CN102814005A - 在光疗装置中提供光的均匀分布的方法 - Google Patents

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Abstract

在本发明的一个实施例中，提供一种计算峰值光谱辐照度的方法。该方法包括如下步骤：为确定辐照度分布模式而表征光源(202)；基于辐照度分布模式来生成三维模型中的多个密度锥体；以期望的布局定位多个密度锥体；在一个或更多位置测量辐照度的密度，以及为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源(202)的定位。

Description

在光疗装置中提供光的均匀分布的方法
技术领域
本发明一般涉及光疗(phototherapy)装置，并且更具体地涉及在光疗装置中提供光的均匀分布的方法。
背景技术
光疗是一种用于治疗的有前途的临床手段，用于许多病症，包括季节性情感障碍症(seasonal affective disorder)、神经性贪食(bulimia nervosa)、疱疹、牛皮癣、睡眠障碍、痤疮以及皮肤癌。
光疗作为高胆红素血症(hyperbilirubinemia，一种侵害70％的足月婴儿的常见病症)的治疗尤其有前途。高胆红素血症是由婴儿的血液和皮肤中过量的胆红素累积而引起的。该过量的胆红素将皮肤和巩膜变成特征性的黄色。如果不进行治疗，高胆红素血症的极端情况能导致神经伤害(核黄疸)，甚至死亡。用于高胆红素血症的通常治疗是光疗，其中婴儿暴露在光下，所述光的范围对应于胆红素的峰值吸收光谱(蓝-绿0-520nm)。该光将胆红素的形式改变成更易于人体消除的不同的同分异构体(isomer)。
多种不同的光源能用于光疗。传统上，使用宽波带源，诸如荧光灯、卤素灯或白炽灯。然而，近来已经建议发光二极管(LED)能作为有效的光疗光源。
当使用LED时，需要多个装置以确保恰当的表面区域覆盖。当使用成排的LED时，看护者必须确保传递到整个表面区域的强度处于有效强度范围内。管理光疗***的国际标准，规定***强度的状态必须等于或超过峰值强度的40％。当测量辐照度时，看护者应该在沿着治疗区域的多个点进行测量以核实他们的装置满足这些标准。
用于为实现峰值辐照度和期望的光谱辐照度分布而优化LED类型、LED数量以及LED位置的当前方法涉及耗费时间的物理测试。
因此，为改善有效光疗的应用，需要开发高效、可靠并且用户友好的、为实现峰值辐照度和均匀的光谱辐照度分布的优化LED定位的方法。
发明内容
上面提及的不足、缺点和问题在本文解决，这将通过阅读和理解以下说明书而被理解。
在一个实施例中，提供计算峰值光谱辐照度的方法。该方法包括：为确定辐照度分布模式而表征光源；基于辐照度分布模式来生成三维模型中的多个密度锥体；以期望的布局定位多个密度锥体；在一个或更多位置测量辐照度的密度；以及为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源的定位。
在另一实施例中，提供一种照明***，包括：至少一个光源，配置成发射照明光；传感器，配置成探测从光源散发的光并且传送表示散发光的辐照度分布的信号；处理器，被配置用于从传感器接收信号，基于所接收的信号来表征光源的辐照度分布模式，基于辐照度分布模式来生成三维模型中的多个密度锥体，并且用于在一个或更多位置测量辐照度的密度。该照明***还包括耦合到处理器的控制器，用于为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源的定位。
在又一实施例中，提供用于光疗、光动力学治疗(photodynamic therapy)或诊断中的至少一个的照明组织的方法。该方法包括如下步骤：使用光源生成照明光；使用传感器探测照明光并且传送与照明光对应的数据；基于所接收的数据来分析光源的辐照度分布模式，以便为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源的定位以及将具有期望的辐照度分布的照明光引导向目标组织。
在又一实施例中，提供计算机控制的照明***，包括：光源，配置成发射照明光；传感器，配置成探测照明光并且传送与照明光对应的数据；以及控制器，配置成基于所接收的数据来分析光源的辐照度分布模式以及为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源的定位。
在又一实施例中，提供一种计算机控制的辐射***，包括：辐射源，配置成发射辐射；传感器，配置成探测辐射并且传送与辐射对应的数据；以及控制器，配置成基于所接收的数据来分析辐射源的辐射分布模式以便为获取期望的辐射分布而优化一个或更多辐射源的定位。
本文描述变化范畴的***和方法。除了在本发明内容中描述的方面和优点之外，其它方面和优点将通过参考附图和通过参考以下详细描述而变得显而易见。
附图说明
图1示出描绘如一实施例中所述的计算峰值光谱辐照度的方法的流程图；
图2示出描绘如一个实施例中所述的照明***的框图；
图3示出描绘如一实施例中所述的照明组织结构的方法的流程图；
图4示出描绘如一个实施例中所述的计算机控制的照明***的框图；以及
图5示出描绘如一个实施例中所述的计算机控制的辐射***的框图。
具体实施方式
在以下详细描述中，对形成其一部分的附图进行参考，并且其中通过说明可实施的具体实施例的方式示出。这些实施例被足够详细地描述以使本领域技术人员能够实施实施例，并且应当理解的是，可利用其它实施例并且可进行逻辑的、机械的、电气的和其它改变而没有背离实施例范畴。以下详细描述因此并不被理解为限制意义。
本发明提供了若干方法和***，用于实现用于光疗、光动力学治疗和诊断的照明***中期望的光谱辐照度分布。据此，在一个实施例中，如图1所示，提供了计算峰值光谱辐照度的方法100。该方法100包括如下步骤：在步骤102为确定辐照度分布模式而表征光源；在步骤104基于辐照度分布模式来生成三维模型中的多个密度锥体；在步骤106以期望的布局定位多个密度锥体；在步骤108在一个或更多位置测量辐照度的密度；以及在步骤110为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源的位置。
在照明的预定区域内的若干点对光源发射的光强度进行测量。强度，作为微瓦每平方厘米每纳米(μW/cm2/nm)来测量，取决于光源的功率和强度测量点与光源的距离。光源的强度与测量点到光源的距离反向相关。虽然峰值强度(通常在光的中心)可被认为是“强烈的”，但是它也许不表示入射到患者整个身体上的强度。
而且，通过确定辐照度分布模式来表征每个光源。基于辐照度分布模式来生成三维模型中的多个密度锥体。因此生成的密度锥体被以期望的布局来定位。在一个或更多位置测量辐照度的组合密度。在辐照度测量之后，为获取预定照明区域内的期望的辐照度分布而操纵并且进一步优化一个或更多光源的定位。
在另一实施例中，如图2所示，描述被配置用于执行方法100的照明***200。该照明***200包括：至少一个光源202，配置成发射照明光；传感器204，配置成探测从光源202散发的光以及传送表示所散发的光的辐照度分布的信号；处理器206，被配置用于接收并且处理自来传感器204的信号；以及耦合到处理器206的控制器208，用于为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源202的定位。而且，处理器206被配置用于基于所接收的信号来表征光源202的辐照度分布模式、基于辐照度分布模式来生成三维模型中的多个密度锥体、以期望的布局定位多个密度锥体，以及用于在一个或更多位置测量辐照度的密度。
在一个实施例中，照明***200包括光疗装置、光动力学治疗装置和/或诊断装置中的一个。而且，光源202包括发光二极管、荧光灯泡、灯丝灯泡、LED灯、光学光谱滤波器(optical spectral filter)、LED灯及荧光体转换器(phosphorconverter)、半导体纳米晶体光子转换器(nanocrystal photonic converter)中的一个。据此，照明光包括紫外(UV)光、蓝光、可见光、近红外(NIR)光和红外(IR)光中的一个。
LED通常具有用于相关光谱辐照度的图表的铃形曲线(bell shaped curve)。假设一个或更多光源202中的每个具有相等的平均辐照度、辐照度衰变率以及光轨迹(footprint of light)的可治疗表面区域。
照明***200可进一步包括能够以空间一致的方式来分布光的光学滤波器(未示出)，包括但不限于漫射器、透镜和准直仪。
在另一实施例中，如图3所示，提供了照明组织的方法300，用于光疗、光动力学治疗或诊断中的至少一个。该方法300包括如下步骤：在步骤302使用光源生成照明光；在步骤304使用传感器探测照明光并且传送与照明光对应的数据；在步骤306基于所接收的数据来分析光源的辐照度分布模式，以便为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源的定位；以及在步骤308将具有期望的辐照度分布的照明光引导向目标组织。
在另一实施例中，描述计算机控制的照明***，人们可用该***生成用于诊断或治疗介入的光。例如，计算机控制的照明***可被用于光疗，其中一个或更多组织，例如皮肤、肌肉和内部器官等被光照明；或光动力学治疗，其中药物或一些其它化学品被导入到一个或更多组织中并且通过光激活；或诊断，其中一个或更多组织中的药物或一些其它化学品的存在被揭示。
图4提供如本发明一实施例中所述的计算机控制的照明***400的示意描绘。该计算机控制的照明***400生成和发射具有所选择的光谱输出和所选择的波长决定的强度分布的、可被引导向组织的照明光，用于以下中的至少一个：光疗过程、光动力学过程和诊断过程。而且，人们可随期望方便地变更照明光的光谱输出和所选择的波长决定的强度分布，以便与不同过程或相同过程中不同条件对应。所示的计算机控制的照明***400包括：光源402，配置成发射照明光；传感器404，配置成探测照明光并且传送与照明光对应的数据；以及控制器406，配置成基于所接收的数据来分析光源402的辐照度分布模式，以便为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源402的定位。
传感器404将表示光谱强度或峰值光谱辐照度分布的数据传送给控制器406，并且可以是能够感测照明光并且生成表示照明光光谱分布的数据的任何期望的装置。例如，传感器404可包括光谱仪、分光辐射度计、电荷耦合器件(CCD)、电荷注入器件(CID)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、光电二极管阵列。在一些实施例中，传感器404接收来自诸如透镜的分束器的照明光，以便投射向组织的照明光不受传感器404的影响。
控制器406从传感器404接收表示光谱强度分布的数据，并且包括计算机实现的程序设计以调整光源402和传感器404。此类调整通常包括基于所接收的数据来分析光源402的辐照度分布模式，以便为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源402的定位。
控制器406包括或被链接到计算机实现的程序设计。通常，控制器406包括一个或更多计算机或其它包括中央处理单元(CPU)的装置并且引导其它装置执行某些功能或动作。计算机包括能存储编码数据并且能被设置或被编程来以高速执行数学或逻辑运算的电子装置。控制器是已知的并且对用于所述的照明***400和方法300的特定方面的期望的控制器的选择是在现有技术的范畴之内。
计算机控制的照明***400可随期望地包括其它组件。例如，计算机控制的照明***400可包括以下中的至少一个：投射***(未示出)，向组织投射照明光。投射***可期望地放大、减小或改变组织区域上照明光的覆盖区域的几何形式并且可包括任何期望的光学设备来实现这个。例如，该投射***可包括透镜并且可将照明光聚集到组织区域上，该组织区域对应于将被照明的组织区域的形式。
在一个实施例中，计算机控制的照明***400布置在内窥镜***的照明光导的近端。该计算机控制的照明***400发射被引导至照明光导中的照明光。照明光经由照明光导被传导通过内窥镜至内窥镜体的远端，在这里它离开内窥镜***并且照明组织。
在其它实施例中，计算机控制的照明***400可被结合或可附着到内窥镜、手术显微镜或其它光学装置诸如耳镜、光纤、光纤束、液体光导和类似装置，以将照明光提供到组织或位于其它难以到达的位置的其它材料。
在一个实施例中，控制器406可位于传感器404的远程位置。从传感器404到控制器406的数据的传送可通过穿过导线传输的电信号、穿过光纤传输的光信号或其它光学传输方法来实现，或它可通过无线通讯手段、诸如无线电波或其它类型的无线装置或网络、或随期望的其它类型来传送。
控制器406处理从传感器404接收的数据来分析光源402的辐照度分布模式。控制器406还为在预定的可治疗表面区域之内获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源402的定位。在分析辐照度分布模式的过程中，控制器406可处理数据以生成三维模型中的多个密度锥体，以期望布局定位多个密度锥体以及在一个或更多位置测量辐照度的密度。而且，控制器406可使用处理的数据而优化一个或更多光源402的定位，以便控制计算机控制的照明***400所生成的照明光。
在又一实施例中，如图5所示，提供一种计算机控制的辐射***500，包括：辐射源502，配置成发射辐射；传感器504，配置成探测辐射并且传送与辐射对应的数据；以及控制器506，配置成基于所接收的数据来分析辐射源502的辐射分布模式以便为获取期望的辐射分布而优化一个或更多辐射源502的定位。
辐射发射源包括LED的可挠阵列、荧光灯泡、长丝灯泡、LED灯、光学光谱过滤器、LED灯和荧光体转换器、以及半导体纳米晶体光子转换器的组合。而且，辐射包括一个或更多电磁辐射类型的组合，包括但不限于，光、可见光、非可见光、紫外、红外、射频、x射线以及微波。
在本发明的各种实施例中，提供了计算峰值光谱分布并且由此实现光疗装置中光的均匀分布的方法。然而，实施例并不是限制性的并且可结合不同的应用而被实现。本发明的应用能延伸到其它领域，例如照明、加热或被配置用于随着距离反向变化的参数的均匀分布的任何此类装置。本发明提供实现空间变化的参数的均匀分布的广义原理，能适于类似的照明和/或声学和/或电信和/或通讯***中。该设计可进一步实行并且以各种形式和规格来实现。
使用本文描述的照明***和方法的LED的安排确保了跨照明的整个表面区域的均匀治疗剂量。
光疗治疗中的均匀辐照度将胆红素更快地降低到安全水平，这导致了更短的治疗时间。因此，为实现更好的结果，有效的光疗将在给定的时间间隔内产生更好的响应。
本书面说明使用实例描述本文主题，其中包括最优模式，并且还使本领域任何技术人员能够制作和使用该主题。该主题的可取得专利的范畴由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果其它实例具有与权利要求的文字语言并无区别的结构单元，或它们包括与权利要求的文字语言无实质差别的等同的结构单元，那么它们意在落在权利要求的保护范畴内。

Claims (11)

1.一种计算峰值光谱辐照度的方法，该方法包括：
为确定辐照度分布模式而表征光源(202)；
基于所述辐照度分布模式来生成三维模型中的多个密度锥体；
以期望的布局定位所述多个密度锥体；
在一个或更多位置测量辐照度的密度；以及
为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源(202)的所述定位。
2.一种照明***，包括：
至少一个光源(202)，配置成发射照明光；
传感器(204)，配置成探测从所述光源(202)散发的所述光并且传送表示所述散发光的所述辐照度分布的信号；
处理器(206)，被配置用于从所述传感器(204)接收所述信号，基于所接收的信号来表征所述光源(202)的所述辐照度分布模式，基于所述辐照度分布模式来生成三维模型中的多个密度锥体以及用于在一个或更多位置测量辐照度的密度；以及
耦合到所述处理器(206)控制器(208)，用于为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源(202)的所述定位。
3.如权利要求2所述的照明***，其中所述光源(202)包括发光二极管、荧光灯、长丝灯泡、LED灯、光学光谱滤波器、LED灯及荧光体转换器、半导体纳米晶体光子转换器中的一个。
4.如权利要求2所述的照明***，包括光疗装置、光动力学治疗装置和/或诊断装置中的一个。
5.如权利要求2所述的照明***，还包括光学滤波器，可操作地配置成以空间一致的方式来分布照明光。
6.一种照明组织的方法，用于光疗、光动力学治疗或诊断中的至少一个，所述方法包括：
使用光源(202)生成照明光；
使用传感器(204)探测所述照明光并且传送与所述照明光对应的数据；
基于所接收的数据来分析所述光源(202)的辐照度分布模式，以便为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源(202)的所述定位；以及
将具有期望的辐照度分布的所述照明光引导向目标组织。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述照明光包括紫外(UV)光、蓝光、可见光、近红外(NIR)光以及红外(IR)光中的一个。
8.一种计算机控制的照明***，包括：
光源(202)，配置成发射所述照明光；
传感器(204)，配置成探测所述照明光并且传送与所述照明光对应的数据；以及
控制器(208)，配置成基于所接收的数据来分析所述光源(202)的辐照度分布模式，以便为获取期望的辐照度分布而优化一个或更多光源(202)的所述定位。
9.如权利要求8所述的计算机控制的照明***，其中所述照明光源(202)包括发光二极管、荧光灯、长丝灯泡、LED灯、光学光谱滤波器、LED灯和荧光体转换器、以及半导体纳米晶体光子转换器中的一个。
10.一种计算机控制的辐射***，包括：
辐射源，配置成发射所述辐射；
传感器(204)，配置成探测所述辐射并且传送与所述辐射对应的数据；以及
控制器(208)，配置成基于所接收的数据来分析所述辐射源的辐射分布模式，以便为获取期望的辐射分布而优化一个或更多辐射源的所述定位。
11.如权利要求10所述的计算机控制的辐射***，其中所述辐射包括光、可见光、非可见光、紫外、红外、射频、x射线、以及微波中的一个。
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