专利名称：芯片集成led在光子烧伤治疗中的应用及光子烧伤治疗装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及多芯片集成大功率LED (本文简称为芯片集成LED)在光子治疗中 的应用，以及以芯片集成LED作为单色光源的光子烧伤治疗装置。
背景技术：
目前医院在临床使用的光治疗手段主要有白炽灯、碳化硅棒丝、以及TDP频谱 仪。中国专利94117516.2提供了一种从卤钨灯中过滤出红光治疗烧伤的设备。其缺 点是从灯泡过滤的红光不纯，并含有非治疗用光谱成份，如红外线和少量紫外线。 上述光谱未经特别过滤处理，红外线会产生热量导致皮肤表面细胞干裂脱水死亡。 另一缺点是不能解决大面积和大光功率密度的矛盾。(光功率密度的定义为单位面 积上的光功率，单位mW/cm2)。该设备可以通过增大照射距离来扩大照射面积， 但皮肤表面的光功率密度大大降低，达不到治疗所需的光功率密度的最低阀值，对 大面积烧伤起不到治疗效果。另外还有激光烧伤治疗装置，激光设备也存在不能解 决大面积烧伤的问题。专利ZL200520129964.2，所描述的红光治疗装置，缺点是所使用的发光二极管 功率小，总功率为6W 12W，且容易导致外壳发热，没有解决照射面积和光功率密 度的矛盾。专利ZL200620042286.0,所描述的光动力治疗单元,，是配合光敏剂药物 使用的皮肤癌治疗头。它对光功率密度要求不高，只提供了一种大面积发光二极管 阵列散热的解决方案，没有解决大面积下大光功率密度的问题，无法使用在烧伤领 域，该方案不适用。中国专利02147643.8,所描述的红光治疗装置，同样是采用小 功率发光二极管，它在二极管底衬和散热器之间加了一层印刷电路板。其导热效果 很差，没有解决散热问题。专利ZL200520108617.1，所描述的蓝光治疗装置，为单 颗小功率发光二极管，排列组合成一面阵，即简单组合，虽然总功率可达到15W， 但其光功率密度仅为2mw/cm2，无法适用于大面积烧伤。但其结构和方法都不适用 于大面积和大光功率密度的烧伤治疗。专利ZL200620II0797.1，所描述的LED光 头为多个小功率发光二极管阵列，同样存在光功率密度低的问题。其他类似上述专 利都有类似缺点和问题，尤其不适合烧伤应用。其结构和方法都不适用于大面积和 大光功率密度的烧伤治疗。专利CN2589003Y，所描述的光子治疗装置，光源为30-100W卣钩灯和专利CN1121435A有类似缺陷。专利CN184352A，该专利与 CN200939298Y， CN1795944A有相同的缺陷，不能用于烧伤治疗。综上所述，传统意义上的发光二极管(LED: Light Emitting Diode)可用于皮 肤病如痤疮、红斑痤疮等，配合光动力药物的PDT皮肤癌治疗，但都不能用于大面 积烧伤。原因是传统意义的发光二极管单颗功率都在3W以下不能在大面积时达到 光功率密度(40mW/cm2)的阀值，起不到大面积烧伤治疗作用。发光二极管可以 通过多种组合排列如矩阵、六角形排列扩大面积，但单位面积上的功率即光功率密 度并未增加，也没有解决大面积和大光功率密度的矛盾。大面积和大功率本身问题 容易解决，但大面积与大光功率密度之间的矛盾却都没有解决。而治疗大面积烧伤 医学理论上必需同时要有大面积和大光功率密度G40mW/cm2)同时应用才能达到 应有的治疗效果。芯片集成LED (单个功率〉25w)现已问世，因其体积小、光功率密度大、照射 面大，将是取代普通LED和白炽灯、卤钨灯的新一代照明设备，并且已出现了若干 照明用相关专利。到目前为止，人们对芯片集成LED的认识均局限在照明上的应用， 称为第四代半导体照明光源。却未想到将其应用到光治疗领域中，尤其是将其用在 光子烧伤治疗。发明内容本发明为克服以上现有技术的缺陷，结合芯片集成LED的特点，提供芯片集成 LED在光子烧伤治疗中的应用，并提供一种采用芯片集成LED的光子烧伤治疗装 置。本发明采用的技术方案如下芯片集成LED在光子烧伤治疗中的应用。本发明所述的烧伤按照常规解释是烧伤、烫伤、电击伤、化学伤、冻伤等。 本发明同样的应用方式还可在皮肤科、美容科、外科中应用，适应症包括 皮肤科带状疱疹，斑秃、湿疹等； 美容科黄褐斑、痤疮等； 外科术后感染、关节炎、骨折愈合等。 为解决烧伤治疗中大功率密度和大面积间的矛盾，本发明使用了芯片集成 LED。芯片集成LED和传统意义的LED有着本质的不同。芯片集成LED是利用多 芯片组装(Multi-Chip Module Assembly)技术和倒装焊技术(Flip -Chip Technology) 将一个以上的LED芯片、信号控制芯片与防静电芯片(Electrostatic Discharge)通过工艺集成和组装，形成一个大的可以防静电、可以控制的LED模组。其中LED 芯片可以是不同波长，不同尺寸的LED芯片。根据需要，倒装于不同尺寸，不同形 状，不同材质的底板上面，省略了繁复的封装工艺， 一次性解决LED的散热问题， 同时满足大光功率密度的要求。而传统LED为满足大功率的要求，必须集中许多个 LED的光能才能达到设计要求，但缺点是设备体积大，线路复杂，散热不畅，为了 平衡各个LED之间的电流电压关系供电电路非常复杂。芯片集成LED其结构和封装形式较多，主要有釆用板上芯片直装式(COB) LED封装和系统封装式(Sip) LED封装。COB是Chip on Board的英文縮写。主要 用于大功率芯片阵列的LED封装，大大提高了封装功率密度，降低了封装热阻。Sip 是Sytem in Package的縮写。具有工艺兼容性好，集成度高，成本低，易于分块测 试。目前采用以上技术的多芯片集成LED的功率可以做到25W 1500W，发光面积 为5 X 5麵2~50 X 50纖2。芯片集成LED和传统LED有以下几点主要区别1、功率大，芯片集成LED 单颗功率在25W 1500W之间，传统LED为0.5w 3w之间。2、平面或凸面发光， 芯片集成LED发光面为5X5mn^ 150X 150mn^的平面或凸面发光面，传统LED 为点光源发光。3、电光转换效率高，芯片集成LED的光输出效率为20土2二/。左右， 而传统LED的光输出效率为10%左右。4、高光功率密度，芯片集成LED由于集成 度高功率大，其输出光功率密度是传统LED的数倍到数十倍。本发明所釆用的技术方案在于釆用包含有芯片集成LED制成的照射头，调节升 降与水平距离的可调系统以及控制台。所述照射头除采用芯片集成LED外还包含 LED前端与被治疗体上光线集中的反光罩，防止LED产热过高的散热装置，所述 散热装置包含有散热器及强制冷却的散热风扇；所述控制台包含有机箱面板，机箱 中还安装有电源，信息处理系统与温度感应器，光功率检测器。机箱上有面板触模 显示屏可显示温度、功率密度、时间等，所述信息处理系统由单片机(或计算机) 键盘、显示器及相关的病人管理系统及治疗方案等。本发明使用的芯片集成LED为平面发光，其功率为25w 1500w，发光面积为 5x5mm2 150xl50mm2，波长较佳地选为630nm±20nm，也可采用670nm±20nm的 波长。为解决芯片集成LED的散热器问题，本新发明在LED底衬和散热器之间垫 有导热膏，以减小芯片集成LED底衬和散热器中间空气导热性差对散热效果的影 响。散热器面积远大于芯片集成LED底衬面积。并在散热器上开上下相通的通风槽， 既可解决通风又可扩大散热面积。通常散热器上开槽可以是发射状或网状形状。芯 片集成LED的热量通过散热风扇、散热器使其热量由照射头周边的外壳孔中排出。所述散热器的材料为铜、铝、铝合金等高导热率的材料。本发明芯片集成LED前端反光罩形状为发散状锥形或柱形。可以是圆锥，方锥， 圆柱，方柱，棱柱等。其材料选用铜、铝合金并镀高反光材料，也可选塑料、铁、 铜合、橡胶等镀上高反光材料来做反光罩。本发明芯片集成LED照射头上下调节可以手动，也可电动升降。其电动升降开 关安在控制面板上，当然也可使用脚踏开关控制，其水平调节为可自由转动的活动 臂，设计成可以自由弯曲以调节照射头和控制台的水平距离。照射头安在水平调节 自由转动的活动臂前端支架上，且可调整照射角度，以满足不同照射部位的需要。本发明经反光罩汇聚的照射面积>200 cm2时其人体表面光功率密度〉 40mw/cm2。为扩大照射面积可用扩大锥形反光罩角度，或使用1个以上的芯片集成 LED组合，同时保证光功率密度〉40mw/ci^。这种组合简单方便。多个芯片集成LED 组合时也可改为多个芯片集成LED共同一个反光罩，并扩大散热器面积，同样也能 达到要求。为保证芯片集成LED的正常工作，装置器中设有一个检测LED温度的 温度感应器。在温度超过设定值后，控制台上报警器会发报警信号和停机。本发明中有皮肤表面光功率检测器，可根据病情调节光功率输出大小，其调节 可以手动也可i动调节。本发明由于采用了芯片集成LED，解决了在烧伤治疗中大照射面积和大光功率 密度的问题，使大面积烧伤病人的治疗成为可能。为进一步阐述本发明有关部分，下面结合附图作进一步说明。
图l、是本发明的照射头内部结构示意图的剖视图；图2、是本发明图1的照射头结构示意图的俯视图；图3、是本发明的照射头LED与圆形散热器安装结构示意图；图4、是本发明的照射头LED与方形散热器结构示意图；图5、是本发明总体结构示意图；图6、是本发明供电系统原理框图。
具体实施方式
如图1，图2所示，本发明包括照射头和控制台构成。在照射头中芯片集成LED1 底衬下垫有导热膏2，并紧紧固定在散热器3上，散热风扇的4固定在散热器3上。 反光罩5用螺丝固定在散热器3上，反光罩在LED端开口的直径大小和芯片集成 LED1的正方形对角线长度相同，让芯片集成LED刚好包含在反光罩内。散热器3固定在外壳6上。外壳四周有通风孔7。在外壳6后部开有通风孔及电源线入口。 电源提供芯片集成LED1的恒流电源为24V。芯片集成LED1采用波长为 630nm±20nm，单颗功率为在25W 500W之间。图3为散热器2和芯片集成LED1的安装结构示意图。图3为圆形散热器放射 状开槽，上下开通。开槽尽可能密，以扩大散热器的散热面积。散热器的形状也可 以设计为长方形，正方形，椭圆形，图4即为其中的一种正方形。为扩大照射面积 使用一个以上芯片集成LED集成块组合成所需的芯片集成LED。如可以用多个图3 或图4的结构经简单组合成正方、长方或椭圆形，也可以把多个芯片集成LED固定 在一个更大的散热器上。图5为总体整机结构示意图。8为升降杆。通过控制升降改变照射头6的高度。 9为可水平弯曲和转动的活动臂，14和15为可转动的接口。可使照射头6在360 度旋转。14的转动可调节照射头6和控制台的距离，以满足不同病人照射部位的需 要。13为照射头6和水平活动臂9的固定支架。11为脚踏开关可调节照射头6的高 度。16为控制台底部万向轮。IO为机箱，内装有电源、升降系统、信息处理系统。 12为面板触摸显示屏，可显示温度，光功率密度，时间，同时也能显示病人管理和 治疗>案。17为隐藏式键盘，用于病人及治疗方案输入'。图6为电原理框图，包括控制单元、照射头、单片机/计算机、显示器(包含 温度显示、光功率密度显示、时间显示及病人信息和治疗方案)、电源。应用本发明功率为100W芯片集成LED的治疗装置对烧伤病人治疗有明显疗效。特别是n。新鲜创面中经io次20分钟照射，其有效率达ioo%; m。感染创面15次30分照射有效率毕95%，特别对深度烧伤病人(如电击伤)经照射與很快消 除感染并快速促进创面愈合，避免植皮手术，减少病人痛苦和费用。特别地使用芯片集成LED为平面发光，其功率为25w 1500w，发光面积为 5X5nW 150X 150隱2，波长选为420nm土20nm的蓝光，应用光动力治疗原理，可用 于皮肤痤疮等治疗。波长选为590nm土20nm的黄光与血管的光吸收峰值匹配，在无 热效应作用下安全有效改善微循环，调节细胞活性，可有效改善由于岁月所引起的 皮肤病问题。本发明具有功率大、散热好、治疗照射面积大、使用灵活、操作简便的优点。 特别是解决了大面积与大光功率密度间的矛盾。本发明的说明书只是本发明的较佳具体实施例。凡本技术领域中技术人员依据 本发明的构思，在现有技术的基础上通过逻辑分析，推理或者有限的实验可以得到 的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围内。
权利要求
1、芯片集成LED在光子烧伤治疗中的应用。
2、 根据权利要求1所述的芯片集成LED在光子烧伤治疗中的应用，其特征在 于本发明所述的烧伤包含医学上所称的烧伤、烫伤、电击伤、化学伤、冻伤。
3、 芯片集成LED在皮肤科、美容科、外科中的应用，适应症包括皮肤科带状疱疹，斑秃、湿疹； 美容科黄褐斑、痤疮；外科术后感染、关节炎、骨折愈合。
4、 芯片集成LED光子烧伤治疗装置，包括照射头、调节升降高度与水平距离 的可调系统以及控制台，其特征在于照射头为芯片集成LED照射头，包括芯片集 成LED、衬底、反光罩、散热装置，芯片集成LED通过其衬底固定在散热器上， 反光罩安装在芯片集成LED外端。
5、 根据权利要求1所述的芯片集成LED光子烧伤治疗装置，其特征在于所 述可调系统包含升降杆、水平活动臂、转动接、固定支架脚踏开关；所述控制台包 含rf机箱、面板触摸显示屏，机箱中安装有电源、信肩:处理系统，温度感应器，光 功率检测器；所述信息处理系统包含有单片机或计算机，键盘与显示器。
6、 根据权利要求4所述的芯片集成LED光子烧伤治疗装置，其特征在于所 述芯片集成LED为平面发光，发光面积为5x5mm2 —150x150mm2,功率在25W 1500W之间，波长为630nm士20nm或670nm士20nm红光，或波长为420nm士20nm的 蓝光及590nm土20nm的黄光。 ，
7、 根据权利要求4所述的芯片集成LED光子烧伤治疗装置，其特征在于所 述芯片集成LED衬底和散热器之间垫有导热膏。
8、 根据权利要求4或7所述的芯片集成LED光子烧伤治疗装置，其特征在于 所述散热装置包含散热器和散热风扇，其散热器面积大于芯片集成LED衬底面积； 散热器上开有上下相通的发射状或网状的通风散热槽；散热器用高导热性材料铜、 铝、铝合金制成。
9、 根据权利要求4所述的芯片集成LED光子烧伤治疗装置，其特征在于所 述反光罩用高反光材料的制成，反光材料是铝合金、塑料、铁、铜、橡胶或钢，其 形状为发散状锥形，截面为圆形、方形、多边形或椭圆形。
10、 根据权利要求4所述的芯片集成LED光子烧伤治疗装置，其特征在于 芯片集成LED照射头的升降为手动或电动；电动升降用手控制或用脚踏开关控制。
全文摘要
本发明提供了芯片集成LED在光子烧伤治疗中的应用，以及采用芯片集成LED的光子烧伤治疗装置。所述烧伤包括烧伤、烫伤、电击伤、化学伤、冻伤等。同样的，本发明还可在皮肤科、美容科、外科中应用。治疗装置包含芯片集成LED照射头、可调系统和控制台。本发明可以广泛用于大面积烧伤病人的治疗，各种医学上的烧伤。其照射面积＞200cm<sup>2</sup>光功率密度＞40mW/cm<sup>2</sup>。具有功率大、散热好、使用方便灵活，解决了大面积与大光功率密度间的矛盾。
文档编号A61N5/06GK101219259SQ20071005066
公开日2008年7月16日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者刘先成, 岩 徐 申请人:徐 岩;刘先成