一种基于近红外LED和激光的双光源人脑光生物调节装置的制作方法

一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置
技术领域
1.本发明涉及理疗装置领域，特别是涉及一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置。


背景技术：

2.当前，经颅光疗法(tlt)或经颅光生物调节(tpbm)已经得到了充分的科学论证，获得了一定量的有益临床数据，通过近红外光(近红外光)能调节脑神经内部线粒体功能、神经元内信令系统以及氧化还原态来调节细胞的代谢活动，近红外光作用于细胞线粒体中的光受体呼吸酶(细胞色素氧化酶)，并且能够将这些近红外光的能量转换成三磷酸腺苷(atp)，促进受损脑细胞的修复，已表明低能量水平的近红外光进入脑细胞可显著改善受中风带来的神经症状，可提高脑供血量并对创伤性脑损伤起积极作用。低能量水平的近红外光在人体组织的传递和脑细胞的吸收不伴随有任何实质性并发症或主要副作用。根据治疗需要有目的地引导近红外光到活脑的一个或多个病灶部位，使得对诸如阿尔茨海默症(ad)、帕金森症(pd)和抑郁症等多种医学上识别的神经病症和病理得到有益改善和预防。
3.与阿尔茨海默症和帕金森症相关等老年意识障碍的病变脑组织主要集中在前额叶皮层、后扣带皮层、楔前叶、颞叶和海马体等区位，病变脑组织在空间上呈表面皮层与深位组织图型接连或离散分布的特点，对于病情趋于恶化的ad患者，病变脑组织在时间上呈由点、面状到块状变化的特点。当前用于人脑的光生物理疗设备的光源器件均为近红外低功率led，由于其排列形式和分布数量较为固定，且照射深度较为局限，导致其只适用于理疗大脑的局部表面皮层。然而，对于不同的病人以及病情程度各异的患者，其脑部病灶面积和形状有较大差异，病发部位由海马体周围组织至大脑表面皮层是由深至浅的立体化分布，使得现有设备难以应对深位病灶，也难以应对分布呈多点、多面、多块位置随机分布的病灶理疗现状。由于理疗区域固定，理疗深度和理疗范围有限，极大限制了理疗效果。
4.现需一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明是为了解决现有技术中当前用于人脑的光生物理疗设备的光源器件均为近红外低功率led，由于其排列形式和分布数量较为固定，且照射深度较为局限，导致其只适用于理疗大脑的局部表面皮层，然而，对于不同的病人以及病情程度各异的患者，其脑部病灶面积和形状有较大差异，病发部位由海马体周围组织至大脑表面皮层是由深至浅的立体化分布，使得现有设备难以应对深位病灶，也难以应对分布呈多点、多面、多块位置随机分布的病灶理疗现状的问题，提供了一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置，通过一定功率和发射频率的近红外光辐射特定的人脑病变区域，实现对老年痴呆症的缓解和治疗，解决了上述问题。
6.本发明提供了一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置，包括多点激光单元和多点led单元，多点激光单元用于至少一个点位布置输出理疗光谱区间相应
近红外激光的光源，多点led单元用于在至少一个点位布置输出理疗光谱区间相应近红外光的光源，多点激光单元和多点led单元均贴合人脑外侧且输出功能区域重叠。
7.激光光疗光源的理疗光谱区间相应为近红外激光，led光疗光源的理疗光谱区间相应为近红外光。
8.通过功能区输出区域的重叠，在区域功能区输出区域重叠的情况下使得激光单元和led单元的实际作用区域因输出区域的指向实现了大脑三维空间的表层与深层的光源连续覆盖。
9.led与激光的照射区位各不相同，一般情况下各个理疗子模块不存在区位重叠，实际上光的经颅和经脑传播过程是复杂的，同时多个led光源和激光光源的照射位置与照射姿态各不相同，在实际理疗中会存在多光源能量互耦现象，能量互耦区域相比主要照射理疗区域距离较远，此区域较弱的光能量导致部分受损脑细胞达不到启动修复机制的阈值下限，而多个光源的耦合可能会使得细胞达到受损修复的能量阈值，起到了一定理疗效果的增强。
10.本发明所述的一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置，作为优选方式，基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置还包括供电单元、控制单元和框架，供电单元与控制单元、多点激光单元和多点led单元均电连接，控制单元控制多点激光单元和多点led单元，框架用于固定多点激光单元和多点led单元。
11.本发明所述的一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置，作为优选方式，多点激光单元包括线型激光光疗模块和点型激光光疗模块，线型激光光疗模块输出线型激光，点型激光光疗模块输出点型激光，线型激光光疗模块和点型激光光疗模块分别设置于人脑外侧。
12.本发明所述的一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置，作为优选方式，线型激光光疗模块为若干线型激光设备模块组成的模块，其中各线型激光设备通过2组非球面透镜和1组光栅分别实现激光二极管出射光的能量分布均匀化和线型分布，光束的最终发散角度为90
°
。
13.点型激光光疗模块为若干点型激光设备模块组成的模块，其中各点型激光设备通过2组非球面透镜实现激光二极管出射的高斯光能量分布均匀化，光束的最终发散角度为30
°
，能量分布均匀度不低于85％。
14.多点led单元为若干led设备模块组成的单元，其中各led设备通过3组非球面透镜和2组微透镜阵列实现led光源出射光的收束与光斑的能量分布均匀化，光束的最终发散角度为90
°
，能量分布均匀度不低于90％。
15.本发明所述的一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置，作为优选方式，多点led单元包括至少一对颞叶led光疗模块、至少一对额叶led光疗模块和枕叶led光疗模块，颞叶led光疗模块照射枕叶皮层，额叶led光疗模块照射在前额叶皮层背部，枕叶led光疗模块照射在颞叶皮层。
16.线型激光光疗模块产生的线型激光照射后扣带皮层。
17.点型激光光疗模块包括至少一对颞叶激光光疗模块和至少一对额叶激光光疗模块，颞叶激光光疗模块和额叶激光光疗模块均用于结合医学影像技术拍摄的呈不规则分布的病灶靶区位置，对离散分布的病灶区精准照射。
18.本发明所述的一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置，作为优选方式，框架包括后支点、后梁、后光学理疗单元连接座、主铰链、前梁、前光学理疗单元连接座和前支点，后梁为曲梁结构，后梁两端分别连接后支点和主铰链，后光学理疗单元连接座设置于后梁中部用于活动连接多点激光单元和多点led单元，前梁为曲梁结构，前梁两端分别连接前支点和主铰链，前光学理疗单元连接座设置于前梁中部用于活动连接多点激光单元和多点led单元，前梁和后梁通过主铰链具有水平的旋转自由度，前支点用于接触前额中心，后支点用于接触后脑中心。
19.本发明所述的一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置，作为优选方式，控制单元向多点激光单元和多点led单元发送工作指令并传输电能，按照设定模式控制多点激光单元中各模块和多点led单元中各模块的工作状态和工作时间。
20.本发明所述的一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置，作为优选方式，两颞叶led光疗模块通过关节臂结构活动安装于后梁轴线两侧的后光学理疗单元连接座，两额叶led光疗模块通过关节臂结构活动安装于前梁轴线两侧的前光学理疗单元连接座，枕叶led光疗模块安装于后支点内侧，线型激光光疗模块安装于前梁或后梁梁身体内侧，两颞叶激光光疗模块通过关节臂结构活动安装于前梁轴线两侧的前光学理疗单元连接座，额叶激光光疗模块通过关节臂结构安装于后梁轴线两侧的后光学理疗单元连接座。
21.本发明所述的一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置，作为优选方式，控制单元的控制模式包括α波模式和γ波模式，
22.其中α波模式下各个理疗模块的工作频率为10hz；
23.γ波模式下各个理疗模块的工作频率为40hz；
24.α波模式下和γ波模式下led光能的输出占空比均为50％，激光光能的输出占空比均为35％。
25.低功率水平近红外led光疗模块具有光束发散角大、功率密度低，照射面积大的特点，适用于针对大脑表面皮层的理疗，但对深层的病变组织理疗效果有限，而激光二极管的出射光束发散角小，光源纯净，可在安全阈值范围内提高输出功率，使得其具备经颅穿透性相对高的特点，适用于深层病变组织的理疗。就单一近红外led技术或单一近红外激光技术来讲，两者均不能实现对大脑表面大面积和深位病灶的理疗。而通过多个激光光疗模块与多个led光疗模块结合就形成了新的技术创新或技术优势，配合支持多区位移动的光学模块载具实现了无创式经颅大脑表面皮层与大脑深位病灶的光源理疗，可使近红外光有效照射到大脑的多个分布离散的深层和表层脑区病变组织，实现老年意识障碍的全脑(大脑皮层、深位核团)多靶点、精准化、无创式神经干预调控，有效提升刺激深度、刺激精度和刺激干预效果。本发明通过多点式led光疗模块和多点近红外激光光源理疗模块的组合，依据医学影像技术(如ct等)的病灶靶区位置辅助并通过多触手可调式机械结构引导激光精准照射，由此解决了多点led照射区域受限且对脑区深部的病变组织难以有效应对的技术现状。
26.本发明有益效果如下：
27.(1)可适应不同头型和大小并确保光电模块的主光轴与作用点处头颅法线平行，通过调节关节臂可实现光束对病变脑部的全区域覆盖照射；
28.(2)采用了非球面透镜和微透镜阵列组合的光学系统，具有光源能量输出稳定性好，光斑能量分布均匀性好的特点，提高了光能传输效率和理疗效果；
29.(3)激光光疗模块可与led光疗模块形成优势互补，两种光源相结合可形成表面与深层的光源覆盖，结合支持多区位移动的光学模块载具可使近红外光有效照射到大脑的多个病变区位、分布离散的深层和表层脑区病变组织。
附图说明
30.图1为一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置示意图；
31.图2为一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置多点激光单元示意图；
32.图3为一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置多点led单元示意图；
33.图4为一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置点型激光光疗模块示意图；
34.图5为一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置框架示意图。
35.附图标记：
36.1、多点激光单元；11、线型激光光疗模块；12、点型激光光疗模块；121、颞叶激光光疗模块；122、额叶激光光疗模块；2、多点led单元；21、颞叶led光疗模块；22、额叶led光疗模块；23、枕叶led光疗模块；3、供电单元；4、控制单元；5、框架；51、后支点；52、后梁；53、后光学理疗单元连接座；54、主铰链；55、前梁；56、前光学理疗单元连接座；57、前支点。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
38.实施例1
39.如图1所示，一种基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置，包括多点激光单元1、多点led单元2、供电单元3、控制单元4和框架5，多点激光单元1用于至少一个点位布置输出理疗光谱区间相应近红外激光的光源，多点led单元2用于在至少一个点位布置输出理疗光谱区间相应近红外光的光源，多点激光单元1和多点led单元2均贴合人脑外侧且输出功能区域重叠，供电单元3与控制单元4、多点激光单元1和多点led单元2均电连接，控制单元4控制多点激光单元1和多点led单元2，框架5用于固定多点激光单元1和多点led单元2。
40.多点激光单元1和多点led单元2中光源的光谱范围为800～900nm，根据不同理疗需要其工作频率在10hz或40hz选择。
41.供电单元3为本装置的电源，本实施例中供电单元3的输出电压为5.0v的直流电。
42.控制单元4的控制模式包括α波模式和γ波模式，
43.其中α波模式下各个理疗模块的工作频率为10hz；
44.γ波模式下各个理疗模块的工作频率为40hz；
45.α波模式下和γ波模式下led光能的输出占空比均为50％，激光光能的输出占空比均为35％。
46.进一步的，系统程序设置单次理疗时长为20分钟，当中途需要停止使用时，可通过
关机按键关闭理疗仪。
47.如图2所示，多点激光单元1包括线型激光光疗模块11和点型激光光疗模块12，线型激光光疗模块11输出线型激光，点型激光光疗模块12输出点型激光，线型激光光疗模块11和点型激光光疗模块12分别设置于人脑外侧。
48.线型激光光疗模块11为若干线型激光设备模块组成的模块，其中各线型激光设备通过2组非球面透镜和1组光栅分别实现激光二极管出射光的能量分布均匀化和线型分布，光束的最终发散角度为90
°
；
49.点型激光光疗模块12为若干点型激光设备模块组成的模块，其中各点型激光设备通过2组非球面透镜实现激光二极管出射的高斯光能量分布均匀化，光束的最终发散角度为30
°
，能量分布均匀度不低于85％。
50.多点led单元2为若干led设备模块组成的单元，其中各led设备通过3组非球面透镜和2组微透镜阵列实现led光源出射光的收束与光斑的能量分布均匀化，光束的最终发散角度为90
°
，能量分布均匀度不低于90％。
51.如图3所示，多点led单元2包括至少一对颞叶led光疗模块21、至少一对额叶led光疗模块22和枕叶led光疗模块23，颞叶led光疗模块21照射枕叶皮层，额叶led光疗模块22照射在前额叶皮层背部，枕叶led光疗模块23照射在颞叶皮层。
52.线型激光光疗模块11产生的线型激光照射后扣带皮层。
53.如图4所示，点型激光光疗模块12包括至少一对颞叶激光光疗模块121和至少一对额叶激光光疗模块122，颞叶激光光疗模块121和额叶激光光疗模块122均用于结合医学影像技术拍摄的呈不规则分布的病灶靶区位置，对离散分布的病灶区精准照射。
54.如图5所示，框架5包括后支点51、后梁52、至少一个的后光学理疗单元连接座53、主铰链54、前梁55、至少一个的前光学理疗单元连接座56和前支点57，后梁52为曲梁结构，后梁52两端分别连接后支点51和主铰链54，后光学理疗单元连接座53设置于后梁52中部用于活动连接多点激光单元1和多点led单元2，前梁55为曲梁结构，前梁55两端分别连接前支点57和主铰链54，前光学理疗单元连接座56设置于前梁55中部用于活动连接多点激光单元1和多点led单元2，前梁55和后梁52通过主铰链54具有水平的旋转自由度，前支点57用于接触前额中心，后支点51用于接触后脑中心。前梁55通过转动副连接前支点57，后梁52通过转动副连接后支点51。为方便本装置的收纳与携带，主铰链54可以旋转180
°
，通过转动主铰链54使本装置处于折叠状态。
55.本实施例中，前光学理疗单元连接座56和后光学理疗单元连接座53各安装2对关节臂，根据理疗需要，前梁55和后梁52可分别安装一组或多组前光学理疗单元连接座56和后光学理疗单元连接座53，其中关节臂分为颞叶后关节臂、颞叶前关节臂、额叶后关节臂和额叶前关节臂。
56.本实施例中各关节臂由肩关节、上臂、肘关节、下臂、腕关节和触手组成，其中肩关节为关节臂的首端，触手为关节臂的末端，所述肩关节和肘关节为转动副，腕关节为球面副。
57.进一步的，肩关节的转角为β＝120
°
，肘关节为转动副的转角为360
°
。
58.两颞叶led光疗模块21通过关节臂结构活动安装于后梁52轴线两侧的后光学理疗单元连接座53，两额叶led光疗模块22通过关节臂结构活动安装于前梁55轴线两侧的前光
学理疗单元连接座56，枕叶led光疗模块23安装于后支点51内侧，线型激光光疗模块11安装于后梁52梁身体内侧，两颞叶激光光疗模块121通过关节臂结构活动安装于前梁55轴线两侧的前光学理疗单元连接座56，额叶激光光疗模块122通过关节臂结构安装于后梁52轴线两侧的后光学理疗单元连接座53。
59.控制单元4向多点激光单元1和多点led单元2发送工作指令并传输电能，按照设定模式控制多点激光单元1中各模块和多点led单元2中各模块的工作状态和工作时间。
60.控制单元4的控制模式包括α波模式和γ波模式，
61.其中α波模式下各个理疗模块的工作频率为10hz；
62.γ波模式下各个理疗模块的工作频率为40hz；
63.α波模式下和γ波模式下led光能的输出占空比均为50％，激光光能的输出占空比均为35％。
64.本实施例的在基于近红外led和激光的双光源人脑光生物调节装置标准穿戴状态下，前支点57作用于前额中心，后支点51作用于后脑中心，通过前梁55和后梁52产生的夹紧力保持框架3与头部的定位稳定性；安装于后支点51内的枕叶led光疗模块23照射枕叶皮层；通过额叶前关节臂的应力使额叶led光疗模块22贴合于前额表皮，光束照射在前额叶皮层背部；同理，颞叶led光疗模块21贴合于颞叶所对应的头部外表皮，光束照射在颞叶皮层；线型激光光疗模块11安装于后梁，线型激光光疗模块11与头部表皮的距离为2～3cm，产生的线型激光照射后扣带皮层；结合医学影像技术拍摄的呈不规则分布的病灶靶区位置辅助关节臂引导点型激光光疗模块12实现对离散分布的病灶区精准照射。
65.实施例2
66.区别于实施例1，本实施例中线型激光光疗模块安装于前梁或后梁梁身体内侧。
67.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。