，在大于50岁的人群中发病率可达到49.1％～51.3％。近年来，我国人口的老龄化比率不断上升，膝关节骨性关节炎的发病率也随之呈逐年增长趋势，长期的膝关节疼痛与活动受限，不仅对患者的生活质量造成巨大影响，而且给患者家庭、社会及国家带来了巨大的经济负担。目前针对膝关节骨性关节炎的治疗主要有药物治疗和中医外治综合疗法，其中中医外治法常是大多数骨关节病患者的治疗首选，包括针灸、推拿等主要治疗方法。“光针灸”技术是利用脉冲红光技术作用于人体经络穴位上，模拟针灸对穴位起到生物刺激作用，从而达到针灸效应的一种创新型中医外治法。与传统针灸相比,“光针灸”具有对肌肤无创伤、不产生疼痛感，治疗参数可自主调节、适用范围广等特点，可作为传统针灸的有效补充。

本发明主要提供了一种便携式、易于操作、安全无风险的LED脉冲光关节理疗仪，根据光疗技术与传统针灸治疗相结合，通过特殊的电路结构与光学设计，使得光能够深入到皮肤深层，对关节处的经络穴位产生刺激的同时在皮肤表面不会造成热损伤，从而实现一种便捷、无创、安全的关节理疗仪器。

发明内容

本发明的目的为提供一种便携式、易于操作、安全无风险的LED脉冲光关节理疗仪。

本发明提供的LED脉冲光关节理疗仪，包括理疗仪机身主体11、驱动电路模块18，与LED脉冲光照射头；参见图1、图2和图3所示，其中：

所述机身主体11，为半椭圆柱形，其正面设置有显示屏13、控制开关14，其侧面设置有若干散热孔12；所述显示屏13用于显示操作指令与设备工作状态；所述控制开关14用于控制设备开机、关机和工作指令输入；所述散热孔12用于驱动电路散热；

进一步地，机身主体11的右侧方设置有电源线17，用于为理疗仪的供电；

进一步地，机身主体11设置有连接插口16，用于与照射头连接；

进一步地，机身主体11正面还设置有照射头卡槽15，在设备未工作状态下供照射头放置，并予保护；

所述驱动电路模块18，设置于机身主体11内部，驱动电路模块18包含控制电路模块181和脉冲驱动模块182；所述控制电路模块181，接收来自控制开关14的信号指令、输出驱动控制信号并向显示屏13输出设备的工作状态；所述脉冲驱动模块182，接收来自控制电路模块181的驱动控制信号，以脉冲方式驱动LED，并控制LED发光的光参数；光参数包括瞬时光功率、频率与占空比；

所述LED脉冲光照射头，包括照射头主体21，照射头主体21为圆柱形，其后侧为LED灯板212，其上设置有若干LED，用于发光照射；照射头主体21前端设置有光学透镜213，同时作为设备的发光面和皮肤接触面，每次使用时可用酒精棉片进行清洁，确保卫生操作。

进一步地，所述照射头主体21侧面设置有若干散热孔211，用于散热；

进一步地，所述照射头主体21配置有供电线22，用于为照射头主体21供电。

本发明中，所述LED灯板212，综合依据关节组织的厚度、光的穿透性与光照疗效，LED波长选择红光与红外光波段，即λ≥600nm。

本发明中，所述驱动电路模块18控制LED发光的光参数，其中：

设I为LED脉冲光照射头在出光面即光学透镜213处的峰值光功率，I1为照射头的脉冲光的峰值光功率，I1基于不同患者的关节穴位处的组织厚度计算得到，其光功率范围可设置在0-1.5W/cm2；光穿透关节组织后衰减情况为I2＝I1 exp(-pL)，其中I1为照射头在出光面的峰值光强，p为人体关节组织的平均吸收系数，L为穿透深度，I2为穿透深度为L时剩余光功率的大小；要求发出初始光强I1经过厚度为L的关节组织后，剩余光功率I2的强度要满足对穴位产生光生物刺激的要求；

Dc为在一个脉冲周期内有效发光时长占比，通常在0.05％-50％；

f为脉冲光的频率范围，一般设置为0.1Hz-25KHz。

本发明中，由于采用脉冲方式驱动LED，LED瞬时光功率极高，发出强光从而穿透到组织深层，但由于占空比选取较低，平均光功率并不会太高，从而避免了LED在高功率工作下产生的热量对人皮肤产生的伤害。

本发明中，所述驱动电路模块18中控制电路模块181用于输出驱动控制信号，所述驱动控制信号包括PWM信号与电压信号；所述PWM信号幅值为3-36V，频率范围为0.1Hz-25KHz，占空比范围为0.05％-50％；所述脉冲驱动模块182包括驱动芯片，驱动芯片用于根据控制电路模块181的驱动控制信号输出对应脉冲激励，驱动LED灯板212。

本发明中，所述控制开关14可输入的控制命令包括对LED工作开关、定时打开时间、定时关闭时间、瞬时峰值功率I1、频率f与占空比Dc进行调控的命令。

本发明中，所述照射头主体21内部还设置有温度传感器，用于监测照射头与皮肤接触面温度，当温度到达设定值后自动切断驱动电路对LED灯板的供电。

本发明中，所述照射头光学透镜213采取单球面透镜，使其具备聚光功能。

优选的，在系统中对不同瞬时光功率I1与占空比Dc设置安全阈值，I1最大不得超过1.5W/cm2，Dc最大不得超过50％。

优选的，照射头主体21的直径不超过2.5cm；

优选的，照射头主体21的光学透镜213应具备皮肤贴合固定功能，包括可用于贴合皮肤的脱敏贴合面或与照射头卡槽15吸附；

优选的，照射头主体21除光学透镜213外，其余部分应采取部分遮光或全遮光处理。

优选的，LED灯板112的LED颗粒数应根据不同发光波长、实际使用功率范围进行调整。

优选的，驱动电路模块18可以是单路专用驱动，也可具备多路驱动能力，根据实际需求，可对输出路数进行调整，将照射头连接插座与输出插座连接，调整对应路输出参数即可。

本发明使用LED脉冲光对关节穴位进行光生物刺激，采用脉冲驱动的方式来提高LED瞬时光功率，确保LED光在穿透皮肤到组织深层后仍能提供足够的瞬时光能，实现光生物治疗。通过脉冲驱动，LED发光的热效应被极大降低，对皮肤无损伤。通过对关节组织厚度的预估，驱动器可自行计算出所需光参数，用户可对部分光参数根据实际需要进行微调。此外，在LED光穴位照射头中内置温度传感器，防止使用者误用导致的潜在风险。本发明实现了便携式、易于操作、安全无风险的LED脉冲光关节理疗。

目前的光针灸与LED光穴位仪器大多采取光热治疗的方式，或采取激光等强光照射，使光深入到组织深层，但这导致照射时间通常较短，否则强光会对皮肤造成严重损伤。本发明通过特殊的设计，包括通过特殊的脉冲控制使LED发光，实现光强高，足以穿透深层组织的同时，产生热量较低，能够进行长时间的照射治疗。

附图说明

图1是本发明LED脉冲光关节理疗仪的外部结构图。

图2是本发明LED脉冲光关节理疗仪中LED脉冲光照射头的外部结构图。

图3是本发明LED脉冲光关节理疗仪中驱动部分的电路框图。

图中标号：11为LED脉冲光关节理疗仪机身主体，12为散热孔，13为显示屏，14为控制开关，15为照射头卡槽，16为连接插口，17为电源线，18为驱动电路模块，181为控制电路模块，182为脉冲驱动模块，21为照射头主体，211为照射头散热孔，212为LED灯板，213为光学透镜，22为照射头供电线。

具体实施方式

以下通过实施例结合附图进一步介绍本发明。

如图1至图3所示，本实施例提供的LED脉冲光关节理疗仪包括机身主体11，驱动电路模块18与LED脉冲光照射头。发光部件的驱动电路模块可以产生脉冲驱动，使LED脉冲光照射头中的LED灯板212产生脉冲光照，脉冲光照具有基于人体皮肤组织的光透射系数计算得到的光参数。

其中，脉冲光投射的计算包括以下步骤：当设置频率为f，发光部件光照光功率为I1的脉冲光时，由于关节组织对光存在吸收，光照射并穿透厚度为L的关节组织后，剩余光功率为I2＝I1exp(-pL)，I2为满足对关节穴位产生光生物刺激要求的光功率；LED功率过高时自身发热严重，且光热效应较强，因此占空比Dc应小于LED产生的热效应对人体造成影响最小时的占空比Dc0。当设置不同频率f与功率I1时，应在系统中预设其对应Dc0的强制上限值。

图1是本发明LED脉冲光关节理疗仪的整体示意图，包括机身主体11、散热孔12、显示屏13、控制开关14、照射头卡槽15，连接插口16，电源线17，驱动电路模块18；驱动电路模块18，包含控制电路模块181和脉冲驱动模块182；其中控制电路模块181，接收来自控制开关14的信号指令、输出驱动控制信号并向显示屏13输出设备的工作状态，脉冲驱动模块182，接收来自控制电路模块181的驱动控制信号，以脉冲方式驱动LED，并控制LED发光的光参数。

图2是本发明LED脉冲光关节理疗仪中LED脉冲光照射头的示意图。根据不同患者的需求，LED灯板212可采用不同波长不同功率LED颗粒，对应LED颗粒应根据功率在灯板上采取不同分布方式，满足光照强度与散热的要求。光学透镜213根据实际需要可采用单球面透镜，具备一定聚光功能，实现对特定瞬时功率强度的要求。同时作为皮肤接触面，光学透镜213应具备皮肤贴合固定功能，包括可用于贴合皮肤的脱敏贴合面或与照射头卡槽15吸附。每次使用时，可用酒精棉片对光学透镜213进行清洁，保证卫生清洁。照射头21中内置的温度传感器应能准确测量发光面/皮肤接触面121的实时温度，并通过显示屏13实时进行反馈。

图3为本发明LED脉冲光关节理疗仪中驱动部分的电路示意图，包括显示屏13，控制开关14，电源线17，驱动电路模块18，照射头21和供电线22，其内部的驱动电路模块18包括控制电路模块181与脉冲驱动电路182。通过显示屏13和控制开关14实现信息的输入与系统工作状态的输出显示，通过显示屏13输出患者关节组织的预估厚度，控制电路模块181会根据皮肤组织厚度自动计算得到所需脉冲功率峰值I1对应的最大占空比Dcmax，实际设置占空比Dc必须小于或等于Dcmax；输入组织厚度与占空比后，控制电路模块181进而控制脉冲驱动电路182输出对应的脉冲激励，进而点亮LED灯板212。使用过程中，照射头主体21中设置的温度传感器实时监测光学透镜213与皮肤接触面的温度，若温度过高则系统将强制断电，并提醒使用者正确佩戴LED脉冲光照射头或正确设置占空比Dc。

本实施例的LED脉冲光关节理疗仪使用流程如下：打开控制开关14，显示屏13显示用户的设置，包括患者关节组织预估厚度、占空比Dc取值、预定工作时长与电驱动输出状态，LED脉冲光关节理疗仪控制驱动通过照射头连接插口16输出对应的电驱动。将，LED脉冲光关节理疗仪的连接插头16与照射头供电线22连接后，将LED脉冲光照射头吸附在对应关节穴位上方皮肤表面，而后输入电驱动输出指令，此时LED脉冲光照射头即被点亮。

由上可见，本发明公开了一种LED脉冲光关节理疗仪，实现对关节穴位的光生物刺激的同时避免产生过强的光热效应。

最后需要强调，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。例如，将LED脉冲光关节理疗仪驱动小型化，进而将照射头与电驱动一体化也是可行的，此时的LED脉冲光关节理疗仪可仅针对单个穴位进行刺激。凡是在本发明的精神与原则之内，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 (10)

1.一种LED脉冲光关节理疗仪，其特征在于，包括理疗仪机身主体(11)、驱动电路模块(18)与LED脉冲光照射头；其中：

所述机身主体(11)，为半椭圆柱形，其正面设置有显示屏(13)、控制开关(14)，其侧面设置有若干散热孔(12)；所述显示屏(13)用于显示操作指令与设备工作状态；所述控制开关(14)用于控制设备开机、关机和工作指令输入；所述散热孔(12)用于驱动电路散热；

所述驱动电路模块(18)，设置于机身主体(11)内部，驱动电路模块(18)包含控制电路模块(181)和脉冲驱动模块(182)；所述控制电路模块(181)，接收来自控制开关(14)的信号指令、输出驱动控制信号，并向显示屏(13)输出设备的工作状态；所述脉冲驱动模块(182)，接收来自控制电路模块(181)的驱动控制信号，以脉冲方式驱动LED，并控制LED发光的光参数；光参数包括瞬时光功率、频率与占空比；

所述LED脉冲光照射头，包括照射头主体(21)，照射头主体(21)为圆柱形，其后侧为LED灯板(212)，其上设置有若干LED，用于发光照射；照射头主体(21)前端设置有光学透镜(213)，同时作为设备的发光面和皮肤接触面，每次使用时可用酒精棉片进行清洁，确保卫生操作。

2.根据权利要求1所述的LED脉冲光关节理疗仪，其特征在于：

所述机身主体(11)的右侧方设置有电源线(17)，用于为理疗仪供电；机身主体(11)设置有连接插口(16)，用于与照射头连接；机身主体(11)正面还设置有照射头卡槽(15)，在设备未工作状态下供照射头放置，并予保护；

所述照射头主体(21)侧面设置有若干散热孔(211)，用于散热；所述照射头主体(21)配置有供电线(22)，用于为照射头主体(21)供电。

3.根据权利要求2所述的LED脉冲光关节理疗仪，其特征在于，所述LED灯板(212)，依据关节组织的厚度、光的穿透性与光照疗效，LED波长选择红光与红外光波段，即λ≥600nm。

4.根据权利要求3所述的LED脉冲光关节理疗仪，其特征在于，所述驱动电路模块(18)控制LED发光的光参数，其中：

设I为LED脉冲光照射头在出光面即光学透镜213处的峰值光功率，I1为照射头的脉冲光的峰值光功率，I1基于不同患者的关节穴位处的组织厚度计算得到，其光功率范围设置在0-1.5W/cm2；光穿透关节组织后衰减情况为I2＝I1 exp(-pL)，其中，I1为照射头在出光面的峰值光强，p为人体关节组织的平均吸收系数，L为穿透深度，I2为穿透深度为L时剩余光功率的大小；要求发出初始光强I1经过厚度为L的关节组织后，剩余光功率I2的强度要满足对穴位产生光生物刺激的要求。

5.根据权利要求4所述的LED脉冲光关节理疗仪，其特征在于，在一个脉冲周期内有效发光时长占比Dc为0.05％-50％；脉冲光的频率f设置为0.1Hz-25KHz。

6.根据权利要求5所述的LED脉冲光关节理疗仪，其特征在于，所述控制电路模块(181)输出驱动控制信号，所述驱动控制信号包括PWM信号与电压信号；所述PWM信号幅值为3-36V，频率范围为0.1Hz-25KHz，占空比范围为0.05％-50％；所述脉冲驱动模块(182)包括驱动芯片，驱动芯片用于根据控制电路模块(181)的驱动控制信号输出对应脉冲激励，驱动LED灯板(212)。

7.根据权利要求6所述的LED脉冲光关节理疗仪，其特征在于，所述控制开关(14)输入的控制命令包括对LED工作开关、定时打开时间、定时关闭时间、瞬时峰值功率I1、频率f与占空比Dc进行调控的命令。

8.根据权利要求7所述的LED脉冲光关节理疗仪，其特征在于，所述照射头主体(21)内部还设置有温度传感器，用于监测照射头与皮肤接触面温度，当温度到达设定值后自动切断驱动电路对LED灯板的供电。

9.根据权利要求8所述的LED脉冲光关节理疗仪，其特征在于，所述光学透镜(213)采用具备聚光功能的单球面透镜。

10.根据权利要求9所述的LED脉冲光关节理疗仪，其特征在于，所述LED灯板(112)上LED颗粒数根据不同发光波长、实际使用功率范围进行调整。