可穿戴式无创光疗装置

1.本公开涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种可穿戴式无创光疗装置。


背景技术：

2.在医疗领域，特定波长范围和剂量的光照对皮肤病、骨质疏松、伤口愈合等病症具有一定疗效，是一种无创医疗手段。
3.传统的光疗装置采用荧光灯作为光源，无法实现可穿戴治疗，光疗区域和光疗剂量由光源照射面积决定，无法对光疗区域及区域内的光谱成分、光强进行精准调控。以上问题限制了光疗技术的推广与应用。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种可穿戴式无创光疗装置，创新性地将发光二极管、有机发光二极管、超辐射二极管、半导体激光器中的一种或多种作为主动发光单元，为光疗装置提供初始光动力，实现了无创光疗装置对患者进行治疗时的可穿戴，装置结构简单合理，使用范围广，穿戴舒适度和便携性较好。
5.本发明提供了一种可穿戴式无创光疗装置，包括：光动力模块，包括至少一个主动发光单元，用于辐射光子束，为光疗装置提供初始光动力，其中，至少一个主动发光单元为发光二极管、有机发光二极管、超辐射二极管、半导体激光器中的一种或多种；驱动显示模块，用于控制、显示和记录光动力模块的工作状态；光输出调节模块，设置于光动力模块光子束的照射方向上，用于调控光子束的光谱成分以及光场匀化，光输出调节模块包括与至少一个主动发光单元对应设置的至少一个微腔体，至少一个微腔体内设置有荧光转换材料，荧光转换材料被光子束激发，能量转换实现入射光子束波长变化，实现对光子束光谱成分的调控。
6.可选地，至少一个微腔体自由拼接构成阵列，用于根据患者的病灶区的具体位置设计相应的阵列方案，调整光疗区域的位置和面积。
7.可选地，微腔体中的荧光转换材料在光子束的投影面上分部不均，用于根据患者的患病程度调整荧光转换材料的剂量，调整光疗区域的光辐射剂量以及光场匀化。
8.可选地，微腔体上设置有透镜，用于根据患者的患病程度调整透镜的形状，调整光疗区域的光辐射剂量以及光场匀化。
9.可选地，荧光转换材料中掺杂有稀土离子。
10.可选地，至少一个主动发光单元的光波长范围为200nm～1200nm。
11.可选地，至少一个主动发光单元下方设置有用于固定至少一个主动发光单元的柔性基板。
12.可选地，柔性基板包括印刷电路板、柔性电路板、柔性塑料基板、柔性玻璃基板、聚酰亚胺基板中的一种或多种。
13.本发明中所公开的可穿戴式无创光疗装置，创新性地将发光二极管、有机发光二
极管、超辐射二极管、半导体激光器中的一种或多种作为主动发光单元，为光疗装置提供初始光动力，实现了无创光疗装置对患者进行治疗时的可穿戴，装置结构简单合理，使用范围广，穿戴舒适度和便携性较好。
14.本发明中所公开的可穿戴式无创光疗装置，通过将主动发光单元与荧光转换材料相结合，使得主动发光单元入射光子束的光谱成分得以调整和改变。装置结构简单合理，使用范围广，穿戴舒适度和便携性较好。
15.本发明中所公开的可穿戴式无创光疗装置，一个主动发光单元对应一个微腔体，不仅可以实现光学隔离作用，避免其他微腔体内的荧光转换材料被不必要的激发，还可以有针对性的调整各个微腔体内的荧光转换材料的成分及数量，精准调节光疗区域内的光谱成分和剂量，满足同时对不同种类及不同程度的疾病进行光疗。
16.本发明中所公开的可穿戴式无创光疗装置，微腔体内的荧光转换材料的表面形貌选用曲面和/或在微腔体上设置透镜，从而实现光场的匀化和调控，调节和改善光疗区域内接收到的光剂量分布。
17.本发明中所公开的可穿戴式无创光疗装置，通过荧光转换材料，在保证光动力模块输出光谱自由度的前提下，减少了所需发光二极管、有机发光二极管、超辐射二极管、半导体激光器的数量，规避了高密度封装引入的工艺复杂度、可靠性降低和散热需求，提升了光疗装置便携性和穿戴舒适度，降低了装置的成本、能耗和工作噪音。
附图说明
18.图1示意性示出了根据本公开实施例的可穿戴式无创光疗装置的工作原理图；
19.图2示意性示出了根据本公开实施例的可穿戴式无创光疗装置使用状态下的结构示意图；
20.图3示意性示出了根据本公开实施例的可穿戴式无创光疗装置展开状态下的结构示意图；
21.图4示意性示出了根据本公开实施例的光动力模块的结构示意图；
22.图5示意性示出了根据本公开实施例的光输出调节模块的结构示意图；
23.图6示意性示出了根据本公开实施例的单个微腔体31的截面示意图；
24.图中，驱动显示模块-1、光动力模块-2、柔性基板-21、主动发光单元-22、光输出调节模块-3、微腔体-31、荧光转换材料-32、透镜-33。
具体实施方式
25.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
26.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
27.本公开的实施例提供一种可穿戴式无创光疗装置，包括：
28.光动力模块2，包括至少一个主动发光单元22，用于辐射光子束，为光疗装置提供初始光动力，其中，至少一个主动发光单元22为发光二极管、有机发光二极管、超辐射二极管、半导体激光器中的一种或多种；
29.驱动显示模块1，用于控制、显示和记录光动力模块2的工作状态。
30.在一些实施例中，驱动显示模块1内置有驱动电路，驱动电路引脚与光动力模块2中各发光单元的电极相连，进而实现对光动力模块2中每个主动发光单元22的独立控制，通过调整电流电压来改变各主动发光单元22的亮度和工作时长，实现对光动力模块2的亮度、发光时长和发光区域进行控制和调整，这样便可以根据使用者的实际治疗需求调整光疗区域和光疗剂量。
31.在一些实施例中，驱动显示模块1通过蜂鸣器、喇叭、led信号灯、震动马达，以闪烁、声音及振动等方式进行状态提醒用户光疗装置的实时工作状态。
32.在一些实施例中，驱动显示模块1可以通过usb数据线或蓝牙链接等有线或无线方式与外部进行数据交互，根据用户的治疗方案，写入对应的光疗程序，存储光疗装置的使用历史数据。
33.在一些实施例中，还包括光输出调节模块3，设置于光动力模块2光子束的照射方向上，用于调控光子束的光谱成分以及光场匀化。
34.在一些实施例中，光输出调节模块3包括与至少一个主动发光单元22对应设置的至少一个微腔体31，至少一个微腔体31内设置有荧光转换材料32，荧光转换材料32可以被光动力模块2输出的光子束激发，发生能量转换实现波长变化，调控入射光子束的波长，丰富光谱成分，以提升光疗装置的治疗范围，光输出调节模块3通过荧光转换材料32实现对光子束光谱成分的调控。荧光转换材料32受到光动力模块2输出的光子束激发后，发生能量传递，进而调整和改变入射光子束的光谱成分。一个主动发光单元22对应一个微腔体31，不仅可以实现光学隔离作用，避免其他微腔体31内的荧光转换材料32被不必要的激发，还可以有针对性的调整各个微腔体31内的荧光转换材料32的成分及数量，精准调节光疗区域内的光谱成分和剂量，满足同时对不同种类及不同程度的疾病进行光疗。
35.在一些实施例中，微腔体31可以通过压塑、3d打印制备。
36.在一些实施例中，至少一个微腔体31自由拼接构成阵列，这样可以避免病灶区以外的区域受到不必要的光辐射而带来的影响和损伤。通过调整主动发光单元22的发光元件种类和波长、主动发光单元22与微腔体31的相对位置和面积配比，可以进一步调整病灶区域的光辐射剂量。可以用多个主动发光单元22输出的光能量激发单个微腔体31，也可以用单个主动发光单元22输出的光能量激发多个微腔体31。
37.在一些实施例中，微腔体31中的荧光转换材料32在光子束的投影面上分部不均。根据光场匀化的需要，借助压塑、3d打印制备和脱模固化工艺，微腔体31内的荧光转换材料32的表面形貌可以是平面，也可以是曲面，从而实现光场的匀化和调控，调节和改善光疗区域内接收到的光剂量分布。
38.通过电路设计对每一个主动发光单元22实现单独调控、调整主动发光单元22与微腔体31的相对位置和面积配比、调整各个微腔体31内的荧光转换材料32的成分及数量、将主动发光单元22组成的光动力模块2与荧光转换材料32相结合，成为一种新型的用于光疗
的可穿戴式无创光疗装置。该装置可以实现灵活调整光疗区域面积、光疗区域的光辐射剂量、同时对不同种类及不同程度的疾病进行光疗、避免病灶区以外的区域受到不必要的光辐射而产生不良后果带来的影响和损伤，结构简单合理，使用范围广，穿戴舒适度和便携性较好。
39.在一些实施例中，微腔体31上设置有透镜33，从而实现光场的匀化和调控，调节和改善光疗区域内接收到的光剂量分布。
40.在一些实施例中，荧光转换材料32中掺杂有稀土离子。
41.在一些实施例中，至少一个主动发光单元22的光波长范围为200nm～1200nm。光动力模块2中可以搭配同种输出光波长的发光二极管、有机发光二极管、超辐射二极管、半导体激光器，也可以采用不同输出光波长的发光二极管、有机发光二极管、超辐射二极管、半导体激光器搭配组合，实现光动力模块2输出的光波长为200至1200nm中的固定波长，或上述波长范围的组合。
42.在一些实施例中，至少一个主动发光单元22下方设置有用于固定至少一个主动发光单元22的柔性基板21，主动发光单元22封装在柔性基板21上。
43.在一些实施例中，柔性基板21包括印刷电路板、柔性电路板、柔性塑料基板、柔性玻璃基板、聚酰亚胺基板中的一种或多种。
44.在一些实施例中，光动力模块2与光输出调节模块3通过粘结剂贴合在一起，亦可通过魔术贴或卡扣相连接，便于拆卸。如果光动力模块2自身输出的光满足治疗的需求，可以将光输出调节模块3拆卸掉，将光动力模块2直接附着在使用者皮肤上使用。此外，当光动力模块2的主动发光单元22采用大功率高光效发光器件时，可以将光动力模块2与光输出调节模块3脱离接触，以类似投影的方式，利用光动力模块2发出的高强度光束激发阵列式微腔体31内的荧光转换材料32，获得适宜的光剂量。
45.图1示意性示出了根据本公开实施例的可穿戴式无创光疗装置的工作原理图。
46.图2示意性示出了根据本公开实施例的可穿戴式无创光疗装置使用状态下的结构示意图。
47.图3示意性示出了根据本公开实施例的可穿戴式无创光疗装置展开状态下的结构示意图。
48.图4示意性示出了根据本公开实施例的光动力模块2的结构示意图。
49.图5示意性示出了根据本公开实施例的光输出调节模块3的结构示意图。
50.图6示意性示出了根据本公开实施例的单个微腔体31的截面示意图。
51.在一个实施例中，一种可穿戴式无创光疗装置，如图1-3所示，包括：
52.光动力模块2，如图4所示，包括至少一个主动发光单元22，用于辐射光子束，为光疗装置提供初始光动力，其中，至少一个主动发光单元22为发光二极管、有机发光二极管、超辐射二极管、半导体激光器中的一种或多种；至少一个主动发光单元22的光波长范围为200nm～1200nm。至少一个主动发光单元22下方设置有用于固定至少一个主动发光单元22的柔性基板21，主动发光单元22封装在柔性基板21上。柔性基板21包括印刷电路板、柔性电路板、柔性塑料基板、柔性玻璃基板、聚酰亚胺基板中的一种或多种。
53.驱动显示模块1，驱动显示模块1内置有驱动电路，驱动电路引脚与光动力模块2中各发光单元的电极相连，实现对光动力模块2中每个主动发光单元22的独立控制，通过调整
电流电压来改变各主动发光单元22的亮度和工作时长，实现对光动力模块2的亮度、发光时长和发光区域进行控制和调整，根据使用者的实际治疗需求调整光疗区域和光疗剂量；同时驱动显示模块1通过蜂鸣器、喇叭、led信号灯、震动马达，以闪烁、声音及振动等方式进行状态提醒用户光疗装置的实时工作状态；另外，驱动显示模块1可以通过usb数据线或蓝牙链接等有线或无线方式与外部进行数据交互，根据用户的治疗方案，写入对应的光疗程序，存储光疗装置的使用历史数据。
54.光输出调节模块3，如图5所示，设置于光动力模块2光子束的照射方向上，光输出调节模块3包括与至少一个主动发光单元22对应设置的至少一个微腔体31，如图6所示，至少一个微腔体31内设置有荧光转换材料32，荧光转换材料32可以被光动力模块2输出的光子束激发，发生能量转换实现波长变化，调控入射光子束的波长，丰富光谱成分，以提升光疗装置的治疗范围，光输出调节模块3通过荧光转换材料32实现对光子束光谱成分的调控。一个主动发光单元22对应一个微腔体31。微腔体31通过压塑、3d打印制备。至少一个微腔体31自由拼接构成阵列。微腔体31中的荧光转换材料32在光子束的投影面上分部不均。根据光场匀化的需要，借助压塑、3d打印制备和脱模固化工艺，微腔体31内的荧光转换材料32的表面形貌是曲面。如图4所示，微腔体31上设置有透镜33。荧光转换材料32中掺杂有稀土离子。光动力模块2与光输出调节模块3通过魔术贴相连接。
55.以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种可穿戴式无创光疗装置，其特征在于，包括：光动力模块(2)，包括至少一个主动发光单元(22)，用于辐射光子束，为所述光疗装置提供初始光动力，其中，所述至少一个主动发光单元(22)为发光二极管、有机发光二极管、超辐射二极管、半导体激光器中的一种或多种；驱动显示模块(1)，用于控制、显示和记录光动力模块(2)的工作状态。光输出调节模块(3)，设置于光动力模块(2)光子束的照射方向上，用于调控光子束的光谱成分以及光场匀化；其中，所述光输出调节模块(3)包括与所述至少一个主动发光单元(22)对应设置的至少一个微腔体(31)，所述至少一个微腔体(31)内设置有荧光转换材料(32)，荧光转换材料(32)被光子束激发，能量转换实现入射光子束波长变化，实现对光子束光谱成分的调控。2.根据权利要求1所述的可穿戴式无创光疗装置，其特征在于，所述至少一个微腔体(31)自由拼接构成阵列，用于根据患者的病灶区的具体位置设计相应的阵列方案，调整光疗区域的位置和面积。3.根据权利要求1所述的可穿戴式无创光疗装置，其特征在于，所述微腔体(31)中的荧光转换材料(32)在光子束的投影面上分部不均，用于根据患者的患病程度调整荧光转换材料(32)的剂量，调整光疗区域的光辐射剂量以及光场匀化。4.根据权利要求1所述的可穿戴式无创光疗装置，其特征在于，所述微腔体(31)上设置有透镜(33)，用于根据患者的患病程度调整透镜(33)的形状，调整光疗区域的光辐射剂量以及光场匀化。5.根据权利要求1所述的可穿戴式无创光疗装置，其特征在于，所述荧光转换材料(32)中掺杂有稀土离子。6.根据权利要求1所述的可穿戴式无创光疗装置，其特征在于，所述至少一个主动发光单元(22)的光波长范围为200nm～1200nm。7.根据权利要求1所述的可穿戴式无创光疗装置，其特征在于，所述至少一个主动发光单元(22)下方设置有用于固定所述至少一个主动发光单元(22)的柔性基板(21)。8.根据权利要求7所述的可穿戴式无创光疗装置，其特征在于，所述柔性基板(21)包括印刷电路板、柔性电路板、柔性塑料基板、柔性玻璃基板、聚酰亚胺基板中的一种或多种。

技术总结
本公开提供了一种可穿戴式无创光疗装置，包括：光动力模块，包括至少一个主动发光单元，用于辐射光子束，为光疗装置提供初始光动力，其中，至少一个主动发光单元为发光二极管、有机发光二极管、超辐射二极管、半导体激光器中的一种或多种；驱动显示模块，用于控制、显示和记录光动力模块的工作状态。本发明中所公开的可穿戴式无创光疗装置，通过将主动发光单元与荧光转换材料相结合，使得主动发光单元入射光子束的光谱成分得以调整和改变。装置结构简单合理，使用范围广，穿戴舒适度和便携性较好。穿戴舒适度和便携性较好。穿戴舒适度和便携性较好。


技术研发人员：薛斌 闫建昌 刘春岩 张宁 王军喜 李晋闽
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：2021.11.04
技术公布日：2022/3/7