專利名稱：芯片集成led光子燒傷治療裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多芯片集成大功率LED (本文簡(jiǎn)稱為芯片集成LED)作為單色 光源的光子燒傷治療裝置。
背景技術(shù)：
目前醫(yī)院在臨床使用的光子治療手段主要有白熾燈、碳化硅棒絲、以及TDP頻 譜儀。中國專利94117516.2提供了一種從鹵鉤燈中過濾出紅光治療燒傷的設(shè)備。其 缺點(diǎn)是從燈泡過濾的紅光不純，并含有非治療用光譜成份，如紅外線和少量紫外線。 上述光譜未經(jīng)特別過濾處理，紅外線會(huì)產(chǎn)生熱量導(dǎo)致皮膚表面細(xì)胞干裂脫水死亡。 另一缺點(diǎn)是不能解決大面積和大光功率密度的矛盾。(光功率密度的定義為單位面 積上的光功率，單位mW/cm2)。該設(shè)備可以通過增大照射距離來擴(kuò)大照射面積， 但皮膚表面的光功率密度大大降低，達(dá)不到治療所需的光功率密度的最低閥值，對(duì) 大面積燒傷起不到治療效果。另外還有激光燒傷治療裝置，激光設(shè)備也存在不能解 決大面積燒傷的問題。.專利ZL200520129964.2，所描述的紅光治療裝置，缺點(diǎn)是所使用的發(fā)光二極管 功率小，總功率為6W 12W，且容易導(dǎo)致外殼發(fā)熱，沒有解決照射面積和光功率密 度的矛盾。專利ZL200620042286.0，所描述的光動(dòng)力治療單元，是配合光敏劑藥物 使用的皮膚癌治療頭。它對(duì)光功率密度要求不高，只提供了一種大面積發(fā)光二極管 陣列散熱的解決方案，沒有解決大面積下大光功率密度的問題，無法使用在燒傷領(lǐng) 域，該方案不適用。中國專利02147643.8，所描述的紅光治療裝置，同樣是采用小 功率發(fā)光二極管，它在二極管底襯和散熱器之間加了一層印刷電路板。其導(dǎo)熱效果 很差，沒有解決散熱問題。專利ZL200520108617.1，所描述的藍(lán)光治療裝置，為單 顆小功率發(fā)光二極管，排列組合成一面陣，即簡(jiǎn)單組合，雖然總功率可達(dá)到15W， 但其光功率密度僅為2mw/cm2，無法適用于大面積燒傷。但其結(jié)構(gòu)和方法都不適用 于大面積和大光功率密度的燒傷治療。專利ZL200620110797.1，所描述的LED光 頭為多個(gè)小功率發(fā)光二極管陣列，同樣存在光功率密度低的問題。其他類似上述專 利都有類似缺點(diǎn)和問題，尤其不適合燒傷應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)和方法都不適用于大面積和 大光功率密度的燒傷治療。專利CN2589003Y，所描述的光子治療裝置，光源為30-100W卣鉤燈和專利CN1121435A有類似缺陷。專利CN184352A，該專利與 CN200939298Y， CN1795944A有相同的缺陷，不能用于燒傷治療。綜上所述，傳統(tǒng)意義上的發(fā)光二極管(LED: Light Emitting Diode)可用于皮 膚病如痤瘡、紅斑痤瘡等，配合光動(dòng)力藥物的PDT皮膚癌治療，但都不能用于大面 積燒傷。原因是傳統(tǒng)意義的發(fā)光二極管單顆功率都在3W以下不能在大面積時(shí)達(dá)到 光功率密度(40mW/cm2)的閥值，起不到大面積燒傷治療作用。發(fā)光二極管可以 通過多種組合排列如矩陣、六角形排列擴(kuò)大面積，但單位面積上的功率即光功率密 度并未增加，也沒有解決大面積和大光功率密度的矛盾。大面積和大功率本身問題 容易解決，但大面積與大光功率密度之間的矛盾卻都沒有解決。而治療大面積燒傷 醫(yī)學(xué)理論上必需同時(shí)要有大面積和大光功率密度G40mW/cm2)同時(shí)應(yīng)用才能達(dá)到 應(yīng)有的治療效果。芯片集成LED (單個(gè)功率"5w)現(xiàn)已問世，因其體積小、光功率密度大、照射 面大，將是取代普通LED和白熾燈、鹵鎢燈的新一代照明設(shè)備，并且己出現(xiàn)了若干 照明用相關(guān)專利。到目前為止，人們對(duì)芯片集成LED的認(rèn)識(shí)均周限在照明上的應(yīng)用， 稱為第四代半導(dǎo)體照明光源。卻未想到將其應(yīng)用到光治療領(lǐng)域中，尤其是將其用在 光子燒傷治療。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為克服以上現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，結(jié)合芯片集成LED的特點(diǎn)，提供一種 采用芯片集成LED的光子燒傷治療裝置。 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下芯片集成LED光子燒傷治療裝置，包括照射頭、調(diào)節(jié)升降高度與水平距離的可 調(diào)系統(tǒng)以及控制臺(tái)，其特征在于照射頭為芯片集成LED照射頭，包括芯片集成 LED、襯底、反光罩、散熱裝置，芯片集成LED通過其襯底固定在散熱器上，反光 罩安裝在芯片集成LED外端。本實(shí)用新型所述的燒傷按照常規(guī)解釋是燒傷、燙傷、電擊傷、化學(xué)傷、凍傷等。 本實(shí)用新型同樣的應(yīng)用方式還可在皮膚科、美容科、外科中應(yīng)用，適應(yīng)癥包括 皮膚科帶狀皰疹，斑禿、濕疹等； 美容科黃褐斑、痤瘡等； 外科術(shù)后感染、關(guān)節(jié)炎、骨折愈合等。 為解決燒傷治療中大功率密度和大面積間的矛盾，本實(shí)用新型使用了芯片集成LED。芯片集成LED和傳統(tǒng)意義的LED有著本質(zhì)的不同。芯片集成LED是利用多芯片組裝(Multi-Chip Module Assembly)技術(shù)和倒裝焊技術(shù)(Flip -Chip Technology) 將一個(gè)以上的LED芯片、信號(hào)控制芯片與防靜電芯片(Electrostatic Discharge)通 過工藝集成和組裝，形成一個(gè)大的可以防靜電、可以控制的LED模組。其中LED 芯片可以是不同波長，不同尺寸的LED芯片。根據(jù)需要，倒裝于不同尺寸，不同形 狀，不同材質(zhì)的底板上面，省略了繁復(fù)的封裝工藝， 一次性解決LED的散熱問題， 同時(shí)滿足大光功率密度的要求。而傳統(tǒng)LED為滿足大功率的要求，必須集中許多個(gè) LED的光能才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但缺點(diǎn)是設(shè)備體積大，線路復(fù)雜，散熱不暢，為了 平衡各個(gè)LED之間的電流電壓關(guān)系供電電路非常復(fù)雜。芯片集成LED其結(jié)構(gòu)和封裝形式較多，主要有采用板上芯片直裝式(COB) LED封裝和系統(tǒng)封裝式(Sip) LED封裝。COB是Chip on Board的英文縮寫。主要 用于大功率芯片陣列的LED封裝，大大提高了封裝功率密度，降低了封裝熱阻。Sip 是Sytem in Package的縮寫。具有工藝兼容性好，集成度高，成本低，易于分塊測(cè) 試。目前采用以上技術(shù)的多芯片集成LED的功率可以做到25W 1500W，發(fā)光面積 為5 X 5mm2~50 X 50mm2 。芯片集成LED和傳統(tǒng)LED有以下幾點(diǎn)主要區(qū)別1、功率大，芯片集成LED 單顆功率在25W 1500W之間，傳統(tǒng)LED為0.5w 3w之間。2、平面或凸面發(fā)光， 芯片集成LED發(fā)光面為5X5mm2 150X150mm2的平面或凸面發(fā)光面，傳統(tǒng)LED 為點(diǎn)光源發(fā)光。3、電光轉(zhuǎn)換效率高，芯片集成LED的光輸出效率為20土2。/。左右， 而傳統(tǒng)LED的光輸出效率為10%左右。4、高光功率密度，芯片集成LED由于集成 度高功率大，其輸出光功率密度是傳統(tǒng)LED的數(shù)倍到數(shù)十倍。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案在于采用包含有芯片集成LED制成的照射頭，調(diào) 節(jié)升降與水平距離的可調(diào)系統(tǒng)以及控制臺(tái)。所述照射頭除采用芯片集成LED外還包 含LED前端與被治療體上光線集中的反光罩，防止LED產(chǎn)熱過高的散熱裝置，所 述散熱裝置包含有散熱器及強(qiáng)制冷卻的散熱風(fēng)扇；所述控制臺(tái)包含有機(jī)箱面板，機(jī) 箱中還安裝有電源，信息處理系統(tǒng)與溫度感應(yīng)器，光功率檢測(cè)器。機(jī)箱上有面板觸 模顯示屏可顯示溫度、功率密度、時(shí)間等，所述信息處理系統(tǒng)由單片機(jī)(或計(jì)算機(jī)) 鍵盤、顯示器及相關(guān)的病人管理系統(tǒng)及治療方案等。本實(shí)用新型使用的芯片集成LED為平面發(fā)光，其功率為25w 1500w，發(fā)光面 積為5x5mm2 150xl50mm2，波長較佳地選為630nm±20nm，也可采用670nm士20nm 的波長。為解決芯片集成LED的散熱器問題，本新實(shí)用新型在LED底襯和散熱器 之間墊有導(dǎo)熱膏，以減小芯片集成LED底襯和散熱器中間空氣導(dǎo)熱性差對(duì)散熱效果 的影響。散熱器面積遠(yuǎn)大于芯片集成LED底襯面積。并在散熱器上開上下相通的通風(fēng)槽，既可解決通風(fēng)又可擴(kuò)大散熱面積。通常散熱器上開槽可以是發(fā)射狀或網(wǎng)狀形 狀。芯片集成LED的熱量通過散熱風(fēng)扇、散熱器使其熱量由照射頭周邊的外殼孔中排出。所述散熱器的材料為銅、鋁、鋁合金等高導(dǎo)熱率的材料。本實(shí)用新型芯片集成LED前端反光罩形狀為發(fā)散狀錐形或柱形。可以是圓錐， 方錐，圓柱，方柱，棱柱等。其材料選用銅、鋁合金并鍍高反光材料，也可選塑料、 鐵、銅合、橡膠等鍍上高反光材料來做反光罩。本實(shí)用新型芯片集成LED照射頭上下調(diào)節(jié)可以手動(dòng)，也可電動(dòng)升降。其電動(dòng)升 降開關(guān)安在控制面板上，當(dāng)然也可使用腳踏開關(guān)控制，其水平調(diào)節(jié)為可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的 活動(dòng)臂，設(shè)計(jì)成可以自由彎曲以調(diào)節(jié)照射頭和控制臺(tái)的水平距離。照射頭安在水平 調(diào)節(jié)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的活動(dòng)臂前端支架上，且可調(diào)整照射角度，以滿足不同照射部位的需 要。本實(shí)用新型經(jīng)反光罩匯聚的照射面積>200 cm2時(shí)其人體表面光功率密度〉 40mw/cm2。為擴(kuò)大照射面積可用擴(kuò)大錐形反光罩角度，或使用1個(gè)以上的芯片集成 LED組合，同時(shí)保證光功率密度〉40mw/cm、這種組合簡(jiǎn)單方便。多個(gè)芯片集成LED 組合時(shí)也可改為多個(gè)芯片集成LED共同一個(gè)反光罩，并擴(kuò)大散熱器面積，同樣也能 達(dá)到要求。為保證芯片集成LED的正常工作，裝置器中設(shè)有一個(gè)檢測(cè)LED溫度的 溫度感應(yīng)器。在溫度超過設(shè)定值后，控制臺(tái)上報(bào)警器會(huì)發(fā)報(bào)警信號(hào)和停機(jī)。本實(shí)用新型中有皮膚表面光功率檢測(cè)器，可根據(jù)病情調(diào)節(jié)光功率輸出大小，其 調(diào)節(jié)可以手動(dòng)也可自動(dòng)調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型由于采用了芯片集成LED，解決了在燒傷治療中大照射面積和大光 功率密度的問題，使大面積燒傷病人的治療成為可能。為進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型有關(guān)部分，
以下結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。


圖l、是本實(shí)用新型的照射頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖的剖視圖；圖2、是本實(shí)用新型圖1的照射頭結(jié)構(gòu)示意圖的俯視圖；圖3、是本實(shí)用新型的照射頭LED與圓形散熱器安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖4、是本實(shí)用新型的照射頭LED與方形散熱器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5、是本實(shí)用新型總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6、是本實(shí)用新型供電系統(tǒng)原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖l，圖2所示，本實(shí)用新型包括照射頭和控制臺(tái)構(gòu)成。在照射頭中芯片集 成LED1底襯下墊有導(dǎo)熱膏2，并緊緊固定在散熱器3上，散熱風(fēng)扇的4固定在散 熱器3上。反光罩5用螺絲固定在散熱器3上，反光罩在LED端開口的直徑大小和 芯片集成LED1的正方形對(duì)角線長度相同，讓芯片集成LED剛好包含在反光罩內(nèi)。 散熱器3固定在外殼6上。外殼四周有通風(fēng)孔7。在外殼6后部開有通風(fēng)孔及電源 線入口。電源提供芯片集成LED1的恒流電源為24V。芯片集成LED1采用波長為 630nm士20nm，單顆功率為在25W 500W之間。圖3為散熱器2和芯片集成LED1的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圓形散熱器放射 狀開槽，上下開通。開槽盡可能密，以擴(kuò)大散熱器的散熱面積。散熱器的形狀也可 以設(shè)計(jì)為長方形，正方形，橢圓形，圖4即為其中的一種正方形。為擴(kuò)大照射面積 使用一個(gè)以上芯片集成LED集成塊組合成所需的芯片集成LED。如可以用多個(gè)圖3 或圖4的結(jié)構(gòu)經(jīng)簡(jiǎn)單組合成正方、長方或橢圓形，也可以把多個(gè)芯片集成LED固定 在一個(gè)更大的散熱器上。圖5為總體整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。8為升降桿。通過控制升降改變照射頭6的高度。 9為可水平彎曲和轉(zhuǎn)動(dòng)的活動(dòng)臂，14和15為可轉(zhuǎn)動(dòng)的接口?？墒拐丈漕^6在360 度旋轉(zhuǎn)。14的轉(zhuǎn)動(dòng)可調(diào)節(jié)照射頭6和控制臺(tái)的距離，以滿足不同病人照射部位的需 要。13為照射頭6和水平活動(dòng)臂9的固定支架。11為腳踏開關(guān)可調(diào)節(jié)照射頭6的高 度。16為控制臺(tái)底部萬向輪。IO為機(jī)箱，內(nèi)裝有電源、升降系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)。 12為面板觸摸顯示屏，可顯示溫度，光功率密度，時(shí)間，同時(shí)也能顯示病人管理和 治療方案。17為隱藏式鍵盤，用于病人及治療方案輸入。圖6為電原理框圖，包括控制單元、照射頭、單片機(jī)/計(jì)算機(jī)、顯示器(包含 溫度顯示、光功率密度顯示、時(shí)間顯示及病人信息和治療方案)、電源。應(yīng)用本實(shí)用新型功率為100W芯片集成LED的治療裝置對(duì)燒傷病人治療有明顯療效。特別是n。新鮮創(chuàng)面中經(jīng)io次2o分鐘照射，其有效率達(dá)100%; in。感染創(chuàng)面15次30分照射有效率達(dá)95%,特別對(duì)深度燒傷病人(如電擊傷)經(jīng)照射后很快 消除感染并快速促進(jìn)創(chuàng)面愈合，避免植皮手術(shù)，減少病人痛苦和費(fèi)用。特別地使用芯片集成LED為平面發(fā)光，其功率為25w 1500w，發(fā)光面積為 5X5mm2 150X150mm2，波長選為420nm土20nm的藍(lán)光，應(yīng)用光動(dòng)力治療原理，可用 于皮膚痤瘡等治療。波長選為590nm士20nm的黃光與血管的光吸收峰值匹配，在無 熱效應(yīng)作用下安全有效改善微循環(huán)，調(diào)節(jié)細(xì)胞活性，可有效改善由于歲月所引起的 皮膚病問題。本實(shí)用新型具有功率大、散熱好、治療照射面積大、使用靈活、操作簡(jiǎn)便的優(yōu) 點(diǎn)。特別是解決了大面積與大光功率密度間的矛盾。本實(shí)用新型的說明書只是本實(shí)用新型的較佳具體實(shí)施例。凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù) 人員依據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析，推理或者有限的 實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、芯片集成LED光子燒傷治療裝置，包括照射頭、調(diào)節(jié)升降高度與水平距離的可調(diào)系統(tǒng)以及控制臺(tái)，其特征在于照射頭為芯片集成LED照射頭，包括芯片集成LED、襯底、反光罩、散熱裝置，芯片集成LED通過其襯底固定在散熱器上，反光罩安裝在芯片集成LED外端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片集成LED光子燒傷治療裝置，其特征在于所 述芯片集成LED為平面發(fā)光，發(fā)光面積為5x5mm2 -150xl50mm2，功率在25W 1500W之間，波長為630nm±20nm或670nm士20nm紅光，或波長為420nm土20nm的 藍(lán)光及590nm土20nm的黃光。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的芯片集成LED光子燒傷治療裝置，其特征在于所 述芯片集成LED襯底和散熱器之間墊有導(dǎo)熱膏。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的芯片集成LED光子燒傷治療裝置，其特征在于所 述散熱裝置包含散熱器和散熱風(fēng)扇。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片集成LED光子燒傷治療裝置，其特征在于所 述反光軍用高反光材料制成反光材料是鋁合金、塑料、鐵、銅、橡膠、鋼。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的芯片集成LED光子燒傷治療裝置，其特征在于 反光罩呈發(fā)散狀錐形或直筒形，其截面為圓形、方形、正多邊形或橢圓形。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片集成LED光子燒傷治療裝置，其特征在于芯 片集成LED照射頭的升降為手動(dòng)或電動(dòng)；電動(dòng)升降用手控制或用腳踏開關(guān)控制。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的芯片集成LED光子燒傷治療裝置，其特征在于: 所述芯片集成LED，經(jīng)反光罩匯聚的照射面積〉200cn^時(shí)，其照射在人體表面的光 功率密度〉40mW/cm2。
專利摘要本實(shí)用新型提供了芯片集成LED光子燒傷治療裝置。包括照射頭、調(diào)節(jié)升降高度與水平距離的可調(diào)系統(tǒng)以及控制臺(tái)，照射頭為芯片集成LED照射頭，包括芯片集成LED、襯底、反光罩、散熱裝置，芯片集成LED通過其襯底固定在散熱器上，反光罩安裝在芯片集成LED外端。本實(shí)用新型可以廣泛用于大面積燒傷病人的治療，各種醫(yī)學(xué)上的燒傷。其照射面積＞200cm²時(shí)人體表面光功率密度＞40mW/cm²。具有功率大、散熱好、使用方便靈活，解決了大面積與大光功率密度間的矛盾。
文檔編號(hào)A61N5/06GK201168347SQ200720082210
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者劉先成, 巖 徐 申請(qǐng)人:深圳普門科技有限公司