手持式低水平雷射治療設備的製作方法
2023-10-25 20:57:47
專利名稱：手持式低水平雷射治療設備的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及用於治療人和動物的手持式低能量雷射裝置。
背景技術：
已知了將光用於治療人和動物。自從人類的早期，人們就已經使用了來自太陽的光協助治癒小疾病。在20世紀中期，在二戰中人們試圖使用集中光來治療受傷的士兵。後來，基於受激發射的量子現象的雷射提供了用於治療患者的集中光的良好光源。雷射允許了使用選擇強度的單色的、基本相關的光。這在治療人類的各種小疾病中被發現是有效的。仔細選擇波長的、相干地指向於人的光的使用提供了用於選擇性地刺激活細胞中的進程的能量。這能夠有助於增加血流、刺激細胞活性以及增強細胞間的交流。雷射治療已經被應用至各種小疾病，諸如a、各種骨骼和組織疼痛以及損傷
1、風溼性和/或慢性關節炎症；
2、運動損傷、傷口和新疤痕；
3、下背和上背疼痛；頸部疼痛；
4、足底筋膜炎和扭傷；
5、網球肘發炎；
6、跟腱感染；
7、腕管綜合症；
8、淋巴水腫；
b、醫療皮膚病學
1、痤瘡；
2、灼傷；
3、疤痕；
4、痔瘡；
5、白斑症(諸如皮膚脫色)；
6、單純皰疹；
C、美學
1、面部老化以及皮膚松垂；
2、皺紋；
3、敏感皮膚；
4、孕後妊娠紋；
d、齒科應用；
e、獸醫應用；
f、針刺治療；
以及其他應用。
雷射在治療中的使用顯示出減少了疼痛，促進了抗炎症活性，促進了治療進程並且促進了皮膚恢復。過去，光治療由需要專門人才施用的大型、昂貴並且有風險的設施進行應用。因此，急需能夠在家庭中使用的小型、用戶安全的雷射治療裝置。
發明內容
本發明的實施例的方案涉及用於使用手持式低水平雷射治療裝置對人進行治療的設備和方法。上述裝置包括提供單色單相雷射束的雷射二極體，上述雷射束在一個方向上以小角度(諸如5-7度之間)發散並且在垂直於第一方向的方向上以較大角度(諸如 30-40度之間)發散。上述設備利用雷射二極體的自然發散性(natural divergence)產生以單色、基本上相干並且平行的光束同時照明較大區域的光束。所述設備包括將雷射束轉變成平行光束的透鏡，其中來自較小發散角度的光線提供了狹窄的照明區域，而來自較大發散角度的光線提供了延伸的(elongated)照明區域。 可選地，延伸的照明區域至少是狹窄的照明區域大小的兩倍。在本發明的一些實施例中，照明區域形成為矩形區域。可替換地，照明區域是橢圓形區域。可選地，作為發散的結果光束保證了眼睛安全，其在每單元區域上提供較小的強度。在本發明的一些實施例中，單色雷射束是不可見紅外線光束。可選地，雷射束的波長在SOOnm至900nm之間。在本發明的示例性實施例中，使用可見光源(諸如LED)提供輔助的可見光束以補充不可見光束以使得用戶將能夠看到所述裝置是激活的並且不會將裝置指向他的眼睛。在本發明的一些實施例中，可見光束與不可見雷射束一致。可替換地，可見光束照明圍繞雷射束的區域以在不可見雷射束周圍形成框從而增強用戶安全。在本發明的一些實施例中，眼睛安全機構通過對著待被照明的目標按壓光發射端而被激活，所述裝置由眼睛安全機構激活以防止用戶無預防措施地發出雷射束。可替換地或者附加地，在所述裝置上可以有其他激活開關。在本發明的一些實施例中，當所述裝置被激活時，所述雷射二極體被不連續地激活，諸如以50%或者更小的佔空比。可選地，所述雷射二極體的輸出功率由伺服迴路連續地控制，所述伺服迴路監控所述雷射二極體的輸出並且更新其佔空比以保持雷射束輸出的功率恆定，諸如響應於監測到的強度更新脈寬或者更新開啟所述雷射二極體的頻率。因此根據本發明的示例性實施例提供了一種雷射治療裝置，包括雷射二極體，其適於產生單色雷射束；透鏡，其適於接收來自於所述雷射二極體的光束並且利用所述雷射二極體的自然發散性形成基本上相干的單色、平行光束；其中形成的光束適於在垂直於光束的傳播方向的平面上形成延伸的照明區域，其中所述照明區域的長度至少是所述照明區域的寬度的大小的兩倍；控制器，其適於控制所述雷射二極體的激活；以及套子，其包封所述雷射二極體、所述透鏡以及所述控制器，其中所述套子適於由用戶手持。在本發明的一些實施例中，所述透鏡是超環面透鏡，其在產生所述照明區域的長度的方向和產生所述照明區域的寬度的方向上具有不同的透鏡半徑。可選地，由所述雷射二極體產生的光束是紅外線雷射束。在本發明的示例性實施例中，所述雷射治療裝置包括可見光源，其產生與所述雷射束結合的可見光束以提供可見光來作為不可見雷射束存在的指示。可選地，所述可見光源安裝成使得光源的像處於所述透鏡的焦平面中。在本發明的示例性實施例中，所述可見光束適於圍繞所述不可見雷射束以形成包圍所述不可見光束的框。在本發明的示例性實施例中，所述控制器適於控制所述雷射二極體的佔空比。可選地，所述控制器適於更新所述雷射二極體的佔空比，以便儘管所述雷射二極體的強度隨著時間變化仍保持恆定的功率輸出。在本發明的示例性實施例中，由所述雷射二極體產生的光束的佔空比初始地小於50%。可選地，所述裝置包括安全機構，通過對著受照目標按壓所述裝置由所述安全機構來激活所述裝置。在本發明的示例性實施例中，所述照明區域形成矩形或者橢圓形區域。可選地，形成的光束是眼睛安全光束。根據本發明的示例性實施例進一步提供了一種雷射治療裝置，包括雷射二極體，其適於產生單色雷射束；透鏡，其適於接收來自於所述雷射二極體的光束；控制器，其適於控制所述雷射二極體的佔空比並且保持恆定的功率輸出；以及套子，其包封所述雷射二極體、所述透鏡以及所述控制器，其中所述套子適於由用戶手持。根據本發明的示例性實施例進一步提供了一種雷射治療裝置，包括雷射二極體，其適於產生單色雷射束；透鏡，其適於接收來自於所述雷射二極體的光束；控制器，其適於控制所述雷射二極體的激活；以及套子，其包封所述雷射二極體、所述透鏡以及所述控制器，其中所述套子適於由用戶手持；並且其中所述裝置是通過對著受照目標按壓所述裝置由所述安全機構激活的。根據本發明的示例性實施例進一步提供了一種雷射治療裝置，包括雷射二極體，其適於產生單色雷射束；可見光源，其適於提供圍繞由所述雷射二極體形成的雷射束的光束，從而在由雷射束形成的照明圖案周圍形成框；透鏡，其適於接收來自於所述雷射二極體的光束；控制器，其適於控制所述雷射二極體的激活；以及套子，其包封所述雷射二極體、所述透鏡以及所述控制器，其中所述套子適於由用戶手持。
從結合附圖的以下詳細說明中，本發明將得到解釋和更好的理解。在多於一個的附圖中出現的等同的結構、構件或者部件，在其出現的所有附圖中通常被標以相同或者相似的數字，其中圖1是根據本發明的示例性實施例的用於實施雷射治療的手持式低水平雷射治療(LLLT)裝置的示意圖；圖2是根據本發明的示例性實施例的用於製造低水平雷射治療裝置的內部結構的示意圖，展現了使用雷射二極體的自然發散性和透鏡構造；圖3是根據本發明的示例性實施例的用於製造具有安全激活機構的低水平雷射治療裝置的內部結構的示意圖；圖4是根據本發明的示例性實施例的用於製造具有在雷射束上疊加可見光束的組合機構的低水平雷射治療裝置的內部結構的示意圖；以及圖5是根據本發明的示例性實施例的控制雷射二極體的佔空比的方法的流程圖。
具體實施例方式圖1是根據本發明的示例性實施例的用於實施雷射治療的手持式低水平雷射治療(LLLT)裝置100的示意圖。在本發明的示例性實施例中，裝置100直接由嵌入在裝置 100中的雷射二極體170的自然發散提供通過透鏡變平行的延伸單色相干雷射束170作為輸出。與現有技術的裝置相比，不是將來自雷射二極體的雷射束集中至一個點以在一個點上具有更強的照明，而是利用雷射二極體的自然趨勢形成延伸光束(elongated beam)以覆蓋更大的區域。典型地，標準的雷射二極體沿著其寬度具有大約5-7度的發散並且沿著其長度具有大約30至40度的發散。裝置100不是使用透鏡來將光束校正成窄光束，而是使用透鏡形成平行的延伸光束以覆蓋更大的區域，諸如3-6cm乘以0. 5至Icm的區域。在本發明的示例性實施例中，照明區域的長度至少是照明區域的寬度的兩倍。在本發明的示例性實施例中，產生的延伸光束基本上是相干的，光束具有雷射二極體發射所接受的基本共同的相位。可選地，通過照明大的區域，每個點由具有對人眼無害的強度的更弱並且更安全的雷射束(諸如眼睛安全光束)照明。通過照明更長的時間或者增加雷射二極體的強度，能夠將更多的功率更加準確地傳遞至特定的區域而不移動裝置100。相反地，在單點雷射中， 一個點被強烈地照明並且區域是通過橫跨用戶的皮膚移動光束以及照明每個點來處理的。在本發明的示例性實施例中，光源和用於給裝置100提供動力的電子電路裝入設計為適合用戶手的人體工學套子110中。可選地，裝置100包括開啟/關閉開關125，其將裝置100開啟以及關閉。當裝置100處於開啟狀態時，通過按動位於套子110 —側的激活開關130可以激活裝置100。可替換地或者附加地，當使用裝置100時，可以通過對著被輻射的人或者目標推動眼睛安全激活開關105來激活裝置100。因為其不會意外地允許用戶將光射進用戶眼睛中，所以當對著被輻射的人按壓時的激活增加了裝置100的安全。在一些情形中，對著用戶的皮膚按壓是有利的，因為這可以減小血流並且增強光吸收的效率。可替換地，在一些情形中，用戶可能有傷口並且優選的是不要對著用戶的皮膚按壓。在本發明的一些實施例中，裝置100由內部電源(諸如電池135)提供動力。可替換地或者附加地，裝置100能夠經由插進諸如家用插座的外部電源的動力線纜(未示出) 由外部電源提供動力。可選地，當裝置插進外部電源時，電池可以被再充電。在本發明的一些實施例中，裝置100包括顯示器115，顯示器例如是IXD顯示器，其示出了各種信息，諸如電池狀態，和/或定時器/計數器。在本發明的示例性實施例中，用戶使用選擇器120將顯示器115上的定時器設定至預選擇值，上述值可代表當裝置由用戶激活時裝置保持激活期間的以秒計的時間量。一旦其計數至預選擇的時間量，裝置將進行倒計數並且自動地使得裝置不工作。諸如如果用戶希望使得照明區域特定的時間量，用戶以期望的時間量設定定時器並且激活裝置100。裝置100將照明該區域直至時間耗盡。圖2是根據本發明的示例性實施例的用於製造低水平雷射治療裝置100的內部結構的示意圖，展現了雷射二極體的自然發散性和透鏡構造。在本發明的示例性實施例中，雷射二極體210安裝在底座230上。在本發明的示例性實施例中，雷射二極體210選擇為發出具有800-900nm之間的單色波長和至少IOOmw的功率輸出的紅外輻射，以使得其在治療用戶時是有效的。可選地，波長被選擇為在提供能量至用戶的生物細胞方面具有最佳的性能， 因此如果發現其他的波長在治療特定疾病中更有效時，可使用其他的波長(諸如可見光或者紫外線光)。附加地，雷射二極體120可以選擇為具有更強或者更弱的功率輸出。在本發明的示例性實施例中，來自雷射二極體210的光在一個方向上以小角度 260發散，並且在垂直的方向上以較大角度250發散。可選地，透鏡220與雷射二極體210 相對地布置，從而通過使發散的雷射束平行以及使延伸單色相干雷射束170在用戶皮膚上形成照明來利用由雷射二極體210產生的雷射束的自然發散性。在本發明的示例性實施例中，透鏡220是在兩個方向上具有不同的透鏡半徑的超環面透鏡，因此雷射二極體210形成的發散光束將垂直於透鏡延伸並且以單色相干雷射束 170形成延伸的照明。在本發明的一些實施例中，透鏡210具有矩形或者橢圓形並且產生矩形或者橢圓形的照明。可替換地或者附加地，透鏡210可以是單透鏡、雙透鏡或者透鏡的任意其他組合，只要其產生延伸單色相干雷射束170以輻射用戶。可選地，除透鏡以外的構件可影響相干雷射束170的方向和相位的統一。圖3是根據本發明的示例性實施例的用於製造具有眼睛安全激活機構300的裝置 100的內部結構的示意圖。如上文所述，在本發明的示例性實施例中，當裝置100開啟時，能夠通過對著用戶的身體按壓眼睛安全激活開關105來激活裝置100。可選地，眼睛安全激活開關105連接至兩個滑件310，並且2個彈簧330 —側一個地插在滑件上。當眼睛安全激活開關105被推進套子110中時，滑件310向內移動並且壓在用於指令控制器240激活雷射二極體210的兩個微型開關320上。眼睛安全激活開關105的使用防止了用戶激活雷射二極體210以及將雷射二極體210朝向於其眼睛或者他人的眼睛對準。圖4是根據本發明的示例性實施例的用於製造具有在雷射束170上疊加可見光束 160的組合機構的裝置100的內部結構的示意圖。在本發明的示例性實施例中，可見光源 410(諸如LED)在雷射二極體210上方安裝在結構件430上以提供可見光源。可選地，結構件430包括拋光的背面420 (諸如鏡子)以朝向於透鏡220反射可見光，以使得其將被疊加在來源自雷射二極體210的光線上。在本發明的一些實施例中，僅拋光了背面上的特定區域以控制可見光束產生的幾何形狀。在本發明的示例性實施例中，產生光束的橫截面包括由雷射束170形成的內部區域和由可見光束160形成的較大區域，該較大區域圍繞內部區域並且在內部區域周圍提供了可見的邊界，以使得用戶知道不可見雷射束的位置。可選地，通過為用戶提供不可見光170也存在並且如果對準人眼可能危險的指示，可見光束160用作安全設施。優選地安裝了 LED410，以使得光源的像在透鏡220的焦點中。在本發明的示例性實施例中，雷射二極體210以恆定頻率以短脈衝操作，諸如提供25% -50%佔空比、具有250KHz頻率的10-20 μ s的短脈衝，使得產生的雷射束具有足夠的能量穿透用戶皮膚，但是每區域的總能量輸出率足夠低使得一旦意外射進人眼時保持眼睛安全。在許多裝置中，雷射二極體210初始地設置有隨著時間變差的特定功率輸出直至雷射二極體210必須被更換(諸如在使用3000-5000小時之後)。圖5是根據本發明的示例性實施例的控制雷射二極體的佔空比的方法的流程圖 500。在本發明的示例性實施例中，雷射二極體210由控制器240控制，控制器240檢測雷射二極體的功率輸出(510)。可選地，控制器240將功率輸出和存儲值相比較以確定功率輸出是否在容差範圍內(530)或者雷射二極體210是否已經變弱並且運行不如預期。如果功率輸出在容差範圍內，那麼控制器繼續周期性地監控雷射二極體210的功率輸出。否則，控制器240諸如通過增加脈衝長度或者通過提高雷射二極體210的激活頻率，計算出將提供期望功率輸出的修正的佔空比(540)。控制器240改變佔空比(550)，以使得裝置100保持恆定的功率輸出。可選地，儘管雷射二極體210的強度隨著時間變弱，但控制佔空比能夠延長使用裝置100的壽命而不替換雷射二極體210。可選地，佔空比可從小於50 %變化至大於70 %，諸如從10 %至100 %以保持恆定的功率輸出。在本發明的示例性實施例中，使用了更強的雷射二極體(諸如100-900mw)而提供了與持續處於工作中(100%佔空比)的較弱的雷射二極體(諸如小於IOOmw)所產生的功率輸出相同的功率輸出。其結果是，因為光束間歇地出現並且在脈衝之間目標能夠冷卻，所以即使雷射束的強度更大，雷射束仍然更加安全。當將光束作用至用戶皮膚時，在相同時間量上傳遞了相同的總功率。基於上述說明，應當注意的是裝置100包括增強用戶安全和/或增強診療效果的多個特徵件1、圍繞雷射束的可見指示以提供對雷射束的位置的指示；2、具有控制的脈衝寬度和佔空比的較強的雷射束防止眼睛損壞，因為光束僅在每秒中的短時間段內是激活的；3、在寬區域上發散的雷射束能夠以眼睛安全光束同時治療更大的區域；4、安全激活開關僅在對著目標區域按壓其時被激活。應當理解的是上述方法和設備可以變化為多種形式，包括省略或者添加步驟、改變步驟的順序以及使用的裝置的類型。應當理解的是，不同的特徵件可以不同的方法組合。 特別是，不是上文中在特定實施例中示出的所有結構件在本發明的每個實施例中都是必須的。上述特徵件的其他組合也應當認為在本發明的一些實施例的範圍內。本領域技術人員應當理解的是本發明並不限於上文所特別示出和描述的。本發明的範圍僅由附隨的權利要求限定。
權利要求
1.一種雷射治療裝置，包括雷射二極體，其適於產生單色雷射束；透鏡，其適於接收直接來自於所述雷射二極體的光束並且利用所述雷射二極體的自然發散性形成基本上相干的單色、平行光束；其中形成的光束適於在垂直於光束的傳播方向的平面上形成延伸的照明區域，其中所述照明區域的長度至少是所述照明區域的寬度的大小的兩倍；控制器，其適於控制所述雷射二極體的激活；以及套子，其包封所述雷射二極體、所述透鏡以及所述控制器，其中所述套子適於由用戶手持。
2.根據權利要求1所述的雷射治療裝置，其中，所述透鏡是超環面透鏡，其在產生所述照明區域的長度的方向和產生所述照明區域的寬度的方向上具有不同的透鏡半徑。
3.根據權利要求1所述的雷射治療裝置，其中，由所述雷射二極體產生的光束是紅外線雷射束。
4.根據權利要求3所述的雷射治療裝置，其進一步包括可見光源，其產生與所述雷射束結合的可見光束以提供可見光來作為不可見雷射束存在的指示。
5.根據權利要求4所述的雷射治療裝置，其中，所述可見光源安裝成使得所述光源的像處於所述透鏡的焦平面中。
6.根據權利要求5所述的雷射治療裝置，其中，所述可見光束適於圍繞所述不可見雷射束以形成包圍所述不可見光束的框。
7.根據權利要求1所述的雷射治療裝置，其中，所述控制器適於控制所述雷射二極體的佔空比。
8.根據權利要求7所述的雷射治療裝置，其中，所述控制器適於更新所述雷射二極體的佔空比，以便儘管所述雷射二極體的強度隨著時間變化仍保持恆定的功率輸出。
9.根據權利要求7所述的雷射治療裝置，其中，由所述雷射二極體產生的光束的佔空比初始地小於50%。
10.根據權利要求1所述的雷射治療裝置，其中，所述裝置包括安全機構，通過對著受照目標按壓所述裝置由所述安全機構來激活所述裝置。
11.根據權利要求1所述的雷射治療裝置，其中，所述照明區域形成矩形或者橢圓形區域。
12.根據權利要求1所述的雷射治療裝置，其中，形成的光束是眼睛安全光束。
13.—種雷射治療裝置，包括雷射二極體，其適於產生單色雷射束；透鏡，其適於接收來自於所述雷射二極體的光束；控制器，其適於控制所述雷射二極體的佔空比並且保持恆定的功率輸出；以及套子，其包封所述雷射二極體、所述透鏡以及所述控制器，其中所述套子適於由用戶手持。
14.一種雷射治療裝置，包括雷射二極體，其適於產生單色雷射束； 透鏡，其適於接收來自於所述雷射二極體的光束；控制器，其適於控制所述雷射二極體的激活；以及套子，其包封所述雷射二極體、所述透鏡以及所述控制器，其中所述套子適於由用戶手持；並且其中所述裝置是通過對著受照目標按壓所述裝置由所述安全機構激活的。
15. 一種雷射治療裝置，包括 雷射二極體，其適於產生單色雷射束；可見光源，其適於提供圍繞由所述雷射二極體形成的雷射束的光束，從而在由雷射束形成的照明圖案周圍形成框；透鏡，其適於接收來自於所述雷射二極體的光束； 控制器，其適於控制所述雷射二極體的激活；以及套子，其包封所述雷射二極體、所述透鏡以及所述控制器，其中所述套子適於由用戶手
全文摘要
一種雷射治療裝置，包括雷射二極體，其適於產生單色雷射束；透鏡，其適於接收直接來自於所述雷射二極體的光束並且利用所述雷射二極體的自然發散性形成基本上相干的單色、平行光束；其中形成的光束適於在垂直於光束的傳播方向的平面上形成延伸的照明區域，其中所述照明區域的長度至少是所述照明區域的寬度的大小的兩倍；控制器，其適於控制所述雷射二極體的激活；以及套子，其包封所述雷射二極體、所述透鏡以及所述控制器，其中所述套子適於由用戶手持。
文檔編號A61N5/06GK102573991SQ201080034967
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月22日 優先權日2009年8月4日
發明者約納坦·格利茨 申請人:米哈爾·施洛瑟