CN1296104C - 控制受验人警觉性的方法及用于该方法的光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制受验人的警觉性的方法、用于该方法的光源以及所述方法的光源的使用。所述方法包括在曝光期间使受验人曝露于适当的光辐射之下，而对退黑激素循环的阶段没有显著影响。退黑激素是睡眠荷尔蒙，它可以用来控制受验人的警觉性。所述适当的光辐射是由退黑激素抑制性辐射(退黑激素瓦/瓦)的输出百分率和光输出(流明/瓦)规定的，调节所述输出百分率和光输出以便获得关于所述循环阶段的所需效果。

Description

控制受验人警觉性的方法及用于该方法的光源
本发明涉及通过适当的光辐照控制受验人(human subject)警觉性的方法。
本发还涉及调整24小时生理节奏起动点的方法及用于此法的光源。
在最近十年，人类光生物学的知识急剧增加，并已查明，对受验人向眼(除视觉外)投放的光辐射，对于生物学节奏的控制非常重要。因而，光辐射不仅影响身体的功能，而且影响精神上的表现和心情。所有科学证据大部分基于对眼睛投放各种强度“白光辐照”，这是人所共知道的，并例如，在美国专利5,545,192中有所描述。发现表明向眼投放的光辐射有抑制退黑激素的灵敏度，退黑激素的抑制取决于光辐射的剂量和光谱成分，见Annals New York Academy ofSciences 453(1985)，p.376-378。退黑激素是一种表现出一日循环的荷尔蒙，并被认为是生物节奏阶段的标记。一般认为退黑激素是睡眠荷尔蒙，影响受验人的警觉性。因而，退黑激素循环受到控制时，由于缺乏警觉性而出错的危险便会减小。相对较低的退黑激素水平会刺激警觉性，相对较高的退黑激素水平则会增大睡意。Annals NewYork Academy of Sciences 453(1985)，p.376-378指出，退黑激素的抑制在约509nm波长上表现出最高的灵敏度。在自然的一日循环中在“黑暗”时间里，只要可以获得人工照明，抑制退黑激素便是可能的。在白天退黑激素水平相对较低，黄昏该水平上升，晚上达到最高，而在白天，睡醒期间逐渐降低。在24小时的社会里，许多人不得不在晚上工作和驾驶，必须警觉，以便表现良好和安全，而要在不正常的时间里睡好觉。在这种条件下，许多人要冒出错的巨大危险，例如引发交通事故和/或很可能要忍受扭曲的睡眠行为。
本发明的一个目的是提供一种在一天里借以使不得不在不正常的时间里工作的人们减轻出错危险的方法。
按照本发明，这个目的是通过一种通过适当光辐射控制人的警觉性的方法达到的，受验人具有退黑激素的变化循环，这至少涉及退黑激素增长和退黑激素降低的阶段，并处在所述循环的一个阶段，通过抑制或允许所述退黑激素增长，或通过刺激所述退黑激素降低进行控制，该方法包括以下步骤：
根据关于所述循环阶段的所需效果，在曝光期间使受验人曝露于适当的光辐射之下，所述所需效果是抑制所述退黑激素增长或刺激所述退黑激素衰减；
其中，适当的光辐射是由以退黑激素瓦/瓦为单位的退黑激素抑制性辐射的输出百分率和以流明/瓦为单位的光输出规定的，由此所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是标准化为1的光谱功率E(λ)和退黑激素灵敏度M(λ)的乘积，针对所有波长(λ)对该乘积求和，
调节所述输出百分率和光输出以便获得关于所述循环阶段的所需效果，其特征在于：
i)所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是＞＝0.45退黑激素瓦/瓦，而所述光输出是＜＝60流明/瓦，或
ii)所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是＞＝0.45退黑激素瓦/瓦，而所述光输出是＞＝60流明/瓦，或
iii)所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是＜＝0.2退黑激素瓦/瓦，而所述光输出是＞＝100流明/瓦，光源具有现色指数Ra＞＝65，并且所述退黑激素抑制性辐射具有小于509nm的波长。
目前的发现与退黑激素抑制的灵敏度类似于暗适应的夜视灵敏度的这种早期说法不同，因为暗适应夜视最大灵敏度大约处于509nm波长上。令人惊奇的是，看来退黑激素抑制灵敏度与暗适应夜视灵敏度相比，移向波长较短的区域。尤其令人惊奇的是，短波长对退黑激素抑制应该具有如此明显的效果，因为视网膜中绝大部分已识别的感光器具有500nm或更长的激活波长。在500nm以下，唯一已识别的感光器是蓝视锥，它具有420nm的λmax，而其存在数量仅相当于视网膜中感光器任何其他家族的不到1％。
特别有利的是，波长这样短的光可以抑制退黑激素的产生，因为它效率高只需要少得多的光。另外，若选择最优波长或波段，则实现退黑激素抑制所需的光量可以明显减少，从而可以避免不应有的耀眼和强烈的照明造成的任何视觉问题。
退黑激素由松果腺产生，据信适当的传入视神经对松果腺的退黑激素产生有影响。尤其是这表明，直接观察波长短的光源的受验人会经历退黑激素产生的急剧减少。但是，还有证据表明，对于身体非眼球部分的光投放量也可以影响受验人退黑激素抑制。相应地，本发明的光最好是视觉投放，但是，下面将指出，也考虑到对身体其他部分的投放。此外，随波长而变的抑制退黑激素的剂量对于完全放大的瞳孔是已知的。
试验表明，对短波长光的最大灵敏度处在刚好高于紫外线的区域。一般公认，紫外线是约低于380nm的光辐射。尤其是，我们已经表明，在420-460nm区域内对光的灵敏度特别高，这种灵敏度随着波长的增大而缩小，而同时效率逐渐减小，在560nm处降为零左右。如上所述，光的波长大于紫外线，尽管本发明也考虑到包括紫外线的较宽区域内的波长。但一般说来，应该避免使用紫外线，以便把对受验人的危害减到最小。投放抑制退黑激素的辐射可以被结合在视觉用的光源内，或者用单独的外加“光”源，也可以用产生光的其他装置，例如结合到监视器、电视机、阅读桌、甚至早餐桌、护目镜、面罩、人造窗户内。在家庭环境、工作地点以及交通运输方面，光辐射在有效抑制退黑激素或维持退黑激素方面可以找到许多用途。根据当前的数据，光辐射光谱分布可以分成几个基本的选择：
-退黑激素抑制性辐射和正确地完成任务所需的足够的可见光，例如，公认的标准光亮度(light level)是至少200lux(lux表示流明/米2)的光亮度。例如，在换班工作活动，包括户内或户外的早班、晚班和夜班中找到应用。
-抑制退黑激素的辐射和暗的可见光亮度，亦即约10lux或更低。为了进行比较，满月的光意味着不到1lux的可见光亮度。选项是在黄昏或晚上，例如用于司机、监视者、警卫和护士。
-维持退黑激素的辐射和正确完成任务所需的足够的可见光。大部分应用预期是在家老年人的黄昏工作以及随后提供优质睡眠的条件。
退黑激素抑制用的辐射光谱功率分布和流明光通量的效果的估计可以通过计算获得。在计算中，只考虑380-740nm波长之间的光谱功率。所有光谱都用这种方法标准化，使得在380-740nm波长范围内光谱功率之和等于1瓦。公式中：
∑E(λ)＝1瓦  式中λ＝380-740nm
为了计算光通量和退黑激素有效瓦(退黑激素瓦)，采用以下公式
光通量Φ＝683*∑(E(λ)*V(λ))
退黑激素瓦＝∑(E(λ)*M(λ))
式中：
V(λ)是眼睛灵敏度通量；
M(λ)是退黑激素灵敏度；
常数值683是用1瓦555nm波长(眼睛灵敏度的最大值)的光获得的光通量。
图4表示通过试验获得的年龄为20-40岁的人典型的退黑激素灵敏度曲线。由于退黑激素灵敏度取决于眼睛晶状体的透射率，而它本身又取决于受验人的年龄，通过光辐射抑制退黑激素的效率一般随着年龄增大而减小。然后可以按下式计算退黑激素有效瓦
退黑激素瓦Mage(λ)＝∑(E(λ)*M(λ)*T(λ))
式中T(λ)是晶状体透射的百分率。
图4表示老年人(＞＝60岁)退黑激素灵敏度的典型示例(经过晶状体透射率修正)。
在一个实施例中，本方法的特征是退黑激素抑制性辐射输出分数是＞＝0.45退黑激素瓦/瓦，而光输出为＜＝60流明/瓦。用这个方法可以有效地抑制退黑激素，但是可见光辐射的输出相当低。这个方法特别适宜于护理活动。但是，眼睛对光的灵敏度取决于人的年龄，在一个最佳实施例中所用方法的特征是退黑激素抑制性辐射输出分数为＞＝0.45退黑激素瓦/瓦，光输出是＜＝20流明/瓦。这个方法特别适宜于对光的灵敏度高的年龄相对较轻的人，有效抑制退黑激素，而可见光辐射输出非常低。因为退黑激素抑制是在只产生非常低的可见光量/流明的光辐射，亦即深蓝色下获得的，退黑激素抑制性辐射几乎不影响视觉目的用的光建立的视觉条件。这些方法在以下活动中得到应用，即需要在暗可见光照明下进行，但又要求人们保持警觉性和清醒，例如在机场的控制室内的活动。但对晚上卡车司机的照明亮度提出了更高的要求，这些司机既要在驾驶过程中保持警戒性，又必须看清道路。因此，本方法的特征在于，退黑激素抑制性辐射的输出分数为＞＝0.45退黑激素瓦/瓦，光输出为＜＝10流明/瓦。＜＝10流明/瓦的低的光输出有助于相对容易地获得卡车驾驶室内的低得足以不妨碍卡车司机的照明亮度。这样，卡车司机便能够既保持清醒，路面又清晰可见。
在人们必须保持警觉性的环境中，视觉条件只决定于相对简单的任务，退黑激素抑制性辐射可以连同足够的可见光量一起投放。这种环境的例子是船坞内室外容器工作活动，这种工作只要求按其形状和/或文字区分物件。对于这样的环境，本方法一个实施例的特征在于，退黑激素抑制性辐射的输出分数为＞＝0.45退黑激素瓦/瓦，而光输出为＞＝60流明/瓦。
在人们必须保持警觉性、并为了进行工作需要良好的颜色视觉条件的环境中，退黑激素抑制性辐射可以连同相对较高的可见光量一起投放。这种环境保护的一个例子是轮班工作，医院中的急救中心。对于这种环境，本方法的一个实施例的特征在于，退黑激素抑制性辐射的输出分数为＞＝0.45退黑激素瓦/瓦，而光输出为＞＝100流明/瓦，现色指数(color rendering index)(CRI)＞＝65的光源。其他退黑激素抑制照明方法的示例是学校、大学、图书馆、教室、大教室、会议室。在一个最佳实施例中，本方法的特征在于，退黑激素抑制性辐射的输出分数为＞＝0.60退黑激素瓦/瓦，而光输出为＞＝100流明/瓦，现色指数(CRI)＞＝65，而且色温＞＝6500K的光源。这种方法适合于没有机会获得足够日光的例如冬季里的人们或节奏紊乱的老年人或星期一早上宿醉(hangover)的人们。色温相当高，这对警觉性所具有的支持性心理学作用仅次于退黑激素抑制对警觉性的作用。具有＞＝0.45退黑激素瓦/瓦和＞＝100流明/瓦的性能的光可以通过单光源获得，但作为替代方法，可以通过将几个光源组合在一起获得。在这种组合中，具有相对较高的流明输出，例如＞＝200流明/瓦和现色指数(CRI)＞＝80的/80低压汞放电荧光灯的第一光源，与具有相对较高的退黑激素抑制性辐射输出的第二光源，例如，＞＝0.7退黑激素瓦/瓦的/03低压汞放电荧光灯组合。这样的组合可以把例如第二光源加在只具有第一光源的现有的照明系统上，以获得适当的光辐射。这样获得的照明系统具有产生适当光辐射的光源，并具有价格相对低廉的优点。
在可视条件要求高，例如，要在黄昏的某些时间工作而睡眠质量不能降低，从而减小次日出错危险的情况下，应当提供这样的光线、使得在相对较小的程度上影响退黑激素循环。对于这样的应用，本发明的方法的特征在于，退黑激素抑制性辐射的输出分数为＜＝0.2退黑激素瓦/瓦，而光输出为＞＝100流明/瓦，现色指数CRI＞＝65的光源，最好退黑激素抑制性辐射的输出分数为＜＝0.1退黑激素瓦/瓦。这种应用可以在以下情况下找到：在晚上短时间醒来，或者需要在晚间接受检查，例如在家的老年人，但对有小小孩的父母、老人院、医院、私人疗养院也有用。在这些情况下，对“睡眠者”不抑制退黑激素的光可以与对“守候者”在他们的工作/观察室中的警觉灯光结合。这种类型的光可以是特殊的夜光灯，或者结合在床头装置上，大厅、门廊、楼梯的定向灯光中。
在一个实施例中，本方法的特征在于，退黑激素抑制性辐射的输出分数从＞＝0.45退黑激素瓦/瓦移向＜＝0.2退黑激素瓦/瓦，或者反过来，而光输出为＞＝100流明/瓦，具有现色指数CRI＞＝65的光源。用这种方法可以获得受控的从退黑激素抑制性辐射逐渐变为非抑制性辐射，借以还可以连续地提供足够的光，使人们能够正确工作。这种方法可以用于为快速轮流换班工作的人们提供的灯光，最后从短时间的抑制灯光开始，并以一段时间的非抑制灯光结束，以适应夜班后立即很快入睡，并防止生物钟的任何阶段转移。这个涉及从退黑激素非抑制性到抑制性辐射的方法，视一天中的时间而定，可以用于跨越不同时区的旅行，亦即出现时差时生物钟的再同步。
具有光输出＞＝100流明/瓦、现色指数(CRI)＞＝65和从＞＝0.45退黑激素瓦/瓦的退黑激素抑制性辐射输出转移到＜＝0.2退黑激素瓦/瓦可能性的照明系统可以包含单个光源，但或者也可以包含第一和第二光源。在这种包含单光源的照明系统的情况下，单光源的输出是可调的，例如通过调整灯的电压。这种光源的一个示例是无电极低压汞放电荧光灯(QL)。在包含第一和第二光源的照明系统的实施例中，照明系统从使用第一光源转移到使用第二光源，或者反过来。在这种照明系统中，第一光源具有相对较高的退黑激素抑制性辐射输出，例如具有＞＝0.45退黑激素瓦/瓦的高压汞放电灯，第二光源具有相对较低的退黑激素抑制性辐射输出，例如，具有＜＝0.15退黑激素瓦/瓦的白色高压钠放电灯。正常工作状态下，两个光源都具有＞＝200流明/瓦的光输出和＞＝65的现色指数(CRI)。
另一方面，在本发明的一个实施例中，该方法的特征在于，用滤光装置来调整的受验人接受的适当光辐射。用这种方法，可以把退黑激素抑制性辐射投放给受验人，同时可以按要求选择向眼睛投放这种辐射。这样便可能让人们工作在同一环境下，在此环境下一个人要通过中断他的退黑激素的增长令其停留在清醒的状态，而另一个人不中断他的退黑激素增长。
本发明还涉及通过向受验人的投放光来调整24小时生理节奏起动点的方法。
所有脊椎动物在其活动中都表现出时间条理性。推荐采用这个方法的脊椎动物是哺乳动物，一般都会意识到，特别推荐应用于人类。例如，人自然是昼出动物，晚上睡眠，而白天活动。但是，这样的活动式样并不是固定的，调整这个24小时生理节奏是可能的。调整24小时生理节奏也并不是没有问题的，而且各人要花几天的时间，依赖于24小时生理节奏轴上的位移幅度，并且因人而异。在调整过程中，各人一般在睡眠的时间里表现失眠，同时，在醒的时间里表现瞌睡。即使完全醒来时，若各人仍在调整过程中，则经常表现出笨拙和效率低下。
在人类中，对负责决定各人的24小时生理节奏的24小时生理节奏起动点的调整和重新调整是共同的。例如，轮班工作的工人、穿越子午线的旅行者，上了年纪的人、患有感情性精神病的人都能够从24小时生理节奏起动点的重新调整中得到好处。尽管某些动物研究已经提出影响24小时生理节奏系统所需的光的光谱成分的专题，但是在人类身上进行的就很少。利用单色光的一次辐照，Brainard和他的同事在[Annals N.Y.Acad.Sci.，453(1985)376-378]中得出结论，509nm的光比448，474，542，576和604nm更有效。
世界知识产权组织专利WO98/51372(Campbell)公开一种使人类24小时生理节奏时钟复位的方法，它包括向人体非眼睛部分投放非太阳光，可以任选在睡眠过程中进行。
美国专利US-A-5176133，US-A-5167228，US-A-5163426(Czeisler)全都公开准确计算和快速改变在至少36小时时期内的内生24小时生理节奏起动点(pacemaker)的相位和幅度的方法，一般涉及几个小时曝露于亮光的照射下。据信，之所以先有技术指出大约509nm的波长在抑制产生退黑激素过程中最有效的原因是受验人试验的问题。一般，施加一次的光剂量，而无法获得基线读数，并测量关于退黑激素抑制减小的效果。
下面将指出，向受验人投放的光不一定限于优选的波长。但是，重要的是为了影响退黑激素的抑制，向受验人投放的光中要有足够的必要的波长。
一般说来，用基本上单色的光时，对于波长在480nm以下的光源的lux水平应在40lux或更大的范围内。一般高达100,000的lux水平(相当于明亮的日光)是可行的，但是，更高的lux水平可能不仅使受验人感到不适，而且还会由产生和消耗大量能量而变得成本高昂。因而，最好提供大约在60和500lux之间的lux水平，更佳的lux水平在70和300之间。适当的lux水平可能在大约80和150lux之间。
光投放的持续时间由许多因素决定，包括各人的状态、调整到24小时生理节奏起动点的幅度和要求的结果。一般说来，光的投放应该发生在受验人不以其他方式曝露于明亮的日光下时或在退黑激素的产生正在出现、就要出现或刚刚结束时。峰值的产生一般是在01:00-05:00小时之间。在这之前的期间或在这个峰值期间的投放可以使24小时生理节奏大大地向前推移，亦即推迟它。类似地，这个峰值之后投放光可以向后移动这种节奏，使得可以选择两者之一，以便帮助跨越子午线的旅行，或轮班工作之后的适应。
尽管上列是指导原则，但是，下面将指出，其他制度可能更好地补偿跨越子午线的旅行或轮班工作的24小时生理节奏。其他条件可以根据受验人或负责任的临床医师认为适当来处理。例如，季节性感染的疾病(SAD)许多人会在冬季的月份感染。尽管本发明不受理论限制，但是看来，这些人不是在这个期间没有经受足够的直接太阳照射，就是在对这些月份中出现的日光量没有足够的灵敏度，或者他们的24小时生理节奏没有足够强壮，使得在冬季月份里节奏失去确定性，或者变得不正常地长或推迟了。无论是那一种原因，在白天，尤其是早上和黄昏，本发明补充的光用来重新定义受验人的24小时生理节奏并减轻疾病。
令人惊奇的是，本发明还特别适用于老人。老人的24小时生理节奏一般都不太强壮，晚上长时间失眠，而白天长时间打瞌睡。
在老年人对短波长的感受性由于年龄对晶状体和角膜的影响而大大减小。于是，按照本发明，加强短波辐射水平的治疗用来重新定义和加强老年人的24小时生理节奏，从而可将他们引向更正常的生活方式。对老年病人的治疗类似于患SAD病的病人的治疗，但强度一般较高，使得lux水平在200和1000之间，更典型的是200和600之间，通常可以采用高达400左右。可以采用优选范围的低端lux水平，其中，对于接近年老的人们，在大部分正常的白天时间使用短波长的光。例如，适当的水平很容易根据经历(carers)确定。
盲人也可以从本发明得益，把光直接照射在眼睛部分或身体的其他部位。下面将指出，治疗与所考虑的视觉缺失的性质密切相关。
如上所述，光的波长大于紫外线，尽管本发明也考虑到包括紫外线的更宽的范围。但一般说来，应该避免使用紫外光，以便把对受验人的危险降到最低。
现将用以下并非限制性的实例阐明本发明。
实例
对于每一个受验人，为各单色波长建立能流响应曲线。采用以下方法获得这些曲线：首先测量每次光治疗的基线，然后在规定时刻向受验人投放给定波长的不同光量，以便能够为每一个所研究的波长建立剂量响应曲线。这允许从每一条剂量能流响应曲线获得ED50读数。从这里，我们得以肯定，抑制退黑激素产生的有效波长远远低于预期值，在400至460nm的范围内。
A)方法
波长研究按研究分段(study leg)进行，每一个研究分段包括接连的三个晚上。第一晚是基线晚，后接两个曝光晚。总共进行20个研究分段，每一个受验人完成一次至16个分段之间、连续进行时，3或4个分段构成一个研究期(study session)。
  研究晚   时间19:00-07:00
  研究分段   接连的3个研究晚第一晚-基线第二晚-光治疗1第三晚-光治疗2
  研究期   每周或每隔一周连续的3-4个研究分段
选择22个受验人(4女；18男)，年龄在18-45岁范围(平均±SD＝27±7岁)。受验人是健康的成年人，除少数服用止痛药和口服避孕药片外，均不在接受药物治疗。
测试前三天，要求各受验人保持正常睡眠醒觉循环，并要求23:00时上床，07:00时起床。
研究晚
测试规程在19:00时开始。把内套管放在受验人的前臂上。从21:00至23:00时，对受验人保持暗灯光(＜10lux)。光治疗之前90分钟在每一只眼睛里滴一滴瞳孔放大Mimins托品酰胺0.5％(英国，Romford，Chauvin pharmaceuticals(公司))。滴入瞳孔放大液后立即要求受验人戴上眼罩，并且躺下呈半卧状态。于23:00时室内灯光关闭，所有受验人戴上眼罩在完全黑暗中躺下呈半卧状态。
在23:30和02:30之间的设定时刻给予受验人光治疗。光治疗的时间因人而定，以便出现在退黑激素峰值产生之前，在内生(自然)的退黑激素节奏上升斜坡上发生。
在投放瞳孔放大液之前刚好90分钟时取血样，然后以15分钟的时间间隔取样，从曝光之前15分钟至灯光关闭后一小时取样，然后隔30分钟后取最后一个样。把血样采集入锂肝素管中，在3000转/分下离心10分钟。分离血浆，并在-20℃下储存直至测试为止。
在23:30和02:30之间的不同时间对3-7个受验人进行30分钟各自不同的光治疗。要求受验人将他们的头部放在光球内(infra)，让下巴正确地放在下巴托上，头部顶着头巾。调整下巴托，使得各人的眼睛与中心线处于同一水平上。要求他们保持睁开眼睛，固定地盯着球体背部中心标记的点。
光治疗的摘要列于下表1。
对于光治疗，受验人把他们的头部放在45cm直径的球体内(英国，Leeds，Apollo Lighting公司)。球体具有开孔，以便把受验人的头部伸进去。球体内部涂了8层白色反光漆(英国，Hertfordshire，Letchworth，Integra Biosciences Ltd，Kodak White reflectiveCoating(Kodak白反光涂料))，以便给出96％的反光面(英国，苏格兰，Livingstone，Macam Photometrics Ltd)。可调整的下巴托装在屋内，涂有反光涂料。这连同头巾一起装配到球体上。
                        表1
  波长(nm)   辐照度(μW/cm2)   受验人数(N)
  424   1.92.84.59.011   66665
  456   2.04.08.029   5554
  472   1.82.84.19.0142231   6766665
  496   3.06.513182630   476655
  520   0.71.83.34.17.016274165   363576565
  548   7.214265265   55335
  白光   2.23.96.67.291   36458
这个光球向瞳孔放大了的个人的整个视网膜提供均匀的照明。该球体通过光缆照明，光缆装在圆顶20°角度处。该光缆连接到光源，后者由金属卤素电弧灯(美国，VA，Fairfax，Enlightened TechnologyAssociates Inc)提供。
试验中使用了四种不同的光盒。光盒A和B使用21瓦由Welch-Allyn研制的小型金属卤素电弧灯。光盒C和D使用50瓦由Welch-Allyn研制的小型金属卤素电弧灯。每一种光盒都包含在光源和光缆之间的热反射镜，以便保证把紫外线(UV)和红外线(IR)滤除(美国，VA，Fairfax，Enlightened Technology Associates Inc)。
在稍后要求较高辐照度的试验中(研究分段17-20)，两条光缆从两个光盒通过适配输入端口向一个球体馈送。
用紫外线辐射计(美国，CA，San Gabriel，UVP Inc.)测试时，所有光源均表现出无UV发射。对光源还进行了电磁场(EMF)产生测试。所有光治疗条件均表现出没有大于0.1μT背景电平的EMF。
在最大透射率(λmax)430nm，460nm，480nm，500nm和560nm等6个不同波长上的单色滤光器(半最大带宽λ1/2＝10nm)(英国，Hert，Watford，Coherent Ealing)放入球体的输入端口。利用也放入球体输入端口光探头和球体之间的Kodak Wratten中性密度滤光器(英国，Surrey，Croydon，Richard Frankfurt)的组合对单色光的强度进行调整。
光源装置稍微改变单色光的光谱质量，并用分光光度计(美国，CA，Chadsworth，Photoreseach，Spectrascan 650 portable)进行的测量证实了眼睛水平的实际波长。其(λmax)424nm，456nm，472nm，496nm，520nm和548nm(λ1/2＝5-13nm)。
利用便携式辐射计(英国，苏格兰，Livingstone，MacamPhotometrics Ltd)在受验人眼睛水平测量光。应该指出，即使检测器调整到垂直角度，辐照度都没有改变。然后把以μW/cm2为单位测量的辐照度通过下述计算换算为光子数。
也在受验人眼睛水平上测量了单色光的光谱特性，以便确定通过滤光器每一个波长上光的透射％。这是这样做的，使得若球体或光缆改变滤光器的光谱特性，则这应该在光子数计算时考虑。
为了计算单色光给定辐照度下的光子数，利用了测得的辐照度和每毫微米光的能量/光子。
光子/cm2/s＝辐照度(μW/cm2)/波长处一个光子的能量
例如，500nm光一个光子的能量可以用下方程式计算：
E＝hV
h＝Plank常数(6.625×10-34瓦/s2)
V＝C/λ波的频率((光速(C)＝3.00×1017nm/s)/λ)
因此，若500nm光测得为3μW/cm2)，则光子数的计算如下：
首先，计算这个光中一个光子的能量为
E＝hV    (V＝C/λ)
E＝(6.625×10-34瓦/s2)×(3.00×1017nm/s)/500nm)
E＝3.975×10-13μW/光子/s
于是，3μW/cm2的辐照度下
光子数/cm2/s＝(3μW/cm2)/(3.975×10-13μW/光子/s)
            ＝7.5×1012光子/cm2/s
为了计算曝光30分钟给出的总光子数，
计算总秒数＝30×60＝1800秒
总光子数＝(7.5×1012光子/cm2/s)×(1800)
        ＝1.35×1016光子/cm2
制造商提供每一个单色滤光器的透射率％。总光子数通过加上每10nm波长透射的光子/cm2/s。例如，若500nm滤光器在500nm下只透射50％，在490nm下透射1％，在510nm下透射1％，则为了计算由500nm96％，490nm和510nm各2％组成的所测量的光的光子数，如上所述地计算光子/cm2/s，并乘以实际透射百分比。然后把每10nm波长的光子/cm2/s加在一起获得所测量的辐照度下的光子/cm2/s。这个数值用曝光持续时间进行校正。对于所有计算都采用实际测量的光子数。
用直接RIA(放射免疫测量法)测定血浆退黑激素水平。在同一测量中测量每一个受验人每一个研究分段的所有血浆样品。测量按夜晚顺序(亦即，23:00n1，n2，n3，然后所有三晚的下一个时刻)以便把测量漂移对测量的任何影响减到最小。RIAcalc程序计算结合的或自由的总计数的百分比，然后把它们作为退黑激素标准已知浓度的函数画出来。通过标准点的拟合成平滑曲线，并由此曲线计算已知样品的浓度。
数据分析。
对于每个个人的每一次光治疗，每一个时刻都表达为相应基线时刻的百分比。在每一个辐照度研究中，对每一个时刻求出各个数据的平均值。对每一时刻的基线夜和光治疗夜之间检查差别是否显著进行配对的Students’t测试。这些数据表明，最大退黑激素抑制出现在灯光点亮后的30-45分钟左右。因此，这两个点用在退黑激素抑制的计算中。
通过比较灯光点亮后30和45分钟两个时刻的平均值计算血浆退黑激素的光诱生抑制，在光治疗夜(N2)对于每一个个人的基线夜(N1)的同一值如下：
Figure C0180268700191
对来自所有接受同一光治疗的受验人的数据求平均(数学平均)。求各个数据的log变换，然后求平均。对这些数值变换得出几何平均值±方差。
辐照度响应曲线拟合。对每一个波长划出辐照度响应曲线(光子/cm2与退黑激素抑制％)。利用下列4参数逻辑方程式(SAS 6.12)产生最优拟合曲线
y = a - c ( 1 + ( x / b ) d ) + c
y＝退黑激素抑制％
a＝辐照度(I)＝0时的响应
c＝当I最大时的响应
x＝光子总数
b＝半饱和响应
d＝直线斜率
B)结果
参照附图可以最好地理解本发明的方法，附图中：
图1是利用4参数逻辑方程式得出的辐照度响应曲线；
图2是对每一个波长、相对于456nm按照50％计算最大灵敏度(σ)画出的作用光谱；
图3是图2作用光谱的最优拟合；
图4a表示在年轻人(曲线A)和老年人退黑激素抑制相对刻度上I与波长的关系，晶状体校正(曲线B)和暗适应视觉曲线(曲线C)和明适应视觉曲线(曲线D)；
图4b表示波长为500*10-6m(＝500nm)时相对刻度上退黑激素抑制的程度S与辐射密度(单位为瓦/m2)的关系；
图5表示控制受验人警觉性的适当辐射的三个主要区域A，B和C的示意图，x-轴代表退黑激素瓦/瓦的百分率F，y-轴代表光通量/瓦，三角代表/03-低压汞放电荧光灯；
图6表示低照明水平下适宜于退黑激素抑制的低压汞放电荧光灯的发射光谱，x-轴代表波长λ，而y-轴代表相对辐射强度E；
图7表示没有滤光器(曲线A)和有滤光器(曲线B)时“白光”高压钠放电灯的发射光谱，x-轴代表波长λ，而y-轴代表相对辐射强度E。
对于每一个波长利用4参数逻辑方程式的辐照度响应曲线，利用0作为0辐照度的响应(a)(图1)。数值范围用于最大响应(c)和斜率(d)固定，对这些计算不受限制。在70(r值≥0.99)下最大响应时这些数据达到最优拟合。在1.5下斜率固定。因此，这个最大值用的方程式如下：
式中I＝光子总数
σ＝半饱和常数
对于每一个波长，从拟合线算出的50％最大灵敏度(σ)：424nm下为1.86×1016光子/cm2，456nm下为1.79×1016光子/cm2，472nm下为2.29×1016光子/cm2，496nm下为3.60×1016光子/cm2，520nm下为4.23×1016光子/cm2，548nm下为1.49×1016光子/cm2。这些数据相对于456nm画出曲线(图2)。
然后利用由Dartnall列线图产生列线图对4个已知的感光器拟合作用光谱(图2)。为红(500nm)感光器、蓝(420nm)视锥、绿(535nm)视锥产生各个列线图，并利用不同比率的结合来匹配所观察的退黑激素抑制作用光谱。利用65％蓝视锥和35％红感光器获得了最优拟合(图3)。
结果表明，在已知的感光器中，蓝视锥(λmax420nm)在退黑激素抑制中牵连最深。与424nm光相比，产生等效的抑制需要496nm(红感光器λmax)两倍的光子左右。要产生同样的效果520nm波长要用2.2倍多的光子。要产生同样的效果548nm范围内要用约8倍多的光，这意味着红视锥在这个系统中影响最小。
图4a表示相对刻度中的灵敏度曲线，亦即每一个独立的灵敏度曲线的最大值设置为1，暗适应夜视(曲线C)、正常颜色亮适应视觉(曲线D)和典型的对年轻人(20-40岁，曲线A)和老年人(＞＝60，曲线B)晶状体透射率校正的退黑激素抑制。图4a清楚表明，与亮适应灵敏度相比，甚至与暗适应灵敏度相比，退黑激素抑制灵敏度移向波长较短的区域。退黑激素抑制灵敏度在400-460nm之间达到峰值，在560nm效率降低到0左右，560nm的波长接近于555nm亮适应视觉最大灵敏度。亮适应视觉(眼睛灵敏度光通量)具有由波长555nm的1瓦光获得的683流明的值。图4a还表示通过老年人眼睛的退黑激素抑制灵敏度显著减小，而其最大灵敏度移向较长的波长，亦即移向475nm波长。
图4b表示曝光时间为30分钟的退黑激素抑制程度和辐射强度(瓦/m2)的关系。给出波长500nm的曲线，与其他波长的关系类似，对于420-490nm曲线移向较高的辐射密度。对于约510-560nm，曲线移向辐射密度较高的区域。在瞳孔放大的情况下，50％最大退黑激素抑制出现在0.08瓦/m2。
图5表示获得对退黑激素循环的各种所需效果的适当辐射的区域。区分出三个区域，亦即A，B和C。在A区，所述光照明水平低，退黑激素瓦/瓦＞0.45，而1m/瓦低于60，甚至低于20，但具有非常高的退黑激素抑制。在B区，光具有可以接受的照明水平，具有高的退黑激素抑制。这个区域B的主要特征的退黑激素瓦/瓦＞＝0.45，流明/瓦＞＝60。可以分成白、稍白色和彩色光源。基本好处是在与A区几乎相同的退黑激素抑制能力的情况下具较好的照明条件。在C区，光具有低的退黑激素抑制和高的照明水平。这个C区的特征是退黑激素瓦/瓦＜0.2(和/或＜＝0.1退黑激素瓦/瓦)，具有不同的流明/瓦＞＝100。在这个区域，也可以在白、稍白色和彩色光源进行区分。
对于用按照本发明的方法对受验人进行的治疗，所述方法可以包括以下三个步骤：
-确定受验人的循环阶段；
-估计关于受验人循环的所需的效果；
-确定周围光辐射对受验人循环退黑激素变化的影响；
-为抑制和允许退黑激素增长或刺激退黑激素减少，分别选择具有按照区域A，B或C中一个光辐射输出的光源，确定要求的光辐射(光谱、强度、曝光时间和间隔周期)；
-在基本上不影响所述循环阶段的情况下使受验人曝光于适当的光辐射下，适当的光辐射由退黑激素抑制性辐射(退黑激素瓦/瓦)的输出分数和光输出(流明/瓦)规定，调整输出分数和光输出、以便获得关于所述循环的阶段的所需效果。
图6表示作为带有标称功率15瓦的系统一部分的低压汞放电灯的发射光谱，该灯具有SPE(用Eu2+激活的焦磷酸锶)内部涂层。正常情况下，该灯用于光复制。但是，它非常适宜于按照本发明的方法的应用，因为该灯的发射光谱的峰值在420nm左右，接近最大退黑激素灵敏度的最大值。该灯可以有效地用于按照本发明的方法，因为它在低的照明水平的情况下非常适合于抑制退黑激素。当以(暗)间隔时间，亦即灯停止工作的30分钟周期向受验人施加30分钟曝光时间时，该方法应用有效。该方法在以下的活动中找到它的用途，即须要低的照明水平，但该活动要求人保持警觉性和清醒，例如飞机场的控制室和晚上卡车司机的驾驶室。当卡车驾驶室设有所述15瓦的系统包括该灯时，驾驶室内的照明水平约为3lux，而退黑激素抑制性辐射强度约0.08瓦/m2。3lux的照明水平相当于暗照明水平。退黑激素抑制性辐射强度约为0.08瓦/m2，是退黑激素约50％的抑制的适当数值。灯的发射光谱具有某种不希望有的辐射，见图6。对于小部分，它具有紫外线区域内不希望有的辐射，亦即波长短于380nm，在蓝绿区域以外，亦即波长长于540nm。这种不需要的辐射可以利用适当的滤光器以相对比较简单的方法消除。例如，由蓝绿区域以外的发射引起的照明水平，可以例如用频带边缘在510nm左右的吸收滤光器非常简单地减小。用这种滤光器照明水平降低到大约1lux左右，这对卡车驾驶室是一个适当的照明水平。滤光器只会使退黑激素瓦/瓦相对较小的减小。
图7表示“白光”高压钠放电灯A和B，分别不加滤光器(曲线A)和加滤光器(曲线B)的发射光谱。滤光器一般可以用吸收边缘在460nm的吸收滤光器。带有滤光器的灯，亦即灯B具有退黑激素抑制性辐射约0.09退黑激素瓦/瓦输出分数的适当的光辐射。不带有滤光器的灯，亦即灯A具有高得多退黑激素抑制性辐射输出分数，正如从它的明显较高的发射可以看出，特别是在波长400-475nm区域，亦即退黑激素抑制灵敏度最大值左右。A和B两种灯都具有优异的现色指数CRI＞＝80，效率超过220流明/瓦。尤其是灯B适合于要求可见光条件，而睡眠质量不应降低的情况。可以在晚上短时间醒来或者在晚上需要接受检查，例如在家老人，但也可以在带小小孩儿的父母、老人院、医院和私人疗养院中的人们中找到用途。

Claims (10)

1.一种通过适当的光辐射控制受验人的警觉性的方法，受验人具有至少涉及退黑激素增长和退黑激素降低阶段的退黑激素变化循环并处在所述循环的一个阶段，通过抑制或允许所述退黑激素增长，或通过刺激所述退黑激素降低进行控制，所述方法包括以下步骤：
根据关于所述循环阶段的所需效果，在曝光期间使受验人曝露于适当的光辐射之下，所述所需效果是抑制所述退黑激素增长或刺激所述退黑激素衰减；
其中，适当的光辐射是由以退黑激素瓦/瓦为单位的退黑激素抑制性辐射的输出百分率和以流明/瓦为单位的光输出规定的，由此所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是标准化为1瓦的光谱功率E(λ)和退黑激素灵敏度M(λ)的乘积，针对所有波长(λ)对该乘积求和，
调节所述输出百分率和光输出以便获得关于所述循环阶段的所需效果，其特征在于：
i)所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是＞＝0.45退黑激素瓦/瓦，而所述光输出是＜＝60流明/瓦，或
ii)所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是＞＝0.45退黑激素瓦/瓦，而所述光输出是＞＝60流明/瓦，或
iii)所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是＜＝0.2退黑激素瓦/瓦，而所述光输出是＞＝100流明/瓦，光源具有现色指数＞＝65，并且所述退黑激素抑制性辐射具有小于509nm的波长。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是＞＝0.45退黑激素瓦/瓦，而所述光输出是＜＝20流明/瓦。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是＞＝0.45退黑激素瓦/瓦，而所述光输出是＜＝10流明/瓦。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是＞＝0.45退黑激素瓦/瓦，而所述光输出是＞＝100流明/瓦，光源具有现色指数＞＝65。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是＞＝0.6退黑激素瓦/瓦，而所述光输出是＞＝100流明/瓦，光源具有现色指数＞＝65和色温＞＝6500K。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是＜＝0.1退黑激素瓦/瓦，而所述光输出是＞＝100流明/瓦，光源具有现色指数＞＝65。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述退黑激素抑制性辐射的输出百分率是从＞＝0.45退黑激素瓦/瓦转变到＜＝0.2退黑激素瓦/瓦，而所述光输出是＞＝100流明/瓦，光源具有现色指数＞＝65。
8.如上述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于：从包括以下装置的一组中选择用于调整由受验人接受的适当的光辐射的装置：滤光装置；可换档光源；和包括第一和第二光源的照明系统。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在对环境光辐射进行屏蔽时，将受验人暴露于光照。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在两次曝光周期之间没有适当光辐射的情况下，间隔地将受验人暴露于光照。
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