用于治療腦疾病的近紅外光治療儀的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種近紅外光治療儀，包括能發射近紅外光的光源、光源的載體，固定載體的半球面支架，驅動所述光源發光的驅動器、用于向驅動器提供控制光源的信號控制器、整個系統的信息輸入輸的人機交互模塊以及電源模塊，所述人機交互模塊與控制器的輸入端連接，控制器的輸出端與驅動器的輸入端連接，驅動器的輸出端與光源連接，所述電源模塊與驅動器、控制器、人機交互模塊連接；所述光源照射范圍覆蓋整個前額，下齊眉骨，包繞太陽穴，頭頂，后腦勺，下齊頸部上緣，所述光源的波長范圍為600nm～900nm。我們獨創性地將近紅外光引入到頭部功能疾病的治療當中，提供了一種無創的，成本低廉、方便實用的腦部功能疾病的治療儀器。
【專利說明】用于治療腦疾病的近紅外光治療儀

【技術領域】
[0001]本發明涉及生物醫學工程【技術領域】，具體是一種用于治療腦疾病的近紅外光治療儀。

【背景技術】
[0002]近些年來腦部疾病的種類越來越多，發病率也越來越聞,例如中風、創傷后腦功能異常癥、少兒多動癥、抑郁癥、閱讀障礙、記憶缺失、更年期綜合癥、老年癡呆癥等。腦功能疾病對人類健康的危害越來越大，它不但影響病人的壽命和生活品質/狀況，甚至影響病人家庭的幸福。人們對腦部疾病預防和治療的需求也是越來越大。目前主要治療方法是藥物治療或手術治療，還有養生治療、中醫治療等輔助治療。藥物治療會產生副作用、毒性反應、變態反應、繼發性反應、后遺效應和致畸作用，對人體的傷害是不可估量的。手術治療屬于有創治療，對人腦的傷害極大，其后遺癥隨時都有可能造成病人肢體麻木、疼痛、運動不靈、語言不利，甚至腦癱等情況。養生療法和中醫療法的療效目前還處在不被廣泛認可或療效不明確不可控的階段。腦功能疾病治療需要新更好的技術。
[0003]隨著科技的發展與進步，以及人們對腦健康的重視，新興的治療方式也隨之產生。目前開始進入市場的新治療手段，有磁共振治療、紅外線治療。但是，這些治療都有一些弊端:磁共振治療因其條件有限未能在大部分人群中普及開來，存在電離輻射對人體的危害，而且身體內有金屬的人不能用；紅外線治療，則是基于熱作用的治療，不是根本性治療，無法達到治療預期效果。
[0004]目前相關的屬于新型腦疾病治療技術的專利申請中，有一項是用電磁波對腦部疾病進行治療，即發明專利W02011072472A1，該項專利采用532nm、980nm、1470nm、2000nm以及2100nm波長電磁波輻射來實現治療，主要利用熱作用來治療，與本發明不同。另一項相關發明專利CN102186538A，通過產生脈沖電磁場對腦部治療，同樣與本發明技術治療機理不同，而且其對人的身體治療存在條件限制，還帶輻射傷害，并且技術要求高，治療設施昂蟲貝ο


【發明內容】

[0005]本發明的目的在于解決上述現有技術存在的缺陷，提供一種無創的光治療腦功能疾病的儀器，該儀器通過調節照射到腦部內病灶組織區域、照射強度、輻照時長以及閃爍頻率，使光以一定的強度和閃爍頻率照射到指定的病灶，一方面，使該區域的線粒體及相關酶活性升高或大量增加，從而引起一系列較強的生理反應，進而修復受損神經元；另一方面，照射使該區域的血液動力學增強，也進一步促進病灶區域的修復，從而對小兒多動癥，抑郁，中風和更年期綜合征等腦疾病產生顯著的療效。
[0006]我們提出一種基于近紅外光治療腦功能疾病的發明。該技術通過近紅外光的照射，利用其光電生物效應活躍腦部特定部位的線粒體，從而提高酶的代謝，使細胞再生來修復神經元組織；同時近紅外光還可以促進局部滲出物的吸收，使血管擴張，血流加速，有明顯的增強血液循環的作用，疏通病灶區域的栓塞，以及增強腦疾病修復所必需的血氧供應和代謝，以產生顯著的治療效果。我們獨創性地將近紅外光引入到頭部功能疾病的治療當中，提供了一種無創的，成本低廉、方便實用的腦部功能疾病的治療儀器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發明近紅外光治療儀結構示意圖；
[0008]圖2為本發明圓形光源載體的連接圖；
[0009]圖3為本發明光源載體上光源的分布圖一(R = 15mm, LED呈放射狀排布，包含13顆 LED)；
[0010]圖4為本發明光源載體上光源的分布圖二(R = 15mm, LED呈行列式排布，包含11顆 LED)；
[0011]圖5為本發明光源載體上光源的分布圖三(R = 20mm, LED呈放射狀排布，包含19顆 LED)；
[0012]圖6為本發明光源載體上光源的分布圖四(R = 20mm, LED呈行列式排布，包含16顆 LED)；
[0013]圖7為本發明多邊形光源載體及其光源分布示意圖；
[0014]圖8為本發明治療儀使用狀態圖；

【具體實施方式】
[0015]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0016]本發明提供一種近紅外光治療儀，包括能發射近紅外光的光源、光源的載體，固定載體的半球面支架、驅動所述光源發光的驅動器、用于向驅動器提供控制光源的信號控制器、整個系統信息輸入輸出的人機交互模塊以及電源模塊。所述光源最大照射范圍覆蓋整個頭部，包括整個前額，下齊眉骨，包繞太陽穴，頭頂，后腦勺，下齊頸部上緣。
[0017]本發明的光源載體的形狀可以是圓形,所述圓形載體的直徑為20mm?60mm,對于未加彎曲的載體，其直徑優選值為20mm?30mm ;當圓形載體的直徑為30mm?60mm時,通過增加一定的彎曲度，以改善與腦外表面的貼合度，彎曲的曲率半徑應大于圓塊半徑的數倍，該倍數范圍應大于2。
[0018]本發明的光源載體的形狀還可以是多邊形，所述多邊形載體的邊長為Omm?60mm,對于未加彎曲的多邊形載體,多邊形載體的邊長優選為1mm?30mm。當多邊形載體的邊長為30_?60mm時,通過增加一定的彎曲度，以改善與腦外表面的貼合度，彎曲的曲率半徑應大于多邊形最長對角線的數倍，該倍數范圍應大于2。
[0019]本發明所述光源的載體可以使用線和光源載體上的孔進行相互連接，將載體串成半球面狀的近紅外光源支架，所述線可以采用彈性和非彈性材料。所述孔位于載體上，對于圓形載體，孔距圓周3mm?5mm,直徑為0.5mm?2mm,每塊圓形載體包含6個孔,相鄰兩個孔與圓心連線的夾角為60° ;對于多邊形載體，孔位于每條邊的中垂線上，距邊3mm?5mm，直徑為0.5mm?2mm。
[0020]本發明所述光源的載體還可以嵌入帶有圓形鏤空或多邊形鏤空的半球面狀的支架內。半球面狀支架的材料可以是彈性和非彈性的。對于圓形鏤空支架，相鄰兩圓形鏤空圓心間的球面距離為2R+lmm?2R+10mm(R為圓形鏤空的半徑)；對于多邊形鏤空,兩相鄰多邊形相鄰邊間距離為Imm?1mm,典型值為3mm?8mm。
[0021]所述光源的載體上分布著一個以上的近紅外光源。所述近紅外光源可采用集成近紅外LED，也可以采用光纖傳輸近紅外光并通過散射片散射形成與光源載體投射面積和形狀相同的光源。
[0022]所述近紅外光源可以以行列方式排列于光源載體上，相鄰兩光源間距5mm?15mm,最外層光源距圓周或多邊形邊的距離為3mm?8mm。
[0023]所述近紅外光源還可以以同心圓放射狀分布于光源載體上。對于圓形載體，最外層光源距圓周的距離為3mm?8mm，優選值為4mm，5mm ;相鄰兩層光源沿徑向的距離為5mm?8mm,優選值為5mm, 6mm, 7mm ;各層相鄰兩光源與圓心連線的夾角為10°?120° ,優選值為10°，15° ,30° ,40° ,60° ,90° ,120° ;對于多邊形載體，最外層光源距離其臨近邊的距離為3mm?8mm,優選值為4mm, 5mm ;相鄰兩層光源沿徑向的距離為5mm?8mm,優選值為5mm, 6mm, 7mm ;各層相鄰兩光源與多邊形中心連線的夾角為10°?120° ,典型值為
10。,15° ,30° ,40° ,60° ,90° ,120° 。
[0024]所述近紅外光源在載體上以串聯或并聯或串并聯結合方式連接在一起，并通過一個統一驅動接口引出，所述驅動接口位于載體的非LED面。
[0025]所述近紅外光源波長范圍為600nm?900nm,優選值為780nm?850nm。
[0026]本發明的所述驅動器用于驅動光源，使光源發射近紅外線。其輸出端與所述光源載體驅動接口連接，輸入端與控制器連接。所述驅動器包括模擬調光信號發生器或數字調光信號發生器或兩者同時包含。
[0027]所述控制器用于向驅動器提供控制光源的信號，接受并處理人機交互的輸入信號，提供顯示器顯示信號等。控制器通過數字調光接口和模擬調光接口與驅動器連接，通過地址線和數據線與人機交互模塊連接。
[0028]本發明的人機交互模塊包括信息輸入設備和信息輸出設備。所述信息輸入設備的輸入信息包括光源亮滅狀態、亮度、閃爍頻率、輻照時間等控制器決策信號，信息輸出設備顯示設備的狀態信息，包括光源的電流大小、閃爍頻率、亮滅狀態、已輻照時間和病人信息等；信息輸入輸出設備與控制器可以通過有線或無線的方式連接。
[0029]本發明的電源模塊包括主電源和輔助電源，主電源為驅動器供電，輔助電源為除驅動器以外的其他設備供電。
[0030]實施例1:
[0031]在本實施例中，采用圓塊電路板作為光源載體，采用近紅外發光LED作為近紅外光源，通過圓塊電路板上的孔，使用彈性繩將模塊串接成頭盔狀。采用的圓塊電路板的直徑為 15mm。
[0032]在圖2中展示了圓塊電路板的連接方式。如圖2中所示，每塊電路板上有六個圓孔，每個孔圓心距電路板圓周的距離Dl,取值范圍應滿足1.5mm ^ Dl ^ 3mm,圓孔直徑rl,取值范圍應滿足0.5mm ^rl ^ 2_，相鄰兩圓孔與電路板圓心連線之間的夾角為60°。電路板通過穿過圓孔的彈性繩相互連接形成LED光源載體。共需要59塊圓塊電路板。
[0033]在本實施例中，每塊圓塊電路板上的LED分布按同心圓放射狀排列，共需13顆LED，構成近紅外光發射陣列。如圖3所示，LED采用放射狀排布，其中，D3為最外層LED距圓周的距離，取值范圍應滿足3mm彡D3彡8mm,典型值為4mm，5mm ；D2為相鄰兩層LED沿徑向的距離，取值范圍應滿足5mm ^ D2 ^ 8mm,典型值為5mm, 6mm, 7mm ;本實施例中，每塊圓塊電路板上分布三層LED光源。α、β分別為最外層和次外層相鄰兩顆LED與圓心連線的夾角，α =40°，β = 120°。每塊圓塊電路板上的所有LED采用串聯方式連接。
[0034]本實施例的驅動器采用集成LED驅動芯片，最大3通道輸出，每個通道可驅動一個圓塊電路板上的所有LED。芯片包括3個獨立的模擬調光端口和3個數字調光端口，通過調節模擬調光端口上的電壓大小控制對應通道的電流(電壓)大小(即LED的亮度)，通過控制數字調光端口上的電平高低控制對應通道的開關，即LED的亮滅，通過在此通道輸入一定頻率方波，實現LED閃爍。
[0035]本實施例包括59塊圓塊電路板，共需59路獨立模擬電壓信號和59路獨立數字方波信號，分別用以模擬調光和亮滅控制。
[0036]模擬電壓信號通過3-8譯碼器和8通道8位DA芯片配合控制器產生，本實施例中共用I片3-8譯碼器和8片上述DA芯片，8片DA公用一條8位數據總線，通過地址編碼，使一次只能一片DA的一個通道可以得到數據總線上的數據。3-8譯碼器的每一個輸出都接至一片DA芯片的轉換控制引腳。對于3-8譯碼器的三個地址輸入端(作為片選)，可編碼8個輸出端，對于一個地址輸入，只有一個輸出端有效，對應連連接于此的DA芯片也使能DA轉換，DA芯片也具有3個地址輸入端(作為位選)，編碼8個DA轉換通道。即可通過6個地址位編碼64個DA輸出通道，進而可產生64路獨立的電壓信號。
[0037]數字方波信號通過3-8譯碼器和8位鎖存器芯片配合控制器實現。本實施例公用I片3-8譯碼器和8片8位鎖存器，8片鎖存器共用一條8位數據總線，通過地址編碼，使某一時刻數據總線上的的數據只能輸出到一片鎖存器的輸出端上。3-8譯碼器的每一個輸出都接至一片鎖存器芯片時鐘引腳。對于3-8譯碼器的三個地址輸入端，可編碼8個輸出端，對于一個地址輸入，只有一個輸出端有效，當此輸出由無效變為有效是時，在接至此引腳的鎖存器芯片的時鐘引腳上產生一個時鐘沿，此時鐘沿可觸發鎖存器將8為輸入數據傳至輸出端，當上述有效位再次變為無效時，產生一個相反方向時鐘沿，使鎖存器輸出不再跟隨鎖存器輸入，因此可通過時鐘沿的有無來決定輸出是改變還是保持，共可產生獨立64路數字方波信號。
[0038]本實施例的控制器采用單片機作為控制核心，通過程序控制通用1 口，作為數字方波信號發生模塊和模擬電壓信號發生模塊的地址輸入(包括片選和位選)和數據輸入，實現對每塊圓塊電路板上LED的亮滅以及亮度的控制。
[0039]人機交互模塊由鍵盤和顯示器組成，鍵盤采用4x4矩陣鍵盤，鍵盤驅動程序采用行掃描法。顯示器可以采用OLED顯示屏。
[0040]本發明的電源模塊，包括主電源和輔助電源。主電源提供給集成LED驅動器和輔助電源使用，所需電壓較高，采用220V輸入36V輸出的開關電源模塊；輔助電源主要用于控制器，鍵盤和顯示器供電，電壓比較低，采用三端穩壓器從主電源降壓得到。
[0041]實施例2:
[0042]本實施例采用如圖4所示的LED排布方式，其他部分與實施例1完全相同。
[0043]實施例3:
[0044]本實施例采用如圖5所示的LED排布方式，且圓塊電路板的半徑R = 20，其他部分與實施例1完全相同。
[0045]實施例4:
[0046]本實施例采用如圖6所示的LED排布方式，且圓塊電路板的半徑R = 20，其他部分與實施例1完全相同。
[0047]實施例5:
[0048]本實施例的光源載體采用多邊形光源載體，光源分布采用同心圓放射狀分布，其它部分與實施例1完全相同。如圖7所示。
[0049]實施例6:
[0050]本實施例的人機交互模塊采用觸摸屏代替實施例1中的鍵盤和顯示器，其他部分與實施例1完全相同。
[0051]實施例7:
[0052]本實施例的人機交互模塊采用PC機來實現，PC機與微控制器之間通過UART實現信息的交換。如圖8。
[0053]實施例8:
[0054]本實施例的人機交互模塊采用手機來實現，手機與為控制器之間通過藍牙或者WiFi實現通信。
[0055]本發明的近紅外線主要采用的是光電生物效應，具體一點就是:利用其光電生物效應活躍腦部特定部位的線粒體，從而提高酶的代謝，使細胞再生來修復神經元組織；同時近紅外光還可以促進局部滲出物的吸收，使血管擴張，血流加速，有明顯的增強血液循環的作用，疏通病灶區域的栓塞，以及增強腦疾病修復所必需的血氧供應和代謝。
[0056]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種近紅外光治療儀，其特征在于，包括能發射近紅外光的光源、光源的載體，固定載體的半球面支架，驅動所述光源發光的驅動器、用于向驅動器提供控制光源的信號控制器、整個系統的信息輸入輸的人機交互模塊以及電源模塊，所述人機交互模塊與控制器的輸入端連接，控制器的輸出端與驅動器的輸入端連接，驅動器的輸出端與光源連接，所述電源模塊與驅動器、控制器、人機交互模塊連接；所述光源照射范圍覆蓋整個前額，下齊眉骨，包繞太陽穴，頭頂，后腦勺，下齊頸部上緣，所述光源的波長范圍為600nm?900nm。
2.根據權利要求1所述的近紅外光治療儀，其特征在于，所述光源的載體形狀為圓形，該圓形載體的直徑為20mm?60mm ;對于未加彎曲的圓形載體,優選直徑為20mm?30mm ;直徑為30_?60_的圓形載體,通過增加一定的彎曲度，以改善與腦外表面的貼合度，彎曲的曲率半徑為圓塊半徑的2倍以上。
3.根據權利要求1所述的近紅外光治療儀，其特征在于，所述光源的載體形狀為多邊形，該多邊形載體的邊長為Omm?60mm ;對于未加彎曲的多邊形載體,優選邊長為1mm?30mm ;邊長為30mm?60mm的多邊形載體,通過增加一定的彎曲度，以改善與腦外表面的貼合度，彎曲的曲率半徑大于多邊形最長對角線的2倍以上。
4.根據權利要求2或3所述的近紅外光治療儀，其特征在于，包括若干光源的載體，光源的載體之間使用線和載體上的孔進行相互連接，將光源的載體串成半球面狀的支架。
5.根據權利要求4所述的近紅外光治療儀，其特征在于，對于圓形的載體，孔距圓周1.5mm?5mm,孔直徑為0.5mm?2mm,每塊圓形載體包含6個孔,相鄰兩個孔與圓心連線的夾角為60° ;對于多邊形載體，孔位于每條邊的中垂線上，孔距邊3mm?5mm，孔直徑為0.5mm ?2mm。
6.根據權利要求2或3所述的近紅外光治療儀，其特征在于，所述光源的載體嵌入帶有圓形鏤空或多邊形鏤空的半球面狀的支架內，半球面狀支架的材料可以是彈性或非彈性的；對于圓形鏤空支架，相鄰兩圓形鏤空圓心間的球面距離為2R+lmm?2R+10mm, R為圓形鏤空的半徑；對于多邊形鏤空支架，兩相鄰多邊形相鄰邊間距離為Imm?10mm，優選為3mm ?8mm η
7.根據權利要求2或3所述的近紅外光治療儀，其特征在于，所述載體上分布有一個以上的近紅外光源，所述近紅外光源采用集成近紅外LED，或者采用光纖傳輸近紅外光并通過散射片散射形成與光源載體投射面積和形狀相同的光源。
8.根據權利要求2或3所述的近紅外光治療儀，其特征在于，所述近紅外光源以行列方式排列于光源載體上，相鄰兩光源間距5mm?15mm，最外層光源距圓周或多邊形邊的距離為3mm?8mm ；或 所述近紅外光源以同心圓放射狀分布于光源載體上，對于圓形載體，最外層光源距圓周的距離為3mm?8mm,優選為4mm或5mm，相鄰兩層光源沿徑向的距離為5mm?8mm，優選為5mm或6mm或7mm,各層相鄰兩光源與圓心連線的夾角為10°?120° ,優選為10° ,15° ,30° ,40° ,60° ,90° ,120° ;對于多邊形載體，最外層光源距離其臨近邊的距離3mm?8mm,優選值為4mm或5mm ;相鄰兩層光源沿徑向的距離為5mm?8mm,優選值為5mm或6mm或7mm，各層相鄰兩光源與多邊形中心連線的夾角為10°?120°，或值為10°，15°，30。 ,40° ,60° ,90° ,120° 。
9.根據權利要求8所述的近紅外光治療儀，其特征在于，所述近紅外光源在載體上以串聯或并聯或串并聯結合方式連接在一起，并通過一個統一驅動接口引出，所述驅動接口位于載體的非LED面。
10.根據權利要求1所述的近紅外光治療儀，其特征在于，所述光源的波長范圍為780nm ?850nm。
【文檔編號】A61N5/06GK104162233SQ201410450333
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年9月4日 優先權日:2014年9月4日
【發明者】李婷, 胡曉翔 申請人:電子科技大學