專利名稱：大功率紫綠紅led光診斷治療儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種治療儀，特別涉及一種大功率紫綠紅LED光診斷治療儀。
背景技術(shù)：
光療作為一種有效的治療手段，在臨床和工程上正得到越來越廣泛的應(yīng)用。光療 的理論基礎(chǔ)是生物組織吸收光能并將光能轉(zhuǎn)變成熱能和化學(xué)能從而導(dǎo)致體內(nèi)產(chǎn)生一系列 連鎖的化學(xué)反應(yīng)。這些化學(xué)反應(yīng)，概括起來有四種類型光致分解、光致氧化、光致聚合和光 致敏化。不同波段的光所產(chǎn)生的生物效應(yīng)也有不同，由此，人們研究開發(fā)了一些針對不同疾 病的不同波段的治療方法和治療儀器。概括的講，紅外光主要是利用它的熱效應(yīng)，機(jī)體吸收 紅外光后引起體溫升高，局部或全身血管擴(kuò)張，血流速度加快促進(jìn)新陳代謝和細(xì)胞增生，有 消炎和鎮(zhèn)痛作用；綠光用于鎮(zhèn)靜，可以診斷、定位惡性腫瘤；紫外光主要利用它的高能輻射 殺菌，治療各種病菌引起的皮膚病，還能激發(fā)卟啉類化合物產(chǎn)生熒光用以診斷癌變細(xì)胞。目前，綜合考慮光敏劑吸收特性和組織光透特性，光動力治療和熒光診斷 使用的光源多為激光光源。隨著半導(dǎo)體工藝的快速發(fā)展，大功率發(fā)光二極管(light emittingdiode, LED)無論是在發(fā)光強(qiáng)度、峰值波長、半波帶寬等各項參數(shù)性能上都有很大 的提高，近年LED技術(shù)逐漸應(yīng)用到激光光源領(lǐng)域，且LED發(fā)光光譜逐漸變窄，甚至可以達(dá)到 IOnm左右的峰寬，同時強(qiáng)度可達(dá)幾十毫瓦的級別.LED光源相比同等功率的激光光源，成本 低廉，壽命長有利于推廣應(yīng)用。因此LED光源可以逐漸替代激光成為新型治療儀的光源。目 前LED光源在國內(nèi)外已開始應(yīng)用于治療多種疾病，但由于輸出光功率小在治療范圍內(nèi)光功 率密度低而影響了治療效果。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有LED激光治療儀由于輸出光功率小在治療范圍內(nèi)光功率密度低而 影響治療效果的缺點，提供一種LED紅光和綠光輸出光功率2W以上，診斷用的紫光輸出的 有效光功率達(dá)0. 8W，并將診斷和治療整合在一起的大功率紫綠紅LED光診斷治療儀。本實用新型的技術(shù)方案是，一種大功率紫綠紅LED光診斷治療儀，包括光學(xué)發(fā)射 頭、電源、控制系統(tǒng)和機(jī)體，其特點是，所述的光學(xué)發(fā)射頭內(nèi)裝有三個帶散熱片的碗形聚光 罩，每個碗形聚光罩內(nèi)的中部裝有基板，基板上以星式對稱分布了同種波段的多個小功率 的LED芯片器件，所述的LED芯片器件是由半導(dǎo)體發(fā)光芯片和光學(xué)準(zhǔn)直透鏡組合成的一個 整體，LED芯片器件整體用一光學(xué)保護(hù)板定位，所述碗式聚光罩的前部安裝一個光學(xué)大透 鏡，在聚光罩的后部安裝一個冷卻裝置，在聚光罩的前側(cè)面設(shè)置有若干通氣孔，所述的每個 LED芯片器件發(fā)出的光經(jīng)各自的光學(xué)準(zhǔn)直透鏡后再經(jīng)光學(xué)大透鏡會聚在作為診治工作區(qū)的 工作面上。所述的每個碗形聚光罩中同種波段的多個小功率的LED芯片器件選擇紫光、綠光 或紅光LED芯片器件，根據(jù)組合光療的需要，選擇紫光、綠光或紅光LED芯片器件中之一種、 二種或三種的組合。[0007]所述的紫光LED芯片器件，其光波段為395nm-415nm，有效光功率大于0. 8W，在工 作距離200mm處紫光匯聚在Φ 60mm區(qū)域內(nèi)的有效光功率能量密度達(dá)到30mW/cm2以上；綠光 LED芯片器件，其光波段為510nm-540nm，有效光功率大于2W ；紅光LED芯片器件，其光波段 為610nm-640nm，有效光功率大于2W ；在工作距離200mm處將LED綠光、紅光匯聚在Φ 60mm 區(qū)域內(nèi)其光功率能量密度達(dá)到80mW/cm2以上。所述的LED芯片器件的光發(fā)射角小于120°。本實用新型的有益效果是由于本實用新型是通過組合光學(xué)系統(tǒng)將多束特定波段 的LED光，匯聚成大功率輸出的LED光，其中綠紅各色光功率均大于2W，紫光有效光功率大 于0. 8W。該光源為窄譜光源，其特定波段為紫光395nm-415nm，綠光510nm-540nm，紅光 610nm-640nm。這些波段能與ALA、血葉啉等光敏劑的吸收光譜相匹配，產(chǎn)生光動力學(xué)作用， 進(jìn)而有效的診斷和治療最常見的面額疾病-痤瘡以及惡性腫痛等疾病。本治療儀的特點1、采用LED作為診治光源，光源恒定、壽命長、價格便宜、有利推廣應(yīng)用。2、效果顯著、見效快、無副作用。3、選擇性好、安全性高、操作簡單。4、非接觸診治，患者易接受。本實用新型診治的基理是病灶組織對光敏劑吸收后代謝的速度不同，在一定 時間內(nèi)，光敏劑僅僅在病灶組織細(xì)胞中積累較高的濃度成為靶組織。當(dāng)經(jīng)特定波段綠光 510nm-540nm，紅光610nm-640nm LED光照射后，產(chǎn)生光動力學(xué)反映生成單態(tài)氧，其毒性導(dǎo) 致病灶靶組織細(xì)胞壞死凋亡，而正常組織不受影響。當(dāng)經(jīng)特定波段紫光395nm-415nmLED光 照射時，那些積聚較高濃度光敏劑的靶組織能受激發(fā)射出610nm-650nm紅橙色的熒光，而 正常組織不會發(fā)出熒光，據(jù)此能診斷出較小病變組織，并為治療提供準(zhǔn)確定位。

圖1為光學(xué)發(fā)射頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為單色LED光發(fā)射頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為光路原理圖；圖4為控制系統(tǒng)線路框圖。
具體實施方式
由圖1、圖2所示，一種大功率紫綠紅LED光診斷治療儀，包括光學(xué)發(fā)射頭、電源、 控制系統(tǒng)和機(jī)體，其特點是，所述的光學(xué)發(fā)射頭內(nèi)裝有三個帶散熱片的碗形聚光罩3，每個 碗形聚光罩3內(nèi)的中部裝有基板2，基板2上以星式對稱分布了同種波段的12個小功率的 LED芯片器件1，所述的LED芯片器件1是由半導(dǎo)體發(fā)光芯片8和光學(xué)準(zhǔn)直透鏡5組合成的 一個整體，所述的LED芯片器件的光發(fā)射角小于120°，LED芯片器件整體用一光學(xué)保護(hù)板 6定位，所述碗式聚光罩3的前部安裝一個光學(xué)大透鏡4，在碗式聚光罩3的后部安裝一個 冷卻裝置9，在碗式聚光罩3的前側(cè)面設(shè)置有若干通氣孔7，由圖3所示，每個半導(dǎo)體發(fā)光芯 片8發(fā)出的光經(jīng)各自的光學(xué)準(zhǔn)直透鏡5和再經(jīng)光學(xué)大透鏡4會聚在作為診治工作區(qū)的工作 面10上。本實用新型通過組合光路輸出LED光的光功率大已達(dá)到瓦級，綠光、紅光均能單獨輸出光功率2W以上，紫光輸出的有效光功率大于0. 8W，每個碗形聚光罩內(nèi)光學(xué)發(fā)射頭主 要是由多個個小功率LED芯片器件和光學(xué)組合透鏡構(gòu)成，該光學(xué)系統(tǒng)能在工作距離200mm 處將LED綠光、紅光匯聚在Φ60mm區(qū)域內(nèi)其光功率能量密度達(dá)到80mW/cm2以上，而紫光匯 聚在Φ60πιπι區(qū)域內(nèi)的有效光功率能量密度達(dá)到30mW/cm2以上，達(dá)到相應(yīng)治療和診斷的使 用閾值要求。冷卻裝置9根據(jù)LED光源的功率大小采用強(qiáng)制風(fēng)冷或半導(dǎo)體制冷方式。本實用新型是三個碗形聚光罩組裝在一個板面上構(gòu)成一個儀器光學(xué)發(fā)射頭，所述 的每個碗形聚光罩3中同種波段的多個小功率的LED芯片器件1選擇紫光、綠光或紅光LED 芯片器件，根據(jù)組合光療的需要，選擇紫光、綠光或紅光LED芯片器件中之一種、二種或三 種的組合。本實用新型控制系統(tǒng)如圖4線路框圖所示，它主要包括控制系統(tǒng)復(fù)位和啟動電 路、光功率預(yù)置電路、光輻射控制開關(guān)電路、LED光驅(qū)動電源、校準(zhǔn)系統(tǒng)。1.控制系統(tǒng)復(fù)位和啟動電路這是一個雙向的控制系統(tǒng)，采用看門狗電路，每 20ms/次進(jìn)行一次檢測，軟硬件雙重保護(hù)，確保控制系統(tǒng)和系統(tǒng)復(fù)位/啟動系統(tǒng)正常工作。2.光功率預(yù)置值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后控制LED驅(qū)動電源的輸出電流。通過調(diào)節(jié)輸出電流 控制LED光功率的大小。3.光輻射控制開關(guān)電路是一個雙路信號相與的控制開關(guān)電路外部開啟信號一 路送控制系統(tǒng)，經(jīng)控制系統(tǒng)判斷后(系統(tǒng)是否處于準(zhǔn)備狀態(tài)以及急停保護(hù)開關(guān)和連鎖開關(guān) 工作是否正常)給出開啟信號，另一路經(jīng)、急停保護(hù)開關(guān)和連鎖開關(guān)給出，兩路開啟信號相 與后控制LED光輻射的開關(guān)。4. LED光驅(qū)動電源采用恒壓恒流源，共3組分別驅(qū)動相應(yīng)的LED組合芯片(紫、綠、 紅)，輸出電流經(jīng)取樣電阻取樣A/D轉(zhuǎn)換后送控制電路。5.校準(zhǔn)系統(tǒng)LED光電流和LED光功率的對應(yīng)關(guān)系通過查表的形式在裝置生產(chǎn)時 已規(guī)定?？紤]到使用后會有偏差，本裝置帶有LED光功率校正系統(tǒng)，可以通過面板按鍵，修 改電流/光功率對照表。應(yīng)用實例用本治療儀輸出綠光LED光波段為510nm-540nm光功率大于2W，紅光LED光波段 為610nm-640nm光功率大于2W。在Φ 60mm的工作區(qū)內(nèi)，光功率能量密度達(dá)到80mW/cm2以 上，在某三甲醫(yī)院激光額面室臨床用于診斷和治療痤瘡，取得滿意效果。輸出紫光LED光波 段為405nm士 lOnm，有效光功率為0. 8W，在Φ 60mm的工作區(qū)內(nèi)進(jìn)行病灶區(qū)快速照射，可用肉 眼直接觀察到紅橙色熒光以便有效的診斷出較小的病變組織，也可通過窄帶濾光片照相來 記錄熒光。
權(quán)利要求一種大功率紫綠紅LED光診斷治療儀，包括光學(xué)發(fā)射頭、電源、控制系統(tǒng)和機(jī)體，其特征在于，所述的光學(xué)發(fā)射頭內(nèi)裝有三個帶散熱片的碗形聚光罩，每個碗形聚光罩內(nèi)的中部裝有基板，基板上以星式對稱分布了同種波段的多個小功率的LED組合芯片器件，所述的LED芯片器件是由半導(dǎo)體發(fā)光芯片和光學(xué)準(zhǔn)直透鏡組合成的一個整體，LED芯片器件整體用一光學(xué)保護(hù)板定位，所述碗式聚光罩的前部安裝一個光學(xué)大透鏡，在聚光罩的后部安裝一個冷卻裝置，在聚光罩的前側(cè)面設(shè)置有若干通氣孔，所述的每個LED芯片器件發(fā)出的光經(jīng)各自的光學(xué)準(zhǔn)直透鏡后再經(jīng)光學(xué)大透鏡會聚在作為診治工作區(qū)的工作面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率紫綠紅LED光診斷治療儀，其特征在于，所述的每個碗 形聚光罩中同種波段的多個小功率的LED芯片器件選擇紫光、綠光或紅光LED芯片器件，根 據(jù)組合光療的需要，選擇紫光、綠光或紅光LED芯片器件中之一種、二種或三種的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率紫綠紅LED光診斷治療儀，其特征在于，所述的紫光 LED芯片器件，其光波段為395nm-415nm，有效光功率大于0. 8W，在工作距離200mm處紫光匯 聚在Φ 60mm區(qū)域內(nèi)的有效光功率能量密度達(dá)到30mW/cm2以上；綠光LED芯片器件，其光波 段為510nm-540nm，有效光功率大于2W ；紅光LED芯片器件，其光波段為610nm-640nm，有效 光功率大于2W ；在工作距離200mm處將LED綠光、紅光匯聚在Φ 60mm區(qū)域內(nèi)其光功率能量 密度達(dá)到80mW/cm2以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率紫綠紅LED光診斷治療儀，其特征在于，所述的LED芯 片器件的光發(fā)射角小于120°。
專利摘要本實用新型公開了一種大功率紫綠紅LED光診斷治療儀，包括光學(xué)發(fā)射頭、電源、控制系統(tǒng)和機(jī)體，特點是，光學(xué)發(fā)射頭內(nèi)裝有碗形聚光罩，聚光罩內(nèi)的中部裝有基板，基板上裝有同種波段的多個小功率的LED組合芯片器件，LED芯片器件由光學(xué)保護(hù)板定位，聚光罩前部裝有光學(xué)大透鏡，后部裝有冷卻裝置，前側(cè)面置有若干通氣孔，LED芯片器件發(fā)出的光經(jīng)光學(xué)大透鏡會聚在作為診治工作區(qū)的工作面上。本實用新型有益效果是由于本實用新型是通過組合光學(xué)系統(tǒng)將多束特定波段的紫綠紅LED光，匯聚成大功率輸出的LED光，這些波段能與ALA、血葉啉等光敏劑的吸收光譜相匹配，產(chǎn)生光動力學(xué)作用，進(jìn)而有效的診斷和治療最常見的面額疾病-痤瘡以及惡性腫痛等疾病。
文檔編號A61B5/00GK201701200SQ20102023667
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者吳鴦, 曲世浦, 賈鋒 申請人:上海市激光技術(shù)研究所