專利名稱：芯片集成led體內(nèi)照射光源頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及多芯片集成大功率LED (本文簡稱為芯片集成LED)單色光作 為光源在人體內(nèi)進(jìn)行治療照射的光源頭。該光源頭結(jié)合光纖、光頭可進(jìn)行體內(nèi)腔道 炎癥治療、與光敏劑配合可進(jìn)行腫瘤光動力治療。
背景技術(shù)：
目前光子用于皮膚病的治療已取得明顯效果，對帶狀皰疹，斑禿、皮炎、濕疣、 傷口感染等表皮疾病應(yīng)用廣泛。但是以上所有專利及市場所售設(shè)備都不能用于體內(nèi)疾病的治療，其原因是傳統(tǒng) 單顆二極管功率小，不能直接用于體內(nèi)照射。二極管面陣可擴(kuò)大總功率，但因二極 管為球面發(fā)光無法經(jīng)過透鏡匯聚成大功率的小光束而進(jìn)入體內(nèi)，而且體積大、散熱 難。申請?zhí)?00510009880.X把發(fā)光二極管做成平面矩陣，再經(jīng)透鏡陣列及石英透鏡 兩次整形，把光匯聚到光纖中。這種方法不具有實際臨床治療意義，原因是發(fā)光二 極管所發(fā)生的光為半球面形狀，經(jīng)透鏡整形時其光損失非常嚴(yán)重。技術(shù)上LED的發(fā) 光光效率為10%左右，即1W的LED發(fā)光光功率為lOOmw，如再加上透鏡損失， 經(jīng)透鏡后的光功率為小于100mw， 一個4W的發(fā)光二極管陣列實際光輸出小于 400mw。這不能滿足治療要求。同時二極管陣列的面積不能任意擴(kuò)大，因為透鏡的 尺寸是有限的在醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用中，要求光功率密度必須大于40mw/cm2才能達(dá)到治療及消炎 的效果，例如德國woldman皮膚治療儀，光功率密度為50mw/cm2~200mw/cm2。激 光可以有很高的光功率密度，但光斑面積小，對大面積炎癥和潰瘍無能為力，故激 光也末用于體內(nèi)炎癥治療。綜上所述，上述專利所使用的發(fā)光二極管陣列及激光不能用于體內(nèi)腔道炎癥等 疾病的治療。傳統(tǒng)二極管功率小，匯聚時光損失大，激光器成本高，光斑小。目前 體內(nèi)光治療還是空白。芯片集成LED (功率〉25w)現(xiàn)已問世，因其體積小、光功率密度大、照射面大 將是取代普通LED和白熾燈、鹵鎢燈的新一代照明設(shè)備，并且已出現(xiàn)了若干照明用 相關(guān)專利。到目前為止，人們對芯片集成LED的認(rèn)識均停留在照明上的應(yīng)用，稱為第四代半導(dǎo)體照明光源。卻未想到將其應(yīng)用到光治療領(lǐng)域中，以拓展光治療應(yīng)用范 圍和療效。發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有光子治療中存在的光功率密度小、光斑小、光功率損耗大 等問題，而不能實現(xiàn)體內(nèi)光子治療的現(xiàn)狀，提出芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭。本 實用新型結(jié)合光纖、光頭，真正實現(xiàn)體內(nèi)腔道炎癥以及體內(nèi)腫瘤的光動力治療。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案如下芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，其特征在于包括芯片集成LED、散熱器、 聚光器、外殼，芯片集成LED背面連接在散熱器上，聚光器一端與芯片集成LED 發(fā)光面連接，另一端連接光纖。本實用新型芯片集成LED聚光器形狀為匯聚狀錐形，可以是圓錐或方錐等。其 材料選用銅、鋁合金并鍍高反光材料，也可選塑料、鐵、銅合、橡膠等鍍上高反光 材料來做聚光器。聚光器可以是另外的結(jié)構(gòu)形式由一個單凹透鏡(一面為凹面， 一面為平面)和一個凸透鏡構(gòu)成，其中單凹透 鏡位于光源前端，凹面朝向光源，凸透鏡位于后端；光纖一頭設(shè)置在凸透鏡焦點(diǎn)處。 聚光器還可以是另一結(jié)構(gòu)形式所述聚光器為非球面透鏡。非球面透鏡為現(xiàn)有技術(shù)，此處無須對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行贅述。以上方案是針對光斑需求較小的情形，光斑需求較大時可取消聚光器。其方案如下芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，其特征在于包括芯片集成LED、散熱器、 外殼，芯片集成LED背面連接在散熱器上，其發(fā)光面直接連接光纖。 本實用新型所述散熱器包括散熱片和風(fēng)扇，風(fēng)扇安裝在散熱器背面。 本實用新型所述芯片集成LED與散熱器中間加導(dǎo)熱膠。散熱器上開上下相通的通風(fēng)槽，既可解決通風(fēng)又可擴(kuò)大散熱面積。通常散熱器 上開槽可以是發(fā)射狀或網(wǎng)狀形狀。芯片集成LED的熱量通過散熱風(fēng)扇使其熱量由光 源頭周邊的外殼孔中排出。所述散熱器的材料為銅、鋁、鋁合金等高導(dǎo)熱率的材料。本實用新型使用的芯片集成LED，其功率為25w 1500w，平面或凸面發(fā)光，發(fā) 光面積為5x5mm2 150xl50mm2，波長較佳地選為630nm士20nm，也可采用670nm士20nm的波長。也可根據(jù)不同疾病選擇相應(yīng)的波長。 本實用新型的有益效果表現(xiàn)在本實用新型使用芯片集成LED (25W 1500W)，使用特別設(shè)計的聚光器，把 超大功率的紅光經(jīng)聚光器后耦合到光纖中。實際測量，以25W的LED光輸出為例， 25Wx20%=5W，經(jīng)聚光器后(光損失<50%)耦合在光纖中，在光纖末端光功率為 5Wx50%=2.5W。 2500mw的光纖末端輸出已能滿足臨床治療要求，使單顆芯片集成 LED體內(nèi)治療能為可能。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步闡述。


圖1為本實用新型采用匯聚式聚光器的結(jié)構(gòu)簡圖 圖2為本實用新型采用透鏡式聚光器的結(jié)構(gòu)簡圖 圖3為本實用新型不采用聚光器形式的結(jié)構(gòu)簡圖圖中標(biāo)記1為芯片集成LED， 2為導(dǎo)熱膠，3為散熱器，4為風(fēng)扇，5為外殼，6 為光纖，7為單凹透鏡，8為凸透鏡，9為聚光器具體實施方式
本實用新型為解決大光功率密度和大面積的矛盾，使用了新型多芯片集成LED 為治療光源。多芯片集成LED又稱單顆超大功率芯片集成LED或多芯片LED模組 等。本實用新型中簡稱芯片集成LED。芯片集成LED是利用多個芯片組裝 (Multi-Chip Module Assembly)技術(shù)和倒裝焊技術(shù)(Flip-Chip Technology)，將一 個或者多個LED芯片，信號控制芯片與防靜電芯片(Electrostatic Discharge)通過 工藝集成和組裝，形成一個大的可以防靜電，可以控制的LED模組，其中LED芯 片可以是不同波長不同尺寸的LED芯片。根據(jù)需要倒裝于不同尺寸，不同形狀、不 同材質(zhì)的底板上面。省略了繁雜的封裝工序， 一次性解決了LED的散熱問題。主要 的封裝形成為COB (Chip on Board)和Sip (System in Package)等。芯片集成LED 和傳統(tǒng)意義的LED的區(qū)別在于1、功率大，芯片集成LED為25W 1500W，傳統(tǒng) LED為0.5W 3W之間。2、芯片集成LED為平面或凸面發(fā)光，而傳統(tǒng)LED為點(diǎn)光 源發(fā)光。3、電光轉(zhuǎn)換效率高。芯片集成LED的發(fā)光效率為20。/。左右，而傳統(tǒng)LED 為10%。 4、高功率密度，芯片集成LED的光功率密度是傳統(tǒng)LED的數(shù)倍到數(shù)十倍。本實用新型使用25W 1500W芯片集成LED,波長選用630±20nm，也可采用 670nm±20nm的波長。使用圓錐形聚光器，直接把光耦合到光纖中。也可先用大面積光纖束直接貼在LED發(fā)光面上，在大面積光纖束后加聚光器。體內(nèi)光纖直徑從 400nm 20mm,根據(jù)部位不同而有所變化。如支氣管用400nm，陰道用20mm等。特別地，在體內(nèi)治療中隨著治療部位的不同光纖的形狀有不同的設(shè)計。例如在 治療消化道炎癥時，使用了光纖為圓柱形的光纖。為便于進(jìn)入消化道，光纖頭的末 端設(shè)計為半圓球置于圓柱體上。形狀也可變?yōu)閳A柱體或平頭。在治療中耳炎、鼻炎 等腔體時可用球形光頭。球的直徑可隨病人的年齡有所改變，如小兒，嬰兒可選用 小直徑的光發(fā)頭，成年人選用大直徑的發(fā)射頭。經(jīng)直腸治療前列腺炎時，可選半圓 面光頭。在配合光敏劑進(jìn)行光動力腫瘤治療時，則需要縮小光纖和光頭尺寸。以上光纖末端光發(fā)射頭的形狀和大小為多種多樣，隨病人年齡，治療部位的不 同而有所改變。同時可改變芯片集成LED的電流來調(diào)節(jié)光輸出量，從而調(diào)節(jié)到達(dá)病灶部位的光 功率。在光功率密度為100mw/ci^時，照射時間優(yōu)選為20分鐘，在光功率密度為 50mw/cm2時，照射時間優(yōu)選為30分鐘。 實施例1如圖1所示，芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，包括芯片集成LED、散熱器、 聚光器、外殼，芯片集成LED背面連接在散熱器上，聚光器一端與芯片集成LED 發(fā)光面連接，另一端連接光纖，芯片集成LED、散熱器、聚光器安裝在外殼內(nèi)。芯片集成LED聚光器形狀為匯聚狀錐形，可以是圓錐或方錐等。其材料選用銅、 鋁合金并鍍高反光材料，也可選塑料、鐵、銅合、橡膠等鍍上高反光材料來做聚光 器。本實用新型聚光器與光纖連接，光纖的另一端連接光頭，聚光器把芯片集成LED 面上發(fā)光光線匯聚到光纖中，光線經(jīng)光纖導(dǎo)入人體腔道內(nèi)，通過光纖末端的光頭對 病灶照射，適用于體內(nèi)各類腔道炎癥，潰瘍，包括內(nèi)科胃炎，氣管炎、支氣管哮喘等；婦科陰道炎、盆腔炎等；消化科食管炎、結(jié)腸炎、咽炎等；口腔科牙周炎、口腔潰瘍等；耳鼻喉科中耳炎等。實施例2在上述實施例中，改用另一種透鏡式聚光器，由一個單凹透鏡(一面為凹面， 一面為平面)和一個凸透鏡構(gòu)成，其中單凹透鏡位于光源前端，凹面朝向光源，凸 透鏡位于后端；光纖一頭設(shè)置在凸透鏡焦點(diǎn)處。所述單凹透鏡也可稱為準(zhǔn)直器。還 可使用非球面透鏡匯聚光線到光纖中實施例3在以上實施例中，取消聚光器，直接將光纖連接在芯片集成LED發(fā)光面上，對 于光斑要求較大的情形適用本實施例。 實施例4在上述實施例3的基礎(chǔ)上，在光纖末端的光頭內(nèi)設(shè)置聚光器，同樣可以達(dá)到實 施例1和2的技術(shù)效果。 實施例5本實用新型通過縮小光纖和光頭尺寸，選擇不同波長，再配合光敏劑可進(jìn)行光 動力腫瘤治療。適應(yīng)癥包括體內(nèi)腫瘤、老年性眼底黃斑、光角化病、尖銳濕疣、 頭頸部晚期磷狀上皮癌。下面給出芯片集成LED和藥物配合治療疾病的對應(yīng)表英文名中文名適應(yīng)癥Photofrin血口卜啉體內(nèi)腫瘤Visudyne維替泊芬老年性眼底黃斑Levulan (5-ALA)5氨基酮戊酸光角化病ALA艾拉尖銳濕疣HpD血卟啉衍生物體內(nèi)腫瘤PsD-007癌光啉體內(nèi)腫瘤YHpD光卟啉體內(nèi)腫瘤Foscan替莫泊芬頭頸部晚期磷狀上皮癌實施例6通常用于消炎選用LED的波長為630土20nm,光功率為25W 1500W，光功率 密度〉40mw/cm2。實際使用中，選用100W體內(nèi)治療如咽炎、中耳炎、陰道炎經(jīng)7 次治療后炎癥基本消除，臨床觀察發(fā)現(xiàn)對體內(nèi)消炎有效率達(dá)95%。
權(quán)利要求1、芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，其特征在于包括芯片集成LED、散熱器、聚光器、外殼，芯片集成LED背面連接在散熱器上，聚光器一端與芯片集成LED發(fā)光面連接，另一端連接光纖。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，其特征在于所述 聚光器形狀為匯聚狀錐形，材質(zhì)為銅、鋁合金并鍍高反光材料，或選用塑料、鐵、 銅合、橡膠等鍍上高反光材料制成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，其特征在于所述 聚光器由一個單凹透鏡和一個凸透鏡構(gòu)成，其中單凹透鏡位于光源前端，凹面朝向 光源，凸透鏡位于后端；光纖一頭設(shè)置在凸透鏡焦點(diǎn)處。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，其特征在于:所述 聚光器為非球面透鏡。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，其特征 在于所述芯片集成LED貼在散熱器上，芯片集成LED與散熱器中間加導(dǎo)熱膠， 散熱器包括散熱片和風(fēng)扇，風(fēng)扇安裝在散熱器背面。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，其特征在于所述 芯片集成LED，其波長為630nm±20nm或670nm±20nm,功率為25w 1500w，平面 或凸面發(fā)光，發(fā)光面積為5x5mm2 150xl50mm2。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，其特征在于散熱 器上開上下相通的通風(fēng)槽，通風(fēng)槽為發(fā)射狀或網(wǎng)狀形狀。
8、 芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，其特征在于包括芯片集成LED、散熱器、 外殼，芯片集成LED背面連接在散熱器上，其發(fā)光面連接光纖，在光纖末端的光頭 內(nèi)設(shè)置聚光器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，其特征在于所述 芯片集成LSD貼在散熱器上，芯片集成LED與散熱器中間加導(dǎo)熱膠，散熱器包括 散熱片和風(fēng)扇，風(fēng)扇安裝在散熱器背面。
專利摘要本實用新型公開了一種芯片集成LED體內(nèi)照射光源頭，解決現(xiàn)有光子治療中存在的光功率密度小、光斑小、光功率損耗大等問題。本實用新型包括芯片集成LED、散熱器、聚光器、外殼，芯片集成LED背面連接在散熱器上，聚光器一端與芯片集成LED發(fā)光面連接，另一端連接光纖。采用本實用新型結(jié)合光纖、光頭，實現(xiàn)了體內(nèi)腔道炎癥以及體內(nèi)腫瘤的光子治療。
文檔編號A61N5/06GK201168349SQ20072008221
公開日2008年12月24日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者劉先成, 巖 徐 申請人:徐 巖;劉先成