УСТРОЙСТВО СВЕТОТЕРАПИИ
LIGHT THERAPY DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в целом, к устройству светотерапии. Хотя свет может быть использован в терапии для кожи, в контексте настоящего изобретения устройство светотерапии будет пониматься как устройство для формирования света, который может быть и предназначен для восприятия человеческим глазом.
Уровень техники
Светотерапия этого типа, например, используется для лечения аффективных расстройств или нарушений суточных биоритмов сна. Рассчитанная по времени терапия ярким светом является рекомендованным лечением для нарушений суточного биоритма сна, особенно для нарушения вследствие посменной работы и нарушения отложенной фазы сна; в этом отношении, ссылку можно сделать на статью "Practice Parameters for the Clinical Evaluation and Treatment of Circadian Rhythm Sleep Disorders" от Американской Академии медицины сна, т.30, №11, 2007 г. Такая терапия подразумевает подвергание пациентов в правильно определенные моменты времени белому свету с интенсивностями типично 2500-10000 люкс в течение периодов, изменяющихся в диапазоне от 30 минут до 2 часов. Наиболее широко используемые устройства являются небольшими световыми коробами, которые должны ставиться на стол перед пользователем. Самые последние устройства светотерапии используют только синюю часть светового спектра, поскольку смещающий эффект системы формирования суточного биоритма человека наиболее чувствителен к синему свету.
WO-2010/076708 раскрывает устройство, которое содержит устанавливаемое на голову устройство в форме маски: в таком случае, относительная ориентация и расстояние между устройством и глазами человека всегда фиксированы.
Раскрытие изобретения
В случае "отдельно стоящих" устройств, которые расположены на полу, или на столе, или которые установлены на стойке кровати или т.п., относительная ориентация и расстояние между устройством и головой или глазами пользователя может изменяться, когда пользователь двигает головой и/или глазами. Однако, важно, что устройства светотерапии работают в предварительно определенном диапазоне расстояний, чтобы гарантировать, что интенсивность света, который достигает глаз, является достаточно высокой, чтобы обеспечивать его терапевтический эффект, но достаточно низкой, чтобы избегать побочных эффектов, таких как напряжение глаз, головная боль или даже повреждение сетчатки глаза. Например, предписанный рабочий диапазон расстояний может быть от 50 до 75 см. Дополнительно, важно, что пользователь не смотрит непосредственно на источник света. Вместо этого, устройства светотерапии должны быть расположены таким образом, что свет достигает глаз сверху или снизу и сбоку. При идеальной настройке терапевтический свет достигает фоторецепторов системы суточного биоритма внутри глаза, которые также присутствуют в периферийных областях сетчатки глаза, но терапевтический свет не достигает внутренних частей сетчатки глаза, содержащих фоторецепторы для функций зрения глаза.
Таким образом, для оптимальной эффективности, комфорта и безопасности, важно правильное положение терапевтического устройства: устройство (или более конкретно, его источник света) должно быть расположено на конкретном предварительно определенном расстоянии от головы пользователя, и свет от источника света должен проникать в глаза пользователя под предварительно определенным углом. Чрезмерная близость или небольшие рабочие углы должны избегаться настолько, насколько возможно. С другой стороны, при работе на больших расстояниях или под большими углами, эффективность терапии уменьшается, поскольку количество света, которое достигает глаза, может становиться слишком малым. Это означает, что, принимая глаз пользователя для определения системы координат, источник света должен быть расположен в хорошо определенной фиксированной позиции относительно этой системы координат. Однако, в случае "отдельно стоящего" устройства, эта позиция является стационарной относительно неподвижной окружающей обстановки, тогда как пользователь может двигать головой. На практике это означает, что пользователь должен сначала правильно располагать устройство светотерапии относительно глаз пользователя перед началом терапевтического сеанса, и он/она должен затем гарантировать, что в течение сеанса (например, между 30 и 60 минутами) рабочее расстояние и угол сохраняются в рекомендованных пределах. Этот аспект ставит довольно трудную задачу для пользователя. Особенно, если пользователь занят другими действиями во время терапевтического сеанса, вероятно, что пользователь изменяет положение тела и головы, не замечая этого. Это может приводить к ситуациям, которые опасны для здоровья или комфорта пользователя, если расстояние и/или угол становятся слишком маленькими. С другой стороны, если расстояние и/или угол становятся слишком большими, желаемый терапевтический эффект может не быть достигнут, поскольку количество света, которое достигает фоторецепторов системы суточного биоритма, становится слишком малым.
WO-2007/104309 раскрывает устройство светотерапии с USB-соединением к компьютеру с целью автоматического включения и выключения устройства на основе информации о присутствии от камеры, отслеживающей, сидит или нет пользователь перед устройством. Это изобретение помогает уменьшать лишнее потребление энергии устройства светотерапии, в то время как пользователь не сидит перед ним.
WO-2010/007572 раскрывает устройство светотерапии, которое содержит датчик расстояния, чтобы управлять затвором для ограничения диапазона, в котором синий свет излучается устройством, с целью недопущения опасности от синего света. Документ не раскрывает то, как механизм затвора может формировать световое поле таким образом, что определенные области сетчатки глаза человека подвергаются облучению, в то время как другие области не подвергаются облучению. Очевидно, что этот документ рассчитывает, что пользователь должен сидеть перед устройством и смотреть прямо на лампу.
WO-1997/047993 раскрывает пригодное для переноски устройства светотерапии в форме защитных очков или очков, которые объединяют датчик отслеживания движения глаз и интерактивное светонаправляющее отверстие, чтобы излучать свет только на периферию зрачка. Недостатком этого устройства является то, что пользователь вынужден носить устройство терапии на его/ее голове, чтобы решать проблему поддержания корректного расстояния между источником света и глазами.
Важной целью настоящего изобретения является предоставление "отдельно стоящего" устройства светотерапии, которое может работать правильно, даже если пользователь двигает головой. Дополнительной важной целью настоящего изобретения является предоставление устройства светотерапии, которое может сохранять безопасность и эффективность, даже если пользователь двигает головой.
Чтобы достигать этих целей, устройство светотерапии согласно настоящему изобретению содержит средство отслеживания, например камеру, отслеживающую положение и ориентацию головы пользователя в целом и его глаз, в частности. В зависимости от измеренного положения и ориентации головы пользователя и/или глаз устройство терапии адаптирует свой световой выход и/или формирует предупреждающий сигнал пользователю.
Дополнительные полезные разработки упомянуты в зависимой формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут дополнительно объяснены посредством последующего описания одного или более предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые ссылочные номера указывают одинаковые или похожие части, и на которых:
Фиг. 1 схематично показывает блок-схему устройства светотерапии.
Осуществление изобретения
Фиг. 1 схематично показывает блок-схему устройства 1 светотерапии согласно настоящему изобретению, содержащего источник 2 света. Источник 2 света может содержать один или более светоизлучающих элементов, таких как, например, флюоресцентные лампы, LED-матрицы и т.д., такие как известные в области техники устройства, поэтому более подробное описание здесь не приводится. В примере источник 2 света может формировать свет интенсивностью 10000 люкс белого света или голубоватого белого света. Источник 2 света может, в зависимости от типа, возбуждаться посредством возбудителя 3 лампы (известного в области техники) и питаться от источника 4 энергии, в типичном варианте от сети электропитания. Устройство 10 управления управляет работой источника 2 света и/или его возбудителя 3; устройство 10 управления может, например, быть реализовано как микроконтроллер или микропроцессор или т.п., такой как известный в области техники, поэтому более подробное описание здесь опущено.
Это устройство 1 светотерапии спроектировано для "отдельно стоящего" использования и содержит средство 20 крепления для размещения источника 2 света относительно неподвижной окружающей обстановки. В простом варианте осуществления средство 20 крепления реализовано лишь посредством корпуса лампы, который должен быть размещен на столе или стойке, например. Также возможно, что средство 20 крепления включает в себя опору треножной конструкции или т.п.
Устройство 1 светотерапии дополнительно содержит устройство 30 отслеживания, типично и подходящим образом, но необязательно, реализованное как камера, которое может отслеживать положение и ориентацию головы и глаз пользователя (не показаны ради простоты). Устройство отслеживания устанавливается в непосредственной близости к источнику 2 света, типично в или на корпусе лампы. Устройство 1 светотерапии дополнительно содержит устройство 40 обработки сигнала, которое может быть отдельным устройством или объединено с устройством 30 отслеживания или объединено с устройством 10 управления. Устройство 40 обработки сигнала может быть реализовано посредством программного обеспечения обработки изображения в случае, когда устройство 30 отслеживания реализовано как камера. Устройство 40 обработки сигнала принимает выходной сигнал от устройства 30 отслеживания и обрабатывает этот сигнал, чтобы определять положение и ориентацию головы и/или глаз пользователя.
Отметим, что способы определения позиции и положения головы пользователя и определения ориентации глаз пользователя на основе изображений с камеры известны в области техники. В качестве примера, приводится ссылка на "Head Pose Estimation Using Spectral Regression Discriminant Analysis" Кайфын Шана, Вей Чена на Конференции IEEE компьютерного сообщества 2009 г. по компьютерному зрению и семинарах по распознаванию образов, Майми, Флорида, США, 20-25 июня 2009 г., описывающих, как положение головы пользователя может быть оценено посредством обработки видеосигналов от камеры с помощью эффективного способа изучения подпространства: спектрального регрессионного дискриминантного анализа (SRDA). Следовательно, подробное описание может быть здесь опущено. Достаточно сказать, что устройство 40 обработки сигнала может обрабатывать видеосигналы от устройства 30 отслеживания для того, чтобы определять угол φ между, с одной стороны, прямой линией между камерой и глазом и, с другой стороны, оптической осью глаза (определяющей направление, в котором пользователь смотрит). Угол φ, определенный или вычисленный таким образом, приблизительно равен углу, под которым излучаемый яркий свет светит в глаза пользователя.
Дополнительно устройство 40 обработки сигнала может обрабатывать видеосигналы от устройства 30 отслеживания для того, чтобы оценивать расстояние D между устройством светотерапии и лицом пользователя, измеряя диаметр лица пользователя, как видно камере, и преобразуя диаметр в соответствующее расстояние с помощью вычисленной производителем калиброванной справочной таблицы, сохраненной в памяти 13 преобразования диаметра, ассоциированной с устройством 10 управления. Поскольку устройство предназначено для использования взрослыми пациентами, можно предположить, что размеры головы человека, которая отслеживается посредством камеры, не слишком отличаются друг от друга, так что расстояние может быть оценено из этого значения.
Следует отметить, что реализация настоящего изобретения не ограничена этим примером.
Устройство 1 светотерапии дополнительно содержит память 11 границ, ассоциированную с устройством 10 управления. Эта память 11 границ содержит информацию, например, по границам в справочной таблице, определяющую границы для положения и ориентации головы и/или глаз пользователя. В частности, эта память 11 границ содержит значения для минимального расстояния Dmin, максимального расстояния Dmax, минимального угла φmin и максимального угла φmax.
Устройство 1 светотерапии дополнительно содержит управляемый пользователем селектор 50 режима, например, реализованный как набор клавиш, посредством которых пользователь может выбирать тип лечения. Например, пользователь может выбирать "пробуждение", или "синдром смены часовых поясов", или "нарушение сна". Устройство 1 светотерапии дополнительно содержит вторую память 12, ассоциированную с устройством 10 управления. Эта вторая память 12 содержит информацию, например, в форме справочной таблицы, определяющую рабочие условия для различных типов лечения, таких как, например, цвет освещения и интенсивность света. Также возможно, что различные типы лечения подразумевают различные настройки границ, например угла светового луча относительно глаз пользователя. Возможно, что вторая память 12 объединена с памятью 11 границ.
При работе устройство 10 управления управляет настройками источника 2 света, чтобы выполнять световую терапию, выбранную посредством селектора 50 режима, и принимает выходной сигнал(ы) устройства отслеживания, возможно обработанный устройством 40 обработки, считывает информацию из памяти 11 границ и сравнивает фактическое положение и ориентацию головы и/или глаз пользователя, которые получены из выходного сигнала(ов) устройства отслеживания, с границами, которые определены посредством информации из памяти 11 границ. Пока устройство 10 управления считает фактическое положение и/или ориентацию головы и/или глаз пользователя, находящимися в пределах упомянутых границ, работа продолжается в обычном режиме. Как только устройство 10 управления обнаруживает, что фактическое положение или ориентация головы и/или глаз пользователя находится за пределами упомянутых границ, устройство 10 управления переходит в режим предупреждения. В этом режиме предупреждения устройство 10 управления активирует предупреждающее устройство 60, выдающее воспринимаемый пользователем предупреждающий сигнал, указывающий пользователю, что его голова находится в неправильном положении. Предупреждающий сигнал может быть звуковым сигналом, в таком случае предупреждающее устройство 60 может содержать громкоговоритель. Предупреждающий сигнал может также быть световым сигналом, в таком случае предупреждающее устройство 60 может содержать отдельный источник света, но также возможно, что источник 2 света используется для формирования предупреждающего сигнала. Альтернативно или дополнительно устройство 10 управления может изменять настройки источника 2 света, чтобы приспосабливать эти настройки к измеренному положению головы пользователя. Например, устройство 10 управления может уменьшать или увеличивать световой выход в зависимости от расстояния между источником света и головой пользователя.
В первом примере устройство может работать в режиме постоянной интенсивности, выбираемом посредством селектора 50 режима. В этом режиме интенсивность света для света, излучаемого источником 2 света, является постоянной, также выбираемой пользователем. В этом режиме применяются минимальное расстояние Dmin и минимальный угол φmin, фактические значения которых зависят от выбранной пользователем интенсивности света. Эти фактические значения Dmin и φmin могут быть сохранены в справочной таблице или могут быть вычислены устройством 10 управления на основе значений, сохраненных в памяти 11, с помощью формулы, также сохраненной в памяти 11. Устройство 10 управления непрерывно или регулярно сравнивает фактическое расстояние D с упомянутым минимальным расстоянием Dmin и сравнивает фактический угол φ с упомянутым минимальным углом φmin. Фактическое расстояние D должно быть больше, чем упомянутое минимальное расстояние Dmin, а фактический угол φ должен быть больше, чем упомянутый минимальный угол φmin. Если устройство 10 управления обнаруживает, что это условие не удовлетворяется, устройство 10 управления переходит в режим предупреждения, выдавая пользователю предупреждение о безопасности.
Если упомянутое условие не удовлетворяется, это представляет потенциальную угрозу безопасности. Поэтому, в более продвинутом варианте осуществления, устройство 10 управления запускает таймер, как только обнаруживает, что упомянутое условие не удовлетворяется. Как только значение таймера достигает предварительно определенного порогового значения Tmax, указывающего, что упомянутое условие нарушено в течение, по меньшей мере, временного интервала, большего, чем Tmax, устройство 10 управления войдет в режим безопасности, в котором оно уменьшает интенсивность света до нуля.
Во втором примере интенсивность света для света, излучаемого источником 2 света, снова является постоянной, выбираемой пользователем, и устройство 10 управления выполняет отслеживание эффективности, для чего применяются максимальное расстояние Dmax и максимальный угол φmax, фактические значения которых зависят от выбранной пользователем интенсивности света. Эти фактические значения Dmax и φmax могут быть сохранены в справочной таблице или могут быть вычислены устройством 10 управления на основе значений, сохраненных в памяти 11, с помощью формулы, также сохраненной в памяти 11. Устройство 10 управления непрерывно или регулярно сравнивает фактическое расстояние D с упомянутым максимальным расстоянием Dmax и сравнивает фактический угол φ с упомянутым максимальным углом φmax. Фактическое расстояние D должно быть меньше, чем упомянутое максимальное расстояние Dmax, и фактический угол φ должен быть меньше, чем упомянутый максимальный угол φmax. Если устройство 10 управления обнаруживает, что это условие не удовлетворяется, устройство 10 управления переходит в режим предупреждения, выдавая пользователю предупреждение об эффективности.
Сеанс терапии в типичном варианте имеет предварительно определенную (или выбираемую пользователем) продолжительность. Если упомянутое условие не удовлетворяется, эффективность сеанса терапии может быть снижена. Поэтому, в более продвинутом варианте осуществления, устройство 10 управления автоматически увеличивает продолжительность сеанса на сумму всех временных интервалов, в течение которых упомянутое условие нарушалось. Это дает гарантию того, что глазам пользователя обеспечивается минимально требуемое время облучения ярким светом с достаточно высокой интенсивностью, чтобы гарантировать желательный терапевтический эффект устройства.
В третьем примере устройство 10 управления работает в автоматическом режиме, который выбирается пользователем через селектор 50 режима, в котором устройство 10 управления измеряет фактическое расстояние D и фактический угол φ и задает интенсивность света для света, излучаемого источником 2 света, в оптимальное значение на основе измеренных значений D и φ. Интенсивность I определяется устройством 10 управления посредством поиска необходимого значения интенсивности в вычисленной производителем калиброванной справочной матрице, сохраненной в памяти. Строки и столбцы таблицы являются измеренными значениями D и φ, и предварительно вычисленная требуемая интенсивность I сохраняется в ячейках матрицы. Устройство 10 управления выбирает значение ячейки, соответствующее фактическим параметрам измерения и управляет мощностью лампы 2 соответствующим образом. Выбранная интенсивность является достаточно высокой, чтобы обеспечивать наиболее эффективный терапевтический эффект, но достаточно низкой, чтобы гарантировать безопасность и комфорт. Для слишком малых расстояний или углов устройство устанавливает интенсивность в ноль и выдает предупреждение о безопасности, как описано в первом примере. Для слишком больших расстояний или углов, при которых интенсивность света устройства не может далее увеличиваться, чтобы гарантировать минимально требуемую дозу света, выдается предупреждение об эффективности, как описано во втором примере.
В то время как изобретение было иллюстрировано и описано подробно на чертежах и предшествующем описании, специалисту в данной области техники должно быть ясно, что такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления; скорее, несколько вариаций и модификаций возможны в защищенных рамках изобретения, которые определены в пунктах прилагаемой формулы изобретения.
Другие вариации в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники, применяющими на практике заявленное изобретение, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержит" не исключает других элементов или этапов, а использование единственного числа не исключает множества. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Простой факт того, что определенные меры упомянуты в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, чтобы комбинация этих мер не может быть использована с выгодой. Компьютерная программа может быть сохранена/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель хранения или твердотельный хранитель, поставляемый вместе или как часть других аппаратных средств, но может также распространяться в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные системы связи. Любые ссылочные символы в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие его рамки.
В вышесказанном настоящее изобретение было объяснено со ссылкой на блок-схемы, которые иллюстрируют функциональные блоки устройства согласно настоящему изобретению. Должно быть понятно, что один или более этих функциональных блоков могут быть реализованы в аппаратных средствах, где функция такого функционального блока выполняется отдельными компонентами аппаратного средства, но также возможно, что один или более из этих функциональных блоков реализованы в программном обеспечении, так что функция такого одного или более функциональных блоков выполняется одной или более программными строками компьютерной программы или программируемым устройством, таким как микропроцессор, микроконтроллер, процессор цифровых сигналов и т.д.