光基体装置的制作方法

专利名称：光基体装置的制作方法
技术领域：
。本发明有关医学和生物学，尤其是有关物理疗法和光生物学，它涉及光结合其它种类能量对各种人体器官、微生物和植物的治疗作用，这些其它能量包括磁场、电刺激、机械治疗、真空治疗等等。
以往的技术水平。对不同人体部位的光治疗作用装置已是公知的；它包括光辐射源，诸如激光或与电源装置和计时器连接的发光二极管(IllarionovV.E.，激光治疗的基本原理，莫斯科，Respect,1992,pp.26、31、71-80)。辐射源是单独地设置，或安装于倾斜头中，或与光纤维相连，光辐射通过光纤维引导至生物体上。此类装置的缺点在于，很难对人体上较宽阔的病变区域实现均匀的光辐射，尤其是在这些区域具有复杂的空间几何形状时。
在技术上最为接近的装置是一种组合治疗装置，它包括几个呈发光二极管形式的窄带源，其辐射波长在0.25微米到2微米的频谱范围内变化[1]。辐射源既能以连续模式工作，也能以脉冲模式工作，并具有较宽范围的频率和脉冲外形。辐射源通常设置在倾斜头的粗端部分处，这些粗端部分可借助特殊的保持件固定抵靠于电源装置的外壳上。
这些装置的缺点是例如在将它们设置在生物体的不同侧上时，不可能辐射较宽阔的病变区域，具体说，这通常是在对烧伤、浮肿或皮肤病进行治疗的场合，因为它们可涉及肢体的所有部位；很难按照所给定的辐射图案对具有复杂几何形状的表面进行选择性的辐射，例如是肘部和膝弯部、头的上侧、消化道、性器官等，也无法同时对相邻的区域进行辐射；沿整个病变区域在辐射源与生物体之间不可能确立所需要的距离，尤其是在病人意外移动时不能避免辐射源可能触及受伤或烧伤表面的危险；对于在大体积肿块的光动力治疗中或在血液的皮上辐射中的整个病理来说，局部性过大，并且作用剂量较低。
发明的揭示。为了消除上述缺点，也就是为了在对具有复杂几何形状的较宽阔病交区域区域进行治疗时提高光治疗的有效性，使装置配备具有单一频谱范围或不同频谱范围的辐射源，它们与一控制装置、电源装置和辅助理疗设备(超声波、真空、磁性、电子和其它种类的治疗)，辅助理疗设备设置在外部，尤其是设置在一形状类似于该空间上大范围的病变区域形状的基底上。各辐射源的辐射指标以及它们在生物体周围空间中的位置取向成可提供所需的分配，例如在相关区域内的均匀光照。辐射源的波长是根据同时满足外生源和内生源的生物分子的吸收波长而进行选择的。
在表面轮廓的变化相对较平缓的情况下，辐射源(辐射器)是均匀地设置在基底上。它们的数量N、它们之间的距离d以及它们每个的功率P可近似地由以下互联公式体系确定P≈IπR2k(1);d≤2Rk(2);N≥ISkτ(3),]]>式中，I-对具有病变区域面积S的生物体表面的辐射强度；R-由单个辐射源产生在生物体上光点的平均半径，它通过公式R=h·tgα确定，其中h-基底与生物体的表面之间的平均距离；α-辐射源的辐射发散半角；τ-光学系统中的辐射损耗(0≤τ≤1)；k-考虑光束在生物体表面上的重叠度的系数(1≤k≤N)。
为了在生物体与辐射源之间引入平均距离h，并避免它们相接触，在辐射源与生物体之间设置额外的止挡件。例如，这些止挡件可以制成弹簧件的形式，它们在一侧与基底相连，另一侧与夹持住生物体(例如一个肢体)的柔性环相连。为最好地利用从生物体散射或反射的辐射，在辐射源之间的基底的表面制成镜状。为了将基底固定抵靠于生物体，可引入例如胶带形式的保持件。另外还引入与控制装置相连的交换装置和附加理疗设备以及与交换装置相连的生物学反馈传感器，这可以根据一给定的程序来切换具有不同频谱范围的诸辐射源和诸辅助理疗设备，例如可使它们单独工作或同时工作。
除此之外，基底还可配备有侧凸缘，这些侧凸缘具有与生物体表面相接触的弹性边缘，从而在整个病变区域上提供空间的气密性，与相应控制装置相连的附加设备安装在基底中，以在病变区域上调节温度、压力和气体成分以及引入各种不同的医药或其它物质，例如磁性流体和喷雾。
而且，在基底与生物体的表面之间设置一透辐射护罩，使其边缘与生物体表面相连接，上述的理疗设备安装于该护罩中。
此外，在基底与生物体的表面之间设置一紧密地夹持住病变区域的柔性弹性带；该弹性带装满一种医药混合物，并能让所采用的光学范围辐射透过。
光源可制成与相应辐射源相连的远端光导的形式，尤其是，在基底中安装激光器，使半镜状散射带遵循生物体的形状，并设置在基底与生物体的表面之间。还可借助分体镜系统，在一较大的表面上实现所需的辐射分配，包括均匀的辐射分配。
控制和交换装置与自备电源装置一起可直接设置在基底上，电源装置既可制成使用微型电池组的一次工作装置，也可制成使用可充电电池的重复使用工作装置。通过与辐射源和附加理疗设备相连，尤其是与具有电刺激器的电极和与一外部脉冲电磁场源相连的感应线圈，可以实现远程电源，其中外部脉冲电磁场源具有以下参数脉冲宽度约为10-6-10-2秒，磁场强度为10-3-10特斯拉，重复频率为1-103赫兹。
光学辐射源也可以制成基底呈凹形的形式，该基底填充有化学物质的光学窗口，其中辐射在分离的物质之间的化学反应过程中形成，或是由于主辐射源的辐射与这些物质通过不同的物理效应所发生的非线性相互作用而形成，这些物理效应包括谐波加倍、组合的散射和荧光。
在以上所列光基体系统的所有的变化形式中，基底可由诸如金属、塑料、聚合物质、玻璃、陶瓷、或其它材料之类的刚性材料制成。辐射源可以机械地固定，或利用粘合剂来固定。在表面凹穴相对较小的情况下，基底可以制成焊接有混合微晶发光二极管或激光器的单片集成芯片的形式。如果发光二极管的设置密度较高并且馈给电流较高，则必须在基底朝向生物体的工作表面上和其外侧上引入一冷却系统，例如是借助微型风扇。
如果空间几何形状非常复杂，造成在形成连续的刚性基体方面有一定难度，则后者应由具有平的或接近平的工作表面的分离的部分用刚性或柔性粘结剂彼此连接而成。这些部分的最简单的形式是矩形的，它们可制成集成芯片的形式，从而在所有侧面夹持住病变区域，例如某一肢体。分离的部分的尺寸及其形状应遵循表面的轮廓。
若使用小型光辐射源，例如发光二极管，可以将它们固定于一柔软的柔性基底，诸如一片医疗织物、纱网、胶带，它们通过包裹或夹持而形成病变区域的形状。可以在辐射源附近引入一透明保护基底或薄膜，以使辐射源与生物体隔开，这对于消毒来说是必不可少的。每个辐射源可具有其单独的光学元件，例如凸透镜、凹透镜或散射涂层，尤其是位于发光二极管的表面上，这可以提供在一较宽角度、即高达180°内对辐射能量的再次分配。使用一共用于所有辐射源的散射屏也是可行的。
在本发明中，首先建议使用小型半导体混合激光器和发光二极管，它们可在一较宽的频谱范围内进行辐射，并具有较宽范围的技术参数。然而，也可以采用在无线电波范围内工作的小型放电和冷光灯以及辐射源。在对恶性和非恶性疾病的光动力治疗中使用光基体系统也是有前景的。为了辐射大范围肿瘤，可采用具有激光器或发光二极管的外部基体。现代的半导体技术允许我们在0.63到0.8微米的公知光敏剂吸收波长下，在1000-2000厘米2的面积上达到200毫瓦/厘米2的发光二极管的通量。我们也建议在圆柱形和球形的探头和导管内密集地设置发光二极管，用以在对消化道中的肿块进行辐射时或在穿刺组织时将它们与内窥镜技术一起使用。
在光动力治疗的非恶性应用场合，建议使用光基体来治疗各种不同的皮肤病和感染过程，这主要是因为光敏剂通过产生活性游离基和单态氧而具有杀菌作用。由于任何光敏剂只能杀死一定种类的细菌，因而可通过使用具有不同波长的光基体，用不同的吸收带辐射光敏剂混合物，来提高其适用范围。为了在病变区域上进一步使溶液中的光敏剂混合，建议采用一超声波装置，其工作端放入相应的溶液中。在溶液中将因空穴效应而形成游离基，也就是可以实现声光动力治疗的组合模式。
另外，建议使用高功率红外线发光二极管(高达0.5-5瓦)，它可将病变区域短期加热到40-41℃，以增强血液微循环，这在治疗关节炎方面是有好处的。对与光基体相接触的生物体表面的加热可通过使光基体本身加热来实现。
光基体的紧密度、轻盈性和柔性允许它们与其它治疗技术相结合，尤其是与磁性治疗和电刺激装置相结合。这可以通过将光基体装入可产生连续和脉冲磁场的装置来实现，例如装入具有平的和圆柱形的几何形状的螺线管。我们还建议，通过将电极固定于光基体边缘处或以多电极系统的形式将光基体与电刺激器相结合，例如，辐射源之间设置的小金属针。
光基体的形状可以任意选择，但它应最大程度地适应于病变区域的几何形状。尤其是，建议用以下形状面罩，手套，遵循鼻子、耳朵、嘴和其它内腔的内部形状的小配件的形式；构制入尿道导管、直肠导管、妇科探头中。还建议用形状允许均匀包裹例如胃、颈部、大腿之类的脂肪组织聚集区域的基体，例如通过使用光敏剂，将脂肪组织转换成可很容易被排出生物体的可溶解混合物。所建议的光基体易于放入人的外衣、床上常穿衣服、家庭活动的物品(手表、眼镜、手镯等)，以按照一专门的程序辐射人体，从而调节其心情，影响生物节奏、免疫系统、血液。可行的是，将光基体设置在低压腔的外侧部分上、新生儿的保育箱上、透明室上，以进行光合成和农业实验的光生物学研究。在用于生物组织的所谓透明窗口中使用红外线源可以均匀地暴露某些内部器官，尤其是肺部，以便治疗肺结核，或脑部，以便加速产生一些生物分子，诸如血清素。
由于以上指出的特点，所揭示的装置首先可提供对空间上大范围的病变区域的有效治疗，包括浮肿、静脉曲张、皮肤病和肿瘤病、大范围的感染和炎性过程(溃疡、化脓伤口等)，它还可对血液提供有效的光治疗、对黄疸提供有效的治疗，等。
最显著的不同在于，带有辐射源的基底的形状可遵循所辐射的具有任何结构和面积的病变区域的形状，这在以前一直没有实现。使用该装置，可以对整个表面、头部(整容术、皮肤病)、性器官(前列腺炎、阳萎的治疗)、肘关节和膝关节、女性的乳房、包括脚和手指在内的肢体以及整个人体进行均匀辐射。
可以采用任何辐射源，但根据总体尺寸和经济学方面的因素，如以上已提到的，最有前景的辐射源是可发出频谱范围为0.25微米到2-3微米的辐射的小尺寸半导体激光器和超微型发光二极管。许多基本的研究已表明，激光器和具有直至15-20纳米的相对较窄辐射频带的发光二极管辐射源的生物学作用实际上是相同的，基本生物结构成分的吸收宽度相当宽达40-60纳米，这就在药物中允许使用非激光辐射源。作为具有所需频谱范围的辐射源，还可以采用由一些物质的化学反应造成的化学发光辐射。当使用体积相对较大和较笨重的激光器时，可以通过光导对生物体提供标准辐射。然而，为了辐射大范围区域，必须使用多纤维系统，其中诸分离的纤维聚集于一紧密的辫束中，并在该纤维束的端部连接于基底分离的区域，并设置一散射性半镜状(半透明)带子以产生一更均匀的暴露，这可通过在该带子内反射和散射辐射来提供所需的效果。辐射源的最少数量按照公式(1)-(3)来确定，以满足生物体表面上的各辐射源的光区的重叠程度。为了更有效地利用辐射，尤其是利用从生物体反射的辐射，基底的工作表面应制成镜状。本发明的有益的优点是有止挡件，它们可确立基底与生物体的表面之间的平均距离，并有一保持件，它可将基底固定于病人的身体上。在这种情况下，不必要使病人在治疗过程中保持不动，并且辐射源不会有意外触及溃疡、化脓伤口或烧伤处的可能，即使在基底与生物体的表面之间的距离较小并且空间几何形状较复杂的情况下也是如此。
按照所进行的分析，不同的理疗技术可有利地相辅相成，它们相结合而可得到一显著的治疗响应。在本发明中，该优点具体可通过使用光治疗和电磁治疗来提供。连续或脉冲磁场源可设置在基底上或其附近，并以光辐射相继或同时作用于生物体，这由交换装置设定。在所示的装置中，设计出一反馈通道，它根据不同的生物学传感器(声音、流变(rheographic)、温度等传感器)而工作，这些传感器记录对生物体的组合作用的相应效果，并通过交换装置控制治疗过程。
在该装置中，由于在病变区域上产生气密空间，因而有一个独特的机会来改变局部环境的参数，包括温度、压力、气体成分等。例如，可通过缓慢灌输一些惰性气体来降低氧的浓度，从而抑制感染过程。在辐射的同时，可以周期性地或连续地将药剂引导至伤口的顶部，这例如可以实现局部的光动力治疗技术，以治疗恶性或非恶性的疾病，在后一种情况下，可利用附随的杀菌效果来实现。封闭的气密空间可以通过设置一透辐射护罩来实现，在护罩中例如可以形成稀薄空气，如在真空治疗中已经实现的。这种组合的光真空治疗的一种有前景的应用是治疗男性的阳痿。还有一用来测量生物体温度的设备，以实现组合的光充血或低温治疗。
除将药剂强迫导入病变区域之外，为了实现组合的光药治疗，可以将一充满药剂、例如是充满光宝石(photogem)或光敏剂(photosen)的薄带子或纱网直接设置在生物体表面上。这在治疗各种肿瘤或皮肤病时是较为重要的。这种由薄弹性材料制成的带子可紧密地包裹病变区域，例如是某一肢体，这可以对浮肿实现一种独特的光机械组合治疗方法。在采用电能消耗相对较低的超微型发光二极管的情况下，可以就在基底上使用一小型电源装置。因此，例如，便可以通过直接连接于病人腿部上的小型轻便装置对静脉曲张实现一种独特的治疗方法，它例如可以让病人在门诊或家庭条件下在医生的监控下自由活动。
这样，便总的提出一种相当通用的组合光治疗装置，这允许实现许多独特的特性，并在一些严重疾病方面提高光治疗的有效性，这在以前从未能实现。
附图简述

图1是该装置的总体示意图。
图2表示用光基体装置对不同器官进行辐射的一实例。
图3是用于人体表面的光基体(《光药膏》)。
图4是在泌尿科方面的光真空治疗。
图5是用来辐射大范围区域的激光系统a)多纤维系统；b)单纤维系统。
图6表示根据管状器官的内窥镜辐射而工作的装置a)大直径的；b)小直径的。
图7是对手进行辐射的装置a)手掌《激光(光)手套》；b)肘弯部。
图8是对整个人体进行辐射光(激光)浴或淋a)半面；b)整个身体。
图9表示具有不同形状的螺线管的脉冲光基体系统。
a)根据赫姆霍兹(Helmholtz)线圈；b)光磁系统的分离的元件；c)圆柱形几何形状。
图10是具有远程电源的组合内窥镜系统。
图11是具有远程电源的组合可插入系统a)用于光动力治疗；b)用于听神经的电光刺激。
图12表示由单独的部分制成的半刚性光基体系统。
图13表示在辐射复杂表面时光源的空间分配原理。
实现本发明的方式图1中所示的装置工作如下。发光二极管形式的辐射源1按照控制装置2的时间模式(脉冲或连续)辐射生物体3，例如是为治疗骨折、足部溃疡或皮肤病的目的辐射一段肢体。生物体3例如可同时由受装置4(沿生物体设置的螺线管没有示出)调节的脉冲磁场作用。为了使作用与生物体的生物节律、具体说是病人的脉搏相同步，采用一光脉搏传感器5，其输出信号由交换装置6接收。该信号携带有关病人脉搏和血液充填能力的信息，该信息被用来控制治疗过程。尤其是，在达到最大血流量并且其随后减小时，终止治疗过程。用附加设备7与控制装置8一起来改变由基底9和凸缘10所界定的病变区域之上空间内的气体混合物和温度。后者还被用来固定和稳定辐射源1与生物体表面3之间的距离。电源装置11用于给辐射源和附加理疗设备供能。
在图2中示出了用来辐射人的不同器官的基底的可能形状。具体说，其中构制有辐射源1的面罩12遵循生物体(面部)的形状，并已为美容的用途而设计成可改善皮肤的血液微循环和新陈代谢并使皱纹变平滑。半球形状的基底13用来对头部进行辐射，以在美容方面治疗秃发和在使受损伤或大脑性麻痹影响的病人康复方面激化脑血流量。耳机形状的、其中构制有辐射源的基底14用来治疗耳朵的炎症耳炎、听神经炎等。基底15从其形状看象假牙，用来辐射包括牙龈附近凹面在内的整个口腔。基底16包绕颈部，用来治疗骨软骨病和颈神经炎。基底17遵循女性乳房的形状，用来治疗炎性过程症以及对患有恶性肿瘤的乳腺进行光动力治疗。
图3表示基底形式的《光药膏》的简化构造，它再现带伤口或疖的生物体3的形状。将充满药剂、具体说是充满光动力治疗用的光敏剂的薄杀菌药膏和带子18放置在伤口上。然后，在顶部设置其中构制有辐射源1的柔性基底19。由医用橡胶制成的止挡件20用于稳定辐射源之间的距离，而普通的胶带21用于将光药膏固定于生物体。
图4表示用来实现光真空治疗的组合装置。将真空治疗技术在泌尿科方面用于治疗阳痿已有很长时间了，其主要是将圆筒形或圆锥形护罩22放置在阴茎23上，并挤压于人体的腹股沟。而后，利用泵24通过通道25在护罩内形成稀薄的空气，在其作用下提高动脉血流量，并将炎性过程的产物取出腺泡通道。为了进一步改善毛细血管中的微循环和治疗表面病变，利用构制于圆锥形基底26中的辐射源1对生物体外表面进行辐射。为更方便起见，将粘附于基底并夹持住它的、由医用橡胶制成的止挡件20引入光基体系统设计。
图5a表示该基体系统，其中光导27的远端用作辐射源，诸光导集合于一单辫束中，其粗端由辐射源28辐射。诸光导的端部固定于基底29。为了更均匀地使生物体3暴露于辐射，引入一具有部分镜状表面的附加带子30，其中辐射通过再反射而在生物体表面上方进行重新分配。除了基底29之外，还可以通过光导27(图5b)将辐射导入散射性部分镜状带子30，在该带子中辐射同样被重新分配并辐射生物体不同的区域。
在必要的情况下，对无法接近的内腔、例如直肠的辐射可使用圆柱形基底31(图6a)来实现，其中辐射源1设置在与其齐平的基底的外表面上。辐射直径相对较小的内腔、例如尿道32，可将辐射源设置在由透光材料制成的圆柱形基底的中心轴线部分(图6b)。
在治疗各种不同的手掌病变(皮肤病变或手腕扭伤、骨折、浮肿、割伤等)时，可以使用遵循手掌和手指形状的基底33(图7a)。在这种情况下，将辐射源1设置在夹持住生物体表面3的呈手套(《光手套》)形式的基底33的内侧上。还可以将微电刺激器构制入基底，以治疗神经疾病。在治疗肘弯部或膝弯部的外伤时(图7b)，如在某些体育运动中所使用的，将基底33制成肘套或膝套的形式，在其内侧上设置辐射源1。在后一种情况下，可以采用象灯光反射器一样的装置(图7b中的虚线)，在其内侧上设置辐射源。
在辐射整个身体(生物体3)(图8a)时，可以使用呈放置在车辆34上的《拱形结构》或《武士盔甲》35形式的基底构造，其内侧上具有许多辐射源1。一种更简单的方案是使用具有一定几何形状的半圆筒形式的诸分离的部分，它们的内侧上设置辐射源。这些半圆筒放置在一普通车辆34上，车辆上定位有人体(生物体3)。这种光基体在治疗大范围皮肤病变、例如烧伤或溃疡方面相当有前景，可进行皮上血液治疗，用蓝光频谱范围的发光二极管破坏血液中的胆红素来对黄疸进行治疗。治疗新生儿传染病，可将蓝光范围的基体设置于普通保育箱的透辐射的外壁。同时辐射病人的所有侧面，例如，在治疗烧伤时或在总体治疗中(图8b)，将病人放置在透辐射车辆34上或诸如吊床之类的网上，然后将它们插入其内表面布满有辐射源并再现人体的形状的《拱形结构》或《武士盔甲》35内。
图9表示组合光磁系统的不同的变化形式。在复杂形状的情况下(图9a)，磁器件36与分离的辐射源1一起例如以赫姆霍兹线圈的形式(图9b)设置在相应的病变区域上，尤其是设置在前列腺上。由红外线发光二极管的基体和由流过集合入基体(图9a)的分离的螺线管(图9b)的脉冲电流引发的脉冲磁场对前列腺产生作用。在需要对某一肢体(生物体3)(图9c)进行治疗时，由螺线管的器件36产生的脉冲磁场对病变区域产生作用，辐射源1的基体设置在螺线管之间。
在内窥镜应用场合，分离的辐射源不象上述那样设置在基底的内侧上，而是设置在基底的外侧上(图10)。将一在外侧上具有电刺激器电极38和辐射源1的圆筒形囊盒37导入生物体内，具体说是导入消化道。将一感应线圈39构制入囊盒，囊盒壳40由生物学惰性材料制成。将一场磁体41设置在生物体的外侧上，它控制囊盒37的位置，在这种情况下，囊盒中构制有磁体微器件。脉冲磁场源42用于在线圈39中引起电动势，为电刺激器和辐射源供能，它们以由装置42确定的时间模式工作。工作原理十分简单。尺寸为6×15毫米的囊盒可由病人吞下，然后它在自然地通过胃后借助超声波诊断而固定于肠的一定区域内。而后，接通装置42，它按照所需的模式对肠壁提供组合的电光作用。囊盒也可从直肠侧插入。该微囊盒可以是位于一设计用来进行诊断和治疗程序的用内窥镜检查的微型机器人内的一分离的微器件。分离的辐射源与合入一基体的微感应器一起实现对病变区域的辐射，而无需使用蓄电池和相应的电线。这就允许将一小型光基体设置在例如绷带下面或口腔中。
图11表示导入以上所提出的装置的方案。在具有内部位置43的恶性病变的情况下，将辐射源的基体导入至病变区域附近，它们的电源由外部装置44提供。当使用光导的普通辐射源所发出的辐射不可能非侵入性地辐射含光敏剂的恶性病变时，这种方案有助于实现癌症的光动力治疗。例如，这通常用于乳腺癌和甲状腺癌。辐射源的尺寸约为Φ3毫米×1毫米，从而可以植入人的器官。图11b表示植入耳朵不同区域的辐射源的配置，目的是用听神经的组合电刺激来治疗尤其是神经炎。
图12给出了光基体系统的一个实例，其基底由诸分离的部分构成。在该例中，生物体表面3由分离的部分45夹持，分离部分的形状例如呈矩形。在每个部分内，均匀地散布有辐射源1，例如是发光二极管。分离的部分可制成单片集成芯片的形式，其所焊接的混合发光二极管结晶体由透辐射基底46覆盖，该基底同时还起到止挡件的作用，在生物体和发光二极管的表面之间提供均匀的距离。诸分离的部分通过一柔性弹簧状连结件彼此连接。图12表示该结构的横截面。在另一方面，各部分可具有一较大的尺寸，它们也可以分成可分部分。这种结构可用来辐射肢体、颈部以及用来覆盖靠近胃、肺或性器官的整个身体。
图13表示总体配置，用来说明上述光基体系统的构制原理和计算方法。具有复杂形状的生物体3由基底47夹持，基底上设置辐射源1，具体说是发光二极管。表示状态的符号h-基底与生物体的表面之间的平均距离，d-相邻辐射源之间的距离，R-生物体表面上的光点的半径，α-辐射源的辐射发散半角。估计基本参数可近似地由公式(1)-(3)得出。例如，在对总面积400厘米2的皮肤病进行辐射的情况下，当单个发光二极管功率P=10毫瓦时，为在生物体表面上达到对于光动力治疗来说是必不可少的通量I=100毫瓦/厘米2，按照公式(3)，对于τ≈1，则必须使用4000个发光二极管或每1厘米2的基底使用10个发光二极管。利用光学系统改变发光二极管辐射的指标，可以调节由一个单独的发光二极管在生物体上产生的光点的尺寸以及它们的重叠度。为了实现均匀的曝光，光束至少应彼此接触，也就是说，在该例中，k=1并且公式(2)给出下式d≌2R。为实现更均匀的曝光，需要提供光束的一更强重叠(k＞2)，这可以通过增大角α和减小辐射源之间的距离d来实现。这导致降低每个发光二极管所需的功率，同时增加辐射源的总数。
装置具体实施的实例。
最佳变化形式。用以治疗不同肢体病变的光基体装置瘀伤，骨折，烧伤，浮肿，感染伤，不同起因的溃疡，关节炎，包括皮肤癌、牛皮癣、瘢痕瘤等在内的皮肤病变，以及用以在肿瘤和非肿瘤疾病方面以光敏剂为基础实现光动力治疗。装置的几何形状椭圆形中空圆筒，其内侧上设置有发光二极管，输出窗口朝向圆筒内侧。内表面的形状取决于生物体的形状，可以接近圆筒形、圆锥形或其它组合。有一个圆筒形部分的实例，用以在乳房癌的根治手术后治疗妇女在乳房切除术后的手的浮肿。该部分的直径为200毫米，长度为300毫米，由塑料制成，并包括两个部件，它们可以打开以便固定在病人的手上。圆筒的内侧上设置240个《Kirhbriht》发光二极管辐射源；诸分离的辐射源之间的平均距离为30毫米。波长为0.67微米。每个辐射源在连续工作模式中的功率为5毫瓦，生物体表面上的平均通量为1毫瓦/厘米2左右。发光二极管连续平行地连接。电源从出口用220伏和50赫兹来提供。两个5厘米直径的橡胶环通过三个彼此设置成120°角的弹簧与圆筒表面连接，并设置在光基体系统的粗端。而后，将病人的手连续插入两个橡胶环，并通过弹簧固定于圆筒的轴线。圆筒的总重量不大于0.5千克，允许病人处于竖直状态并很容易地承受所述装置的载荷。治疗过程持续30分钟。治疗次数为在10天内进行10次。
如果手表面有可能触及该装置，则可以将该装置实施成若干矩形平段的形式，其尺寸为15×60毫米。为了提供对手腕部的均匀夹持，该部分应具有约9-12段，它们通过柔性连结件连接(图12)。一种此类的部分可用于进行血液治疗和局部病变的治疗。在治疗较大范围病变的情况下，可以用到多达4-5个这样的部分。可以在一个段内设置多达10个发光二极管，共两行，每行五个发光二极管。
用以辐射带碰伤的肘弯部的光药膏。光基体的形状接近50毫米半径的半球形。红光二极管的波长为0.63微米，红外线二极管的波长为0.85微米。波长为0.63微米时，辐射功率约为10毫瓦，波长为0.85微米时，功率约为0.3瓦。发光二极管的数量为88个。辐射源构制入排球运动员所使用的肘套中，并通过弹性织物固定。电源通过两个《Krona》电池自给。一次光治疗过程持续15分钟。一周内的总治疗次数为六次。
用以治疗慢性前列腺炎的磁体激光装置。可采用波长为0.89微米、峰值功率为5瓦、脉冲持续时间为10(-7)秒、并且重复频率为800赫兹的半导体GaAs激光器作为辐射源。在最简单的情况下，可以使用一个设置在直径为10厘米的赫姆霍兹线圈形式的螺线管的中心的激光器。该器件可以自给使用，例如用以治疗神经-肌肉病变以及前列腺炎。为了利用散射对内部器官进行辐射，需要使用9个辐射源，其中一个设置在中心，其余8个均匀地设置在一个圆上。表面处的脉冲磁场感应的大小在1特斯拉左右，脉冲持续时间接近1毫秒。在身体上于前列腺周围均匀地设置六个螺线管，并用一带子固定。一个过程持续20分钟。治疗的总次数为六次；病人每隔一天应进行治疗。
具有远程电源的装置。使用尺寸为3×3毫米的小型发光二极管(设备《起始(Start)》，莫斯科)作为辐射源，其波长为0.65微米，功率为0.5毫瓦，内部电阻为150欧姆，馈电电流为5毫安。外部电源装置制成一平螺线管的形式，它形成强度为0.4特斯拉、持续时间为1毫秒的脉冲磁场。在一小型感应线圈中，该磁场引发10伏的电动势，该电动势在一具有发光二极管形式的负载的闭合电路中可提供接近12毫安的电流，这足以对发光二极管供能。发光二极管与尺寸为Φ3毫米×5毫米的感应线圈一起设置在用来辐射口腔的基体表面上(图2，位置6)。发光二极管的数量为16个。应用口腔中炎性过程的治疗。
在本发明中，实际上可以使用任何已经用于光治疗领域的辐射源，例如，不同类型的激光器、发光二极管、带滤光器的白炽灯、气体放电和冷光灯(氖、氙、汞等)，等等。在后一种情况下，气体放电元件的尺寸应制得尽量小。在辐射形状接近圆柱体的生物体的情况下，例如是肢体，气体放电瓶可以制成均匀设置在肢体周围的细圆柱体，它们的轴线平行于肢体的平均轴线。基底的镜状表面可夹持所有辐射源，即发射器的构造应象激光系统的激射光源的构造，只是肢体设置在中心，而不是激光器的活性元件。根据医疗任务，辐射源可以不同的模式和以不同的频谱范围工作，频谱范围主要是从0.2到3微米，具有10-3到103纳米的不同单频度。
权利要求
1．光基体装置，包括光学范围从紫外线频谱到无线电波的辐射源，它与控制和电源装置相连，其不同点在于辐射源在空间中设置成这样，即各辐射源的辐射指标及它们围绕生物体或处于生物体内的位置设置成可在给定区域内对生物体提供所需的曝光分配，辐射源的波长选择成与生物活性频谱的最大值或生物分子对包括药剂混合物和光敏剂在内的外生源和内生源的吸收频带相一致。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，辐射源设置在基底上，基底的工作表面的形状与辐射源一起朝向生物体，并遵循具有复杂几何形状的、空间上大范围的病变区域的形状，从而在该区域内提供对生物体的均匀曝光。
3．如权利要求2所述的装置，其特征在于，辐射源均匀地散布在基底的表面上，它们的数量N、各自的功率P和最靠近的辐射源之间的距离d可通过以下互联公式的体系近似地确定P≈IπR2k(1);]]>d≤2Rk(2);]]>N≥ISkτ(3),]]>式中，I-生物体表面上的通量；S-生物体在辐射下的总面积；R-由单个辐射源产生的光点的平均半径，它通过公式R=h·tgα确定，其中h-基底与生物体的表面之间的平均距离；α-辐射发散半角；τ-辐射在从辐射源到生物体途中的损耗(0≤τ≤1)；k-考虑光束在生物体表面上的重叠度的系数(1≤k≤N)。
4．如权利要求2所述的装置，其特征在于，基底由刚性材料制成金属、塑料、聚合物质、玻璃、陶瓷或其它材料，辐射源通过机械方式或通过粘合剂、焊接固定，或是成一在其表面上具有微晶辐射源的单片芯片的形式。
5．如权利要求2所述的装置，其特征在于，基底包括分离的刚性段，辐射源均匀地散布于各段内，诸分离的段在空间上随一电源装置的倾斜手柄独立地固定，或通过一柔性连结件彼此连接成使得在组合状态它们的总表面可遵循生物体表面轮廓，或通过一柔性连结件彼此连接成通过改变它们之间的角度或距离使得它们可适合于任何复杂的生物体表面。
6．如权利要求5所述的装置，其特征在于，诸段具有一平坦的形状，并制成一单片集成芯片的形式，该芯片具有以平行的行或呈放射状设置的发光二极管作为辐射源。
7．如权利要求2所述的装置，其特征在于，辐射源设置在基底上，该基底在压紧或包裹生物体后具有生物体的形状。
8．如权利要求2所述的装置，其特征在于，辐射源设置在带孔的基底的非工作表面的外侧上，孔中设置输出窗口或协调透镜。
9．如权利要求2所述的装置，其特征在于，辐射源是固定于基底中并与一或若干发射器相连的光导的远端。
10．如权利要求1所述的装置，其特征在于，对大范围区域的给定曝光分布是通过装入光束分光器系统来实现的。
11．如权利要求2所述的装置，其特征在于，以保护板或膜、扩散性散射屏的形式，或以单独用于各个辐射源的凸透镜或凹透镜的形式，或以位于带辐射源的基底的工作表面与生物体之间的所述光学元件的组合的形式引入附加的光学元件。
12．如权利要求2所述的装置，其特征在于，基底在辐射源之间的空表面制成镜状。
13．如权利要求2所述的装置，其特征在于，在基底与生物体的表面之间引入止挡件，从而在它们之间确定距离，这些止挡件制成柔性带、光学保护元件的形式，或在治疗肢体的情况下制成与基底和夹持肢体的柔性弹性环相连的弹簧元件的形式。
14．如权利要求2所述的装置，其特征在于，以胶带或使用Velcro衬垫的绷带或外部支架的形式引入保持件，用以将基底固定抵靠于生物体。
15．如权利要求1-5、7-14的任一项所述的装置，其特征在于，使用半导体混合激光器作为辐射源，它们以连续或脉冲模式工作，脉冲持续时间在0.1到10-9秒的范围内，重复频率为1到104赫兹。
16．如权利要求1-14的任一项所述的装置，其特征在于，它采用频谱宽度达0.3微米的宽带混合发光二极管和辐射线宽度为5到40纳米、辐射功率为0.1毫瓦到1瓦、并且辐射指标为10到180°的在200-2000纳米范围内的窄带混合发光二极管作为辐射源，该辐射指标通过在发光二极管表面覆以透镜或扩散性散射器形式的光学涂层来提供。
17．如权利要求1所述的装置，其特征在于，用设置于限定的透光凹腔中的化学物质作为辐射源，其辐射是在由机械振动、放电或外部辐射从外部引发的化学反应过程中形成的。
18．如权利要求1所述的装置，其特征在于，使用辅助发射的辐射作为辐射源，它是来自主辐射源的在光学元件中的非线性效应而产生的。
19．如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括许多小型白炽灯、气体放电和冷光灯以及选择所需频谱带的滤光器。
20．如权利要求1所述的装置，其特征在于，采用逆波等、雪崩二极管、Gann二极管、特殊晶体管、速调管或磁电管作为毫米或无线电波级辐射源。
21．如权利要求2所述的装置，其特征在于，对于感染过程的治疗，辐射源被设置在基底上，基底工作表面的形状可使受感染的病变区域和微生物可受局部化的相邻区域均匀曝光，包括对外围血管中的血液进行辐射，波长选择成与光敏剂的以最有效方式杀灭大部分微生物的吸收频带相一致。
22．如权利要求1所述的装置，其特征在于，同时使用若干具有不同频谱范围的波长的窄带辐射源和引入与控制装置和辐射源相连的交换装置，该交换装置提供不同的工作模式，包括一个频谱范围的辐射源的开关、不同频谱范围的辐射源按一给定程序的顺序切换或者它们以不同步或同步模式的同时工作。
23．如权利要求22所述的装置，其特征在于，辐射源的波长与在癌症的光动力治疗中以及在治疗皮肤病和感染过程时所使用的若干分离的光敏剂的混合物的最大吸收相一致。
24．如权利要求23所述的装置，其特征在于，使用半导体激光器或发光二极管基体作为辐射源，它们的波长接近0.63微米、0.67微米、0.75微米、1.26微米，它们的频谱宽度不大于30纳米，它们的功率在1毫瓦到1瓦范围内变化；各辐射源用于与合适的光敏剂一起工作血卟啉的衍生物(0.63微米)、以酞菁(phtalocianin)为基础的氯和化合物(0.67微米)、苯卟吩的衍生物(0.69微米)、碘青素绿(0.75微米)、溶解氧(1.26微米)。
25．如权利要求22所述的装置，其特征在于，它同时使用功率高达5瓦的、可见光和红外线范围的大功率辐射源，用以在治疗关节炎时实现对关节的光治疗和热治疗。
26．如权利要求1和2所述的装置，其特征在于，它包含与交换装置相连的分离的理疗器件形式的附加非光学作用源。
27．如权利要求26所述的装置，其特征在于，它使用磁治疗器件作为一理疗器件。
28．如权利要求27所述的装置，其特征在于，磁治疗器件是以平的恒定磁场或脉冲磁场源的形式，用直接设置在磁体上的或构制入相应孔中的螺线管来实施，磁体的中心、边缘或均匀地在其整个区域上具有诸发射器，它们收集于夹持住病变区域的柔性或光学基体中，辐射源另外设置在磁体之间的空间中，并且磁场强度在10-4到10特斯拉的范围内变化。
29．如权利要求27所述的装置，其特征在于，它将附加的脉冲磁场源实施成圆筒形的椭圆状螺线管，其轴线平行于病变区域、例如某一肢体的表面而设置，相应形式的具有辐射源的基底设置在螺线管之间。
30．如权利要求26所述的装置，其特征在于，它采用电刺激器作为一理疗器件，该电刺激器具有两个或多个直接设置在基底上或设置在其接触生物体表面的边缘上的电极。
31．如权利要求26所述的装置，其特征在于，它采用磁致伸缩体和压电变压器形式的声振动或超声波振动源作为一理疗器件，其工作端或直接与生物体接触，或通过作为生理溶液的中间物质与病变区域接触。
32．如权利要求31所述的装置，其特征在于，其溶液另外还包含药剂配制品和光敏剂，用以实现对癌症、感染和皮肤疾病的组合光声动力治疗，辐射源的波长与光敏剂的吸收频带相一致，超声波参数选择成在空穴效应下激活溶液中的物质，并且基体形状和辐射源在基体上的位置在病变区域上提供溶液的均匀曝光。
33．如权利要求26所述的装置，其特征在于，基底具有侧凸缘，侧凸缘带有与生物体表面相接触的弹性边，从而提供病变区域上方的空间的气密性，并且理疗器件调节病变区域上方的压力、温度和气体混合物。
34．如权利要求33所述的装置，其特征在于，它包含用液氮进行低温治疗的专门器件和用以实现低温治疗和光充血的降温的器件。
35．如权利要求26所述的装置，其特征在于，它另外还包括按一给定程序同步于其它种类的理疗作用而将药剂配制品和生物分子以粉末、溶液和喷雾的形式导入病变区域的器件。
36．如权利要求26所述的装置，其特征在于，在基底与生物体的表面之间引入一透辐射护罩，其边缘与生物体表面相接并夹持住它，在护罩的整个表面或仅一部分上设置一辐射源的基体。
37．如权利要求36所述的装置，其特征在于，护罩通过一软管与按给定程序调节护罩下空间内的压力的器件相连，从而实现组合的光真空治疗。
38．如权利要求37所述的装置，其特征在于，对于泌尿学任务，具体说是在治疗慢性前列腺炎和阳痿时，护罩具有圆筒或截透圆锥形状，其开口端与阴茎根部邻连，另一个封闭的粗端与一产生真空的软管相连，辐射源设置在圆筒形或圆锥形表面上，压力大小选择在105-8·106帕的范围内，并使空气稀薄化和产生正常压力循环交替，使波长选择在0.4-1.3微米的范围内，而通量在1-500毫瓦/厘米2的范围内变化。
39．如权利要求37所述的装置，其特征在于，护罩具有一球体形状，辐射源设置在外表面上。
40．如权利要求2所述的装置，其特征在于，在基底与生物体的表面之间引入充满包括光敏剂在内的药剂配制品并至少接触生物体表面的柔性弹性带，该弹性带至少能部分透过所采用的辐射。
41．如权利要求40所述的装置，其特征在于，在治疗肢体、具体说是治疗静脉曲张时，该弹性带紧密地夹持住病变区域。
42．如权利要求26所述的装置，其特征在于，控制和电源装置与辐射源和附加理疗器件直接设置在基底上，电源装置制成由充电电池自给。
43．如权利要求1所述的装置，其特征在于，整个装置制成封闭囊盒形式的自给式，它们的壁或其部分是透辐射的，电源和控制装置设置在该囊盒内，辐射源在囊盒的内表面上设置和取向成朝向囊盒外面。
44．如权利要求43所述的装置，其特征在于，它另外还包含一微刺激器，其电极固定于囊盒的外表面上，并具有用以将其保持在病人身体上或不同的自然凹腔内的配件和利用外部磁体调节囊盒在这些凹腔内的位置的配件，囊盒的壁由磁性材料制成，或制成一根线的形式，它除了机械功能外还可用于完成电源供给或对囊盒内的电池重新充电，在需要的情况下，它可以与囊盒分离。
45．如权利要求26所述的装置，其特征在于，辐射源以及与小型感应器相连的附加理疗器件的能量供给通过具有以下参数的脉冲磁性装置进行远程提供磁场强度在10-3-10特斯拉的范围内变化，重复频率为1-103赫兹，脉冲持续时间为10-6-10-2秒。
46．如权利要求45所述的装置，其特征在于，超微型辐射源与供给元件或电刺激器或感应器一起植入需要辐射作用的生物体的内部区域，例如靠近血管、骨组织、肿瘤、光敏结构，并且分配成对病变区域实现均匀的曝光。
47．如权利要求1所述的装置，其特征在于，为了均匀地辐射生物体内的大体积病变区域，辐射源制成化学物质的形式，在缓慢注入血液或强迫注入后，由于其选择性的储存，以及在外部物理因素高频电场或超声波振动作用下的荧光性，从而均匀地散布于病变区域的空间上。
48．如权利要求2所述的装置，其特征在于，它制成夹持住病变区域的中空圆筒或半圆筒的形式，其内表面的形状接近圆筒形，用以治疗颈部、肢体和身体的其它部分，辐射源设置在其内表面上。
49．如权利要求2所述的装置，其特征在于，它制成部分的球形，夹持住诸如头部、膝盖、肘部、女性乳房之类的病变区域，辐射源设置在内侧上，保持件和基底制成倾斜灯的形式。
50．如权利要求6所述的装置，其特征在于，诸段呈矩形，表面上具有高密度设置的发光二极管，提供10-300毫瓦/厘米2程度的通量并均匀地夹持住病变区域，特别是手腕、小腿、颈部。
51．如权利要求2所述的装置，其特征在于，它制成柔性手套的形式，其内侧上设置辐射源，并在指尖区域中，圆筒形、圆锥形或球形的电刺激器的电极与手指皮肤机械接触。
52．如权利要求2所述的装置，其特征在于，它制成直接放入生物体内部器官的中空圆筒的形式，例如放入鼻腔，或使用一相应的导管(尿道管、直肠管、阴道管等)或一中空的针放入，辐射源朝外，并设置在圆筒的外表面上或设置在透光或散射性的壁的内表面上。
53．如权利要求2所述的装置，其特征在于，它制成部分的或完全的球体，辐射源朝外设置或设置在其壁由透光或散射性材料制成的中空球体的外表面上或内表面上。
54．如权利要求2所述的装置，其特征在于，辐射源设置在窄矩形段上，这些窄段固定于一椭圆形圆筒的外表面上并平行于其轴线或固定于一具有透光或散射性壁的圆筒的内表面上，在所有情况下辐射源的发射部分均朝外。
55．如权利要求1所述的装置，其特征在于，小型辐射源设置成沿具有透明或散射性壁的中空圆筒的轴线的一条线的形式，最大方向图选择成相对于圆筒的轴线在0°到90°的范围内。
56．如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，它包含不同类型的冷却辐射源和基底的系统水冷却、Pelte、设置在辐射源或基底的外部上的微型风扇形式的空气冷却。
57．如权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括不同类型光学的、热学的、声学的、流变学的或生物化学的生物传感器形式的反馈通道，它与生物体对接并与控制装置相连。
58．如权利要求2所述的装置，其特征在于，辐射源构制入基底，该基底遵循口的、特别是人造牙齿或假牙形式的分离部分的形状。
59．如权利要求7所述的装置，其特征在于，其中构制有一电刺激器的柔性基底具有耳朵内腔的形状。
60．如权利要求2所述的装置，其特征在于，基底遵循内鼻窦的形状。
61．如权利要求7所述的装置，其特征在于，柔性基底固定于与人直接相邻的物品的表面上，包括衣服、枕头、毯子、面纱、椅子和扶手椅的靠背、床、沙发，有时包括不同的生物活性剂，包括光敏剂。
62．如权利要求26所述的装置，其特征在于，在美容方面，辐射源与场磁体和电刺激器的电极一起构制入夹持住病人面部的面罩。
63．如权利要求1所述的装置，其特征在于，辐射源构制入眼镜架，辐射眼睛和相邻区域，波长按给定的程序选择和转换，以提供对个人情绪的控制。
64．如权利要求1、2、7所述的装置，其特征在于，为调节病人的体重，辐射源的基体固定在脂肪组织聚集的区域中，具体说是胃、颈部、下巴、大腿和血管集中的部位上，在第一种情况下，波长选择成最大程度地激法光化学过程而使脂肪组织分解，包括使用光敏剂，在第二种情况下，刺激负责体重调节的生物活性物质、特别是血清素的产生。
65．如权利要求64所述的装置，其特征在于，它另外还包含电刺激、超声波和真空治疗器件。
66．如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，光二极管基体形式的辐射源构制于一夹持住手腕的手镯中或构制于手表或腕饰中。
67．如权利要求1所述的装置，其特征在于，它另外还包括一与控制装置相连的计时器，该计时器在与跨越时区的时间和速度相一致的所需时机切换辐射源，以调节生物节律，特别是调节人的睡眠及其在跨越时区时的最快适应性。
68．如权利要求1所述的装置，其特征在于，为通过将抗体从非活性转换成活性形式来激活免疫系统，辐射源均匀地夹持住病人的身体，波长选择在0.66微米附近，通量在2-200毫瓦/厘米2的范围内，曝光时间在10到50分钟。
69．如权利要求1所述的装置，其特征在于，发光二极管的基体形式的辐射源设置在均匀夹持住病人身体肺部区域的柔性带上，波长选择在最能透过生物组织的范围，即0.7-0.95微米，并与所选用的光敏剂的吸收频带相一致，以应用于肺科和治疗肺结核。
70．如权利要求1所述的装置，其特征在于，用蓝光二极管作为辐射源，其基体设置在新生儿的保育箱的透明壁的外侧上。
71．如权利要求2所述的装置，其特征在于，为了提高光泳现象的有效性，它在基底表面上均匀散布有长度为5到10微米的机械针，这些针与生物体表面相接触，基底具有将针压入生物体的附加配件。
72．如权利要求2所述的装置，其特征在于，基底另外还装有与生物体表面相接触的加热元件。
73．如权利要求1或2或26所述的装置，其特征在于，它另外还包含电泳器件。
74．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所需的曝光分布是通过特殊分布辐射源或通过改变它们的功率来提供的。
75．如权利要求74所述的装置，其特征在于，所需的分布是通过设置在辐射源与生物体表面之间的膜片或滤光器来提供的。
76．如权利要求2、4、22的任一项所述的装置，其特征在于，它使用一平坦形状的基底，该基底均匀散布有以不同频谱范围发射的辐射源。
全文摘要
本发明涉及一种利用设置在一基底表面上的诸如激光器或发光二极管之类的光学辐射源的基体来用光理疗性辐射空间上大范围的病变的装置,该基底的形状适应于病变区域的形状。另外,装置还包含止挡件和一保持件,用以将基底固定抵靠于生物体。还提供附加的器件来调节病变区域上的温度、压力、气体成分。建议用其反应产物会发冷光的化学反应作为辐射源。电源装置可以通过脉冲磁场以远程供给来自给。提供一辅助性的透光护罩将病变局限于某一部位,并提供使辐射散射的带子以获得对生物体更均匀的曝光。应用:对生物体表面上的不同的大范围病变的光疗,包括皮肤病、美容;对外伤、瘀伤、浮肿、静脉曲张的治疗,血液治疗,对感染过程的治疗。
文档编号A61F7/00GK1296420SQ99804958
公开日2001年5月23日 申请日期1999年4月9日 优先权日1998年4月10日
发明者V·P·扎罗夫 申请人:阿肯色州立大学托管会