CN1795944A - 一种用于光动力治疗的光照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光动力治疗的光照射装置，包含：发光体固定基座；多个红光发光体，以一矩阵分布方式设于该发光体固定基座上；及多个蓝光发光体，以另一矩阵分布方式设于该发光体固定基座上；当该红光发光体或该蓝光发光体的排列规则为以一定间隔形成一单位面积具一特定范围内的分布数量时，该发光体固定基座边缘具光反射面；当该红光发光体或该蓝光发光体的排列规则为内侧部排列以预定宽距离而边缘侧以预定窄距离时，该发光体固定基座边缘不具光反射面。本发明生产容易，所需新添设备价格及技术要求都不大，光均匀度佳，易于大量生产，而且是针对皮肤疾病而设计。

Description

一种用于光动力治疗的光照射装置

技术领域

本发明涉及一种用于光动力治疗的光照射装置，具有区域范围内照度均匀的优点，针对脸部或皮肤的某部位患部照射，主要利用充发光二极管排列的方法及外围反射罩来改善照射特性，而且较现有的传统光动力照射装置均匀度提高。

背景技术

光动力疗法(Photo-Dynamic Therapy，PDT)又称光照射疗法，其基本原理就是先用光感物质来标示肿瘤细胞，再用强光或雷射光照射，强光或雷射光与肿瘤细胞或肿瘤组织中的光感物质(光敏物质)发生光化学作用，在光感物质所在的位置造成细胞毒性，杀灭肿瘤细胞(如癌细胞)。

PDT诊治人体肿瘤，必须具备三个因素：(1)在肿瘤组织中含有一定浓度的光敏物质；(2)肿瘤组织中含有分子状态的氧；(3)适当波长的光。临床上选用的光敏剂必须具备以下条件：1、对人体基本上无毒性；2、注入人体后能选择性地贮留在肿瘤组织中，而在短时期内从正常组织中被排泄掉；3、能被一定波长的光所激活。所选用的激励光源应该和光敏剂相适应，即其波长能激活该光敏剂，而且这种波长的光应能穿透一定深度的人体组织。根据实验研究，光敏剂中的大聚合物是PDT诊治癌症的主要成份。有人认为当光敏剂注入人体后，开始时光敏剂可以通过微血管系统进入正常组织和肿瘤组织，但由于肿瘤组的淋巴回流系统不像正常组织的淋巴系统健全，因此这些大聚合物在肿瘤中贮留的时间要比正常组织长。光敏剂有一种非常强的、甚至能在血清中和大聚合物进行自我结合的倾向(分子量达6000，和白蛋白的大小相似)。这些聚合物有可能和其它血清组分一起漏到肿瘤间质的液体中长期停留，并紧紧地结合在肿瘤组织表面，然后逐渐分离而和肿瘤细胞成分主要是和肿瘤细胞膜等结合。经过一定时间，肿瘤周围的光敏剂基本上被排泄掉，但肿瘤中仍贮留相当浓度的光敏剂，在此时进行光照，就会使肿瘤组织发射萤光或破坏肿瘤。并且作为一种选择性治疗的必要条件，它们在血清中被清除后不能继续贮留在肿瘤内。

在现有的光动力疗法中，在皮肤表面治疗装置方面，如美国专利US5660461当中列举了一种平面二极管矩阵，请参考图1所示的光动力疗法装置1a，具有发光体固定机架10a，其上具有多个发光体12a(可为发光二极管)以矩阵方式排列，且每一发光体12a都有反光罩14a用以聚光，该现有技术虽然有光均匀分布的矩阵结构配合每一发光体12a都有的反光罩14a，但是其反光罩14a结构过于繁复众多，造成该光动力疗法装置1a组装不便且成本增多，因为要制造结构精密的发光体固定机架10a必须考虑制造程序或相关治具的成本，且反光罩的使用其实有过度设计(over design)的状况，因为在实际照射皮肤做治疗时，不必要对每一点光源做区域聚光，因为多余的设计意味着制造成本的提高，因此上述习知技艺具有极大的改善空间，如简化反光罩14a及简化发光体固定机架10a，最好是能使用电子工业中最常见的发光二极管LED的封装方式，及用简单的固定机架来固定发光二极管，如此一来大量生产可使得光动力疗法不再是少数病患的特权，而能形成大众化价格而广泛利用于皮肤肿瘤相关疾病。

在现有的发光二极管放射装置中，在平面能量放射装置方面，如美国专利US5278432当中列举了一种平面二极管矩阵，虽然未指定专用于光动力疗法，也有一定的参考价值，请参考图2所示的发光二极管放射装置1b，具有二极管固定机座10b，其上具有多个发光二极管12b以矩阵方式排列，且每一发光二极管12b都有电路14b用以控制发光，该现有技术虽然有光均匀分布的矩阵结构配合每一发光二极管12b连接的电路14b，且其二极管固定机座10b可为具有一印刷电路板结合相关电子零件组合而成，与图1的装置相比，发光二极管放射装置1b具有易于组装(发光二极管12b直接放在具印刷电路板的二极管固定机座10b上)的优点，但二极管固定机座10b边缘的光照射亮度较低为其缺点，使得上述现有技术也具有极大的改善空间，因此虽然本现有技术应用到较佳的发光二极管组装方式，在用于光动力疗法时也需加以改善其装置的结构，但其易组装特性可用于光动力疗法的照射装置，使相同优点能用于新应用领域(专门针对皮肤照射的光动力疗法领域)。

因此，对现今市面上大部分对皮肤的光动力疗法而言，尤其是青春痘及不明原因皮肤瘤，需要大面积及照射均匀的光源装置，最重要的为可低成本制造及使用方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、具有易制造而能维持均匀照射的光动力疗法光源装置的结构，其专业型结构需符合面部曲线以方便照射，可用于皮肤肿瘤，可以提供高品质的医疗效果特性，并且其控制电路可为电流或电压的调整以使光源装置的亮度得到调整，方便用于不同需求的光动力疗程。

为了实现上述目的，本发明提供一种以发光体固定基座(可包含印刷电路板及该印刷电路板具一平面可粘着发光二极管的能力)安排矩阵式分布的红光二极管与蓝光二极管，加上矩阵边缘以反光罩反光(调整光均匀度)或发光二极管以矩阵外侧窄间隔距离配合矩阵内侧间隔宽距离(另一种调整光均匀度的方法)为主要结构，配合传统电子装置制作及外围设备，研究出本发明。

本发明的结构包含：一发光体固定基座；多个红光发光体，以一矩阵分布方式设于该发光体固定基座上；及多个蓝光发光体，以另一矩阵分布方式设于该发光体固定基座上；当该红光发光体或该蓝光发光体的排列规则为以一定间隔形成一单位面积具一特定范围内的分布数量时，该发光体固定基座边缘具光反射面；当该红光发光体或该蓝光发光体的排列规则为内侧部排列以预定宽距离而边缘侧以预定窄距离时，该发光体固定基座边缘不具光反射面。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，该矩阵分布方式为每一横向红光发光体等距且每一纵向红光发光体等距；且其中该另一矩阵分布方式为每一横向蓝光发光体等距且每一纵向蓝光发光体等距。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，该多个红光发光体与该多个蓝光发光体分布于同一发光体固定基座的一平面或多个平面上。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，该固定基座形成一U形曲面或多个平面形成U形，以罩住使用者的面部进行治疗。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，还包含一框架，以固定该发光体固定基座。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，该发光体固定基座具有一把手。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，还包含一脚架，以支撑该发光体固定基座于一平台上。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，还包含一外壳，为导热材料所制成。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，还包含一散热片与一散热风扇，其中该散热风扇吹送气流用于针对该散热片进行散热。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，还包含一电流控制电路设于该发光体固定基座，以对该红光发光体或该蓝光发光体进行亮度控制。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，还包含一光扩散罩设于该红光发光体及该蓝光发光体的对面，以扩大照射区域。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，还包含一光集中罩设于该红光发光体及该蓝光发光体的对面，以局部强化照射区域。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，该发光体固定基座为可折叠的结构。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，还包含一电池装置，设于该发光体固定基座。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，该红光发光体或该蓝光发光体为发光二极管或有机发光二极管所构成。

上述用于光动力治疗的光照射装置，其特点在于，该红光发光体为632-660nm波长及该蓝光发光体为405-415nm波长等的范围内。

本发明有以下优点：(1)生产容易，所需新添设备价格及技术要求都不大；(2)光均匀度度佳；(3)容易大量生产；(4)针对皮肤疾病的特别设计。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有光动力治疗装置的示意图；

图2为现有发光二极管数组光源示意图；

图3为发光二极管辐射角度计算参考示意图；

图4为发光二极管辐射角度对强度示意图；

图5为发光二极管辐射强度对电流强度的示意图；

图6A为发光二极管俯视图；

图6B为发光二极管仰视图；

图6C为发光二极管侧视图；

图7为本发明第一实施例示意图；

图8A为本发明第一实施例平面辐射强度示意图；

图8B为本发明第一实施例X轴辐射强度示意图；

图8C为本发明第一实施例Y轴辐射强度示意图；

图9为本发明第二实施例示意图；

图10为本发明第二实施例子平面示意图；及

图11为本发明第二实施例子平面X轴辐射强度示意图。

其中，附图说明：

1a-光动力疗法装置，1Oa-固定机架

12a-发光体，14a-反光罩

1b-发光二极管放射装置，10b-二极管固定机座

12b-发光二极管，14b-电路

10-硅基树脂，12-阴极标示

14-阴极接点，16-阳极接点

20-红光二极管数组，30-蓝光二极管数组

40-反射面，50-发光体固定基座

60-子平面

具体实施方式

本发明分为便携式(Portable)及专业型(Professional)设计，会影响光照度的能量分布的因素有：LED与照射面的距离、LED的辐射分布、LED的光功率大小(操作电流及温度)、LED的排列分布、边缘增加反射面的设计以及使用diffuser等，这些都会影响照射面的光强度分布。

本发明采用红蓝光发光二极管(LED)同时以矩阵分布方式设计，其原理根据British Journal of Dermatology皮肤学2000：142：973-978所发表有关红、蓝光并用的医疗应用显示：蓝光(415nm)与红光(660nm)并用可治疗轻微至中度严重的青春痘(acne vulgaris)，疗程三个月。蓝光LED光谱范围内包括了9％在紫外光范围，具杀菌效果(anti-bacterial action)，且不会杀伤皮肤。照射量：4.23mW/cm²，每天15分钟，累计320J/cm²。而红光具抗发炎效果(anti-inflammatory action)，照射量：2.67mW/cm²，每天15分钟，累计202J/cm²。其每平方公分的光功率分布为2.67mW/cm²至4.23mW/cm²之间，光动力疗法中的每次疗程的剂量(dose)是以累积的能量为基准，因此光功率分布越强则照射时间越短。

本发明的研发目的是设计一个具有双波长照射的光动力疗法的设备，具有双波长红、蓝光。以下将针对不同需求的系统雏型做设计及对应不同规格的LED所排出的数组作一完整的仿真及设计。除了设计局部使用的光动力疗法的设备外，也设计专业使用的全罩式设备，可针对不同的要求来更改参数以达到系统需求。

请参考以下的名词及单位：

辐射流量(Radiant Flux)：

φv(W)～流明(Lumen，Lm)

φe(W)～焦耳/秒(Joules/sec)

辐射强度(Radiant intensity)

$\mathrm{Ie}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{\mathrm{d\φ\ϵ}}{\mathrm{d\Ω}}(W/\mathrm{Sr})$

$\mathrm{I\υ}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{\mathrm{d\φ\υ}}{\mathrm{d\Ω}}(\mathrm{Lm}/\mathrm{Sr})$

照射度(Irradiance E(W/cm²))

$\mathrm{Ee}\left(\mathrm{\λ}\right)(W/{\mathrm{cm}}^2)=\frac{\∂\mathrm{\φe}\left(\mathrm{\λ}\right)}{\∂A}(W/{\mathrm{cm}}^2)$

$\mathrm{E\υ}\left(\mathrm{\λ}\right)(\mathrm{Lm}/m^2)=\frac{\∂\mathrm{\φ\υ}\left(\mathrm{\λ}\right)}{\∂A}(\mathrm{Lm}/m^2)$

辉光效率(Luminous efficiency)

请再参考以下计算公式(请参考图3所示)：

$\mathrm{d\ω}=\frac{\mathrm{dA}}{R^2}=\frac{2\mathrm{\π}R\sin \mathrm{\θ}\·\mathrm{Rd\θ}}{R^2}=2\mathrm{\π}\sin \mathrm{\θd\θ}$ (弧度变量)

$I_e=\frac{{\mathrm{d\φ}}_e}{\mathrm{d\Ω}},\mathrm{\φ}={\∫I}_e\mathrm{d\Ω}$

∴ ${\mathrm{\φ}}_e=I_O\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}2\mathrm{\π}\sin \mathrm{\θ}\·\mathrm{d\θ}=I_O\·I_r\left(\mathrm{\θ}\right)\·2\mathrm{\π}\sin \mathrm{\θ}\·\mathrm{\Δ\θ}$ (一定弧度辐射强度)

or $\frac{{\mathrm{\φ}}_e}{I_O}=I_r\left(\mathrm{\θ}\right)\·2\mathrm{\π}\sin \mathrm{\θ}\·\mathrm{\Δ\θ}$ (单位弧度辐射强度)

由上述推演公式再参考图4的发光二极管亮度对角度分布图及图5的电流对亮度分布图(此两个图由LITE-ON料号LTST-C190KRKT的规格书摘录下)可知单位弧度的亮度，即可用计算机仿真数组状排列的发光二极管的发光状况。

本发明可使用如图6A到图6C所示的表面粘着型的发光二极管形式，即具有硅基树脂10封装及阴极标示12的长方形发光二极管，其可以其底面的阴极接点14及阳极接点16粘着在印刷电路板上。

请参考图7所示的红光二极管数组20及蓝光二极管数组30配合圆形发光体固定基座50边缘具有圆环状反射面40的设计(便携式)，其中红光632nm采用LITE-ON LTST-C190KRKT-R(BIN Code)，操作电流I_f＝20mA时，规格如上所述。至于405nm蓝光则采用其它相同包装(0603size)的LED(也可使用不同尺寸包装但须排列间隔均匀)。经过计算机仿真得出632nm波长LED的数组分布(图7)及光分布(图8B中X方向分布及图8C中Y方向分布配合图8A的整而分布状况)由此可看光均匀地分部于照射面上。

再请参考图9所示专业型的七个子平面60形成一U形圆弧的大型光源装置，其中每一子平面60具有红光二极管数组20及蓝光二极管数组30，且具有一特定的排列方式70，即排列规则为内侧部排列以预定宽距离而边缘侧以预定窄距离(如图10所示)，且其中该专业型为一圆弧状设计共分七片长条型，如图9，每一片专业单片长条型LED分布如图10所示。由于未能在边缘使用反射镜面，但可借着调整中间的LED间距使边缘的光分布更均匀，LED分布如图10，光分布如图11，可做到在20cm长度内的光分布均匀，对大部分人的脸部长度是足够的。

在此对本发明结构做一叙述；一发光体固定基座50；多个红光发光体(即红光二极管数组20)，以一矩阵分布方式设于该发光体固定基座50上；及多个蓝光发光体(蓝光二极管数组30)，以另一矩阵分布方式设于该发光体固定基座50上；当该红光发光体或该蓝光发光体的排列规则为以一定间隔形成一单位面积具一特定范围内的分布数量时(即均匀式分布)，该发光体固定基座50边缘具光反射面40；当该红光发光体或该蓝光发光体的排列规则为内侧部排列以预定宽距离而边缘侧以预定窄距离时(即前述的专业型分布方式)，该发光体固定基座50边缘不具光反射面40。

以下将详述本发明的实施例细部变化；其中该矩阵分布方式可为每一横向红光发光体等距且每一纵向红光发光体等距；且其中该另一矩阵分布方式可为每一横向蓝光发光体等距且每一纵向蓝光发光体等距；其中该多个红光发光体与该多个蓝光发光体可分布于同一发光体固定基座的一平面或多个平面上；其中该固定基座可形成一U形曲面或多个平面形成U形，以罩住使用者的面部进行治疗；进一步还可包含一框架，以固定该发光体固定基座；其中该发光体固定基座可具有一把手；还可包含一脚架，以支撑该发光体固定基座于一平台上；还可包含一外壳，为导热材料所制成；进一步可包含一散热片与一散热风扇，其中该散热风扇吹送气流用于针对该散热片进行散热；还可包含一电流控制电路设于该发光体固定基座，以对该红光发光体或该蓝光发光体进行亮度控制；还可包含一光扩散罩设于该红光发光体及该蓝光发光体的对面，以扩大照射区域；还可包含一光集中罩设于该红光发光体及该蓝光发光体的对面，以局部强化照射区域；其中该发光体固定基座为可折叠的结构；还可包含一电池装置，设于该发光体固定基座；其中该红光发光体或该蓝光发光体可为发光二极管或有机发光二极管所构成；其中该红光发光体可为632-660nm波长及该蓝光发光体为405-415nm波长等的范围内。

须知本发明的表面粘着技术的发光二极管的生产机械设备并非高价或不易取得的设备，且反射面40也为一般手电筒常用的聚光装置，因此本发明的设置容易；且本发明的基材结构兼顾制造容易及发光均匀；而且本发明对传统电子装置的加工程序影响不大，完全可以溶入现有的电子装置生产程序当中，现有电子装置机台不需大幅修改。

本发明有以下优点：(1)生产容易，所需新添设备价格及技术要求都不大；(2)光均匀度度佳；(3)容易大量生产；(4)针对皮肤疾病的特别设计。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (16)

1、一种用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，包含：

一发光体固定基座；

多个红光发光体，以一矩阵分布方式设于该发光体固定基座上；及

多个蓝光发光体，以另一矩阵分布方式设于该发光体固定基座上；

当该红光发光体或该蓝光发光体的排列规则为以一定间隔形成一单位面积具一特定范围内的分布数量时，该发光体固定基座边缘具光反射面；

当该红光发光体或该蓝光发光体的排列规则为内侧部排列以预定宽距离而边缘侧以预定窄距离时，该发光体固定基座边缘不具光反射面。

2、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，该矩阵分布方式为每一横向红光发光体等距且每一纵向红光发光体等距；且其中该另一矩阵分布方式为每一横向蓝光发光体等距且每一纵向蓝光发光体等距。

3、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，该多个红光发光体与该多个蓝光发光体分布于同一发光体固定基座的一平面或多个平面上。

4、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，该固定基座形成一U形曲面或多个平面形成U形，以罩住使用者的面部进行治疗。

5、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，还包含一框架，以固定该发光体固定基座。

6、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，该发光体固定基座具有一把手。

7、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，还包含一脚架，以支撑该发光体固定基座于一平台上。

8、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，还包含一外壳，为导热材料所制成。

9、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，还包含一散热片与一散热风扇，其中该散热风扇吹送气流用于针对该散热片进行散热。

10、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，还包含一电流控制电路设于该发光体固定基座，以对该红光发光体或该蓝光发光体进行亮度控制。

11、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，还包含一光扩散罩设于该红光发光体及该蓝光发光体的对面，以扩大照射区域。

12、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，还包含一光集中罩设于该红光发光体及该蓝光发光体的对面，以局部强化照射区域。

13、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，该发光体固定基座为可折叠的结构。

14、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，还包含一电池装置，设于该发光体固定基座。

15、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，该红光发光体或该蓝光发光体为发光二极管或有机发光二极管所构成。

16、根据权利要求1所述的用于光动力治疗的光照射装置，其特征在于，该红光发光体为632-660nm波长及该蓝光发光体为405-415nm波长等的范围内。

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