CN201168349Y

CN201168349Y - 芯片集成led体内照射光源头

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Publication number: CN201168349Y
Application number: CNU2007200822124U
Authority: CN
Inventors: 徐岩; 刘先成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2017-11-30

Abstract

本实用新型公开了一种芯片集成LED体内照射光源头，解决现有光子治疗中存在的光功率密度小、光斑小、光功率损耗大等问题。本实用新型包括芯片集成LED、散热器、聚光器、外壳，芯片集成LED背面连接在散热器上，聚光器一端与芯片集成LED发光面连接，另一端连接光纤。采用本实用新型结合光纤、光头，实现了体内腔道炎症以及体内肿瘤的光子治疗。

Description

芯片集成LED体内照射光源头

技术领域

本实用新型涉及多芯片集成大功率LED(本文简称为芯片集成LED)单色光作为光源在人体内进行治疗照射的光源头。该光源头结合光纤、光头可进行体内腔道炎症治疗、与光敏剂配合可进行肿瘤光动力治疗。

背景技术

目前光子用于皮肤病的治疗已取得明显效果，对带状疱疹，斑秃、皮炎、湿疣、伤口感染等表皮疾病应用广泛。

但是以上所有专利及市场所售设备都不能用于体内疾病的治疗，其原因是传统单颗二极管功率小，不能直接用于体内照射。二极管面阵可扩大总功率，但因二极管为球面发光无法经过透镜汇聚成大功率的小光束而进入体内，而且体积大、散热难。申请号200510009880.X把发光二极管做成平面矩阵，再经透镜阵列及石英透镜两次整形，把光汇聚到光纤中。这种方法不具有实际临床治疗意义，原因是发光二极管所发生的光为半球面形状，经透镜整形时其光损失非常严重。技术上LED的发光光效率为10％左右，即1W的LED发光光功率为100mw，如再加上透镜损失，经透镜后的光功率为小于100mw，一个4W的发光二极管阵列实际光输出小于400mw。这不能满足治疗要求。同时二极管阵列的面积不能任意扩大，因为透镜的尺寸是有限的

在医学临床应用中，要求光功率密度必须大于40mw/cm2才能达到治疗及消炎的效果，例如德国woldman皮肤治疗仪，光功率密度为50mw/cm²～200mw/cm²。激光可以有很高的光功率密度，但光斑面积小，对大面积炎症和溃疡无能为力，故激光也末用于体内炎症治疗。

综上所述，上述专利所使用的发光二极管阵列及激光不能用于体内腔道炎症等疾病的治疗。传统二极管功率小，汇聚时光损失大，激光器成本高，光斑小。目前体内光治疗还是空白。

芯片集成LED(功率＞25w)现已问世，因其体积小、光功率密度大、照射面大将是取代普通LED和白炽灯、卤钨灯的新一代照明设备，并且已出现了若干照明用相关专利。到目前为止，人们对芯片集成LED的认识均停留在照明上的应用，称为第四代半导体照明光源。却未想到将其应用到光治疗领域中，以拓展光治疗应用范围和疗效。

发明内容

本实用新型针对现有光子治疗中存在的光功率密度小、光斑小、光功率损耗大等问题，而不能实现体内光子治疗的现状，提出芯片集成LED体内照射光源头。本实用新型结合光纤、光头，真正实现体内腔道炎症以及体内肿瘤的光动力治疗。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

芯片集成LED体内照射光源头，其特征在于：包括芯片集成LED、散热器、聚光器、外壳，芯片集成LED背面连接在散热器上，聚光器一端与芯片集成LED发光面连接，另一端连接光纤。

本实用新型芯片集成LED聚光器形状为汇聚状锥形，可以是圆锥或方锥等。其材料选用铜、铝合金并镀高反光材料，也可选塑料、铁、铜合、橡胶等镀上高反光材料来做聚光器。

聚光器可以是另外的结构形式：

由一个单凹透镜(一面为凹面，一面为平面)和一个凸透镜构成，其中单凹透镜位于光源前端，凹面朝向光源，凸透镜位于后端；光纤一头设置在凸透镜焦点处。

聚光器还可以是另一结构形式：

所述聚光器为非球面透镜。非球面透镜为现有技术，此处无须对其结构进行赘述。

以上方案是针对光斑需求较小的情形，光斑需求较大时可取消聚光器。其方案如下：

芯片集成LED体内照射光源头，其特征在于：包括芯片集成LED、散热器、外壳，芯片集成LED背面连接在散热器上，其发光面直接连接光纤。

本实用新型所述散热器包括散热片和风扇，风扇安装在散热器背面。

本实用新型所述芯片集成LED与散热器中间加导热胶。

散热器上开上下相通的通风槽，既可解决通风又可扩大散热面积。通常散热器上开槽可以是发射状或网状形状。芯片集成LED的热量通过散热风扇使其热量由光源头周边的外壳孔中排出。

所述散热器的材料为铜、铝、铝合金等高导热率的材料。

本实用新型使用的芯片集成LED，其功率为25w～1500w，平面或凸面发光，发光面积为5×5mm²～150×150mm²，波长较佳地选为630nm±20nm，也可采用670nm±20nm的波长。也可根据不同疾病选择相应的波长。

本实用新型的有益效果表现在：

本实用新型使用芯片集成LED(25W～1500W)，使用特别设计的聚光器，把超大功率的红光经聚光器后耦合到光纤中。实际测量，以25W的LED光输出为例，25W×20％＝5W，经聚光器后(光损失＜50％)耦合在光纤中，在光纤末端光功率为5W×50％＝2.5W。2500mw的光纤末端输出已能满足临床治疗要求，使单颗芯片集成LED体内治疗能为可能。

下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

附图说明

图1为本实用新型采用汇聚式聚光器的结构简图

图2为本实用新型采用透镜式聚光器的结构简图

图3为本实用新型不采用聚光器形式的结构简图

图中标记：1为芯片集成LED，2为导热胶，3为散热器，4为风扇，5为外壳，6为光纤，7为单凹透镜，8为凸透镜，9为聚光器

具体实施方式

本实用新型为解决大光功率密度和大面积的矛盾，使用了新型多芯片集成LED为治疗光源。多芯片集成LED又称单颗超大功率芯片集成LED或多芯片LED模组等。本实用新型中简称芯片集成LED。芯片集成LED是利用多个芯片组装(Multi-Chip Module Assembly)技术和倒装焊技术(Flip-Chip Technology)，将一个或者多个LED芯片，信号控制芯片与防静电芯片(Electrostatic Discharge)通过工艺集成和组装，形成一个大的可以防静电，可以控制的LED模组，其中LED芯片可以是不同波长不同尺寸的LED芯片。根据需要倒装于不同尺寸，不同形状、不同材质的底板上面。省略了繁杂的封装工序，一次性解决了LED的散热问题。主要的封装形成为COB(Chip on Board)和Sip(System in Package)等。芯片集成LED和传统意义的LED的区别在于：1、功率大，芯片集成LED为25W～1500W，传统LED为0.5W～3W之间。2、芯片集成LED为平面或凸面发光，而传统LED为点光源发光。3、电光转换效率高。芯片集成LED的发光效率为20％左右，而传统LED为10％。4、高功率密度，芯片集成LED的光功率密度是传统LED的数倍到数十倍。

本实用新型使用25W～1500W芯片集成LED，波长选用630±20nm，也可采用670nm±20nm的波长。使用圆锥形聚光器，直接把光耦合到光纤中。也可先用大面积光纤束直接贴在LED发光面上，在大面积光纤束后加聚光器。体内光纤直径从400nm～20mm，根据部位不同而有所变化。如支气管用400nm，阴道用20mm等。

特别地，在体内治疗中随着治疗部位的不同光纤的形状有不同的设计。例如在治疗消化道炎症时，使用了光纤为圆柱形的光纤。为便于进入消化道，光纤头的末端设计为半圆球置于圆柱体上。形状也可变为圆柱体或平头。在治疗中耳炎、鼻炎等腔体时可用球形光头。球的直径可随病人的年龄有所改变，如小儿，婴儿可选用小直径的光发头，成年人选用大直径的发射头。经直肠治疗前列腺炎时，可选半圆面光头。在配合光敏剂进行光动力肿瘤治疗时，则需要缩小光纤和光头尺寸。

以上光纤末端光发射头的形状和大小为多种多样，随病人年龄，治疗部位的不同而有所改变。

同时可改变芯片集成LED的电流来调节光输出量，从而调节到达病灶部位的光功率。在光功率密度为100mw/cm²时，照射时间优选为20分钟，在光功率密度为50mw/cm²时，照射时间优选为30分钟。

实施例1

如图1所示，芯片集成LED体内照射光源头，包括芯片集成LED、散热器、聚光器、外壳，芯片集成LED背面连接在散热器上，聚光器一端与芯片集成LED发光面连接，另一端连接光纤，芯片集成LED、散热器、聚光器安装在外壳内。

芯片集成LED聚光器形状为汇聚状锥形，可以是圆锥或方锥等。其材料选用铜、铝合金并镀高反光材料，也可选塑料、铁、铜合、橡胶等镀上高反光材料来做聚光器。本实用新型聚光器与光纤连接，光纤的另一端连接光头，聚光器把芯片集成LED面上发光光线汇聚到光纤中，光线经光纤导入人体腔道内，通过光纤末端的光头对病灶照射，适用于体内各类腔道炎症，溃疡，包括：

内科：胃炎，气管炎、支气管哮喘等；

妇科：阴道炎、盆腔炎等；

消化科：食管炎、结肠炎、咽炎等；

口腔科：牙周炎、口腔溃疡等；

耳鼻喉科：中耳炎等。

实施例2

在上述实施例中，改用另一种透镜式聚光器，由一个单凹透镜(一面为凹面，一面为平面)和一个凸透镜构成，其中单凹透镜位于光源前端，凹面朝向光源，凸透镜位于后端；光纤一头设置在凸透镜焦点处。所述单凹透镜也可称为准直器。还可使用非球面透镜汇聚光线到光纤中

实施例3

在以上实施例中，取消聚光器，直接将光纤连接在芯片集成LED发光面上，对于光斑要求较大的情形适用本实施例。

实施例4

在上述实施例3的基础上，在光纤末端的光头内设置聚光器，同样可以达到实施例1和2的技术效果。

实施例5

本实用新型通过缩小光纤和光头尺寸，选择不同波长，再配合光敏剂可进行光动力肿瘤治疗。适应症包括：体内肿瘤、老年性眼底黄斑、光角化病、尖锐湿疣、头颈部晚期磷状上皮癌。

下面给出芯片集成LED和药物配合治疗疾病的对应表：

英文名中文名适应症

Photofrin 血卟啉体内肿瘤

Visudyne 维替泊芬老年性眼底黄斑

Levulan(5-ALA) 5氨基酮戊酸光角化病

ALA 艾拉尖锐湿疣

HpD 血卟啉衍生物体内肿瘤

PsD-007 癌光啉体内肿瘤

YHpD 光卟啉体内肿瘤

Foscan 替莫泊芬头颈部晚期磷状上皮癌

实施例6

通常用于消炎选用LED的波长为630±20nm，光功率为25W～1500W，光功率密度＞40mw/cm²。实际使用中，选用100W体内治疗如咽炎、中耳炎、阴道炎经7次治疗后炎症基本消除，临床观察发现对体内消炎有效率达95％。

Claims

1、芯片集成LED体内照射光源头，其特征在于：包括芯片集成LED、散热器、聚光器、外壳，芯片集成LED背面连接在散热器上，聚光器一端与芯片集成LED发光面连接，另一端连接光纤。

2、根据权利要求1所述的芯片集成LED体内照射光源头，其特征在于：所述聚光器形状为汇聚状锥形，材质为铜、铝合金并镀高反光材料，或选用塑料、铁、铜合、橡胶等镀上高反光材料制成。

3、根据权利要求1所述的芯片集成LED体内照射光源头，其特征在于：所述聚光器由一个单凹透镜和一个凸透镜构成，其中单凹透镜位于光源前端，凹面朝向光源，凸透镜位于后端；光纤一头设置在凸透镜焦点处。

4、根据权利要求1所述的芯片集成LED体内照射光源头，其特征在于：所述聚光器为非球面透镜。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的芯片集成LED体内照射光源头，其特征在于：所述芯片集成LED贴在散热器上，芯片集成LED与散热器中间加导热胶，散热器包括散热片和风扇，风扇安装在散热器背面。

6、根据权利要求1所述的芯片集成LED体内照射光源头，其特征在于：所述芯片集成LED，其波长为630nm±20nm或670nm±20nm，功率为25w～1500w，平面或凸面发光，发光面积为5×5mm²～150×150mm²。

7、根据权利要求1所述的芯片集成LED体内照射光源头，其特征在于：散热器上开上下相通的通风槽，通风槽为发射状或网状形状。

8、芯片集成LED体内照射光源头，其特征在于：包括芯片集成LED、散热器、外壳，芯片集成LED背面连接在散热器上，其发光面连接光纤，在光纤末端的光头内设置聚光器。

9、根据权利要求8所述的芯片集成LED体内照射光源头，其特征在于：所述芯片集成LED贴在散热器上，芯片集成LED与散热器中间加导热胶，散热器包括散热片和风扇，风扇安装在散热器背面。