专利名称：大功率紫绿红led光诊断治疗仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种治疗仪，特别涉及一种大功率紫绿红LED光 诊断治疗仪。
背景技术：
光疗作为一种有效的治疗手段，在临床和工程上正得到越来越广泛的应用。光疗 的理论基础是生物组织吸收光能并将光能转变成热能和化学能从而导致体内产生一系列 连锁的化学反应。这些化学反应，概括起来有四种类型光致分解、光致氧化、光致聚合和光 致敏化。不同波段的光所产生的生物效应也有不同，由此，人们研究开发了一些针对不同疾 病的不同波段的治疗方法和治疗仪器。概括的讲，红外光主要是利用它的热效应，机体吸收 红外光后引起体温升高，局部或全身血管扩张，血流速度加快促进新陈代谢和细胞增生，有 消炎和镇痛作用；绿光用于镇静，可以诊断、定位恶性肿瘤；紫外光主要利用它的高能辐射 杀菌，治疗各种病菌引起的皮肤病，还能激发卟啉类化合物产生荧光用以诊断癌变细胞。目前，综合考虑光敏剂吸收特性和组织光透特性，光动力治疗和荧光诊断 使用的光源多为激光光源。随着半导体工艺的快速发展，大功率发光二极管(light emittingdiode, LED)无论是在发光强度、峰值波长、半波带宽等各项参数性能上都有很大 的提高，近年LED技术逐渐应用到激光光源领域，且LED发光光谱逐渐变窄，甚至可以达到 IOnm左右的峰宽，同时强度可达几十毫瓦的级别.LED光源相比同等功率的激光光源，成本 低廉，寿命长有利于推广应用。因此LED光源可以逐渐替代激光成为新型治疗仪的光源。目 前LED光源在国内外已开始应用于治疗多种疾病，但由于输出光功率小在治疗范围内光功 率密度低而影响了治疗效果。
发明内容
为了克服现有LED激光治疗仪由于输出光功率小在治疗范围内光功率密度低而 影响治疗效果的缺点，提供一种LED红光和绿光输出光功率2W以上，诊断用的紫光输出的 有效光功率达0. 8W，并将诊断和治疗整合在一起的大功率紫绿红LED光诊断治疗仪。本发明的技术方案是，一种大功率紫绿红LED光诊断治疗仪，包括光学发射头、电 源、控制系统和机体，其特点是，所述的光学发射头内装有三个带散热片的碗形聚光罩，每 个碗形聚光罩内的中部装有基板，基板上以星式对称分布了同种波段的多个小功率的LED 芯片器件，所述的LED芯片器件是由半导体发光芯片和光学准直透镜组合成的一个整体， LED芯片器件整体用一光学保护板定位，所述碗式聚光罩的前部安装一个光学大透镜，在聚 光罩的后部安装一个冷却装置，在聚光罩的前侧面设置有若干通气孔，所述的每个LED芯 片器件发出的光经各自的光学准直透镜后再经光学大透镜会聚在作为诊治工作区的工作 面上。所述的每个碗形聚光罩中同种波段的多个小功率的LED芯片器件选择紫光、绿光 或红光LED芯片器件，根据组合光疗的需要，选择紫光、绿光或红光LED芯片器件中之一种、 二种或三种的组合。
所述的紫光LED芯片器件，其光波段为395nm-415nm，有效光功率大于0. 8W，在工 作距离200mm处紫光汇聚在Φ 60mm区域内的有效光功率能量密度达到30mW/cm2以上；绿光 LED芯片器件，其光波段为510nm-540nm，有效光功率大于2W ；红光LED芯片器件，其光波段 为610nm-640nm，有效光功率大于2W ；在工作距离200mm处将LED绿光、红光汇聚在Φ 60mm 区域内其光功率能量密度达到80mW/cm2以上。所述的LED芯片器件的光发射角小于120°。本发明的有益效果是由于本发明是通过组合光学系统将多束特定波段的LED光，汇聚成大功率输出的LED光，其中绿红各色光功率均大于2W，紫光有效光功率大于 0. 8W。该光源为窄谱光源，其特定波段为紫光395nm-415nm，绿光510nm-540nm，红光 610nm-640nm。这些波段能与ALA、血叶啉等光敏剂的吸收光谱相匹配，产生光动力学作用， 进而有效的诊断和治疗最常见的面额疾病-痤疮以及恶性肿痛等疾病。本治疗仪的特点1、采用LED作为诊治光源，光源恒定、寿命长、价格便宜、有利推广应用。2、效果显著、见效快、无副作用。3、选择性好、安全性高、操作简单。4、非接触诊治，患者易接受。本发明诊治的基理是病灶组织对光敏剂吸收后代谢的速度不同，在一定时 间内，光敏剂仅仅在病灶组织细胞中积累较高的浓度成为靶组织。当经特定波段绿光 510nm-540nm，红光610nm-640nm LED光照射后，产生光动力学反映生成单态氧，其毒性导 致病灶靶组织细胞坏死凋亡，而正常组织不受影响。当经特定波段紫光395nm-415nmLED光 照射时，那些积聚较高浓度光敏剂的靶组织能受激发射出610nm-650nm红橙色的荧光，而 正常组织不会发出荧光，据此能诊断出较小病变组织，并为治疗提供准确定位。
图1为光学发射头结构示意图；图2为单色LED光发射头结构示意图；图3为光路原理图；图4为控制系统线路框图。
具体实施例方式由图1、图2所示，一种大功率紫绿红LED光诊断治疗仪，包括光学发射头、电源、 控制系统和机体，其特点是，所述的光学发射头内装有三个带散热片的碗形聚光罩3，每个 碗形聚光罩3内的中部装有基板2，基板2上以星式对称分布了同种波段的12个小功率的 LED芯片器件1，所述的LED芯片器件1是由半导体发光芯片8和光学准直透镜5组合成的 一个整体，所述的LED芯片器件的光发射角小于120°，LED芯片器件整体用一光学保护板 6定位，所述碗式聚光罩3的前部安装一个光学大透镜4，在碗式聚光罩3的后部安装一个 冷却装置9，在碗式聚光罩3的前侧面设置有若干通气孔7，由图3所示，每个半导体发光芯 片8发出的光经各自的光学准直透镜5和再经光学大透镜4会聚在作为诊治工作区的工作 面10上。本发明通过组合光路输出LED光的光功率大已达到瓦级，绿光、红光均能单独输出光功率2W以上，紫光输出的有效光功率大于0. 8W，每个碗形聚光罩内光学发射头主要是 由多个个小功率LED芯片器件和光学组合透镜构成，该光学系统能在工作距离200mm处将 LED绿光、红光汇聚在Φ60πιπι区域内其光功率能量密度达到80mW/cm2以上，而紫光汇聚在 Φ 60mm区域内的有效光功率能量密度达到30mW/cm2以上，达到相应治疗和诊断的使用阈值 要求。冷却装置9根据LED光源的功率大小采用强制风冷或半导体制冷方式。本发明是三个碗形聚光罩组装在一个板面上构成一个仪器光学发射头，所述的每 个碗形聚光罩3中同种波段的多个小功率的LED芯片器件1选择紫光、绿光或红光LED芯 片器件，根据组合光疗的需要，选择紫光、绿光或红光LED芯片器件中之一种、二种或三种 的组合。本发明控制系统如图4线路框图所示，它主要包括控制系统复位和启动电路、光 功率预置电路、光辐射控制开关电路、LED光驱动电源、校准系统。1.控制系统复位和启动电路这是一个双向的控制系统，采用看门狗电路，每 20ms/次进行一次检测，软硬件双重保护，确保控制系统和系统复位/启动系统正常工作。 2.光功率预置值经D/A转换后控制LED驱动电源的输出电流。通过调节输出电流 控制LED光功率的大小。3.光辐射控制开关电路是一个双路信号相与的控制开关电路外部开启信号一 路送控制系统，经控制系统判断后(系统是否处于准备状态以及急停保护开关和连锁开关 工作是否正常)给出开启信号，另一路经、急停保护开关和连锁开关给出，两路开启信号相 与后控制LED光辐射的开关。4. LED光驱动电源采用恒压恒流源，共3组分别驱动相应的LED组合芯片(紫、绿、 红)，输出电流经取样电阻取样A/D转换后送控制电路。5.校准系统LED光电流和LED光功率的对应关系通过查表的形式在装置生产时 已规定。考虑到使用后会有偏差，本装置带有LED光功率校正系统，可以通过面板按键，修 改电流/光功率对照表。应用实例用本治疗仪输出绿光LED光波段为510nm-540nm光功率大于2W，红光LED光波段 为610nm-640nm光功率大于2W。在Φ 60mm的工作区内，光功率能量密度达到80mW/cm2以 上，在某三甲医院激光额面室临床用于诊断和治疗痤疮，取得满意效果。输出紫光LED光波 段为405nm士 lOnm，有效光功率为0. 8W，在Φ 60mm的工作区内进行病灶区快速照射，可用肉 眼直接观察到红橙色荧光以便有效的诊断出较小的病变组织，也可通过窄带滤光片照相来 记录荧光。
权利要求
一种大功率紫绿红LED光诊断治疗仪，包括光学发射头、电源、控制系统和机体，其特征在于，所述的光学发射头内装有三个带散热片的碗形聚光罩，每个碗形聚光罩内的中部装有基板，基板上以星式对称分布了同种波段的多个小功率的LED组合芯片器件，所述的LED芯片器件是由半导体发光芯片和光学准直透镜组合成的一个整体，LED芯片器件整体用一光学保护板定位，所述碗式聚光罩的前部安装一个光学大透镜，在聚光罩的后部安装一个冷却装置，在聚光罩的前侧面设置有若干通气孔，所述的每个LED芯片器件发出的光经各自的光学准直透镜后再经光学大透镜会聚在作为诊治工作区的工作面上。
2.根据权利要求1所述的大功率紫绿红LED光诊断治疗仪，其特征在于，所述的每个碗 形聚光罩中同种波段的多个小功率的LED芯片器件选择紫光、绿光或红光LED芯片器件，根 据组合光疗的需要，选择紫光、绿光或红光LED芯片器件中之一种、二种或三种的组合。
3.根据权利要求1所述的大功率紫绿红LED光诊断治疗仪，其特征在于，所述的紫光 LED芯片器件，其光波段为395nm-415nm，有效光功率大于0. 8W，在工作距离200mm处紫光汇 聚在Φ 60mm区域内的有效光功率能量密度达到30mW/cm2以上；绿光LED芯片器件，其光波 段为510nm-540nm，有效光功率大于2W ；红光LED芯片器件，其光波段为610nm-640nm，有效 光功率大于2W ；在工作距离200mm处将LED绿光、红光汇聚在Φ 60mm区域内其光功率能量 密度达到80mW/cm2以上。
4.根据权利要求1所述的大功率紫绿红LED光诊断治疗仪，其特征在于，所述的LED芯 片器件的光发射角小于120°。
全文摘要
本发明公开了一种大功率紫绿红LED光诊断治疗仪，包括光学发射头、电源、控制系统和机体，特点是，光学发射头内装有碗形聚光罩，聚光罩内的中部装有基板，基板上装有同种波段的多个小功率的LED组合芯片器件，LED芯片器件由光学保护板定位，聚光罩前部装有光学大透镜，后部装有冷却装置，前侧面置有若干通气孔，LED芯片器件发出的光经光学大透镜会聚在作为诊治工作区的工作面上。本发明有益效果是由于本发明是通过组合光学系统将多束特定波段的紫绿红LED光，汇聚成大功率输出的LED光，这些波段能与ALA、血叶啉等光敏剂的吸收光谱相匹配，产生光动力学作用，进而有效的诊断和治疗最常见的面额疾病-痤疮以及恶性肿痛等疾病。
文档编号A61N5/06GK101862507SQ20101020889
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月24日 优先权日2010年6月24日
发明者吴鸯, 曲世浦, 贾锋 申请人:上海市激光技术研究所