TW541186B - Method for controlling the alertness of a human subject and a light source for use in this method - Google Patents

Description

541186 五 、發明説明（ 、本發明係、關於-種經㈣當光線照身于，控制人類 之 警告之方法。 — 本發明更進一步地關於一個使用於該方法之光源。 於最近十年人類光生物學之知識大量增加且顯示經由眼 睛-除了視覺外-提供至人類主體之光線照射，於控制各種 生物節律具有相當重要性。因此光線照射之影響不僅於許 多身體功能且於心智表現與情緒。所有科學證據大部分根 據實施各種㈣，白光照射，至眼睛，此為—般所知且例 如於US-5,545，192中描述。研究結果顯示對於經由眼睛實施 之光線照射具極黑激素抑制之感光度，褪黑激素抑制乃依 據光線照射之劑量與光譜組成，參閱Annals

Academy of Sciences 453 (1985)，ρ 376-378。褪黑激素為一種荷 爾蒙，其顯示日常週期且被視為生物節律之階段之標記。 相當低之褪黑激素程度刺激警告，相當高之褪黑激素程度 則增加睡意。Annals New York Academy of Sciences 453 (1985)， P.376-378陳述褪黑激素之抑制於波長約5〇7毫微米顯示具最 两感光度。抑制褪黑激素可能存在於自然日常週期之，黑暗 日守間。於白天程度相當低，程度於傍晚增加，且於夜間到 達頂點，並於清醒時期逐漸降至白天程度。於一個24小時 社會許多人需於夜間工作與駕駛，且需維持警覺以良好與 女王地執行’且於不規則時間擁有良好睡眠。於這些情況 下 夕人自更大的風險犯錯，例如引起車搞，及/或可能 受扭曲之睡眠行為所苦。 本發明之目的乃提供一個方法，藉此方法人們需於一天 -4 - 本紙張尺錢财®國冢標準(CNS) A4規格(210X297公董） 541186 五 '發明説明（ 之中不規則時間工作時’犯錯之風險將可降低。 根據本發明，該目的乃經 制人類主體之警告之方法而達成，二=線照射’控 + —入 人颌主體具一個褪黑激 含至少一個褪黑激素建立與-個褪黑激素 激該週期之階段’藉由抑制或允許該褪黑 激素建立或错由刺激該褪黑激素下降，本方法包含步驟有： :曝嘴時期’根據於該週期之階段所希望效果，將人類 主體曝曬於適當光線照射，該 、 Λ所而效果為抑制該褪黑激素 ^刺激㈣黑激素下降，或照明人類主體而大體上不 ::該週期之階段，同時選擇性地遮蔽周遭光線照射與選 擇性地具無該適當光線照射於兩個曝曬時期間之間隔時期。 其中適當光線照射由—個褪黑激素抑制照射之輸出部分 ㈤黑激素&特/瓦特）與光源輪出（流明/瓦特）具體指定， _整輸出部分與光源輸出以於該週期之階段獲得所希望效 果。 褪黑激素’作為生物節律之標記’通常被稱為一種參塑 t類主體警告之睡眠荷爾蒙。因ι當控制褪黑激素週； b寸’因為缺乏警告而犯錯之風險將可降低。最近研究結果 與褪黑激素抑制之感光度與夜間視覺感光度相⑽，即^應 暗光視覺之最大感光度波長約於507毫微米，之早先陳述= 所不同。.出人意外i也’褪黑激素抑制感光度，與適應暗光 夜間視覺感光度相比’似乎轉移至_個較短波長區域：複 黑激素抑制之最大感光度約於410-430毫微米間，且逐漸減 少功效至零於560毫微求。此外，已知對於完全擴張之瞳孔 __ - R - 裝 訂 本紙張尺度適财@ @家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董） ’抑制褪黑激素之劑量乃為 制照射可與用J :長之函數。實施褪黑激素抑 ,.,^ 、見之光源，或與個別額外，光線，來源 閱:!=他光線產生物體結☆，例如與監視器，電視機， 閱碩或甚至早餐卓，罐 ,, ^ °又、兄，遮陽板，人造窗戶結合。作 ==素抑制或褪黑激素維持之許多光線照射應用 料 豕％ ’工作場所與交通及運輸上。根據目前資 區分數種用於光線照射之光譜分佈之基本選擇：、 ::確工作表現之褪黑激素抑制照射與足夠可視光源 (勒弟斯/公5忍標準光線程度為至少2 G G勒克斯之光線程度 (勒克斯表*流明/米2)。應用存在於例如輪班工作 包含室内與室外之上午，傍晚與夜間輪班。 斯：Γ教素抑制照射與微暗可視光線程度，即，約1〇勒克 革“Γ。作為比較’滿月光線表示可視光線程度小於1 。：選擇用於傍晚與夜間，例如用於駕駛，看守者 寸衛，與護士。 。確工作表現之減激素維持照射與足夠可視光線 二：應用預期為例如傍晚工作及提供居家年長之 良好睡眠品質條件。 經由計算可獲得關於褪黑激素抑制與照 ::::率分佈之估計。於此計算僅考慮波長购4。毫微 ==功率。所有光譜以此方式常態化，使得— 宅被未乾圍内之光譜功率總和等於一瓦特。於公式： ΣΕ(λ)一1瓦特 其中λ=38〇-74〇亳微米· 為計算照明通量與極黑激素有效瓦特（趣黑激素瓦特）， 541186 A7 B7 五、發明説明（4 使用下列公式： 照明通量 φ = 683 * Σ (Ε(λ) * V (λ)) 褪黑激素瓦特：=Σ (Ε(λ) * Μ(λ)) 其中： V (λ)為眼睛感光度通量； Μ (λ)為褪黑激素感光度； 系數值683由波長555毫微米，1瓦特光線所獲得之照明通 里’為眼睛感光度之最大值。 圖1頒不一個由實驗結果獲得，20-40歲人口之典裂褪黑 激素感光度曲線。因褪黑激素感光度亦取決於眼睛晶體之 透射，其又取決於人類主體之年齡，故藉由光線照射之褪 黑激素抑制功效普遍地隨著人類主體年齡之增加而下降。 褪黑激素有效瓦特接著便可依據如下計算 褪黑激素瓦特 Mage(X): =Σ(Ε(λ)*Μ(λ)*Τ(λ))， 其中Τ(λ)為晶體透射部分。 圖1顯示一個年長人口（>= 60歲），修正晶體透射後之褪 黑激素感光度曲線典型範例。 於一個具體實施例，本方法之特徵為褪黑激素抑制照射 之輸出部分>=0.45褪黑激素瓦特/瓦特且光線輸出< = 60流 明/瓦特。藉由該方法褪黑激素有效地被抑制但具相當低之 可視光線照射輸出。這些方法尤其適合看護活動。然而， 因眼睛對光線之感光度取決於人類年齡，於一個較佳具體 實施例本方法之特徵為褪黑激素抑制照射之輸出部分 >二 0.45褪黑激素瓦特/瓦特且光線輸出流明/瓦特。該方 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 5 五、發明説明（ 法尤其適合用於對光線具高感光度之相當幼小人們 激素有效地被抑制且可視光線照射之 … Ώ升吊低0因被聖 激素抑制藉由僅產生非常微量之視覺光線/流 …:、 具之光線照射達成，褪黑激素抑制照射幾乎不影響作2 覺用途之光線產生之視覺情況。這些方法應用 ^ 暗可視照明程度之活動，但這些活動需人們維持心： 醒，例如於飛機場之控制室。然而，即使卡車駕：：夜:; 需較多照明程度’這些駕駛於駕駛期間必須維持二 道路需具良好視野。因此本方法之特徵為趣黑激ϋ制日刀 射之輸出部分〇.45褪黑激素瓦特/瓦特且光線輸出…: 流明/瓦特。低光線輸出職明/瓦特有助 :0 :車駕駛舱内部獲得—個足夠低但不會對卡車駕二= 程度。因此卡車駕駛可同時保持清醒且對道路具 於人們需維持警告且視覺條件僅由相當簡單卫作 =下此=激素抑制照射可與足夠數量之可視光線 Μ。此類情況之範例為船塢之戶外貨櫃工作,、舌動复 作僅需物品可由其形狀及/或内容區分。這些情況下本= 之-個具體貫施例之特徵為槌黑激素 >=0·45槐黑激素瓦特/瓦特且光線輸出>=_明/=刀 於人們需維持警告與需良好彩色視覺條件以實行工作之 情況下’褪黑激素抑制照射可與相當高數量之可視 同施彳f»_情況之範例為輪班卫作， 中 1 纸張尺度適财s s家標公着） ，情況下本方法之-個具體實施例之特徵:：=: 抑制照射之輸出部分>=0.45褪黑 出>=赚明/瓦特，且光源之 /瓦特且光線輸 褪黑激素抑制照明方、去A “現指數（CRI) >= 65。 月方去之其他範例為學校，， 圖書室，授課講堂，合16 ^ 干教至之 g礅至。本方法之一個較佳且體每γ :之特徵為褪黑激素抑制照射之輪出部；心 瓦特/瓦特且光線輪卜繼明/瓦特，且光社色== 指數（_>=65及色彩溫度>=65〇 商、入/表見 〇 遺方法適合然法獲得 句曰光之人們例如冬天期間，或具不正常節律之年長人 門’或具星期一早晨宿醉之人們。色彩溫度相當高，盆緊 接著於褪黑激素抑制產於警告生up個支持I、理 作用於警告。具> I π ·45褪黑激素瓦特/瓦特及>=100流明/瓦 特特性之光線乃由一個置.一 ΊΖ 個早一先源取得，但亦可由光源之组 合取得。_組合，一個第一光源具相當高之流明輸出 例如個具>—2〇〇流明/瓦特與色彩表現指數（⑽卜之 8〇低[水銀放電曰光燈，與一個具相當高褪黑激素抑制照 射輸出之第一光源結合，例士口，一個具〉=Ο.?褪黑激素瓦 特/瓦特之/03低壓水銀放電日光燈。此種組合允許增加， 例如第二光源至一個僅具第一光源之現存照明系統，以獲 ^適當光線照射。以此方式獲得之照明系統具一個產生適 當光源照射之光源與具有相當價廉之優點。 於要求視覺條件之情況下，例如於傍晚工作若干小時， 且睡眠品質不應被降低，所提供之光線對褪黑激素週期之 〜響應為相當少之程度。於這些應用，本發明之方法之特 徵為彳遐黑激素抑制照射之輸出部分〇 黑激素瓦特/瓦 特且光線輸出>=ϋ a ' 月/瓦特，光源之色彩表現指數以>= 65 ’槐黑激素抑制昭射夕仏 卩制…、射之輸出部分最好<=01褪黑激素瓦 /瓦特。此類應用適合雲於 寻 間犄刻短暫醒來或需於夜間時 刻破檢查之人們，例如层宕 才 例如居豕之年長者及具年幼兒童之 老人之豕，醫院，看護之家。於這些情況下，用於，睡 眠者，之植黑激素非抑制光線可與用於•看守者·，之警 線結合於其工作/觀察室。此 種颏先線可為特殊夜間照明， 選擇性地與床頭單位，大麻 人。 貝早❿λ廳’出入口 ’階梯之定向燈光結 於一個具體貫施例，本方法之拉 乃凌之特徵為褪黑激素抑制照射 之輸出部分由> =〇·45褪S激音百4主/ ττ 士 α 、 …/敦素瓦特/瓦特轉移至< = 〇·2褪黑 激素瓦特/瓦特或反之亦秋，Η亦娩仏 I、、、且光線輸出>=100流明/瓦特 ，光源之色彩表現指數以>=65。藉由該方法可獲得_個由 植黑激素抑制照射至非抑制照射之受控制逐漸改變，藉此 亦提供連續足夠光線’使得人們得以正確地工作。該二去 適合於㈣人們工作於快速輪流輪_之光m起始於 -個抑制光線短暫時期並結束於一個非抑制光線時期：以 於夜間輪班後提供容易之睡眠開&，並避免生物時鐘之任 何階段轉移。本方法包含一個由褪黑激素非抑制至抑制昭 射之轉移’根據-天中之時間’適合應用於旅行於不同時 區’即時差’情形下之重新-校準生物時鐘。 光線輸出>=100流明/瓦特’色彩表現指數（CRI)> = 65， 且可能由> = 0.45褪黑激f ίΰ特/瓦特之掩黑激素抑制照射 輸出轉移至<=0·2褪黑激素瓦特/瓦特之昭日日^ …、q月糸统，可包含 -10- 541186 A7 B7 五、發明説明（9 ) 對刻度’波長為（5〇〇 *；[〇·、500亳微米）： 圖2顯不一個圖示，其具適當照射之三個主要區域A，B ’與C ’以控制人類主體察覺，X軸表示每瓦特之褪黑激素 瓦特部分F ’且y軸表示每瓦特之照明通量，三角形表示一 個/03低壓水銀放電日光燈。 圖3顯示一個適用於低照明程度下褪黑激素抑制之低壓 水銀放電日光燈發射光譜，χ軸表示波長χ且y軸表示相對 發射強度E ; 圖4說明一個，白色，高壓鈉放電日光燈之發射光譜，不 具濾光器（曲線A)與具濾光器（曲線Β)，χ軸表示波長乂且乂 軸表示相對發射強度Ε。 圖la於相對刻度顯示感光度曲線圖，即，夜間視覺（曲線 C )，正常彩色晝間視覺（曲線D )，與經修正作為晶體透射 之典型褪黑激素抑制，於青年（2〇_4〇歲，曲線八）及年長者 (>-60歲，曲線B )上，每個獨立感光度曲線圖之最大值設 定為1。圖la清楚顯示褪黑激素抑制感光度，與晝間感光度 及甚至夜間感光度相比，轉移至較短波長範圍。褪黑激专 抑制之感光度於410-430毫微米到達高峰，且逐漸降低至= 於560毫微米，560毫微米波長接近晝間視覺於555毫微米之 最大感光度。由1瓦特，波長555毫微米之光線所獲得之苎 間視覺（眼睛感光度通量）具683流明。圖la更進一步地顯: 經由年長者眼睛之㈣激素抑制感光度顯著地下降且其= 大感光度轉移至較長波長’即，至波長約475毫微米。 圖lb顯示褪黑激素抑制程度與照 一 _ - 12- 張尺度適财@ S家標準(CNS) A4規格-- 射密度，瓦特/米2，曝

541186 A7 ______B7 五、發明説明（1〇 ) 曬時間為30分鐘之關係。所顯示為5〇〇毫微米波長曲線，其 餘波長亦相似，對於420-490亳微米曲線轉移至較低照射密 度，對於510-560¾微米，曲線轉移至較高照射密度。於完 王擴張瞳孔情況下，約50%褪黑激素抑制產生於約〇 〇8瓦特 /米2 〇 圖2顯示為獲得各種所希望效果於褪黑激素週期之適當 射區域圖示。區分為三個區域，即，A，B，與c。於區 域A光線具非常高褪黑激素抑制及低照明程度，褪黑激素 瓦特/瓦特>0.45且流明/瓦特低於6〇甚至低於2〇。於區域8 光線具咼褪黑激素抑制及可接受之高照明程度。該區域b 主要特徵為褪黑激素瓦特/瓦特〉= 〇·45且流明/瓦特〉=6〇 。白色，略白與彩色光源間可加以分開。基本優點為較佳 照明條件及於區域Α具幾乎相同之褪黑激素抑制容量。於 區域c光線具低褪黑激素抑制及高照明程度。該區域c主要 特徵為褪黑激素瓦特/瓦特<〇·2(及/或個別.<=〇1褪黑激素 瓦特/瓦特）且不同流明/瓦特>=1〇〇 ^於該區域亦可區別白 色，略白與彩色光源。 為根據本發明之方法處理人類主體，本方法包含下列步 驟： / -判定人類主體週期之階段； _估計於人類主體週期所希望效果； -判定周圍光、㈣射對於人類主體之週㈣魏黑激素變化 判定抑制或允許褪黑激素建立或刺激褪黑激素下降所需

五、發明説明（11 ) 光線照射（光譜，強声 3 X，*曬時期，與間隔時 根據區域A，B，或c甘士 τ期），個別地 源。 …、中之-之光線照射輪出選擇一個光 -於曝暖時期將人類主體曝囉於適當光 影響該週期之階段，间…、射而大體上不 Π守廷擇性地遮蔽周曹 當光線照射由一個褪M 先、果照射，適 )輸出部分及光線輪出（、、ώ明…、激素·瓦特/瓦特 出Ul明/瓦特）具體指定， 分及光線輸出以於該週期之階段獲得所希望效果。 圖”貞π _低壓水銀放電曰光燈之發 統一部份，標示功率Aa ^ 尤。曰其為系 ^ L 為瓦特，其中20%有效地轉換A ^ 射，日光燈具一個内邱spp η 4 奶钇換為妝 内邛SPE (焦磷酸鋰，以Eu2+活化 。曰光燈通常用於影印 土曰 明之方氺，α、卜 一非书適合用於根據本發 、/ 、—燈之發射光譜於約42〇毫微米達到最高峰， 位於或接近褪黑激素抑 w d尤度之取大值。本日 地用於根據本發明之方法， " 抑制褪黑激素。本方法可…:：適5於低照明程度下 有效地使用，當一個呈（罜暗）門 隔即，當日光燈不操作時期，㈣分鐘R30分料 . 颂主肢％。该方法應用於需低照明程度但

要求人們維持邀主盘、、主般々、本I 于…與/月醒之活動，例如於飛機場控制室或 夜間卡車駕驶所在之駕敎艙或卡車内。當卡車駕驶搶提供 。3 1) W。玄曰光燈之該系統，駕駛艙内可獲得约3勒克斯 之照明程度與約請瓦特/米2之趣黑激素抑制照射強度。3

勒克斯照明程度相當於—個微暗照明程度。約謂瓦特W “黑鳴制照射強度過合抑制—黑激素。日 541186 五、發明説明（12 光燈之發射光譜具一些不希望之照射， 光區域具一小部分不希望之照射，即，、。 其於备、外 ，且於藍'綠區域外’ gP，波長長二長紐於38〇亳微米 苁孓）40¾微米。此石妥沙 之照射可使用適當濾光器相當輕易 不希王 田平工约地加以消除。 綠區域外發射所產生之照明程度， 監- „ . g $簡單地，例如， 糟由一個頻帶邊緣約510亳微米之吸 山一 及收濾光器加以減少。菸 由该濾光器照明程度降低至約1勒$ ， 稽 充’、斤’為卡車駕驗验 之適當照明程度。濾光器於褪黑激辛 ^ , 丁、瓦特/瓦特僅造成相 當少之下降。 圖4顯示π白色”高壓鈉放電日井饩 尤垃Α與Β之發射光譜，分 別不具濾光器（曲線A )與具濾光器（曲時 1曲線B )。濾光器為吸收 邊緣於460毫微米之-般可取得吸收濾光器 光燈，即日光燈B’具適當光線照射，褪黑激 輸出部分約0.09视黑激素瓦特/瓦特。不具濾光器之曰光燈 ，即日光燈A，具顯著較高之褪黑激素抑制照射輸出部分 ，由其顯著較南之發射便可明瞭，尤其於4〇〇-475毫微米波 長區域，即，約為褪黑激素抑制感光度最大值。日光燈A 與B皆具出色之色彩表現指數CRI >= 且功效超過220流明/ 瓦特。尤其日光燈B適合要求視覺條件與睡眠品質不可降 低之情況下。其應用於夜間時刻短暫醒來或需於夜間時刻 被檢查之人們，例如居家之年長者及具幼小孩童之父母， 老人之家，醫院，看護之家。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 541186 第090120617號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(92年3月）

   申請專利範圍 1. -種經由適當光線照射控制人類主體之黎告之方去人 類主體具一個褪黑激素變化週期，包含至少一個视愛激 素建立與-個褪黑激素下降階段，且於該週期之一個階 段，藉由抑制或允許該褪黑激素建立或藉㈣激該㈣ 激素下降’本方法包含步驟有： 於一個曝曬時期，如於該週期之階段所希望效果， 將人類主體曝曬於適當光線照射，該所希望效用為抑制 該褪黑激素建立或刺激該褪黑激素下降或照明人類主 體’而大體上不影響該週期之階段，選擇性地遮蔽周遭 光線照射及選擇性之間隔週期而不需具有該適當光線月^ 射於兩個曝曬時期間之間隔週期； ' 其中適當光線照射由一個褪黑激素抑制照射（褪黑數 素瓦特/瓦特）輸出部分及光線輸出（流明/瓦特）具體指 定，調整輸出部分及光線輸出以於該週期之階段獲得所 希望效果。 2·如中請專利範圍第1項之方法，其特徵為褪黑激素抑制 照射輸出部分> = 0.45褪黑激素瓦特/瓦特且光線輸出 < = 60流明/瓦特。 3·如申請專利範圍第丨項之方法，其特徵為褪黑激素抑制 照射輸出部分> =0.45褪黑激素瓦特/瓦特且光線輪出 <=20流明/瓦特。 4.如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為褪黑激素抑制 照射輸出部分> = 〇·45褪黑激素瓦特/瓦特且光線輸出 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4规格(210 χ 297公釐）

   541186 々、申請專利範圍 〜一一一——·：」 <=ίο流明/瓦特。 5·如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為褪黑激素抑制 照射輸出部分> = 0.45褪黑激素瓦特/瓦特且光線輸出 > = 60流明/瓦特。 6·如申請專利範圍第1項之方法’其特徵為褪黑激素抑制 照射輸出部分> =0.45褪黑激素瓦特/瓦特且光線輸出 > =1 0 0流明/瓦特，光源具彩色表現指數（CRj)>=65。 7.如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為褪黑激素抑制 照射輸出部分> =0.6褪黑激素瓦特/瓦特且光線輸出 >==100流明/瓦特，光源具彩色表現指數（Cri)>=65且顏 色溫度> = 6500 K。 8·如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為褪黑激素抑制 照射輸出部分<==0.2褪黑激素瓦特/瓦特且光線輸出 〉=100流明/瓦特，光源具彩色表現指數Ra>== 65。 9.如申請專利範圍第1項之方法，其特徵為褪黑激素抑制 照射輸出部分< ==0.1被黑激素瓦特/瓦特且光線輸出 >=100流明/瓦特，光源具彩色表現指數Ra>=：65。 10·如申請專利範圍第丨項之方法，其特徵為褪黑激素抑制 照射輸出部分由> =0.45褪黑激素瓦特/瓦特轉移至< > 0.2褪黑激素瓦特/瓦特或反之亦然，且光線輸出 丨〇〇 流明/瓦特，光源具彩色表現指數Ra>=65。 11.如申請專利範圍第i、2、3、4、5、6、7、8、9或！ 〇 項之方法，其特徵為調整由人類主體所接收之適當光線 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 541186 8 8 8 8 AB c D

   、申請專利祀圍 」 照射之工具，乃由一群包含濾光工具，一個可轉移光源 與一個包含一個可調整第一與第二光源之照明系統中選 擇。 12. —種光源或光源組合，其使用於申請專利範圍第1項之 方法中，該光源包含有： 用以產生欲施予至該人類主體之適當光線照射之裝 置；及 用以調整由該用以產生該適當光線照射之裝置所產 生之光線之裝置。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）