CN117915987A - 使用波导治疗缺血再灌注和其他损伤的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种近红外(NIR)光治疗装置，具有至少一个NIR光源和波导，该波导具有i)NIR光输入表面和ii)NIR光发射表面。波导包括形成NIR光输入表面的透镜特征结构。该透镜特征结构配置成至少基本上准直来自至少一个NIR光源的治疗NIR光，并在第一方向上通过波导传送基本上准直的光。该波导还包括在波导表面上的多个提取表面，提取表面配置成将基本准直的光反射通过光发射表面而到达受试者。所述多个提取表面还配置成在整个光发射表面上产生基本均匀的NIR光输出。

Description

使用波导治疗缺血再灌注和其他损伤的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年7月20日提交的美国临时申请第63/223,677号的优先权，其内容通过引用整体并入本文。
政府许可权
本发明是在美国国立卫生研究院授予的NS105238和NS120322政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
总的来说，本发明的多种不同的实施例涉及用于治疗缺血再灌注损伤的系统和方法，具体而言，涉及一种具有光传输单元的可佩戴装置，所述光传输单元配置成将光能传输到用户受伤的身体区域(例如，头部区域)。
背景技术
通常，身体组织(如皮下身体组织)的治疗需要侵入式治疗，包括手术和药物干预。近红外(NIR)光已被证明可为遭受缺血/再灌注(IR)损伤影响的身体组织提供治疗。具体而言，波长约为750nm和940nm的NIR光通过调节氧化应激下身体组织的线粒体活性有效治疗IR损伤的影响。由于身体组织对NIR光的透明性以及体液对NIR光的低吸收率，NIR光作为一种治疗形式一直是有效的。
尽管NIR光疗的治疗效果是明确的，但NIR光向患者身体组织的实际传递可能具有挑战性。由于其刚性形式，传统的NIR光治疗装置会对身体区域施加不希望的压力。这些装置通常由不适合各种患者(例如成人、儿童、婴儿等)使用的非柔性材料构成。即使传统的NIR光治疗装置可以避免对身体区域施加不希望的压力，但其功能通常是无效的，因为它们通过低水平的光疗来靶向身体表面组织。此外，当这两种类型的装置缺乏有效的系统来减轻因被该区域中正治疗部位处的毛发和其他组织吸收NIR光而产生的热量时，这两种类型的装置会导致患者不适和潜在的伤害。结果，当使用传统的NIR光治疗装置时，患者可能会感到不适甚至疼痛。因此，需要为患者提供舒适的、适应性强的NIR光疗的改进的治疗装置。
发明内容
本发明部分基于将光(例如近红外(NIR)光)安全有效地导入受试者组织的波导的开发。
一方面，本发明实施例的特征在于一种用于将光(例如NIR光)传输至受试者组织中的波导。波导包括光进入部分；提取部分，其包括适于重定向从光进入部分接收的光的多个提取特征结构；以及发射部分，其适于接收来自所述提取部分的光并将光发射到受试者的组织表面上。
在多种不同的实施例中，光进入部分包括非球面透镜。光进入部分还可包括光通道，使得进入非球面透镜的光被分散并沿着光通道到达提取部分。在一些实施例中，所述多个提取特征结构包括至少三个提取特征结构。在一些实施例中，所述波导的至少一个外表面还可包括与其相邻的反射涂层。在一些实施例中，可在所述多个提取特征结构与所述反射涂层之间形成间隙。在一些实施例中，所述多个提取特征结构适于将从所述光进入部分接收的光重定向到基本垂直于受试者皮肤表面的方向。所述多个提取特征结构中的每一者可包括相对于垂直于/法向于皮肤表面的方向成一定角度的表面，其中该角度在±20度至±70度的范围内(即，相对于垂直于皮肤表面的方向在顺时针或逆时针方向上在20度至70度的范围内)。
在一些实施例中，发射部分包括平坦形状。在一些实施例中，发射部分包括具有凹形下表面的弧形形状，其中凹形下表面可适于符合/顺应于受试者的皮肤表面。凹形下轮廓可包括3cm至10cm范围内的曲率半径。
在一些实施例中，波导包括适用于冷却受试者的皮肤表面的集成冷却系统。集成冷却系统可设置在发射部分内。集成冷却系统可包括成型/模制在发射部分内的流体通道，该流体通道适于运送冷却剂流体(例如水)。流体通道可包括蛇形形状。蛇形形状可由多个基本平行的管件限定，每个管件由弯头连接，其中基本平行的管件的内表面的直径大于弯头的内表面的直径。流体通道可占据发射部分的表面积的至少20％。
在一些实施例中，波导的至少一部分可由生物相容的顺应性材料限定。生物相容的顺应性材料可以是硅树脂材料(例如光学透明的硅树脂)，其中硅树脂材料具有在1MPa至50MPa范围内的弹性模量。组织表面可包括皮肤表面。
总的来说，在另一方面，本发明的实施例的特征在于用于将光传输至受试者的皮肤表面的光治疗装置。光治疗装置可包括支承构件和至少一个如本文所述的波导，所述支承构件适于保持至少一个波导并将所述至少一个波导定位在受试者的皮肤表面附近。
在多种不同的实施例中，支承构件可保持波导阵列。支承构件可包括带条、帽子、头盔、或其组合中的至少一种。支承构件可适于定位至少一个波导，以避免发射的光和受试者的预定区域之间的相互作用，其中预定区域可包括静脉窦。在一些实施例中，光治疗装置包括用于确定受试者的皮肤表面的温度的温度测量系统。温度测量系统可包括第一探针，用于测量经由流体通道的入口进入波导的冷却剂流体的温度；第二探针，用于测量在流体通道的出口处离开波导的冷却剂流体的温度；和用于测量受试者的非治疗部位处的皮肤温度的参考探针。
在一些实施例中，光治疗装置包括用于产生光并将光传输至至少一个波导的光源，其中光源包括二极管、激光器或激光二极管中的至少一种。光源可产生波长为约750nm或为约940nm的光。在一些实施例中，光源可产生波长为750nm±30nm或约940nm±30nm的光。
通过参考以下说明、附图和权利要求，本发明实施例的这些和其他目的以及优点和特征将变得更加明显。此外，应当理解，本文描述的多种不同的实施例的特征并不相互排斥，并且可以各种组合和排列存在。
附图说明
在附图中，不同视图中相同/相似的附图标记通常指代相同的部件。此外，附图不一定按比例绘制，而是重点通常放在说明本发明的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述了本发明的多种不同的实施例，其中：
图1A为根据多种不同的实施例的示例光传输单元(LDU)的示意性透视分解图；
图1B为图1A的示例LDU的透视组装示意图；
图1C为图1A的示例LDU的侧视放大示意图；
图1D为图1A的示例LDU的侧视横截面放大示意图；
图1E为图1A的示例LDU的示意仰视图；
图2A为示意性侧视图，示出了根据多种不同的实施例的穿过示例波导的示例光路；
图2B为示意性仰视图，示出了穿过图2A的示例波导的示例光路；
图2C为图2A的波导的透视图；
图2D为图2A的波导的左侧视图；
图2E为图2A的波导的俯视图；
图2F为图2A的波导的仰视图；
图2G为图2A的波导的右侧视图；
图2H为图2A的波导的后视图；
图3A为用于近红外光疗的示例治疗系统的示意图；
图3B为用于提供近红外光疗的示例治疗系统的示例可佩戴装置的示意性内部视图；
图3C为图3B的示例可佩戴装置的示意性外部视图；
图3D为图3B的示例可佩戴装置的示意性侧视图；
图3E为图3B的示例可佩戴装置在被治疗受试者头部周围的包裹/成环/成圈取向上的示意透视图；
图4A是根据多种不同实施例的用于在用于提供近红外光疗的治疗系统中循环冷却剂的示例组合器的示意图；
图4B为根据多种不同实施例的在用于提供近红外光疗的治疗系统内的示例冷却剂循环系统的示意图；
图5为根据多种不同实施例的在用于提供近红外光疗的治疗系统中的示例联接机构的示意图；和
图6为可用于实施本文所述技术的示例计算机系统的框图。
具体实施方式
本发明部分基于将光(例如近红外(NIR)光)安全有效地导入受试者组织中的波导的开发。一个或多个波导可结合到用于将光传输到受试者的组织中的光传输单元中。
光传输单元(LDU)
图1A为示例性光传输单元(LDU)100的分解图。LDU 100可包括一个或多个部件。在一些情况下，LDU 100可包括波导110。波导110可配置成接收光学(例如，NIR光)输入。波导110可配置成重定向所接收的光输入并经由发射表面114发射光输出。例如，波导110可经由发射表面114向用户的组织表面发射重定向的NIR光信号。在一些情况下，波导110可包括一个或多个提取特征结构142，提取特征结构142配置成如本文所述重定向接收到的光输入。
一般而言，波导110可由具有本文所述特性的任何合适材料构成。在一些情况下，波导110可由硅树脂/聚硅氧烷/有机硅(silicone)构成。硅树脂可以是透明的和/或低硬度硅树脂。例如，硅树脂可具有从20肖氏硬度A到80肖氏硬度A范围内(例如50肖氏硬度A)的硬度。硅树脂可以是柔性的和/或可压缩的，使得波导110可顺应于受试者的表面(例如，皮肤表面)。在一些情况下，硅树脂可包括在1MPa至50MPa范围内的弹性模量。在一些情况下，波导110的一个或多个面或表面可以被反射材料覆盖和/或以其他方式联接到反射材料。在一个实施例中，波导110的顶面、侧面和一个或多个提取特征结构142可包括反射材料。反射材料可反射未被提取特征结构142重定向的一个或多个光信号(如下所述)，使得它们保持包含在波导110内。反射材料可提高提取效率，以通过提取特征结构重定向一个或多个光信号。
在某些实施例中，波导110可包括一个或多个通道116(例如，见图1E和2F)。如本文所述，通道116可配置成在波导110内循环冷却剂(例如水)。例如，通道116可在波导110内循环冷却剂以吸收发射表面114处的多余热量。通道116的第一端可包括入口118(也参见例如图1B、1C、1E、2C、2E-2G)。通道116的第二端可包括出口119(参见例如图1E和2E-2G)。入口118和出口119可各自包括接收机构(例如，公母联接机构的母接口)，该接收机构配置成联接到连接到冷却剂贮器的管。
在某些实施例中，LDU 100可包括由一个或多个部分形成的壳体120。例如，壳体120可由两个部分组成(例如，形成蛤壳设计)。这些部分可通过一个或多个紧固件(例如螺钉、铰链、支架、夹子等)相互联接。在另一个例子中，壳体120由单个部分组成。通常，壳体120可由具有本文所述特征的任何合适的材料构成。例如，壳体120可以是塑料的(例如聚甲醛(POM))。在一些情况下，壳体120可通过注射成型或铣削形成，但是任何合适的制造技术都可用于形成壳体120。
在一些实施例中，壳体120可包括用于容纳和/或以其他方式保持波导110的空腔。壳体120可包括输入/输出(I/O)连接器124，其配置成联接到来自光源(例如，激光或能量源)的光信号输入件(例如，光纤电缆或其他引线/末梢)。I/O连接器124可包括配置成接收光信号输入件的一个或多个槽(例如，v形沟槽式槽)。在一些情况下，I/O连接器124可包括一个或多个电连接部以联接到如本文所述的组件。壳体120可保持光信号输入件和波导110，使得光信号输入件位于波导110附近。如本文所述，光信号输入件可在预定焦距处靠近波导110定位。壳体120可配置成容纳波导110，使得波导110的发射表面可被放置在待治疗的受试者的组织表面(例如，皮肤表面)的附近或周围。
在某些实施例中，壳体120的一个或多个内壁或面可涂覆有和/或以其他方式覆盖有反射层。反射层可包括非金属或金属涂层。在一个例子中，非金属涂层可以是聚乙烯。在另一个例子中，金属涂层可以是金、铝或铜。反射层可反射在波导110内传播的光(例如NIR光)，使得入射到所述一个或多个内壁的光包含在壳体120内。从光源传播的NIR光可离开波导110并经由反射层反射离开壳体120的内壁。
在某些实施例中，LDU 100可包括冷却系统130。冷却系统130可包括一个或多个管件132(例如，导管)。管件132中的每一个可配置成将冷却剂运送到波导110的通道116和/或从波导110的通道116运送出冷却剂。例如，第一管件132可将冷却的冷却剂运送到通道116，而第二管件132可从通道116运送加温的冷却剂，其中加温的冷却剂已经从波导110吸收了热能。通常，冷却剂可以是任何合适的流体，例如水。在一个示例中，冷却剂可以是无菌的去离子水。在一些情况下，每个管件132的第一端可包括接头136。如本文所述，每个导管/管件的第二端可联接到冷却剂冷却器。每个接头136可经由入口118或出口119联接到波导110。每个接头136可包括倒钩接头(例如，公母联接机构的公接口)，使得接头136可插入入口118或出口119。接头136可通过如本文所述的倒钩接头保持联接到入口118或出口119。
在某些实施例中，每个接头136可包括温度传感器。在某些情况下，温度传感器可以是防水的。温度传感器可联接到接头136的内部，使得温度传感器可测量接头136内的温度。在一些情况下，每个温度传感器可联接到一根或多根电缆134。每根电缆134可配置成将电信号(例如，包括温度测量信息)传送到控制器或其他外部位置。电缆134可电联接到I/O连接器124。在某些实施例中，对于联接到波导110的通道116的入口118和出口119的接头136，可以比较在入口118和出口119处测量的温度，以确定流过通道116的冷却剂的温度变化。
图1B为示例LDU 100的组装图。如本文所述，LDU 100可包括波导110。波导110可由壳体120保持。壳体120可包括I/O连接器124，该I/O连接器124配置成将LDU 100联接到如本文所述的光源的光信号输入件。波导110可包括如本文所述的通道116(在图1B中未示出)，其中每个通道116配置成在波导110的发射表面114附近循环冷却剂。冷却系统130可经由管件(例如，导管)132输送冷却剂和从通道116收集冷却剂。每个管件132可以在波导110处联接到LDU 100，其中每个管件132的接头136可便于联接到波导110的相应入口118或出口119(图1B中未示出)。
图1C为示例LDU 100的侧面放大图。如图1C所示，LDU 100可包括由壳体120保持的波导110。在某些实施例中，如本文所述，波导110可包括发射表面114。发射表面114可以是凹入的，使得发射表面可顺应于/符合LDU 100位于其上的表面(例如，受试者的皮肤表面)。在其他情况下，发射表面114可以是凸起的。在一个示例中，发射表面114可在凹入或凸出方向上具有3cm至10cm范围内(例如，大约6.5cm)的弯曲半径。发射表面114的弯曲半径可配置成以最小的变形顺应于组织表面，从而减小发射表面114和LDU 100定位于其上的表面之间的空气间隙。在一些情况下，发射表面114的弯曲半径可基于LDU 100和/或包括一个或多个如本文所述的LDU 100的系统的目标用户来选择。在其他情况下，发射表面114可以是平坦的。
在某些实施例中，如图1C中的剖视图所示，波导110可保持在壳体120内，使得波导110的提取特征结构142与壳体120的外表面之间存在间隙144。如本文所述，基于波导110是柔性的和/或可压缩的(例如，由于由硅树脂构成)，间隙144的存在可以使波导110能够符合/顺应于LDU 100放置在其上的表面。
图1D为示例LDU 100侧面的内部剖视图。在一些情况下，波导110可包括透镜112。透镜112可由硅树脂构成。在一个示例中，透镜112可被模制到波导110中。也就是说，透镜特征结构112可以形成NIR光输入表面。此外，透镜112可以接收并聚焦来自一个或多个光源的光信号。透镜112靠近所述至少一个NIR光源，并且可配置成至少基本上准直(参见例如图2A)来自所述至少一个NIR光源的治疗NIR光，并通过波导在第一方向上传输基本准直的光。
光源可发射能够治疗本文所述缺血/再灌注或其他损伤的NIR光，例如波长为750nm和/或940nm的光。如本文所述，透镜112可将接收到的光信号引导至波导110的一个或多个反射提取特征结构142。通常，透镜112可具有任何合适的形状，例如非球面形状或非柱面(acylindrical)形状。I/O连接器124可联接到任何合适数量的光源，例如在1-10个光源、2-8个光源或4-6个光源的范围内。在某些实施例中，I/O连接器124可联接到1-100个光源的范围内。波导110可接收并重定向来自每个光源的光信号。在某些实施例中，波导110和/或I/O连接器124可配置成将透镜112和光源分开预定的焦距113，该焦距可以是任何合适的距离。在一个示例中，如图1D所示，光源和透镜112之间的焦距113可以为约3.5mm±2mm。基于LDU 100的应用、波导110的配置(例如透镜112的形状)、发射的光信号的波长和/或光信号的角度发散度，可以使用其他焦距113。
图1E为示例光传输单元(LDU)100的仰视图。如本文所述，LDU 100可包括由壳体120保持的波导110。一个或多个导管132中的每一者可经由接头136在入口118或出口119处联接到波导的一个或多个通道116。如图1E所示，LDU 100可包括发射表面114。来自光源的光信号可由波导110经由发射表面114发射。光信号可通过(例如，垂直于)所述一个或多个通道116传播以到达表面(例如，用户的皮肤表面)。
发射表面114可配置成具有任何合适的面积(例如，在1cm2至200cm2的范围内，例如为4cm2)。发射表面114的面积可基于波导110的应用配置。所述一个或多个通道116可包括发射表面114的面积的子集。在一些情况下，所述一个或多个通道116可包括发射表面的面积的至少20％(例如，在发射表面的面积的50-80％的范围内)。在一些情况下，所述一个或多个通道116可模制在波导110内。在一个示例中，如图1E所示，所述一个或多个通道116可包括呈蛇形构型的单个通道。所述一个或多个通道116的壁可以是平行的和/或非倾斜的。在一个示例中，所述一个或多个通道116的壁可以是矩形的。
在某些实施例中，所述一个或多个通道116的与光信号接触的区段的直径可大于所述一个或多个通道116的不与光信号接触的区段的直径。如图1E所示，所述一个或多个通道116的直径可配置成在特定区域更大。所述一个或多个通道116的直径可配置成在大部分(例如，至少50％、至少60％、至少70％、至少80％和/或至少90％)光信号传播通过其的一个或多个区域中较大，使得冷却剂的流动在通道直径较大的区段(例如，光信号居中传播通过的区域)中减慢。在一些情况下，在通道直径较大的区段中冷却剂的减慢流动可增加冷却剂与通道116附近区域之间的热交换效率。在一些情况下，在通道直径较大的区段可能形成一个或多个涡流，这可能导致冷却剂通过通道116的湍流。通道116内冷却剂的湍流可增加冷却剂和通道116附近区域之间的热交换效率。在一些情况下，通道116可用膜涂覆和/或以其他方式密封。该膜可以是光学透明膜(例如，对NIR光透明)，其配置成增加热交换效率并促进光信号通过波导110的传播。该膜可包括与波导110的折射率相等或近似相等的折射率。该膜可附着到发射表面114或者是发射表面114的一部分，以密封(例如，气密密封)通道116。在示例实施例中，该膜可以是超薄硅树脂(silicone)膜。
在一些实施例中，如本文所述，冷却剂可通过通道116循环。从导管132a供应的冷却剂可通过入口118进入通道116。入口118可包括测量入口118处的冷却剂(例如，冷却的冷却剂)的温度的温度传感器。冷却剂可通过通道116循环。在一些情况下，冷却剂可从邻近通道116的区域吸收热能。在一个示例中，冷却剂可吸收在用户皮肤表面发射NIR光所产生的能量。如图1E所示，冷却剂可流过通道116。冷却剂(例如，加温的冷却剂)可经由出口119离开通道116到达导管132b。离开波导110的通道116的冷却剂可被供应到冷却剂冷却器并再循环到LDU 100。
波导的配置
图2A为示例波导110的侧视图，示出了穿过波导110的示例光学输入和光路。如图所示，波导110可包括透镜112。透镜112可将接收到的光输入210(例如光能)聚焦成一个或多个聚焦的光信号212(例如光线)。在一些情况下，透镜112可将单个光输入扩散或分散成穿过波导110的多个光信号212。波导可包括光进入部分202，光进入部分可以是波导110的细长部分，光信号212在被透镜112聚焦和/或扩散/分散之后通过光进入部分202传播。在一些情况下，波导110可包括提取部分203，提取部分包括一个或多个台阶状提取特征结构142，光信号212可从光进入部分202传递到提取特征结构142上。通常，可使用任何合适数量的提取特征结构142，例如至少三个提取特征结构。提取特征结构142可模制在波导110内，使得每个提取特征结构142相对于垂直于发射表面114和/或用户皮肤表面的方向倾斜一角度。在多个不同的实施例中，每个提取特征结构142可配置成根据波导110所用于的应用以一定角度倾斜。例如，倾斜角可配置在从35度到75度的范围内(例如，55度)。换句话说，波导表面上的多个提取表面142配置成将基本光(例如，准直光)反射通过发射表面114到达受试者。所述多个提取表面142的至少一些提取表面可与近似垂直于/法向于受试者的方向成在35度至75度范围内的角度。此外，所述多个提取表面可配置成在整个发射表面上产生基本均匀的NIR光输出。
在一些情况下，所有提取特征结构142可以相同的角度定向。在其他情况下，不同的提取特征结构142可以不同的角度定向。每个提取特征结构142(光反射离开的表面)可配置成将所述至少一个光信号212重定向成朝向波导110的发射表面114，使得所述至少一个光信号近似垂直于发射表面114和/或用户的皮肤表面地传播通过发射表面114。在一些情况下，提取特征结构142可配置成重定向光信号，使得波导110的光信号输出分布在整个发射表面114上基本均匀。例如，在整个发射表面114上的输出功率分布可基本均匀。在一些实施例中，为确定在波导110的整个发射表面114上的光信号输出分布的均匀性，可将发射表面114的区域分割成一个或多个像素。在一些情况下，所述一个或多个像素中的每个像素的面积可以相等。在一个示例中，发射表面114可被分割成五个像素。在波导110工作期间，可测量每个像素的功率密度(例如mW/cm2)。发射表面114的所述一个或多个像素的最大功率密度和最小功率密度可基于像素的测量的功率密度来确定。如等式1所述的表面功率密度均匀性(SPDU)度量可基于最大功率密度和最小功率密度来计算。等式1可描述如下：
等式1：
如等式1所述，SPDU可基于“MaxPD”和“MinPD”的函数，其中“MaxPD”可等于所述一个或多个像素中的像素的最大功率密度，而“MinPD”可等于所述一个或多个像素中的像素的最小功率密度。在一个示例中，对于等于100mW/cm2的“MaxPD”和等于20mW/cm2的“MinPD”，根据等式1，发射表面114的所确定的SPDU可以是大约33％。在一些实施例中，通过发射表面114的SPDU可配置为在10％至100％的范围内。在一个示例中，通过发射表面114的SPDU可以是50％。
在一些实施例中，波导110可以在20％至100％、30％至90％、40％至80％或50％至70％的范围内的效率传输光信号。如这里所使用的，效率计算为入射到透镜112上并从发射表面114出射的光信号110的百分比。
在某些情况下，如本文所述，波导110的一个或多个面或表面可被覆盖和/或以其他方式联接至反射材料。在一个示例中，波导110的顶面、侧面和一个或多个提取特征结构可包括反射材料。透镜112和发射表面114可以不被反射材料覆盖。反射材料可以帮助将一个或多个光信号212包含在波导110内，使得光信号210仅通过透镜112进入波导110，并且仅通过发射表面114离开波导110。
光学输入210可包括一个或多个光信号。在一个示例中，光信号可包括源自一个或多个光源(例如，激光源或能量源)的大约750nm和940nm光的组合。提取特征结构142可将聚焦的光信号212重定向成朝向发射表面114。聚焦的光信号212可离开发射表面114，例如，近似垂直于发射表面114地离开发射表面，并且可用于本文所述的治疗应用中(例如，IR或其他损伤的治疗)。
图2B为示例波导110的仰视图，示出了示例光学输入210。如本文所述，波导110可包括透镜112、提取特征结构142和发射表面114。波导110可接收光输入210。如图2B所示，光输入210可包括多个(例如，在1-10个光输入的范围内，例如如图所示的6个光信号)。透镜112可将光输入210聚焦成聚焦的光信号212，该聚焦的光信号可通过波导110传播。提取特征结构142可将聚焦的光信号212重定向成朝向发射表面114，并且聚焦的光信号212可离开发射表面114，例如近似垂直于发射表面114地离开发射表面。
图2C-2G为示例波导110的附加视图。图2C-2G中所示的尺寸仅仅是根据某些实施例的示例，并不限制本公开。在不脱离本公开的范围的情况下，波导110可使用任何合适的尺寸。图2C是示例波导110的透视图。图2D是示例波导110的左侧视图。图2E是示例波导110的俯视图。图2F是示例波导110的仰视图。图2G是示例波导110的正视图。图2H是波导110的后视图。
治疗系统的配置
在一些实施例中，本文所述的一个或多个LDU 100可包括在治疗系统中。通常，治疗系统可用于治疗任何合适的损伤。例如，该治疗系统可通过NIR光为遭受缺血/再灌注(IR)损伤影响的患者的身体组织提供治疗。图3A是用于提供NIR光疗的示例治疗系统300的示意图。图3A所示的连接可包括电连接、光连接或流体连接中的一种或多种。在一些情况下，治疗系统300可包括组件301、光分路器340和可佩戴治疗装置350。
在一些实施例中，组件301可包括配置成向组件301供电的电源302。在一些情况下，电源可经由连接部330电联接到外部电源(例如，壁装电源插座)。在一些情况下，电源302可包括电池。如果电源包括电池，则电源可经由连接部330联接到充电站以对电池充电。在一些情况下，电源302可电联接(例如，供电)到以下一者或多者：一个或多个风扇304、冷却剂冷却器306、控制模块308。在一些情况下，组件301可包括一个或多个风扇304。风扇304可运行以循环组件301内部和/或外部的空气。基于循环空气，风扇可冷却组件301。风扇304可由控制模块308控制，如本文所述。
在某些实施例中，组件301可包括冷却剂冷却器306。冷却剂冷却器可从电源302接收电力。冷却剂冷却器306可流体联接到可佩戴治疗装置350的冷却系统362。冷却剂冷却器306可电联接到控制模块308。冷却剂冷却器306可冷却供应到冷却剂冷却器306的冷却剂。冷却剂冷却器可将接收和/或存储的冷却剂的温度降低或升高到配置的温度。在示例实施例中，冷却剂冷却器306可冷却从冷却系统362接收的冷却剂。在一些情况下，冷却剂冷却器306可包括配置成循环冷却剂的泵。在一个示例中，冷却剂冷却器306的泵可将冷却剂循环至可佩戴治疗装置350的冷却系统362。
在一些实施例中，组件301可包括控制模块308。控制模块308可电联接到以下中的一者或多者：风扇304、冷却剂冷却器306、用户界面310(和相关部件)、光源322a、光源322b和可佩戴治疗装置350(和如本文所述的相关部件)。控制模块308可包括处理器、存储器和/或通信模块(图3A中未示出)。处理器可与组件301的其他部件和/或可佩戴治疗装置350的部件通信和/或以其他方式控制这些部件。存储器可存储一个或多个计算机可读指令以执行组件301和/或可佩戴治疗装置350的功能，如本文所述。
在一些实施例中，组件301可包括用户界面310。用户界面310可电联接到控制模块308。用户界面310可包括一个或多个显示装置，用于针对组件301和/或可佩戴治疗装置350显示反馈信息和/或控制信息。在一些情况下，用户界面310可包括计时器312。计时器312可电联接到控制模块108。计时器312可指示由可佩戴治疗装置350提供的治疗的时间和/或持续时间。在一个示例中，计时器312可通过液晶数字(LCD)显示装置来显示。任何合适的显示装置都可用于计时器312。在一些情况下，用户界面310可包括一个或多个反馈指示器314。反馈指示器可电联接到控制模块108。反馈指示器314可包括对应于组件301和/或可佩戴治疗装置350的听觉、视觉和/或触觉反馈信息。例如，反馈指示器314可以是发光二极管(LED)指示器，其点亮以指示组件301和可佩戴治疗装置350开启。此外，例如，反馈指示器可以是听觉指示器，其在通过可佩戴治疗装置350的治疗完成时发出音调。
在一些实施例中，用户界面310可包括一个或多个输入装置316。输入装置可电联接到控制模块308。输入装置316可用于向组件301和/或可佩戴治疗装置350输入信息。通过输入装置输入的信息可传送到控制模块108。输入装置316的示例可包括触敏装置、按钮、滑块、旋钮和/或麦克风。输入装置316可用于配置组件301和/或可佩戴治疗装置350。在一个示例中，输入装置316可用于通过可佩戴治疗装置350激活NIR光的传输。在另一个示例中，输入装置316可用于配置通过可佩戴治疗装置350传输NIR光的持续时间。
在一些实施例中，组件301可包括一个或多个光源322。如图3A所示，该组件可包括光源322a和322b。在一些情况下，光源322可以是激光二极管组件。光源322可配置成发射大约750nm(例如，750nm±30nm)的光信号。光源322b可配置成发射大约940nm(例如940nm±30nm)的光信号。光源322可配置成基于组件301和/或可佩戴治疗装置350的应用发射任何合适波长的光信号。如本文所述，约750nm和940nm的光信号可通过调节氧化应激下身体组织的线粒体活性来治疗IR损伤。
在某些实施例中，光源322可光学联接至光分路器340。在示例实施例中，光源322a和322b可经由一对光缆联接到光分路器340。在一些情况下，如图3A所示，光分路器可在组件301和可佩戴治疗装置350的外部。在其他情况下，光分路器340可包括在组件301或可佩戴治疗装置350中。光分路器340可配置成将接收到的光信号拼接/捻接和/或以其他方式组合成组合光信号。在一个示例中，光分路器340可将光源322a发射的750nm光信号与光源322b发射的940nm光信号进行组合，以形成包括750nm和940nm光的组合光信号。光分路器340可光学联接到可佩戴治疗装置350的一个或多个LDU 100。光分路器340可将组合的光信号提供给可佩戴的治疗装置350的至少一个LDU 100。在一个示例中，光分路器340可通过光缆向LDU 100提供组合的750nm和940nm光信号。光源322a和322b可发射光，使得光分路器340以在从50μW/cm2到2μW/cm2范围内的(例如约1W/cm2的)功率密度传输光。组件301的光源322可配置成基于组件301和/或可佩戴治疗装置350的应用以任何合适的功率发射光。
在一些实施例中，治疗系统300可包括可佩戴治疗装置350。可佩戴治疗装置350可包括连接指示器352、使用模块354和一个或多个LDU 100。在一些情况下，可佩戴治疗装置350可包括支承构件，其中该支承构件配置成粘附/附着到患者的身体区域。一般而言，支承构件可配置成附着到任何合适的身体区域，例如头部区域、颈部区域、上躯干区域、下躯干区域、上腿部区域和/或下腿部区域。支承构件可由弹性织物材料制成。在一个示例中，弹性织物材料可包括棉/氨纶混纺织物材料或聚酯/氨纶混纺织物材料。在一些情况下，支承构件可以是带条、帽子或头盔的任意组合。在一些情况下，支承构件可以是一次性的。支承构件可构造成一种或多种尺寸。例如，支承构件可构造成小、中和大尺寸，以分别适合婴儿、儿童和成人。支承构件可保持连接指示器352、使用模块354和LDU 100。支承构件可包括一个或多个特征，如本文参照图3B-3E所述。
在一些实施例中，连接指示器152可与组件301的控制模块308电联接。连接指示器可以是听觉、视觉和/或触觉指示器。在一些情况下，连接指示器152可指示组件301和可佩戴治疗装置350是否连接。基于检测到组件301和可佩戴治疗装置350已连接，控制模块可通过连接指示器152显示连接的指示。在某些实施例中，连接指示器152可以是LED指示器，当组件301和可佩戴治疗装置350连接时该LED指示器被点亮。
在某些实施例中，使用模块354可与组件301的控制模块308电联接。控制模块308可确定存储在使用模块354中的使用信息，使得控制模块308可配置成基于使用阈值禁用可佩戴治疗装置350。附加地或替代地，使用模块354可配置成基于使用阈值禁用可佩戴治疗装置350。在一些情况下，使用模块354可包括保险丝/熔丝，其中保险丝可配置成基于使用阈值切断和/或以其他方式断开。在一个示例中，向保险丝施加增加的电流会导致保险丝切断。基于切断保险丝，可佩戴治疗装置350可被禁用。在一些情况下，使用阈值可以是阈值使用次数(例如一次使用)。在其他情况下，使用阈值可以是传递给待治疗受试者的能量的阈值量。可佩戴治疗装置350的使用可以被定义为超过阈值持续时间(例如，在从2小时到8小时的范围内)的使用期。在一些情况下，使用模块354可配置成基于接收到的输入(例如，经由输入装置316)禁用可佩戴治疗装置350。在一个示例中，治疗系统300可通过输入装置316接收紧急停止输入。基于接收到的紧急停止输入，使用模块354可禁用可佩戴治疗装置350。
在一些实施例中，可佩戴治疗装置可包括温度传感器356。温度传感器356可电联接到控制模块308。在一些情况下，温度传感器356可在可佩戴治疗装置350的外部。在一些情况下，温度传感器356可以粘附/附着到用户(例如患者)的身体区域。控制模块108可通过温度传感器356测量用户身体区域的参考温度(TR)。TR可指示用户在不同于LDU 100的温度传感器的位置处的体温。
在一些实施例中，可佩戴治疗装置350可包括一个或多个LDU 100。在多种不同的实施例中，可佩戴治疗装置350可包括1-20个LDU、2-18个LDU、3-16个LDU、4-14个LDU、5-12个LDU、6-10个LDU(例如，6个LDU或8个LDU)。每个LDU 100可包括冷却系统362、波导110和壳体(未示出)。冷却系统362可包括如本文参照图1A-1E所述的冷却系统130的一个或多个特征。在一些情况下，冷却系统362可经由一个或多个导管流体联接到冷却剂冷却器306。冷却系统362可经由一个或多个导管流体联接到波导110。冷却剂冷却器306可经由冷却系统362的管件联接到波导110的通道。冷却系统362的每个管件可配置成将冷却剂运送到波导110的通道或从波导110的通道运送出冷却剂。在一个示例中，第一管件可将冷却的冷却剂从冷却剂冷却器306运送到波导110的通道的入口，而第二管件可将加温的冷却剂从通道的出口运送到冷却剂冷却器306。
在某些实施例中，冷却系统362可包括一个或多个温度传感器。如本文所述，冷却系统362的每个导管的接头均可包括温度传感器，其中该接头可将导管联接到波导110的入口或出口。冷却系统362的每个温度传感器可通过电缆电联接到控制模块308。温度传感器可联接到每个接头，使得温度传感器可测量接头附近区域的温度。控制模块308可通过包括在冷却系统362中的温度传感器测量可佩戴治疗装置350处的温度(例如冷却剂温度)。在一些情况下，温度传感器可定位在入口(例如入口118)处，其中温度传感器可确定温度为T1。T1可代表进入通道的冷却剂的温度。在一些情况下，温度传感器可定位在出口(例如出口119)处，其中温度传感器可以确定温度为T2。T2可以代表离开通道的冷却剂的温度。控制模块308可确定出口和入口之间的温差(△T＝T2-T1)。△T可用于确定受试者的可佩戴治疗装置350所施加至的皮肤区域处的热吸收。TR和△T可进行比较(例如，通过控制模块108)以确定可佩戴治疗装置350是否在预期条件下操作和/或在必要时调整治疗参数。在一个示例中，TR和△T的比较可用于确定可佩戴治疗装置350在其定位的区域过热。在某些实施例中，治疗方案可包括在治疗的不同阶段的不同操作参数，这些参数可通过来自温度传感器的测量结果来告知和/或由控制模块308来实施。
在某些实施例中，如本文所述，LDU 100可包括波导110。波导110的通道可经由如本文所述的冷却系统362流体联接到冷却剂冷却器306。波导110可光学联接到光分路器340。在示例实施例中，波导110可经由光缆联接到光分路器340。波导110可接收来自光分路器340的光输入。在示例实施例中，光输入可以是包括750nm和940nm光的组合光信号。在另一示例实施例中，光输入可以是单独的光信号，其中第一光信号包括750nm光，第二光信号包括940nm光。在一些情况下，如果光输入包括单独的光信号，则这些单独的光信号可组合成包括750nm和940nm光的组合光信号。组合光信号可传播入射到波导110的透镜。透镜可将组合光信号聚焦成一个或多个聚焦的光信号。聚焦的光信号可传播入射到波导110的一个或多个提取特征结构。提取特征结构可重定向聚焦的光信号，使得聚焦的光信号近似垂直于波导110的发射表面。聚焦的光信号可作为一个或多个发射的光信号通过通道和发射表面传播。在一些情况下，如果可佩戴治疗装置被受试者(例如，患者)佩戴，则发射的光信号可入射到受试者的组织表面(例如，皮肤表面)。发射的光信号可通过受试者的身体组织传播。在一些情况下，如果身体组织处于氧化应激下，则发射的光信号通过身体组织的传播可通过调节线粒体活性来提供治疗。
在一些实施例中，如本文所述，LDU 100可包括壳体120。在一些情况下，壳体可包括一个或多个紧固件(例如，支架、螺钉、夹子等)以将LDU 100物理联接到可佩戴治疗装置350。
图3B为用于提供NIR光疗的示例性治疗系统300的示例性可佩戴治疗装置350的内部视图。在一些情况下，如本文所述，可佩戴治疗装置350可包括支承构件370，该支承构件370配置成粘附/附着到患者的身体区域(例如头部区域)。如图3B所示，支承构件370可包括第一端371和第二端372。支承构件370的第一端371可包括带条374。带条374可以可移除地联接到带条375(图3B中未示出)，以将第二端372可移除地联接到第一端371。支承构件370可由弹性织物材料构成。在一个示例性实施例中，如图3B所示，可佩戴治疗装置350可以平放。在其他实施例中，如图3D所示，可佩戴治疗装置350可围成圈/成环。在一些情况下，支承构件370可以是带条、帽子或头盔的任意组合。在一些情况下，支承构件370可以是一次性的。支承构件370可以一种或多种尺寸构造。例如，支承构件370可构造成小、中、大尺寸以分别适合婴儿、儿童和成人。支承构件370可将LDU 100(在图3B中未示出)保持在如图3C所示的可佩戴治疗装置350的外部。在一个示例中，可佩戴治疗装置350可包括由支承构件370保持的八个LDU 100。在一些实施例中，可佩戴治疗装置350可包括一个或多个垫386。垫386可配置成减轻和/或以其他方式防止可佩戴治疗装置350所粘附/附着的身体区域处的压力区域(例如压力点)。每个垫386可对应于可佩戴治疗装置350的LDU 100，其中每个垫386可在LDU 100的附近区域处位于可佩戴治疗装置350的内部。垫386可由柔软的凝胶材料构成。在一个示例中，垫386可以是2cm至8cm乘2cm至8cm的尺寸(例如，6cm x 6cm)。
图3C为用于提供NIR光疗的示例性治疗系统300的示例性可佩戴治疗装置350的外部视图。在一些情况下，如本文所述，可佩戴治疗装置350可包括支承构件370，该支承构件370配置成附着到患者的身体区域(例如，头部区域)。如图3C所示，支承构件370可包括第一端371和第二端372。支承构件370的第二端372可包括带条375。带条375可以可移除地联接到带条374(如图3B所示)，以将第二端372可移除地联接到第一端371。在一个示例性实施例中，如图3C所示，可佩戴治疗装置350可以平放。支承构件370可将LDU 100(在图3C中未示出)保持在可佩戴治疗装置350的外部。在一个示例中，可佩戴治疗装置350可包括由支承构件370保持的八个LDU 100。
图3D为用于提供NIR光疗的示例性治疗系统300的示例性可佩戴治疗装置350的侧视图。如图3D所示，可佩戴治疗装置350可配置在成环位置/包裹位置。支承构件370的第一端371可通过带条374(图3D中未示出)和带条375联接到支承构件370的第二端372。可使用任何合适的紧固件来代替带条374和带条375或者作为带条374和带条375的补充。可佩戴治疗装置350可配置在包裹位置/成环位置中，以便能附着到治疗系统300的用户的头部区域。
图3E示出了佩戴在用户头部的示例治疗系统300的示例可佩戴治疗装置350。在一些情况下，可佩戴治疗装置可经由支承构件370顺应于/符合用户380。在示例实施例中，如图3E所示，可佩戴治疗装置350可顺应于/符合用户380的头部区域。可佩戴治疗装置350可经由带条374和带条375(在图3E中未示出)顺应于/符合用户380的头部区域。可佩戴治疗装置350可配置成战略性地定位LDU 100(图3E中未示出)以向期望的组织区域递送NIR光疗，并且还避免向不期望的解剖结构(例如静脉窦、某些血管、器官等)递送NIR光疗。可基于可佩戴治疗装置350的特定的治疗应用和/或可佩戴治疗装置350的受试者的特征(头部尺寸、静脉窦位置等)来选择支承构件370上的LDU 100的数量和/或每个LDU 100在支承构件370上的位置。在某些情况下，可以使用医学成像(例如X射线、MRI或CT扫描)来确定用户特征。在示例实施例中，可佩戴治疗装置350可包括八个LDU 100，其中用户380的头部区域的每个半球上有四个LDU 100。这种定位还可避免接触某些解剖结构。在另一个示例中，可佩戴治疗装置350可包括六个LDU 100，其中用户380的头部区域的每个半球上有三个LDU100。每个LDU 100可顺应于/符合用户380的皮肤表面。在一些情况下，每个LDU 100可定位成使得由每个LDU 100发射的光信号(例如，经由波导110)近似垂直于用户380的皮肤表面发射。
冷却剂输入/输出(I/O)机构的配置
图4A图示了用于在用于提供NIR光疗的治疗系统(例如，治疗系统300)中循环冷却剂示例性组合器402。在一些情况下，LDU的冷却系统的导管可联接到如本文所述的组合器402。组合器402可由一个或多个管件(例如，导管)和一个或多个接头组成，以组合或分配来自一个或多个源的流体。在示例实施例中，组合器402将冷却剂从冷却装置分配到可佩戴治疗装置的一个或多个LDU。在另一示例中，组合器可组合来自一个或多个LDU的冷却剂，以将组合的冷却剂输送到冷却装置。组合器402可包括第一入口/出口(I/O端口)410和一个或多个第二I/O端口420。在一些情况下，流体(例如冷却剂)可流入第一I/O端口410，并且可被分配到第二I/O端口420。在其他情况下，流体(例如冷却剂)可以流入第二I/O端口420，并且可在第一I/O端口410中组合。在一个示例中，如图4A所示，组合器402可包括八个I/O端口420。基于包括在可佩戴治疗装置中的LDU的数量和/或包括在如本文所述的治疗系统中的组合器的数量，组合器402可包括任何合适数量的第二I/O端口420。
图4B示出了用于提供近红外(NIR)光疗的治疗系统(例如，治疗系统300)内通过示例组合器402进行冷却剂循环的示例。为说明目的，图4B中所示的冷却剂循环的例子是针对单个LDU 100示出的。然而，任何合适数量的LDU 100可如本文所述循环冷却剂。在一些情况下，治疗系统400可包括一个或多个导管403。导管403可将一个或多个组合器402联接到如本文所述的冷却剂冷却器。如图4B所示，治疗系统400可包括导管403a和403b。在一些情况下，治疗系统400可包括一个或多个组合器402，其中每个组合器402配置成组合或分配冷却剂。如图4B所示，治疗系统400可包括组合器402a和402b。在一些情况下，治疗系统400可包括一个或多个LDU 100作为如本文所述的可佩戴治疗装置的一部分。LDU 100可包括冷却系统，其中冷却系统包括联接到LDU 100的入口或出口的一个或多个导管401。如图4B所示，治疗系统400可包括作为LDU 100的冷却系统的一部分的导管401a和401b。
在某些情况下，组合器402可包含在包括LDU 100的可佩戴治疗装置中。例如，可佩戴治疗装置可包括组合器402a和402b，使得连接到LDU 100的入口和出口的导管401可联接到可佩戴治疗装置上的组合器402a或组合器402b。在其他情况下，组合器402可包括在组件(例如组件301)中。例如，组件301可包括组合器402a和402b，以将冷却剂冷却器306流体联接到LDU 100。在一些情况下，组合器402可包括光分路器(例如光分路器340)，使得组合器402在如本文所述的组件和可佩戴治疗装置的外部。
在一些实施例中，导管403a可联接至冷却剂冷却器306，使得导管403a将冷却的冷却剂循环至组合器402a的第一I/O端口410a。组合器402a可以接收冷却剂并将接收到的冷却剂分配给一个或多个第二I/O端口420。导管401a可联接到组合器402a的第二I/O端口420a。导管401a可从组合器402a的第二I/O端口420a接收冷却的冷却剂。导管401a可将冷却的冷却剂循环至LDU 100的通道116(图4B中未示出)的入口。冷却的冷却剂可在通道116的出口处作为加温的冷却剂离开LDU 100。导管401b可联接到通道116的出口。导管401b可从出口接收加温的冷却剂。导管401b可联接到组合器402b的第二I/O端口420b，使得导管401b将加温的冷却剂循环到组合器402b的第二I/O端口420b。在一些情况下，源自一个或多个LDU 100的加温的冷却剂可被供应到组合器402b的第二I/O端口420。组合器402b可从LDU100(和一个或多个其他LDU 100)接收加温的冷却剂。加温的冷却剂可在组合器402b的第一I/O端口410b处汇聚在组合器402b内。导管403b可联接到组合器402b的第一I/O端口410b。导管403b可从组合器402b的第一I/O端口410b接收加温的冷却剂，并且可向如本文所述的冷却剂冷却器306供应加温的冷却剂。因此，冷却剂可经由组合器402a和402b在LDU 100和冷却剂冷却器306之间循环，使得LDU 100(例如，LDU 100的发射表面)可被冷却的冷却剂冷却，并且来自LDU 100的加温的冷却剂可被冷却剂冷却器306冷却。
光电输入/输出机构的配置
图5示出了用于提供NIR光疗的治疗系统500中的示例联接机构。在一些情况下，可佩戴治疗装置350可联接到如本文所述的组件501。可佩戴治疗装置350可包括一个或多个LDU 100(图5中未示出)，其中每个LDU 100可包括如本文所述的I/O连接器124。可佩戴治疗装置350可包括支承构件370，支承构件配置成保持LDU 100并附着到如本文所述的用户的身体区域(例如，头部区域)。在一些情况下，可佩戴治疗装置350可包括一个或多个连接器572。连接器572的第一端可联接到对应于LDU 100的一个或多个I/O连接器124。垫386在如图5所示的可佩戴治疗装置350内部上的位置可指示LDU 100在可佩戴治疗装置350外部上的位置。在一个示例中，如图5所示，连接器572a的第一端可联接到四个LDU 100(定位由垫386a指示)，连接器572b的第一端可联接到四个LDU 100(定位由垫386b指示)。在多种不同的实施例中，连接器572的第一端可联接到任何合适数量的LDU 100。在一些实施例中，光分路器(未示出)或组件501可包括一个或多个连接器574。连接器572的第二端可联接到连接器574的第一端。在一个示例中，如图5所示，连接器572a的第二端可联接到连接器574a的第一端，连接器572b的第二端可联接到连接器574b的第一端。在一些情况下，连接器572可以可移除地联接到连接器574。在一个示例中，连接器572a和572b可以可移除地联接到连接器574a和574b，使得可佩戴治疗装置350和组件501可断开连接。
在某些实施例中，连接器572可配置成插入式连接器(如阴阳联接机构的阳连接器)。在一些情况下，连接器574可配置成接收连接器(例如，阴阳联接机构的阴连接器。在一些情况下，连接器572和连接器574可基于阴阳联接机构物理联接。连接器572和连接器574都可包括一个或多个光学通道(例如，光缆)和电线和/或电缆，其中连接器572和574可光学和电学联接以传输一个或多个信号。联接的光学通道可将发射的光信号(例如，组合的750nm和940nm光)从组件501传输到可佩戴治疗装置550的每个LDU 100。联接的电线和/或电缆可在包括在可佩戴治疗装置350和组件中的温度传感器之间传递信息。在示例性实施例中，组件的控制模块(例如，控制模块308)可通过联接的连接器572和574确定每个LDU560的入口和出口处的温度信息。
在一些实施例中，如本文所述，组件501可包括冷却剂冷却器306。冷却剂冷却器306可配置成冷却冷却剂并将冷却剂循环到联接的可佩戴治疗装置350的LDU。在一个示例中，如图5所示，该组件可包括冷却剂冷却器306和一对组合器402。该对组合器402的第一组合器402可组合从LDU 100接收的冷却剂，用于由冷却剂冷却器306冷却。该对组合器402的第二组合器402可将由冷却剂冷却器306冷却的冷却剂分配给所述一个或多个LDU 100。
某些实施例的进一步描述
图6为可用于实施本文献中所述技术的示例计算机系统600的框图(例如，作为控制器308的一部分)。通用计算机、网络设备、移动装置或其他电子系统也可包括系统600的至少一部分。系统600包括处理器610、存储器620、存储装置630和输入/输出装置640。部件610、620、630和640中的每一者可例如使用系统总线650互连。处理器610能够处理在系统600中执行的指令。在一些实施方式中，处理器610是单线程处理器。在一些实施方式中，处理器610是多线程处理器。处理器610能够处理存储在存储器620或存储装置630中的指令。
存储器620存储系统600内的信息。在一些实施方式中，存储器620是非暂时性计算机可读介质。在一些实施方式中，存储器620是易失性存储单元。在一些实施方式中，存储器620是非易失性存储单元。
存储装置630能够为系统600提供大容量存储。在一些实施方式中，存储装置630是非暂时性计算机可读介质。在多种不同的实施方式中，存储装置630可包括例如硬盘装置、光盘装置、固态驱动器、闪存驱动器或一些其他大容量存储装置。例如，存储装置可以存储长期数据(例如，数据库数据、文件系统数据等)。输入/输出装置640为系统600提供输入/输出操作。在一些实施方式中，输入/输出装置640可包括一个或多个网络接口装置，例如以太网卡、串行通信装置，例如RS-232端口和/或无线接口装置，例如802.11卡、3G无线调制解调器或4G无线调制解调器。在一些实施方式中，输入/输出装置可包括配置成接收输入数据并将输出数据发送到其他输入/输出装置的驱动装置，例如键盘、打印机和显示装置660。在一些示例中，可以使用移动计算装置、移动通信装置和其他装置。
在一些实施方式中，上述方法的至少一部分可通过指令实现，所述指令在执行时使一个或多个处理装置执行上述过程和功能。这种指令可包括例如诸如脚本指令或可执行代码的解释指令，或者存储在非暂时性计算机可读介质中的其他指令。存储装置630可通过网络以分布式方式实现，例如作为服务器群或一组广泛分布的服务器，或者可在单个计算装置中实现。
尽管已在图6中描述了示例处理系统，但本说明书中描述的主题、功能操作和过程的实施例可在其他类型的数字电子电路、有形体现的计算机软件或固件、计算机硬件(包括本说明书中公开的结构及其结构等效物)或它们中一个或多个的组合中实施。本说明书中描述的主题的实施例可实现为一个或多个计算机程序，即编码在有形非易失性程序载体上的计算机程序指令的一个或多个模块，用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作。替代地或附加地，程序指令可被编码在人工生成的传播信号上，例如，机器生成的电、光或电磁信号，该信号被生成以编码信息，用于传输到合适的接收器设备以由数据处理设备执行。计算机存储介质可以是机器可读存储装置、机器可读存储基底、随机或串行存取存储装置或前述一种或多种的组合。
术语“系统”可包含所有类型的用于处理数据的设备、装置和机器，包括例如可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。处理系统可包括专用逻辑电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。除了硬件之外，处理系统可包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们中的一个或多个的组合的代码。
计算机程序(也可称为或描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本或代码)可采用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，或声明或程序语言，并可采用任何形式部署，包括作为独立程序或模块、部件、子程序或适于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以但不需要对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)。计算机程序可以被部署为在位于一个地点或分布在多个地点并通过通信网络互连的一台计算机或多台计算机上执行。
本说明书中所述的过程和逻辑流程可由一台或多台可编程计算机执行，所述可编程计算机执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并产生输出来执行功能。过程和逻辑流程也可由专用逻辑电路(例如FPGA或ASIC)来执行，并且设备也可以实现为专用逻辑电路。
适于执行计算机程序的计算机可包括(例如)通用或专用微处理器或两者，或任何其他类型的中央处理单元。通常，中央处理单元将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机通常包括用于执行或实施指令的中央处理单元和用于存储指令和数据的一个或多个存储装置。通常，计算机还将包括或可操作地联接到一个或多个用于存储数据的大容量存储装置，例如磁盘、磁光盘或光盘，以从其接收数据或向其传输数据，或两者兼而有之。然而，计算机不需要有这样的装置。此外，计算机可以嵌入在另一装置中，例如移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏控制台、全球定位系统(GPS)接收器或便携式存储装置(例如通用串行总线(USB)闪存驱动器)等。
适用于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储装置，例如包括半导体存储装置，例如EPROM、EEPROM和闪存装置；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。
为提供与用户的互动，本说明书所述主题的实施例可在计算机上实施，该计算机具有用于向用户显示信息的显示装置，例如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)监视器，以及用户能借助其向计算机提供输入的键盘和定点装置，例如鼠标或轨迹球。也可以使用其他类型的装置来提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且可以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、语音或触觉输入。此外，计算机可通过向用户使用的装置发送文档和从用户使用的装置接收文档来与用户进行交互；例如，通过响应于从网络浏览器接收到的请求，向用户的用户装置上的网络浏览器发送网页。
本说明书所述主题的实施例可在计算系统中实施，所述计算系统包括：后端部件，例如数据服务器；或包括中间件部件，例如应用服务器；或包括前端部件，例如具有图形用户界面或网页浏览器的客户端计算机，用户可通过所述图形用户界面或网页浏览器与本说明书所述主题的实施进行交互；或一个或多个这样的后端部件、中间件部件或前端部件的任意组合。该系统的部件可通过任何形式或介质的数字数据通信(例如通信网络)来互连。通信网络的示例包括局域网(LAN)和广域网(WAN)，例如互联网。
计算系统可包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系是由于在各自的计算机上运行的计算机程序而产生的，并且彼此具有客户端-服务器关系。
根据一个示例，用于将光传输到受试者组织中的波导可包括光进入部分、提取部分和NIR光发射部分，提取部分包括多个提取特征结构，提取特征结构适于重定向从光进入部分接收的光，NIR光发射部分适于接收来自提取部分的光并将光发射到受试者的组织表面上。
光进入部分可包括非球面透镜。光进入部分还可包括光通道，使得进入非球面透镜的光被分散并沿着光通道到达提取部分。
所述多个提取特征结构可为至少三个提取特征结构。
波导的至少一个外表面可包括与其相邻的反射涂层或壳体。在反射涂层或壳体与所述多个提取特征结构之间可存在间隙。
提取特征结构适用于将从光进入部分接收的光重定向(反射)至基本垂直于/法向于受试者皮肤表面的方向。
所述多个提取特征结构中的每一者均可包括相对于垂直于皮肤表面的方向成一定角度的表面。该角度可在35度到75度的范围内。
例如，NIR光发射部分可为平坦形状或为具有凹形下表面的弧形形状。凹形下表面可适于符合/顺应于受试者的皮肤表面。凹形下轮廓的曲率半径可在3cm至10cm的范围内。
LDU或波导可包括适于冷却受试者皮肤表面的集成冷却系统。集成冷却系统可设置在发射部分内。此外，集成冷却系统可包括成型在发射部分内并适于运送冷却剂流体(例如水)的流体通道。流体通道可具有蛇形形状。蛇形形状可由多个基本平行的管件限定，每个管件由弯头连接，其中基本平行的管件的内表面的直径大于弯头的内表面的直径。
流体通道可占据发射部分的表面积的至少20％。
波导的至少一部分可由生物相容的顺应性材料(如硅树脂或光学透明硅树脂)限定。硅树脂材料可具有在1MPa至50MPa范围内的弹性模量。
根据另一示例，用于将光传输至受试者皮肤表面的光治疗装置可包括至少一个支承构件，所述支承构件适于保持至少一个波导，并将所述至少一个波导定位在受试者皮肤表面附近。
支承构件可保持波导阵列，并且例如可为带条、帽子、头盔或其组合中的至少一种。此外，支承构件可适于定位至少一个波导，以避免发射的光与受试者的预定区域(例如静脉窦)之间的相互作用。
治疗装置还可包括用于确定受试者皮肤表面的温度的温度测量系统。温度测量系统可包括例如用于测量经由流体通道的入口进入波导的冷却剂流体的温度的第一探针、用于测量在流体通道的出口处离开波导的冷却剂流体的温度的第二探针、以及用于测量受试者的未治疗位置处的皮肤温度的参考探针。
治疗装置的光源可包括二极管、激光器或激光二极管中的至少一种。光源可产生波长为约750nm或约940nm，或波长为750nm±30nm和/或约940nm±30nm的光。
虽然本说明书包含许多具体实施细节，但不应将其视为对权利要求范围的限制，而是对特定实施例的特定特征的描述。本说明书中在多个单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的多个不同特征也可以在多个实施例中单独实现或以任何合适的子组合实现。此外，尽管特征可能在上文被描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初被如此要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在某些情况下可从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。
类似地，尽管图中以特定顺序描绘了操作，但不应将其理解为要求以所示特定顺序或顺序执行此类操作，或者要求执行所有图示操作，以实现所需结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中各种系统部件的分离不应被理解为在所有实施例中都需要这种分离，并且应理解所描述的程序部件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或打包到多个软件产品中。
已描述了主题的特定实施例。其他实施例在以下权利要求的范围内。例如，权利要求中列举的动作可以不同的顺序执行，并且仍然可以获得期望的结果。作为一个示例，附图中描绘的过程不一定需要所示的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。可提供其他步骤或阶段，或者可从所描述的过程中删除步骤或阶段。因此，其他实施方式也在以下权利要求的范围内。
术语
此处使用的措辞和术语用于描述目的，不应视为限制。
说明书和权利要求中使用的术语“约”，短语“约等于”和其他类似短语(例如，“X的值为约Y”或“X约等于Y”)应理解为一个值(X)在另一个值(Y)的预定范围内。除非另有说明，否则预定范围可以是±20％、±10％、±5％、±3％、±1％、±0.1％或小于±0.1％。
除非另有明确说明，否则说明书和权利要求中使用的不定冠词“一”和“一种”应理解为“至少一个”。说明书和权利要求中使用的短语“和/或”应被理解为表示如此结合的元素中的“一个或两个”，即在某些情况下结合存在而在其他情况下分离存在的元素。用“和/或”列出的多个元件应该以相同的方式解释，即“一个或多个”元件如此连接。除了由“和/或”从句具体标识的元素之外，还可以任选地存在其他元素，无论这些元素是否与具体标识的元素相关。因此，作为非限制性示例，在一个实施例中，当与诸如“包括”的开放式语言结合使用时，对“A和/或B”的引用可以仅指A(可选地包括B外的元素)；在另一个实施例中，可以仅指B(可选地包括除A外的元素)；在又一实施例中，可以指A和B两者(可选地包括其他元素)；等等。
说明书和权利要求中使用的“或”应理解为与上文定义的“和/或”具有相同的含义。例如，当分隔列表中的项目时，“或”或“和/或”应被解释为包含性的，即包括至少一个，但也包括多个或一系列元素中的多于一个的元素，并且可选地包括额外的未列出的项目。只有明确表示相反的术语，例如“仅一个”或“正好一个”，或者当在权利要求中使用时，“由…组成/构成”将指包括多个或一系列元素中的正好一个元素。一般而言，当术语“或”前面带有排他性术语时，如“两者中的一者”、“其中之一”、“仅其中之一”或“恰好其中之一”时，所使用的术语“或”应仅被解释为表示排他性选择(即“一个或另一个但不是两个都有”)。当在权利要求中使用时，“基本上由组成/构成”应具有专利法领域中使用的普通含义。
如说明书和权利要求书中所用，涉及一个或多个元素列表的短语“至少一个”应理解为选自元素列表中任何一个或多个元素的至少一个元素，但不一定包括元素列表中具体列出的每个元素中的至少一个元素，也不排除元素列表中元素的任何组合。该定义还允许除了短语“至少一个”所指的元素列表中具体标识的元素之外，还可以可选地存在其他元素，无论这些元素是否与具体标识的元素相关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一者”(或者等效地，“A或B中的至少一者”，或者等效地“A和/或B中的至少一者”)在一个实施例中可指至少一个，可选地包括多于一个的A，而不存在B(并且可选地包括B以外的元素)；在另一个实施例中，可指包括至少一个，可选地包括多于一个的B，没有A存在(并且可选包括除A以外的元素)；在又一个实施例中，可指包括至少一个，可选地包括多于一个的A，和至少一个，可选地包括多于一个的B(并且可选地包括其他元素)；等等。
使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变体，意在涵盖其后列出的项目和附加项目。
序数术语例如“第一”、“第二”、“第三”等在权利要求中的使用，修改权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素相对于另一个权利要求元素的任何优先级、在前或顺序，或者方法的动作被执行的时间顺序。序数术语仅用作标签，以将具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称的另一个元素区分开来(但是使用序数术语)，以区分权利要求元素。
已对本发明至少一个实施例的多个方面进行了描述，应理解的是，本领域技术人员可容易进行各种变更、修改和改进。此类变更、修改和改进属于本公开内容的一部分，并在本发明的精神和范围内。因此，前面的描述和附图仅作为示例。

Claims (20)

1.一种近红外(NIR)光治疗装置，包括：
至少一个近红外光源，其用于提供治疗近红外光；和
波导，其具有i)近红外光输入表面，来自所述至少一个近红外光源的治疗近红外光在所述近红外光输入表面处进入所述波导，和ii)近红外光发射表面，所述治疗近红外光在所述近红外光发射表面处离开所述波导，所述波导包括：
透镜特征结构，其形成所述近红外光输入表面并且靠近所述至少一个近红外光源，所述透镜特征结构配置成至少基本准直来自所述至少一个近红外光源的治疗近红外光，并且将基本准直的光沿第一方向传送通过所述波导，以及
在所述波导的表面上的多个提取表面，所述多个提取表面配置成将所述基本准直的光通过光发射表面反射到受试者，其中所述多个提取表面中的至少一些提取表面与大致垂直于受试者的方向成在35度至75度范围内的角度，其中所述多个提取表面配置成在整个所述光发射表面上产生基本均匀的近红外光输出。
2.根据权利要求1所述的近红外光治疗装置，其中，所述波导还包括至少一个冷却通道，所述冷却通道配置成循环冷却剂，所述冷却剂吸收所述近红外光发射表面附近的热量，其中所述波导配置成通过所述至少一个冷却通道传送至少一些反射的近红外光。
3.根据权利要求2所述的近红外光治疗装置，其中，所述波导包括硅树脂，使得所述透镜特征结构、所述多个提取表面、所述近红外光发射表面和所述至少一个冷却通道由硅树脂构成，其中所述硅树脂是硬度在20肖氏硬度A至80肖氏硬度A范围内的低硬度硅树脂，使得所述近红外光发射表面能至少部分地顺应于所述受试者。
4.根据权利要求2所述的近红外光治疗装置，还包括：
波导中的入口，所述入口用于在冷却剂进入所述至少一个冷却通道之前接收冷却剂；
第一温度传感器，其配置成测量冷却剂在其进入所述至少一个冷却通道之前的第一温度；
波导中的出口，所述出口在冷却剂已行进通过所述至少一个冷却通道之后将冷却剂输送离开所述波导；
第二温度传感器，其配置成测量冷却剂在其通过了所述至少一个冷却通道之后的第二温度；和
控制模块，其用于确定所述第一温度和所述第二温度之间的差。
5.根据权利要求2所述的近红外光治疗装置，其中，所述至少一个冷却通道的直径变化以减缓冷却剂流动，从而提高冷却剂与所述至少一个冷却通道中被减缓的冷却剂所流经的部分的附近区域之间的热交换效率。
6.根据权利要求1所述的近红外光治疗装置，其中，所述至少一个近红外光源产生波长为约750nm和940nm的光，其中所述光发射表面是弯曲的，以符合受试者的表面。
7.根据权利要求1所述的近红外光治疗装置，其中，所述多个提取表面中的至少一些提取表面与大致垂直于受试者的方向成约55度角。
8.根据权利要求1所述的近红外光治疗装置，还包括：
至少一个附加波导；和
支承构件，其配置成施加至受试者的头部，所述支承构件还配置成至少：
保持所述波导和所述至少一个附加波导；和
确保来自每个波导的治疗近红外光避开受试者的静脉窦区域。
9.根据权利要求1所述的近红外光治疗装置，还包括用于容纳所述波导的至少一部分的壳体，所述壳体包括反射材料，所述反射材料用于将在除了所述光发射表面之外的区域中离开所述波导的治疗近红外光反射回所述波导中。
10.一种近红外(NIR)光治疗装置，包括：
用于产生治疗光的至少一个光学光源；
波导，治疗近红外光通过所述波导，所述波导包括：
透镜特征结构，其接收治疗近红外光并将所述治疗近红外光沿第一方向传送；
在所述波导的表面上的多个提取表面，所述多个提取表面接收在所述第一方向上行进的治疗近红外光并将所述治疗近红外光沿基本垂直于受试者皮肤的方向反射，其中所述多个提取表面中的至少一些提取表面与大致垂直于受试者皮肤的方向成在35度至75度范围内的角度；和
光发射表面，从所述多个提取表面反射的治疗近红外光通过所述光发射表面到达受试者皮肤，其中所述多个提取表面配置成在整个近红外光发射表面上产生基本均匀的近红外光输出。
11.根据权利要求10所述的近红外光治疗装置，其中，所述波导还包括至少一个冷却通道，所述冷却通道配置成循环冷却剂，所述冷却剂吸收所述光发射表面附近的热量，其中所述波导配置成通过所述至少一个冷却通道传送至少一些反射的治疗近红外光。
12.根据权利要求11所述的近红外光治疗装置，其中，所述波导包括硅树脂，使得所述透镜特征结构、所述多个提取表面和所述至少一个冷却通道由硅树脂构成，其中所述透镜还将所述近红外治疗光准直到所述第一方向上。
13.根据权利要求11所述的近红外光治疗装置，还包括控制模块，所述控制模块配置成：
确定冷却剂在进入所述至少一个冷却通道之前的第一温度和冷却剂在其已通过了所述至少一个冷却通道之后的第二温度之间的温差；
确定所述近红外治疗装置是否使所述波导附近的受试者皮肤过热，其中所述过热的确定部分地基于所述温差。
14.根据权利要求10所述的近红外光治疗装置，还包括：
至少一个附加波导；和
支承构件，其具有联接至其的所述波导和所述至少一个附加波导，其中所述支承构件配置成至少：
施加至受试者的头部；和
确保来自每个波导的治疗近红外光避开受试者的静脉窦区域。
15.一种制造用于治疗受试者的近红外(NIR)光治疗装置的方法，包括：
形成波导，其中形成波导包括：
成型所述波导中的透镜，所述透镜配置成接收来自近红外光源的近红外治疗光并将所述近红外治疗光沿第一方向传送；
成型所述波导的细长部分，其中所传送的近红外治疗光在基本上所述第一方向上传播通过所述细长部分；
将提取部分成型到所述波导的表面上，所述提取部分配置成反射沿所述第一方向行进的近红外治疗光，以产生沿基本垂直于受试者的方向传播的反射的近红外治疗光；和
将近红外光发射表面成型到所述波导上，其中所述波导配置成使反射的近红外治疗光经由近红外光发射表面离开所述波导而到达所述受试者，其中所述提取部分配置成在整个所述近红外光发射表面上产生基本均匀的近红外光输出。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，形成波导还包括在所述近红外光发射表面附近成型至少一个冷却通道，所述冷却通道配置成：
使反射的近红外光经其通过；和
循环冷却剂，所述冷却剂吸收所述近红外光发射表面附近的热量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述波导由光学透明的低硬度硅树脂构成，所述透镜还配置成将所述近红外治疗光准直到所述第一方向上，其中所述光学透明的低硬度硅树脂的硬度在20肖氏硬度A至80肖氏硬度A的范围内，使得所述近红外光发射表面能至少部分地顺应于所述受试者。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
创建能附着到所述近红外光治疗装置的第一温度传感器，所述第一温度传感器配置成测量冷却剂在其进入所述至少一个冷却通道之前的第一温度；
创建能附着到所述近红外光治疗装置的第二温度传感器，所述第二温度传感器配置成测量所述冷却剂在其通过了所述至少一个冷却通道之后的第二温度；和
创建能附着到所述近红外光治疗装置的控制模块，所述控制模块配置成确定所述第一温度和所述第二温度之间的差。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
形成至少一个附加波导；和
将所述波导和所述至少一个附加波导定位在可佩戴支承构件上，使得当将所述可佩戴支承构件施加至受试者的头部时，来自每个波导的反射的近红外治疗光避开受试者的静脉窦区域。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括将反射壳体附接到所述波导的至少一部分上，所述反射壳体配置成将从除了所述近红外光发射表面之外的区域离开所述波导的光反射回所述波导中。
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