TWI787493B - 分佈式光生物調節療法系統和方法 - Google Patents

分佈式光生物調節療法系統和方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI787493B
TWI787493B TW108112192A TW108112192A TWI787493B TW I787493 B TWI787493 B TW I787493B TW 108112192 A TW108112192 A TW 108112192A TW 108112192 A TW108112192 A TW 108112192A TW I787493 B TWI787493 B TW I787493B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
led
pad
photobiomodulation therapy
current
photobiomodulation
Prior art date
Application number
TW108112192A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201944430A (zh
Inventor
理查Ｋ 威廉士
林耿弘
蘿拉Ｅ 威廉士
Original Assignee
香港商生旭生物科技有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 香港商生旭生物科技有限公司 filed Critical 香港商生旭生物科技有限公司
Publication of TW201944430A publication Critical patent/TW201944430A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI787493B publication Critical patent/TWI787493B/zh

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/0601—Apparatus for use inside the body
    • A61N5/0603—Apparatus for use inside the body for treatment of body cavities
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N2/00—Magnetotherapy
    • A61N2/02—Magnetotherapy using magnetic fields produced by coils, including single turn loops or electromagnets
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/0613—Apparatus adapted for a specific treatment
    • A61N5/0622—Optical stimulation for exciting neural tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/0613—Apparatus adapted for a specific treatment
    • A61N5/0625—Warming the body, e.g. hyperthermia treatment
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
    • G16H20/40—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to mechanical, radiation or invasive therapies, e.g. surgery, laser therapy, dialysis or acupuncture
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/40—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the management of medical equipment or devices, e.g. scheduling maintenance or upgrades
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/0601—Apparatus for use inside the body
    • A61N5/0603—Apparatus for use inside the body for treatment of body cavities
    • A61N2005/0606—Mouth
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/0626—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/0635—Radiation therapy using light characterised by the body area to be irradiated
    • A61N2005/0643—Applicators, probes irradiating specific body areas in close proximity
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/0635—Radiation therapy using light characterised by the body area to be irradiated
    • A61N2005/0643—Applicators, probes irradiating specific body areas in close proximity
    • A61N2005/0644—Handheld applicators
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/065—Light sources therefor
    • A61N2005/0651—Diodes
    • A61N2005/0652—Arrays of diodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/067—Radiation therapy using light using laser light

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)
  • Confectionery (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

光療系統包括一個電路驅動器，一個首要微控制器和包括一串發光二極體(LED)的照射墊。照射墊還包括一個次要微控制器，使得即使首要微控制器和照射墊之間的溝通被中斷，其次要微控制器能自主地控制LED串。

Description

分佈式光生物調節療法系統和方法
本發明係關於一種分佈式光生物調節療法系統；特別該系統藉由光子(通常為紅外光、可見光及紫外光)的脈衝控制技術與方法，使特定波長之光子串流進入活細胞及組織的轉移及吸收之能量行為，達到包含對抗損傷、疾病及免疫系統困擾的治療目的。
生物光子學係有關於光子(即光)之電子控制之生物醫學領域，及光子與活細胞及組織之交互作用。生物光子學包含手術、成像、生物測定、疾病偵測及光療。光療係出於醫學治療目的對光子(通常為紅外光、可見光及紫外光)的控制應用，醫學治療目的包含對抗損傷、疾病及免疫系統困擾。更明確言之，光療涉及使細胞及組織連續地或在一重複間斷脈衝下經受特定波長之一光子串流的治療以控制活細胞及組織之能量轉移及吸收行為。
圖1示出能夠連續或脈衝光操作之光生物調節療法系統的元件，包括LED驅動器1，其控制和驅動LED作為用於患者的組織上的LED照射墊2發出光子3的來源。雖然人腦5顯示為組織4，但是可以為使用光生物調節療法治療之任何器官，組織或生理系統。在治療之前和之後，或者在治療期間，醫生或 臨床醫生7可以通過根據對病患的監測觀察6來控制LED驅動器1的設置來調整治療。
雖然存在許多潛在機構，如圖2中所展示，然普遍認為，負責光療治療期間的光生物調節之占主導的光生物過程22在粒線體21內發生，粒線體21係存在於每個真核細胞20中之一細胞器官，包括植物及動物(包含鳥類、哺乳動物、馬及人類)兩者。按目前的理解，光生物過程22尤其涉及撞擊一分子細胞色素c氧化酶(CCO)24之一光子23，該分子細胞色素c氧化酶24充當一電池充電器，其藉由將單磷酸腺苷(AMP)變換成一較高能量分子二磷酸腺苷(ADP)及將ADP轉換成一甚至更高能量分子三磷酸腺苷(ATP)來增加細胞能量含量。在依AMP至ADP至ATP之充電序列25增加所儲存能量的過程中，細胞色素c氧化酶24起到類似於電池充電器之作用，其中ATP26充當儲存能量之一細胞電池，該過程可被視為動物「光合作用」。細胞色素c氧化酶24亦能夠依ATP充電序列25將來自由食物消化所產生或透過消化與光合作用之一組合所產生的葡萄糖之能量轉換成燃料，或者通過消化和光合作用的組合。為對細胞新陳代謝供能，ATP26能夠透過一ATP至ADP至AMP放電過程28釋放能量29。接著，能量29用於驅動蛋白質合成，包含形成觸媒、酶、DNA聚合酶及其他生物分子。
光生物過程22之另一態樣在於，細胞色素c氧化酶24係一氧化氮(NO)27之一清除劑，係在神經元溝通及血管生成、新動脈及毛細血管生長中之一重要的信號傳遞分子。對在光療期間受治療之細胞中的細胞色素c氧化酶24之照明使得在損傷或感染組織的附近釋放NO27，從而增加至經治療組織之血流量及氧遞送，加速癒合、組織修復及免疫回應。
為執行光療及刺激細胞色素c氧化酶24從一光子23吸收能量，光源與吸收光之組織之間的中介組織不能阻斷或吸收該光。人類組織之電磁輻射(EMR)分子吸收光譜係繪示於如圖3中所展示之吸收係數對電磁輻射之波長 λ(以nm為單位進行量測)之一圖表40中。圖3展示氧合血紅蛋白(曲線44a)、脫氧血紅蛋白(曲線44b)、細胞色素c(曲線41a、41b)、水(曲線42)及脂肪以及脂質(曲線43)之依據光之波長而變化的相對吸收係數。如所繪示，脫氧血紅蛋白(曲線44b)及亦氧合血紅蛋白(即，血液)(曲線44a)強烈吸收在可見光譜之紅光部分中之光，尤其針對短於650nm之波長。在該光譜之紅外部分中之較長波長處，即，高於950nm處，電磁輻射係藉由水(H2O)(曲線42)吸收。在650nm至950nm之間的波長處，人類組織基本上係透明的，如藉由透明光學窗45所繪示。
除藉由脂肪及脂質(曲線43)之吸收以外，在透明光學窗45內包括具有波長λ之光子23之電磁輻射係藉由細胞色素c氧化酶(曲線41a、41b)直接吸收。明確言之，細胞色素c氧化酶24吸收光譜中藉由曲線41b表示之未受水或血液阻止之紅外部分。藉由可見光譜之紅光部分中之光照明的細胞色素c氧化酶(曲線41a)之一次要吸收尾液係由脫氧血紅蛋白(曲線44b)之吸收性質部分阻斷，從而限制深部組織之任何光生物回應但仍活動於上皮組織及細胞中。因此，圖3展示對皮膚及內臟器官及組織的光療需要不同治療及光波長，針對皮膚為紅光且針對內臟組織及器官為紅外光。
目前的光子傳輸系統
為在光療期間達成至組織中之最大能量耦合，設計一種使用光子一致及均勻地照明組織之一致遞送系統係重要的。雖然早期嘗試使用濾光燈、但燈對於患者而言係極熱且不舒服，可能灼傷患者及醫生，且在經延長持續時間之一治療期間維持均勻照明係極其困難的。燈亦遭受短壽命，且若使用稀薄氣體進行構造，則定期更換亦可為昂貴的。由於濾光器，該等燈必須運行得非常熱以達成所需光子通量以在合理治療持續時間內實現一有效療法。未經濾光之燈，如太陽，實際上遞送太寬的光譜且因同時刺激有益及有害化學反應(一些涉及有害射線，尤其在電磁光譜之紫外部分中)而限制光子之功效。因為紫外線會損害 DNA。在紅外光譜中，長時間暴露於遠紅外線電磁輻射和熱量會導致皮膚乾燥，並通過破壞彈性蛋白和膠原蛋白引起過早衰老。
作為一替代例，已採用且將繼續採用雷射以執行光療。如同燈，雷射冒燒傷一患者的風險，其並非透過熱量，而是藉由將組織曝露至強烈集中的光學功率。為防止該問題，必須特別注意，對雷射光之功率輸出進行限制且使產生危險光位準之過高電流不會意外發生。第二、更實際的問題起因於一雷射之小「光點尺寸」(照明區域)。因為一雷射照明一小聚焦區域，所以難以治療大器官、肌肉或組織且更容易出現一過度功率條件。
關於雷射光之另一問題由其「相干性」引起，光之該性質阻止光展開，從而使得更加難以在治療期間覆蓋較大面積。研究揭露使用相干光之光療並無固有的額外益處。首先，細菌、植物及動物生命持續進化且自然吸收散射光，而非相干光，此係因為相干光並不從任何已知光源自然發生。其次，上皮組織之前兩層已破壞任何光學相干性，因此相干性的存在實際上歸於光遞送而非歸於其吸收。
此外，一雷射之光學光譜太窄以致不能充分激發為達成高功效光療所需之全部有益的化學及分子轉變。一雷射之有限光譜，通常為在該雷射之中心波長值±1nm左右之一範圍，使得難以適當激發光療中所需之全部有益的化學反應。使用一窄頻寬光源難以覆蓋一頻率範圍。例如，再次參考圖3，很顯然製造CCO吸收光譜(曲線41b)中所涉及之化學反應明顯不同於引起吸收尾液(曲線41a)之反應。假定兩個區域之吸收光譜係展示為有益的，則使用具有僅2nm寬之一波長光譜之一光源難以覆蓋此寬廣範圍。
因此，正如陽光係一過寬光譜，其在諸多電磁輻射波長下(一些甚至係有害的)以光生物方式激發許多相互抵觸的化學反應，雷射光太窄且並未刺激足夠的化學反應來在光療治療中達到全功效。此主題在Williams等人之標題為 「PhototherapySystemAndProcessIncludingDynamicLEDDriverWithProgrammableWaveform」之一相關申請案(美國申請案第14/073,371號)中予以更詳細論述該主題。現在是2018年1月23日授權的美國專利號9,877,361，該專利在此引用作為參考併入本文中。
為藉由激發透明光學窗45中之整個範圍之波長(即，從約650nm至950nm之整個寬度)而遞送光療，即使採用四個不同波長光源以跨越該範圍，各光源亦將需要幾乎80nm寬之一頻寬。此比一雷射光源之頻寬要寬一個以上數量級。此範圍對於雷射而言簡直太寬以致不能以一實際方式覆蓋。現今，LED可在商業上用於發射從電磁光譜之深紅外部分至紫外部分之一廣泛範圍之光譜。在±30nm至±40nm之頻寬下，使用位於光譜之紅光部分、長紅光部分、短近紅外(NIR)部分及中近紅外光部分(例如，670nm、750nm、825nm及900nm)中的中心頻率更容易覆蓋所要光譜。
光生物調節療法(PBT)與光學療法明顯不同。如圖4A所示，光生物調節療法涉及用LED照射墊2發射的光子3直接刺激組織4。組織可以與眼睛11無關，並且可以包括與內分泌和免疫系統相關的器官，例如腎，肝，腺，淋巴結等。或肌肉骨骼系統，如肌肉，肌腱，韌帶，甚至骨骼。光生物調節療法還直接治療和修復神經元，包括外周神經，脊髓，以及(如圖所示)腦5和腦幹。光生物調節療法經顱治療可以穿透顱骨，在震盪恢復和輕度創傷性腦損傷(mTBI)修復損傷方面具有顯著和快速的治療效果。換句話說，光生物調節療法能量被細胞中的色素基吸收與視神經無關。相比之下，光學療法的基礎是用彩色光或圖像激發視網膜，以調用認知或情緒反應，或幫助使身體的晝夜節律與周圍環境同步。在這種情況下，來自光源的圖像12刺激眼睛11中的視神經以向大腦5發送電信訊號，即神經衝動。
幾項初步測試突出了光生物調節療法和光學治療之間的許多巨大差異。例如，光學治療僅對眼睛起作用，而光生物調節療法影響任何細胞，包括內部 器官和腦細胞。在光學治療法中，光被導向光感知細胞(光轉導)，這反過來導致產生傳遞到大腦的電信訊號，而光生物調節療法刺激受治療的細胞和組織內的化學轉化、離子、電子和熱傳遞。不需要向大腦進行信號轉導。沒有大腦的幫助，效果是局部和全身的。例如，盲人患者對光生物調節療法有反應但對光學療法沒有反應。光學療法和光生物調節療法之間的另一個區別在圖4B中示出。即視覺在光學影像或影像刺激情況下，一旦由眼睛11接收到從光源14發出的紅光15A和藍光15B的組合將電信訊號9發送到腦5，腦5將入射光的顏色感知為紫色。光如紫色。實際上，紫/紅紫光具有比藍光或紅光短得多的波長，因此包括具有比紅光15A或藍光15B更高能量的光子。在光生物調節療法的情況下，細胞16和其中包含的粒線體17將對光源14發射出的紅光15A和藍光15B(它確實是)起光化學響應，並且它好像對紫光的呈現不響應。只有從紫外或紫外光源發出的真正的短波長紫光才能產生對紫光起光生物調節的響應。換句話說，粒線體和細胞不會被眼睛和大腦混合不同顏色的光“欺騙”。總之，光視覺刺激與光生物調節非常不同。因此，光學治療法領域的技術和發展不能被認為適用於光生物調節療法或與光生物調節療法相關。
作為一個詞源方面的註解，專用術語中的模糊性促使研究人員使用普遍術語“光療法”或PT將原始參考文獻改為更為現代的術語“光生物調節療法”或PBT。術語光療一般用於表示光的任何治療應用，包括(i)涉及視覺刺激的光學療法，(ii)涉及細胞調節的光生物調節療法或PBT，和(iii)用光激活注射的化學物質或塗敷的軟膏以促進化學反應的光動力療法或PDT。類似的廣義術語“光化學”，由光刺激的化學反應，也模糊地指任何和所有前述處理。因此，雖然光化學和光療法在今天具有廣泛的意義，但光生物調節療法，光動力療法和光學療法具有特定的非重疊解釋。
作為一個混亂的來源，術語LLLT最初旨在表示“低功率雷射光療法”，低功率水平下操作的雷射光器(有時在大眾出版中稱為“冷”雷射光器)，以區別 用於組織剝蝕和手術的高功率雷射光器。隨著基於LED療法的出現，一些作者將基於雷射光和LED的療法的命名法混為“低功率光療法”，具有相同的首字母縮略詞LLLT。這種不適宜的作為在已發表文獻中造成了很多混亂，並且不分青紅皂白地模糊了兩種截然不同之光子傳遞的系統。“低功率”雷射光只因為它在低功率下操作才能對保護人眼和燙傷安全。如果冷雷射光器有意或無意地上電至更高功率，使其不再“冷”，則可能以毫秒為單位就導致嚴重灼傷或失明。相反，LED總是以低功率工作，不能在高光功率密度下工作。在沒有功率水平時，LED會導致失明。雖然LED通過長時間運行的過多電流而過熱，但它們不會像最後一次那樣導致瞬間燒傷或組織剝蝕。因此，參考中術語低功率光對於LED是無意義的。因此，在整個申請中，首字母縮略詞LLLT僅指雷射光光生物調節療法，意指低功率雷射光治療法，不會用於指LED光生物調節療法。
現今的光生物調節治療系統
今日現有技術的光生物調節治療系統，如圖5中的示例系統50，包括控制器51，電連接到兩組LED照射墊。具體地，控制器51的輸出A通過電纜53a連接到包括電力互連之LED照射墊52b的第一LED照射墊組。LED照射墊52a和52c可選地通過連接電線54a和54b連接到LED照射墊52b，以產生作為第一LED照射墊組，其作為單個LED照射墊操作時，包括600多數個LED並覆蓋超過600cm2的治療區域。以類似的方式，控制器51的輸出B通過電纜53b連接到包括電力互連之LED照射墊52e的第二LED照射墊組。LED照射墊52d和52f可隨意地通過連接電線54c和54d連接到LED照射墊52e，以產生第二LED照射墊組，其作為單個LED照射墊操作時，包括600多數個LED並覆蓋超過600cm2的治療區域。
在所示系統中，控制器51不僅產生信號以控制照射墊內的LED，而且還提供驅動LED的電源。從控制器51傳遞到LED照射墊的電功率是充裕的， 對於每組三個照射墊的這兩組通常為12W。該系統的電氣原理圖如圖6A所示例，其中控制器61包括開關模式電源SMPS65用於將電源從120V轉換為220V交流電源64成至少兩個穩壓直流電源，即用於控制和類比的5V，以及供給更高電壓+VLED電源用於為LED照射墊中的LED串供電。+VLED的典型電壓範圍為24V至40V，具體取決於串聯的LED數量。為了便於演算法控制，微控制器(μC)67執行專用軟件來響應於在觸摸屏LCD面板66上輸入的用戶命令。結果是在類比緩衝器68a和68b的輸出A上以一些交替模式輸出一系列脈衝，用於獨立地控制連接到輸出A的LED照射墊中的紅光和近紅外光(NIR)LED。輸出B使用其自己的專用類比緩衝器包括類似的配置，但μC67能夠同時管理和控制A和B輸出。
輸出A上的信號然後通過屏蔽電纜63路由到一個或多數個LED照射墊62，屏蔽電纜63包括高電流電源線接地GND69a，5V電源線69b和+VLED電源線69c，以及用於控制近紅外光LED71a至71m中導通的LED控制信號線70a，以及LED控制信號線70b，用於控制紅光LED72a至72m中的導通。控制信號線70a和70b又分別驅動雙極性電晶體73a和73b的基極端子，電晶體作為開關操作以接通和斷開相應的LED串。當任一雙極電晶體的輸入為低電壓，即偏壓接地時，沒有基極電流，和沒有集極電流的流動，所以LED串保持黑暗。當任一雙極電晶體的輸入為高電壓，即偏壓達5V時，基極電流流動以相應的方式流過集極電流，從而使相應LED串中的LED照射。LED電流由LED導通電壓和限流電阻74a或74b設定。使用電阻器來設置LED亮度不是優選的，因為LED電壓的任何變化可能來自製造隨機變化、或者來自操作期間的溫度變化，將導致LED亮度的變化。結果是LED照射墊(從LED照射墊到LED照射墊)間，以及從這個製造批次到下一個製造批次的LED亮度均勻性差。通過採用固定值之恆定電流源或吸收器75a和75b替換電阻器74a和74b，可以獲得保持LED亮度均勻性的改進，如圖6B所示。
通過屏蔽電纜63的光生物調節療法控制器61和LED照射墊62之間的物理連接也可以描述為7層開放原始碼(7層OSI)模型的發表中兩個交互通信堆疊。如圖7所示，光生物調節療法控制器61可以表示為包括應用層7的堆疊80，光生物調節療法控制器的操作系統稱為LightOSv1。在操作中，應用層將數據傳輸到包括類比緩衝器的第1層物理層或PHY層。堆疊80單向地將電信訊號82發送到PHY層-1，即被動LED照射墊62的通信堆疊81中的LED串驅動器。
因為電信訊號包括簡單的數位脈衝，所以電纜63中的寄生阻抗會影響通信信號完整性和LED照射墊操作。如圖8所示，由於發送的方波電信訊號82可能顯著失真為接收波形83，包括減小幅度和持續時間84a，緩慢上升時間84b，電壓尖峰84c，振盪84d和影響信號接地反彈84e的接地迴路89。導致這些失真的電纜寄生電路包括電源線串聯電阻87a至87c和電感86a至86c，以及導體間電容85a至85e。其他效應可包括接地迴路傳導89和天線效應88。
在光生物調節療法控制器61和LED照射墊之間使用簡單電信訊號連接的另一個缺點是光生物調節療法系統不能確認連接到電纜63的周邊設備實際上是否為合格的LED照射墊或無效荷載。例如，不正確的LED配置與光生物調節療法控制器不匹配，如圖9所示。將導致LED電流不足或過大。具體地，如圖標91所示，串聯太多LED將導致高電壓降低而具有低或沒有LED的照明。相反，如圖標92所示，串聯太少LED會導致過高電流，過熱以及患者可能燒傷的風險。
從光生物調節療法控制器61供電給非LED荷載可能損壞無效周邊設備，控制器或兩者。這是個特別的問題，因為光生物調節療法控制器輸出上的一個引腳提供20V或更高的電壓，超過大多數半導體的5V額定值並對IC造成永久性損壞。由圖標94表示的感應荷載可能導致損壞控制器的過壓電壓尖峰。 包含磁盤驅動器或風扇等電機的荷載可能會導致過大的損壞浪湧電流。短路電纜或短路電氣荷載，如圖標93所示，可能引起火災。將電池連接到光生物調節療法控制器61如圖標96所示，可能導致過電流和火災風險。過度充電或使化學電池受到過電壓也有可能引起強烈火災甚至爆炸。未知的電氣荷載(如圖標95所示)表示未指定的風險。特別的問題是光生物調節療法控制器61和電源之間的任何連接，諸如發電機、汽車電池或UPS之類，其結果可能包括完全破壞系統和極端火災危險。在圖9中，圖標旨在表示一類電荷載，但不應被視為特定電路。
當不匹配的LED照射墊連接到相同的輸出時，會出現其他問題。例如，在圖10中。由一般電纜63供電的兩個不同LED照射墊62和79共享接地69a，5V電源69b，高電壓+VLED電源69c，可見光LEDv控制信號70a和近紅外LEDnir控制信號70b。如圖所示，LED照射墊62包括電流槽75a和75b以及驅動具有可見光波長λ v的相應LED71a至71m和具有近紅外波長λ nir的LED72a至72m的開關73a和73b。或者，LED照射墊79包括相同的電流槽75a和75b以及開關73a和73b，但驅動不同波長的LED，特別是具有可見光波長λ v2的LED76a至76m和具有近紅外波長λ nir2的LED77a至77m。沒有LED串具有與其他LED串相同的波長光。例如，λ v可以包括紅光，而λ v2可以包括藍光。類似地，λ nir可以包括810nm輻射，而λv2可以包括880nm。在操作中，由LEDv信號70a驅動的紅光和藍光LED並聯連接著，意味當紅光治療時可能無意中驅動藍光。類似地，由LEDnir信號70a驅動的810nm和880nmLED並聯連接著，意味當對一個波長近紅外光LED的治療可能無意中驅動不同的波長。
當兩個或更多數個LED照射墊同時連接到兩個LED輸出時出現另一個問題，如圖11A所示。光生物調節療法控制器51具有兩個輸出，輸出A和輸出B.這些輸出用於驅動單獨的LED照射墊組。如圖所示，輸出A通過電纜53a連接到LED照射墊52d。輸出B通過電纜53b連接到LED照射墊52e，並且還 通過跳線54d連接到LED照射墊52f。然而，意外地，跳線54c將LED照射墊52e連接到LED52d，從而使輸出A短路到輸出B.短路輸出A和B一起的電氣影響取決於正在執行的治療程序。圖11B示出了緩衝器100的輸出A和B都驅動紅光/可見光輸出的情況，特別是緩衝器101a和101c同時有效。如圖所示，輸出通過導電體102a到LED照射墊105a，通過連接器104a到LED照射墊105b，並最終通過連接器103a形成短路。在操作中，兩個輸出的頻率和脈沖模式是異步的，意味著可能出現高偏壓輸出和低偏壓輸出的任何組合。如果上拉電晶體太強，另一個輸出緩衝器可能會破壞；如果不是這樣，交替的接通信號可能導致LED保持高佔空比導致過熱並且可能存在燒傷患者風險。
在圖11C中，輸出A中的緩衝器101a為LED照射墊105a和105b中的紅光LED供電，而輸出B中的緩衝器101d也在LED照射墊105a和105b中為近紅外光LED供電。儘管紅光和近紅外光LED的獨立操作並不出現電氣問題，但紅光和近紅外光LED同時導通將導致LED照射墊過熱，潛在可能損壞照射墊並可能燒傷患者。該過度功率條件如圖11D所示波形的說明，其中，由波形110示出的導電可見LED之功率Pv具有平均功率Pave113，並且由波形111示出的近紅外光LED之功率Pnir具有平均功率Pave114。總和功率波形112具有平均功率115的2Pave大小。
在今日的LED照射墊中，由於沒有溫度保護，出於任何原因過熱都是有問題的。如圖12所示，即使LED照射墊109確實具有溫度感測，藉由電纜63中具有單向數據流82，LED照射墊109也無法通知光生物調節療法控制器61過溫狀態或暫停操作。
如前所述，上述光生物調節療法系統的局限性很多，影響了光生物調節療法系統的實用性，功能性，安全性和可擴展性。這些限制包括以下問題：
‧與LED照射墊的電氣“信號”通信-從光生物調節療法控制器到LED照射墊的信號是簡單的數位脈衝，而不是匯流排收發元件間的差分通信。這些信號對一般模式噪聲和接地迴路敏感，影響控制LED操作的脈衝的幅度和持續時間。作為簡單的電信脈衝，系統還缺乏任何錯誤檢查功能，因此無法糾正甚至檢測到故障。
‧從光生物調節療法控制器到LED照射墊的單向信號流-使用單向數據流，光生物調節療法控制器無法驗證連接到其輸出的任何LED照射墊，一旦連接後也無法監控照射墊的工作狀態。單向數據還可以防止LED照射墊狀態的反饋或向主光生物調節療法控制器報告其他照射墊的信息。
‧無法檢測多片照射墊錯誤連接的短路-通過用戶錯誤，光生物調節療法控制器的兩個輸出錯誤連接到相同的LED照射墊或照射墊組，即無意中將兩個輸出短路連接在一起，意味著兩個輸出都驅動相同的LED串。這種錯誤連接錯誤可能會損壞LED驅動器電路，導致LED過熱，患者灼傷風險以及可能引發火災。
‧無法識別經認可的LED照射墊或經認證的製造商-由於缺乏識別LED照射墊身世的能力，光生物調節療法系統將在不知不覺中驅動與其連接的任何LED，包括非法，偽造或仿製的LED照射墊。驅動未由系統指定者或製造商製造或認證的照射墊具有未知的後果，包括功能喪失和功效降低以及安全風險。商業上，假冒和仿製LED照射墊的貿易和銷售也剝奪了智慧財產權合法許可之光生物調節療法設備商的收入。
‧無法識別連接的設備為LED-連接到光生物調節療法控制器輸出的設備是LED照射墊是沒有能力確認(而不是完全不相關的周邊設備，如揚聲器，電池，電機等)，將未經授權的電氣荷載連接到光生物調節療法系統的輸出將不可避免地損壞配件，光生物調節療法控制器或兩者。 當驅動未知的電氣荷載時，操作期間控制器輸出引腳上的高壓也會引起火災。
‧無法識別電源-光生物調節療法控制器無法識別其輸出與電源的連接(如交流電源適配器，電池，汽車電源或發電機)，這是一個真正的安全風險，因此包含在光生物調節療法控制器內部的供給電源與外部電源對抗。兩個不同電源的互連可能導致過大的電流，電壓，功率耗散或不受控制的振盪，從而導致外部電源、光生物調節療法控制器，或兩者的損壞。
‧無法控制或限制驅動器輸出電流-例如損壞的照射墊的短路荷載連接、導線短路，或任何具有高浪湧電流的荷載(如電機)表示存在高電流風險且可能存在火災危險。諸如螺線管之類的感應荷載也會瞬間產生過大的電壓，從而損壞低壓元件。
‧無法檢測連接到光生物調節療法系統輸出的電池-將電池組連接到光生物調節療法系統的輸出可能會損壞電池組，意外地在錯誤的充電條件下給電池充電並產生過電壓，過電流，或化學電池中的過溫條件。濕式化學品或酸性電池的不正確充電可能會導致酸性或電解質洩漏。鋰離子電池充電不當會導致過熱，火災甚至爆炸。
‧無法檢測LED照射墊中的過熱條件-LED照射墊過熱會使患者感到不適和灼傷，照射墊損壞，並且在極端情況下可能會引起火災。
‧無法識別LED照射墊內的LED配置-無法識別LED照射墊中LED的串並聯陣列配置，光生物調節療法控制器無法確定該照射墊是否與光生物調節療法系統兼容，或者即使可以進行LED操作。例如，串聯連接的LED太少會電壓過高，損壞LED。串聯連接的LED太多會導致昏暗或無照明。並聯太多的LED串會導致總照射墊電流過大，從而導致過熱，以及互連上的電壓大降，LED照射墊上的光均勻性差，以及可能損壞PCB的導電線路。
‧無法識別LED照射墊中所包含的LED類型-無法檢測照射墊中LED的波長，光生物調節療法系統無法將其治療程序與LED陣列相匹配，或選擇正確每個特定波形中的LED波長的治療方案。
‧光生物調節療法控制器輸出均限於固定數量的控制信號-每個輸出只有一個或兩個控制信號，今日的光生物調節療法控制器無法在同一個照射墊內，以不同激勵模式驅動三個，四個或更多不同波長的LED。
‧移動性有限-在當今醫療級的光生物調節療法系統中，光生物調節療法的中央控制器與LED照射墊的連接需要電纜連接。雖然這種拴繩光生物調節療法系統在醫院應用中(並且可能在臨床環境中)通常是可接受的，但是在消費者，護理人員和軍事應用中，用電纜或電線限制的移動性是沒有用的。
‧無法進行波形合成-光生物調節療法系統缺乏使用方波脈衝以外的任何波形驅動LED的技術。方波脈衝操作將LED照明模式限制為一次一個頻率的操作。由於脈衝頻率影響到特定組織類型的能量耦合，單頻光生物調節療法系統一次只能最佳地治療一種組織類型，延長了所需的治療時間和患者/保險費用。分析還揭示了方波脈衝浪費能量，產生不一定對治療有益的諧波。使用正弦曲線，和弦，三角波，鋸齒波形，噪聲突發或音頻採樣的LED驅動需要在LED照射墊內進行複雜的波形合成。雖然光生物調節療法主控制器應該具有足夠的計算能力來合成這樣的波形，但是這種能力並不是有益的，因為信號不能通過長電纜傳送而不會出現明顯的波形失真。不幸的是，LED照射墊無法執行任務。使用廉價的被動元件，現今的LED照射墊無法進行任何波形合成，更不用說遠程選擇或改變合成波形所需的通信協議不存在。
‧新的LED驅動程序演算法的發布-目前的光生物調節療法系統無法從數據庫或伺服器下載軟件更新以糾正軟件錯誤或安裝新的處理演算法。
‧無法即時捕獲和記錄患者生物識別數據-目前的光生物調節療法系統缺乏在治療期間收集生物識別數據(如腦電波，血壓，血糖，血氧和其他生物識別信息)的能力或嵌入此收集數據的能力進入治療文件記錄。
‧無法收集治療區域的即時圖像-目前的光生物調節療法系統缺乏在治療期間測量或創建組織圖像的任何手段。系統還缺乏儲存靜止圖像和視頻圖像的能力，或者將圖像與光生物調節療法療程的處理時間相匹配。
‧用戶(醫生)無法創建新的治療演算法-目前的光生物調節療法系統缺乏為醫生或研究人員等用戶創建新演算法或將現有治療組合在一起以形成複雜的治療特定治療的能力，例如，優化激活序列以激活注射干細胞(用於加速乾細胞分化，同時降低排斥風險。)
‧文檔的電子分發-目前的光生物調節療法系統無法以電子方式分發和更新任何文檔。如果可以通過電子方式向所有光生物調節療法系統用戶提供FDA諮詢或裁決的分發，以及對光生物調節療法操作和治療手冊，治療指南和其他文件的勘誤和更新，將是有益的。目前在任何醫療設備中都沒有這種功能。
‧治療追踪-目前的光生物調節療法系統無法追踪治療使用歷史記錄，擷取系統在治療日誌中的使用情況，並將治療日誌上傳到伺服器。由於缺乏通過網絡連接的即時治療日誌，醫生，醫院，診所和水療中心對光生物調節療法系統的廣泛商業應用是有問題的。如果沒有上傳的使用日誌，當前的光生物調節療法系統就無法支持收入分成租賃業務模式，因為出租人無法驗證承租人的系統使用情況。同樣，醫院和診所 也不能確認光生物調節療法系統用於保險審計和防止欺詐。在付費使用SaaS(軟件即服務)支付模型中，光生物調節療法服務代理無法確認客戶的使用歷史。
‧電子處方-目前沒有包括光生物調節療法系統在內的物理醫療設備能夠安全地將醫生處方傳送和分發到醫療設備中。
‧遠程禁用-今天沒有光生物調節療法系統能夠在未付款或盜竊的情況下禁用設備操作以阻止黑市交易。
‧位置追踪-今天沒有光生物調節療法系統能夠追踪被盜之光生物調節療法系統的位置以追踪竊賊。
‧安全通信-由於光生物調節療法系統目前使用電信訊號而不是基於數據封包的通信來控制LED照射墊，因此對主機光生物調節療法系統和LED照射墊之間的通信進行黑客攻擊和直接測量是微不足道的，缺乏任何安全性。此外，光生物調節療法系統目前缺乏任何互聯網通信規定以及防止內容黑客攻擊以及根據HEPA規定阻止身份盜用所需的安全方法。將來，預計單獨加密不足以保證互聯網上的數據通信安全。在這種情況下，還需要連接到私人超級安全網絡。
總之，當今光生物調節療法系統的架構完全過時，需要全新的系統架構，新的控制方法和新的通信協議，以促進提供光生物調節治療的有效，靈活，通用和安全的解決方案。
在本發明的光生物調節治療(PBT)過程中，具有一個或多個波長或光譜帶波長之電磁輻射(EMR)定義的模式(例如，方波脈衝，正弦波或其組合的序列)使用分佈式系統將其引入活體生物(例如人或動物)中，其中包括兩個或更多個分佈式組件或“節點”通信，是使用匯流排或收發器進行組成組件之間發送指令 或文件。輻射通常在電磁輻射光譜的紅外光或可見部分光內，儘管有時可能包括紫外光。
可以使用單個波長的電磁輻射，或者模式可以包括具有兩個，三個或更多個波長的電磁輻射。電磁輻射可以包括輻射光譜帶，而不是由單一波長的輻射組成，通常表示為以波長中心為中心的波長范圍，例如λ±△λ。脈衝或波形可以通過間隔分開，在此期間不產生輻射，一個脈衝或波形的後沿可以與後一個脈衝的前沿在時間上重合，或者脈衝可以重疊使得兩個或更多個波長的輻射(或波長的光譜帶)可以同時產生。
在一個實施例中，分佈式光生物調節療法系統的組件包括光生物調節療法控制器和一個或多個智能LED照射墊，其使用單向串行數據匯流排進行通信，所述單向串行數據匯流排將數據，文件，指令或可執行代碼從光生物調節療法控制器發送到智能LED照射墊。在第二實施例中，分佈式光生物調節療法系統的組件包括光生物調節療法控制器和使用雙向數據匯流排或收發器通信的一個或多個智能LED照射墊，由此光生物調節療法控制器能夠向智能LED發送數據，文件，指令或可執行代碼。相反，智能LED照射墊能夠將數據返回到光生物調節療法控制器，包括照射墊的操作狀態或患者狀況，包括LED照射墊配置數據，程序狀態，故障狀況，皮膚溫度或其他感測器數據。其他感測器可以包括二維溫度圖，二維或三維超音波圖像，或者可以包括生物特徵數據，例如pH，濕度，血氧，血糖或皮膚阻抗等，其又可任選地用於改變治療條件，即在封閉的生物反饋迴路中操作。
在一個實施例中，電磁輻射由佈置連接到一般電源供應的並聯的發光二極體(LED)“串”中產生。每個LED串可以包括數個LED，其被設計為響應於定義的恆定或時變電流而產生單個波長或波長帶的輻射。這些LED被嵌入柔性照射墊中，該柔性照射墊設計成貼合人體的皮膚表面，允許目標組織或器官 暴露於均勻的輻射圖案。可以由連接LED照射墊到光生物調節療法控制器的電纜向每個智能照射墊傳送電力，或者可以從獨力的電源向LED提供電力。在替代實施例中，可以使用半導體雷射光二極體代替LED配置成陣列以產生均勻的輻射圖案，或者可選地安裝在手持棒中以產生聚集輻射的點或小區域。
在這裡公開的分佈式光生物調節療法系統中，每個LED串由一個LED驅動器控制，由包含在智能LED照射墊內的微控制器控制。LED照射墊的微控制器與另一微控制器或計算機的通信是透過包括光生物調節療法控制器與通信匯流排，該通信匯流排可以包括有線連接，例如USB，RS232，HDMI，I2C，SMB，乙太網或專有格式和通信協議，或者替代性無線媒體和協議，包括藍牙，WiFi，WiMax，使用2G，3G，4G/LTE或5G協議的蜂巢無線電，或其他專有通信方法。
使用連接到光生物調節療法控制器的顯示器，鍵盤或其他輸入設備，醫生或臨床醫生可以選擇適合於所治療的病症或疾病的特定演算法(處理順序)。然後，指令通過有線或無線數據匯流排從光生物調節療法控制器傳送到一個或多個智能LED照射墊，指示照射墊的微控制器何時開始或暫停光生物調節療法治療並指定要執行什麼治療。
在涉及數據流的一個實施例中，光生物調節療法控制器發送指定LED驅動波形的數據封包串流，包括指示LED何時傳導電流和要傳導電流的大小。由控制器發送的串流指令由“模式資料庫”選取演算法，每個演算法定義由LED串產生的電磁輻射脈衝或特定的波形處理序列。在通過數據匯流排接收數據封包時，智能LED照射墊將指令儲存在記憶體中，然後開始“播放”數據串流文件，即根據接收的指令驅動LED。在串流播放期間，可以中斷從光生物調節療法控制器到智能LED照射墊的匯流排通信以適應系統安全檢查或允許智能LED照射墊報告其狀態或將感測器數據上載到光生物調節療法控制器。
與現有技術的光生物調節療法系統不同，在所公開的分佈式光生物調節療法系統中，光生物調節療法控制器不是不斷地向智能LED照射墊發送指令。在光生物調節療法控制器靜止期間，無論是接收的匯流排還是從智能LED照射墊接收數據，每個智能LED照射墊必須獨立於光生物調節療法控制器和連接在同一數據匯流排或通信網路上的其他LED照射墊自主運行。這意味著光生物調節療法控制器必須將足夠的數據發送到智能LED照射墊以儲存在照射墊的內存緩衝區中，以支持不間斷的LED播放操作，直到下一個數據文件被傳送。
在另一個實施例中，光生物調節療法控制器將完整的播放文件傳送到智能LED照射墊，定義光生物調節療法治療或療程的整個執行順序。在該方法中，在開始播放之前，即在執行治療之前傳送文件。一旦文件被加載到智能LED照射墊的記憶體中，照射墊內置的微控制器就可以根據文件的指令執行播放。所傳送的播放文件可以包括(i)包括所有LED驅動波形指令的全部可執行代碼文件，(ii)定義治療持續時間的被動播放文件和設置由包括LED播放器軟件解讀可執行的代碼，或者(iii)包括波形基元的數據文件，所述波形基元隨後由LED照射墊的微控制器以規定的方式組合以控制LED照明模式並執行光生物調節療法治療或療程。
在後兩個示例中，解釋播放文件所需的可執行代碼，即LED播放器，必須在開始播放之前加載到智能LED中。該LED播放器可以在用戶指示光生物調節療法控制器開始治療時加載到智能LED照射墊中，或者可以在日期之前加載到智能照射墊中，例如，在製造期間或在光生物調節療法控制器開啟時並且建立智能LED照射墊連接到控制器的區域網路路時，LED照射墊被編程。在LED播放器文件事先被加載到智能LED照射墊並且儲存在非揮發性記憶體中持續延長。在這種情況下，分佈式光生物調節療法系統必須包括檢查所加載的軟件是否仍然是當前的或已經過時的。如果系統檢測到LED播放器是最新的LED播放可以立即開始。或者，如果光生物調節療法控制器檢測到LED播放器已過 時，過期或者不是最新的，則光生物調節療法控制器可立即下載新的LED播放器可執行代碼或首先獲得用戶批准。在某些情況下，使用過時的LED播放器可執行代碼執行處理可能導致不正確的播放或系統故障。在這種情況下，智能平板的LED播放器可能會被光生物調節療法控制器強制暫停其操作，直到執行軟件下載和更新。
LED照射墊可以獨立自動地持續運行一段規定的時間，使LED照射墊與被動LED照射墊相比具有“智能”特性。相反，被動LED照射墊僅限於響應從光生物調節療法控制器發送的即時信號，其中任何通信中斷將立即導致LED照射墊操作中斷，從而影響LED脈衝串或波形。換句話說，光生物調節療法控制器和一個或多個智能LED照射墊之間的匯流排通信可以被認為是封包交換區域網路(LAN)。
所公開的分佈式光生物調節療法系統的另一個關鍵特徵是其自主安全系統-在每個智能LED墊中運行的保護和安全功能，獨立於PBT控制器。特別是在網絡連接的專業醫療設備中，即使網絡連接丟失，安全系統也必須繼續正常運行。作為本發明的一個關鍵特徵，在操作期間，每個智能LED照射墊定期執行安全相關的子程序，以確保軟件正常運行並且不存在危險情況。這些智能LED照射墊嵌入包括軟件相關的“閃爍定時器”子程序的保護功能，看門狗定時器，過壓保護，LED電流平衡和過溫保護。自主安全功能涉及韌體，其包括儲存在非揮發性記憶體中並由存在於每個智能LED照射墊內嵌入的微控制器所執行的智能LED照射墊的所屬操作系統(在此稱為LightPadOS)。
在接收到開始治療的指令後，特定照射墊的LightPadOS啟動軟件定時器並同時復位並啟動微控制器中的硬件計數器。然後，LightPadOS啟動以執行作為數據串流文件或作為LED播放器(播放特定播放文件)與促使程序計數器同步地執行的光生物調節療法治療。程序計數器以定義的頻率增加，該定義的頻 率由共享系統時鐘或定義給特定於一個或多個智能LED照射墊參考的精確時間。可以使用RC張弛振盪器，RLC諧振振盪器，晶體振盪器，或基於微機械的振盪器來建立這樣的參考時間。以這種方式，具有納秒精度的脈衝可以用於合成方波脈衝，正弦波以及頻率和持續時間變化的其他波形。然後，合成波形用於根據定義的演算法驅動所選模式中變化波形的LED串。
在程序執行期間，軟件閃爍定時器和基於硬件的看門狗定時器繼續與程序計數器時基同步計數。當眨眼定時器達到某個預定時間(這裡稱為眨眼間隔)時，例如，30秒後，軟件定時器產生一個中斷信號，發送到照射墊的所屬控制LightPadOS，暫停治療程序計數器並開始“中斷服務程序”(即InterruptServiceRoutine；ISR)。然後，中斷服務程序執行內務處理功能，其可以包括讀取智能LED照射墊中的一個或多個感測器的溫度，將收發器上的溫度數據發送到光生物調節療法控制器，並同時將最高測量溫度與定義的範圍進行比較。如果溫度超過警告水平，則還產生警告標誌並將其傳送給光生物調節療法控制器，作為系統採取某些動作的請求，例如，降低LED佔空比(每個週期的導通時間)以降低照射墊的溫度或暫停處理。
然而，如果最高測量溫度超過預定安全閾值，則智能LED照射墊立即暫停執行治療程序並同時通過收發器向光生物調節療法控制器發送消息。除非光生物調節療法重新啟動程序，否則過熱智能LED照射墊將無限期保持關閉狀態。以這種方式，如果在光生物調節療法控制器不可用或發生故障時發生過熱情況，或者如果網絡或通信匯流排忙或不可用，則內建定義條件是停止治療。
在中斷服務程序期間，智能LED照射墊可以執行其他安全測試，例如檢查電源故障導致的過大輸入電壓，內部照射墊短路導致的過大電流，或檢測汗水或水接觸導致的智能LED照射墊過多水分，可能導因於患者和LED照射墊之間缺少或不正確地施加衛生屏障。在任何情況下，故障智能LED照射墊首先 暫停操作，然後向光生物調節療法控制器發送消息，通知分佈式系統故障。在這種情況下，其他LED照射墊可以繼續獨立工作(即使一個照射墊已經停止工作)，或者可選地，所有智能LED照射墊可以同時關閉(通過光生物調節療法控制器或通過直接照射墊到照射墊通信)。中斷服務程序完成後，通過重新啟動程序計數器，重新啟動軟件閃爍定時器，然後重新啟動看門狗定時器，控制返回到執行光生物調節療法治療。
如果LED播放可執行代碼或中斷服務程序子程序中發生軟件執行失敗，程序計數器將不會恢復運行，閃爍定時器將不會復位並重新啟動。如果看門狗定時器在沒有被復位的情況下達到其完全計數而沒有被復位(例如，在31秒)，則意味著軟件執行失敗。看門狗定時器超時立即產生中斷標誌，暫停程序在有問題的LED照射墊中執行，並向光生物調節療法控制器和可選擇性的向其他LED照射墊發送故障消息。因此，軟件故障也始終默認故障的LED照射墊為非操作狀態，即使在沒有網絡連接的情況下，以確保患者安全。
除了自主安全特徵之外，在另一個實施例中，所公開的分佈式光生物調節療法系統包括由光生物調節療法控制器管理之網絡組件的集中保護。具體地，與光生物調節療法控制器一起運作的光生物調節療法操作系統，在此稱為LightOS，包括許多保護措施，包括檢測連接到網絡或通信匯流排的組件是授權組件還是欺詐的能力。如果用戶試圖將光照射墊或其他組件連接到光生物調節療法控制器的網絡，無法通過該網絡規定的認證過程，則該組件將被拒絕訪問網絡。光生物調節療法控制器的LightOS操作系統可以通過多種方式禁止未經授權的訪問，包括關閉整個分佈式系統，直到違規設備被移除，不將任何數據封包發送到欺詐設備的IP地址，或加密未經授權組件其無法識別的命令。
為了在所公開的分佈式光生物調節療法系統中實現多層安全通信，光生物調節療法控制器的操作系統(LightOS)和智能LED照射墊的操作系統 (LightPadOS)包括並行通信棧使用一致協議和，對於設備操作員，黑客或未經授權的開發人員無法識別的共享秘密。因此，分佈式光生物調節療法系統作為受保護的通信網絡運行，能夠在任意數量的通信層上執行安全性，包括數據鏈路路層-2，網絡層-3，傳輸層-4，會談層-5，表示層-6或應用層-7。
例如，同時安裝並密碼隱藏在光生物調節療法控制器和智能LED照射墊中的數字代碼，即共享秘密，可用於確認網絡連接之智能LED照射墊的真實性，而無需洩漏密鑰本身。在數據鏈路層-2上執行LED照射墊驗證的一種方法中，光生物調節療法控制器通過網絡或通信匯流排將隨機數傳遞給智能LED照射墊。作為響應，LED照射墊中的微控制器解密其共享秘密的副本(數字代碼)，將其與接收的隨機數合併，然後對連接的數字執行加密散列操作。然後，智能LED照射墊在相同的收發器鏈路上公開返回加密散列值。
同時，光生物調節療法控制器執行相同的操作，解密其自己的共享秘密副本(數字代碼)，將其與發送到LED照射墊生成的隨機數合併，然後對連接的數字執行加密散列操作。光生物調節療法控制器接下來比較接收和所屬生成的散列值。如果兩個數字匹配，則該照射墊是可信的，即它“被授權”連接到網絡。上述認證演算法可以在任何數據匯流排或封包交換網絡上的任何PHY層-1和/或數據鏈路層-2連接上執行，包括USB，乙太網，WiFi或蜂巢無線電連接。在WiFi連接的情況下，還可以使用WiFi保護的訪問協議WPA2來建立數據鏈路。
對於“管理”目的和安全性跟踪，經認證之組件的授權時間和日期(以及可用的GPS位置)儲存在非揮發性記憶體中並且可選地上載到伺服器。對分佈式光生物調節療法系統中所有連接組件採用安全通信和AAA(認證，授權，管理)驗證的好處，對於確保安全和防止未經認證和潛在不安全的冒名頂替設備之故意連接至關重要。以這種方式，冒名頂替設備無法由分佈式光生物調節療法系 統驅動。AAA驗證還可防止意外連接不適合作為光生物調節療法系統運行設備的一部分，如鋰離子電池組，未經批准的電源，揚聲器，磁盤驅動器，電機驅動器，高功率III類和IV類雷射發光器以及其他與光生物調節療法系統無關的潛在危害。
使用封包交換網絡(例如乙太網或WiFi)的分佈式光生物調節療法系統之安全性也可以使用網絡層-3上的動態尋址和數據傳輸層-4上的動態端口分配來增強。在未連接到網絡或任何其他區域網路之光生物調節療法控制器的操作中，光生物調節療法控制器生成動態IP地址和動態端口地址，然後將該地址廣播到其他網絡連接設備，其中智能LED照射墊響應他們自己的動態IP地址和他們自己的動態端口地址。在分佈式光生物調節療法系統與路由器或網絡接觸的情況下，動態主機配置處理器(DHCP)用於分配動態IP地址。類似地，遠端程式呼叫(RPC)用於執行動態端口號分配。由於動態IP地址和動態端口會在設備連接到網絡時發生變化，因此網絡攻擊面會減少。可以使用TLS的傳輸層安全性，IPSec安全協議或其他協議添加額外的第4層安全性。
一旦分佈式光生物調節療法系統的組件通過第2層認證，第3層和第4層網絡和端口地址分配建立，分佈式光生物調節療法系統就可以執行治療了。在光生物調節療法控制器接收到用戶“開始”命令時，光生物調節療法治療開始於在光生物調節療法控制器和網絡連接的智能LED照射墊之間交換加密密鑰或數字證書以建立會談層-5。會話打開後，光生物調節療法控制器和智能LED照射墊在文件和命令交換期間保持其安全鏈接，直到治療完成或終止。可以使用表示層-6或應用層-7上的加密來執行額外的網絡安全性。
如所公開的，網絡連接的分佈式光生物調節療法系統用作單個統一虛擬機(VM)，其能夠使用多個智能LED照射墊提供可靠且安全地執行光生物調節治療。
●電纜寄生效應不會導致波形失真
●光生物調節療法控制器和智能LED照射墊之間的雙向通信
●能夠檢測到照射墊錯誤短路連接
●能夠識別經認可的LED照射墊或認證製造商
●能夠將連接的設備識別為智能LED照射墊
●能夠識別電源並控制其工作電壓
●能夠控制和限制LED驅動器電流
●能夠檢測電池並防止其連接到光生物調節療法系統的輸出
●能夠檢測LED照射墊中的過熱條件
●能夠識別LED照射墊內的LED配置
●能夠識別智能LED照射墊中包含的LED的類型和配置
●能夠獨立控制多個輸出
●能夠在智能LED照射墊內執行無失真波形合成
●能夠將新的LED驅動演算法分配到智能LED照射墊
●能夠捕獲和記錄患者即時生物識別數據
●能夠收集治療區域的即時圖像
●支持用戶(醫生)創建新治療演算法的能力
●能夠支持文檔電子分發
●能夠執行治療跟踪
●能夠管理電子處方的分發
●能夠支持網絡連接的遠端控制
●能夠執行光生物調節療法系統的位置跟踪
●能夠在組件之間執行安全通信
在另一個實施例中，所公開的分佈式光生物調節療法系統包括三級波形生成，包括數字波形合成，PWM脈衝生成，以及動態多路多工LED驅動器 能夠產生方波，三角波，鋸齒波和正弦波波形。波形可以包括單個週期函數或多個頻率分量的和弦。
在另一個實施例中，所公開的波形產生器可以根據規定的密鑰和頻率音階產生和弦，例如，包括兩個，三個或四個不同頻率的和弦，包括噪聲濾波。LED驅動波形也可以從音頻樣本產生，或者通過組合具有不同分辨率和頻率的可縮放音頻原始波形的和弦來產生。波形可以基於波形合成器參數，PWM波形和PWM和弦儲存在庫中，包括大調，小調，減弱，增強和弦，八度音程和反轉。軟件控制的LED驅動器包括I/O映射(多路多工)，動態電流控制和各種動態可編程參考電流。
在另一個實施例中，分佈式光生物調節療法系統包括從集中式多通道光生物調節療法控制站控制的多組智能LED照射墊。包括一個可選擇性的WiFi光生物調節療法遙控器，以方便所屬啟動和暫停控制。在又一個實施例中，光生物調節療法控制器包括運行應用程式的移動設備或控制智能LED照射墊的智能電話。移動應用程式包括直觀的UI/UX控制和生物反饋顯示。應用程式還可以作為治療數據庫連接到網絡或光生物調節療法伺服器。在另一實施例中，光生物調節療法系統包括通過網絡編程的完全自主LED照射墊組。
分佈式光生物調節療法系統還可安裝在齒套中用於控制的LED以對抗牙齦炎症和牙周病，或驅動安裝在插入鼻或耳中的耳塞中的各個LED以殺死竇腔中的細菌變形。各個變化的LED芽可以用作“斑點”放置在穴位上。
前述分佈式光生物調節療法系統不限於驅動LED，而是可以用於驅動位於患者附近的任何能量發射器，以便將能量注入活組織，包括來自雷射光器的相干光，或發射時變磁場(磁療)，微電流(電療)，超音波能量，次聲，遠紅外電磁輻射或其任何組合。
在一個這樣的實施例中，LED或雷射光手持棒包括大面積頭部單元和樞轉手柄，整體溫度感測器，電池充電器，升壓(升壓)電壓調節器和作為接近檢測器的集成安全系統。在又一個實施例中，磁療裝置包括用於產生時變磁場之多層印刷電路板實現的線圈。磁療裝置可以在照射墊中或棒中實現。用於減輕炎症和關節疼痛的磁療可以獨立操作或與光生物調節療法組合操作。
另一種手持式棒形包括作為振動器操作的調製音圈，其在次聲頻率(即低於10Hz)下對肌肉和組織施加壓力，類似於按摩療法，但具有更深的穿透性。次聲療法用於減輕肌肉鬆弛並改善柔韌性和運動的範圍，可以獨立操作或與光生物調節療法組合操作。
在另一個實施例中，超音波治療裝置包括可彎曲PCB，一個或多個壓電換能器在20kHz至4MHz的超音波波頻帶中調製。具有壓電換能器的照射墊還可以包括由音頻頻譜中脈沖調制的LED。在超音波-LED組合裝置的一個應用中，超音波被用於用光生物調節療法破壞瘢痕組織，光生物調節療法用於改善循環並且此後去除死細胞。
01:LED驅動器
02:LED照射墊
03:光子
04:組織
05:腦
06:檢測系統
07:醫生或臨床醫生
09:電信訊號
11:眼睛
12:圖像
14:光源
15:紅光
15:藍光
16:細胞
17:粒線體
20:真核細胞
21:粒線體
22:光生物過程
23:光子
24:分子細胞色素c氧化酶(CCO)
25:AMP至ADP至ATP之充電序列
26:ATP
27:一氧化氮(NO)
28:ATP至ADP至AMP放電過程
29:能量
45:透明光學窗
50:系統
51:控制器
52a~52c:第一LED照射墊組
52d~52f:第二LED照射墊組
53a~53b:電纜
54a~54d:電線
61:光生物調節療法控制器
62:LED照射墊
63:屏蔽電纜
64:交流電源
65:開關模式電源SMPS
66:觸摸屏LCD面板
67:微控制器(μC)
68a~68b:類比緩衝器
69a:接地GND
69b:5V電源
69c:+VLED電源線
70a~70b:LED控制信號線
71a~71m:可見光波長λ v的相應LED
72a~72m:近紅外波長λ nir的LED
73a~73b:雙極性電晶體的基極端子(開關)
74a~74b:電阻器
75a~75b:恆定電流源或吸收器(電流槽)
76a~76m:可見光波長λ v2的LED
77a~77m:近紅外波長λ nir2的LED
79:LED照射墊
80:應用層7的堆疊
81:被動LED照射墊的通信堆疊
82:電信訊號
83:接收波形
84a:減小幅度和持續時間
84b:緩慢上升時間
84c:電壓尖峰
84d:振盪
84e:影響信號接地反彈
85a~85e:導體間電容
86a~86c:電感
87a~87c:電源線串聯電阻
88:天線效應
89:接地迴路
100:緩衝器
101a~101d:緩衝器
102a:導電體
103a:連接器
104a:連接器
105a~105b:LED照射墊
109:LED照射墊
110:波形
111:波形
112:總和功率波形
113:可見LED平均功率Pave
114:近紅外光LED平均功率Pave
115:平均功率
120:光生物調節療法控制器
121:電源
122:USB電纜
123:智能LED照射墊
124:主系統時鐘
128:非揮發性記憶體
128a~128b:AND邏輯閘
129:揮發性記憶體
131:光生物調節療法控制器
132:外部電源磚
133:觸摸屏LCD
134:主微控制器μC或MPU
135:USB匯流排介面
136:USB電纜
140~141:開關電流槽
142a~142m:串聯連接的LED串，用於產生波長λ 1的光，
143a~143m:串聯連接的LED串，用於產生波長λ 2的光，
144:LED照射墊標識數據寄存器
145:LED配置寄存器
147~148:通信棧
150:建立物理USB連接
151a:LightPad安裝的子程序
151b:LightPad OS操作系統開始子程序
154a~154b:對稱認證過程
158:光生物調節療法控制器執行檢查
160:LED控制器電路
161a~161c:電流槽
162a~162b:近紅外LED串
163a~163b:紅光LED串
164a~164b:藍光LED串
165:電流控制裝置
165b:恢復明文可執行文件
166:電流感測和控制元件
167:N溝道電流槽MOSFET
168a~168b:N溝道電流鏡MOSFET
170:放大器
171:數位逆變器
172:P溝道MOSFET
173:N溝道MOSFET
180a~180e:P溝道MOSFET
181:電阻器
182:電阻器調整電路
184a~184n:開關電阻器
185a~185n:閘極驅動器
186:數字值校準寄存器
190:輸出Vbandgap的帶隙參考電壓
191:電阻器
192a~192b:N溝道MOSFET
193a~193n:MOSFET
194a~194n:P溝道MOSFET
195a~195n:數位逆變器
197:D/A轉換器
198:算術類比單元ALU
199:動態目標參考電流寄存器
200a:電流源
201:LED串
202:電流感測和控制元件
203:P溝道電流源MOSFET
204a~204b:P溝道電流鏡MOSFET
205:放大器
205a~205b:P溝道電流鏡MOSFET
206:放大器
207~208:P溝道MOSFET
209a~209b:電阻器
210a~210b:N溝道MOSFET
211a~211b:數位逆變器
212:N溝道MOSFET
213a~213b:N溝道MOSFET
221a~211b:逆變器
228:匯流排介面
250:選擇療程
251a~251b:執行療程
252a~252b:步驟
253a~253b:步驟
254a~254b:步驟
256a~256b:步驟
257a~257b:治療數據段
260a:治療指令
261:指令
262:標題
263:步驟
264:位元
265:LED寄存器
266:時間
267a:關閉至開啟轉換
267b:開啟至關閉過渡
270:解碼器
271:解碼表
272:串行封包數據串流
275a:紅光脈衝
275b:藍光脈衝
275c:近紅外光1脈衝
275d:近紅外光2脈衝
275e:近紅外光1和近紅外光2脈衝
277:數據幀
278:LED驅動器
279a:色移寄存器
279b:時移寄存器
279:LED顏色寄存器
297:時鐘
299:時鐘
300:步驟
301:加密文件
302:接收文件
303:解壓縮文件
304a~304b:步驟
305a~305b:步驟
306a~306b:步驟
307a:Light OS中進行通信
307b:中斷服務程序
308a~308b:步驟
309:治療按鈕
310:USB封包
311:有效荷載
312:解包
313:可執行代碼
314:治療演算法
314a~314h:療程步驟
315a:inflammation療程
315b:infection療程
315c:healing療程
316:Injury療程
317:圖表
330~331:通信棧
332:USB協議差分信號
333:時間參考時鐘
334a:揮發性記憶體
334b:非揮發性記憶體
335~336:LED驅動器
337:智能LED照射墊
338:匯流排介面
339:LED照射墊μP
340:加密演算法
341:圖形UI
342:處理
343:系統密鑰
344:密文轉換成明文並恢復未加密處理
345:加密過程
346:加密密鑰
347:密文
348:打包
349:通信媒體發送
352:療程
353:解密
354:密文轉換成明文然後合併
356:加密密鑰
357:密文
358:打包
359:數據封包
360:有效荷載
361:解壓縮
362:合併演算法
363:密文解密
364:明文文件
365:可執行代碼
365a:解密
366:合併演算法
368:密文
368a:密文的另一部分
370:重新加密
390:解密
391:步驟
392:播放整個文件
392a:播放緩衝器執行
392b:播放列表尾執行
480:播放文件
480a~480b:加密的LED播放器文件
482:揮發性記憶體
483:波形合成器
484:PWM播放器
485:LED驅動器
486:波形合成器參數
487:波形基元
488:合成輸出
489:合成輸出表
490:PWM輸出
491:合成波形(PWM播放器參數)
492:脈衝寬度調製(PWM)脈衝序列
493:波形合成器
493a~493b:PWM播放器輸出
494:波形
495:驅動器參數
496:參考電流
497:Gsynth(t)．Gpulse(t)驅動電流輸出
498:輸出波形
499:數據
550:函數f(t)合成方法
551:單位函數產生器
552:基元處理器
553:時變波形函數f(t)
554:函數表
555:PWM產生器
560:圖表
560:常數函數
561:圖表
561:鋸齒函數
562:圖表
562:三角函數
564~566:圖表
567~569:曲線圖
570:圖表
571:不均勻加權的正弦波和弦
572:三個正弦波混合均勻加權的和弦
580~582:增益
583:數位混合器
584:自動範圍函數
590~599:調諧器(計數器)
600:選擇器
601~609:開關
610~619:查找表
620~629:數位增益放大器
630:混合器
631:自動範圍函數
640:系統時鐘計數器
641:符號時鐘計數器
641:fkey鍵選擇寄存器
642:符號時鐘計數器
642:fkey鍵選擇
643:十六進制代碼
644:二進制等效代碼
645:查找表
646a:函數
647~648:正弦波查找表
647a~648a:正弦波查找表
647:OR閘
649:表格形式
650:基元求和
651:數據表
652:圖表
653~654:曲線
655~656:圖表
659:和弦
660:縮放的基元求和
661:表
662~664:正弦波
665~666:和弦
669:波形
670~672:PWM位元串流
672~674:計數器
675:分辨率選擇
675:PWM波形
676:表
677:查找表
678:數位增益放大器
679:正弦表
680:和弦構造演算法
681:“八度，和弦和混合選擇”
682A~682B:查找表
683~684:查找表
685A~685B:數位增益放大器
686~687:數位增益放大器
688:數據表
689:弦
691:分辨率ξ1=96的正弦波
692:分辨率ξ2=48的正弦波
693:分辨率ξ3=24的正弦波
694:分辨率ξ4=96的正弦波
695:分辨率ξ5=48的正弦波
696:分辨率ξ6=24的正弦波
697:分辨率ξ7=96的正弦波
698:分辨率ξ8=48的正弦波
699:分辨率ξ9=24的正弦波
700:“CHOOSE A SCALE”菜單
701:“CHOOSE A KEY”菜單
702:“ENTER A KEY”菜單
703:表
705:CHOOSE A CHORD菜單
706:BUILD A CHORD菜單
710:PWM時鐘計數器
711:脈衝寬度調製器
712A~712B:數位逆變器
713:邏輯AND閘
714:表
720:置位/復位觸發器或S/R鎖存器
721:ton計數器
722:toff計數器
723~724:AND邏輯閘
725:逆變器
726:ton寄存器
727:toff寄存器
728:PWM時鐘
729:復位信號
730:設置信號
731:Gpulse(t)輸出
732:脈衝
733:電阻器
734:復位脈衝
740s:電流槽
740a,740d:電流槽
741a:D/A轉換器
741d:D/A轉換器
742a:Iref1數據寄存器
742d:Iref4數據寄存器
742e:Iref數據寄存器
743a,743d:LED串
744a~744b:逆變器
745a~745b:逆變器
746:交叉點矩陣
747:LED照射墊控制器
748a,748d:波形
749:LED驅動器參數
750:波形
761:函數
762:Gsynth波形
763:正弦函數
764:PWM脈衝串波形
766:鋸齒波
767:PWM脈衝串波形
768a:吉他弦
768b:鈸崩潰
769a~769b:PWM脈衝串波形
771:常數值
771:PWM脈衝
772:常數值
773a~773c:PWM脈衝串
774a~774c:Gsynth(t)．Gpulse(t)的脈衝串
775:正弦波的PWM表示
776:正弦波和弦的PWM表示
777:鋸齒波的PWM表示
778:正弦波的截波PWM表示
779a:鋸齒波的PWM表示/吉他弦的PWM表示
779b:鈸撞擊的PWM表示
781a~781c:參考常數
781d:階梯式參考常數
782:脈衝參考常數
783:正弦參考常數
784a~784b:類比到數位樣本
802a~802c:方波
803a~803b:正弦波
803c~803e:正弦波和弦
804:波形樣本
804a~804b:波形樣本
805a~805b:波形音頻樣本
830:LED播放文件
831:有效荷載數據
832:揮發性記憶體
833:波形合成器
834:PWM播放器
835:LED驅動器
840:啟動信號(“開始”)
841:控制信號(“暫停”)
842:啟動/停止鎖存器
843:中斷鎖存器
844:閃爍定時器超時
845:看門狗定時器超時
845~847:邏輯閘
846:超溫標誌
848:單觸發
1000:光生物調節療法控制器
1002:乙太網
1003:LED照射墊
1004:乙太網差分信號
1005:光生物調節療法控制器的通信棧
1006:LED燈照射墊的通信堆疊
1010:光生物調節療法控制器
1011:電源供電
1012:WiFi信號
1012a~1012c:WiFi鏈路
1013:智能LED照射墊
1014a:DC電源(磚)
1014b:USB電纜
1015:無線電信訊號
1016:7層OSI通信棧
1017:通信棧
1020a~1020b:無線電接入點
1021a~1021b:通信棧
1022:接口通道和相關韌體
1023a~1023b:傳輸數據
1024:微波無線電通信
1025:有線通信鏈路
1026a~1026n:無線電
1027:乙太網
1028:USB
1030:有線數據鏈路
1032:乙太網
1033:USB
1050:中央控制UI/UX LCD顯示器
1051a:系統控制窗口
1051b:患者窗口
1052:WiFi路由器
1053~1055:智能LED照射墊
1056:WiFi光生物調節療法遙控器
1090:光生物調節療法控制器
1093:智能LED照射墊
1100:移動電話
1101:智能LED照射墊
1102:WiFi
1103a:AC適配器
1103b:電線
1104:蜂巢網絡
1105:蜂巢塔
1106:網絡
1107:蜂窩塔的通信棧
1108:智能LED照射墊通信棧
1109:光生物調節療法通信棧
1108:通信鏈路
1119a~1119b:信號
1120:屏幕
1121:治療菜單
1122:“extended session”按鈕
1123:“Select a LED pad”按鈕
1130:治療屏幕
1131:治療名稱
1131a:眼睛保護
1131b:過溫保護
1132:CANCEL
1133:PAUSE
1134:治療中剩餘時間
1135:步驟進度條
1136:治療進度條
1137:生物反饋
1150:手持桿
1151:光生物調節療法照射頭
1152:萬向接頭
1153:圓柱形臂
1154:透明面板
1155:印刷電路板PCB
1156~1157:雷射光器(雷射光二極體)
1156a~1156n:雷射光器串
1157a~1157n:雷射光器串
1158:感測器
1159:傳導感測片
1160:LCD
1161a~1161b:控制按鈕
1162:USB端口
1166:電池
1171:電池充電器
1172:鋰離子電池
1173:雷射光電源
1174:雷射光驅動器
1175:安全系統接口
1176:UX
1177:UI
1180:藍牙
1181:μC(微控制器)
1182:通信接口
1183:時鐘
1184:非揮發性記憶體
1185:揮發性記憶體
1186:USB輸入
1187:數據匯流排
1188:傳導感測片信號
1189:溫度感測器信號
1190:WiFi無線電鏈路
1198:USB插座
1200:熱量
1201a~1201b:感測電容器
1202:溫度感測器
1220:振盪器
1221:感測電阻器
1222:差分放大器
1223:低通濾波器
1224:電壓參考常數
1225:眼睛安全比較器
1226:邏輯閘
1228:信號
1228a~1228b:AND邏輯閘
1231a:溫度保護電路
1232:過溫標誌
1240:雷射光光生物調節療法控制電路
1241:開關調節器
1242:雷射光器陣列
1245:D/A轉換器
1246~1247:串聯逆變器對
1256~1257:電流槽
1257a~1257f:狀態
1260:PWM控制器
1261:電感器
1262:低壓功率DMOSFET
1263:肖特基整流器
1264:輸出電容器
1265:輸入電容器
1266:濾波電容器
1280:LED照射墊
1281:照射墊聚合物覆蓋片
1281:頂部覆蓋柔性聚合物
1283:照射墊聚合物覆蓋片的突塊
1282:照射墊聚合物覆蓋片的薄部分
1284:照射墊聚合物覆蓋片
1285:照射墊聚合物覆蓋片的突塊
1287:保護性透明塑料
1288:剛性PCB
1289:柔性PCB
1290:感測器
1291~1292:LED
1293:開關
1295:開口
1296:腔體
1297a:自主LED照射墊返回到關閉狀態
1299:控制開關
1301~1302:柔性PCB金屬層
1303~1305:絕緣體
1306~1308:通孔
1306a:圖案化的通孔
1309a:圖案化的通孔
1310a:圖案化的通孔
1311~1312:金屬層
1311a~1311b:絕緣的導電層區段
1312:底部導電層
1313:圖案化的絕緣層
1314:未圖案化的絕緣層
1316:磁芯
1320:剛性PCB
1321:柔性PCB
1340:PMT驅動器
1341:電磁鐵驅動器
1342~1342:電流槽
1345:D/A轉換器
1346~1347:雙逆變器串
1348a~1348c:剛性PCB
1349a~1349c:柔性PCB部分
1350:電磁鐵陣列
1351a~1351e:電磁鐵
1352~1353:電磁鐵
1354~1355:二極體
1356~1357:電容器
1359a~1359b:金屬腳
1360:電池充電器
1361:鋰離子電池
1363:電磁鐵電源
1364:電容器
1365:PWM控制器
1366:MOSFET
1367:肖特基二極體
1368:電容器
1369:電感器
1370a~1370c:永磁鐵
1375:繞線線圈
1376:磁芯
1450:手持式磁療設備或棒
1452:萬向節點
1453:磁頭單元
1454:PCB
1455:電磁鐵
1456:線圈
1457:鐵氧體磁芯
1458:圓柱形手柄
1460:UX顯示器
1461a~1461b:按鈕
1462:USB連接器
1500:齒套
1501:電纜
1502:控制單元
1504a~1504d:LED
1505a~1505d:LED
1510:齒
1511:牙齒
1512:牙齦
1513:LED
1513a~1513z:LED
1514:柔性PCB翼
1514a~1514b:柔性PCB
1515:剛性PCB
1515a~1515b:剛性PCB
1516:柔性PCB的透明樹脂矽嘴
1517:多層PCB
1518a~1518d:導電表面
1519a~1519b:通孔
1520:線性穩壓器LDO
1521~1522:濾波電容器
1524a~1524b:電流源
1525a~1525b:NPN雙極電晶體
1526a~1526b:NPN雙極電晶體
1531:時間基準
1534:時鐘
1535:微控制器
1536a:揮發性記憶體
1536b:非揮發性記憶體
1537a~1537b:控制信號
1550:DC/DC轉換器
1551:輸入電容器
1552:輸出電容器
1553:參考時間
1554:微控制器
1556:時鐘
1557:照射墊μC
1558a:揮發性記憶體
1558b:非揮發性記憶體
1560:LED驅動器
1561:LED陣列
1562:壓電超音波換能器
1562a~1562b:壓電感測器
1563a~1563b:低端N溝道MOSFET
1564a~1564b:高端P溝道MOSFET
1565a~1565b:緩衝器
1566a~1566b:移位驅動器電路
1567:逆變器
1571~1572:逆變器
1573:D/A轉換器
1575~1576:電流槽
1580:LED照射墊
1581:LED照射墊聚合物覆蓋片(頂蓋柔性聚合物)
1583:柔性聚合物的突起
1584:LED照射墊聚合物覆蓋片(底部柔性聚合物)
1587:保護性透明塑料
1588:剛性PCB
1589:柔性PCB
1590:感測器
1591:LED
1595:開口
1596:腔體
1643:電池
圖1示出了在治療師控制下操作的光生物調節療法系統。
圖2顯示了粒線體的光生物調節。
圖3示出了各種生物材料的光學吸收光譜。
圖4A對比了光學光療法和光生物調節療法之間的差異。
圖4B說明了通過混合波長對細胞內細胞器粒線體的光化學刺激。
圖5表示具有自主LED照射墊的分佈式光生物調節療法系統。
圖6A是具有使用限流電阻器之被動LED照射墊的光生物調節療法系統的示意圖。
圖6B是具有使用電流控制之被動LED照射墊的光生物調節療法系統的示意圖。
圖7是具有僅使用物理(PHY)第1層通信之自主LED照射墊的光生物調節療法系統的網絡描述。
圖8是通信電纜的等效電路及其對電信訊號的影響。
圖9是光生物調節治療系統與不合格或不適當的電氣配件或LED照射墊的互連的圖示。
圖10描繪光生物調節治療系統，其利用共同的一組電信訊號驅動不同的LED照射墊。
圖11A示出兩個LED光生物調節療法系統輸出到一個普通LED照射墊的不正確的“短路輸出”連接。
圖11B示出其驅動具有多於一個競爭控制信號之紅光LED串的短路輸出連接。
圖11C示出其同時驅動具有重疊或併發控制信號在同一LED照射墊中之近紅外光和紅光LED串的短路輸出連接。
圖11D示出其同時驅動具有重疊或併發控制信號在同一LED照射墊中之近紅外光和紅光LED短路輸出連接的功率輸出波形。
圖12是缺乏溫度感測，保護或反饋的光生物調節療法系統。
圖13表示具有自主LED照射墊的分佈式光生物調節療法系統。
圖14是具有智能(自主)LED照射墊的分佈式光生物調節療法系統的示意圖。
圖15是具有使用3層OSI堆棧的智能(自主)LED照射墊的光生物調節療法系統的網絡圖示。
圖16是LED照射墊認證序列的流程圖。
圖17示出了具有標識數據寄存器的自主LED照射墊的方塊圖。
圖18示出了具有LED配置寄存器的自主LED照射墊的方塊圖。
圖19是包括三個波長LED的示例性LED陣列和驅動電子元件的示意圖。
圖20A是低端電流開關控制元件或“電流槽”驅動包括“m”個LED之LED串並聯的示意圖。
圖20B是電流槽型低端開關LED驅動器其包括N溝道MOSFET和具有參考電流輸入Iref之電流感測閘極偏壓電路的示意圖。
圖20C是電流槽型低端開關LED驅動器實施方式的示意圖，其包括電流鏡感測器，具有參考電流輸入Iref的跨接放大器偏壓電路，和具有數字輸入的傳輸閘。
圖21A是具有DAC電阻器電流調整之示例性多通道參考電流產生器的示意圖。
圖21B是具有DAC MOSFET閘極寬度電流調整之示例性多通道參考電流產生器的示意圖。
圖21C是具有DAC和算術類比單元計算輸入之示例性多通道電流基準產生器的示意圖，該輸入包括電流校準和目標參考輸入電流。
圖22A是驅動包括“m”個LED之LED串並聯的高端電流開關控制元件或“電流源”的示意圖。
圖22B是電流源型高端開關LED驅動器其包括P溝道MOSFET和具有參考電流輸入(-Iref)的電流感測閘極偏壓電路的示意圖。
圖22C是示例性電流源型高端開關LED驅動器實施方式的示意圖，其包括電流鏡感測器，具有參考電流輸入的跨接放大器偏壓電路(-Iref)和具有數字輸入的傳輸閘。
圖23A是驅動包括具有低側N溝道MOSFET數位啟動的“m”LED之LED串並聯的高端電流控制元件或“電流源”的示意圖。
圖23B是示例性電流源型高端LED驅動器的示意圖，其包括P溝道MOSFET和電流感測閘極偏壓電路，其中參考電流輸入(-Iref)驅動與低端N溝道數位作動MOSFET並聯的LED串。
圖23C是示例性電流源型高端LED驅動器實施方式的示意圖，其包括電流鏡感測器，跨接放大器偏置電路，其中參考電流輸入(-Iref)驅動與低端N溝道數位作動MOSFET並聯的LED串。
圖24是描述基於LED驅動的主從數據串流的流程圖。
圖25示出使用USB上的封包傳送將即時數據串流傳輸到LED照射墊。
圖26A示出用於基於LED驅動的串流之即時或“JIT”按序數據傳輸方法。
圖26B示出用於基於LED驅動的串流之提前傳送和移位方法。
圖26C將JIT與LED驅動的提前傳送和移位方法進行比較。
圖27是使用未加密文件的LED照射墊自主播放的流程圖。
圖28示出自主LED照射墊中的可執行代碼文件儲存。
圖29A示出包括三個光生物調節療法“療程”的示例性治療方案，每個“療程”構成三個按序治療演算法。
圖29B示出了示例性治療，每個示出開關交付和持續時間的LED控制序列。
圖30示出了用於光生物調節療法的舒茲(Arndt-Schultz)雙相劑量響應模式。
圖31示出基於LightOS通信協議棧的第4層串行匯流排。
圖32示出光生物調節療法治療文件的加密封包準備。
圖33示出光生物調節療法療程文件的加密封包準備。
圖34示出自主LED照射墊解密和輸入加密封包的儲存。
圖35是LED照射墊自主播放使用後傳輸文件解密的流程圖。
圖36示出密文文件儲存於自主LED照射墊中。
圖37是LED照射墊自主播放期間使用動態解密的流程圖。
圖38是播放前大容量文件解密和播放期間動態解密的文件比較。
圖39示出從LED播放器到LED照射墊的文件下載。
圖40是描述“波形合成器”模組的操作流程圖。
圖41是描述“PWM播放器”模組的操作流程圖。
圖42是描述“LED驅動器”模組操作的流程圖。
圖43是示出使用波形合成器，PWM播放器和LED驅動器模組生成波形的方塊圖。
圖44是示出包括通過單位函數產生器或基元處理器的合成之波形合成器操作細節的方塊圖。
圖45示出單位函數生成波形的示例，包括常數，鋸齒波，三角波，正弦和正弦波形。
圖46是在波形合成中使用的合成器求和節點和自動範圍操作的功能描述。
圖47示出變化頻率正弦波及其混合弦的示例。
圖48A示出以計數器為基準的正弦合成系統，其能夠在十個倍頻程上混合具有獨立加權和自動範圍功能的和弦。
圖48B說明採用以計數器為基準的正弦合成系統的雙正弦波合成弦波。
圖48C說明採用以計數器為基準的正弦合成系統的三正弦波合成弦波。
圖49是使用具有24點角度分辨率之單正弦基元的以計數39器為基準之正弦和弦合成器的方塊圖。
圖50是使用單固定分辨率基元的雙正弦波和弦合成的示例。
圖51A是使用單固定分辨率正弦基元的三正弦波和弦合成的示例。
圖51B示出使用突出量化噪聲的單固定分辨率正弦基元正弦波和混合和弦的示例性。
圖52A是使用多個音階分辨率正弦基元的三正弦波和弦合成的示例。
圖52B示出使用多個音階分辨率正弦基元以完全消除量化噪聲的正弦波和混合和弦示例性。
圖52C是三正弦波混合弦的固定分辨率和音階分辨率正弦波合成之間的比較
圖53是使用音階分辨率正弦基元和四個時鐘標度範圍的以計數器為基準之正弦和弦合成器的方塊圖。
圖54是適用於任何分辨率正弦基元的通用基元正弦和弦合成器的方塊圖。
圖55A示出基於均勻調節音階和基於第四個八度音階鍵用來設置正弦和和弦合成之統稱鍵的UI/UX介面。
圖55B示出基於其他音階和基於第四個八度音階音調鍵用來設置正弦和和弦合成之統稱鍵的UI/UX介面。
圖56示出基於定制頻率設置用於正弦和和弦合成之統稱鍵的UI/UX介面。
圖57A是用於音樂三/四和弦合成(具有可選擇性的+1倍頻程音符)的演算法和弦構建器的方塊圖，包括大調，小調，增強和減弱的和弦。
圖57B示出了具有可選擇性的+1倍頻程音符的自定義三和弦和弦構建器的UI/UX介面。
圖58A示出沒有自動範圍功能的三正弦求和合成中的信號壓縮。
圖58B比較具有和不具有自動範圍放大的三正弦求和合成波形。
圖59是波形合成器中使用PWM產生器功能的功能說明。
圖60示出非正弦生成波形及其對應的PWM表現的示例。
圖61A示出PWM播放器的截波功能操作。
圖61B示出PWM播放器中使用的脈衝寬度調製器的功能等效示意。
圖62示出LED驅動器操作的方塊圖。
圖63A示出具有50%佔空因數和10mALED平均電流的PWM播放器產生的方波組成波形。
圖63B示出具有20%佔空因數和10mALED平均電流的PWM播放器產生的方波組成波形。
圖63C示出具有95%佔空因數和10mALED平均電流的PWM播放器產生的方波組成波形。
圖63D示出具有50%佔空因數和10mALED平均電流的PWM播放器產生的方波組成波形，隨後逐步升高到13mA。
圖63E示出出具有50%佔空因數和10mALED平均電流的LED驅動器產生的方波組成波形。
圖63F示出LED驅動器ADC(類比數位轉換器)產生的具有10mALED平均電流正弦波的組成波形。
圖63G示出LED驅動器ADC(類比數位轉換器)產生的具有10mALED平均電流吉他弦音頻樣本的組成波形。
圖63H示出LED驅動器ADC(類比數位轉換器)產生的具有10mALED平均電流鈸崩潰音頻樣本的組成波形。
圖64A示出具有10mALED平均電流之PWM合成正弦波的組成波形。
圖64B示出PWM合成正弦波，其中10mALED平均電流隨後升高到13mA的組成波形。
圖64C示出PWM合成音頻樣本，其包括具有10mALED平均電流之正弦波和弦的組成波形。
圖64D示出具有10mALED平均電流之PWM合成三角波的組成波形。
圖64E示出PWM合成音頻樣本，其包括具有10mALED平均電流之吉他弦脈衝的組成波形。
圖64F示出PWM合成音頻樣本，其包括具有10mALED平均電流之鈸崩潰的組成波形。
圖65示出PWM合成正弦波，其中10mALED平均電流隨後被PWM播放器截波至13mA的組成波形。
圖66示出將播放文件下載到LED照射墊中。
圖67示出LED播放數據文件，其包括播放文件ID，合成器參數文件，基元文件，PWM播放器文件，LED驅動器文件及其組件。
圖68是用於控制PWM播放器時鐘Φref韌體的示意性類比視圖。
圖69包括基於乙太網的分佈式光生物調節療法系統的通信棧。
圖70包括基於WiFi的分佈式光生物調節療法系統的通信棧。
圖71A是分佈式光生物調節療法系統的支援WiFi通信之光生物調節療法控制器的方塊圖。
圖71B是分佈式光生物調節療法系統的支援WiFi通信之LED照射墊的方塊圖。
圖72是多用戶分佈式光生物調節療法系統和通信網絡。
圖73包括基於移動電話通信棧的分佈式光生物調節療法系統。
圖74示出使用移動電話app和支援WiFi的控制的分佈式光生物調節療法系統。
圖75是使用移動設備應用程式之光生物調節療法控制的UI/UX菜單。
圖76是用於雷射或LED光治療之手持式光生物調節療法棒的剖面圖，上視圖和下視圖。
圖77是用於雷射或LED光治療之手持式光生物調節療法棒的方塊圖。
圖78是利用電容式傳感之雷射光光生物調節療法的光生物調節治療棒安全系統的剖面圖和下視圖。
圖79是利用電容式感測之雷射光光生物調節療法的安全系統示意圖。
圖80是分佈式系統雷射光光生物調節療法驅動電路的示意圖。
圖81A是具有集成開關的自主智能LED照射墊的剖面圖，上視圖和下視圖。
圖81B是描述自主智能LED照射墊之程序切換順序的流程圖。
圖82是剛性撓性PCB的剖面圖。
圖83是磁療照射墊中使用平面磁性的爆炸圖。
圖84是具有平面磁性之磁療照射墊的側視圖。
圖85是具有平面磁性之磁療照射墊的上視圖。
圖86是分佈式系統磁療驅動電路的示意圖。
圖87是使用離散磁性磁療照射墊的剖面圖。
圖88A是包括電磁鐵陣列的磁療照射墊。
圖88B是包括電磁鐵和永磁鐵陣列的磁療照射墊。
圖88C是包括電磁鐵陣列和堆疊混合電磁鐵永磁鐵的磁療照射墊。
圖88D是包括電磁鐵陣列和堆疊混合永磁鐵電磁鐵的磁療照射墊。
圖89是分佈式系統兼并手持式磁療設備。
圖90是U形光生物調節療法牙周齒套的平面圖和剖面圖。
圖91是製造U形光生物調節療法牙周齒套之生產步驟的側視圖。
圖92A是製造H形光生物調節療法牙周齒套之生產步驟的側視圖。
圖92B是製造的H形光生物調節療法牙周齒套的側視圖。
圖93顯示H形光生物調節療法牙周齒套製造的粘合過程。
圖94示出牙周光生物調節療法齒套的電路圖。
圖95示出具有H橋驅動組合之超音波光生物調節療法照射墊的電路圖。
圖96示出具有電流槽驅動組合之超音波光生物調節療法照射墊的電路圖。
圖97包括組合超音波光生物調節療法照射墊的透視圖。
為了克服現有這代光生物調節療法系統面臨的上述限制，需要一種全新的系統架構。具體地，正弦波的產生和組合正弦波的和弦必須在被驅動的LED附近發生，以避免佈線引起的顯著波形失真。這樣的設計標準要求重新定位波形合成，將其移出光生物調節療法控制器並進入LED照射墊。為了實現這種看似微小的功能重新劃分，實際上是重大的設計變化，並且需要將LED照射墊從被動組件轉換為自主系統或“智能”LED照射墊。雖然被動LED照射墊僅包含一陣列LED，電流源和開關，但智能LED照射墊必須集成微控制器，揮發性和非揮發性記憶體，通信收發器或匯流排介面，LED驅動電子設備和LED陣列。由於需要長電纜或無線操作，微控制器的參考時間也必須重新定位到LED照射墊中。基本上每個智能LED照射墊成為一台小型計算機，一旦指示，就能夠獨立地產生LED激發模式。
因此，新的架構是“分佈式的”，而不是使用集中式光生物調節療法控制器產生和分配電信訊號給被動LED照射墊，包括缺乏集中即時控制的自主操作電子組件網絡。這種分佈式光生物調節療法系統是同類產品中的第一個，需要智能LED照射墊的發明-一種治療性光傳輸系統，其中LED照射墊執行計算產生動態LED激發模式的所需並相應地安全地執行LED驅動。在分佈式光生物調節療法操作中，光生物調節療法控制器的角色大大減少到UI/UX介面的角色，允許用戶從可用的協議庫中選擇治療或療程，以及啟動，暫停或終止治療。缺乏中央硬件控制在醫療設備中幾乎聞所未聞，因為出於安全考慮，ISO13485，IEC和FDA法規始終要求硬件可控性。因此，在分佈式硬件醫療設備中實施有效的安全系統需要一種新的創新方法，其中安全功能必須在系統範圍內所屬執行並通信。並此類安全協議需根據FDA設計法規和國際安全標準規定，設計，驗證，確效和記錄。
具有智能LED照射墊的分佈式光生物調節療法系統的另一個含義是用以命令為基礎的指令包括數據封包代替電信訊號通信。這種以命令為基礎的通信涉及分佈式系統組件之間的封包交換專用通信網絡的設計和開發，適用數位通信來滿足醫療設備控制的獨特和嚴格的要求。必須設計封包路由，安全性和數據有效荷載以防止黑客攻擊或系統故障，並且必須能攜帶所有必需的信息以執行所有必要的光生物調節療法操作。
實施具有智能LED照射墊的分佈式光生物調節療法系統涉及兩組相互關聯的創新。在該應用中，公開了智能LED照射墊的操作，包括通過串流傳輸或通過文件傳輸傳遞的以時間為基礎的LED激發模式。本公開還考慮照射墊內波形的生成，使用波形合成三步驟的過程，PWM播放器操作和動態LED驅動及必要的安全功能。在R.K.Williams等人提交的相關申請中，美國申請號61/723,950，標題為“Distributed Photobiomodulation System And Method”，與本申請同時提交，公開了數據通信分級堆棧和控制協議。
在這裡公開的分佈式光生物調節療法系統中，可以使用以時間為基礎的指令序列(稱為串流)或通過以命令為基礎的波形生成和合成來控制LED播放。在任何一種情況下，數據封包在其有效荷載中以數位方式攜帶LED激發模式。在操作中，通過圖形介面，用戶或治療師選擇光生物調節療法治療或療程，並同意開始治療。然後將該命令打包，即準備，格式化，壓縮並填充到通信封包中，並通過串行周邊通信匯流排，LAN，頻寬連接，WiFi，光纖或其他媒體傳送到一個或多個智能LED照射墊。儘管在每個數據封包中攜帶的有效荷載數據是數位的，包括組織為八位字節或十六進製字的位元，但實際的通信媒體是類比的，包括差分類比信號，無線電波或調製光。
在有線通信中，通信匯流排通常使用包括以特定速率調製的類比差分波形的電信訊號，稱為符號率或波特率(https：//en.wikipedia.org/wiki/Symbol_rate)。 每個符號可以包括用於定義的持續時間的頻率或代碼。每個連續符號的檢測不受由電纜或由噪聲源中的寄生反應引起失真的影響，因此克服了現有技術光生物調節療法實現中與數位脈衝信號傳輸相關的所有問題。在WiFi通信中，輸入的串行數據被分割並傳輸在稱為OFDM的多個頻率子帶上的小封包，即正交頻分多工，以實現高符號率和低誤碼率。在光纖信道和DOCSIS通信中使用類似的頻率分裂方法以實現高符號率。由於每個發送的符號能夠表示多個數位狀態，因此串行匯流排位元數據速率高於媒體的符號速率。下面總結了幾種最常見的50MB/s以上串行和無線通信協議的有效位數據速率(https：//en.wikipedia.org/wiki/List_of_device_bit_rates)，以供參考：
Figure 108112192-A0305-02-0040-1
響應用戶的命令，光生物調節療法控制器將指令轉換成通信數據封包，隨後將其發送到所有連接和合格的LED照射墊。LED照射墊接收指令並相應地響應，開始治療療程或執行其他任務。由於高頻寬通信，光生物調節療法系統的用戶體驗是即時處理，即用戶感知即時UI/UX響應，即使系統的操作，實際上是作為一系列設備間通信和自主任務來執行的。
所公開的分佈式光生物調節療法系統涉及多個交互作用組件，每個組件在分佈系統內執行專用功能。集成到系統中獨特組件的數量會影響系統的總體複雜性並影響通信協議的複雜性，即在設備間通信中使用的“語言”。所公開的分佈式光生物調節療法系統的各種組件可包括：
●用戶介面，包括中央光生物調節療法控制器或移動應用程序，用於執行基於UI/UX的命令和通過通信網絡分派指令。
●智能LED照射墊通過局部照射墊內激發模式生成和波形合成執行動態光生物調節治療，並可選配集成感測器或成像功能。
●可通過互聯網或專用通信網絡訪問的計算機伺服器，用於保留和分發光生物調節療法治療，療程和協議，或上傳患者反應，病例研究或臨床試驗數據和相關文件(例如MRI，X射線，血液檢查))。
●可選擇性的治療配件，如雷射光棒或超音波治療照射墊。
●可選擇性的生物識別感測器(例如EEG感測器，ECG監測器，血氧，血壓，血糖等)，用於捕獲和上傳患者樣本或即時數據。
●計算機周邊設備，包括高清顯示器和触摸屏，鍵盤，鼠標，揚聲器，耳機等。
通過組合或排除光生物調節療法系統中的各種組件，可以為覆蓋醫院和診所的各種用戶量身定制各種性能和系統成本，並擴展到個人用戶和消費者，水療中心，美容師，體育教練和運動員，以及護理人員，警察或軍事野戰醫生的專業移動應用程序。由於光生物調節療法組件使用的電壓高於5V，因此需要 注意所公開的設計以防止用戶意外地將USB周邊設備連接到高壓(12V到42V)連接或匯流排。
分佈式光生物調節療法系統中的LED控制
分佈式光生物調節療法系統的一個基本實現。如圖13所示，涉及三個部件--光生物調節療法控制器120，電源121和具有插入的USB電纜122的單個智能LED照射墊123。圖14示出了示例性分佈式光生物調節療法系統實現的方塊圖，包括光生物調節療法控制器和匯流排收發器131，一個或多個智能LED照射墊337，USB電纜136和外部電源“磚”132。儘管電源磚132在圖示中顯示為分離的部件，在光生物調節療法控制器和匯流排收發器131使用到智能LED照射墊337的有線連接的系統中，電源可以包括在光生物調節療法控制器和收發器內，而不是使用單獨的部件。如圖所示，光生物調節療法控制器和匯流排收發器131包括主微控制器μC或MPU134，觸摸屏LCD133，非揮發性記憶體128，揮發性記憶體129，匯流排介面135，和以系統時鐘297以Φsys的速度，操作時鐘124。時鐘和記憶體元件與主MPU134分開示出，以表示它們的功能，並且不旨在描述特定實現或組件劃分。RTC即時時鐘(未示出)也可以包括在光生物調節療法控制器131中。RTC是極低功耗的時鐘，其連續運行並且盡可能地與國際時間標准或網絡時間同步。
主MPU134的構造可以包括完全集成的單晶片微控制器或以微處理器為基礎的模組，可選地包含主系統時鐘124，匯流排介面135，以及非揮發性記憶體128和揮發性記憶體129的部分。任何數量的分區都是可能的包括使用多個集成電路矽晶片(IC)，系統集成晶片(SOC)，系統級封裝(SIP)或模組。例如，揮發性記憶體129可以包括動態隨機存取記憶體(DRAM)或靜態隨機存取記憶體(SRAM)。該記憶體可以全部或部分地集成在主MPU134內，或者可以通過單獨的集成電路實現。類似地，非揮發性記憶體128可以包括電氣可擦除可編程隨 機存取記憶體(E2PROM)或“閃存”記憶體，其可以全部或部分地集成在MPU134內。在光生物調節療法控制器131內高容量非揮發性數據儲存也可以使用諸如光盤(CD/DVD)之類的移動媒體儲存，通過磁性硬盤驅動器(HDD)，甚至通過網絡的連接儲存到雲端來實現。
光生物調節療法控制器131內的非揮發性數據記憶體128的作用是多用途的，包括主操作系統的儲存，在此稱為LightOS，以及保留光生物調節療法治療和療程的程序庫，出於安全原因通常以加密形式儲存。非揮發性記憶體128還可以用於掌握治療日誌，上傳感測器數據，並且可能保留治療後設資料。與其非揮發性對應物相反，揮發性記憶體129在光生物調節療法控制器131中的作用主要是暫存儲存器的作用，在執行計算時暫時保持數據。例如，在準備包括一系列單獨的光生物調節療法治療的光生物調節療法療程時，必須首先解密加密的法療演算法，組裝成光生物調節療法療程，重新加密，然後組裝成準備用於網絡傳輸的通信封包。揮發性記憶體在通信封包組裝過程中保持數據內容。
分佈式光生物調節療法系統中的另一個考慮因素是為光生物調節療法控制器和LED照射墊供電所需的功率分配。選項包括以下內容：●使用內部電源為光生物調節療法控制器供電，然後通過通信匯流排為LED照射墊供電，●使用外部電源(磚塊)為光生物調節療法控制器供電，然後通過通信匯流排為LED照射墊供電，●使用內部電源為光生物調節療法控制器供電，並使用自己專用的外部電源或電源(磚塊)為LED照射墊供電，●使用外部電源(磚塊)為光生物調節療法控制器供電，並使用自己的專用外部電源或電源(磚塊)為LED照射墊供電。
在所示的示例中，外部電源磚132為整個光生物調節療法系統供電，向集成電路提供5V電壓，並且向LED串提供+VLED。USB電纜136將收發器符號數據從光生物調節療法控制器的匯流排介面135和匯流排收發器131傳送到LED照射墊337的匯流排介面338。USB電纜136也供電；特別是接地(GND)，5V和+VLED到智能LED照射墊337，通常承載在比電纜信號線更厚的低電阻銅導線上。每個LED照射墊337包括照射墊μC339，匯流排介面338，RAM揮發性記憶體(例如SRAM或DRAM)334a，NV-RAM非揮發性記憶體(例如EEPROM或閃存)334b，時間參考時鐘333，LED驅動器335，和LED陣列336。LED驅動器包括開關電流槽140，141和其他(未示出)，通常每個LED串使用一個電流槽。LED陣列336包括一串串聯連接的LED142a至142m，用於產生波長λ 1的光，一串串聯連接的LED143a至143m，用於產生波長λ 2的光，並且通常是其他LED串(未示出)。
LED照射墊337內的儲存器類包括揮發性記憶體334a和非揮發性記憶體334b似於光生物調節療法控制器131中採用的半導體儲存的記憶體，除了總容量可以更小，並且優選地消耗更低的功率。LED照射墊337中的記憶體必須包括半導體解決方案，因為存在移動儲存媒體的機械衝擊和破壞的風險將易碎數據儲存集成到LED照射墊337中。具體地，LED照射墊337中的揮發性記憶體334a(標記為RAM)可包括動態隨機存取記憶體(DRAM)或靜態隨機存取記憶體(SRAM)可以全部或部分地集成在照射墊μC339內。在LED照射墊中，揮發性記憶體用於保存除使用期間無需要保留的數據，例如LED串流媒體文件，LED播放器文件和LED播放文件。僅暫時保留執行當前光生物調節療法治療(而不是整個處理庫)所需的可執行代碼的優點在於，與光生物調節療法控制器131相比，LED照射墊337內的記憶體的容量和成本可以大大降低。它還具有以下優點：它使得逆向工程和複製治療程式更加困難，因為無論何時從LED照射墊337移除電源，所有數據都將丟失。
非揮發性記憶體334b可以包括電氣可擦編程隨機存取記憶體(E2PROM)或“閃存”記憶體，其可以全部或部分地集成在照射墊μC339內。非揮發性記憶體334b(標記為NV-RAM)優選地用於保持不經常改變的韌體，例如LED照射墊的操作系統，這裡稱為LightPadOS，以及包括照射墊識別數據的製造數據，即LED照射墊ID寄存器，以及製造相關的LED配置數據。非揮發性記憶體334b還可以用於保留已經執行了什麼治療的用戶日誌。LED照射墊的低成本設計是另一個重要的經濟考慮因素，因為一個光生物調節療法控制器通常與多數個LED照射墊一起銷售，每個系統最多6或8個。為了降低總體記憶體成本，將記憶體(尤其是非揮發性記憶體)集中到僅存在單個元件的光生物調節療法控制器中並且最小化每個LED照射墊內包含的記憶體是有益的，這在每個系統的多個實例中發生。
在操作中，在光生物調節療法控制器131的觸摸屏LCD133上輸入的用戶命令由主MPU134解釋，主MPU134作為響應檢索儲存在非揮發性記憶體128中的處理文件並通過USB匯流排介面135將這些文件通過USB電纜136傳送到智能LED墊337內的匯流排介面338。處理文件一旦被傳送，就暫時儲存在揮發性記憶體334a中。根據儲存在非揮發性記憶體334b中的LightPadOS操作系統操作的照射墊μC339。然後，解釋儲存在RAM揮發性記憶體334a中的治療處理，並根據所選擇治療的LED激發模式控制LED驅動器335，其中LED陣列336以期望的方式使各種波長LED串照射。因為光生物調節療法控制器131和LED照射墊337使用它們自己的專用時鐘297和299進行操作，所以分佈式光生物調節療法系統在兩個不同的時鐘頻率下異步操作，特別是分別是Φsys和Φpad。
由於兩個系統以不同的時鐘速率工作，因此光生物調節療法控制器131和LED照射墊337之間的通信是異步發生的，即沒有共同的同步時鐘。異步通信兼容各種串行匯流排通信協議，包括所示的USB136，或乙太網，WiFi，3G/LTE， 4G和DOCSIS-3。儘管分佈式光生物調節療法系統的時鐘版本是同步，即具有共享時鐘的同步時鐘版本在技術上是可行的，但同步操作不提供超過其異步對應物的性能或功效優勢。此外，長電纜上的高頻時鐘分佈存在問題，其遭受時鐘偏移，相位延遲，脈衝失真等。
圖14的架構包括具有兩個或更多個微控制器或計算機“大腦”的分佈式光生物調節療法系統，表示光生物調節療法系統中的基本架構變化，否則其通常包括具有集成控制器的一體化照射墊或驅動被動LED照射墊的自主光生物調節療法控制器。本領域技術人員應該知道，光生物調節療法控制器可以替代地包括是筆記本或台式個人計算機，計算機伺服器，在諸如平板電腦或智能電話的移動設備上運行的應用程序，而不是單獨的硬件設備。或者能夠執行計算機軟件的任何其他主機設備，例如視頻遊戲控制台和物聯網設備或更多。在整個申請中示出了這種替代實施例的示例。
如圖15所示，光生物調節療法操作可以被解釋為用於控制硬件操作的通信序列。使用開放系統實現或OSI表示，光生物調節療法控制器120包含通信棧147，其包括應用層-7，數據鏈路層-2和物理層-1。在光生物調節療法控制器120內，應用層-7使用光生物調製的定制操作系統來實現，在此稱為LightOS。LightOS用戶收到的指令傳遞到第2層數據鏈路層，並與第1層PHY一起使用USB協議差分信號332與智能LED123內駐留的通信棧148的相應PHY第1層進行通信。因此，儘管電信訊號包括第1層通信，但USB的數據結構表現得好像光生物調節療法控制器和智能LED照射墊在第2層上通信，其中數據封包即時排列為USB數據“幀”。一旦通信棧148接收到USB封包，該信息就被傳送到由LED照射墊常駐操作系統執行的應用層-7，這裡稱為LightPadOS。假設光生物調節療法控制器的LightOS和智能LED照射墊的操作系統LightPadOS被設計為以自洽方式通信和執行指令，則通信棧147和148之間的雙向鏈路用作應用層的虛擬機，意味著分佈式設備的行為與單個硬件相同。
為了確保組件能夠在高抽象級別(即應用程序層及更高級別)交換信息和執行指令，開發具有並行結構使用相同的加密和安全方法和在任何給定協議層的兩個操作系統LightOS和LightPadOS是很重要的。該標準包括採用共同的共享秘密，執行預定義的驗證序列(組件加入系統的專用網絡所需)，執行常見的加密演算法等。
為了確保兩個組件可以開始通信並執行任務，光生物調節療法控制器必須首先確定LED照射墊是否確實是製造商批准的，系統驗證的組件，該測試稱為“認證”。在圖16兩個並行序列的流程圖中示出，一個在LightOS中作為“主機”運行，另一個在LightPadOS中作為“客戶端”運行。如圖所示，在建立物理USB連接，即插入150完成後，控制器的LightOS操作系統啟動稱為“LightPad安裝”的子程序151a，同時LED照射墊的LightPadOS操作系統開始子程序151b。在第一步驟152a中，用於確定客戶端是否是電源(並且如果是，則拒絕它)，光生物調節療法控制器執行檢查158檢查USBD+和D-引腳是否短路。如果這些數據引腳短路，根據USB標準，外設是電源而不是LED照射墊，系統拒絕連接，終止驗證，LightOS通知用戶周邊設備不是有效組件，並且立即拔掉它。如果引腳沒有短接，則LightPadOS然後可以繼續安裝批准過程。
在步驟153a和153b中，兩個設備協商它們可以理解並可靠地通信的最大數據速率。一旦建立了通信數據速率，就開始對稱認證過程154a和154b。在對稱認證期間，在步驟154a中，LightOS首先通過檢查儲存在LED照射墊標識數據寄存器144中的數據來查詢LightPadOS以確定LED照射墊123是否是有效的製造商批准的設備。在步驟154b的鏡像認證過程中，LED照射墊123確認光生物調節療法控制器是具有批准與LED照射墊123一起使用的有效製造ID的有效設備。在該交換中，某些加密的安全憑證和製造商的識別數據封包括序列號，製造代碼和GUDID號改變指針以確保光生物調節療法控制器120和智能LED照射墊123都來自同一製造商(或以其他方式許可作為批准的設備)。在授權 失敗時，主機LightOS通知用戶LED照射墊未被批准在系統中使用並指示他們將其移除。如果LightOS不能驗證LED照射墊123，則光生物調節療法控制器120將停止與周邊設備的通信。相反，如果周邊設備的LightPadOS無法確定光生物調節療法控制器120的真實性，則LED照射墊123將忽略光生物調節療法控制器120的指令。只有在確認對稱認證的情況下才能進行操作。
可以執行任意數量的身份驗證方法來建立專用網絡並批准設備與專用網絡的連接。這些方法可能涉及對稱或非對稱加密和交換密鑰，通過交換數位CA證書採用基於“證書授權”的身份確認，或者交換加密散列數據以確認設備擁有相同的共享秘密，這意味著它是由合格製造商。例如，安裝並密碼隱藏在光生物調節療法控制器和智能LED照射墊中的數字代碼，即共享機密，可用於確認網絡連接的智能LED照射墊的真實性，而無需洩漏密鑰本身。在數據鏈路層-2上執行的一種這樣的LED照射墊驗證方法中，光生物調節療法控制器通過網絡或通信匯流排將隨機數傳遞給智能LED照射墊。作為響應，LED照射墊中的微控制器解密其共享秘密的副本(數字代碼)，將其與接收的隨機數合併，然後對連接的數字執行加密散列操作。然後，智能LED照射墊在相同的收發器鏈路上公開返回加密散列值。
同時，光生物調節療法控制器執行相同的操作，解密其自己的共享秘密副本(數字代碼)，將其與發送到LED照射墊的生成隨機數合併，然後對連接的數字執行加密散列操作。光生物調節療法控制器接下來比較接收和所屬生成的散列值。如果這兩個數字匹配，則該照射墊是真實的，即它是被“授權的”連接到網絡。上述認證算法可以在任何數據總線或分組交換網絡上的任何PHY層-1和/或數據鏈路2連接上執行，包括USB，以太網，WiFi或蜂巢無線電連接。在WiFi連接的情況下，還可以使用WiFi保護的訪問協議WPA2來建立數據鏈路。
對於“管理”目的和安全性追踪，經認證的組件的授權時間和日期(以及可用的GPS位置)存儲在非易失性存儲器中並且可選擇地上載到伺服器。對分佈式光生物調節療法系統中所有連接組件採用安全通信和AAA(認證，授權，管理)驗證的好處對於確保安全和防止未經認證和潛在不安全的冒名頂替設備的故意連接至關重要。以這種方式，冒名頂替設備不能由分佈式光生物調節療法系統驅動。AAA驗證還可防止意外連接不適合作為光生物調節療法系統一部分運行的設備，如鋰離子電池組，未經批准的電源，揚聲器，磁盤驅動器，電機驅動器，高功率III類和IV類激光器以及其他與光生物調節療法系統無關的潛在危害。
使用封包交換網絡(例如乙太網或WiFi)的分佈式光生物調節療法系統的安全性也可以使用網絡層-3上的動態尋址和數據傳輸層-4上的動態端口分配來增強。在未連接到互聯網或任何其他區域網路的光生物調節療法控制器的操作中。光生物調節療法控制器生成動態IP地址和動態端口地址，然後將地址廣播到其他網絡連接設備，智能LED照射墊使用自己的動態IP地址和自己的動態端口地址作為響應。在分佈式光生物調節療法系統與路由器或網絡連接的情況下，動態主機配置處理器(DHCP)用於分配動態IP地址。類似地，遠端程式呼叫(RPC)用於執行動態端口號分配。由於動態IP地址和動態端口會在設備連接到網絡時發生變化，因此網絡攻擊面會減少。可以使用TLS傳輸層安全性，IPSec安全協議或其他協議添加額外的第4層安全性。一旦智能LED照射墊連接到網絡，就可以交換諸如LED配置數據之類的附加信息，以授權該組件作為分佈式光生物調節療法系統的一部分進行操作。
在步驟155a中，LightOS請求關於LED照射墊的LED配置的信息。在步驟155b中，LightPadOS通過將LED照射墊123的配置寄存器145內的信息中繼到光生物調節療法控制器120來進行響應。除了包含LED陣列的詳細描述之外，配置文件還指定製造商為陣列的LED串供電的最大規格，最小和目標 電壓規範。配置文件還指定了驅動LED串所需的最小電流。如果輸出端連接了有多數個LED照射墊，則LightOS從每個連接的LED照射墊請求並接收相同的信息，即分析整個連接的設備網絡。
在步驟156a中，LightOS檢查每個照射墊的電壓要求並將該值與高壓電源的輸出電壓範圍進行比較。在使用具有固定輸出電壓+VLED的高壓電源的光生物調節療法控制器中，LightOS操作系統將確認該電壓落在每個LED照射墊指定的電壓範圍內，從Vmin到Vmax。系統還將檢查以確認所有“n”個LED串所需的總電流不超過電源的額定電流(儘管這通常不是問題，電源檢查包括支援低成本且設計有限制電源的消費性光生物調節療法設備)。
如果在步驟156a中，電源供應的輸出滿足每個連接LED照射墊的工作範圍，即Vmin
Figure 108112192-A0305-02-0050-41
VLED
Figure 108112192-A0305-02-0050-42
Vmax，則光生物調節療法控制器120將啟動高壓電源+VLED供應。可選擇地，在步驟156b中，光生物調節療法控制器120可以向LED照射墊123通知所選擇的供電電壓，其儲存在非揮發性記憶體334b中，記錄傳送到LED照射墊的最後供電電壓(在檢查品質問題和現場故障時是有用的)。在光生物調節療法控制器120採用可編程電壓之電源供應的情況下，LightOS操作系統將以LED照射墊123操作之最佳電壓Vtarget，為基礎作選擇，儲存在照射墊的LED配置寄存器145中。如果目標電壓不匹配，LightOS操作系統將選擇一個電壓VLED，以各種回報的目標電壓作一些折衷。在這種情況下，術語“高壓”表示最小19.5V和最大42V之間的電壓。常見電源電壓包括20V，24V或36V。即使在啟用+VLED後，此高壓也未連接到輸出插座或提供給LED照射墊，直到選擇療程並開始治療。
在身份認證過程期間和在用戶查詢的情況下，光生物調節療法控制器120必須徵求關於LED照射墊的製造信息。該數據有利於遵守醫療設備的可追溯性規定，以及調試品質或現場故障或處理退貨商品授權(RMA)。圖17示出了 產品製造信息類型的示例，包括“LED照射墊識別數據寄存器”144中，儲存在LED照射墊的非揮發性記憶體334b。此數據可能包括製造商的部件號，製造商的名稱，設備的序列號，與特定設備的製造歷史或譜系描述相關聯的製造代碼，USFDA指定的全球唯一設備標識數據庫(GUDID)編號[https]：//accessgudid.nlm.nih.gov/about-gudid]，以及適用的相關510(k)號碼。寄存器還可以選擇地包括用於導入設備的國家特定代碼和其他海關相關信息，例如出口許可證號碼或自由貿易證書。該寄存器在製造期間儲存在非揮發性記憶體334b中。LED照射墊標識數據寄存器144還包括在認證過程中使用的安全憑證(例如加密密鑰)。安全憑證可以是在製造期間安裝的靜態憑證，或者每次LED照射墊被認證時動態地重寫，或者可選擇地在規定數量的有效認證之後重寫。
如上所述，在認證過程期間，光生物調節療法控制器120收集關於每個連接LED照射墊的LED配置信息。如圖18所示，照射墊的LED配置信息儲存在“LED配置寄存器”145中之LED照射墊的非揮發性記憶體334b中，在照射墊的製造過程中寫入。寄存器儲存LED串的數量“n”以及串中的LED的具體信息描述，包括LED的波長λ和每個串中串聯連接的LED的數量“m”。在操作中，該LED串信息用於將LED治療與特定類型的LED照射墊匹配。例如，如果安裝了包含藍色或綠色LED的LED照射墊，則專門用於驅動紅光LED的治療將不起作用。用戶的IU/UX，即光生物調節療法控制器觸摸屏上的菜單選項根據連接到系統的LED照射墊進行調整。如果未連接相應的LED照射墊，則需要該類型照射墊的菜單選擇被隱藏或變灰。
LED配置寄存器145基本上是LED照射墊之電路原理圖的表格描述。參考圖19描繪了包括LED驅動器335之LED照射墊的一部分，LED驅動器335具有LED控制器電路160和電流槽161a至161c，以及LED陣列336，由此
●LED配置寄存器145中的串#1描述了包括六個串聯連接波長λ 1=810nm的近紅外LED串162a，其由承載電流ILED1的電流槽161a驅動。
●LED配置寄存器145中的串#2描述了包括四個串聯連接波長λ2=635nm的紅光LED串163a，其由承載電流ILED2的電流槽161b驅動。
●LED配置寄存器145中的串#3描述了包括四個串聯連接波長λ3=450nm的藍光LED串164a，其由承載電流ILED3的電流槽161c驅動。
●LED配置寄存器145中的串#4描述了包括六個串聯連接的波長λ1=810nm的近紅外LED串162b，其由承載電流ILED4=ILED1的電流槽161a驅動。
●LED配置寄存器145中的串#5描述了包括四個串聯連接的波長λ2=635nm的紅光LED串163b，其由承載電流ILED5=ILED2的電流槽161b驅動。
●LED配置寄存器145中的串#6描述了包括四個串聯連接的波長λ3=450nm的藍光LED串164b，其由承載電流ILED6=ILED3的電流槽161c驅動。
前述內容旨在舉例說明但不限於LED配置寄存器145及其配置的數據格式對應的示意圖等效，而不代表特定的設計。特別地，包含在LED照射墊內的LED串數量“n”和給定串“m”中串聯連接的LED數量可能超過該示例中所示的數量。實際上，各種串中的LED數量可以相同，也可以不同於串。例如，LED照射墊可以包括15串，包括14個串聯的LED，或210個LED。這些LED可以分為三組，每組五個LED串；三分之一近紅外光，三分之一紅光和三分之一藍光。每種LED類型可配置有5個並聯串和14個串聯連接的LED，即三個14s5p陣列。
LED配置寄存器18還包括LED照射墊的最小和最大工作電壓。為了正確的LED操作，電源電壓+VLED必須超過LED照射墊的最小電壓規格Vmin以確保均勻照明，但是為了避免過電壓或熱量造成的損壞，電源電壓不應超過規定的最大電壓Vmax。換句話說，為LED照射墊供電可接受的供電電壓值必須滿足標準Vmin<+VLED
Figure 108112192-A0305-02-0053-43
Vmax。儲存在LED配置寄存器145中的製造商指定的Vmin值，必須在統計基礎上超過LED照射墊中LED的最高電壓串，以確保維持標準Vmin<+VLED，照射墊的最高電壓串在運行中仍將完全照亮。如果Vmin電壓指定得太低，則在一些LED照射墊中，在治療期間，各個LED串可能比其他LED串更暗。亮度均勻性差通過限制光生物調節療法治療的峰值和平均功率並降低治療的總能量(劑量)而對治療效果產生不利影響。
LED照射墊中的最高電壓串由LED製造中的設計和隨機電壓變化決定。每個LED串包括m個串聯連接的LED，其中每個LED具有其自己唯一的順向導通電壓Vfx，其中x在1到m之間變化，並且其中總串電壓是這些單獨LED電壓的總和ΣVfx。最高電壓可能出現在包含較少串聯連接具有較高電壓的LED串中，或者可能出現在包括較大數量的較低順向電壓LED串中。LED照射墊製造商必須在批次間採用LED順向電壓的統計採樣數據，以確保在LED串電壓超過規定值Vmin的情況下不製造LED照射墊。
雖然不太精確，但電源必須能夠提供最小所需的平均電流Imin，以一次照亮特定顏色(波長)的所有LED。通常在雙波長LED照射墊中，n串LED中的50%可以同時導通。在三色LED照射墊中，可能一次僅照亮三個LED波長中的一個以避免過熱，最壞情況假設為2/3或67%的串可用於計算最大電流。在連續操作中LED導通的峰值電流在最壞的情況下每串不超過30mA，即ILED
Figure 108112192-A0305-02-0053-44
30mA。使用這種最壞情況假設，一次點亮n=30，2/3個燈串且ILED
Figure 108112192-A0305-02-0053-45
30mA的照射墊需要Imin=30(2/3)(30mA)=600mA的值。
LED配置寄存器145中指定的Imax值不是LED中流動的最大電流的描述，而是對照射墊導電線路中佔空比為50%時之最大安全電流的描述。該電流包括流入LED照射墊自身LED串的電流以及通過LED照射墊連接到另一個LED照射墊的任何電流。包含該規範是為了防止在LED照射墊電源線中出現明顯電壓降的情狀下操作照射墊，而導致發熱，故障，電遷移或金屬熔斷。LED照射墊的印刷電路板(PCB)的一個可能的設計準則是利用能夠承載其額定電流兩倍以上的銅導體，這意味著照射墊可以安全地同時承載其自身的電流和另一個LED的電流。增加的設計保護帶δ=25%作為安全餘量。例如，如果Imin=600mA，則使用25%保護帶，Imax=2Imin(1+δ)=1500mA。配置寄存器145還包括鏡像比α，其用於根據ILED=αIref的關係將參考電流Iref轉換為LED串電流ILED(或反之亦然)。如果對每個電路使用不同的比率，則可以相應地修改表格以包括α 1，α 2，α 3......其中ILED1=α1Iref1，ILED2=α2Iref2，等等。
再次參考圖19所示，每個近紅外光LED串中的電流ILED1由專用串聯連接的電流槽161a控制，導通狀態電流與Iref1成比例。每個紅光LED串中的電流ILED2由專用串聯連接的電流槽161b控制，傳導導通狀態電流與Iref2成比例地。每個藍光LED串中的電流ILED3由專用串聯連接的電流槽161c控制，導通狀態電流與Iref3成比例。與每個LED串串聯連接的電流控制裝置可以作為電流“槽”連接到陰極側，如圖20A所示，或者連接到LED串的陽極側作為電流“源”，如圖22A所示。在電流槽161a和電流源200a兩者的實施方式中，分別在電流控制裝置和LED串165或201中流動的電流ILED由類比參考電流Iref和數位啟動脈衝En控制。這個兩個信號在分佈式光生物調節療法系統中的起源將在本申請的後面討論。(注意：術語“電流源”和“電流槽”在本領域中是眾所周知的，是指提供或接收(“吸收”)電流的組件，其大小相對不受阻件兩端跨接電壓的大小的影響。)
圖20B理想化電流槽161a的方塊圖表示，展示驅動N溝道MOSFET167的閘極的電流感測和控制元件166。MOSFET(或可選地雙極性電晶體)維持受控電流同時維持其汲極-源極兩端子上的電壓。閘極偏壓由電流感測和控制元件166提供，以在儘管汲極-源極電壓變化的情況下保持恆定電流。圖20C說明所描述恆定電流槽的一個實施方案，其中N溝道電流鏡MOSFET168a和168b感測電流ILED。MOSFET168b的閘極寬度與MOSFET168a的閘極寬度之比β，小於1，意味著電流鏡MOSFET168b中的電流是電流中荷載電流的一小部分，但是與電流鏡MOSFET168a(ILED)中荷載電流精確地成比例。由包括具有匹配閘極寬度Wp的P溝道MOSFET169a和169b的單位電流鏡反射的該測量電流，將感測電流從接地參考電流變換為5V電源參考電流大小βILED。然後，包括Iref和βILED之間差的差分“誤差”信號△Ierr被放大並通過跨接放大器170按比例轉換成電壓VG，並饋送到電流控制元件的閘極，即MOSFET167，形成閉鎖環反饋路徑。在操作中，跨導的增益Gm導致閘極偏壓VG，其將其誤差信號△Ierr驅動為零，從而迫使Iref=βILED。為方便起見，我們重新定義β=1/α，可以將當前的源傳遞函數表示為ILED=αIref。相同的參考電流被分配到同一LED照射墊內的所有LED串，以確保所有LED上的亮度均勻。
在開關電流槽中，數位逆變器171和包括P溝道MOSFET172和接地連接的N溝道MOSFET173的類比傳輸閘執行En輸入的數位啟動功能，控制N溝道電流吸收MOSFET167的閘極。具體地，當啟動信號En為高時，逆變器171的輸出接地，導通P溝道MOSFET傳輸閘172並關斷N溝道MOSFET173。因為P溝道具有接地閘極，所以它是偏壓的在完全導通條件下，即其線性區域，並且表現得像電阻器一樣，將類比電壓VG從跨接放大器170的輸出傳遞到N溝道電流槽167的閘極。相反，當使能信號En為低時(數字0)，連接到P溝道傳輸閘MOSFET172的逆變器171的輸出被偏壓到5V，並且P溝道被關閉，將N溝道電流槽MOSFET167的閘極與跨接放大器的輸出斷開，同時，N溝道 MOSFET172導通，將電流槽MOSFET167的閘極拉到地並且關閉電流槽MOSFET167，即ILED=0。圖20C表示實現開關控制電流槽的一個電路。當啟動電流槽(En=數字1)時，電流槽導通並承載受控電流ILED=αIref。當電流槽被關閉時(En=數字0)，電流槽關閉且ILED=0。
以類似的方式，圖22A的電流源200a，可以使用P溝道電流鏡MOSFET將來自+5V電源的受控電流提供到LED串201的陽極中來實現圖22A所示的控制電流。圖22B說明此理想化電流源200a的方塊圖表示，其展示驅動P溝道MOSFET203的閘極的電流感測和控制元件202。MOSFET203(或替代地雙極性電晶體)維持受控電流同時維持穿過它汲極-源極端子的電壓。閘極偏壓由電流感測和控制元件202提供，以在儘管汲極-源極電壓變化的情況下保持恆定電流。
圖22C說明所描述的恆定電流源的一個實施方案，其中P溝道電流鏡MOSFET204a和204b感測荷載電流ILED。MOSFET204b的閘極寬度與MOSFET204a的閘極寬度之比為β，其中β<1，意味著鏡像MOSFET204b中的電流是LED荷載電流的一小部分，但是精確的比率。然後將表示+VLED高壓電源參考電流大小βILED的測量電流輸入到差分跨接放大器206中並與參考電流Iref比較，該電流也鏡像到+VLED高壓電源軌。然後，通過跨接放大器206將包括Iref和βILED之間差的差分“誤差”信號△Ierr放大並成比例地轉換為電壓-VG，並且將其饋送到電流控制元件的閘極，P溝道電流源MOSFET203，形成閉鎖反饋路徑。在操作中，跨接放大器206的增益Gm導致閘極偏壓-VG，其將其誤差信號△Ierr驅動為零，從而迫使Iref=βILED。為方便起見，我們重新定義β=1/α，我們可以將當前的源傳遞函數表示為ILED=αIref。相同的參考電流被分配到同一LED照射墊內的所有LED串，以確保所有LED上的均勻亮度。
在如圖所示的開關電流源實現中，數位逆變器211a和211b以及包括P溝道MOSFET207和+VLED連接的P溝道MOSFET208的類比傳輸閘執行En輸 入的數位啟動功能，控制P溝道電流源MOSFET203的閘極。電路。具體地，當啟動信號En為高時，逆變器211a的輸出接地，逆變器211b的輸出為5V，接通高壓電平移位N溝道MOSFET210a並轉向關閉高壓電平移位N溝道MOSFET210b。在高壓電平移位N溝道MOSFET210a處於導通狀態時，電流通過電阻器209a傳導，將P溝道MOSFET傳輸閘207的閘極拉低至接近地電壓並導通電晶體。因為P溝道MOSFET207具有在地附近偏壓的閘極，所以元件在其線性區域中工作，即完全導通，表現得像電阻器並且將類比電壓-VG從跨接放大器206的輸出傳遞到P-的閘極。同時，由於高壓電平移位N溝道MOSFET210b截止，因此電阻器209b中沒有電流流動，並且P溝道上拉MOSFET208的閘極電壓與其源極相連，即+VLED，電晶體關閉。這樣，每當P溝道電流源MOSFET203導通時，P溝道上拉MOSFET208截止並且對P溝道MOSFET電流源203的閘極電壓沒有影響。
相反，當使能信號En為低(數字0)時，逆變器211b的輸出在接地時偏壓，從而關閉高壓電平移位N溝道MOSFET210a。因為高壓電平移位N溝道MOSFET210a截止，所以電阻器209a中沒有電流流動，並且P溝道傳輸閘MOSFET207的閘極電壓被偏壓為+VLED關斷P溝道傳輸閘極MOSFET。同時，N溝道MOSFET210b導通，在電阻器209b中傳導電流並向下拉動P溝道上拉MOSFET208的閘極，並且將跨接放大器205的輸出與P溝道電流源203的閘極斷開。在P溝道上拉MOSFET208處於導通狀態時，P溝道電流源203的閘極被偏壓為+VLED，由此電流源被偏壓並且ILED=0。結論，圖22C表示實現開關控制電流源的一個電路。當啟動電流槽(En=數字1)時，電流槽導通並承載受控電流ILED=αIref。當電流槽被禁用時(En=數字0)，電流槽關閉且ILED=0。
應該注意，圖20C電流槽電路的實現。基本上是低壓電路。需要能夠存活高壓LED電源+VLED的規格的唯一元件是N溝道電流槽MOSFET167。對於圖22C的電流源電路不是這種情況，其需要具有高關閉狀態汲極-源極阻斷能 力的MOSFET，尤其是P溝道電流源MOSFET203，其必須維持高電壓的同時傳導受控電流，即電流源MOSFET必須具有寬的安全操作區域，免於二次擊穿(驟回)和熱載波可靠性問題。特別關注的是P溝道MOSFET207和208的最大閘極-源極電壓額定值，即VGSp(最大值)。為了避免損壞這些元件的閘極氧化物，必須仔細選擇電阻器209a和209b的值，以不產生超過元件導通狀態閘極驅動的VGSp(max)。作為預防措施，可以分別在MOSFET207和208的閘極-源極端子之間包括個齊納二極體，以將最大閘極偏壓固定到安全水平。在一些集成電路工藝中，製造的高壓P溝道電晶體可以可選擇地使用較厚的“高壓”閘極，但是該選擇取決於用於製造IC的晶片代工廠。
圖23A示出了實現開關電流源的另一種方法。在這種情況下，類比電流控制電路與數位啟動功能分離，由此，LED串201串聯連接在受控電流源200A和接地啟動的N溝道MOSFET212之間。該電路的方塊圖如圖23B所示。示出了理想電流源的實現包括電流感測和控制元件202以及高壓P溝道電流源MOSFET203。“低端開關”電流源的電路實現比圖22C的完全集成的開關電流源電路的實現簡單得多。如圖所示，使用包括P溝道MOSFET204a和204b的電流感測鏡，電流感測保持不變，包括P溝道MOSFET205a和205b的參考電流鏡以及差分輸入跨接放大器206。在該實施方式中，所有高壓電位轉換，傳輸閘和閘極上拉電路完全消除，並由由低壓閘極驅動逆變器221a和211b驅動的單個接地N溝道MOSFET212代替。
在圖22C和圖23C的高壓電流源電路中，所需的參考電流是以地為參考的電流槽電流-Iref。由於大多數參考電流流出而不是灌入電流，因此需要源極到汲極電流鏡。該電流鏡由閾值連接的N溝道MOSFET213a描繪，其具有由N溝道MOSFET213b鏡像的參考電流Iref輸入，以產生電流槽參考電流-Iref用於為P溝道電流鏡MOSFET205b供給+VLED參考電壓。應該理解的是，與圖23C中所示的電路相反，使用高壓P溝道MOSFET和電為轉換電路用於啟動功能，並 使用接地電流槽進行電流控制。但是通常，高端開關電流槽與圖20C中所示的完全集成的開關電流槽相比沒有特定的優點。因此，在本申請中沒有描述。
在所有上述電路中，LED電流控制取決於共同參考電流。為了達到控制LED亮度所需的精度，參考電流Iref需要在製造期間進行有源微調。使用電阻器修整參考電流的一種方法如圖21A所示。參考電流Iref0由與電阻器181串聯的閾值連接的P溝道MOSFET180a確定。閾值連接是指MOSFET的閘極連接到其汲極以形成兩端元件，其中VGS=VDS。使用術語“閾值”是因為它表示在元件的閾值電壓Vtp附近的電壓處發生汲極電流快速增加的電壓，即VGS=VDS
Figure 108112192-A0305-02-0059-46
Vt。因此，P溝道MOSFET180a中的電流是大約Iref0
Figure 108112192-A0305-02-0059-47
(5V-Vtp)/Ro。該參考電流通過共用閘極連接鏡像到具有相同結構和閘極寬度的其他參考MOSFET180b至180e，以產生多個匹配的參考電流Iref1，Iref2，Iref3，Iref4等。與集成電路電阻器181中的電阻R0的可變性相比，閘極寬度Wp0=Wp1=Wp2=Wp3=Wp4等的不匹配不是可變性的重要來源。能夠電子修整電路以補償製造差異，Iref電阻器調整電路182包括開關電阻器184a，184b...184n的陣列具有相應電阻R1，R2...Rn，可以通過與電阻器181(或不是)並聯電路連接，這取決於N溝道MOSFET184a，184b...184n分別由閘極驅動器185a，185b...185n偏壓到導通狀態。對於每個激活的電晶體，其相應的電阻器與電阻器181並聯放置，從而減小有效電阻R0並增加電流Iref0的大小。這種修整方法是電阻單向調整和電流上升，這意味著初始值是最高電阻和最低電流。在製造中，通過改變數字值校準寄存器186來調節LED電流並且調整MOSFET的接通組合，直到達到目標電流，從而將校準寄存器186的內容寫入非揮發性記憶體中。雖然這種描述開關並聯電阻的方法代表一種電阻調整方法，但另一種方法是通過導通MOSFET將串聯電阻短路。在這個系列調整方法中，所有MOSFET關閉的電阻值從最高值開始，電流最低，電流隨著調整的進行而增加，MOSFET被導通以短路更多的電阻。
圖21B說明使用MOSFET閘極寬度縮放的替代修整方法。如在圖21A的電阻器參考電路中那樣，由閾值連接的P溝道MOSFET180a傳導的參考電流Iref0被鏡像到通過相同尺寸的MOSFET180b至180e的多個輸出。然而，與先前的情況不同，具有輸出Vbandgap的帶隙參考電壓190產生參考電流。帶隙電壓通過串聯電阻器轉換成電流，並由具有閘極寬度Wn的閾值連接電流鏡N溝道MOSFET192a鏡像，以鏡像具有閘極寬度γWn的MOSFET192b，以產生參考電流Iref0。帶隙參考電壓190的溫度相關輸出電壓Vbandgap(t)可以被設計為在很大程度上抵消電阻器191的溫度變化，由此γ[Vbandgap(t)/R0(t)]=Iref0，其中Iref0隨溫度變得恆定。通過並聯任意數量的閾值連接的MOSFET193a，193b...193n，改變P溝道MOSFET180a的有效閘極寬度，進行修整。根據P溝道MOSFET開關194a，194b......194n的數字開關狀態，具有各自的閘極寬度Wpx1，Wpx2...Wpxn，它們由數位逆變器195a，195b......195n控制。例如，如果MOSFET194b由逆變器195b導通，則MOSFET193b基本上與P溝道MOSFET180a並聯，並且電流鏡的閘極寬度從Wp0增加到更大(Wp0+Wpx2)。閾值連接的MOSFET對的較大閘極寬度意味著需要較小的電壓來承載相同的參考電流，因此輸出參考電流中的電流減小。換句話說，例如，Iref0和Iref3之間的電流鏡像比，從比率[Wp3/Wp0]變為較小的比率[Wp3/(Wp0+Wpx2)]，意味著輸出電流隨著有源微調而減小。因此，調整是單向的，從調整MOSFET關閉時的最高輸出電流開始，隨著更多電晶體並聯連接而減小。在製造中，通過改變數字值校準寄存器186來調節LED電流並且調整MOSFET的接通和斷開的組合，直到達到目標電流，其中校準寄存器186的內容被寫入非揮發性記憶體中。
為了動態地改變參考電流，從而改變LED電流，可以通過動態數據調節或調製LED亮度覆蓋校準寄存器186來數位地改變參考電流的值，但是這樣做是不利的，因為它在製造過程中失去了通過校準參考微調實現的精度。該問題通過圖21C的動態可編程參考電路克服，包括兩個參考電流寄存器-前述Iref 校準寄存器186，以及對特定光生物調節療法治療唯一的單獨動態目標參考電流寄存器199a。動態目標參考電流199a隨時間變化，而校準表則不隨時間變化。在這方面，校準表186中的數據可以被認為是動態目標參考電流寄存器199a中的數據的固定偏移。使用由算術類比單元ALU198執行的簡單減法來容易地組合兩個寄存器，以產生補償的動態驅動電流寄存器，具體地“Iref輸入字元199b”。該數位字元用於驅動數位類比(D/A)轉換器197，數位類比轉換器的功能根據其數位輸入而輸出類比電壓。雖然分辨率的精度可能在8位到24位之間，但許多微控制器中常見的16位DAC可產生1,024種組合-足以滿足任何所需波形合成的分辨率。如圖所示，D/A轉換器輸出電壓VDAC由電阻器191轉換為電流並由N溝道MOSFET192a和192b鏡像以產生參考電流Iref1，其中Iref1
Figure 108112192-A0305-02-0061-48
β[(VDAC-Vtn)/R0]。該參考電流由閾值連接的P溝道MOSFET180a鏡像並匹配的MOSFET180b，180c，180d，180e...，以產生相應的參考電流輸出Iref1，Iref2，Iref3，Iref4等。D/A轉換器197還可以包括電流輸出D/A轉換器，產生類比電流而不是產生電壓。在這種情況下，電阻器191的值不重要，甚至可以消除。
分佈式光生物調節療法系統的組件一旦通過第2層認證，第3層和第4層網絡和端口地址分配建立，並且交換LED照射墊的配置數據，分佈式光生物調節療法系統就可以執行治療。在光生物調節療法控制器接收到用戶“開始”命令後，光生物調節療法治療開始於在光生物調節療法控制器和網絡連接的智能LED照射墊之間交換加密密鑰或數位認證以建立第5層會談。療程打開後，光生物調節療法控制器和智能LED照射墊在文件和命令交換期間保持其安全鏈接，直到治療完成或終止。可以使用表示層6或應用層7上的加密來執行額外的網絡安全性。使用數據流或文件播放方法開始執行光生物調節療法治療，如下所述。
分佈式光生物調節療法系統中的數據串流
通過將所有LED驅動電路結合到LED照射墊中，如先前在圖18中所示。分佈式光生物調節療法系統中的光生物調節療法控制器不需要關心照射墊如何能夠選擇特定LED串，LED電流如何被控制，或者用於脈衝或調製LED傳導的方法。相反，光生物調節療法控制器執行用戶介面的任務並準備用於所選治療的驅動指令。這些驅動指令可以通過兩種方式從光生物調節療法控制器傳輸到LED照射墊。在一種方法中，首先將稱為LED播放器的軟件安裝到照射墊中，稍後將用於解釋和執行治療，其次，傳送稱為播放文件的指令集，指示LED播放器的可執行代碼去做什麼。另一種方法是光生物調節療法發送串流文件。
在主從數據串流中，一系列LED指令按順序發送並連續指示LED何時開啟和關閉。與音頻串流文件類似，從光生物調節療法控制器到智能LED照射墊的數據傳輸必須在執行特定步驟之前發生。以連續的方式發送的傳入指令包必須保持在治療執行之前；否則由於缺乏指示，治療將停止。該過程在圖24的流程圖中示出，顯示了在光生物調節療法控制器主機中發生的LightOS操作以及在智能LED照射墊客戶端中串聯發生的LightPadOS操作。具體地，在選擇療程250之後，控制器和照射墊操作系統都開始所選擇療程250的執行251a和251b。在步驟252a和時間t1，LightOS將第一治療數據段傳送到LED照射墊，於是在步驟252b中LightPadOS執行第一個治療數據段。在步驟253a和時間t2，LightOS將第二治療數據段傳送到LED照射墊，於是在步驟253b中，LightPadOS執行第二治療數據段。在步驟254a和時間t3，LightOS將第三治療數據段傳送到LED照射墊，於是在步驟254b中，LightPadOS執行第三治療數據段，依此類推。最後在步驟256a中，在時間tn，LightOS將第n個治療數據段傳送到LED照射墊，於是在步驟256b中，LightPadOS執行第n個治療數據段，之後兩個片段257a和257b結束。
在主從串流傳輸期間的USB數據封包傳輸和指令執行的示例在圖25中示出。紅光LED熄滅時發生治療指令260a的準備，以十六進制代碼表示開始LED的指令261的樣本表示“開啟LED”指令。然後將指令261作為有效荷載嵌入到USB封包中，將有效荷載指令261與標題262組合。在步驟263中，然後將封包從光生物調節療法控制器發送263到LED照射墊。然後提取指令261並將其解碼成位元264，描述哪些LED將被打開而哪些不被打開。然後將這些位元加載到LED寄存器265中並在時間266執行，當紅光LED電流從關閉變為開啟時，啟動計時器以準備和加載關閉所有LED的下一指令。紅光LED的切換通過圖25中底部的關閉至開啟轉換267a和開啟至關閉過渡267b來示出。。
可以使用兩種技術來執行串流指令，即，即時(JIT)順序傳送方法和提前傳送和移位方法。在圖26A所示的JIT順序傳送方法中，從光生物調節療法控制器發送到智能LED照射墊的串行封包數據串流272由解碼器270根據解碼表271解釋，分別產生兩個輸出到色移寄存器279a和時移寄存器279b。每個連續間隔包含間隔的開啟時間和關閉時間。隨著移位寄存器順序前進，每次計算一個間隔的經過時間，例如t5=t4+(ton4+toff4)。使用先進先出演算法執行該過程，其中僅第一輸出移位寄存器數據幀277驅動LED驅動器278。所有後續幀並在隊列中等待，所有先前幀一旦被執行就被丟棄。數據幀277中的相應色移寄存器指定LED驅動器278照亮哪些LED。例如，具有位序列0100的寄存器[紅光|藍色|近紅外光1|近紅外光2]將僅點亮藍光LED，1000將僅驅動紅光LED和0011將驅動近紅外光1和近紅外光2LED。得到的光輸出包括紅光脈衝275a，藍光脈衝275b，近紅外光1脈衝275c和近紅外光2脈衝275d，以及並發的近紅外光1和近紅外光2脈衝275e。在該方法中，移位寄存器以可變速率前進，基於ton和toff的值加速或減速。
在提前傳送和移位方法中，如圖26B所示，解碼器270同時輸出四個獨立的位串275a，275b，275c和275d，用於驅動紅光，藍光，近紅外光1和近 紅外光LED2，以固定速率時鐘為時鐘。為了延長LED照明的持續時間，在整個持續時間內重複開啟狀態位。在提前傳送和移位方法中，包含照明圖案的文件被傳送到LED照射墊並在LED播放之前被解碼。
圖26C將JIT順序傳送方法與提前傳送-移位方法進行了對比。雖然JIT方法對四個LED顏色寄存器279進行解碼並將它們驅動一段指定的間隔直到顏色寄存器改變為止，但是在提前傳送-移位方法中，傳輸被連續解碼為四個位元序列並被儲存，然後從記憶裡按順序播放。在任一種方法中，數據串流具有以下優點：LED照射墊不需要用於儲存治療數據的大量記憶體。它的缺點是串流式傳輸需要從光生物調節療法控制器到LED照射墊的穩定數據串流。
另一種方法是在開始LED治療之前將完整的整個播放文件從光生物調節療法控制器傳輸到智能LED照射墊。如圖27的流程圖所示，該操作涉及兩個並行操作，一個由光生物調節療法控制器主機內的LightOS操作系統執行，另一個由LED照射墊客戶端內的LightPadOS執行。如圖所示，在文件傳送程序之後，在LED照射墊內自主地執行，而無需光生物調節療法控制器的干預。在步驟300中選擇程序之後，用於驅動LED序列的播放文件從主機傳送到客戶端。LED照射墊在步驟302接收文件傳輸，然後在步驟303解包文件，剝離文件的第2層MAC數據，例如報頭，校驗和位等，以提取有效荷載數據並將其加載到揮發性記憶體中。比如靜態RAM。該過程在圖28中以圖形方式示出，其中輸入USB封包310通過諸如USB的物理媒體傳輸到智能LED照射墊337的匯流排介面338中。一旦接收到，有效荷載311被提取然後被解包(步驟312)，執行任何所需的解壓縮或文件格式化以創建可執行代碼313。可執行代碼313隨後儲存在揮發性記憶體334a中。可執行代碼313自足以在LightPadOS操作系統上運行，而不需要除LED照射墊的操作系統之外的任何其他文件或子程序，並且包含光生物調節療法治療中使用的演算法314的寫死編碼數據，也包含單個治療 或者整個光生物調節療法療程，該代碼例如可以用C+或任何其他通用編程語言實現。
回到如圖27所示，一旦在步驟303中將播放文件解壓縮文件並儲存在RAM中，則在步驟304b中，LightPadOS通知主光生物調節療法控制器它已準備好開始療程。一旦用戶通過選擇開始治療按鈕309確認它們已準備好，則在步驟304a中啟動運行療程指令，從步驟305a開始，其中將開始療程命令發送到LED照射墊。LightPadOS在步驟305b中通過執行治療演算法314開始治療來響應。隨著治療的進行，LED照射墊偶爾向主光生物調節療法控制器報告其狀態(步驟306b)，包括時間，溫度或其他相關的程序狀態信息，光生物調節療法控制器可以在步驟306a中顯示。如果LED照射墊中出現故障情況，則LightPadOS中的中斷服務程序307b和LightOS中的307a進行通信，並可能協商關於引起中斷的條件的操作。例如，如果在療程期間，LED照射墊已拔下，然後重新連接不正確，療程將暫停，通知用戶連接錯誤，並告訴他們如何糾正錯誤。一旦故障被糾正，中斷程序就關閉並且治療重新開始，直到步驟308b，LED照射墊通知主光生物調節療法控制器治療程序已經完成。作為響應，在結束療程步驟308a中，光生物調節療法控制器通知用戶療程或治療已經完成。
在該討論中，術語“治療”定義為單一治療程序，通常持續20分鐘並設計成在特定組織類型或器官上引起光生物調節。此外，“療程”包括一系列連續的治療。例如，如圖29A所示，用於從損傷中恢復的治療方案(例如，治療扭傷和切斷腳踝的自行車事故)可能涉及每隔一天連續進行三次“Injury”療程315a，315b和315c，其中每個療程涉及三個連續治療的順序治療包括改變光波長，功率水平，調製頻率和持續時間的不同演算法。例如，被稱為“inflammation”的光生物調節療法療程315a旨在通過加速(但不消除)癒合過程的炎症階段來加速癒合。療程315a包括分別包括演算法23，43和17的三個步驟314a，314f和314b的序列。療程315b，標題為“infection”，如圖29B所示包括分別包括 演算法49，17和66的三個步驟314c，314b和314g的序列。注意，包括演算法17的治療314b用於炎症和感染期。標題為“healing”的療程315c包括分別包括演算法66，12和66的三個步驟314g，314h和314g的序列。注意，治療演算法66在infection療程315b中使用一次，在healing療程315c中使用兩次。
執行inflammation，infection和healing療程的步驟順序一起制定Injury方案316，首先通過加速涉及成纖維細胞和膠原蛋白支架，細胞凋亡和吞噬作用的癒合的炎症階段，然後通過對抗機會性嘗試的繼發性微生物感染。定植傷口。最後，在炎症消退並且所有感染被移除後，Injury方案中的最後步驟通過改善餵養健康組織再生所需的熱力學和能量供應來促進傷口癒合。傷害方案316不採用每日治療療程，而是通過意圖在五天的時間內分散前三個療程。不是每日治療，而是通過圖表317解釋對休息日休息的需要，如圖30所示描述了根據Arndt-Schultz[https：//en.wikipedia.org/wiki/Arndt%E2%80%93Schulz_rule]的工作的廣義雙相劑量反應模型。根據維基百科的說法，“Arndt-Schulz規則或Schulz定律”是關於不同濃度的藥劑或毒藥影響的觀察法。它指出，對於每種物質：小劑量刺激；中等劑量抑制；大劑量殺死。由於藥理學中存在大量例外，例如在一個小藥物劑量根本沒有任何作用的情況下，該理論已演變成其現代對應物“激素”，但其基本原理保持不變，即在醫學中存在最佳治療劑量，超過該劑量治療效果降低或實際恢復可能是抑制。
儘管有關藥理學研究結果的爭議，“能量醫學”中的雙相模型已經通過從癌症的放射治療到光生物調節的大量研究再次得到證實。例如，在癌症治療中，小的輻射劑量不能充分殺死癌細胞，而大的輻射劑量是有毒的並且可能快速殺死患者，遠遠快於未經治療的癌症。使雙相模型適應光生物調節，圖表317表示光生物調節療法條件的偽3D表示，其中x軸表示處理時間；正交投影的y軸描述了光生物調節療法治療措施的功率密度，單位為W/cm2，垂直z軸表示有效能量劑量，單位為J/cm2或eV/cm2，即功率和時間的乘積，並按比例縮放觀 察到光生物調節的大小，否則觀察治療效果。從圖形上看，該圖表顯示為兩個滑坡，一個山脈和一個內陸山谷。如所示的低劑量治療(稱為次閾劑量)，治療具有不足的功率，即能量輸送的速率，以做任何事情。類似地，對於非常短的持續時間，無論功率水平是多少，都沒有足夠的能量來調用光生物調製。換句話說，太快或太少的能量不會引起光生物調節。
對於中等功率密度和持續時間的組合，發生刺激導致功率密度的峰值響應曲線或高於該水平的總能量劑量，有益的光生物調節療法響應和治療功效迅速下降並且甚至可能抑制癒合。當然，過度強大的雷射光水平會導致灼傷，組織損傷和消融(切割)。雖然LED不能承受雷射光器的功率密度，但它們仍然可以在高電流下驅動而導致過熱。然而，這些治療條件遠遠超出圖中所示的功率水平和能量劑量。案例研究[1]右側的圖表證實了光生物調節療法功效的劑量(通量)依賴性確實是雙相的，1J/cm2時的響應，2J/cm2時的峰值響應，10J/cm2時的效益降低和在50J/cm2下的抑制。抑制意味著光生物調節療法治療的影響比什麼都不做要差。因此，出於這個原因以及對安全性和患者舒適度的關注，光生物調節療法治療應該隨著時間推移並且在功率和劑量(持續時間)方面受到限制。
分佈式光生物調節療法系統中的數據安全
為了在所公開的分佈式光生物調節療法系統中實現多層安全通信，光生物調節療法控制器的操作系統(LightOS)和智能LED照射墊的操作系統(LightPadOS)包括使用一致協議和共享秘密的並行通信棧。對於設備操作員，黑客或未經授權的開發人員，這是不可識別的。因此，分佈式光生物調節療法系統作為受保護的通信網絡運行，能夠在任意數量的通信層上執行安全性，包括數據鏈路層-2，網絡層-3，在設置期間傳輸層-4以及在會談層-5，在操作期間呈現表示層-6或應用層-7。
如所公開的，“治療，療程和協議”定義了光激發模式和操作參數的序列，包括LED波長，調製模式和頻率，治療持續時間和LED強度(亮度)，一起確定瞬時功率，平均功率，治療劑量(總能量)，最終治療效果。為了阻止重複或複製，應使用加密和其他方法安全地儲存和傳送這些序列。雖然一些數據安全方法和相關的安全憑證可以作為應用程序的一部分執行，即在LightOS和LightPadOS中，但是通過在光生物調節療法控制器的通信堆疊中包含“表示”第5層可以實現更高級別的安全性。主機和任何網絡連接的智能LED照射墊客戶端。
表示層在圖31中示意性地表示，其中光生物調節療法控制器120包括OSI通信棧330，其包括應用層-6，表示層-5，數據鏈路層-2和物理層-1。如前所述，在光生物調節療法控制器120內，使用稱為LightOS的光生物調節療法特定操作系統來實現應用層-6。在操作中，第6層LightOS程序執行導致需要與智能LED照射墊通信的動作。這些動作在表示層5中被加密，然後以加密形式傳遞給較低級別的通信層，即作為密文。具體地，然後將傳遞到第2層數據鏈路層的密文打包，即根據諸如USB，I2C，FireWire的特定通信協議轉換成包括非加密報頭和密文有效荷載的一系列通信封包。然後通過物理PHYLayer1與LED照射墊通信。例如，PHY層1可以使用USB協議差分信號332與駐留在智能LED照射墊123內的通信棧331的相應PHY層-1進行通信。因此，儘管電信訊號包括第1層通信，但是USB的數據結構表現得很好。好像光生物調節療法控制器和智能LED照射墊正在第2層進行通信，並且數據封包及時排列為USB數據“幀”。
一旦通信棧331接收到USB封包，提取的密文有效荷載就被傳送到表示層5，在那裡它被解密並轉換成明文。然後將明文文件傳遞到應用層6，由LED照射墊的操作系統LightPadOS執行。假設光生物調節療法控制器的LightOS和智能LED照射墊的操作系統LightPadOS被設計為以自主方式通信和執行指令， 則通信棧330和331之間的雙向鏈路用作應用層7的虛擬機，意思是分佈式設備的行為與單個硬件相同，並且在表示層雙向執行加密和解密。以這種方式，數據可以在光生物調節療法控制器和智能LED照射墊之間傳輸。但是，為了防止複制源代碼，處理庫以加密形式儲存。為了增加安全性，用於儲存演算法的加密密鑰不同於用於通信的密鑰。因此，在可以安全地傳達治療文件之前，必須首先對其進行解密。
用於準備，通信和執行加密處理的過程在圖32中示意性地表示，用戶通過圖形UI341從資料庫加密演算法340中選擇處理342。然後使用系統密鑰343將加密演算法17解密，將密文轉換成明文並恢復未加密處理344。在加密過程345中，明文文件使用與智能LED照射墊客戶端交換的加密密鑰346重新加密演算法17的演算法。然後，將包括重新加密的演算法17的所得密文347打包348，並使用USB或其他適當的通信媒體發送349。
除了治療數據之外，可以使用相同的方法來準備光生物調節療法療程數據並將其從光生物調節療法控制器傳輸到LED照射墊。該過程在圖33的示意圖中示出，用戶通過圖形UI351選擇由加密演算法340構建的療程352，在所示的示例中包括三個加密演算法。然後使用系統加密密鑰對密文進行解密353，將密文轉換成明文。然後合併354三個明文文件，然後使用與智能LED照射墊客戶端交換的加密密鑰356加密。然後，將包括加密的合併演算法的所得密文357打包358，並使用USB或其他適當的通信媒體發送數據封包359。
如圖34所示，首先處理由LED照射墊337中的匯流排介面228接收的輸入數據封包359以移除提取有效荷載360的封包報頭。然後，填充μC339解壓縮361以提取加密的合併演算法362。然後使用交換密鑰將密文解密363。提取包括處理演算法的明文文件364，或者在療程文件的情況下，提取合併的演算法。演算法或合併演算法366包括可執行代碼365到揮發性記憶體334a中。 由於處理保存在RAM中，因此任何電源中斷都將擦除文件，使得難以複製未加密的可執行代碼。如圖1所示。如圖35所示，具有後傳輸(預播放)批量解密的光生物調節療法序列的自主播放涉及用戶選擇療程傳送301加密文件，其一旦被LED照射墊接收文件302被解密390並被加載到RAM中。在步驟304b中，LightPadOS通知主光生物調節療法控制器它準備好開始療程。一旦用戶通過選擇開始治療按鈕309確認他們已準備就緒，則在步驟304a中啟動運行療程指令，從步驟305a開始，其中將開始療程命令發送到LED照射墊。LightPadOS在步驟305b中通過執行治療演算法314開始治療來響應。隨著治療的進行，LED照射墊偶爾向主光生物調節療法控制器報告其狀態306b，包括時間，溫度或其他相關程序狀態信息，以及可以使用哪個光生物調節療法控制器在步驟305a中顯示。如果LED照射墊中出現故障情況，則LightPadOS中的中斷服務程序307b和LightOS中的307a進行通信，並可能協商關於引起中斷的條件的操作。一旦故障得到糾正，中斷程序就關閉，治療重新開始，直到步驟308b，LED照射墊通知主光生物調節療法控制器治療程序已經完成作為響應，在結束療程步驟308a中，光生物調節療法控制器通知用戶療程或治療已經完成。
通過將演算法以加密形式儲存在LED照射墊中，可以實現更高的安全性。如圖36所示，處理由LED照射墊337中的匯流排介面338接收的輸入數據封包359以提取有效荷載360，隨後解壓縮361，然後作為密文368儲存在揮發性記憶體334a中。當文件被執行時，即在自主播放期間，通過在播放期間解密文件，在用戶開始療程時播放文件。稱為“動態”解密播放的該過程在圖37的流程圖中示出。該過程與圖35中所示的批量解密過程流程相同。除了在LED照射墊接收到序列文件302之後，下一步驟僅僅是解包並且根據需要解壓縮文件303但不解壓縮它。在步驟391的播放期間，從SRAM揮發性記憶體讀取密文並在運行中執行，即隨著播放的進行。
圖38對比批量折扣和即時播放方法。在批量解密中，從揮發性記憶體中讀取以密文儲存的整個播放文件368，解密363以提取可執行代碼365以播放整個文件392。相比之下，在即時播放解密中，儲存的播放文件的一部分368a被讀取並解密365a然後通過將新的明文指令附加到播放緩衝器而執行392a。同時，從揮發性記憶體讀取密文的另一部分368a，解密363以恢復明文可執行文件165b，然後通過將該文件附加到播放列表的末尾來執行392b。
具有LED照射墊播放器的分佈式光生物調節療法系統
儘管用於LED驅動控制的JIT或基於提前傳輸移位的數據串流可用於控制分佈式光生物調節療法系統中的LED照射墊，但是通過連接光生物調節療法控制器的通信網絡傳送即時數據和一個或多個當需要更複雜的演算法時，LED照射墊會成為問題。即使在高頻寬通信可用時，時鐘信號或多MHz數字數據的串流式傳輸也代表了一種可疑的命令和控制方法，特別是在諸如醫療設備的安全性應用中。由所公開的分佈式光生物調節療法系統實現的替代方案是採用兩步過程來驅動LED，首先將“LED播放器”下載到LED照射墊中，然後下載定義特定光生物調節療法治療的“LED播放文件”。或要執行的光生物調節療法療程。在所公開的該方法中，基於來自光生物調節療法控制器的命令，在智能照射墊內自主地執行LED驅動。由於LED驅動器位於LED照射墊內，因此可以實現波形合成和正弦驅動等高級功能。如果執行多個治療或療程，則僅需要重新下載新的“LED播放”文件。原始LED播放器可以保留。
智能LED照射墊播放的第一步是將LED播放器從光生物調節療法控制器下載到LED照射墊。以類似於圖36中所示的串流文件的傳送過程的方式，下載過程如圖39所示涉及將加密的播放文件480從光生物調節療法控制器傳送到智能LED照射墊。下載過程涉及用系統密鑰解密363加密的LED播放器文件480a，然後用LED照射墊(客戶端)密鑰356重新加密370以創建加密的LED播 放器文件480b。然後將該密文發送到智能LED照射墊，其中有效荷載被提取並解壓縮361然後解密363並儲存到揮發性記憶體482中。下載的LED播放器內容包括波形合成器483，PWM播放器484，LED驅動器485。
波形合成是激勵模式的演算法生成，例如正弦波和正弦波的和弦，但也能夠生成三角波，鋸齒波和再現音頻樣本。波形合成器483的操作如圖40所示涉及波形合成器483將其輸入波形合成器參數486轉換為系統時鐘Φsys以產生表示為合成輸出表489的合成波形f(t)，即包括與經過時間t配對的功能表f(t)。然後，PWM產生器555將功能表轉換為高頻PWM脈衝串輸出490，以產生包括嵌入在PWM輸出490內的合成波形491的合成輸出488。根據演算法，波形合成器483也可以利用波形基元487。合成器可以用硬件實現，對於高達20kHz的波形，即在音頻範圍內，它可以很容易地用軟件實現。例如，從0.5到1.0ms，f(t)的值=0.6545。過程ΨP[f(t)]將函數f(t)轉換為導通時間和關斷時間的PWM脈衝序列，其中輸出具有指定間隔的65.45%的高(開)狀態，即從0.500到0.827ms，並且具有從0.827到1.000ms的低(關閉)狀態。因此持續時間ton=0.827-0.500ms=0.327ms，並且關閉持續時間toff=0.500-0.327=0.173。換句話說，值f(t)是在該時段期間的佔空因數D，其中D=ton/TPWM並且其中TPWM=ton+toff。
由於佔空因數D是限制在0%和100%之間的類比值，因此為方便起見，f(t)被限制在0.0000和1.0000之間的任何值。如果允許f(t)超過1.000，那麼該值必須通過函數的最大值來縮放，即f(t)=[f(t)unscaled/f(t)max]，否則波形將被剪切為該值1.000由過程ΨP[f(t)]。稱為符號速率時鐘Φsym的PWM時鐘頻率由Φsym=1/TPWM給出。符號率從系統時鐘Φsys導出，並且必須超過正在合成的最高頻率波形f(t)，或者在數學上描述為Φsys>Φsym>f(t)。下表描述了tx=(x-1)TPWM將每個500ms間隔分成開始時間tx(on)和tx(off)的時間間隔。
Figure 108112192-A0305-02-0073-2
LED播放器中的第二過程是圖41中所示的PWM播放器484函數，響應於其輸入PWM參數和參考時鐘Φref處理合成波形491輸出數據488以產生PWM播放器輸出493a和493b。在操作中，PWM播放器484產生脈衝寬度調製(PWM)脈衝序列492Gpulse(t)，其包括代數乘積Gsynth(t)．Gpulse(t)。Gpulse(t)的波形包括重複脈衝，其包括持續時間ton=DTPWM並且關閉持續時間toff=(1-D)TPWM。
雖然PWM播放器功能可以在硬件中執行，但它很容易在軟件中執行。根據快速計數器和x(在每個循環上遞增)在類比偽代碼中描述，然後：If (t
Figure 108112192-A0305-02-0073-51
x TPWM) AND (t < ((x+D) TPWM))
Then OUT = Gsynth(t)
Else OUT = 0
這意味著在每個週期TPWM從時間xTPWM
Figure 108112192-A0305-02-0073-53
t<(xTPWM+DTPWM)開始，PWM播放器的輸出幅度等於輸入(開啟狀態)，並且間隔(xTPWM+DTPWM)
Figure 108112192-A0305-02-0073-55
t<(x+1)TPWMPWM播放器的輸出接地，數字“0”。通過用PWM脈衝Gpulse(t)截波輸入Gsynth(t)，輸出493a波形是數字的，具有等效值Gsynth(t)．Gpulse(t)。基礎波形被疊加顯示在PWM信號波形494的頂上。儘管通常PWM播放器484僅輸出單個數字波形，但是它可以根據需要產生多於一個輸出。例如，在所示的示例中，儘管輸出493a包括兩個PWM脈衝的乘法組合，但輸 出493b與Gpulse(t)相同，意味著Gsynth(t)=1。PWM播放器484還可以輸出恆定的時間不變值Gsynth(t)‧Gpulse(t)=1。
LED播放器操作的第三步是LED驅動器485。如圖42所示，與參考時鐘同步的LED驅動器Φref將驅動器參數495與PWM播放器484的輸出組合以產生LED驅動電流輸出497。與輸出數字信號的波形合成器483和PWM播放器484不同，LED驅動器485的輸出是類比的。使用驅動器參數495，產生可編程參考電流496，其幅度為αIref(t)並乘以PWM播放器484的輸出，具體為Gsynth(t)．Gpulse(t)的輸出497以產生包括αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)。圖中所示的輸出波形ILED498顯示時變波形，特別是正弦波，數字脈衝，並隨時間變化。雖然PWM播放器484可以輸出單個輸出作為LED驅動器485的輸入，但是如果需要也可以提供2個或更多個不同的輸出。例如，這種情況可用於大型光生物調節療法系統，其中需要許多區域來獨特地治療身體的每個部分，即具有良好的組織特異性。
LED播放的整個過程總結在圖43的示例中。順序地利用波形合成器483，PWM播放器484和LED驅動器485來產生LED驅動電流497。與現有技術方法不同，所公開的分佈式光生物調節療法系統中的LED驅動完全在LED照射墊內產生，同時有利地維護所有處理庫。和光生物調節療法系統控制在一個普通的光生物調節療法控制器中，與LED照射墊或照射墊組分開並區別開來。波形生成過程利用LED內產生的頻率Φsys的系統時鐘來執行其任務，從而消除了在長連接線上分配高速時鐘的需要。為了確保PWM播放器484和LED驅動器485與波形合成器483的同步，使用軟件或硬件計數器來劃分系統時鐘Φsys以產生參考時鐘Φref。因此，給定LED照射墊內的LED播放是完全同步的。雖然波形合成器493和PWM播放器484輸出包括在數位0和1狀態之間重複轉換的數位PWM信號，但是LED驅動器的輸出是類比的，能夠以任何波形驅動LED亮度，包括但不限於方波，正弦波，正弦波的和弦，三角波，鋸齒波，聲學或 電子音樂的音頻樣本，鈸崩潰的音頻樣本和其他噪聲源以及20Hz至20kHz的音頻頻譜內的任何頻率，即從0到第九音樂八度。它還在次聲範圍內產生調製LED傳導，即在第-1和第2個倍頻程中，例如，在第1和第2個倍頻程中。低至0.1Hz，或以直流(0Hz)驅動LED，即提供連續波(CW)操作。
應當注意，由於每個照射墊獨立地與光生物調節療法控制器進行異步通信，並且由於每個LED照射墊為LED播放產生其自己的內部時間基準，嚴格地說，所公開的分佈式光生物調節療法是異步系統。也就是說，由於高時鐘速率，精確時間參考和高速通信網絡，LED照射墊之間的時序不匹配在微秒範圍內，在UI控制和UX響應中難以察覺，並且對光生物調節療法功效沒有影響。
分佈式光生物調節療法系統中的波形合成
在分佈式光生物調節療法系統中，一個光生物調節療法控制器控制許多智能LED照射墊，例如3、6或更多。由於需要智能LED照射墊的數量，經濟方面的考慮要求限制LED照射墊的複雜性，特別是照射墊μP339的成本和處理能力。同樣，為了管理產品成本，LED照射墊內的總記憶體也必須受到限制，計算能力和記憶體有限，分佈式光生物調節療法系統中LED照射墊內波形的合成需要滿足幾個標準：
●應限制傳輸或儲存在LED照射墊中的數據量。
●在LED照射墊中執行的計算應該優選地包括簡單的算術計算，例如加法和減法，避免複雜的迭代過程，例如函數，矩陣運算等，除非絕對不可避免，甚至不經常。
●應以最小的功耗或加熱即時進行計算。
波形合成器483的詳細操作在圖44中示出，一旦加載到波形合成器483中，包括波形合成器參數486的輸入文件選擇用於計算函數f(t)553的合成方法 550，利用單位函數產生器551或基元處理器552全部與系統時鐘Φsys同步執行。在波形合成的情況下，基元處理器552需要訪問詳細的波形描述，特別是波形基元487得到的函數f(t)553包括在函數表554中以圖形方式示出的笛卡爾時間對f與f(t)。然後，通過PWM產生器555使用過程ΨP[f(t)]將表554轉換成時變數字數據，以產生合成輸出488。合成輸出488包括數字PWM文件，其在數字上等效於合成輸出表489，以圖形方式表示為Gsynth(t)PWM輸出490。
單位函數產生器的波形合成
單位函數產生器551的操作在圖45中示出，涉及選擇數學函數，然後計算函數的值一系列次數以生成函數表554。這些函數被稱為“單元”函數，因為它們具有限制在0.0000和1.0000之間的實數的類比值。時間變量函數f(t)=1或“常數”的單位函數的一個示例在圖表560中示出。另一個函數，圖表561中所示的單位鋸齒由等式f(t)=MOD描述。(tf，1)其中(tf)是模數函數的自變量，1是基數，意味著函數是0到1之間的線性小數部份。對於超過1的倍數的任何數，模數函數返回餘數例如，如果(tf)=2.4則MOD(2.4)=0.4。在鋸齒中，函數斜升至1然後回落到零並重複。另一個斜升至1且對稱斜降上升到一個並且對稱地回落到零，圖表562所示的三角波，其由公式f(t)=1-2˙ABS[MOD(tf，1)-0.5]給出。
合成單個正弦波或三個或更多頻率為fa，fb，fc和相對大小Aa，Ab，Ac的正弦波的合成可以用等式f(t)=Aα(0.5+0.5[Aasin(2πtfa)+Absin(2πtfb)+Acsin(2πtfc)]/[(Aa+Ab+Ac)])+0.5(1-A α )。該數學過程如圖46所示將三個正弦波圖表564、565和566分別與增益580、581和582混合，使用數位的線性求和在數位混合器583中求和。
數字求和，二進制，八進製或十六進制數的算術加法，與十進制數的加法相同，除了數字包含二進制數之外，它與添加十進制數相同，即基數為二(b2)， 基數為八(b8)或基數十六(b16)，而不是十(b10)。儘管可以使用專用設備執行數字求和，但駐留在LED照射墊的微控制器功能內的算術類比單元(ALU)可以容易地執行二進制數學中所需的任務。將數字轉換為另一個基數，然後將它們添加到備用基數中並將它們轉換回基數10會產生相同的結果。下面的示例表中顯示了這種等效原則，用於在不同的基礎中添加三個數字。在波形合成的上下文中，所添加的數字表示在任何給定時刻的三個正弦波的瞬時值，加在一起以產生三個數字的數字求和。出於說明的目的，正弦波的值已被放大十倍，即，其中Axfx(t1)和其中Ax=10，對於x=1到3。例如，在特定時間t1，函數fa的值(t1)=1，fb(t1)=0.5，fc(t1)=0.5。在增益因子被均勻加權的情況下，即在Aa=10，Ab=10和Ac=10的情況下，則求和10(Σfx(t1))=20。為了將該數轉換為單位函數，必須將得到的和縮放到0.000和1.000之間的結果之間的分數-由自動範圍函數584執行的任務。
Figure 108112192-A0305-02-0077-3
對於每個時間點tx，將Ax(Σfx(tx))除以增益乘數之和(Aa+Ab+Ac)提供混合弦的平均值。在均勻加權的情況下，即Ax=10時，這些增益因子的總和(Aa+Ab+Ac)=30。應用於上述求和，自動量程縮放將20的總和轉換為自動量程縮放數字20/30=0.666，與通過平均具有瞬時值1.0，0.5和0.5的三個數字求得的數字相同。當正弦波與非均勻加權混合時，自動量程功能也起作用，其中一個或多個正弦波頻率分量在混合中占主導地位。例如，Aa為總量的20%，Ab為40%，其中Ac=40%產生以下混合信號。
Figure 108112192-A0305-02-0077-4
在這種情況下(Aa+Ab+Ac)=100而g(t)=70，因此自動範圍函數的輸出為0.7。自動量程功能採用正乘法器Aα>0用於縮放信號以補償幅度壓縮。因為標量Aα不僅移動函數而且還移動其平均值，所以將DC偏移校正項0.5(1-Aα)加到正弦波之和上，以使函數的平均值重新回到0.5。
圖47示出了根據單位函數產生器製作的幾個正弦波和正弦波和弦。在所示的例子中，產生三個相隔八度音程的正弦波(即fc=2fb=4fa)，其具有各種增益因子以產生各種複合函數。增益因子[Aa，Ab，Ac]控制混合或頻率分量的“混合”。因為組件是平均的，所以增益因子可以是任何正實數。然而，為方便起見，這三個因素可以按比例縮放。在某些情況下，加權因子為零意味著混合物中不存在特定頻率的正弦波。例如，在圖表564中，[Aa，Ab，Ac]=[1,0,0]，使得僅存在正弦曲線fa。類似地，在圖表565中，[Aa，Ab，Ac]=[0,1,0]，僅存在中間八度音正弦fb，並且在圖表566中，[Aa，Ab，Ac]=[0,0,1]，只有最高倍頻程的正弦曲線存在。
該圖表還說明了各種混合混合和弦。曲線圖567描繪了頻率fa和fb的正弦曲線的均勻加權混合混合，曲線圖568描繪了頻率fa和fc的正弦曲線的均勻加權混合混合，並且曲線圖569描繪了頻率fb和fc的正弦曲線的均勻加權混合混合。在圖表570中示出了兩個正弦波與頻率fa的2/3加權和頻率fb的1/3正弦波的不均勻混合混合。三個正弦波混合包括均勻加權的弦572和不均勻加權的正弦波和弦571，其中[Aa，Ab，Ac]=[0.2,0.4,0.4]。sin(θ)的代數計算，其中θ=fxt為x=a，b，c...需要計算每個罪的冪級數[http：//www2.clarku.edu/~djoyce/trig/compute.html]評估在哪裡
Figure 108112192-A0305-02-0078-5
Figure 108112192-A0305-02-0078-6
Figure 108112192-A0305-02-0079-7
其中n！=n˙(n-1)‧(n-2)...3˙2˙1。注意，可以使用相同的方法來產生餘弦波形，這只不過是因為波相移了90°。為了產生三個正弦波和弦Ax(Σfx(tx)，在第9個八度音程中具有最高頻率的正弦波，大約20kHz，具有360度精度，需要沿PWM生成的所有前述計算ΨP[f(t)]必須以7.2MHz的速率發生，即在138ns內。這種方法計算密集，浪費計算週期和燃燒功率，特別是在波浪合成高頻時。
利用基元處理器進行波形合成
另一種方法，計算密集程度更低，並且與LED照射墊μP339的有限計算能力更好地匹配，是使用評估函數的表查找。對於週期函數，可以預先計算週期的常規增量的函數值，例如固定角度或固定百分比，並將其加載到這裡稱為函數“基元”的表中。例如，因為sin(θ)的值取決於其自變量θ的角度sin0°=0
Figure 108112192-A0305-02-0079-8
sin30°=1/2
Figure 108112192-A0305-02-0079-9
Figure 108112192-A0305-02-0079-10
Figure 108112192-A0305-02-0079-11
sin90°=1
由於正弦函數是周期性的，因此每次評估sin(θ)時都沒有理由重新計算相同的值。在這種情況下，使用查找表可能是有益的。
然而，查找表面臨幾個基本障礙-例如，表只能在先前計算的相同輸入條件下返回函數的值，即具有相同的參數。僅僅因為表中包含sin(45°)的值並不 意味著它知道sin(22°)的值。在對子程序調用查找表中，確保輸入參數與其可用參數匹配是不可能的，除非兩者是共同開發的以確保它們使用相同的值。使用查找表的另一個問題是剛性方程問題，在許多數量級的頻率上執行高分辨率波形合成。例如，如果使用具有16位精度的PWM方法合成20kHz正弦曲線(第9個倍頻程)，則所需的採樣率為(20,000Hz)(162)=1,310,726,000Hz或大約1.3GHz。如果在相同的類比中，在弦上加上0.1Hz(第二個倍頻程)的次聲激勵模式，則低頻波分量的周期為T=1/f=1/(0.1Hz)=10秒。這意味著在第九個八度音階中保持所需的分辨率，而合成單個10秒的次聲波需要一個(1.3GHz)(10秒)=130億個數據點的表格。如此龐大的數據表不僅需要太長的時間來從光生物調節療法控制器傳送到智能LED照射墊，而且還需要太多的記憶體。
為了在確保子程序調用和查找表之間的匹配參數的同時解決剛性方程問題，本文公開的發明方法使用預定義的周期性波形基元，例如正弦波或線性(標量)函數，與一系列共享共同數字進位的計數器相結合，例如二進位。這裡使用的術語“基元”是指波形的表格時間獨立描述-其中波形使用相對於函數週期T指定的參數來描述，而不是絕對時間。例如，在諸如鋸齒波之類的線性函數中，向查找表輸入直線(笛卡爾)參數會返回唯一值。在線性單位鋸齒在一段時間T內從0升到1時，輸入p是無單位的，其中在T的25%處，函數“saw(p)”具有0.25的值，在T函數的78%處為saw(p)具有值0.78等。為了適應重複循環，使用模數函數MOD(參數，限制)表示參數輸入“p”是有益的，其中正輸入的MOD(p，1)返回值限制在0和1之間，即除以限制的最大整數倍後的餘數。例如，對於任何z值，MOD(0.78,1)=0.78，MOD(5.78,1)=0.78，MOD(z.78,1)=0.78。因此，僅需要覆蓋一個週期T的數據來描述任何重複波形。
相同的功能適用於極坐標。sin(MOD(θ，360°)的評估產生sin(0°)和sin(359.99...°)之間的重複序列值。在360°時，整個循環重複，因為sin(MOD(360°，360°)=sin(0°)。請注意，在實際代碼或電子表格中，sin或任何其他三角函數的角 度參數θ以弧度表示，而不是以度為單位，但模數函數的原理及其應用保持不變。以所公開的方式使用模數函數，可以將用於任何週期函數的查找表的大小限制為單個週期，從而顯著地減小表的大小。因此，每個查找表中的數據對的數量等於提供一對一對應的主要分辨率ξ，其提供輸入Φx與查找表之間一一對應的輸出fx，其中對於任何八度x，關係Φx=ξxfx描述由查找表子程序調用執行的轉換。
儘管這些函數基元包括描述數學函數的時間無關狀態的集合，但是波形合成需要它們與包括數字或類比時鐘的振盪器組合以產生時變波形。具體地，對於諸如三角形或鋸齒波的周期T的直線函數，參數x可以表示為x=t/T，並且對於正弦波，正弦波和弦，以及其他三角單位函數θ=tf。在任何一種情況下，都需要時間源來將時間無關的波形基元變換成時變函數。用於生成一系列時間源的一種這樣的實現，在圖48A中以演算法方式表示，組合了一系列二進制(÷2)數字計數器590至598，從公共時鐘產生十個同步時鐘頻率Φ9至Φ0，特別是具有符號時鐘速率Φsym。可編程頻率。然後，時鐘用於合成周期函數，例如音頻頻譜中的正弦波，其具有在第九個八度音程中的相應頻率f9，在八度音階中具有f0，並且根據需要以各種組合將它們混合。未示出的相同方法可用於產生次聲，即低於20Hz的振蕩波形，並且(如果採用適當的換能器)超音波波包括大於20kHz的頻率。
在合成期間，使用周期函數的查找表(例如，週期函數的查找表)將每個時鐘轉換為時變波形f(t)。正弦波，正弦波和弦，三角波，鋸齒波等。每個時鐘與其創建的波形配對，例如Φ8使用具有基元分辨率ξ 8的正弦波查找表618來生成正弦波頻率f8，Φ3使用正弦波查找表613用基元分辨率ξ 3產生正弦波頻率f3，Φ1用正弦波查找表611用基元分辨率ξ 1產生正弦波頻率f1，其中f8=Φ8/ξ8
f3=Φ3/ξ3
f1=Φ1/ξ1
通常fx=Φx/ξx。因此在操作中，10倍頻程波形求和實現基元處理器552使用九個二進制計數器598至590來產生十個時鐘頻率，包括輸入Φ9=Φsym和時鐘Φ8至Φ0，以驅動相應的正弦波查找表619至610以合成正弦。波f9到f0。
混合過程涉及使用倍頻程數據開關609至600選擇正弦波的各種組合，在數字混合器630求和節點中混合所選擇的正弦波分量，其中分量由數位增益放大器620至629以各種百分比加權。混合求和由自動範圍函數631縮放到0.000到1.000的範圍內。雖然基元處理器552可以用硬件或韌體控制硬件來實現，但是可以使用軟件完全類比該功能，其中使用二進制加法以數字方式執行混合器630，並且可以使用執行若干分區之一的二進制數學來執行自動範圍函數631。演算法(https：//en.wikipedia.org/wiki/Division_algorithm)。為了避免執行不必要的操作，基元處理器552僅對選定的倍頻程開關600至609執行操作。
使用圖48A中所示的方法所述，實現原語-處理器552僅使用查找表和一系列計數器，在頻率上進行三十年的頻寬寬波形合成和和弦構建，即十個八度音程，跨越20Hz到20,000Hz的頻率範圍。所公開的方法在計算上是有效的，需要最少的記憶體或計算能力來執行，並且與圖44的單位函數產生器551不同，不涉及電力系列的即時評估。頻寬演算法波形生成中合成器的一個關鍵特性是計數器操作的作用。計數器599至500一起產生十個倍頻程的時鐘頻率，用作輸入饋送相應的查找表619至610。因為每個八度音程由其自己的專用時鐘頻率饋送，相應表中的點數和實現該表所需的記憶體僅限於特定八度音階所需的精度，並且不涉及其他頻段中使用的數據。以這種方式，所公開的計數器和查找表的組合克服了上述剛性方程問題。為了進一步最小化計算強度並避免不必要的計算，查找表子程序調用僅限於由八度音階開關選擇的那些表。
為了避免混疊和相移失真，計數器級聯698到590被同步到稱為調諧器(計數器)599的符號率Φsym輸出的公共時鐘。為方便起見，符號率Φsym等於第九個八度音階波形合成的時鐘信號Φ9，但這種關係是任意的。任何符號率都高於最高合成頻率的PWM分辨率，其中Φsym
Figure 108112192-A0305-02-0083-56
ξ symfmax就足夠了。計數器級聯可以使用硬件或軟件來實現。儘管可以使用紋波計數器，但優選同步計數器以防止時鐘相移。紋波計數器是計數器級聯，其中每個計數器級的輸出在輸入到下一級的同時立即可用。由於通過每個計數器級的傳播延遲，較高頻率時鐘的輸出在較低頻率時鐘之前改變狀態。因此，狀態改變在級聯中“漣漪”，其中第一時鐘Φ9改變狀態，稍後Φ8然後Φ7，Φ6，Φ5等，如同穿過池塘表面的波浪一樣波動。
相反，同步計數器同步操作，即使數字計數需要時間來通過計數器鏈，輸出也只能與同步時鐘脈衝同時改變。以這種方式，通過計數器級聯的信號紋波對於用戶是不可見的。更具體地說，無論是以硬件還是軟件實現，同步計數器都像紋波計數器一樣工作，但具有D型觸發器[https：//en.wikipedia.org/wiki/Flip-flop_(electronics)]鎖存輸出。D觸發器保持先前狀態，直到它被具有相應真值表的鎖存信號啟動，即僅當同步時鐘變高時數據輸入高或低狀態被複製到鎖存輸出，之後同步時鐘可以返回低電平，觸發器輸出將保持鎖存在最後同步時鐘脈衝時D輸入狀態，直到下一個同步脈衝發生。在時鐘脈沖之間的間隔期間，每個計數器級的輸出可以改變而不會在計數器的輸出上出現轉換。為了避免原理圖中的混亂，計數器599至590可以表示同步計數器，而沒有明確地描繪D觸發器鎖存器或任何同步時鐘輸入。為了確保在更新時鐘輸出Φ9至Φ0的狀態之前時鐘轉換完全通過計數器級聯，同步時鐘脈衝從最低合成頻率時鐘的狀態轉換得到，在該示例中表示為Φ0。
Figure 108112192-A0305-02-0083-13
Figure 108112192-A0305-02-0084-14
使用可編程計數器“調諧器”599從系統時鐘速率Φsys產生饋送計數器級聯的符號速率Φsym。生成符號時鐘速率Φsym以在分辨率ξsym處產生最大輸出頻率fmax。基元分辨率ξ sym的值是調諧器599的可編程輸入，其可以根據正在執行的波形合成而改變。這裡稱為“基元符號分辨率”的數值變量ξ sym被定義為最高合成頻率的分辨率，其中ξ sym=Φsym/fmax具有取決於所需的合成精度可以在24到65,536範圍內的值。例如，在正弦波合成中選擇ξ sym=96意味著合成器的最高音調正弦波與符號時鐘速率有關，關係式Φsym=ξsymfmax=96fmax其中90°弧度使用24點，每個點一點3.75°。在操作中，設置調諧器599產生從符號時鐘速率Φsym導出並調諧的整個頻率級聯。ξsym的分辨率不需要與低八度音程查找表的分辨率相匹配。可以對查找表619至600採用不同的精度等級ξ x，或者可以採用相同的精度查找表來生成一些或所有所需的頻率分量。或者，可以對每個生成的正弦波使用相同的查找表。在這種情況下，每個正弦波頻率fx具有相同的精度ξ 9=ξ8=ξ7...ξ1=ξ0。
因為整個計數器級聯由公共符號時鐘速率Φsym驅動，所以合成波形的精確頻率關係由計數器頻率Φx及其對應的查找表的分辨率ξ x精確定義。儘管使用二進制(除以2)計數器顯示此關係，但計數器的除數可能不受限制。除以2是方便的，因為它等於頻率減半，相當於音階到一個八度或十二個半音階。然而，計數器可以利用每個具有不同除數的計數器的任何級聯組合。或者，可以使用可編程計數器，其中計數被加載到計數器中。此外，由於計數器以固定的時鐘速率工作並且在每個ξx數據點中完成一個完整的振盪週期，即查找表的一個完整週期，因此精確地知道任何兩個週期函數的相對定時和相位。例如，給出具有頻率fx和fy的兩個正弦波，其中fx=Φx/ξx
fy=Φy/ξy 然後波形的頻率比由下式給出
Figure 108112192-A0305-02-0085-15
該比率說明了可以通過改變時鐘Φx或通過改變查找表的分辨率ξ x來執行頻率縮放。例如，如果使用恆定分辨率查找表，其中ξ x=ξy=24，那麼合成正弦波的頻率比fx/fy僅取決於時鐘速率Φx/Φy的比率或
Figure 108112192-A0305-02-0085-16
在這種情況下，時鐘頻率比Φx/Φy=4，導致相同音符的兩個正弦波但是相隔兩個八度音階，例如音符A在第6個八度音程中為1,760Hz，而音符A在440Hz處為第四個八度。圖48B示出了雙正弦波求和示例，其中僅啟用第6和第4倍頻程開關606和604並用於訪問正弦波查找表616和614中的數據，每個波形具有基本分辨率ξ 6=ξ4=24。然後，數位增益放大器626和624在數位混合器630節點求和中混合以產生混合波形輸出。在操作中，調諧器(計數器)599從系統時鐘Φsys產生符號時鐘Φsym。級聯的÷2計數器598，597和596將符號時鐘Φsym除以產生第6個倍頻程時鐘Φ6，並通過計數器595和594產生第4個倍頻程時鐘Φ4。
Figure 108112192-A0305-02-0085-17
得到的2個正弦波和弦由求和給出g(t)=0.5+0.5[A6sin(f6t)+A4sin(f4t)]=0.5+0.5[A6sin(Φsymt/192)+A4sin(Φsymt/768)]
乘法器0.5+0.5[週期表達式]用於將正弦波的峰值幅度從零平均值中心的±1到±0.5進行縮放。加法器0.5將曲線向上移動+0.5，以跨越0.000和1.000之間的正範圍。通過啟用如圖48C中所示的八度音開關601，由時鐘Φ1驅動的查找表611的組件被添加到和弦中。時鐘Φ1由時鐘Φ4使用計數器593，592和591產生。增加的第一個倍頻程頻率分量由下式給出：
Figure 108112192-A0305-02-0086-18
並且通過求和給出得到的3個正弦波和弦g(t)=0.5+0.5[A6sin(f6t)+A4sin(f4t)+A1sin(f1t)]=0.5+0.5[A6sin(Φsymt/192)+A4sin(Φsymt/768)+A1sin(Φsymt/6144)]
如上所述，上述合成方法利用單個波形基元同時產生兩個或三個正弦波和弦。
基元處理器552操作的附加細節在圖49中所示的單基元和弦合成中示出。如圖所示，調諧器599包括兩個計數器-系統時鐘計數器640和符號時鐘計數器641。系統時鐘計數器是以方便的固定頻率將具有頻率Φsys的μC系統時鐘轉換為參考時鐘頻率Φref的計數器(例如，5MHz)。符號時鐘計數器然後將Φref轉換為符號時鐘速率Φsym，用於定義用於正弦合成的計數器級聯的參考頻率。在所示的示例中，計數器598至593包括二進制計數器，如上表所述，每隔一個八度音程產生多個正弦頻率。進一步檢查顯示二進制計數器級聯：
●每個八度音階的時鐘頻率Φx是符號率Φsym的2的倍數。
●每個八度音階的頻率fx是最大合成頻率fmax的2的倍數，其不受限制地在音階的第9個八度音階中示出。
●符號時鐘速率Φsym與最大合成頻率fmax之間的關係由ξ sym確定，ξ sym是合成的最高頻率波形的分辨率。乘法乘積fmax ξ sym=Φsym設置計數器級聯中的最高時鐘速率。
●符號時鐘速率Φx與每個八度音階x中的合成頻率fx之間的關係由ξ x確定，ξ x是該八度音階中波形的基元分辨率。
由於單個基元二進制計數器級聯中的時鐘速率和頻率之間的所有關係包括與基元處理器552中存在的其他頻率的精確比率，因此設置頻率fx和ξ x的任何一個合成波形的頻率和分辨率自動確定每個合成的頻率。整個計數器級聯中的頻率和時鐘，包括符號率Φsym和最大頻率fmax。下圖總結了基元過程的頻率縮放：
Figure 108112192-A0305-02-0087-19
在這方面，所公開的基元處理器代表“調諧”系統，其中整個多倍頻程合成器被設置為單個“鍵”頻率，類似於將單聲道樂器調諧到單個音符或鍵，例如，單個音符。一把樂器調在A的鍵上。為此，符號時鐘計數器641的操作由兩個參數設置，即fkey鍵選擇642和具有基元分辨率ξ sym的查找表645。如圖所示，儲存在LED照射墊內的揮發性或非揮發性記憶體中的查找表645，由諸如十六進制代碼643的某種標識符，或其一些二進制等效代碼644選擇。
由於整個合成器被調諧到八度倍數，因此選擇fkey鍵選擇輸入642是任意的。為方便起見，數字調諧可以基於音調的國際頻率標準。例如，第四個八度音階中中間C上方的音高“A”具有440Hz的頻率。這種440Hz的音調被認為是音樂音調的一般調音標準[https：//en.wikipedia.org/wiki/A440_(pitch_standard)]。國際標準化組織將其稱為A440，A4或司徒嘉德音高，將其歸類為ISO-16。使該標準適用於基元處理器，通過選擇第四個八度音程中的音符或頻率，將所公開的合成器調諧到特定鍵。
具體地，輸入“鍵選擇”642設置整個合成器被調諧到的第4個八度音程中的音符或頻率。如果選擇最大合成頻率在音頻頻譜的第九個八度音階中，並且任意選擇第四個八度音階作為調諧合成器的頻率輸入範圍，則第9個八度音階和第四個八度音程相差5個八度。由於25=32，這意味著fmax=f9=32f4並且根據鍵選擇642設置最大頻率fmax=32fkey。給定Φsym=ξ symfmax然後Φsym=ξ sym(32fkey)。例如，將“鍵選擇”設置為440Hz(標準A高於中間C)，其中f4=440Hz，其中fmax=32fkey=32(440Hz)=14,080Hz自動縮放可用合成頻率的整個頻譜，以便f9=14,080Hz，f8=7,040Hz，f7=3,520Hz，f6=1,760Hz，f5=880Hz，f4=4400Hz，f3=220Hz，f2=110Hz，f1=55Hz，f0=22.5Hz，f-1=11.25赫茲。如果將fkey設置為中間D，則所有合成頻率fx也將是D的倍數。或者如果fkey設置為中間A#，則所有二進制合成頻率也將是A#的倍數。除八度倍數之外的正弦波的合成將在本公開中稍後討論。
再次參考圖49所示的基元處理器實現。查找表645包括具有24點分辨率的正弦波的示例性原語描述。該正則波的表格基元描述是時間無關的，僅基於sin(θ)的自變量θ作為其輸入。在通過密鑰選擇643選擇基元處理器的密鑰fkey之後，例如，通過選擇圖元波形表查找表645為ξ sym=24來建立分辨率ξ sym，然後由符號時鐘速率Φsym和相應的周期Tsym給出 Φsym=ξsym(32fkey)=24(32)(440Hz)=337,920Hz,Tsym=1/Φsym=1/(337,920Hz)=2.96μs
該符號率對應於第九個八度音階中的合成最大頻率fmax，其中fmax=f9=Φsym/ξ sym=(337,920Hz)/24=14,080Hz，相應的周期T9=1/f9=71.02μs，這也等同於Tsym ξ sym=(2.9592...μs)(24)=71.02μs。
通過建立使用二進制計數器級聯的時間基準，將與時間無關的正弦基元查找表645變換為函數646a的基於時間的描述，特別是g(t)。相同的時鐘符號時鐘Φsym是用於產生用於合成第6和第4倍頻程正弦波查找表647a和648a的時鐘Φ6和Φ4的時基，具體而言Φ6=Φsym/8=(337,920Hz)/8=42,240Hz，時期1/Φ6=1/(42,240Hz)=23.67μs
Φ4=Φsym/32=(337,920Hz)/32=10,560Hz，時期1/Φ4=1/(10,560Hz)=94.79μs
這些時鐘用於合成具有以下頻率的頻率為f6和f4的兩個同步正弦波f6=Φ6/ξ6=(42,240Hz)/24=1,760Hz，相對時期T6=1/f6=568μs
f4=Φ4/ξ4=(10,560Hz)/24=440Hz，相對時期T4=1/f4=2,273μs
以規定的方式，可以用公共時鐘和單個波形基元合成相等分辨率但頻率不同的正弦波。換句話說，基元表設置波形的形狀，而分辨率ξ和計數器時鐘確定生成的正弦波的頻率。下面的示例表顯示了以度(或弧度)測量的正弦函數θ的自變量，標準化單元正弦波函數0.5+0.5sin(θ)與對應於頻率振蕩的正弦波狀態的時間之間的關係。第九個八度音階中的fmax，第六個八度音階中的f6和第四個八度音階中的f4。
雖然該表顯示了0°和90°之間的詳細模式，但為了簡潔起見，其他三個像限的詳細15°描述是多餘的並且已被排除(因為正弦曲線是對稱函數，所有四個象限都可以從數據構建一個象限)。完成正弦波360°週期所需的時間，即周期T，取決於正弦波的頻率。例如，與前述計算一致，具有頻率f9，f6和f4的正弦波分別包括71μs，568μs和2,273μs的周期。當參數θ=90°=π/2時，具體地，函數0.5+0.5sin(θ)=1的值。當θ=360°=2π時，正弦波T的周期發生在該持續時間的四倍。例如，調諧到A鍵的第六個八度正弦波需要142μs才能完成其周期的四分之一，因此其周期為T6=4(142.05)=569.2μs。
Figure 108112192-A0305-02-0090-20
圖50示出了使用單個波形基元混合兩個正弦波的所描述的和弦合成，使用從二進制級聯計數器生成的時鐘，該時間無關的基於時間的波形基元，在該示例中具有分辨率ξ sym=ξx=24(未示出)，在D的密鑰中變換為基於時間的正弦波查找表647和648，其分別包括f6=1,168Hz和f4=292Hz的頻率。然後，通過使用數位乘法運算算術地執行增益乘法器A6和A4的數位增益放大器626和624，增大或減小分量正弦波的幅度。然後通過數字求和混合器630節點將兩個正弦波混合以產生求和g(t)，其中......g(t)=A 6[0.5+0.5sin(f6t)]+A 4[0.5+0.5sin(f4t)]=0.5[A 6+A4]+0.5[A 6sin(f6t)+A 4sin(f4t)]
使用帶有除數(A6+A4)的加權平均值得出.....
Figure 108112192-A0305-02-0091-21
在平均期間，術語[A6+A4]不影響0.5偏移，因為它出現在修改函數平均值的分數的分子和分母中。自動量程功能的第二個目的，即將正弦分量最大化Aα到滿量程，實際上確實改變了函數的平均值。為避免偏移0.5平均值，本文公開的自動範圍函數使用附加修正係數0.5(1-Aα)自動量程
Figure 108112192-A0305-02-0091-22
如所描述的，通過標量[Aα/(A6+A4)]通過自動範圍函數631對求和g(t)進行縮放，其執行正弦波分量的加權平均以及乘以增益因子Aα的數字乘法。以表格形式649示出的所得到的時變波形f(t)553描述了頻率為f6和f4的兩個正弦波的弦-圖表655，其平均值為0.5，並且能夠在0.000到1.000的範圍內使周期函數的幅度最大化，沒有信號削波或失真。然後，PWM產生器555通過PWM變換ΨP[f(t)]處理f(t)，產生包括數據499的PWM串的合成輸出數據488，稱為Gsynth(t)。與類比的f(t)不同，Gsynth(t)是在0(低)和1(高)狀態之間的數字幅度轉換，作為連續的脈衝序列，在其變化的脈衝寬度中嵌入類比信息。
由所公開的合成方法產生的一個問題是量化噪聲。雖然任何單個正弦波都不會受到這個問題的影響，但當添加兩個或更多個正弦波時，噪聲會出現在波形中。該噪聲的起源在圖51A中示出，級聯的二進制計數器596至593用於產生三個時鐘Φ6，Φ5和Φ4，每個時鐘的輸入頻率的一半。使用固定的基元分辨率ξ=24，得到的頻率f6，f5和f4的正弦波以表格形式顯示在數據表651中。檢查顯示儘管頻率f6的數據具有唯一的一對一對應關係到時鐘時間Φ6，其他頻率不會快速變化。例如，對於t=0.1727和t=0.1784，即使正弦波f6改變，正弦波f5的數據值仍保持恆定在0.7500。類似地，對於較低頻率的正弦波f4，在t=0.1427至0.2497的間隔期間的數據輸出保持恆定在0.6294，即使f6數據改變四次。
使用具有不同時鐘速率的固定分辨率基元的影響在圖51B中示出，對於固定的時間間隔，對比了各種曲線。在所示的持續時間內，圖表652中所示的頻率f6的正弦波沒有表現出數字化噪聲。相反，由曲線653中所示的Φ6/2ξ產生的頻率f5的正弦波表現出小但明顯的噪聲程度。曲線654的f4正弦波在f6以下兩個八度，即在ξ=24時f4=Φ6/4ξ，顯示出相當大的噪聲。噪聲問題在組合f6和f5的圖表655的雙正弦中發音，並且在圖表656中更加誇大，示出了頻率f5和f4的正弦總和。
該問題的一種解決方案在圖52A中示出，從公共時鐘頻率Φ6產生三個不同的頻率f6，f5和f4。而不是縮放時鐘頻率，而是使用更高分辨率的基元來縮放分辨率，以產生更低的正弦頻率。具體地，在查找表616中，ξ 6=24，而在查找表615中，基元分辨率加倍到ξ 5=2ξ6=48並且類似地在查找表614中ξ 4=4ξ6=96.得到的波形具有頻率f6=Φ6/ξ6
f5=Φ6/ξ5=Φ6/(2ξ6)
f4=Φ6/ξ4=Φ6/(4ξ6)
這樣，從公共時鐘Φ6產生的正弦頻率f6，f5和f4都是彼此兩個因子，如表661所示。以這種方式，時間步長對於所有產生的頻率是恆定的。得到的曲線如圖52B所示，包括正弦波662，623和624以及和弦665和666的在該分辨率下沒有顯示量化誤差的跡象。使用這種方法的任何兩個正弦波的頻率比仍然是精確的，因為先前定義的標準
Figure 108112192-A0305-02-0093-23
 當Φx=Φy時保持。
這種在本文中稱為縮放基元求和660的方法與用於圖52C中的三個合成正弦波的和弦的單個基元求和650形成對比。在單基元求和650的方塊圖中，正弦波查找表616、615和614的分辨率ξ=24相同，但是由三個不同的時鐘Φ6，Φ5=Φ6/2和Φ4=Φ6/4饋送，從二進制級聯計數器生成。得到的和弦659的時間圖表示顯著的數字化噪聲。相反，縮放的基元求和660採用公共時鐘Φ6來驅動三個不同的分辨率查找表616，615和614，其中x=6，5和4以相應的順序增加分辨率ξ x=24,48和96。得到的波形669在該分辨率下沒有顯示數字化噪聲的跡象。
為了限制基元查找表的最大尺寸，可以將音頻頻譜分解成頻帶，例如，頻帶。對於零和負八度音程，上，中和下音階以及次聲帶(即低於20Hz)。在圖53所示的四範圍音階基元合成方塊圖中採用這種方法。在該示例性基元處理器中，調諧器599包括系統時鐘計數器640和符號時鐘計數器641，其將系統時鐘Φsys轉換為固定參考頻率Φref，例如，符號計數器產生時鐘頻率，其中Φsym由比率Φsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)根據鍵選擇輸入642，第四個八度音階中的音符或鍵定義。在包括調諧器590和三個8分頻計數器672，673和674的計數器級 聯中，共同產生四個頻率以產生時鐘Φsym，Φ6=Φsym/8，Φ3=Φsym/64，並且Φ0=Φsym/512。儘管計數器672至674每個都包括三級二進制級聯計數器，但為簡潔起見，表示為單個÷8計數器。
然後，級聯的最高頻率時鐘(符號時鐘Φsym)用於合成四個頻帶中的正弦波。在上頻帶中，Φsym用於分別根據選擇器609，608和607產生正弦波f9，f8和f7。如果啟用選擇器開關，則將Φsym的時鐘脈衝傳遞到相應的正弦波查找表699，698或697，以根據需要產生正弦波f9，f8和f7。
具體地，具有分辨率ξ 9=24的正弦波699(如果啟用)產生具有頻率f9=Φsym/ξ9的正弦波f9。該正弦波的頻率是fkey鍵選擇頻率的32倍，符號頻率Φsym的1/24。在相同的上音階中，分辨率為ξ 8=48的正弦波698(如果啟用)產生具有頻率f8=Φsym/ξ8=Φsym/(2ξ9)的正弦波f8。該正弦波的頻率是fkey鍵選擇頻率的16倍，符號頻率Φsym的1/48。類似地，具有分辨率ξ 7=96的正弦波697(如果啟用)產生具有頻率f7=Φsym/ξ7=Φsym(/4ξ9)的正弦波f7。該正弦波的頻率是fkey鍵選擇頻率的8倍，符號頻率Φsym的1/96。因為頻率為f9，f8和f7的正弦波的產生來自相同的時鐘頻率Φsym，它們的波形合成採用相同的時間增量，從而避免了上音階內的上述數位化誤差問題。
在計數器672中相同的時鐘Φsym也被8除以產生用於中音階中的f6，f5和f4的正弦曲線合成的較低頻率時鐘Φ6。如果啟用任何選擇器開關606，605和604，則將包括Φ6=Φsym/8的時鐘脈衝傳遞到相應的正弦波查找表696，695或694，以根據需要產生正弦波f6，f5和f4。具體地，具有分辨率ξ 6=24的正弦波696(如果啟用)產生具有頻率f6=Φ6/ξ6=Φsym/(8ξ6)的正弦波f6。該正弦波的頻率是fkey鍵選擇頻率的四倍，符號頻率Φsym的1/192。在相同的中音階中，分辨率ξ 5=48的正弦波695(如果啟用)產生具有頻率f5=Φ6/ξ5=Φsym/(16ξ6)的正弦波f5。該正弦波的頻率是fkey鍵選擇頻率的2倍，符號頻率Φsym的1/384。類似地，具 有分辨率ξ 4=96的正弦波694(如果啟用)產生具有頻率f4=Φ6/ξ4=Φsym/(32ξ6)的正弦波f4。該正弦波的頻率等於fkey鍵選擇頻率和符號頻率Φsym的1/768。因為頻率為f6，f5和f4的正弦波的產生來自相同的時鐘頻率Φ6=Φsym/8，所以波形合成採用相同的時間增量，從而在中音階內避免上述數位化誤差問題。
為了在較低音階中產生正弦曲線f3，f2和f1，在計數器673中將時鐘Φ6除以8以產生較低頻率的時鐘Φ3。如果啟用任何選擇器開關603，602和601，則包括Φ3=Φsym/64的時鐘脈衝被傳遞到相應的正弦波查找表693，692或691，以根據需要產生正弦波f3，f2和f1。具體地，具有分辨率ξ 3=24的正弦波693(如果啟用)產生具有頻率f3=Φ3/ξ3=Φsym/(64ξ3)的正弦波f3。該正弦波的頻率f3是fkey鍵選擇頻率的1/2，符號頻率Φsym的1/1,536。在相同的較階中低音，具有分辨率ξ 2=48的正弦波692(如果啟用)產生具有頻率f2=Φ3/ξ2=Φsym/(128ξ3)的正弦波f2。該正弦波的頻率為fkey鍵選擇頻率的1/4和符號頻率Φsym的1/3,072。類似地，具有分辨率ξ1=96的正弦波691(如果啟用)產生具有頻率f1=Φ3/ξ1=Φsym/(256ξ3)的正弦波f1。該正弦波的頻率是fkey鍵選擇頻率的1/8，符號頻率Φsym的1/6,144。因為頻率為f3，f2和f1的正弦曲線的產生來自相同的時鐘頻率Φ3=Φsym/64，所以波形合成採用相同的時間增量，從而在較低音階內避免上述數位化誤差問題。
計數器級聯還可用於產生LED的次聲激勵，即頻率低於20Hz的正弦波。如圖所示，具有時鐘頻率Φ0=Φsym/512的8分頻計數器674的輸出，如果由選擇器600選擇，則以分辨率ξ 0=24產生正弦波f0，其中所產生的頻率由f0=Φ0/ξ0=給出Φsym/(512ξ0)。使用上述原理，通過包括兩個附加的正弦查找表，其具有由時鐘Φ0驅動的相應分辨率48和96，可以擴展縮放概念以產生兩個較低的次聲頻率f-1和f-2(根據需要)。
在前面的討論中，使用包括恆定間隔的時間增量使量化噪聲最小化，但需要更大的更高分辨率的查找表，增加LED照射墊內所需的儲存容量。
如果查找表具有所需數量的數據點，則可以使用單個表從單個時鐘生成多個八度數據。例如，可以使用24,576個點的表來合成跨越11個八度音階的正弦波，每個數據點的角度精度為0.0146484375°。將337,920Hz時鐘與11個倍頻程通用基元表組合，可以產生頻率，例如，頻率。在A鍵中，從第9個八度音階中的f9=Φsym/ξsym=14,080Hz到第-1個倍頻程中的13.75Hz(包括440Hz處的A)。此示例在下表的第4列中說明。使用相同的符號時鐘速率，即在同一表格列中，如果合成頻率的數量減少到僅僅7個八度音階，則通用原語數據表的大小縮小到1,536個數據點，跨越第9個八度音程中的14,080Hz範圍低至f3=220Hz。
或者，使用相同的7倍頻程通用原語表，可以通過採用較低的符號時鐘速率來移位所覆蓋的頻帶。例如，如下表的第5列所示，符號時鐘速率Φsym=168,960Hz，1,536數據點通用基元，可以覆蓋從第8個八度音程中的7,040Hz到第二個八度音程中的110Hz的範圍。通過縮小工作台尺寸和降低符號時鐘，還可以實現正弦波頻率範圍和數據表大小的折衷。參考下表的第6列，Φsym=42,240Hz的符號時鐘速率可以使用僅具有768個數據點的查找表在第1個八度音程中從第6個八度音階中的1,760Hz到55Hz產生正弦波。
Figure 108112192-A0305-02-0096-24
Figure 108112192-A0305-02-0097-25
使用通用原語合成的波形合成過程如圖54所示，其中調諧器599根據鍵選擇642產生可編程符號時鐘Φsym=Φref/(32ξfkey)，將時鐘變換成頻率變化的一個或多個正弦波，例如，使用查找表677從f9到f0，然後根據具有可編程增益Ax的數位增益放大器678進行混合，並在混合器630中求和以產生g(t)。如針對合成的每個正弦波所示，從時鐘Φsym到基於時間的正弦表679的轉換取決於“ξ分辨率選擇”675輸入和可用的分辨率選擇。表676顯示但不限於示出可用的表分辨率，從最少12點到16位分辨率，具有65,536個數據點。正弦波查找表677中的數據點的數量確定可用的最大分辨率。
在使用通用基元表的波形合成中，使用相同的表來生成具有與表的精度相同或更低精度的任何正弦波。例如，如果查找表677分辨率是96點，即3.75°的增量，則可以使用相同的表來產生具有48,24或12個點的正弦波，分辨率越高，合成頻率越低。
Figure 108112192-A0305-02-0097-26
通過查找每個角度的數據或通過系統地跳過角度來合成各種頻率正弦波。例如，在下表中，使用頻率為Φsym=224,256Hz的符號時鐘，行00，04，08，0C，10......產生5,672Hz正弦波，而選擇表中的每一行產生1,168Hz正弦波。
鍵選擇和自定義波形合成
如前所述，因為周期性波形產生涉及具有固定頻率倍數的級聯計數器，所以波形合成器基本上被“調諧”到特定鍵。用戶介面(UI)和結果操作(UX或用戶體驗)在圖55A中示出，用戶選擇“CHOOSEAKEY”菜單701，促使各種“Musical”音階的鍵選擇，“Physiological”(報告的醫療頻率)音階，“Custom”音階包括手動輸入和“Other”音階。它還包括返回“Default”比例設置的規定。在選擇“Musical”設置時，出現“ENTERAKEY”菜單702，選擇音符選擇要加載到LED鍵盤中的預定義音階，進入“fkey選擇”輸入641，範圍從中間C在261.626Hz到中間B在493.883赫茲。如果儲存在表703中，如果選擇中間A，則703將根據Φsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)將“A”440Hz的值傳送到符號時鐘計數器642中，產生符號速率Φsym=(32ξfkey)來自基於該音階的各種頻率正弦波被合成，例如f9=Φsym/ξ9。對於C到F的音樂鍵(https：//en.wikipedia.org/wiki/Scientific_pitch_notation)，下面顯示了以八度為單位的示例頻率表，用於各種調音。顯示的音階稱為“均等的調和”調音。
Figure 108112192-A0305-02-0098-27
對於F#/G
Figure 108112192-A0305-02-0099-79
到B的音樂鍵，下面示出了以八度為單位的示例性頻率表，其中示出了各種調諧。所示的音階被稱為“均等的調和”。
Figure 108112192-A0305-02-0099-28
UI菜單701中的另一選項是選擇“Other”，可以使用其他音階來調製LED。下表中顯示的這些音階，包括Pythagorean，JustMajor，Mean-tone，和Werckmeister，共用中間C的頻率為261.626Hz，具有均勻的調和音階，但在跨越八度的十二個半音階段之間的相對頻率關係不同。例如，在均勻的音階中，中間C以上的A4音調設置為440Hz，但在其他音階中，從436.05Hz到441.49Hz不等。
在自定義模式中，用戶介面(UI)和結果操作(UX用戶體驗)在圖55B中示出，用戶選擇“ENTERAKEY”菜單702並選擇“Other”打開“CHOOSEASCALE”菜單700。然後用戶從菜單中選擇另一個調諧-Pythagorean，JustMajor，Mean-tone，和Werckmeister，打開名為ENTERAKEY的子菜單702。(音符)一旦選擇了鍵，就從下面的調音表中選擇頻率並加載到fkey鍵選擇寄存器641中，隨後將其傳送到LED照射墊並最終加載到符號時鐘計數器642中。例如，從Werckmeister音階中選擇鍵“A”，然後根據Φsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)將437.05Hz的“A”值加載到符號時鐘計數器642中。因此，符號計數器產生符號率Φsym=(32ξfkey)，從而合成基於該音階的各種頻率正弦波，例如，f9=Φsym/ξ9。 由於關鍵頻率fkey用於生成Φsym，因此相應地調整整個九個八度音階。例如，如果fkey=f4設置為437.05Hz，則f5=2f4=874.1Hz，f6=4f4=1,748.2Hz等。
Figure 108112192-A0305-02-0100-29
儘管音階在整個八度音程中變化，但它們在頻率C上彼此匹配。例如，為了比較目的，下表中所示的第五個八度音階C5頻率在f5=525.25Hz=2f4時匹配。Pythagorean，JustMajor和Mean-tone，使用的符號與Werckmeister和均勻調整的音階略有不同，因為他們使用升號#和降號
Figure 108112192-A0305-02-0100-80
。儘管調整光生物調節療法功效的確切差異尚未得到很好的表徵，但科學研究已經證實，光生物調節療法治療的治療效果顯然是頻率依賴性的。如果在UI菜單701上選擇項“Physio”，則在這些醫學研究中報告的治療有益的頻率音階用於fkey的值。否則，如果改為使用圖56中所示的Custom按鈕，在菜單701上選擇，將出現包括定制“ENTERAKEY”菜單704的UX響應。在鍵盤上輸入數字時，例如，如圖所示為444Hz，並且按下DONE按鈕，fkey鍵選擇寄存器641加載有444Hz的自定義鍵值並傳送到符號時鐘產生器642。然後，該值用於使用符號時鐘計數器642 計算符號時鐘速率。根據關係Φsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)產生輸出Φsym=(32ξfkey)。
所公開的光生物調節療法系統還能夠產生包括在相同八度音程內的三個頻率的弦的激發模式，即三和弦，並且可選地具有作為比和弦的根音高7或一個八度音的附加頻率。演算法和弦構建器的方塊圖如圖57A所示，其中根據fkey鍵選擇642設置的調諧器590產生具有頻率Φsym=(32ξfkey)的符號時鐘，其被饋送到和弦構造演算法680中。和弦構建器依次使用眾所周知的數學關係來生成根據從和弦建構器菜單706中選擇的“八度，和弦和混合選擇”輸入681，各種常見和弦類型的頻率分量。三和弦和弦包括選擇將構造和弦的根音的八度音程和和弦的類型實施，即大調音階，小調音階，減音階，增音階或定制音階。四和弦包括第7，第7小調，第7大調或任何上述三重奏，在根音上方有一個八度音符。表688中還規定了分量頻率的相對幅度或“混合”，其包括弦根音的音量，其第三，第五，以及可選擇性的第七或在根上方一個八度的音符。
在操作中，和弦構造演算法680使用符號時鐘Φsym的音階分數來驅動四個查找表682B，684，683和682A以合成的四個正弦波，具有頻率
Figure 108112192-A0305-02-0101-57
的基本根，頻率為
Figure 108112192-A0305-02-0101-58
的三分之一，頻率為
Figure 108112192-A0305-02-0101-59
的第五個音符和一個頻率為
Figure 108112192-A0305-02-0101-60
的音符高於根音(取決於選擇)的第7個音符或一個音符。然後根據數位增益放大器685A，686，687和685B將三個或四個頻率混合，分別具有增益
Figure 108112192-A0305-02-0101-61
，
Figure 108112192-A0305-02-0101-62
，
Figure 108112192-A0305-02-0101-63
和
Figure 108112192-A0305-02-0101-64
，並且在混合器630求和節點中混合以產生g(t)。
和弦中音符的確切頻率取決於所選擇的八度音程681的值和fkey鍵選擇642的值，即二進制級聯計數器的調諧或鍵。這些合成器設置一起確定頻率或根音，也稱為和弦的基礎。和弦中的剩餘音符是根據下表描述和弦的基頻的比率來計算的，該表描述了普通音樂和弦的頻率比(https：//pages.mtu.edu/~suits/chords.html)：
Figure 108112192-A0305-02-0102-30
儘管和弦構建器可以是在預定義的治療和療程中使用的庫元素，但是也可以使用UI菜單來創建和弦，例如圖57B的示例中所示，其中和弦可以從CHOOSEACHORD菜單705中選擇，包括大調的，小調的，減的，增的，定制的，定制第7的，小調第7和大調第7大調和弦。選擇自定義和弦打開BUILDACHORD菜單706，其中用戶可以選擇和弦的八度音階，和弦的根音符，第三音符，即下一個更高音符，第五音符，即第三音符。最高音符，並且可選地是否在根音上方包括一個八度音符。一旦選擇了根音符號，即使音符延伸到下一個更高的八度音階，第3，第5和第+1個八度音符也會以遞增的頻率單調排列。任何和弦的第二次和第三次反轉必須作為自定義和弦輸入，使用最低音高音符作為和弦的根音。除非使用向上和向下箭頭進行其他調整，否則音符的音量均勻加權。一旦輸入參數，在超時時段之後或通過諸如雙屏幕輕擊之類的其他裝置發信號，參數被格式化為數據表688並最終傳送到智能LED照射墊內的和弦構造演算法680，其中正弦波查找表677，數位增益放大器678和混合器630創建g(t)。在從CHOOSEACHORD菜單705中選擇另一個菜單項的情況下，將打開不同的子菜單(未示出)，允許用戶選擇構成頻率分量的八度音程和相對幅度混合。然而，子菜單不允許用戶改變音符，因為精確地定義了小調，大調，減弱等和弦中存在的相對頻率。
返回圖44的合成器方塊圖，無論合成波形或其如何創建，必須通過將其範圍限制在0.000和1.000之間來處理波形g(t)以創建f(t)553，以便PWM產生器555執行PWM值的值。創建合成輸出488所需的因子變換ΨP[f(t)]由於PWM調製脈衝的最大佔空因數為100%，即整個時鐘週期為1，因此無法實現 超過1.000的數據的PWM表示。因此，PWM變換限於0%
Figure 108112192-A0305-02-0103-65
ΨP[f(t)]
Figure 108112192-A0305-02-0103-66
100%，因此0.000
Figure 108112192-A0305-02-0103-67
f(t)
Figure 108112192-A0305-02-0103-68
1.000。自動量程操作584將函數g(t)平均，同時將數據的範圍和f(t)限制為單位函數的範圍，即在0.000和1.000之間。
該功能的一個例子如圖58A所示，正弦波662，663和664產生的總和弦669。儘管每個正弦波在0.000到1.000的整個範圍內延伸，但和弦669中的正弦波的總和不會超過單位函數的全部範圍。因此，和弦的數學平均值，特別是0.5，保持不變，但周期性時變函數不會延伸到0.5±0.5的整個範圍。如圖58B中所示，和弦669僅從0.13延伸到0.87，表示全範圍的74.4%。為了增加時變分量的幅度，平均函數由標量Aα放大。通過設置Aα=1.344曲線669增加到全範圍，如弦689所示。為了防止函數的平均值的偏移，包括校正項0.5(1-Aα)以保持以0.5為中心的函數以防止削波。結果是具有平均值0.5的單位函數f(t)，其中滿音階週期函數具有與合成波形g(t)相同的動態時變頻率分量。
圖59示出了PWM產生器功能555將單位函數f(t)553轉換為描述PWM波形Gsynth(t)輸出490的合成輸出488的過程。如圖所示，函數表554包含時間tΦ對每次增量函數值f(t)的描述。例如，在tΦ=5μs時，函數f(t)=0.5並且保持在該值，直到在tΦ=10μs時，函數的值變為f(t)=0.8。變換ΨP[f(t)]的輸出將該時間依賴表改變為合成輸出表489，其中在時間ton=5.00μs時狀態變高，即LED導通並且時間tΦ=5.10μs，LED關閉直到在時間tΦ=5.20時，LED再次亮起。由於LED持續時間為5.00至5.10，持續時間為0.10μs，而時間段T=1/Φx，直到LED再次亮起為5.00至5.20，或持續時間為0.20μs，然後是脈衝的佔空因數D=△tΦ/T=10μs/20μs=0.50或50%然後佔空因數在此間隔期間等於函數f(t)=0.5，並且當佔空因數切換到0.8或80%時直到時間tΦ=10μs。得到的合成輸出488在PWM波形675中以圖形方式示出。
使用變換ΨP[f(t)]的PWM輸出490的示例針對圖60中的各種非正弦函數示出，包括用於常數函數560的PWM位元串流670，其中f(t)=1.000，用於鋸齒函數561的PWM位元串流671，以及用於三角函數562的PWM位元串流672。相同的PWM變換ΨP[f(t)]可用於編碼任何音頻樣本的音頻樣本，包括簡單的音調，如三角形，弦樂如吉他或小提琴，複雜的音調，如鐃鈸崩潰，或音樂。
PWM播放器操作
重新審視圖43的方塊圖，波形合成器483的輸出Gsynth(t)=ΨP[f(t)]是輸入PWM播放器484。然後PWM播放器將Gsynth(t)與波形Gpulse(t)脈衝序列492組合以產生PWM播放器輸出493。PWM播放器有兩個方面：
●使用動態控制的佔空比DPWM生成音頻頻譜PWM脈衝串Gpulse(t)。
●執行動態“門閘”，即根據Gpulse(t)的狀態阻止或傳遞Gsynth(t)的內容。
上述函數的真值表可以描述為類比偽代碼If Gpulse(t) = 1
Then PWM Player OUT = Gsynth(t)
Else PWM Player OUT = 0
由於Gpulse(t)包括PWM脈衝串，因此波形在高類比狀態和低類比狀態之間交替。具體地，每當函數Gpulse(t)=1時，即PWM脈衝序列492處於其高或類比“1”狀態時，在PWM播放器484的輸出處精確地再現Gsynth(t)的數字狀態。例如，當Gpulse時(t)=1然後如果Gsynth(t)=1，則PWM播放器484的輸出為高，如果Gsynth(t)=0，則PWM播放器484的輸出為低。然而，無論何時，函數Gpulse(t)=0，即PWM脈衝序列492處於其低或類比“0”狀態，Gsynth(t)的數字狀態被強制為零， 忽略輸入Gsynth的狀態(t)。從類比上講，此功能與AND門相同。在數學上它等效於數字乘法，其中PWM播放器脈衝序列492的輸出由乘積Gsynth(t)．Gpulse(t)給出。PWM播放器脈衝序列492的實際實現可以以硬件，軟件/韌體或其某種組合來實現。
在圖61A中示意性地示出，PWM播放器484包括PWM時鐘計數器710，脈衝寬度調製器711，數位逆變器712A和712B，以及邏輯AND閘713。到PWM播放器參數491的輸入包括參考時鐘Φref，合成器輸出488和PWM播放器參數491。參考時鐘Φref=5MHz提供時間基準，其中周期Tref=0.20μs作為PWM計數器710的輸入，產生PWM時鐘ΦPWM=20kHz。在周期TPWM=5μs，比參考時鐘Φref週期長250倍的情況下，脈衝寬度調製器711產生一系列PWM脈衝序列492，其變化持續時間ton=DPWMTPWM，其根據PWM播放器參數491輸入中定義的表714進行。例如在表714中，從0到180秒，Gpulse(t)以2,836Hz的頻率脈衝，佔空因數為60%，之後脈衝頻率變為584Hz。在時間t=360秒時，脈衝頻率返回到2,836Hz。就脈衝序列492而言，在0到180秒的時間間隔期間TPWM=0.43ms，並且導通時間，脈衝處於其高狀態的時段的部分由ton=DPWMTPWM=(60%)(0.43ms)=0.26ms給出。
脈衝的斷開部分由toff=TPWM-ton=(0.43ms)-(0.26ms)=17ms給出。當脈衝頻率變為584Hz時，週期增加到1.712ms，導通時間為1.027ms。這樣，脈衝序列492由脈衝寬度調製器711根據表491中規定的動態條件動態地產生。作為門控PWM播放器輸出493示出的PWM播放器484的輸出包括從波形合成器輸出的嵌入波形494。
脈衝寬度調製器711的操作基本上包括兩個順序計數器，一個用於計數接通時間，另一個用於計數關閉時間，其中在ton間隔期間Gpulse(t)=1並且在 toff間隔期間Gpulse(t)=0。在類比偽代碼中，脈衝寬度調製器711的操作可以通過定義以下子程序來描述。
Figure 108112192-A0305-02-0106-31
上述標題為“脈衝寬度調製器”711的子程序是執行相同功能的軟件偽代碼描述，即執行包括在類比1狀態下交替數字脈衝持續時間ton和類比0狀態的間隔△t的循環。持續時間(TPWM-ton)，直到時鐘Tref=1/Φref的計數超過△t。變量[At，TPWM，ton]從表714或PWM播放器參數49中定義的序列加載到子程序中，如以下示例可執行偽代碼所示，其中表查找由(行中的值)指定列)對，即表(行，列)，其中Row是已定義的變量：
Figure 108112192-A0305-02-0106-32
Figure 108112192-A0305-02-0107-33
如上所述，上述可執行偽代碼重複讀取表714，將數據加載到子程序調用脈衝寬度調製器中，其參數為其持續時間△t，PWM脈衝週期TPWM和PWM脈衝導通時間ton，增加後的行數。每個循環都完成了。例如，當開始Row=0時，△t由第二行中的時間與表的第一列中的第一行條目的差異計算，即表(2,1)=180秒和表(1,1)=0，因此在代碼的第一個循環中△t=180秒。類似地，在第一行和第四列中，PWM週期的數據是TPWM=表(1,4)=0.43ms，而在第一行和第五列中，PWM一次的數據是ton=table(1,5)=0.26毫秒。在循環結束時，行號從1遞增到2，因此從第二行讀取新數據，其中△t=[table(3,1)-table(2,1)]=[360s-180s]=180s，TPWM=表(2,4)=1.712ms，ton=table(2,5)=1.027ms。該過程繼續，直到遇到TPWM的空條目，即TPWM=table(Row，4)=0.此時，程序執行結束。因此，如所示，PWM播放器484和脈衝寬度調製器711的功能可以使用軟件或硬件或其某種組合來執行。
例如，PWM播放器484的功能在圖61B中示意性地表示。包括置位/復位觸發器或S/R鎖存器720，ton和toff計數器721和722，AND邏輯閘723和724，逆變器725，啟動電阻器733，以及ton和toff寄存器726和727。在操作中，啟動電阻器733上拉S/R鎖存器720的S輸入端，其將Q輸出設置為類比高或“1”狀態。該0到1類比轉換的上升沿觸發ton計數器721的加載功能，將來自ton寄存器726的數據複製到計數器中。Q輸出的類比高狀態也是AND邏輯閘723的輸入，並且其反相狀態逆變器725的輸出向AND邏輯閘724提供類比“0”輸入。
這樣，來自時鐘ΦPWM的時鐘脈衝通過AND邏輯閘723到達ton計數器721，但被AND邏輯閘724阻止到達toff計數器722。因此ton計數器721倒 計時持續ton。在倒計時期間，ton計數器721的輸出保持在類比“0”狀態並且對S/R鎖存器720沒有影響。同時，暫停缺少toff計數器722的時鐘輸入操作。參考相關的時序圖，在從Tx到(Tx+ton)的該間隔期間，PWM時鐘ΦPWM728繼續計數，包括R輸入到S/R鎖存器720的復位信號729保持低電平，設置信號730包括S輸入到S/R鎖存器720保持低電平(除了未示出的啟動脈衝)，並且Gpulse(t)輸出731保持為高。一旦ton計數器721完成其間隔ton的倒計時，計數器的輸出瞬間變高，如復位脈衝734所示，S/R鎖存器720的R輸入上的上升沿將輸出Q復位為類比“0”並且禁止PWM時鐘ΦPWM通過AND邏輯閘723和驅動鎖定ton計數器721。同時，Q輸出的下降沿在逆變器725的輸出上產生上升沿，觸發toff寄存器727數據到toff計數器722的荷載。類比高輸入到AND邏輯閘724使得能夠將ΦPWM時鐘路由到toff計數器722。參考相關的時序圖，在從(Tx+ton)到(Tx+TPWM)的該間隔期間，PWM時鐘ΦPWM728繼續計數，包括對S/R鎖存器720的R輸入的復位信號729保持為低(除了在間隔開始時的復位脈衝734)，包括S/R鎖存器720的S輸入的設置信號730保持為低，並且Gpulse(t)輸出731仍然很低。一旦toff計數器在toff的間隔之後倒計數到零，其輸出產生短的設定脈衝732，其將S/R鎖存器720的Q輸出切換回類比“1”狀態，將來自ton寄存器726的當前值加載到ton計數器721並重新啟動整個過程。
如圖所示，Gpulse(t)輸出731在類比高狀態和持續時間ton=DPWMTPWM之間切換到類比低狀態持續時間toff=(1-DPWM)TPWM。每次觸發設置脈衝732時，ton寄存器726的當前值被加載到ton計數器721中。類似地，每次觸發復位脈衝734時，toff寄存器727的當前值被加載到toff計數器722中。這樣，PWM播放器參數文件491能夠動態地改變PWM播放器的頻率和佔空因數，產生與其軟件等效實現相同的波形。注意，用於在啟動期間將S輸入拉到S/R鎖存器720的電阻器733具有高電阻，並且一旦啟動結束並且電路的電源穩定，就不能克服來自toff計數器722的類比低狀態輸出。
總之，在PWM播放器中，頻率fPWM和相應的佔空因數DPWM根據特定的播放文件隨時間變化，從而定義了具有不同持續時間ton和toff的脈衝的PWM序列。注意，脈衝寬度調製器的脈衝頻率fPWM=1/TPWM的頻率低於用於驅動調製器的PWM時鐘ΦPWM=20kHz。此外，PWM頻率fPWM遠低於波形合成器模塊中PWM產生器ΨP[f(t)]所使用的過採樣時鐘Φsym，即1/Φsym>>1/ΦPWM
Figure 108112192-A0305-02-0109-71
fPWM。
LED驅動器操作
分佈式光生物調節療法系統的LED播放器的第三階段是LED驅動器電路。參考圖43，LED驅動器485的功能是將其輸入Gsynth(t)‧Gpulse(t)以及可選擇性的時間相關參考電流496轉換成一個或多個類比控制信號，即LED驅動電流497聚合信號等於αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)然後用於控制許多LED串中的電流，如示例波形498所示。
LED驅動器操作的更多細節在圖62中的LED驅動器485的方塊圖中示出。儘管該圖示出了兩個PWM脈衝串輸入IN1493和IN2750以及僅用於驅動LED串743a和743d的兩個輸出，但是光生物調節療法領域的技術人員將理解任何數量的合成波形，例如，可能需要從1到16，並且LED串的數量可以在n=1到36串之間變化(或者在大型元件中甚至更多)，儘管對於較小的LED照射墊，串的數量可能在8到24的範圍內。還應理解，串聯連接的LED“m”的數量可以從串到串變化，只要總串聯連接不要大於+VLED的電壓就能正常工作。
如圖所示，LED驅動器485包含每個輸入兩個緩衝器，例如，其中IN1需要逆變器744a和744b，並且IN2需要逆變器745a和745b，以及包括PWM時鐘計數器710，LED照射墊控制器747，多個輸出電路ILED1，ILED4......，其中每個電路包括受控電流源或接收器，以及可選地，包括D/A轉換器和相關的Iref數據寄存器。例如，如圖所示的ILED1輸出包括驅動LED串743a的受控電流槽740s，產生參考電流Iref1的D/A轉換器741a，以及相關的Iref1數據寄存器742a。 類似地，ILED4輸出包括驅動LED串743d的受控電流槽740d，產生參考電流Iref4的D/A轉換器741d，以及相關聯的Iref4數據寄存器742d。可選擇性的交叉點矩陣746用於根據需要動態地分配(即映射)輸入IN1，IN2等到輸出ILED1，ILED2，ILED3，ILED4，ILED5......。除了PWM波形輸入外，Gsynth(t)‧Gpulse(t)LED驅動器485還需要LED驅動器參數文件749和參考時鐘Φref。
在操作中，輸入波形被映射到輸出電路，動態地控制分配的LED串的電流。例如，PWM播放器脈衝輸出493輸入到IN1，然後通過交叉點矩陣746映射到數字En1輸入到電流槽740a和其他通道(未示出)。如其附圖中所詳述，交叉點開關中的黑化圓圈表示閉合開關，即連接，而空心圓圈表示沒有連接，即開路。類似地，波形750被輸入到IN2，然後通過交叉點矩陣746映射到數字En2輸入到電流槽740d和其他通道(未示出)。同時，當由PWM時鐘ΦPWM同步時，類比信號Iref1被提供給電流槽740a，類比信號Iref4被提供給電流槽740d。電流Iref1和Iref4由加載到Iref1和Iref4寄存器742a和742d以及相應的D/A轉換器741a和741d的數字值設置。得到的波形748a和748d控制電流ILED1=αIref1和ILED4=αIref4。電流槽(或可選地電流源)的設計，實現和操作在圖20a至23c的示例中描述。LED驅動器功能也可以使用軟件分兩步指定和執行，首先將輸入映射到輸出，例如，輸出。
Set “I/O Mapping” where
En1 = IN2
En4 = IN1
En5 = IN2
儘管可以動態地改變該映射，但是映射更可能每次治療僅執行一次並且在整個治療期間保持不變。在許多情況下，僅使用單個輸入。當前每個通道的當前可執行代碼可以固定為常量值 Set “Output Currents” where
ILED1 = 20mA
ILED4 = 20mA
ILED5 = 20mA
在製造校準期間，誤差項或曲線Icalib儲存在每個通道的非揮發性記憶體中，例如，其中Icalib1=1.04mA，Icalib4=-0.10mA，Icalib4=0.90mA。LED照射墊還儲存鏡像比的α值，例如，其中α=1/β=1,000,1000，意味著毫安輸出電流需要相應的微安培參考電流。在開始播放之前，pad μC計算並儲存每個通道的Iref值 Iref1=[ILED1+Icalib1]/α=[20mA+(1.04mA)]/106=21.04μA
Iref4=[ILED4+Icalib4]/α=[20mA+(-0.10mA)]/106=19.99μA
Iref5=[ILED5+Icalib5]/α=[20mA+(0.90mA)]/106=20.90μA
在程序執行之前，Iref值以等效數字形式儲存在揮發性記憶體中的Iref寄存器742a，742d，742e等中。如果目標LED電流的值改變，則可以在程序執行之前覆蓋寄存器值，或者隨著處理的進行動態地“在運行中”。例如，使用可執行偽代碼，動態LED驅動器可以包括
Figure 108112192-A0305-02-0111-34
Figure 108112192-A0305-02-0112-35
在執行期間，每個通道的Iref值由[ILED+Icalib]/α設置，其中ILED1=“驅動”(行，2)，ILED4=“驅動”(行，5)等，其中第2列單元格包含ILED2的LED電流驅動數據，第5列包含ILED4數據等。Row的值用於定義治療的各種間隔，例如高達540秒，導通20mA，然後承載23mA。
Figure 108112192-A0305-02-0112-36
如果所有通道都攜帶相同的電流，則可以從表中刪除通道特定列，替換為單個列，如下所示
Figure 108112192-A0305-02-0112-37
該程序還可以調用函數而不是表，例如在治療頭痛的例子
Figure 108112192-A0305-02-0112-38
Figure 108112192-A0305-02-0113-39
在前面的例子中，20mA正弦波是由具有規定頻率的參考電流ILED(t)的數學函數產生的，例如，5.5Hz，使用Φref時鐘(或可選擇性的倍數)。每個實例的所需輸出電流ILED(t)在逐個通道的基礎上由校準表數據校正，然後通過鏡像比α轉換成相應的參考電流Iref1寄存器742a，742d，742e等。指令“設置t=t+(1/Φref)”，“時間t的每個循環遞增一個持續時間(1/Φref)，並且總和儲存回變量t，從而重寫先前值。因此，變量t充當隨程序的每個循環遞增的時鐘。時鍾繼續計數並重複產生具有固定週期TLED=1/fLED的正弦波，直到滿足終點條件t
Figure 108112192-A0305-02-0113-73
tend。
分佈式光生物調節療法系統中的LED播放器
在圖43的LED播放操作中，波形合成器483，PWM播放器484和LED驅動器485的序列產生LED驅動電流497。在播放操作中，以顯著高於音頻頻譜的時鐘頻率Φsym執行波形合成，即Φsym>>20kHzPWM播放器484使用的PWM時鐘ΦPWM和LED播放器485，使用的LED時鐘ΦLED在ΦPWM
Figure 108112192-A0305-02-0113-74
20kHz且ΦLED
Figure 108112192-A0305-02-0113-75
20kHz的音頻頻譜中工作。總之，LED播放器的操作涉及到
●使用單位函數產生器或使用基於過採樣查找表的基元處理器，以數學方式生成時間相關的類比單位函數f(t)。
●使用變換Gsynth(t)=ΨP[f(t)]將單位函數f(t)轉換為PWM脈衝流。
●生成音頻頻譜PWM脈衝串Gpulse(t)。
●使用PWM脈衝串Gpulse(t)對Gsynth(t)進行門控，即執行類比AND，以產生乘法單位函數輸出Gsynth(t)‧Gpulse(t)。
●通過LED播放器的單位功能輸出脈衝時變類比電流αIref(t)驅動LED，其中ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)。
圖63a至65示出了展示所公開的LED播放器對各種波形的多功能性的示例。
圖63A示出了常數f(t)=1的函數761，得到恆定的時不變的Gsynth波形762，其中ΨP[f(t)]=100%。然後將常數ΨP[f(t)]乘以PWM脈衝串773a，其中D=50%，產生包括Gsynth(t)．Gpulse(t)的脈衝串774a。乘以參考常數781a產生20mA，得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA峰值方波802a，佔空比為50%，平均電流為10mA。
圖63B示出了常數f(t)=1的函數761，得到恆定的時不變的Gsynth波形762，其中ΨP[f(t)]=100%。然後將常數ΨP[f(t)]乘以PWM脈衝串773b，其中D=20%，產生具有值Gsynth(t)．Gpulse(t)的脈衝串774b。乘以參考常數781b以產生50mA，得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA峰值方波802b，佔空比為20%，平均電流為10mA。
圖63C示出了常數f(t)=1的函數761，得到恆定的時不變的Gsynth波形762，其中ΨP[f(t)]=100%。然後將常數ΨP[f(t)]乘以PWM脈衝串773c，其中D=95%，產生包括Gsynth(t)．Gpulue(t)的脈衝串774c。乘以參考常數781c以產生10.6mA，得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括10.6mA峰值方波802c，佔空比為95%，平均電流為10mA。
圖63D示出了常數f(t)=1函數761，得到恆定時不變的Gsynth波形762，其中ΨP[f(t)]=100%。然後將常數ΨP[f(t)]乘以PWM脈衝串773a，其中D=50%，產生具有值Gsynth(t)．Gpulse(t)的脈衝串774a。乘以階梯式參考常數781d以產生20mA升壓25%至25mA。產生的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA峰值方波802c，佔空比為50%係數和平均電流為10mA，最高可達25mA峰值方波，佔空比為50%，平均電流為11mA。
圖63E示出了常數f(t)=1函數761，得到恆定時不變的Gsynth波形762，其中ΨP[f(t)]=100%。然後將常數ΨP[f(t)]乘以常數值771，其中D=100%，產生常數值772，其中Gsynth(t)．Gpulse(t)=100%。乘以脈衝參考常數782以產生20mA方波，得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA峰值方波802a，佔空比為50%，平均電流為10毫安。
圖63F示出了常數f(t)=1函數761，得到恆定時不變的Gsynth波形762，其中ΨP[f(t)]=100%。然後將常數ΨP[f(t)]乘以常數值771，其中D=100%，產生常數值772，其中Gsynth(t)．Gpulse(t)=100%。乘以正弦參考常數783以產生20mA正弦波。得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA正弦波803a，平均電流為10mA。
圖63G示出了常數f(t)=1的函數761，得到恆定的時不變的Gsynth波形762，其中ΨP[f(t)]=100%。然後將常數ΨP[f(t)]乘以常數值771，其中D=100%，產生常數值772，其中Gsynth(t)．Gpulse(t)=100%。乘以類比到數位樣本784a，生成一個峰值為20mA的彈撥吉他弦。得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA樣本804a，平均電流為10mA。
圖63H示出了常數f(t)=1的函數761，得到恆定的時不變的Gsynth波形762，其中ΨP[f(t)]=100%。然後將常數ΨP[f(t)]乘以常數值771，其中D=100%，產生常數值772，其中Gsynth(t)．Gpulse(t)=100%。乘以類比到數位樣本784b以產生 峰值為20mA的鈸崩潰，得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA樣本804b，平均值電流為10mA。
圖64A示出了f(t)=sin(ft)的正弦函數763，其導致Gsynth=ΨP[f(t)]作為具有限定週期Tsynth的連續變化的PWM脈衝串波形764。然後將PWM串ΨP[f(t)]乘以常數值771，其中D=100%，產生包括Gsynth(t)的數字脈衝串。‧包括正弦波的PWM表示775的Gpulse(t)。乘以恆定參考常數781a以產生20mA，ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA峰值正弦波803a，50%平均電流為10mA。
圖64B示出了正弦函數763，其中f(t)=sin(ft)，導致Gsynth=ΨP[f(t)]作為具有限定週期Tsynth的連續變化的PWM脈衝串波形764。然後將PWM串ΨP[f(t)]乘以常數值771，其中D=100%，產生數字脈衝串Gsynth(t)．Gpulse(t)，其包括正弦波的PWM表示775。乘以階梯式參考常數781d以產生20mA升壓25%至25mA。產生的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA峰值正弦波803b，平均值為50%電流為10mA，最高可達25mA峰值正弦波，平均電流為50%，電流為112.5mA。
圖64C示出了由Gsynth=ΨP[f(t)]變換為具有限定週期Tsynth的連續變化的PWM脈衝串波形764的正弦曲線763的和弦。然後將PWM串ΨP[f(t)]乘以常數值771，其中D=100%，產生數字脈衝串Gsynth(t)．Gpulse(t)，其包括正弦波和弦的PWM表示776。乘以參考常數781a以產生20mA，得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA的正弦波和弦803c，50%的平均電流為10mA。
圖64D示出了由Gsynth=ΨP[f(t)]變換為具有限定週期Tsynth的周期性變化的PWM脈衝串波形767的鋸齒波766。然後將PWM串ΨP[f(t)]乘以常數值771，其中D=100%，產生數字脈衝串Gsynth(t)．Gpulse(t)，其包括鋸齒波的PWM表 示777。乘以恆定參考常數781a以產生20mA，得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA鋸齒波804,50%平均電流10mA。
圖64E示出了由Gsynth=ΨP[f(t)]變換為具有限定週期Tsynth的周期性變化的PWM脈衝串波形769a的吉他弦768a的音頻樣本。然後將PWM串ΨP[f(t)]乘以常數值771，其中D=100%，產生數字脈衝串Gsynth(t)．Gpulse(t)，其包括鋸齒波的PWM表示779a。乘以恆定參考常數781a以產生20mA，得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA音頻樣本805a，50%平均電流為10mA。
圖64F示出了由Gsynth=ΨP[f(t)]變換為具有規定持續時間的周期性變化的PWM脈衝串波形769a的吉他弦768a的音頻樣本。然後將PWM串ΨP[f(t)]乘以常數值771，其中D=100%，產生數字脈衝串Gsynth(t)．Gpulse(t)，其包括吉他弦的PWM表示779a。乘以恆定參考常數781a以產生20mA，得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA音頻樣本805a，50%平均電流為10mA。
圖64F示出了由Gsynth=ΨP[f(t)]變換為具有限定持續時間的周期性變化的PWM脈衝串波形769b的鈸崩潰768b的音頻樣本。然後將PWM串ΨP[f(t)]乘以常數值771，其中D=100%，產生數字脈衝串Gsynth(t)．Gpulse(t)，其包括鈸撞擊的PWM表示779b。乘以恆定參考常數781a以產生20mA，得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括20mA音頻樣本805b，50%平均電流為10mA。
圖65示出了正弦函數763，其中f(t)=sin(ft)，導致Gsynth=ΨP[f(t)]作為具有限定週期Tsynth的連續變化的PWM脈衝串波形764。然後將PWM串ΨP[f(t)]乘以固定週期的PWM脈衝771d，其中D=67%，產生數字脈衝串Gsynth(t)．Gpulse(t)，包括正弦波的截波PWM表示778由較低頻率的PWM脈衝門控。乘以參考常數 781a以產生30mA，得到的波形ILED=αIref(t)‧Gsynth(t)‧Gpulse(t)包括30mA的正弦波和弦803e，平均電流為10mA。
為了執行光生物調節療法治療，首先將LED播放器從光生物調節療法控制器下載到LED照射墊中，然後執行特定的LED播放文件。下載LED播放器後，每次選擇新的治療時都不需要重新加載LED播放器。可以重複加載新的播放文件，並且執行新的治療或療程以使播放器保持在LED照射墊的揮發性記憶體中。然而，關閉光生物調節療法系統或從光生物調節療法控制器斷開LED照射墊，從LED照射墊的揮發性記憶體中擦除LED播放器軟件，並且必須重新安裝到照射墊中，然後才能執行LED播放文件並開始治療或療程。儘管可以通過將LED播放器文件儲存在非揮發性記憶體中來避免程序擦除問題，但出於安全目的，最好將程序寫入諸如SRAM或DRAM的揮發性記憶體中而不是非揮發性EEPROM或閃存中。以這種方式，任何對程序內容進行逆向工程的嘗試都會因電源中斷而丟失，電源中斷立即丟失可執行代碼並且黑客努力提取程序被挫敗通過。。
如圖66所示，包含有效荷載數據831的LED播放文件830被傳送到揮發性記憶體832。然後，有效荷載被解壓縮以提取加載到波形合成器833中的波形基元487和波形合成器參數486，加載到PWM播放器834中的PWM播放器參數491，和LED驅動器參數749被加載到LED驅動器835中。有效荷載數據831的內容的示例在圖67中示出，包括波形基元487的內容，波形合成器參數486，PWM播放器參數491和LED驅動器參數749。波形合成器參數486包括執行特定治療或療程所需的信息，即指令文件。波形合成的一般指令文件包括以下內容：
●文件採用的波形合成方法，即函數合成或基元合成。
●程序的調整(鍵)，即合成的fkey寄存器設置。光生物調節療法合成的可用密鑰包括第四個八度音階的預定義二進制倍數，所產生的諧波倍數跨越從第9個到第-1個八度音階的音頻頻譜。音階包括Default，Musical，Physio，Other和Custom。Default情況下，Musical音階均勻調；“Other”子菜單包括替代調音，如Werckmeister，Pythagorean，Just-Major和Mean-Tone音階。生理音階“physio”基於從觀察得到的經驗導出的音階。“Custom”UI/UX允許用戶手動將fkey的值設置為第4個八度音頻(以赫茲而不是音符輸入)並將此頻率傳遞到fkey寄存器。
●要合成的波形序列，包括合成中每個波形“步”的持續時間。終止代碼包含在程序的終點，以表示治療或療程已完成。
●如果使用函數合成，則每個函數的數學表達式及其頻率f。使用函數合成的可用周期波形包括常數，鋸齒波，三角波和單頻正弦波。
●如果使用基元合成，則每個基元子程序調用包括基元的播放子程序的頻率fx和分辨率ξ x。可用的基於原語的波形子程序調用包括常數，鋸齒波，三角波，正弦波或音頻樣本。使用“和弦構建器”子程序也可以獲得基元為基礎的正弦和弦合成。
●和弦構建器子程序包括指定和弦構造方法以及存在的八度音符和音符。和弦構建器演算法包括“八度音階”合成和“三/四”和弦合成。
●在八度音階合成中，任何和弦都可以通過其分量八度“十進制”數字(從-1到9的數字描述根據fkey寄存器設置製作的頻率fx)以及每個八度音階的相應基元分辨率ξ x和混合Ax來描述。在三/四和弦構建器中，可以使用由增益Ax設置的可調幅度來混合三個或四個跨越單個八度音階的固定分辨率正弦波音符。可用和弦三和弦包括大調，小調，減弱，增強，每個包括可選擇性的第四音符和弦根音上方+1個八度音程。或者，可以 添加第四個音符以形成第7個和弦，具體地說是四音符和弦具有第7，第7大調和第7小調的構造。“Custom”和弦允許產生任意三個音符和弦，即使在不同的情況下也可以產生一個八度音階，並且可以選擇在和弦的根音上方+1音高。
●可以縮放所有和弦構建器輸出，以通過數字增益A α 增加和弦的周期幅度，而不移動單位函數的0.5平均值。
●波形合成器的所有輸出均表示單位功能，即將類比值在0.000和1.000之間轉換為PWM脈衝串，佔空因數在0%和100%之間。超出此範圍的任何合成波形都將被截斷。
在操作中，僅指定的播放文件所需的波形基元通過波形合成器參數486下載到LED照射墊中。可下載基元庫487包括各種分辨率ξ的正弦波基元的選擇，例如使用24，46，96，198或360點或16位分辨率。在示例庫中，它還包括三角形和鋸齒波形的24點描述，儘管可以包括但不限於其他分辨率。其他庫組件，例如ξ=96，涉及包括雙八度音和弦的和弦，其包括兩個正弦波，一個八度音程f和2f，兩個八度音程分開f和4f，或者可能四個八度音程分開f和16f，或五個八度音程分開f和32f。
其他選項包括三個八度音階和弦，如[f，2f，4f]跨越兩個八度音階；[f，2f，8f]或[f，4f，8f]跨越三個八度音階，或者例如跨越[f，2f，16f]，[f，4f，16f]或[f，8f，16f]的四個八度音階。其他三和弦包括大調，小調，減弱的和增強的和弦，例如[f，1.25f，1.5f]，[f，1.2f，1.5f]，[f，1.2f，1.444f]。通過在根上方包括一個八度音符，可以將三和弦修改為四和弦。
PWM播放器參數文件491包括恆定或脈沖模式的設置。在脈沖模式中，播放文件包括一系列PWM頻率fPWM和相應的佔空因數DPWM與播放時間的關係，從而定義了具有不同持續時間ton和toff的脈衝的PWM序列。注意，脈衝寬度調 製器的脈衝頻率fPWM的頻率低於用於驅動調製器的PWM時鐘ΦPWM=20kHz。總之，在PWM播放器操作中，PWM頻率fPWM不隨PWM參數文件491中指定的播放程序而變化。雖然頻率fPWM可以與時鐘ΦPWM一樣高，但在大多數情況下它更低，因此fPWM
Figure 108112192-A0305-02-0121-76
ΦPWM。此外，頻率fPWM在音頻頻譜中，遠低於波形合成器模塊中PWM產生器ΨP[f(t)]所使用的超音速範圍中的過採樣時鐘Φsym，即數學上為fPWM
Figure 108112192-A0305-02-0121-77
ΦPWM<<1/Φsym。
在LED驅動器參數749中，單元功能數字PWM輸入INx映射到電流槽使能Eny。例如，輸入IN1映射到通道4電流槽啟用En4，輸入IN2映射到電流槽啟用通道1和5等的En1和En5(未示出)等。LED電流控制包括αIref與時間的播放文件。每個通道的Iref值由每個相應的D/A轉換器的輸出設置，其可以包括常數，週期函數或音頻樣本。或者，可以使用一個D/A轉換器來提供具有相同功能或恆定值的所有輸出通道的參考電流。
在分佈式光生物調節療法系統中開始播放
在將LED播放器和LED播放文件下載到LED照射墊之後，通過啟動信號840和光生物調節療法系統定時控制啟用播放，該啟動信號可以用軟件或使用圖68的示例通道實現包括啟動/停止鎖存器842，包括置位/復位或S/R型觸發器，中斷鎖存器843，光生物調節療法系統時鐘計數器640，啟動單觸發848，AND邏輯閘845和647，以及OR邏輯閘846和847。兩個輸入AND邏輯閘845作為系統時鐘啟動LED播放器的振盪器Φosc，由啟動和控制信號840和841以及各種中斷控制，特別是閃爍定時器超時844，看門狗定時器超時845，或超溫標誌846。
在啟動時，單觸發848產生一個脈衝，該脈衝立即將OR邏輯閘846的輸出驅動為高。同時，單觸發信號觸發中斷鎖存器843的設置輸入S並且其輸出Q為高。當選擇用戶輸入“開始”840時，它產生正向脈衝，將啟動/停止 鎖存器842的輸出Q設置為高。在啟動/停止鎖存器842和中斷鎖存器843的Q輸出設置為高的情況下，然後啟用AND邏輯閘845。這樣，振盪器Φosc作為時鐘Φsys被傳送到PWM播放器，並被計數器640分割為參考時鐘Φref。
選擇“暫停”841產生將啟動/停止鎖存器842的輸出重置為零並暫停播放的脈衝。播放保持鎖定，直到選擇“開始”840取消暫停命令。這樣的啟動/停止鎖存器842啟動和停止程序執行。在本發明中，由於任何原因發生中斷，即如果OR閘647的任何一個輸入變高，PR閘的輸出也將變高，從而將中斷鎖存器843的輸出Q復位為零。當Q輸出為低電平時，AND邏輯閘846和845的輸出也變低，從而將時鐘Φosc與LED播放器斷開並暫停治療。這種情況將持續，直到中斷原因得到糾正，OR閘647的輸入被復位為低，系統恢復脈衝被發送到中斷鎖存器843的S輸入。例如，如果出現過溫情況，則過溫標誌846將變為高電平並禁用LED照射墊操作，直到正常溫度返回並且故障標誌復位。
所公開的分佈式光生物調節療法系統的獨特安全特徵是眨眼計時器。該定時器在智能LED照射墊本身內運行，不依賴於光生物調節療法控制器。在照射墊μC中以規則的間隔，例如，程序計數器每20或30秒中斷操作以執行中斷服務程序(ISR)。在此間隔期間，閃爍超時標誌設置為類比1，而LightPadOS軟件執行有關LED照射墊電氣連接，任何優先級消息或文件更新，文件排序校驗等的安全檢查。一旦閃爍中斷程序完成，閃爍超時重置為零，硬件看門狗定時器復位，程序執行返回主程序。在完成中斷服務程序之後，照射墊μC產生系統恢復脈衝以中斷鎖存器843並重新開始編程操作。如果軟件因任何原因凍結，程序將無法恢復運行，並且照射墊中的LED串將保持關閉狀態。否則，LED照射墊將在定義的間隔後恢復操作，例如，2秒。
另一種故障模式涉及在LED打開並發光時凍結的軟件。如果情況持續，則LED可能過熱並且對患者造成燒傷風險。為防止出現危險情況，硬件看門狗 定時器(其操作不依賴於軟件)與軟件程序計數器並行計數。如果軟件定時器在接通狀態下凍結，則看門狗定時器不會被復位，看門狗定時器將超時產生眨眼超時中斷844併中斷光生物調節療法系統的操作，直到故障條件得到解決。
以這種方式，所公開的分佈式光生物調節療法系統可用於遠程控制LED照射墊操作。此外，這裡公開的方法可以適於同時從公共光生物調節療法控制器控制多個智能LED照射墊。
分佈式光生物調節療法系統上的組件通信
在分佈式光生物調節療法系統中實現組件之間所需的通信需要復雜的通信網絡和專用協議，以適應即時和基於文件的數據傳輸的混合，其中一些與安全系統相關聯。根據FDA的規定，安全性是醫療器械的主要設計考慮因素。在分佈式系統中，組件的自主操作進一步加劇了這種擔憂。如果分佈式光生物調節療法中的設備間通信發生故障或中斷，則安全系統不會發生故障。在題為“分佈式光生物調節治療裝置，方法和通信協議”的相關專利中更詳細地討論了通信，安全，傳感和生物反饋的主題，該專利同時作為本專利的部分繼續(CIP)應用提交。。
如所描述的，可以使用在諸如USB，I2C，SMBus，FireWire，Lightening和其他有線通信媒體的有線匯流排上執行的4層通信協議來實現在分佈式光生物調節療法系統中傳送LightOS數據封包。然而，如果分佈式光生物調節療法系統通信是通過乙太網，WiFi，電話通過蜂巢網絡(例如3G/LTE/4G或5G)執行的，或者如果數據通過公共路由器傳輸，則通信不能僅通過MAC地址執行，即第1層和第2層通信堆疊不足以通過網絡執行數據路由。
例如，如圖69所示，光生物調節療法控制器1000使用7層OSI兼容通信棧通過乙太網1002與智能LED照射墊1003通信，具體地，光生物調節療 法控制器1000的通信棧1005包括執行乙太網通信協議的物理層-1和數據鏈路層-2，通過乙太網差分信號1004；網絡層-3和傳輸層-4按照TCP/IP(通過Internet協議網絡傳輸通信協議)執行網絡通信，LightOS操作系統定義的應用層包括會談層-5用於身份驗證，表示層-6用於安全性(加密/解密)，和應用層-7用於光生物調節療法系統控制和治療。LED燈照射墊1006的通信堆疊1006包括用於乙太網的相應的第1層和第2層協議以及用於TCP/IP的第3層和第4層，以及LightPadOS定義的第5層到第7層。在點對點通信中，即始對於不涉及IP路由器的通信，乙太網連接1002作為網絡第3層上的專用網絡進行操作。智能LED照射墊的操作系統LightPadOS是LightOS的子集，因此儘管彼此物理分離，但它們能夠作為單個虛擬機(VM)彼此通信。
使用所描述的7層OSI通信棧，所公開的光生物調節療法系統中的網絡通信可以容易地適用於WiFi無線通信。在圖70所示的分佈式光生物調節療法系統中，由電源供電1011WiFi啟用的光生物調節療法控制器1010使用根據802.11標準的OFDM無線電信訊號1015通過WiFi信號1012與智能LED照射墊1013通信。取決於智能LED照射墊1013中採用的芯片組，WiFi通信協議可以包括802.11a，802.11b，802.11g，8012.11n或802.11ac或其他相關版本。光生物調節療法控制器1090可以支援所有WiFi協議標準的超集。因為WiFi不能承載電力，所以智能LED照射墊1093必須通過由AC/DC轉換器和DC電源(磚)1014a或USB儲存電池(未示出)供電的USB電纜1014b接收電力。WiFi通信在光生物調節療法控制器1010中存在的全7層OSI通信棧1016上發生，光生物調節療法控制器1010連接到智能LED照射墊1013中存在的通信棧1017。
在操作中，圖71A中所示的WiFi無線電設備包括：使用接口通道和相關韌體1022將有線通信鏈路1025(例如，PCI，USB，乙太網)轉換為微波無線電通信1024將MAC接入點1020a轉換為無線電接入點1020b。在操作中，來自通信鏈路1108的信號作為PHY通過通信棧1021a。信號1119a，其中格式由接 口通道和相關韌體1022轉換為PHY信號1119b到WiFi通信棧1021b，並且通過多頻帶天線陣列上傳輸的各種無線電頻率上的無線電1026a到1026n進行微波無線電通信1024。在操作中，通信棧1021a傳輸數據1023a根據鏈路通信數據鏈路層-2協議，其中接口通道和相關韌體1022根據為無線電1026a到1026n格式化的通信棧1021b的數據鏈路層-2將其轉換成WiFi傳輸數據1023b。該WiFi無線電設備又連接到也連接到乙太網2017和USB1028的光生物調節療法控制器131到135。
在圖71B中，相同的WiFi微波無線電通信1024通過有線數據鏈路1030使用PCI，USB或乙太網協議與智能LED照射墊337通信到通信接口338。該接口還可以通過USB1033和乙太網1032連接到其他設備或感測器。分佈式光生物調節療法通信網絡如圖72所示，其中WiFi路由器1052通過WiFi鏈路1012a，1012b和1012c與智能LED照射墊1053，1054和1055通信，並且通過WiFi鏈路1012b通過系統控制窗口1051a和患者窗口1051b與中央控制UI/UXLCD顯示器1050通信。該系統還包括創造性組件，WiFi光生物調節療法遙控器1056，其可用於護士在患者房間中開始治療而無需返回到中央控制UI/UXLCD顯示器1050。
使用無線連接，可以將光生物調節療法控制器替換為在移動設備(例如手機，平板電腦或筆記本電腦)上運行的應用程序。例如，在圖73中。運行光生物調節療法控制器應用軟件(例如光生物調節療法“Lightapp”)的移動電話1100通過蜂巢網絡1104連接到蜂巢塔1105，例如，蜂巢網絡1104，3G/LTE，4G和5G，蜂巢塔1105又通過乙太網，光纖或其他方式連接到網絡1106。運行上述Lightapp的移動電話1100還使用WiFi1102連接到智能LED照射墊1101，其中智能LED照射墊1101由AC適配器1103a和線1103b供電。無線電塔1105的7層OSI通信棧使用移動網絡數據封包與在移動電話1100上運行的Lightapp的通信棧1109連接。反過來，Lightapp也使用7層通信棧1109連接到智能LED 照射墊1101包括通信棧1108。如圖所示，光生物調節療法通信棧1109混合兩個7層通信棧，一個用於與蜂巢塔1105的通信棧1107對話，並且通過路由器到網絡1106和基於雲的伺服器(未示出)，另一個用於連接到智能LED照射墊1101和通信堆疊1108，其中只有Light應用層-7橋接兩者。以這種方式，運行上述Lightapp的移動電話1100用作光生物調節療法控制器，其通過網絡1106與智能LED照射墊1101分別通信到基於雲計算機的伺服器(未示出)，但不放棄所屬控制。
由於PHY層-1和數據鏈路層-2不共享用於跨第1層到第6層的通信，因此蜂巢塔通信棧1107不能直接訪問智能LED照射墊通信棧1108。而是僅在內部應用層-7通信棧1109橋接兩個通信網絡。該應用程序可以包括專用Light應用程序，其與LightPadOS一樣，作為在先前描述的專用硬件光生物調節療法控制器中使用的LightOS操作系統的精簡指令集版本操作。從本質上講，Light應用程序模擬LightOS的操作，以促進光生物調節療法控制功能及其基於UI/UX觸摸屏的控制。Light應用程序實現為設計用於在相應移動設備中使用的操作系統上運行的軟件。例如，在智能手機和平板電腦中，Light應用程序創建為在Android或iOS上運行，而在筆記本電腦中，Light應用程序創建為在MacOS，Windows，Linux或UNIX上運行。將原始碼，Light應用程序的基本類比和功能轉換為適於在特定平台上運行的可執行代碼是稱為“編譯器”的轉換過程。
因此，原始碼到編譯代碼的轉換是特定於平台的，這意味著每次發生軟件修訂，補丁或新版本時必須分發軟件的多個版本。基於移動設備的分佈式光生物調節療法系統的操作在圖74所示，其中移動設備1100託管具有控制UI/UX治療屏幕介面1130的Lightapp，以通過WiFi1102控制智能LED照射墊信號1119a和1119b。移動設備還能夠使用蜂巢網路1104連接到網絡和蜂巢網路。使用3G/LTE，4G和5G協議。
在圖75中示例性屏幕1120示出了光生物調節療法系統操作的軟件控制的示例。標題為“chooseasession”的UI/UX屏幕包括治療菜單1121以及用於“extendedsession”1122的按鈕以增加光生物調節療法治療的時間。“SelectaLEDpad”1123按鈕用於將移動設備與特定的智能LED照射墊配對。如圖所示，選擇De-Stress去治療打開第二屏幕“Running”1130以監測正在進行的治療，其顯示治療名稱1131，CANCEL1132或治療PAUSE1133。該窗口還顯示治療中剩餘的時間1134，步驟進度條1135，治療進度條1136和生物反饋1137。
驅動其他分佈式組件
光生物調節療法控制器可用於控制除LED照射墊之外的其他治療設備。這些周邊組件可包括雷射光光生物調節治療棒和系統，在分佈式光生物調節療法系統上編程的自主LED照射墊，磁療照射墊和棒，LED面具，LED帽，LED耳和鼻芽等。LED面罩，頭帽和LED床只是採用獨特LED輸送系統的多區域光生物調節療法系統。因此，電控制與所公開的上述光生物調節療法系統相同。概括地說，上述分佈式光生物調節療法系統不限於驅動LED，而是可以用於驅動位於患者附近的任何能量發射器，以便將能量注入活體組織，包括來自雷射光器的相干光，或發射時改變磁場(磁療)，微電流(電療)，超音波能量，次聲，遠紅外電磁輻射或其任何組合。
因為諸如雷射光光生物調節療法，熱療法，磁療法和超音波療法的分佈式治療系統使用與LED不同的能量發射器，所以它們需要一些修改以使用所公開的光生物調節療法控制器來驅動能量發射器。以下描述了使所公開的光生物調節療法系統適應替代療法的一些示例： 雷射光光生物調節療法系統-圖76示出了可用於雷射光光生物調節療法治療的手持式光生物調節療法裝置或“棒”。如圖所示，手持桿1150包括具有 LCD1160和控制按鈕1161a和1162b的圓柱形臂1153。圓柱形手柄的底部還包括為電池1166充電所需的USB端口1162.圓柱形手柄連接到萬向接頭1152到光生物調節療法照射頭1151，透明面板1154包含印刷電路板PCB1155，雷射光器1156和1157連同感測器1158。一個發明特徵是圓形傳導感測片1159，用於感測與皮膚的接觸，以防止雷射光的照射，除非該單元與組織接觸。
圖77中的手持式光生物調節療法治療方塊圖的方塊圖，包括照射墊μC1181，時鐘1183，揮發性記憶體1185，非揮發性記憶體1184，以及通信接口1182和藍牙1180。照射墊μC通過數據匯流排1187與按鈕1161a和1161b控制UI1177，具有LCD的顯示驅動器UX11761160，雷射光驅動器1174和安全系統。如圖所示，雷射光驅動器1174驅動雷射光二極體1156和1157。同時，安全系統接口1175使用傳導感測片信號1188和溫度感測器信號1189.雷射光驅動器1174由鋰離子電池1172供電的雷射光電源1173供電。通過USB輸入1186供電的電池充電器1171和穩壓器。
安全感測器的細節如圖78所示，包括用PN二極體1202(端子A和K)測量熱量1200和用電容器1201a和120b測量傳導感測片1159，電容器1201a和120b形成通過端子C和C'傳導通過患者組織的AC電流的閉合電路。圖79示出了包括振盪器1220，接觸感測電容器1201a和1201b以及感測電阻器1221以及差分放大器1222，低通濾波器1223，比較器1225和參考電壓1224的雷射光光生物調節療法手持式安全系統。在操作中，電壓Vosc的振盪器1220注入在電阻器1221與電容器1201a和1201b的串聯連接之間形成的分壓器的頻率fosc和電阻器1221。在開關頻率fosc，串聯電容器呈現等效阻抗Z並且在兩者之間降低電壓網絡電壓。VZ=ZC的節點C和C'‧Iave，而電阻器1221兩端的電壓降為VR=R‧Iave。等式兩個等式VR=VoscR/(R+ZC)。即，當感測器傳導感測片1159未接觸患者的皮膚時，ZC的值大並且VR接近零。在這種情況下，差分放大器的輸出低於溫度獨立參考電壓1224的電壓Vref。這樣，眼睛安全比較器1225的輸出接 地，並且雷射光驅動器被禁止。如果感測器刀片接觸皮膚，則AC阻抗ZC顯著下降，在通過低通濾波器1223移除AC信號之後，電阻器1221上的平均DC電壓大於Vref，由此眼睛安全比較器的輸出切換到類比高並且將接觸檢測使能信號1228發送到雷射光器μC。類似地，溫度感測器1202由溫度保護電路1231a處理。如果發生過溫條件，則過溫標誌1232被發送到雷射光器μC，並且邏輯閘的輸入變低，關閉雷射光器驅動器1174。在沒有過熱條件的情況下，然後確認提供的接觸檢測信號1228，然後邏輯閘1226將傳遞PWM播放器輸出493的數字值，即啟用雷射光驅動器1174。
圖80示出了雙通道雷射光驅動器的示例性示意圖。如圖所示，雷射光光生物調節療法控制電路1240類似於前述LED控制器，包括雷射光μC1181，通信接口1182，時鐘1183，非揮發性記憶體1184和揮發性記憶體1185。保護功能包括帶有感測器1202的過溫保護1131a和眼睛保護1131b。來自雷射光器μC的故障信號和PWM播放器輸出被輸入到AND邏輯閘1228a和1228b，然後由兩個串聯逆變器對1247和1246緩衝。輸出被饋送到雷射光驅動器中的數字電流槽1256和1257的數字輸入。雙輸出D/A轉換器1245還用於在電流槽導通時控制電流ILaser1和ILaser2的類比值。
受控電流槽1256用於驅動具有波長λ 1的雷射光器串1156a至1156n。受控電流槽1257用於在雷射光器陣列1242中驅動具有波長λ 2的雷射光器串1157a至1157n。雷射光器串由來自升壓型開關調節器1241的電源電壓+VHV輸出供電，升壓型開關調節器1241包括輸入電容器1265，PWM控制器1260，低壓功率DMOSFET1262，電感器1261，肖特基整流器1263和輸出電容器1264，其具有到PWM控制器1260的電壓反饋。雷射光器開關調節器1241的輸入由鋰離子電池1172和電池充電器1171從USB電源供電。輸入。在2.5V電壓調節輸出之後還從電池充電器1171和濾波電容器1266輸出以給雷射光光生物調節療法控制電路1240的組件供電。如果需要更高的電壓，則用於驅動雷射光器陣 列的+VHV電源輸出可以也可用於在升壓轉換器工作後提供雷射光光生物調節療法控制。
用於光生物調節治療的自主LED照射墊-與分佈式光生物調節療法系統兼容的另一種周邊設備是用於光生物調節療法控制器或手機不可用或不便於管理緊急治療的應用中的自主LED照射墊。在戰場或在山區的飛機墜毀。在操作中，位於自主LED照射墊上的單個按鈕用於選擇治療。通常，沒有UX顯示可用於獲取信息。儘管自主LED照射墊在治療期間“自主地”(即通過它們自己)操作，但在製造期間，它們連接到分佈式光生物調節療法系統的一部分以加載它們的適用程序並確認它們的成功操作。
加載到LED照射墊中的光生物調節療法軟件程序因其所針對的市場和應用而異。例如，裝載到滑雪場中的LED照射墊中的治療程序可以包括用於腦震蕩的治療(常見的滑雪傷害)，而醫護人員使用的治療程序可以集中於治療諸如撕裂或燒傷的傷口。在體育設施和網球俱樂部中，用於肌肉和連接疼痛的自主LED照射墊可能更常見。在軍事應用中，主要的現場應用是減緩或防止子彈或彈片傷口中的感染擴散。
圖14的智能LED337的電信設計。除了添加用於控制開/關和程序選擇的按鈕之外，控制器同樣適用於自主LED操作。在編程期間，存在整個光生物調節療法系統，包括電源磚132，光生物調節療法控制器131，USB電纜136和自主智能LED照射墊337。在編程中，光生物調節療法控制器通過加載製造數據和下載光生物調節療法播放器來配置LED照射墊。和根據需要預加載LED播放文件。便攜式編程系統也可用於重新編程一旦出售或部署到現場的照射墊，允許客戶重新利用其庫存以適應各種類型的災害，例如，冬季凍傷，疾病爆發或大流行的抗病毒治療，恐怖分子神經毒劑釋放引起的肺損傷等。
自主LED照射墊的重要因素是成本應通過使用標准設計來控制，即使用一個通用的製造流程和產品BOM(材料建構清單)用於所有應用和市場，然後使用軟件下載來定制通用產品到特定於應用程序的版本。一個通用照射墊的例子如圖81A所示包含預編程的智能LED照射墊，其示出為俯視圖，上視圖，以及包括單個USB插座1198的側視圖。剖面圖包括剛性PCB1288；柔性PCB1289，LED1291和1292，感測器1290和控制開關1299，LED照射墊聚合物覆蓋片1281包括開口1295和腔體1296，用於開關1198的薄部分1282和保護性透明塑料1287。LED照射墊1280包括頂部覆蓋柔性聚合物覆蓋片1281和突塊1283，底部柔性聚合物覆蓋片1284，具有突塊1285。
如所描述的，自主LED照射墊不利用顯示器，無線電鏈路或遙控器，因此提供有限數量的預加載治療程序，通常從一到五個選擇。如圖81B所示，在按下開關1293一次之後，處於其斷開狀態1257a的自主LED照射墊將變為狀態1257b。在短時間後選擇此狀態後，將使用程序“Treatmnt1”開始治療。再次按下按鈕將程序前進到狀態1257c並開始“Treatmnt2”。每次按下按鈕時，以類似的方式，程序前進到下一個“Treatmnt3”，“4”和“5”，顯示為對應狀態1257d，1257e和1257f。第六次按下開關1293使自主LED照射墊返回到關閉狀態1297a。
脈衝LED熱療-在光生物調節治療中以類似於可見光和近紅外光的方式，熱療是遠紅外線的應用，通常包括1μm至100μm的波長。熱療包括水療，加熱照射墊和加熱器包裹身體。根據維基百科，熱的治療效果包括“增加膠原組織的延展性；降低關節僵硬度；減輕疼痛；緩解肌肉痙攣；減少炎症，水腫和輔助治療後的急性期；並增加血液流量。流向受影響區域的血液增加，提供蛋白質，營養物質和氧氣，以便更好地治愈。“它還可以加速代謝廢物和二氧化碳的輸送。熱療還可用於改善肌肉痙攣，肌痛，纖維肌痛，攣縮，滑囊炎，
雖然治療聲明與光生物調節療法提供的聲稱重疊，但熱療的物理機制卻大不相同。與賦予分子吸收的光子以刺激否則不會發生的化學反應的光生物調節療法不同，即光生物調節，在熱療中，由組織和水吸收的熱量加速分子振動速率以加速正在進行的化學反應。然而，由於根據愛因斯坦關係E=hc/λ，光子的能量與其波長成反比，3μm遠紅外輻射的能量僅為光生物調節療法的紅光20%和近紅外光至20%。這種能量差異很大，因為較低的能量不足以破壞化學鍵或改變分子結構。因此，這種熱療通常被認為是症狀緩解，而光生物調節療法中沒有相關的加速癒合表現。短於3μm的遠紅外光源(即IR類型B)的穿透深度表現出比長波長更大的穿透深度，因此優於長波長光源。
通過用遠紅外光譜中的LED替換可見光和近紅外光LED，上述光生物調節療法系統可以適用於熱療。LED通常限於12μm波長或更短，如“遠紅外輻射(FIR)：其生物效應和醫學應用”中所述，PhotonicsLasersMed.，vol.1，no.4，Nov.2012,pp.255-266：https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3699878/，作者：F.Vatansever和M.R.Hamblin。通過調整III-V化合物超晶格化合物半導體的晶體結構以獲得更小的帶寬，在遠紅外光譜中工作的LED已達到高達8.6μm的波長(參見“超晶格InAs/GaSb發光二極體，其波長為峰值發射波長為8.6μm，“IEEEJ.Quant.Elect，vol.47，no.1，Jan2011，pp.5-54”。因此，可以容易地改進用於驅動本文公開的近紅外光LED的光生物調節療法系統，以簡單地通過將近紅外光LED交換為其較長波長的對應物來容納FIRLED。可以使用脈衝或正弦波形以相同的方式驅動電路。由於波長較長，低於100Hz的驅動頻率更適合於確保均勻輸送遠紅外輻射。甚至更低的頻率，例如在10Hz以下，照射墊中的FIRLED可以逐行掃描，產生按摩，如波浪在每個照射墊上波動，在治療組織中以系統模式連續刺激血管舒張。可選地，用於光生物調節療法的近紅外LED和用於熱療的遠紅外LED可以組合成一個智能照射墊，並且可以同時驅動或者在時間上交替驅動。
磁療-磁療(MT)是一種替代醫學療法，其中受損組織受到磁場的影響。固定磁場對組織的影響是可疑的，通常被認為是偽醫學，邊緣醫學甚至是庸醫。美國FDA的一些研究已經得出結論醫學上對永磁磁療的主張完全沒有得到科學和臨床研究，並禁止使用醫療保險理賠任何磁療產品的銷售(https：//en.wikipedia.org/wiki/Magnet_therapy)。相互矛盾的說法表明脈衝磁場表現出治療效果，因為活組織含有大量的自由離子，甚至是電平衡的分子(如水)，由於它們的電荷方向而起偶極子的作用。當磁場經受振盪時，分子根據其電荷被排斥和吸引，以類似於磁共振成像(MRI)執行的成像方式，除了在較低頻率下發生激發之外，這種類型的磁療通常被稱為脈衝磁療或PMT。
據報導PMT的作用主要是鎖痛，包括肌肉鬆弛，改善局部血液循環和血管舒張；抗炎作用；通過局部釋放內啡肽緩解疼痛；和對細胞膜動作電位的有益作用。主要認為作用機理是電化學而不是熱，實質上通過加速持續的化學反應速率以催化方式起作用。報告的PMT脈衝頻率範圍跨越從20-kHaz播種到低於1-Hz的音頻和次聲頻譜。從已發表的文獻中，不可能確定這些報告的聲明的準確性或確定脈衝磁療的治療效果。此外，PMT存在一定的風險。特別是PMT在腫瘤的情況下是禁忌的，並且具有影響起搏器操作的安全風險。
根據本發明，脈衝磁療系統可以通過用電磁鐵替換光學元件並調整智能照射墊或棒中包含的驅動電路來重新利用所公開的光生物調節療法系統來實現。可選地，用於光生物調節療法的LED可以與磁發射器組合驅動，或者同時或者在時間上交替。在驅動電磁鐵陣列的情況下，電磁鐵陣列應安裝在類似於本文中用於LED陣列的三維可彎曲印刷電路板(或3DPCB)上，並在名稱為“3DBendable”的USPTO申請號14/919,594中公開。具有冗餘互連的印刷電路板，“通過引用合併於此。剛性-柔性PCB對於將多個電磁鐵的取向調整到與待處理的患者組織成90°角(即直角)而不會機械損壞彎曲PCB和剛性電磁鐵之間的 焊點是必要的。剛性柔性PCB為實現可靠的3D可彎曲性提供了完美的解決方案。
圖82示出了具有未受保護的銅互連的剛撓性PCB。如圖所示，柔性PCB包括由金屬層1301和1302夾在中間的絕緣層1303，金屬層1301和1302通常包括圖案化的銅。在所示剖面圖的一些部分和其他部分(在該特定剖面圖中未示出)中，該柔性PCB夾在包括絕緣層1304和1305的剛性PCB的中間，並且與圖案化金屬層1311和1312層疊。通常，柔性PCB金屬層1301和1302比剛性PCB金屬層1311和1312薄。該剖面圖用於說明目的。剖面圖中每層的確切圖案取決於位置和正在實施的電路。如圖所示，金屬通孔1307用於連接金屬層1301至1311，並且通孔1308用於連接金屬層1302至1312。完全掩埋的通孔1306用於連接柔性金屬層1301和1302。
包括聚酰亞胺，矽或其他划痕保護材料塗層的保護層用於密封PCB的剛性和彎曲部分。如圖所示，絕緣體1304保護金屬層1301，並且絕緣體1305保護金屬層1302，使金屬層1302完全密封柔性PCB免受濕氣和機械誘導刮擦的風險。在PCB的剛性部分中，圖案化的絕緣層1313保護金屬層1311的一部分，未圖案化的絕緣層1314完全保護金屬層1312.金屬層1311的某些部分保持不受保護，以便將元件焊接到剛性PCB上。
如圖所示，使用導電通孔1306,1307和1308，可以在不需要電線，連接器或焊接接頭的情況下實現給定剛性PCB內，剛性PCB之間和柔性PCB內的各種金屬層的電路互連。導電通孔包括垂直於各種金屬層形成的金屬或其他低電阻材料的導電柱，並且可以穿透兩個或更多個金屬層以促進多層級連接和非平面電子技術，即導體必須彼此交叉而不會導致電信短路的電路。
在PMT照射墊中，所公開的剛撓性PCB的剛性部分之作用可以以各種方式使用。在一種情況下，離散的電磁，永磁體和永磁體/電磁體疊層可以安 裝在剛撓性PCB的剛性部分上。或者，PCB互連可用於形成環形線圈，當與通孔磁性材料結合時形成平面磁結構。平面磁環的一個示例性佈局在圖83的爆炸圖中示出。其中導電金屬層1311，1301，1302和1312形成圍繞磁芯1316的圓形環。給定層上的每個圓形導體與其下方的金屬層相比旋轉，使得金屬通孔1307，1306和1308能夠以電流在PCB的每個平面層上逆時針流動的方式互連這些層，例如，在與剛性PCB1320相交的平面上，該結構在圖84中進一步詳述。在圖84中，剛性-柔性PCB形成圍繞磁芯1316的環形層。為了防止導電層和鐵磁芯之間的短路，磁芯1316可以通過導電金屬層1311，1301，1302和1302與1315絕緣。得到如圖85的俯視圖所示，在平面橫截面中，剛性PCB1320與和互連的柔性PCB1321相交。如圖所示，圓形導體金屬層1302圍繞磁芯1316，同時通過通孔1306連接到上方導電層，並且還通過通孔1308連接到下面的導電層。
用於驅動PMT的示例性電路在圖86中示出。包括PMT驅動器1340；電磁鐵驅動器1341；電磁鐵電源1363；和電磁鐵陣列1350；以及電池充電器1360，鋰離子電池1361和USB連接器。類似於智能LED照射墊或雷射光棒電路，PMT驅動器1340包括PMTμC1181，時鐘1183，非揮發性記憶體1184，揮發性記憶體1185，通信接口1182和藍牙或WiFi無線電鏈路1190。PMT的數字脈衝輸出μC1181由AND邏輯閘128a，128b以及可選擇性的其他(未示出)閘，以促進過溫保護1131a。然後，AND閘的輸出由雙逆變器串1346和1347緩衝，以分別驅動可編程電流槽1342和1343的數位輸入。受控電流槽1342和1343響應於它們的數位輸入控制流過電磁鐵1352和1353的電流IEM1和IEM2的幅度和波形，並且還受到從D/A轉換器1345的輸出得到的類比電流參考的控制。
包括續流二極體1354和1355以防止高電壓尖峰，每當通過再循環電感器電流快速切斷電流槽直到電磁體儲存的能量EL=0.5LI2被消耗或者直到電流槽再次傳導電流為止。電容器1356和1357用於過濾開關噪聲或者可選擇地蓄意形成具有線圈電感的諧振電路並且以fLC=1(/2πSQRT(LC))的諧振頻率振盪。用 於驅動電磁鐵+VEM的電源來自開關電源電路或用於升壓的升壓轉換器或用於降壓的降壓轉換器。或者，由於電流槽1343和1343無論如何都可以控制電感器電流，因此可以消除電壓調節器。
儘管開關調節器的操作在本領域中是公知的，但是為了說明的目的，這裡包括示例性升壓轉換器作為電磁鐵電源1363。在操作中，PWM控制器1365接通功率MOSFET1366，允許升壓電感器1369中的電流在開關週期的固定部分上升，之後功率MOSFET1366斷開。MOSFET中斷導通立即導致功率MOSFET1366的汲極電壓向上飛升，將肖特基二極體1367和充電電容器1368正向偏壓到電壓+VEM。然後將電容器電壓的反饋信號“反饋”到PWM控制器1365，允許控制器確定輸出電壓是低於還是高於其目標電壓。
如果電壓低於目標值，則脈衝寬度導通時間延長為下一個時鐘週期TPWM的較大百分比D=ton/(ton+toff)=(ton/TPWM)，即D增加，允許平均電流電感器1369增加並驅動輸出電壓+VEM更高。另一方面，如果輸出電壓太高，則佔空因數D，即MOSFET1366的導通時間將減小，允許電感器1369中的電流在若干開關週期內逐漸減小，從而允許輸出電壓下降。通過連續調節其佔空因數D和脈衝寬度(功率MOSFET1366的導通時間)，借助於電壓反饋將輸出電壓調節到恆定值。因此，以開關頻率和周期TPWM工作的開關調節器的調節過程稱為PWM，意味著脈衝寬度調製。輸出電容器1368的作用是濾波輸出電壓，而輸入電容器1364用於防止噪聲反向注入電源並穩定電力網絡。如圖所示，開關轉換器和調節器的輸出電壓高於其輸入，即+VEM>Vbat，因此轉換器被稱為升壓轉換器。但是，如果所需的電磁鐵驅動器電壓低於電池電壓+VEM<Vbat，則需要降壓或降壓轉換器。技術上，實現降壓轉換器只需要對升壓轉換器電路進行微小修改，方法是通過將連接到公共節點的三個元件向右旋轉來重新排列相同的元件，即用電感器1369替換肖特基二極體1367，用肖特基1367代替功率MOSFET1366,，並用功率MOSFET1366代替電感器1369。
或者，代替採用平面磁性來實現電磁鐵，可以採用預組裝或分立的電磁鐵模塊。如圖87所示，分立的表面安裝電磁鐵1351包括磁芯1376和繞線線圈1375通過將金屬腳1359a和1359b焊接到相同銅導體層之兩個單獨且絕緣的導電層區段1311a和1311b中。而作為表面焊接部件到剛撓性PCB的剛性部分。如圖所示，然後絕緣的導電區段1311a通過圖案化的通孔1309a，1306a和1310a連接底部導電層1312。以這種方式，單獨的分立電磁鐵可以定位在每個剛性PCB的頂上，以形成陣列，如圖88A的剖面圖所示。特別是在離散電磁鐵1351a安裝到剛性PCB1348a的地方，其通過柔性PCB部分1349a連接到剛性PCB1348b；分立電磁鐵1351b安裝在剛性PCB1348b上，它通過柔性PCB部分1349b連接到剛性PCB1348c；並且離散電磁鐵1351c安裝在剛性PCB1348c上，其通過柔性PCB部分1349c連接到其他剛性PCB(未示出)。
作為這樣的設計，陣列中的每個電磁鐵1351a，1351b，1351c等是電磁體並且可以被電子控制以響應於從PMT驅動器1340產生的PMT播放而根據現有PMT電路改變其磁場。驅動波形可以在陣列中的所有電磁體的磁場中產生連續的，脈衝的或正弦的變化，或者可以包括單獨地並且以某種順序驅動電磁體以在PMT照射墊上形成特殊圖案或磁波，例如，在照射墊上或沿著一系列照射墊的長度逐行產生起伏的磁場波。在其他情況下，一些電磁鐵可以被偏壓以產生恆定磁場，而其他電磁鐵被調製以產生時變磁場。
在另一個實施例中，一些電磁鐵可以用電磁鐵代替，以組合恆定和時變磁場的混合。例如，如圖88B所示，先前的電磁鐵1351b(先前在圖88A中示出)由附接到剛性PCB1348b的永磁鐵1370a代替，而電磁鐵1351a和1351c保持不變。在圖88C所示，剛性PCB1348b驅動下面堆疊永磁鐵1370b的電磁鐵1351d，或者如圖88D所示，剛性PCB1348b驅動上覆堆疊永磁鐵1370c的電磁鐵1351e。在這種情況下，電磁鐵的操作增強(或者可選地減少由堆疊的永磁體產生的磁場)。
PMT設備還可以適於用作手持式磁療設備或棒1450，如圖89所示，包括具有UX顯示器1460的圓柱形手柄1458，用於控制操作和程序選擇的按鈕1461b，開/關按鈕1461a，電池1643和USB連接器1462。圓柱形手柄1458通過可移動萬向節點1452連接到磁頭單元1453。磁頭單元1453包括電磁鐵1455，其包括鐵氧體磁芯1457和線圈1456以及控制電路安裝在PCB1454上。如果作為分佈式系統的一部分操作，則可以通過USB，WiFi或可能的藍牙執行手持磁療棒1450到光生物調節療法控制器的通信鏈路。作為自主設備，USB連接器1462用於在製造期間通過將棒連接到光生物調節療法控制器來對棒進行編程。
牙周光生物調節療法LED齒套-雖然光生物調節療法可以通過臉頰進行治療牙齦疾病，但另一種選擇是使用近紅外和藍光光譜中的雷射光或LED將光線直接注入患者的口腔。例如裝置很小並且必須舒適地裝入口中。作為自主治療設備，該設備必須使用能夠僅執行少量預編程演算法的客戶端輕量級軟件。或者，設備可以使用來自用戶控制模塊的數據串流，使用有線連接，藍牙或低功率WiFi802.11ah。用戶控制模組與光生物調節療法控制器通信，其操作與智能LED照射墊的控制器相同，除了其輸出不驅動照射墊內的LED，但是作為被動電信訊號串流傳輸到LED齒套，因此在齒套內不進行處理。
這種牙周光生物調節療法裝置的一個例子示於圖90的三維透視圖中，包括模製的齒套1500，其包括覆蓋牙齒和牙齦1510的馬蹄形部分，襯有馬蹄形部分的兩個不同波長的LED1504和1505(其中位置1506識別在3D透視圖中不可見的LED的位置)，電纜1501和控制單元1502包括用於電源或可選地用於匯流排通信的連接器。相應的剖面圖顯示出圍繞齒1510的U形剖面圖，其包括具有柔性PCB1514的剛性-柔性PCB組件，剛性PCB基座1515和LED1513。除了試圖清潔牙齒之外，齒套設計成定位LED1513。LED可以包括紅光，紅外光，藍光或紫光LED，以對抗炎症和牙周病，其位於與牙齒1511相鄰的牙齦1512附近。U形組件包含在圍繞剛性-柔性PCB模製的薄矽樹脂口中。
製造具有U形剖面圖的齒套，其設計用於覆蓋和處理單個鉗口(上顎或下顎但不是兩個)，如圖91所示，包括剛性PCB部分1515和柔性PCB翼1514。如SMT製造之後立即所示，LED1513a安裝在柔性PCB翼1514上，並且可選擇地LED1513z安裝在剛性PCB1515上。在PCB表面安裝技術(SMT)組件期間，剛柔結合PCB適用於需要元件拾取和放置的大批量自動化裝配以及回流期間均勻的焊接溫度曲線。在SMT組裝期間，PCB必須牢固地保持平坦。雖然PCB的剛性和柔性部分在拾取和放置期間固定在同一平面上，但是剛性-柔性PCB不需要是線性的，而是可以佈置成膠狀的馬蹄形設計，以便沒有不必要的柔性PCB彎曲或增加可能導致斷裂的應力。在表面安裝組件之後，柔性PCB翼1514垂直於剛性PCB基座1515彎曲成U形，然後模製成覆蓋剛性-柔性PCB的透明樹脂矽嘴1516。
相同的方法可以適用於製造H形牙套，該牙嘴可同時使用光生物調節療法治療上頜和下頜。圖92A所示的方法包括：採用與上述U形齒套所述相同的製造工藝，不同之處在於，在PCB組裝之後，兩個單獨的部件電連接和物理連接以產生H形齒套。如圖所示，兩個PCB，一個包括剛性PCB1515a，柔性PCB1514a，LED1513a和可選擇性的LED1513z，以及第二個PCB，包括剛性PCB1515b，柔性PCB1514b，LED1513b和可選擇性的LED1513y，它們粘合在一起。在鍵合工藝中，剛性PCB1515a和1515b焊接在一起以電子和機械方式形成單個多層PCB1517，如圖92B所示。」因此，齒套可以同時處理上牙齦和下牙齦。
剛性PCB1515a和1515b的結合在圖93中示出。示出了在剛性PCB1515b頂上的導電表面1518b和1518d被焊接到剛性PCB1515a下方的相應導電表面1518a和1518c，以在頂部PCB和底部PCB之間建立電連接並為齒套提供機械支撐和剛性。可選地，可以熔化填充有銀焊膏的通孔1519a和1519b，以形成穿過頂部剛性PCB1515a和底部剛性PCB1515b的連續通孔。
用於牙周光生物調節療法齒套的電路如圖94所示。由於患者口腔中不允許有高電壓，因此應通過低壓差線性穩壓器LDO1520將輸入電壓+VIN降壓調節至較低電壓+VLED。包括濾波電容器1521和1522以穩定穩壓器和分別過濾輸入和輸出瞬變。在單元的微控制器1535的控制下，根據時鐘1534和時間基準1531執行儲存在揮發性和非揮發性記憶體1536a和1536b中的程序，來自微控制器的信號用於獨立地驅動可編程電流源1524a和1524b以及控制信號1537a和1537b。
該信號可用於數位地選通LED接通和斷開，或者可選地用於編程傳導電流或合成周期性波形，例如正弦波。來自電流源1524a的電流由NPN雙極電晶體1525a鏡像，以控制NPN雙極電晶體1526a中的電流並因此控制LED1504a和1504b中的電流並且相同地控制LED1504c和150d中的電流，所有這些都根據微控制器1535的程序執行。類似地，來自電流源1524b的電流由NPN雙極電晶體1525b鏡像，以根據微控制器1535的程序執行來控制NPN雙極電晶體1526b中的電流並因此控制LED1505a和1505b中的電流以及類似地在LED1505c和1505d中的電流。以這種方式，可以使用最少數量的組件來控制LED電流以節省空間。因此，小型化控制器的電路可以容納在圖90所示控制單元1502的外殼中。
超音波治療-所公開的分佈式光生物調節療法系統也適用於驅動壓電換能器以產生頻率範圍從100kHz到4MHz的超音波波。超音波治療的主要治療作用機制是振動的，有利於分解瘢痕組織並引起加熱，具有良好的深度穿透。驅動演算法可以類似於本文公開的LED的正弦驅動中使用的演算法，包括數字(脈衝)和正弦驅動。所公開的分佈式PBY能夠獨立地或與光生物調節療法組合地進行超音波治療。使用所公開的系統，超音波換能器還可以與LED陣列組合以使用超音波破碎瘢痕組織，並使用光生物調節療法加速吞噬作用將其帶走。
組合式超音波光生物調節療法治療系統或超音波光生物調節療法照射墊的一種實施方式示於圖95中，包括微控制器1554，其根據時鐘1556和參考時間1553執行儲存在揮發性和非揮發性記憶體1558a和1558b中的程序，來自微控制器的信號用於獨立地驅動包括低端N溝道MOSFET1563a和1563b的H橋，和高端P溝道MOSFET1564a和1564b驅動壓電超音波換能器1562。H橋由DC/DC轉換器1550產生的穩定電源電壓+VPZ供電，輸入電容器1551，輸出電容器1552和可選擇性的電感器(未示出)。
高端MOSFET1564a和1564b由電平移位驅動器電路1566a和1566b驅動。類似地，低端MOSFET1563a和1563b由低端緩衝器1565a和1565b驅動。在操作中，由低端N溝道MOSFET1563a和高端P溝道MOSFET1564a形成的半橋與由低端N溝道MOSFET1563b和高端P溝道MOSFET1564b形成的半橋異相驅動。每當高端P溝道MOSFET1564a開啟並導通時，低端N溝道1563a截止並且Vx=+VPZ。同時高端P溝道MOSFET1564b截止，然後低端N溝道MOSFET1563b導通並導通，由此Vy=0，在此期間電流從Vx流向Vy。在下一個半週期中，電流從Vy反轉到Vx。在操作中，響應於照射墊μC1557的輸出，逆變器1567驅動兩個半橋異相。半橋的輸出是雙向的，具有絕對幅度±VPZ。照射墊μC1557的輸出還用於通過先前公開的LED驅動器1560驅動LED陣列1561。
在圖96所示的替代實施例中，可編程的電流槽陣列取代了驅動多個壓電換能器中的半橋。如圖所示，照射墊μC1557向D/A轉換器1573輸出數位幅度，用於分別通過相應的壓電感測器1562a和1562b控制由電流槽1576和1575傳導的電流。壓電電流IPZ1和PZ2由逆變器1571和1572數字脈衝，以控制產生的超音波頻率。
超音波光生物調節療法照射墊的一個例子如圖97所示，包括智能LED照射墊，其示出為俯視圖，上視圖，以及包括單個USB插座的側視圖。剖面圖包括剛性PCB1588；柔性PCB1589，LED1591，感測器1590和壓電換能器1592a和1592b，LED照射墊聚合物覆蓋片1581、1584包括開口1595和腔體1596，以及保護性透明塑料1587。LED照射墊1580包括具有突起1583的頂蓋柔性聚合物1581，具有突起1585的底部柔性聚合物1584。
可選擇地，用於光生物調節療法的LED可以與超音波壓電發射器組合驅動，或者同時或者在時間上交替。超音波和光生物調節療法(本文稱為USPBT)的組合應用可用於使用超音波破碎瘢痕組織並使用光生物調節療法加速去除死細胞。
次聲療法-次聲療法類似於組織按摩，除了它發生在低於音頻頻譜的非常低的頻率，通常從20Hz到1Hz或更低。用於產生低頻的致動器必須相對較大，例如，直徑為10厘米，因此非常適合包含在類似於圖89的棒中。除了可動部分連接到以非常低的頻率推動被處理組織的柱塞或膜之外，電磁鐵被類似於揚聲器的音圈驅動器代替，除了電磁鐵之外。因此，所公開的光生物調節療法系統直接兼容以支持超音波周邊設備。次聲為組織提供深度按摩，低頻可用於改善運動範圍和肌肉彈性。可選擇地，用於光生物調節療法的LED可以與次聲音圈致動器一起驅動，或者同時或者在時間上交替。
用於鼻子/耳朵的光生物調節療法LED芽-雖然光生物調節療法可以經顱進行，但另一種選擇是使用近紅外和藍光光譜中的雷射光或LED將光直接注入鼻子或耳朵。比如設備很小。作為自主治療設備，該設備必須使用能夠僅執行少量預編程演算法的客戶端輕量級軟件。或者，設備可以使用來自用戶控制模組的數據串流，使用有線連接，藍芽或低功率WiFi802.11ah。用戶控制模組與光生物調節療法控制器通信，操作與智能LED照射墊的控制器相同，除了其 輸出不驅動照射墊內的LED，而是作為被動電信訊號串流式傳輸到LED芽，因此不執行任何處理在芽內。因此，所公開的光生物調節療法系統直接兼容以支持用於鼻子和耳朵治療的光生物調節療法LED芽。鼻內和耳內(即在耳朵中)光生物調節療法的另一個好處是它能夠殺死感染竇腔的病原體和細菌。
用於針灸的光生物調節療法LED斑點-另一種小尺寸LED光源是一個小型LED或雷射光“斑點”，一個硬幣大小的照射墊片連接在身體上方的針灸穴位。例如設備很小，沒有電池供電的空間。該設備可以使用來自用戶控制模組的數據串流，使用有線連接，藍芽或低功率WiFi802.11ah。用戶控制模組與光生物調節療法控制器通信，操作與智能LED照射墊的控制器相同，除了其輸出不驅動照射墊內的LED，而是作為被動電信訊號串流式傳輸到LED/雷射光點，因此不在斑點內進行處理。因此，所公開的光生物調節療法系統直接兼容以支持用於針刺LED斑點的光生物調節療法LED芽。
藍牙耳機-雖然不是醫學治療，但在放鬆應用中，音樂可以通過藍芽與光生物調節療法治療波形同步播放到耳機。給定所公開的光生物調節療法系統的波形合成能力，它能夠支持同步音樂和光生物調節療法治療。
50:分佈式光生物調節療法系統
51:LED照射墊訊號產生控制器
52a-52c:第一LED照射墊組
52d~52f:第二LED照射墊組
53a~53b:電纜
54a~54d:電線

Claims (1)

  1. 一種分佈式光生物調節療法系統，包括：一個首要LED(發光二極體)串，所述的首要LED串包括多數個用於產生包括首要波長λ之電磁輻射(EMR)的LED；一個首要電路驅動器，其連接到所述首要LED串，用於控制通過所述首要LED串的電流；一個首要微控制器包含模式資料庫，所述模式資料庫儲存至少一種演算法，所述演算法用於定義控制所述首要LED串的特定波形處理序列、所述多數個LED發射特定之電磁輻射脈衝頻率f、所述多數個LED發射之電磁輻射脈衝的佔空因數D，和通過所述首要LED串的所述電流大小I來定義控制所述首要LED串的所述波形處理序列；和包括所述首要LED串的照射墊，所述首要LED串位於所述照射墊中，以便當所述照射墊位於患者的組織上時允許所述電磁輻射傳遞到所述患者的組織中，所述照射墊包括一次要微控制器，即使所述首要微控制器和所述照射墊之間的溝通被中斷時，其所述次要微控制器能自主控制所述首要LED串，再者，所述首要微控制器與所述照射墊上之所述次要微控制器是使用匯流排或收發器進行通信，組成組件之間可發送數據、指令或文件，所述匯流排包括專有格式和通信協議的有線或無線連接，並涉及設計封包路由安全性和數據有效荷載以防止駭客攻擊或系統故障，且能攜帶所有必需的信息以執行必要的操作；其中，另一關鍵特徵為自主安全系統在所述首要LED串的所述照射墊中定期執行安全相關的子程序，讀取所述照射墊中的所述數據與驗證(認證，授權，管理)，發送到所述次要微控制器，進行比較與研判，採取對應處置動作，特別是在網絡連接丟失期間，以確保所述照射墊正常運行並不存在危險情況。
TW108112192A 2018-04-06 2019-04-08 分佈式光生物調節療法系統和方法 TWI787493B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862653846P 2018-04-06 2018-04-06
US62/653,846 2018-04-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201944430A TW201944430A (zh) 2019-11-16
TWI787493B true TWI787493B (zh) 2022-12-21

Family

ID=68101298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108112192A TWI787493B (zh) 2018-04-06 2019-04-08 分佈式光生物調節療法系統和方法

Country Status (12)

Country Link
JP (1) JP2021520867A (zh)
KR (1) KR20210005616A (zh)
CN (1) CN112996559B (zh)
CL (1) CL2020002581A1 (zh)
ES (1) ES2788140B2 (zh)
IL (1) IL277775B2 (zh)
MX (1) MX2020010553A (zh)
PE (1) PE20210544A1 (zh)
SG (1) SG11202009869RA (zh)
TW (1) TWI787493B (zh)
WO (1) WO2019195816A1 (zh)
ZA (1) ZA202006175B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2020407592A1 (en) 2019-12-20 2022-06-23 Xiant Technologies, Inc. Mobile real time location unit
WO2021198840A1 (en) * 2020-04-03 2021-10-07 Lim Lew Photobiomodulation system and method for improved immunity and treatment of respiratory tract infections
CN111729203B (zh) * 2020-06-11 2022-02-15 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种用于降低成瘾和冒进的装置
US11464997B2 (en) 2020-07-18 2022-10-11 Konrad Jarausch Systems and methods for light generation and use thereof
US20230010922A1 (en) * 2021-07-06 2023-01-12 Biolight, Inc. Oral guard for light therapy
AU2022358750A1 (en) * 2021-10-08 2024-05-16 Octane Innovation Inc. Personalized bioelectromagnetic therapeutics
WO2023228206A1 (en) * 2022-05-25 2023-11-30 Litemed India Private Limited Musculoskeletal pain reliever for acute and chronic pain
CN115526303B (zh) * 2022-09-15 2023-09-26 常州大学 一种简单非自治可控多涡卷的神经元电路

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014072821A2 (en) * 2012-11-08 2014-05-15 Applied Biophotonics Ltd. Phototherapy system and process including dynamic led driver with programmable waveform
CN104640602A (zh) * 2012-07-26 2015-05-20 多纳·J·布里津斯基 便携式光疗装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5259380A (en) * 1987-11-04 1993-11-09 Amcor Electronics, Ltd. Light therapy system
US6720745B2 (en) * 1997-08-26 2004-04-13 Color Kinetics, Incorporated Data delivery track
RU2145247C1 (ru) * 1998-04-10 2000-02-10 Жаров Владимир Павлович Фотоматричное терапевтическое устройство для лечения протяженных патологий
US6663659B2 (en) * 2000-01-13 2003-12-16 Mcdaniel David H. Method and apparatus for the photomodulation of living cells
US20020143373A1 (en) * 2001-01-25 2002-10-03 Courtnage Peter A. System and method for therapeutic application of energy
US7150710B2 (en) * 2001-06-26 2006-12-19 Photomed Technologies, Inc. Therapeutic methods using electromagnetic radiation
US20070219604A1 (en) * 2006-03-20 2007-09-20 Palomar Medical Technologies, Inc. Treatment of tissue with radiant energy
US10328276B2 (en) * 2014-02-14 2019-06-25 Applied Biophotonics Ltd. Sinusoidal drive system and method for phototherapy
US9895550B2 (en) * 2014-01-23 2018-02-20 Applied Biophotonics Ltd Flexible LED light pad for phototherapy
JP6608382B2 (ja) * 2014-02-26 2019-11-20 ルマ セラピューティクス，インク． 紫外光治療装置及び方法
US20160129279A1 (en) * 2014-07-09 2016-05-12 Akari Systems, Inc. Wearable therapeutic light source

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104640602A (zh) * 2012-07-26 2015-05-20 多纳·J·布里津斯基 便携式光疗装置
WO2014072821A2 (en) * 2012-11-08 2014-05-15 Applied Biophotonics Ltd. Phototherapy system and process including dynamic led driver with programmable waveform
TW201440837A (zh) * 2012-11-08 2014-11-01 Applied Biophotonics Ltd 光電治療系統及包含具有可程式波形之動態ｌｅｄ驅動器之過程

Also Published As

Publication number Publication date
ES2788140B2 (es) 2023-03-24
CN112996559B (zh) 2023-11-21
KR20210005616A (ko) 2021-01-14
CL2020002581A1 (es) 2021-05-14
SG11202009869RA (en) 2020-11-27
TW201944430A (zh) 2019-11-16
IL277775B2 (en) 2024-07-01
PE20210544A1 (es) 2021-03-17
ES2788140R1 (es) 2021-09-14
ES2788140A2 (es) 2020-10-20
IL277775B1 (en) 2024-03-01
WO2019195816A1 (en) 2019-10-10
JP2021520867A (ja) 2021-08-26
ZA202006175B (en) 2022-02-23
IL277775A (en) 2020-11-30
CN112996559A (zh) 2021-06-18
MX2020010553A (es) 2021-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI787493B (zh) 分佈式光生物調節療法系統和方法
US11388799B2 (en) Distributed photobiomodulation therapy system and method
JP2021520867A5 (zh)
US11006488B2 (en) Phototherapy process including dynamic LED driver with programmable waveform
RU2769423C1 (ru) Система синусоидальной передачи и метод фототерапии
US20130304019A1 (en) Photodynamic therapy system, device and associated method of treatment
US9186506B2 (en) Portable unit for treating chronic pain
US8463389B1 (en) Multi-sensory system and method for providing neuromuscular stimulation
US12035433B2 (en) Distributed photobiomodulation therapy system and method
US20060106434A1 (en) Portable time harmonic tissue stimulator and method
KR102439157B1 (ko) 경두개 근적외선 광 조사 시스템 및 그 동작 방법
CN106422075A (zh) 一种光学疼痛治疗仪
WO2007124560A1 (en) Portable controller for light therapy treatment head
KR102215654B1 (ko) 복합 치료 장치
US20230355090A1 (en) Smart eye mask
DOTTINO et al. A feasibility analysis of asymmetric key distribution system for implantable cardioverter defibrillators
TW202408619A (zh) 用於經皮電刺激之系統、裝置及方法
CN117653924A (zh) 一种激光穴位治疗笔的治疗头及激光穴位治疗笔
Rocha et al. Design and Development of a Prototype Electrotherapy Device