JP2021520867A - Distributed Photobiomodulation Therapy Systems and Methods - Google Patents
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Abstract
光線療法システムには、チャネルドライバー、最初のマイクロコントローラー、および一連の発光ダイオード(LED)を含むパッドが含まれま。パッドはまた、LEDのストリングを自律的に制御する第2のマイクロコントローラを含み、その結果、第1のマイクロコントローラとパッドとの間の通信が中断された場合でも、LEDが制御される。【選択図】図14The phototherapy system includes a channel driver, the first microcontroller, and a pad containing a series of light emitting diodes (LEDs). The pad also includes a second microcontroller that autonomously controls the string of LEDs so that the LED is controlled even if communication between the first microcontroller and the pad is interrupted. [Selection diagram] FIG. 14
Description
(関連出願の相互参照)
このアプリケーションは、優先権の主張米国と題する仮出願第62/653846、「分散Photobiomodulationセラピーシステムおよび方法を」2018年4月6日に提出。
(Cross-reference of related applications)
This application filed a provisional application, entitled Claim of Priority US, No. 62/653846, "Distributed Photobiomodulation Therapy Systems and Methods," April 6, 2018.
あるアプリケーションに関連して、以下のアプリケーション題した国際出願番号PCT/US2015/015547「光線療法のための正弦波駆動のシステムおよび方法」2015年2月12日提出されました。2016年10月21日に出願された「冗長相互接続を備えた3D曲げ可能なプリント回路基板」と題された国際出願番号PCT/US2016/058064。および米国特許出願第16/377192、名称「Photobiomodulationセラピー分散ための装置および方法、バイオフィードバック、そして通信プロトコルを」提出2019年4月6日。 In connection with an application, the following application, International Application No. PCT / US2015 / 015547, "Sine Wave Driven Systems and Methods for Phototherapy," was submitted on February 12, 2015. International application number PCT / US2016 / 058064 entitled "3D Bendable Printed Circuit Board with Redundant Interconnection" filed on October 21, 2016. And US Patent Application No. 16/377192, entitled "Devices and Methods for Photobiomodulation Therapy Dispersion, Biofeedback, and Communication Protocols," filed April 6, 2019.
前述の出願および特許のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。 Each of the aforementioned applications and patents is incorporated herein by reference in its entirety.
本発明は、光生体調節、光療法、および光生体調節療法(PBT)を含む、医療および健康用途のためのバイオテクノロジーに関する。 The present invention relates to biotechnology for medical and health applications, including photobioregulation, phototherapy, and photobioregulatory therapy (PBT).
バイオフォトニクスは、光子、つまり光の電子制御、および生細胞や組織との相互作用に関連する生物医学分野です。バイオフォトニクスには、外科手術、イメージング、バイオメトリクス、疾患検出、およびフォトバイオモジュレーション(PBM)が含まれます。また、のと呼ばPhotobiomodulation療法(PBT)、phototherapyは、光子の制御アプリケーション光線療法としても知られる光生体変調療法(PBT)は、光子(通常は赤外線、可視光線、紫外線)を制御および適用して、医療治療目的で光生体変調を引き起こします。PBTのアプリケーションには、怪我、病気、痛み、免疫系の苦痛との戦いが含まれます。より具体的には、PBTは、処理を受けている細胞および組織を、連続的または繰り返される不連続パルスのいずれかで特定の波長の光の光子の流れにさらして、生細胞および組織のエネルギー伝達および吸収挙動を制御することを含む。 Biophotonics is a biomedical field related to the electronic control of photons, or light, and their interaction with living cells and tissues. Biophotonics includes surgery, imaging, biometrics, disease detection, and photobiomodulation (PBM). Photobiomodulation therapy (PBT), also known as phototherapy, is a phototherapy control application. Photobiomodulation therapy (PBT), also known as phototherapy, controls and applies photons (usually infrared, visible, ultraviolet). , Causes photobiomodulation for medical treatment purposes. PBT applications include fighting injuries, illnesses, pain and immune system distress. More specifically, PBT exposes treated cells and tissues to a stream of photons of a particular wavelength, either in continuous or repeated discontinuous pulses, to stimulate the energy of living cells and tissues. Includes controlling transmission and absorption behavior.
図1は、連続またはパルス光動作が可能なPBTシステムの要素を示している。PBTシステムは、患者の組織5を照明するLEDパッド2から放出される光子3の源としてLEDを制御および駆動するLEDドライバ1を含む。人間の脳は組織5として示されていますが、任意の臓器、組織、または生理学的システムはPBTを使用して治療できます。治療前、治療後、または治療中に、医師または臨床医7は、彼らの観察に従ってLEDドライバ1の設定を制御することによって治療を調整することができる。
FIG. 1 shows the elements of a PBT system capable of continuous or pulsed light operation. The PBT system includes an
図1に示されるように、多くの潜在的なメカニズムが存在するが。2、赤色光と赤外光を使用したPBT治療中の光生体変調に関与する主要な光生物学的プロセス22は、鳥、哺乳類、馬、人間を含む植物と動物の両方を含むすべての真核細胞20に存在するオルガネラであるミトコンドリア21内で発生することが一般的に認められています。現在の理解に、光生物学的プロセス22は、光子23衝突を伴う上シトクロムcオキシダーゼ(CCO)分子(より高いエネルギーのアデノシン二リン酸へのアデノシン一リン酸(AMP)を形質転換することにより細胞のエネルギー含有量を増加させる充電器として機能24をADP)分子、およびADP分子をさらに高エネルギーのアデノシン三リン酸(ATP)分子に変換します。蓄積されたエネルギーを増加させる過程におけるAMP−と−ADP−と−ATPシーケンス25を充電、シトクロムcオキシダーゼ分子24の作用として有する充電器ATPの分子エネルギーを貯蔵細胞電池として作用26、工程れます動物の「光合成」と見なすことができます。シトクロムシトクロムcオキシダーゼ分子24は、配列25を充電、または消化及び光合成の組み合わせを介してATPの燃料への食物の消化から生じるグルコースからのエネルギーを変換することができます。細胞代謝を促進するために、ATP26分子はATPからADP、AMPへの放電プロセス28を通じてエネルギー29を放出することができます。エネルギー29は、触媒、酵素、DNAポリメラーゼの形成を含むタンパク質合成を促進するために使用されます。および他の生体分子。
Although there are many potential mechanisms, as shown in Figure 1. 2. The major photobiological processes involved in photobiomodulation during PBT treatment using red and
光生物学的プロセス22の別の側面は、チトクロームcオキシダーゼ分子24が、ニューロンの伝達および血管新生、新しい動脈および毛細血管の成長における重要なシグナル伝達分子である一酸化窒素(NO)分子27のスカベンジャーであることである。PBT中に処理された細胞内のチトクロームcオキシダーゼ分子24の照明は、損傷または感染した組織の近くにNO分子27を放出します。放出されたNOは、治療された組織への血流と酸素供給を増加させ、治癒、組織修復、および免疫反応を加速します。
Another aspect of the
PBTを実行し、チトクロームcオキシダーゼ分子24を刺激して光子23からエネルギーを吸収するために、光源と光を吸収する組織との間に介在する組織は、光を遮断または吸収することができない。図3に示されるように、ヒト組織の電磁放射(EMR)分子吸収スペクトルは、電磁放射λの波長(nmで測定される)に対する吸収係数のグラフ40に示されている。図3は示すように、ある相対的吸収係数S酸素化ヘモグロビン(曲線44a)の、deoxygenatedヘモグロビン(曲線44B)の関数としてのシトクロムC(曲線41A、41b)、水(曲線42)及び脂肪及び脂質(曲線43)光の波長。図示のように、脱酸素化ヘモグロビン(曲線44b)および酸素化ヘモグロビン、すなわち血液(曲線44a)は、特に650nmより短い波長について、可視スペクトルの赤色部分の光を強く吸収する。スペクトルの赤外線部分におけるより長い波長である950nmを超える、EMRは、水(H2Oに吸収される)として示すが650nmから950nmの間の波長での曲線42、ヒト組織は、本質的に透明であり、図示のように透明な光学窓による45。
In order to perform PBT and stimulate the cytochrome
脂肪および脂質による吸収(曲線43)とは別に、透明な光学窓45内に波長λの光子23を含むEMRは、シトクロムcオキシダーゼによって直接吸収されます(曲線41a、41b)。具体的には、シトクロムcオキシダーゼ分子24は、水または血液によって妨げられることなく、曲線41bによって表されるスペクトルの赤外線部分を吸収します。シトクロムcオキシダーゼ(曲線41a)用の二次吸収テール、可視スペクトルの赤色部分の光で照明は、部分的に深い組織のための任意の光生物学的応答を制限すること、脱酸素化ヘモグロビン(曲線44B)の吸収特性によって遮断されるが、それでも上皮組織および細胞で活性化されます。図したがって、図3は、皮膚および内臓および組織に対するPBTが、皮膚および内臓および器官に対して赤および赤外線の異なる処理および光波長を必要とすることを示している。
Apart from absorption by fats and lipids (curve 43),
現在のフォトニックデリバリーシステム Current photonic delivery system
PBT中に組織への最大のエネルギー結合を達成するために、一貫して均一に光子で組織を照らすための一貫した送達システムを考案することが重要です。初期の試みは、濾過ランプを使用しながら、ランプは、潜在的に患者書き込むことができ、患者にとって非常に高温と不快であと医師、及び拡張期間の治療の間に均一な照明を維持するのに非常に困難です。初期の試みではフィルター付きランプを使用していましたが、ランプは非常に高温で患者にとって不快であり、患者や医師を火傷させる可能性があります。ランプは、長時間の治療中に均一な照明を維持することは非常に困難です。フィルターがあるため、合理的な治療期間で効率的な治療を実現するために必要な光子束を実現するには、ランプを非常に高温で動作させる必要があります。 In order to achieve maximum energy binding to the tissue during PBT, it is important to devise a consistent delivery system for consistently and uniformly illuminating the tissue with photons. An early attempt was to use a filtration lamp while the lamp could potentially write to the patient and be very hot and uncomfortable for the patient and to maintain uniform lighting during the doctor, and extended period of treatment. It's very difficult. Early attempts used filtered lamps, which are extremely hot and uncomfortable for patients and can burn patients and doctors. Lamps are very difficult to maintain uniform lighting during prolonged treatment. Due to the filter, the lamp must be operated at very high temperatures to achieve the photon flux required for efficient treatment in a reasonable treatment period.
太陽のようなフィルタリングされていないランプは、実際にはスペクトルが広すぎて、フォトンの効率を制限します。広いスペクトルの光は、特に電磁スペクトルの紫外線部分で、有益な化学反応と望ましくない化学反応の両方を同時に刺激します。紫外線はDNAに損傷を与えるため、紫外線に長時間さらされると癌にかかるリスクが高まることも知られています。赤外線スペクトルでは、遠赤外線の電磁放射と熱に長時間さらされると、皮膚が乾燥し、エラスチンとコラーゲンが破壊されて早期老化を引き起こす可能性があります。 Unfiltered lamps like the sun are actually too broad in spectrum, limiting photon efficiency. Wide spectrum light stimulates both beneficial and unwanted chemistries at the same time, especially in the ultraviolet part of the electromagnetic spectrum. It is also known that UV light damages DNA, so prolonged exposure to UV light increases the risk of developing cancer. In the infrared spectrum, prolonged exposure to far-infrared electromagnetic radiation and heat can dry the skin and destroy elastin and collagen, causing premature aging.
別の方法として、レーザーはPBTを実行するために使用されており、今後も使用されます。これは一般に、低レベルレーザー治療の頭字語であるLLLTという用語で呼ばれます。ランプとは異なり、レーザーは、熱ではなく、組織を強力な集中光パワーにさらすことによって、患者を火傷させる危険性があります。これは、アブレーションとしても知られています。この問題を防ぐために、レーザー光の出力が制限され、危険な光レベルを生成する過度の大電流が誤って発生しないように特別な注意を払う必要があります。2番目の、より実際的な問題は、レーザーの小さな「スポットサイズ」である照射領域から発生します。レーザーは小さな焦点領域を照らすため、大きな臓器、筋肉、または組織を治療することは困難であり、圧倒的な状態が発生するのははるかに簡単です。 Alternatively, lasers have been and will continue to be used to perform PBT. It is commonly referred to by the term LLLT, which is an acronym for low-level laser therapy. Unlike lamps, lasers run the risk of burning the patient by exposing the tissue to intense concentrated light power rather than heat. This is also known as ablation. To prevent this problem, special care must be taken to prevent accidental generation of excessively high currents that limit the output of the laser light and produce dangerous light levels. The second, more practical problem arises from the irradiation area, which is the small "spot size" of the laser. Lasers illuminate a small focal area, making it difficult to treat large organs, muscles, or tissues, and overwhelming conditions are much easier to develop.
レーザ光の別の問題は、ということであるその「コヒーレンス」防ぐはsのレーザービーム広がるから、作るがより困難治療中に広い領域を覆います。研究によると、コヒーレント光を使用したPBTには固有の追加の利点はありません。 Another problem with laser light is that its "coherence" prevention prevents the laser beam from spreading, making it more difficult to make and cover a large area during treatment. Studies have shown that PBT with coherent light does not have the additional benefits inherent in it.
一つには、バクテリア、植物、動物の生命は進化し、コヒーレントではなく散乱光を自然に吸収します。コヒーレント光は、既知の光源からは自然に発生しません。第二に、上皮組織の最初の二つの層が既に任意の光学コヒーレンスを破壊するので、コヒーレントの入射レーザビームの文字がそのまま急速に失わ吸収されたヒトまたは動物の組織のベッド。レーザーメーカーは、後方散乱から生じる「スペックル」と呼ばれるレーザー光の光干渉パターンが治療効果を高めるという前提を推進していますが、そのようなマーケティングに動機付けられた主張を裏付ける科学的証拠は提供されていません。 For one thing, the life of bacteria, plants and animals evolves and naturally absorbs scattered light rather than coherently. Coherent light does not naturally come from known light sources. Second, a bed of human or animal tissue in which the characters of the coherent incident laser beam are rapidly lost and absorbed as the first two layers of epithelial tissue already destroy any optical coherence. Laser makers are promoting the assumption that the optical interference pattern of laser light, called "speckle", resulting from backscatter enhances the therapeutic effect, but the scientific evidence supporting such marketing-motivated claims is Not provided.
さらに、レーザーの光学スペクトルは狭すぎて、高効率のPBTを達成するために必要なすべての有益な化学的および分子的遷移を完全に励起することはできません。レーザーのスペクトルが限られているため、通常はレーザーの中心波長値から±1nmの範囲であるため、PBTに必要なすべての有益な化学反応を適切に励起することは困難です。狭い帯域幅の光源で周波数範囲をカバーすることは困難です。例えば、再び図3を参照する。図3は、化学反応の発色団(光吸収分子)に関与するCCO吸収スペクトラム(曲線41bは)である吸収テール(曲線41a)を生じる反応よりも明らかに異なります。両方の領域の吸収スペクトルが有益であることが示されていると仮定すると、2nm幅の波長スペクトルに制限された光源でこの広い範囲をカバーすることは不可能です。
Moreover, the optical spectrum of the laser is too narrow to completely excite all the beneficial chemical and molecular transitions needed to achieve highly efficient PBT. Due to the limited spectrum of the laser, which is usually in the ± 1 nm range from the center wavelength of the laser, it is difficult to properly excite all the beneficial chemistries required for PBT. It is difficult to cover the frequency range with a light source with a narrow bandwidth. For example, see FIG. 3 again. Figure 3 is clearly different from the reaction that produces the absorption tail (
太陽光は非常に広い波長スペクトルを持ち、多くのEMR波長との多くの競合する化学反応を光生物学的に刺激します。対照的に、レーザー光の波長スペクトルは狭すぎて、完全な光線療法効果を提供するのに十分な化学反応を刺激しません。この主題は、ウィリアムズらによる「プログラム可能な波形を備えた動的LEDドライバを含む光線療法システムおよびプロセス」と題された関連アプリケーションでより詳細に議論されています。(米国出願第14/073,371号)、現在は米国特許第9,877,361号、2018年1月23日発行、これは参照により本明細書に組み込まれる。 Sunlight has a very wide wavelength spectrum and photobiologically stimulates many competing chemical reactions with many EMR wavelengths. In contrast, the wavelength spectrum of laser light is too narrow to stimulate enough chemical reactions to provide a complete phototherapy effect. This subject is discussed in more detail in a related application entitled "Phototherapy Systems and Processes Including Dynamic LED Drivers with Programmable Waveforms" by Williams et al. (US Pat. No. 14,073,371), now US Pat. No. 9,877,361, issued January 23, 2018, which is incorporated herein by reference.
透明光学窓45内の全波長範囲、すなわち、約650nmから950nmまでの全幅を励起することによってPBTを送達するために、たとえ4つの異なる波長光源がその範囲にまたがるのに使用されたとしても、各光源はほぼ80nm幅の帯域幅。
To deliver PBT by exciting the entire wavelength range within the transparent
これは、レーザー光源の帯域幅よりも1桁以上広いです。この範囲は、レーザーが実用的な方法でカバーするには広すぎます。今日、LEDは、電磁スペクトルの深赤外線から紫外線部分までの幅広い光スペクトルを放射するために市販されています。±30nmから±40nmの帯域幅では、中心周波数が赤、長い赤、短い近赤外線(NIR)、およびスペクトルの中間NIR部分(たとえば670nm,750nm、810nm、および880nm)にあるため、目的のスペクトルをカバーするのがはるかに簡単です。 This is more than an order of magnitude wider than the bandwidth of a laser source. This range is too wide for the laser to cover in a practical way. Today, LEDs are commercially available for emitting a wide light spectrum from the deep infrared to the ultraviolet part of the electromagnetic spectrum. Bandwidths from ± 30 nm to ± 40 nm give the spectrum of interest because the center frequencies are in red, long red, short near infrared (NIR), and intermediate NIR portions of the spectrum (eg, 670 nm, 750 nm, 810 nm, and 880 nm). It's much easier to cover.
光生体変調療法(PBT)は、光光学療法とは明確に区別できます。図3に示すように。図4Aに示すように、PBTは、LEDパッド2から放出される光子3による組織5の直接刺激を伴う。組織5は、眼とは無関係であり、腎臓、肝臓、腺、リンパ節などの内分泌および免疫系に関連する器官を含み得る。などや筋骨格システム、などの筋肉、腱、靭帯、さらには骨。PBTはまた、末梢神経、脊髄、および(示されているように)脳5および脳幹を含むニューロンを直接治療および修復します。PBT経頭蓋治療は頭蓋骨に浸透し、脳震盪の回復と軽度の外傷性脳損傷(mTBI)による損傷の修復において重要かつ迅速な治療効果を示します。言い換えれば、PBTエネルギーは視神経に関連しない細胞の発色団によって吸収されます。対照的に、光光学療法は、色のついた光や画像で網膜を刺激して、認知的または感情的な反応を引き起こしたり、体の概日リズムを周囲に同期させたりすることに基づいています。このような場合、光源12からの画像12は、眼11の視神経を刺激して、電気信号、すなわち神経インパルスを脳5に送る。
Photobiomodulation therapy (PBT) is clearly distinguishable from photooptical therapy. As shown in FIG. As shown in FIG. 4A, PBT involves direct stimulation of
いくつかの基本的なテストは、PBTと光光学療法の間の多くのそして大きな違いを浮き彫りにします。一つには、光光学療法は目にのみ作用しますが、PBTは内臓や脳細胞を含むあらゆる細胞に影響を及ぼします。光光学療法では、光は光を知覚する細胞に向けられ(光伝達)、その結果、脳に運ばれる電気信号が生成されます。PBTは、脳へのシグナル伝達を必要とせずに、処理された細胞および組織内の化学変換、イオン、電子、および熱輸送を刺激します。効果は、脳の助けなしに局所的かつ全身的です。たとえば、盲目の患者はPBTに反応しますが、光光学療法には反応しません。図4Bは、光光学療法とPBTとの間の別の区別を示している。視覚、すなわち光光学刺激または視覚の場合、眼11によって受信されたときに光源14によって放出される赤色光15Aおよび青色光15Bの組み合わせは、電気信号9を脳5に送り、これが脳を引き起こす、紫色の光を見るために5。
Some basic tests highlight many and significant differences between PBT and photooptical therapy. For one thing, photooptical therapy works only on the eye, while PBT affects all cells, including internal organs and brain cells. In photooptical therapy, light is directed at cells that perceive light (light transmission), resulting in the generation of electrical signals that are delivered to the brain. PBT stimulates chemical transformation, ion, electron, and heat transport within processed cells and tissues without the need for signal transduction to the brain. The effect is local and systemic without the help of the brain. For example, blind patients respond to PBT but not photooptical therapy. FIG. 4B shows another distinction between photooptical therapy and PBT. In the case of vision, i.e. photo-optical stimulation or vision, the combination of
ある光刺激や視覚、赤色光15A及び目11の送信によって受信されると、光源14から発する青色光15Bの組み合わせの脳5に電気信号9、どの衝突する光の色を紫色として認識します。実際には、紫/紫の光は、青または赤の光よりもはるかに短い波長を有し、そのため、赤の光15aまたは青の光15bよりも高いエネルギーを有する光子を含む。PBTの場合には、セル16およびミトコンドリア17は、その中に含まれる応答する光化学的に紫色の光であるかのように、それは、赤色光15A及び青色光15B(それが真である)、としない応答を放出しているかのように光源14現在。紫色または紫外線光源から放出された真の短波長紫色光のみが、紫色光に対する光生体変調応答を生成できます。言い換えれば、ミトコンドリアと細胞は、目と脳のように異なる色の光をブレンドすることによって「だまされる」ことはありません。結論として、光光学刺激は光生体変調とは非常に異なります。そのため、光光学療法の技術と開発は、PBTに適用可能または関連すると見なすことはできません。
When received by a certain light stimulus or vision, transmission of
語源的には、命名法のあいまいさにより、研究者は「光線療法」またはPTという用語を放棄して、より明確な用語「光生体変調」を使用するようになりました。やPBT。T彼は、用語の光線療法は、(i)光光療法を含む光のいずれかの治療用途を意味するために一般的に使用された、視覚的な刺激を伴う(ii)photobiomodulation療法またはPBT関与するセルラ変調、および(iii)光力学療法又はPDT活性化注入化学をまたは化学反応を促進するために光で軟膏を適用しました。同様に広い用語「光化学」は、化学反応はまた、曖昧、光によって刺激参照を任意に。すべての前述の治療のしたがって、今日、光化学と光線療法は広い意味を持っていますが、PBT、PDT、および光線光学療法には、特定の重複しない解釈があります。 Etymologically, the ambiguity of the nomenclature has led researchers to abandon the term "phototherapy" or PT and use the more explicit term "photobiomodulation." And PBT. He said that the term photodynamic therapy is commonly used to mean any therapeutic use of light, including (i) phototherapy, with visual stimulation (ii) photobiomodulation therapy or PBT. Cellular modulation involved, and (iii) photodynamic therapy or PDT activation injection chemistry or ointment with light to facilitate the chemical reaction. Similarly broad term "photochemistry", chemical reactions are also ambiguous, optionally stimulated by light. Photochemistry and phototherapy have broad implications today, therefore for all the aforementioned treatments, but PBT, PDT, and photodynamic therapy have specific, non-overlapping interpretations.
別の混乱の原因として、LLLTという用語は元々、低出力レベルで動作するレーザー(一般的なプレスでは「コールド」レーザーと呼ばれることもあります)を組織切除のために高出力で動作するレーザーと区別するための「低レベルレーザー治療」を意味することを意図していました手術。LEDベースの治療法の出現により、一部の著者は、レーザーベースおよびLEDベースの治療法の命名法を同じ頭字語LLLTを持つ「低レベル光線療法」に混同しました。この不幸な行動は、公開されたアートに多くの混乱を引き起こし、2つの非常に異なるフォトニックデリバリーシステムの区別を無差別に曖昧にしました。「低レベル」レーザーは、低レベルで動作しているという理由だけで、目に安全で火傷に安全です。冷たい場合は、レーザーが故意または誤って高いレベルにパワーアップされ、それはもはや「コールド」ではないのでこと、それはサーバ引き起こす可能性があります電子やけどや失明ミリ秒を。対照的に、LEDは常に低レベルで動作し、高い光パワー密度で動作することはできません。tは何の電力レベルができるLEDは失明の原因となりません。LEDは、拡張期間のためにそれらを介して、あまりにも多くの電流を流すことにより、過熱することができますが、彼らは瞬時火傷起こすことができないの道切除または組織が持続することができます。そのため、低レベルの光という用語は、LEDに関しては意味がありません。したがって、このアプリケーション全体を通して、頭字語LLLTは低レベルレーザー治療を意味するレーザーPBTのみを指し、LEDPBTを指すために使用されることはありません。 Another source of confusion is that the term LLLT originally distinguishes lasers that operate at low power levels (sometimes called "cold" lasers in common presses) from lasers that operate at high power for tissue ablation. Surgery that was intended to mean "low level laser therapy" to do. With the advent of LED-based therapies, some authors have confused the nomenclature of laser-based and LED-based therapies with "low-level phototherapy," which has the same acronym LLLT. This unfortunate behavior caused a lot of confusion in the published art and indiscriminately obscured the distinction between two very different photonic delivery systems. "Low level" lasers are eye safe and burn safe just because they are operating at low levels. If it's cold, the laser is deliberately or accidentally powered up to a high level and it's no longer "cold", which can cause a server with electronic burns and blindness milliseconds. In contrast, LEDs always operate at low levels and cannot operate at high light power densities. An LED that can have any power level does not cause blindness. LEDs can be overheated by passing too much current through them for an extended period, but they can not cause instant burns or can sustain desection or tissue. increase. Therefore, the term low level light has no meaning when it comes to LEDs. Therefore, throughout this application, the acronym LLLT refers only to laser PBT, which means low-level laser therapy, and is not used to refer to LEDPBT.
現在の光生体変調治療システム Current photobiomodulation therapy system
例によって示される現在の最先端のphotobiomodulation治療システム、システム50において図5は、2組のLEDパッドに電気的に接続されたコントローラ51を含む。具体的には、コントローラ51の出力Aは、ケーブル53aによって、電気的に相互接続されたLEDパッド52bを含む第1のLEDパッドセットに接続されている。
In the current state-of-the-art photobiomodulation treatment system,
LEDパッド52aおよび52は、オプションで、電気ジャンパー54aおよび54bによってLEDパッド52bに接続されて、600を超えるLEDを含む単一のLEDパッドとして動作する第1のLEDパッドセットを作成する。パッドセットは、600cm2を超える治療領域をカバーします。同様に、コントローラ51の出力Bは、ケーブル53bによって、電気的に相互接続されたLEDパッド52eを含む第2のLEDパッドセットに接続されている。LEDパッド52dおよび52fは、オプションで、電気ジャンパー54cおよび54dによってLEDパッド52dに接続され、600を超えるLEDを含み、600cm2を超える治療領域をカバーする単一のLEDパッドとして動作する第2のLEDパッドセットを作成する。
The LED pads 52a and 52 are optionally connected to the
示されているシステムでは、コントローラ51は、パッド内のLEDを制御するための信号を生成するだけでなく、LEDを駆動するための電源も提供する。コントローラ51からLEDパッドに供給される電力はかなりのものであり、通常、それぞれ3つのパッドの2つのセットに対して12Wである。システムの例示的な電気回路図が図1に示されている6A。コントローラは61、スイッチモード電源220VAC電源64少なくとも二つの調整されたDC電圧源、即ち5制御とロジック用V、およびより高い電圧源に120Vへ変換電力に使用される65SMPS含み、+VLEDはLEDパッドのLEDのストリングに電力を供給するために使用されます+VLEDの標準的な電圧は、直列に接続されたLEDの数に応じて、24V〜40Vの範囲です。アルゴリズム制御を容易にするために、マイクロコントローラー(μC)67は、タッチスクリーンLCDパネル66に入力されたユーザーコマンドに応答して専用ソフトウェアを実行します。その結果、ロジックバッファー68aおよび68bからの出力Aに交互にパターンで出力される一連のパルスが独立して使用されます。出力Aに接続されたLEDパッドの赤および近赤外(NIR)LEDを制御します。独自の専用ロジックバッファを使用して出力Bにも同様の配置が含まれますが、μC67はA出力とB出力の両方を同時に管理および制御できます。
In the system shown, the
次に、出力A上の信号は、高電流電力線接地GND69a、5V供給線69b、および+VLED供給線69c、ならびにLED制御信号線70aを含むシールドケーブル63を介して1つまたは複数のLEDパッド62にルーティングされる。制御するための伝導を71メートルを介してNIRのLED部71a、そして赤色LED72aから72mの導通を制御するためのLED制御信号線70b。それぞれ、バイポーラ接合トランジスタ73aおよび73bのベース端子を駆動し、これらのトランジスタは、対応するLEDのストリングをオンおよびオフにパルスするためのスイッチとして動作する。いずれかのバイポーラトランジスタへの入力が低い場合、つまりグランドにバイアスされている場合、ベース電流もコレクタ電流も流れず、LEDストリングは暗いままです。いずれかのバイポーラトランジスタへの入力が高い場合、つまり5Vにバイアスされている場合、ベース電流が流れ、対応する方法でコレクタ電流が流れ、対応するLEDストリングのLEDが点灯します。LED電流がLEDターンによって設定されている−電圧にとによって電流制限抵抗器74A又は74B。抵抗を使用してLEDの明るさを設定することは、製造の確率的変動または動作中の温度の変化によるLED電圧の変動が、LEDの輝度の変化をもたらすため、好ましくありません。その結果、LEDパッド全体、LEDパッドからLEDパッド、およびある製造バッチから次の製造バッチへのLED輝度の均一性が低下します。LED輝度の均一性を維持する改善は、抵抗74a置き換えることによって得ることができる固定値の定電流源またはシンク75a及び75bと74bとを、に示すように図6B。
Next, the signal on the output A is sent through one or
シールドケーブル63を介したPBTコントローラー61とLEDパッド62の間の物理的接続は、7層オープンソースイニシアチブまたは7層OSIモデルの用語で2つの相互作用する通信スタックとして説明することもできます。に示すように図7、PBTコントローラ61は表すことができ、アプリケーション層を含む積層体80として−7、PBTコントローラのオペレーティングシステムはLightOSv1に称される。動作中、アプリケーション層は、ロジックバッファを含むレイヤ1物理層またはPHY層にデータを転送します。スタック80は、一方向にPHY層に82電気信号を送信する−1、であり、受動LEDパッド62の通信スタック81に、LED列ドライバ。
The physical connection between the
電気信号は単純なデジタルパルスを含むため、ケーブル63の寄生インピーダンスは、通信信号の完全性およびLEDパッドの動作に影響を与える可能性がある。に示すように。図1に示すように。図8に示されるように、送信された方形波電気信号82は、受信された波形83に著しく歪められる可能性がある。歪みには、大きさと持続時間の減少84a、遅い立ち上がり時間84b、電圧スパイク84c、振動84d、および信号の接地バウンス84e。に影響を与える接地ループ89が含まれ得る。これらの歪みの原因となるケーブルの寄生要素には、電力線の直列抵抗87a〜87c、インダクタンス86a〜86c、および導体間容量85a〜85eが含まれます。他の効果には、接地ループ伝導89およびアンテナ効果88が含まれます。
Since the electrical signal contains simple digital pulses, the parasitic impedance of the
PBTコントローラ61とLEDパッドとの間に単純な電気信号接続を使用することの別の欠点は、ケーブル63に接続された周辺機器が実際に適格なLEDパッドであるか無効な負荷であるかをPBTシステムが確認できないことである。例えば、不適切なLED構成はPBTコントローラに一致していない、図9アイコンは、電気負荷のクラスを表すことを目的としていますが、特定の回路と見なすべきではありません。対照的に、アイコン92に示されているように、直列接続されたLEDが少なすぎると、過電流、過熱、および患者の火傷のリスクが発生する可能性があります。
Another drawback of using a simple electrical signal connection between the
非LED負荷に電力を供給PBTコントローラ61からはできdは無効周辺、amageコントローラ、またはその両方。これは、PBTコントローラーの出力の1つのピンが20V以上の高電圧を供給し、ほとんどの半導体の定格5Vを超え、ICに恒久的な損傷を与えるため、特に問題があります。アイコン94で表される誘導性負荷は、コントローラーを損傷する可能性のある過電圧電圧スパイクを引き起こす可能性があります。ディスクドライブやファンなどのモーターを含む負荷は、過度の損傷を与える突入電流につながる可能性があります。アイコン93で示されているように、ケーブルの短絡または電気負荷の短絡は、火災を引き起こす可能性があります。PBTコントローラに電池を接続する61は、図示のようにすることにより、アイコン96、電子ために生じる可能性が過剰電流及び火災の危険を。過充電または施す化学セルをする過電圧も激しい火災、あるいは爆発を引き起こす可能性があります。未知の電気負荷、アイコン95で示されるが、不特定のリスクを表します。特に問題となるのは、PBTコントローラ61と、発電機、カーバッテリー、またはUPSなどの電源との間の接続であり、その結果、システムが完全に破壊され、極端な火災の危険が生じる可能性がある。では図9アイコンは、電気負荷のクラスを表すことを目的としていますが、特定の回路と見なすべきではありません。
Powering the non-LED load can be from the PBT controller 61 d is the invalid periphery, the image controller, or both. This is especially problematic because one pin of the output of the PBT controller supplies a high voltage of 20V or higher, which exceeds the rating of most semiconductors of 5V and causes permanent damage to the IC. The inductive load represented by
不一致のLEDパッドが同じ出力に接続されている場合、他の問題が発生します。例えば、では、図10つの異なるLED用パッド62と79、電力供給によって共通ケーブル63、接地部69a、5V電源69bと高電圧+Vに共有接続LEDnir供給69c、可視光LEDvの制御信号70aと近赤外LEDnir制御信号70b。
Other problems occur when mismatched LED pads are connected to the same output. For example, in FIG. 10
示されるように、LEDパッド62は、電流シンク75aおよび75bと、可視光波長λvを有する対応するLED71a〜71mおよび近赤外波長λnirを有するLED72a〜72mを駆動するスイッチ73aおよび73bを含む。あるいは、LEDパッド79は、同じ電流シンク75aおよび75bとスイッチ73aおよび73bを含むが、異なる波長のLED、具体的には、可視光波長λv2を有するLED76a〜76mおよび近赤外波長λnir2を有するLED77a〜77mを駆動する。同様に、LEDnir信号70aによって駆動される810nmおよび880nmのLEDの並列接続は、1つの波長のNIRLEDの処理が、不注意に異なる波長を駆動する可能性があることを意味する。
As shown, the
動作中、LEDv信号70aによって駆動される赤と青のLEDの並列接続は、赤の光の処理が誤って青の光を駆動する可能性があることを意味します。同様に、並列810nmの接続及びLEDの駆動により880nmのLEDnirの波長のNIRLEDの治療が誤って異なる波長を駆動することができることを、信号70a手段。
The parallel connection of red and blue LEDs driven by LED v
別の問題は、図に示すように、2つ以上のLEDパッドが両方のLED出力に同時に接続されるときに生じる図11A.に示されるように、PBTコントローラ51は、2つの出力、出力Aおよび出力Bを有する。これらの出力は、別個のセットのLEDパッドを駆動することを目的としている。示されるように、出力Aは、ケーブル53aを介してLEDパッド52dに接続する。出力Bはケーブル53bを介してLEDパッド52eに接続し、ジャンパー54dを介してLEDパッド52fにも接続します。しかしながら、偶然にも、ジャンパ54cは、LEDパッド52eをLED52dに接続し、それにより、出力Aを出力Bに短絡させる。出力AおよびBを一緒に短絡することの電気的影響は、実行される治療プログラムに依存する。
Another problem arises when two or more LED pads are connected to both LED outputs at the same time, as shown in FIG. 11A. As shown in, the
図11Bは、バッファ100の出力AおよびBの両方が赤/可視光出力を駆動している場合、具体的には、バッファ101aおよび101cが同時にアクティブである場合を示している。導電体102aを介してLEDパッド105aに、コネクタ104aを介してLEDパッド105bに、そして最終的にはコネクタ103aを介して短絡される。動作中、2つの出力の周波数とパルスパターンは非同期です。つまり、高出力バイアスと低出力バイアスの任意の組み合わせが発生する可能性があります。プルアップトランジスタが強すぎると、出力バッファが別のバッファを破壊する可能性があります。そうでない場合、交互のオン信号により、LEDが高いデューティファクタでオンのままになり、過熱を引き起こし、患者の火傷のリスクを引き起こす可能性があります。
FIG. 11B shows the case where both outputs A and B of the
図11Cでは、出力Aのバッファ101aは、LEDパッド105aおよび105bの赤色LEDに電力を供給し、一方、出力Bのバッファ101dは、LEDパッド105aおよび105bのNIRLEDにも電力を供給している。赤とNIRLEDの両方の独立した動作は電気的な問題を表すものではありませんが、赤とNIRLEDの両方が同時に導通すると、LEDパッドが過熱し、パッドが損傷し、患者が火傷する可能性があります。この過電力状態は、図11Dに示される波形によって示されるここで、波形110によって示される導電性可視LEDの電力Pvは、平均電力舗装113を有し、波形111によって示されるNIRLEDの電力Pnirは、平均電力Pave114を有する。合わせて、総電力波形112は、マグニチュード2Paveの平均電力115を有する。
In FIG. 11C, the
今日のLEDパッドでは、温度保護がないため、何らかの理由で過熱することが問題になります。に示すように。図12に示されるように、LEDパッド109が温度感知を有していても、ケーブル63内の一方向データフロー82では、LEDパッド109がPBTコントローラ61に過熱状態を通知したり、動作を一時停止したりする方法はない。
Today's LED pads do not have temperature protection, so overheating for some reason is a problem. As shown in. As shown in FIG. 12, even if the
上記で説明したように、の模造品の今日のPBTシステムは、上記の影響を与える、数多くあるPBTシステムユーティリティ、機能性、安全性、および拡張性を。これらの制限には、次の問題が含まれます。
・LEDパッドへの電気的「信号」通信-PBTコントローラーからLEDパッドへの信号は単純なデジタルパルスであり、バストランシーバーペア間の差動通信ではありません。これらの信号は、LEDの動作を制御するパルスの大きさと持続時間に影響を与えるコモンモードノイズとグランドループに敏感です。単純な電気パルスとして、システムにはエラーチェック機能もないため、誤動作を修正したり、検出したりすることはできません。
・PBTコントローラーからLEDパッドへの単方向信号フロー-単方向データフローでは、PBTコントローラーは、出力に接続されているLEDパッドを認証できません。また、一度接続すると、パッドの動作状態を監視できません。一方向データは、LEDパッドのステータスのフィードバックや他のパッド情報のホストPBTコントローラーへの報告も防ぎます。
・マルチパッドの誤接続短絡を検出できない-ユーザーエラーにより、PBTコントローラーの2つの出力が同じLEDパッドに誤接続する、つまり、誤って2つの出力を短絡すると、両方の出力が同じLEDストリングを駆動していることを意味します。この誤接続エラーは、LEDドライバ回路を損傷し、LEDの過熱、患者の火傷の危険を引き起こし、火災の可能性があります。
・承認されたLEDパッドまたは認定されたメーカーを特定できない-
・LEDパッドの血統を識別する機能がないため、PBTシステムは、違法、偽造、または模造品のLEDパッドを含め、接続されているLEDを無意識のうちに駆動します。システム指定者または製造元によって製造または認定されていない駆動パッドは、機能の喪失や有効性の低下から安全上のリスクに至るまで、未知の結果をもたらします。商業的には、偽造および模倣LEDパッドの商品化と販売も、IPライセンスのPBTデバイス販売者から法定収入を奪っています。
・接続されたデバイスを識別することができないLEDパッドだ−PBT制御出力に接続されたデバイスは、(むしろ等スピーカ、電池、モータ、などの周辺全く無関係より)LEDパッドであるかどうかを確認する能力なしに、許可されていない電気負荷をPBTシステムの出力に接続すると、アクセサリ、PBTコントローラ、またはその両方が必ず損傷します。未知の電気負荷を駆動する場合、動作中にコントローラーの出力ピンに高電圧が存在すると、火災の危険もあります。
・電源を識別できない-PBTコントローラーが出力の電源(AC電源アダプター、バッテリー、自動車の電力、発電機など)への接続を識別できないことは、実際の安全上のリスクを表します。PBTコントローラーは外部電源と競合します。2つの異なる電源を相互接続すると、過剰な電流、電圧、電力損失、または制御されていない発振が発生し、外部電源、PBTコントローラー、またはその両方が損傷する可能性があります。
・ドライバーの出力電流を制御または制限できない-パッドの損傷、ワイヤーの短絡、または突入電流が大きい負荷(モーターなど)などの短絡負荷の接続は、電流リスクが高く、火災の危険がある可能性があります。ソレノイドなどの誘導性負荷も、低電圧コンポーネントに損傷を与える過剰な電圧を瞬間的に生成する可能性があります。
・PBTシステムの出力に接続されているバッテリーを検出できない-バッテリーパックをPBTシステムの出力に接続すると、バッテリーパックが損傷し、誤って間違った充電条件でバッテリーが充電され、過電圧、過電流が発生する可能性があります。または電気化学セルの過熱状態。ウェットケミストリーまたは酸性バッテリーの不適切な充電は、酸または電解液の漏れの可能性があります。リチウムイオン電池の不適切な充電は、過熱、火災、さらには爆発を引き起こす可能性があります。
・LEDパッドの過熱状態を検出できない-LEDパッドの過熱は、患者の不快感や火傷、パッドの損傷、極端な場合には火災の可能性のリスクがあります。
・LEDパッド内のLED構成を識別できない-LEDパッド内のLEDの直並列アレイ構成を識別できない場合、PBTコントローラーは、パッドがPBTシステムと互換性があるかどうか、またはLED操作が可能かどうかを判別できません。たとえば、直列接続されたLEDが少なすぎると、電圧が高すぎるLEDが損傷する可能性があります。直列に接続されたLEDが多すぎると、照明が暗くなるか、まったく点灯しません。LEDの並列ストリングが多すぎると、パッドの総電流が過剰になり、結果として過熱するだけでなく、相互接続全体の電圧降下が大きくなり、LEDパッド全体の光の均一性が低下し、PCBの導電性トレースが損傷する可能性があります。
・LEDパッドに含まれるLEDのタイプを識別できない-パッド内のどの波長のLEDを検出できないため、PBTシステムには、治療プログラムをLEDアレイに一致させたり、治療プロトコルの特定の波形ごとに適切な波長のLEDを選択したりする手段がありません。
・PBTコントローラーの出力はそれぞれ固定数の制御信号に制限されます-
・出力ごとに1つまたは2つの制御信号しかないため、今日のPBTコントローラーは、同じパッド内で異なる励起パターンで3つ、4つ、またはそれ以上の異なる波長のLEDを駆動することができません。
・可動性の制限-現在の医療グレードのPBTシステムでは、中央のPBTコントローラーをLEDパッドに接続するにはケーブル接続が必要で。このようなテザーPBTシステムは、病院のアプリケーション(および場合によっては臨床現場)で一般的に受け入れられますが、消費者、救急医療、および軍事アプリケーションでは、ケーブルまたはワイヤーで移動を制限することは有用ではありません。
・波形合成ができない-PBTシステムには、方形波パルス以外の波形でLEDを駆動する技術がありません。方形波パルス動作は、LED照明パターンを一度に1つの周波数の動作に制限します。パルス周波数は特定の組織タイプへのエネルギー結合に影響を与えるため、単一周波数PBTシステムは、一度に1つの組織タイプのみを最適に治療でき、必要な治療時間と患者/保険費用を延長します。分析はまた、方形波パルスはエネルギーを無駄に明らかに、治療に必ずしも有益ではない高調波をオフ製造します。正弦波、弦、三角波、のこぎり波、ノイズバースト、またはオーディオサンプルを使用するLEDドライブでは、LEDパッド内で複雑な波形合成が必要です。ホストPBTコントローラーは、そのような波形を合成するのに十分な計算機能を備えている必要がありますが、大きな波形歪みを被ることなく信号を長いケーブルで配信できないため、この機能は有益ではありません。残念ながら、LEDパッドはタスクを実行できません。安価なディスクリートコンポーネントを使用すると、現在のLEDパッドは、合成された波形をリモートで選択または変更するために必要な通信プロトコルが存在しないことは言うまでもなく、波形合成を実行できません。
・新しいLEDドライバーアルゴリズムの配布-現在のPBTシステムには、データベースまたはサーバーからソフトウェアの更新をダウンロードして、ソフトウェアのバグを修正したり、新しい治療アルゴリズムをインストールしたりする機能がありません。
・リアルタイムの患者バイオメトリックデータをキャプチャして記録できない-現在のPBTシステムには、治療中に脳波、血圧、血糖、血中酸素、その他のバイオメトリックなどのバイオメトリックデータを収集する機能、またはこの収集されたデータを埋め込む機能がありません。治療ファイルの記録。
・治療領域のリアルタイム画像を収集できない-現在のPBTシステムには、治療中に組織の画像を測定または作成する手段がありません。システムには、静止画像とビデオ画像を保存したり、画像をPBTセッションの治療時間に一致させたりする機能もありません。
・ユーザー(医師)が新しい治療アルゴリズムを作成できない-現在のPBTシステムには、医師や研究者などのユーザーが新しいアルゴリズムを作成したり、既存の治療をつなぎ合わせて複雑な治療固有の治療を形成したりする機能がありません。たとえば、活性化のための励起シーケンスを最適化する注入された幹細胞(拒絶反応のリスクを減らしながら幹細胞の分化を促進するのに役立ちます。)
・ドキュメントの電子配布-現在のPBTシステムは、ドキュメントを電子的に配布および更新することができません。FDAの勧告または判決の配布、ならびにPBTの操作および治療マニュアル、治療ガイド、およびその他の文書の誤りと更新をすべてのPBTシステムユーザーに電子的に提供できれば有益です。このような機能は、現在どの医療機器でも利用できません。
・治療の追跡-現在のPBTシステムは、治療の使用履歴を追跡したり、システムの使用を治療ログに記録したり、治療ログをサーバーにアップロードしたりすることができません。ネットワーク接続を介したリアルタイムの治療ログがないため、医師、病院、診療所、およびスパによるPBTシステムの広範な商業的採用には問題があります。アアップロードされた使用ログがないと、貸手は借手のシステム使用を確認できないため、現在のPBTシステムは収益分配リースビジネスモデルをサポートできません。同様に、病院や診療所は、保険監査や不正防止のためのPBTシステムの使用を確認できません。Pay−to−UseSaaS(サービスとしてのソフトウェア)支払いモデルでは、PBTサービスエージェントはクライアントの使用履歴を確認できません。
・電子処方箋-PBTシステムを含む今日の物理療法装置は、医師の処方箋を医療機器に安全に転送および配布することができません。
・リモート無効化-現在のPBTシステムでは、支払いがない場合や盗難の場合にデバイスの操作を無効にして闇市場での取引を停止することはできません。
・位置追跡-今日のPBTシステムでは、盗まれたPBTシステムの位置を追跡して泥棒を追跡することはできません。
・安全な通信-今日のPBTシステムはパケットベースの通信ではなく電気信号を使用してLEDパッドを制御しているため、ホストPBTシステムとLEDパッド間の通信のハッキングと直接測定は簡単であり、セキュリティがまったくありません。さらに、今日のPBTシステムには、コンテンツのハッキングを防止し、HEPA規制に準拠してIDの盗難を阻止するために必要なインターネット通信とセキュリティ方法の規定がありません。将来的には、暗号化だけではインターネットを介したデータ通信を保護するには不十分であると予想されます。このような場合、プライベートハイパーセキュアネットワークへの接続も必要になります。
As explained above, today's imitation PBT systems offer a number of PBT system utilities, functionality, safety, and scalability that affect the above. These limits include the following issues:
-Electrical "Signal" Communication to LED Pads-The signal from the PBT controller to the LED pads is a simple digital pulse, not a differential communication between a pair of bus transceivers. These signals are sensitive to common mode noise and ground loops that affect the magnitude and duration of the pulses that control LED operation. As a simple electrical pulse, the system also does not have an error checking feature, so malfunctions cannot be corrected or detected.
• Unidirectional signal flow from PBT controller to LED pad-In unidirectional data flow, the PBT controller cannot authenticate the LED pad connected to the output. Also, once connected, the operating status of the pad cannot be monitored. One-way data also prevents feedback on LED pad status and reporting of other pad information to the host PBT controller.
Unable to detect multi-pad misconnection short circuit-Due to a user error, two outputs of the PBT controller are misconnected to the same LED pad, that is, if two outputs are accidentally shorted, both outputs drive the same LED string. It means that you are doing it. This misconnection error can damage the LED driver circuit, cause LED overheating, risk of patient burns and can cause fire.
-Cannot identify approved LED pads or certified manufacturers-
The PBT system unknowingly drives connected LEDs, including illegal, counterfeit, or counterfeit LED pads, as it lacks the ability to identify the LED pad pedigree. Drive pads that are not manufactured or certified by the system specifier or manufacturer have unknown consequences, ranging from loss of functionality or reduced effectiveness to safety risks. Commercially, the commercialization and sale of counterfeit and counterfeit LED pads also robs IP-licensed PBT device sellers of statutory revenue.
-It's an LED pad that can't identify the connected device-check if the device connected to the PBT control output is an LED pad (rather than being totally irrelevant to the surroundings such as speakers, batteries, motors, etc.) Connecting an unauthorized electrical load to the output of a PBT system without its capabilities will inevitably damage accessories, the PBT controller, or both. When driving an unknown electrical load, there is also a risk of fire if high voltage is present on the output pins of the controller during operation.
· Unable to identify power source-The inability of the PBT controller to identify the connection to the output power source (AC power adapter, battery, car power, generator, etc.) represents a real safety risk. The PBT controller competes with the external power supply. Interconnecting two different power sources can result in excessive current, voltage, power loss, or uncontrolled oscillation, which can damage the external power source, the PBT controller, or both.
Unable to control or limit the driver's output current-Short-circuit load connections such as pad damage, wire shorts, or high inrush current loads (such as motors) are high current risk and can be a fire hazard. I have. Inductive loads, such as solenoids, can also momentarily generate excessive voltage that can damage low voltage components.
Unable to detect the battery connected to the output of the PBT system-Connecting the battery pack to the output of the PBT system will damage the battery pack and accidentally charge the battery under the wrong charging conditions, resulting in overvoltage and overcurrent. There is likely to be. Or the electrochemical cell is overheated. Improper charging of wet chemistry or acid batteries can lead to acid or electrolyte leaks. Improper charging of lithium-ion batteries can cause overheating, fire and even explosion.
Unable to detect LED pad overheating-LED pad overheating poses a risk of patient discomfort and burns, pad damage and, in extreme cases, the possibility of fire.
-Unable to identify the LED configuration in the LED pad-If the series-parallel array configuration of the LEDs in the LED pad cannot be identified, the PBT controller will determine if the pad is compatible with the PBT system or if the LED can be operated. I can't tell. For example, too few LEDs connected in series can damage LEDs that are too high in voltage. If there are too many LEDs connected in series, the lights will be dimmed or will not turn on at all. If there are too many parallel strings of LEDs, the total current of the pads will be excessive, resulting in overheating, as well as a large voltage drop across the interconnects, which will reduce the light uniformity of the entire LED pad and the PCB. Conductive traces can be damaged.
Unable to identify the type of LED contained in the LED pad-Because it cannot detect which wavelength of LED in the pad, the PBT system is suitable for matching the treatment program to the LED array or for each particular waveform of the treatment protocol. There is no way to select a wavelength LED.
-The output of each PBT controller is limited to a fixed number of control signals-
• With only one or two control signals per output, today's PBT controllers cannot drive three, four, or more different wavelength LEDs in the same pad with different excitation patterns.
-Limited mobility-Current medical grade PBT systems require a cable connection to connect the central PBT controller to the LED pad. Such tethered PBT systems are generally accepted in hospital applications (and in some cases clinical settings), but in consumer, emergency medical, and military applications it is useful to restrict movement with cables or wires. Not.
-Waveform synthesis is not possible-PBT systems do not have the technology to drive LEDs with waveforms other than square wave pulses. Square wave pulse operation limits the LED illumination pattern to operation at one frequency at a time. Because the pulse frequency affects the energy binding to a particular tissue type, the single frequency PBT system can optimally treat only one tissue type at a time, extending the required treatment time and patient / insurance costs. .. Analysis also reveals that square wave pulses waste energy and produce off harmonics that are not necessarily beneficial to treatment. LED drives that use sine, string, triangle, sawtooth, noise burst, or audio samples require complex waveform synthesis within the LED pad. The host PBT controller must have sufficient computational power to synthesize such waveforms, but this feature is not useful because the signal cannot be delivered over long cables without suffering significant waveform distortion. Unfortunately, the LED pad cannot perform the task. With inexpensive discrete components, current LED pads cannot perform waveform synthesis, not to mention the lack of the communication protocol required to remotely select or change the synthesized waveform.
· Distributing new LED driver algorithms-Current PBT systems do not have the ability to download software updates from databases or servers to fix software bugs or install new treatment algorithms.
Unable to capture and record real-time patient biometric data-Current PBT systems have the ability to collect biometric data such as brain waves, blood pressure, blood glucose, blood oxygen, and other biometrics during treatment, or this. There is no function to embed the collected data. Recording of treatment files.
Unable to collect real-time images of the therapeutic area-Current PBT systems have no means of measuring or creating images of tissue during treatment. The system also does not have the ability to store still and video images or match the images to the treatment time of a PBT session.
-Users (doctors) cannot create new treatment algorithms-In the current PBT system, users such as doctors and researchers can create new algorithms or combine existing treatments to form complex treatment-specific treatments. There is no function to do it. For example, injected stem cells that optimize the excitation sequence for activation (helps promote stem cell differentiation while reducing the risk of rejection).
-Electronic distribution of documents-Current PBT systems cannot distribute and update documents electronically. It would be beneficial to be able to distribute FDA recommendations or judgments, as well as provide error and updates to PBT operation and treatment manuals, treatment guides, and other documents electronically to all PBT system users. Such features are not currently available on any medical device.
• Treatment Tracking-Current PBT systems cannot track treatment usage history, record system usage in treatment logs, or upload treatment logs to servers. The lack of real-time treatment logs over network connections poses a problem for the widespread commercial adoption of PBT systems by doctors, hospitals, clinics, and spas. The current PBT system cannot support the revenue sharing leasing business model because the lessor cannot confirm the lessee's system usage without the uploaded usage log. Similarly, hospitals and clinics cannot confirm the use of PBT systems for insurance audits or fraud prevention. In the Pay-to-UseSaaS (software as a service) payment model, the PBT service agent cannot see the client usage history.
Electronic Prescriptions-Today's physiotherapy devices, including PBT systems, cannot securely transfer and distribute doctor's prescriptions to medical devices.
· Remote Disable-Current PBT systems do not allow you to disable device operation and stop trading in the black market in the event of no payment or theft.
Location Tracking-Today's PBT systems cannot track the location of stolen PBT systems to track thieves.
· Secure Communication-Since today's PBT systems use electrical signals rather than packet-based communication to control LED pads, hacking and direct measurement of communication between the host PBT system and LED pads is easy. There is no security at all. In addition, today's PBT systems do not have the necessary Internet communication and security methods to prevent content hacking and to prevent identity theft in compliance with HEPA regulations. In the future, encryption alone is expected to be insufficient to protect data communications over the Internet. In such cases, you will also need to connect to a private hypersecure network.
要約すると、現在のPBTシステムのアーキテクチャは完全に時代遅れであり、光生体変調療法を提供するための効果的で柔軟性があり、用途が広く、安全なソリューションを促進するために、まったく新しいシステムアーキテクチャ、新しい制御方法、および新しい通信プロトコルが必要です。 In summary, the current PBT system architecture is completely outdated, a whole new system architecture to promote effective, flexible, versatile and secure solutions for providing photobiomodulation therapy. , New control methods, and new communication protocols are required.
本発明の光生体変調療法(PBT)プロセスにおいて、1つまたは複数の波長、または波長のスペクトルバンドを有する電磁放射(EMR)の定義されたパターン(例えば、方形波パルス、正弦波、またはそれらの組み合わせのシーケンス)、バスまたはトランシーバを使用して通信し、構成コンポーネント間または構成コンポーネント間で命令またはファイルを送信する2つ以上の分散コンポーネントまたは「ノード」を含む分散システムを使用して生物(例えば、人間または動物)に導入される。放射線は通常、EMRスペクトルの赤外線または可視部分の範囲内にありますが、紫外線が含まれる場合もあります。 In the photobiomodulation therapy (PBT) process of the present invention, a defined pattern of electromagnetic radiation (EMR) having one or more wavelengths, or spectral bands of wavelengths (eg, square wave pulses, sine waves, or theirs). Organisms (eg, sequences) using distributed systems that include two or more distributed components or "nodes" that communicate using a bus or transceiver (a sequence of combinations) and send instructions or files between components or between components. , Human or animal). Radiation is usually within the infrared or visible part of the EMR spectrum, but it can also contain ultraviolet light.
単一波長のEMRを使用することができ、またはパターンは、2つ、3つ、またはそれ以上の波長を有するEMRを含み得る。EMRは、単一波長の放射で構成されるのではなく、放射のスペクトルバンドを含む場合があります。これは、中心波長を中心とする波長範囲、たとえばλ±Δλとして表されることがよくあります。パルスまたは波形は、放射が生成されないギャップによって分離され得るか、1つのパルスまたは波形の立ち下がりエッジが次のパルスの立ち上がりエッジと時間的に一致するか、またはパルスが重なり合って2つ以上の波長の放射が生じる可能性がある。(または波長のスペクトルバンド)を同時に生成することができます。 Single wavelength EMRs can be used, or patterns can include EMRs with two, three, or more wavelengths. The EMR may contain a spectral band of radiation rather than consisting of a single wavelength of radiation. This is often expressed as a wavelength range centered on the center wavelength, for example λ ± Δλ. Pulses or waveforms can be separated by gaps that do not generate radiation, the falling edge of one pulse or waveform coincides in time with the rising edge of the next pulse, or the pulses overlap to two or more wavelengths. Radiation may occur. (Or the spectral band of the wavelength) can be generated at the same time.
一実施形態では、分散型PBTシステムのコンポーネントは、PBTコントローラと、データ、ファイル、命令、または実行可能コードをPBTコントローラからインテリジェントLEDパッドに送信する一方向シリアルデータバスを使用して通信する1つまたは複数のインテリジェントLEDパッドとを備える。第2の実施形態では、分散PBTシステムの構成要素は、PBTコントローラと、双方向データバスまたはトランシーバを使用して通信する1つまたは複数のインテリジェントLEDパッドとを含み、それにより、PBTコントローラは、データ、ファイル、命令、または実行可能コードをインテリジェントLEDに送信することができる。パッドと逆に、インテリジェントLEDパッドは、パッドの動作ステータスまたはLEDパッド構成データ、プログラムステータス、障害状態、皮膚温度、またはその他のセンサーデータを含む患者の状態を含むデータをPBTコントローラーに返すことができます。他のセンサーは、二次元温度マップ、二次元または三次元超音波画像を含み得るか、またはpH、湿度、血中酸素、血糖、または皮膚インピーダンスなどの生物測定データを含み得、これらは、任意選択で、治療条件を変更します。つまり、閉じたバイオフィードバックループで動作します。 In one embodiment, the components of the distributed PBT system communicate with the PBT controller using a one-way serial data bus that sends data, files, instructions, or executable code from the PBT controller to the intelligent LED pad. Alternatively, it is provided with a plurality of intelligent LED pads. In a second embodiment, the components of a distributed PBT system include a PBT controller and one or more intelligent LED pads that communicate using a bidirectional data bus or transceiver, whereby the PBT controller. Data, files, instructions, or executable codes can be sent to the intelligent LED. In contrast to the pad, the intelligent LED pad can return data to the PBT controller, including the patient's condition, including pad operation status or LED pad configuration data, program status, failure status, skin temperature, or other sensor data. increase. Other sensors may include 2D temperature maps, 2D or 3D ultrasound images, or biometric data such as pH, humidity, blood oxygen, blood glucose, or skin impedance, which are optional. Select to change the treatment conditions. That is, it works in a closed biofeedback loop.
一実施形態では、EMRは、共通の電源に接続された直列の「ストリング」に配置された発光ダイオード(LED)によって生成される。各LEDストリングは、定義された一定または時間変化する電流に応答して、単一の波長または波長の帯域の放射を生成するように設計されたLEDを含み得る。LEDは、人体の皮膚表面にぴったりとフィットするように設計された柔軟なパッドに埋め込まれ、標的組織または臓器を均一なパターンの放射線に曝すことができます。電力は、LEDパッドをPBTコントローラーに接続するケーブルから各インテリジェントパッドに供給されるか、あるいは個別の電源からLEDに供給されます。代替実施形態では、半導体レーザダイオードは、アレイに構成されたLEDの代わりに使用することができる放射線の均一なパターンを作成するために、または代替的に、ハンドヘルドワンドに取り付けられたスポットを作成するために、または小さな領域濃縮放射のを。 In one embodiment, the EMR is generated by light emitting diodes (LEDs) arranged in series "strings" connected to a common power supply. Each LED string may include an LED designed to produce radiation in a single wavelength or band of wavelengths in response to a defined constant or time-varying current. The LEDs are embedded in a flexible pad designed to fit snugly against the skin surface of the human body, allowing the target tissue or organ to be exposed to a uniform pattern of radiation. Power is supplied to each intelligent pad from the cable that connects the LED pad to the PBT controller, or to the LED from a separate power source. In an alternative embodiment, the semiconductor laser diode creates a handheld wand-mounted spot to create a uniform pattern of radiation that can be used in place of the LEDs configured in the array. For, or for small regions of concentrated radiation.
本明細書に開示される分散型PBTシステムでは、各LEDストリングは、LEDドライバによって制御され、LEDドライバは、次に、インテリジェントLEDパッド内に含まれるマイクロコントローラによって制御される。LEDパッドのマイクロシステムは、通信バスを介してPBTコントローラーを構成する別のマイクロコンピューターまたはコンピューターと通信します。通信バスには、USB、RS232、HDMI(登録商標)、I2C、SMB、イーサネットなどの有線接続、または独自の形式と通信プロトコルが含まれる場合があります。あるいは、Bluetooth、WiFi、WiMax、2G、3G、4G/LTE、または5Gプロトコルを使用するセルラー無線、またはその他の独自の通信方法を含むワイヤレスメディアおよびプロトコルを含みます。 In the distributed PBT system disclosed herein, each LED string is controlled by an LED driver, which is then controlled by a microcontroller contained within an intelligent LED pad. The LED pad microcomputer communicates with another microcomputer or computer that makes up the PBT controller via the communication bus. The communication bus, USB, RS232, HDMI (TM), may contain I 2 C, SMB, wired or proprietary formats and communication protocols, such as Ethernet. Alternatively, it includes wireless media and protocols, including cellular radios using Bluetooth, WiFi, WiMax, 2G, 3G, 4G / LTE, or 5G protocols, or other proprietary communication methods.
医師または臨床医は、PBTコントローラーに接続されたディスプレイ、キーボード、またはその他の入力デバイスを使用して、治療中の状態または疾患に適した特定のアルゴリズム(プロセスシーケンス)を選択できます。次に、指示は、有線または無線データバスを介してPBTコントローラーから1つ以上のインテリジェントLEDパッドに伝達され、パッドのマイクロコントローラーにPBT処理を開始または一時停止するタイミングと、実行する処理を指定するように指示します。 A doctor or clinician can use a display, keyboard, or other input device connected to a PBT controller to select a specific algorithm (process sequence) suitable for the condition or disease being treated. Instructions are then propagated from the PBT controller to one or more intelligent LED pads via a wired or wireless data bus, specifying when to start or pause PBT processing and what processing to perform to the pad's microcontroller. Instruct.
データストリーミングと呼ばれる一実施形態では、PBTコントローラは、LEDが電流を伝導するように指示されるタイミングおよび伝導される電流の大きさを含む、LED駆動波形を指定するデータパケットのストリームを送信する。コントローラによって送信されるストリーミング命令は、アルゴリズムの「パターンライブラリ」から選択されます。各アルゴリズムは、LEDストリングによって生成されるEMRのパルスまたは波形の特定のプロセスシーケンスを定義します。データバスを介してデータパケットを受信すると、インテリジェントLEDパッドは命令をメモリに保存し、ストリーミングデータファイルの「再生」を開始します。つまり、受信した命令に従ってLEDを駆動します。ストリーミング再生中に、PBTコントローラーからインテリジェントLEDパッドへのバス通信が中断され、システムの安全性チェックに対応したり、インテリジェントLEDパッドがそのステータスを報告したりセンサーデータをPBTコントローラーにアップロードしたりできるようになります。 In one embodiment, called data streaming, the PBT controller transmits a stream of data packets that specify the LED drive waveform, including when the LED is instructed to conduct current and the magnitude of the conducted current. The streaming instructions sent by the controller are selected from the algorithm's "pattern library". Each algorithm defines a specific process sequence of EMR pulses or waveforms generated by the LED string. Upon receiving a data packet over the data bus, the intelligent LED pad stores the instruction in memory and begins "playing" the streaming data file. In other words, it drives the LED according to the received command. During streaming playback, bus communication from the PBT controller to the intelligent LED pad is interrupted so that it can respond to system safety checks, the intelligent LED pad can report its status and upload sensor data to the PBT controller. Will be.
従来技術のPBTシステムとは異なり、に開示された分散PBT系PBTコントローラは、常にインテリジェントLEDパッドに命令を送信していません。バスをリッスンするか、インテリジェントLEDパッドからデータを受信するなど、PBTコントローラーがサイレントである間、各インテリジェントLEDパッドは、PBTコントローラーおよび同じデータバスまたは通信に接続されている他のLEDパッドから自律的かつ独立して動作する必要があります。通信網。つまり、PBTコントローラーはインテリジェントLEDパッドに十分なデータを送信して、パッドのメモリバッファーに保存し、次のデータファイルが配信されるまで中断のないLED再生操作をサポートする必要があります。 Unlike conventional PBT systems, the distributed PBT-based PBT controllers disclosed in do not always send commands to intelligent LED pads. While the PBT controller is silent, such as listening to a bus or receiving data from an intelligent LED pad, each intelligent LED pad is autonomous from the PBT controller and other LED pads connected to the same data bus or communication. And it must work independently. Communication network. This means that the PBT controller must send enough data to the intelligent LED pad, store it in the pad's memory buffer, and support uninterrupted LED playback operation until the next data file is delivered.
別の実施形態では、PBTコントローラは、PBT処理またはセッションの実行シーケンス全体を定義するインテリジェントLEDパッドに完全な再生ファイルを配信する。この方法では、ファイルは再生を開始する前、つまり処理を実行する前に配信されます。ファイルがインテリジェントLEDパッドのメモリにロードされるとすぐに、パッド内のローカルマイクロコントローラはファイルの指示に従って行われた再生を実行できます。転送再生ファイルは、LEDプレーヤーソフトウェアを含む実行可能なコードによって解釈される治療期間及び設定を定義(I)の波形命令を駆動する全てのLEDの全体を含む実行可能コードファイル、(ii)の受動再生ファイルのいずれかを含んでもよく、又は(iii)LED照明パターンを制御し、PBT処理またはセッションを実行するために、LEDパッドのマイクロシステムによって所定の方法で後で結合される波形プリミティブを含むデータファイル。 In another embodiment, the PBT controller delivers the complete replay file to an intelligent LED pad that defines the entire PBT process or session execution sequence. With this method, the file is delivered before it starts playing, that is, before performing any processing. As soon as the file is loaded into the memory of the intelligent LED pad, the local microcontroller in the pad can perform the playback performed according to the instructions of the file. The transfer playback file defines the treatment period and settings interpreted by the executable code, including the LED player software. The executable code file, (ii), which contains the entire LED driving the waveform command of (I). It may contain any of the playback files, or (iii) contains waveform primitives that are later combined in a predetermined way by the LED pad microcontroller to control the LED lighting pattern and perform PBT processing or sessions. data file.
後者の2つの例では、再生ファイルを解釈するために必要な実行可能コード、つまりLEDプレーヤーを、再生を開始する前にインテリジェントLEDにロードする必要があります。このLEDプレーヤーは、ユーザーがPBTコントローラーに治療を開始するように指示したときにインテリジェントLEDパッドにロードできます。または、製造中や製造時にLEDパッドがプログラムされた場合など、前日にインテリジェントパッドにロードできます。PBTコントローラーがオンになり、インテリジェントLEDパッドがコントローラーのローカルエリアネットワークに接続されていることを確認します。LEDプレーヤファイルは以前にインテリジェントLEDパッドにロードされているような場合には、拡張期間のための不揮発性メモリに記憶され、分散PBTのシステムは、ロードされたソフトウェアであるかどうかを確認する規定を含まなければならない静止電流またはなってい廃止。システムがLEDプレーヤーが最新であることを検出すると、LEDの再生をすぐに開始できます。あるいは、PBTコントローラーがLEDプレーヤーが廃止されている、期限切れである、または単に最新ではないことを検出した場合、PBTコントローラーは新しいLEDプレーヤーの実行可能コードをすぐにまたは最初にユーザーの承認を得ることによってダウンロードできます。は時代遅れLEDプレーヤ実行可能なコードを使用して処理を実行するいくつかの例は、不適切な再生またはシステムの誤動作を生じ得ます。このような場合、インテリジェントパッドのLEDプレーヤーは、ソフトウェアのダウンロードと更新が実行されるまで、PBTコントローラーによって強制的に操作が中断される場合があります。 In the latter two examples, the executable code needed to interpret the playback file, the LED player, needs to be loaded onto the intelligent LED before starting playback. This LED player can be loaded onto the intelligent LED pad when the user instructs the PBT controller to start treatment. Alternatively, it can be loaded into the intelligent pad the day before, such as during or during manufacturing if the LED pad was programmed. Make sure the PBT controller is turned on and the intelligent LED pad is connected to the controller's local area network. The LED player file is stored in the non-volatile memory for the expansion period if it was previously loaded on the intelligent LED pad, and the distributed PBT system checks to see if it is the loaded software. Must include quiescent current or become obsolete. When the system detects that the LED player is up to date, it can start playing the LED immediately. Alternatively, if the PBT controller detects that the LED player is obsolete, expired, or simply not up to date, the PBT controller will immediately or first obtain user approval for the executable code for the new LED player. Can be downloaded by. Is an outdated LED player Some examples of performing processing using executable code can result in improper playback or system malfunction. In such cases, the intelligent pad LED player may be forcibly interrupted by the PBT controller until the software is downloaded and updated.
LEDパッドが定義された期間、独立して自律的に機能する機能は、パッシブLEDパッドと比較してLEDパッドを「インテリジェント」として区別します。対照的に、パッシブLEDパッドは、PBTコントローラーから送信されたリアルタイム信号にのみ応答するように制限されており、通信が中断すると、LEDパッドの動作がすぐに中断され、LEDパルス列または波形に影響します。言い換えると、PBTコントローラーと1つ以上のインテリジェントLEDパッド間のバス通信は、パケット交換ローカルエリアネットワーク(LAN)と見なすことができます。 The ability of an LED pad to function independently and autonomously for a defined period of time distinguishes the LED pad as "intelligent" compared to a passive LED pad. In contrast, passive LED pads are restricted to responding only to real-time signals transmitted by the PBT controller, and when communication is interrupted, the LED pad's operation is immediately interrupted, affecting the LED pulse train or waveform. increase. In other words, bus communication between a PBT controller and one or more intelligent LED pads can be considered a packet-switched local area network (LAN).
開示された分散PBT系の別の重要な特徴はあるその自律安全システム−保護及び安全機能は、各インテリジェントLEDパッドで動作PBTコントローラの独立。特にネットワーク接続された専門医療機器では、ネットワーク接続が失われた場合でも、安全システムは確実に動作し続ける必要があります。本発明の重要な特徴として、動作中、各インテリジェントLEDパッドは、ソフトウェアが正常に動作し、危険な状態が存在しないことを保証するために、安全関連のサブルーチンを定期的に実行する。SEインテリジェントLEDパッド埋め込まれた保護機能が含まれ、「点滅タイマー関連のソフトウェア」サブルーチン、ウォッチドッグタイマ、過電圧保護、LED電流のバランス、および過温度保護を。自律安全機能には、不揮発性メモリに格納され、各インテリジェントLEDパッド内に存在する組み込みマイクロコントローラによって実行されるインテリジェントLEDパッドのローカルオペレーティングシステム(ここではLightPadOSと呼ばれる)を構成するファームウェアが含まれます。 Another important feature of the disclosed distributed PBT system is its autonomous safety system-protection and safety features operate on each intelligent LED pad, independent of the PBT controller. Especially for networked specialized medical devices, the safety system must continue to operate reliably even if the network connection is lost. An important feature of the present invention is that during operation, each intelligent LED pad periodically executes safety-related subroutines to ensure that the software operates normally and that there are no dangerous conditions. SE Intelligent LED Pad Includes embedded protection features, "blinking timer related software" subroutine, watchdog timer, overvoltage protection, LED current balance, and overtemperature protection. Autonomous safety features include firmware that is stored in non-volatile memory and configures the intelligent LED pad's local operating system (here referred to as LightPadOS), which is run by an embedded microcontroller located within each intelligent LED pad. ..
治療を開始するように指示を受けると、特定のパッドのLightPadOSはソフトウェアタイマーを開始し、同時にマイクロコントローラーのハードウェアカウンターをリセットして開始します。次に、LightPadOSは実行可能コードを起動して、ストリーミングデータファイルまたはLEDプレーヤー(特定の再生ファイルの再生)として実行されるPBT処理を、進行中のプログラムカウンターと同期して実行します。定義された周波数でプログラムカウンタ進む共有システムクロックや精密時間基準のいずれかによって定義されるような1つまたはいくつかの特定のインテリジェントLEDパッドS。このような時間基準は、RC緩和発振器、RLC共振タンク発振器、水晶発振器、またはマイクロメカニカルマシンベースの発振器を使用して確立できます。このようにして、ナノ秒の精度のパルスを使用して、方形波パルス、正弦波、および周波数と持続時間が変化するその他の波形を合成できます。合成された波形は、定義されたアルゴリズムに従って、選択されたパターンでさまざまな波形LEDのストリングを駆動するために使用されます。 When instructed to start treatment, the LightPadOS on a particular pad will start a software timer and at the same time reset the microcontroller hardware counter to start. LightPadOS then invokes the executable code to perform PBT processing, which is performed as a streaming data file or LED player (playback of a specific playback file), in sync with the ongoing program counter. One or several specific intelligent LED pads S as defined by either a shared system clock or precision time reference that advances the program counter at a defined frequency. Such a time reference can be established using an RC relaxation oscillator, an RLC resonant tank oscillator, a crystal oscillator, or a micromechanical machine based oscillator. In this way, you can use pulses with nanosecond precision to synthesize square wave pulses, sine waves, and other waveforms that vary in frequency and duration. The synthesized waveform is used to drive a string of different waveform LEDs in a selected pattern according to a defined algorithm.
プログラムの実行中、ソフトウェアの点滅タイマーとハードウェアベースのウォッチドッグタイマーの両方が、プログラムカウンターのタイムベースと同期してカウントを続けます。点滅タイマーが特定の事前定義された時間(ここでは点滅間隔と呼ばれる)、たとえば30秒に達すると、ソフトウェアタイマーは、パッドのローカルコントロールLightPadOSに送信される割り込み信号を生成します。これにより、治療のプログラムカウンターが一時停止され、割り込みサービスが開始されます。ルーチン」またはISR。次に、ISRはハウスキーピング機能を実行します。これには、インテリジェントLEDパッド内の1つ以上のセンサーの温度の読み取り、トランシーバーを介した温度データのPBTコントローラーへの送信、および同時に測定された最高温度と定義された範囲の比較が含まれます。温度が警告レベルを超えると、警告フラグも生成され、システムに何らかのアクションを実行するように要求するためにPBTコントローラーに伝達されます。たとえば、LEDデューティーファクター(サイクルあたりの時間)を下げてパッドの温度を下げる、または治療を中断します。 During program execution, both the software flash timer and the hardware-based watchdog timer keep counting in sync with the program counter's timebase. When the blink timer reaches a certain predefined time (referred to here as the blink interval), for example 30 seconds, the software timer generates an interrupt signal sent to the pad's local control LightPadOS. This will suspend the treatment program counter and start the interrupt service. Routine or ISR. The ISR then performs the housekeeping function. This includes reading the temperature of one or more sensors in the intelligent LED pad, sending temperature data through the transceiver to the PBT controller, and comparing the maximum temperature measured at the same time with the defined range. .. When the temperature exceeds the warning level, a warning flag is also generated and transmitted to the PBT controller to request the system to take some action. For example, lower the LED duty factor (time per cycle) to lower the pad temperature or discontinue treatment.
ただし、測定された最高温度が所定の安全しきい値を超えると、インテリジェントLEDパッドはすぐに治療プログラムの実行を一時停止し、同時にトランシーバーを介してPBTコントローラーにメッセージを送信します。PBTがプログラムを再起動しない限り、過熱しているインテリジェントLEDパッドは無期限にオフのままになります。このように、PBTコントローラーが使用できないか誤動作しているときに過熱状態が発生した場合、またはネットワークまたは通信バスがビジーまたは使用できない場合、デフォルトの状態は治療を停止することです。 However, when the measured maximum temperature exceeds a certain safety threshold, the intelligent LED pad immediately suspends the execution of the treatment program and at the same time sends a message to the PBT controller via the transceiver. The overheated intelligent LED pad will remain off indefinitely unless the PBT restarts the program. Thus, if an overheat condition occurs when the PBT controller is unavailable or malfunctioning, or if the network or communication bus is busy or unavailable, the default condition is to stop treatment.
ISR中に、インテリジェントLEDパッドは他の安全性テストを実行できます。たとえば、電源障害に起因する過剰な入力電圧、内部パッドの短絡に起因する過剰な電流のチェック、インテリジェントLEDに接触する汗や水に起因する過剰な湿気の検出などです。パッド。患者とLEDパッドの間に衛生バリアがないか不適切に適用されている可能性があります。いずれの場合も、誤動作しているインテリジェントLEDパッドは最初に動作を一時停止し、次に分散システムに障害を通知するメッセージをPBTコントローラーに送信します。このような場合、他のLEDパッドは独立して動作し続けるか(1つのパッドが動作を停止した場合でも)、あるいはすべてのインテリジェントLEDパッドを同時にシャットダウンすることができます(PBTコントローラーまたは直接パッド間通信を介して)。ISRが完了すると、プログラムカウンタを再起動し、ソフトウェアの点滅タイマーを再起動し、ウォッチドッグタイマーを再起動することにより、PBT処理の実行に制御が戻ります。 During ISR, the intelligent LED pad can perform other safety tests. For example, checking for excess input voltage due to power failure, excess current due to internal pad short circuit, and detection of excess moisture due to sweat or water contacting intelligent LEDs. pad. There may be no or improperly applied hygiene barrier between the patient and the LED pad. In either case, the malfunctioning intelligent LED pad first pauses and then sends a message to the PBT controller informing the distributed system of the failure. In such cases, the other LED pads can continue to operate independently (even if one pad stops working), or all intelligent LED pads can be shut down at the same time (PBT controller or direct pad). Via inter-communication). When the ISR is complete, control returns to PBT processing execution by restarting the program counter, restarting the software blinking timer, and restarting the watchdog timer.
LED再生実行可能コードまたはISRサブルーチンのいずれかでソフトウェア実行エラーが発生した場合、プログラムカウンタは動作を再開せず、点滅タイマーはリセットおよび再起動されません。ウォッチドッグタイマーがリセットされずに(たとえば31秒で)フルカウントに達した場合は、ソフトウェアの実行に失敗したことを意味します。ウォッチドッグタイマーのタイムアウトにより、割り込みフラグが即座に生成され、問題のあるLEDパッドでのプログラムの実行が一時停止され、障害メッセージがPBTコントローラーおよびオプションで他のLEDパッドに送信されます。そのため、ソフトウェア障害は、ネットワーク接続がない場合でも患者の安全を確保するために、誤動作しているLEDパッドのデフォルトで常に非動作状態になります。 If a software execution error occurs in either the LED reproducible code or the ISR subroutine, the program counter will not resume operation and the blinking timer will not be reset or restarted. If the watchdog timer reaches the full count without being reset (for example, in 31 seconds), it means that the software has failed to run. The watchdog timer timeout immediately generates an interrupt flag, suspends program execution on the problematic LED pad, and sends a failure message to the PBT controller and optionally other LED pads. As a result, software failures are always inactive by default for malfunctioning LED pads to ensure patient safety even when there is no network connection.
自律安全機能とは別に、別の実施形態では、開示された分散PBTシステムは、PBTコントローラによって管理されるネットワーク化されたコンポーネントの集中保護を含む。具体的には、本明細書でLightOSと呼ばれる、PBTコントローラで動作するPBTオペレーティングシステムは、ネットワークまたは通信バスに接続されたコンポーネントが許可されたコンポーネントまたは詐欺であるかどうかを検出する機能を含む多くの保護規定を含む。場合ユーザーの試みが接続する所定の認証プロセスを通過することができないPBTコントローラのネットワークに光パッドまたは他のコンポーネントを、そのコンポーネントは、あろうネットワークへのアクセスを拒否すること。PBTコントローラのLightOSオペレーティングシステムは、不正禁止することができ、不正なデバイスのIPアドレスにデータパケットの送信、またはコマンドを暗号化していない、怒らデバイスが除去されるまで、分散システム全体をシャットダウンするなど、さまざまな方法でアクセスをすることで認識できません許可されていないコンポーネント。 Apart from the autonomous safety function, in another embodiment, the disclosed distributed PBT system includes centralized protection of networked components managed by a PBT controller. Specifically, the PBT operating system running on a PBT controller, referred to herein as LightOS, often includes the ability to detect whether a component connected to a network or communication bus is an authorized component or fraud. Includes protection provisions. If the user's attempt denies access to a network of optical pads or other components of the PBT controller that may not be able to go through the prescribed authentication process to which it connects. The LightOS operating system of the PBT controller can be banned, sending data packets to the IP address of the rogue device, or unencrypting commands, shutting down the entire distributed system until the offended device is removed, etc. Unrecognized components by accessing them in different ways.
達成するために開示された多層セキュア通信分散PBTシステム、オペレーティングPBTコントローラのシステム(LightOS)およびオペレーティング・システムのインテリジェントLEDパッド(LightPadOS)はパラレル通信スタック含んに識別可能ではない一貫したプロトコルを使用して、共有秘密をデバイスオペレーター、ハッカー、または無許可の開発者。そのため、分散型PBTシステムは、データリンク層2、ネットワーク層3、トランスポート層4、セッション層5、プレゼンテーション層を含む任意の数の通信層でセキュリティを実行する機能を備えた保護された通信ネットワークとして動作します。6、またはアプリケーションレイヤー−7。
The multi-layer secure communication distributed PBT system, operating PBT controller system (LightOS) and operating system intelligent LED pad (LightPadOS) disclosed to achieve use a consistent protocol that is not identifiable within the parallel communication stack. , Shared secrets to device operators, hackers, or unauthorized developers. Therefore, the distributed PBT system is a protected communication network having a function of executing security in an arbitrary number of communication layers including a
たとえば、PBTコントローラーとインテリジェントLEDパッドの両方にインストールされ、暗号で隠されている数値コード、つまり共有シークレットを使用すると、キー自体を漏らすことなく、ネットワークに接続されたインテリジェントLEDパッドの信頼性を確認できます。LEDの一つの方法パッド検証層−データリンク上で実行される2、PBTコントローラは、ネットワークまたは通信バスを介してインテリジェントLEDパッドに乱数を渡します。それに応じて、LEDパッド内のマイクロコントローラーは、共有シークレット(数値コード)のコピーを復号化し、受信した乱数とマージしてから、連結された番号に対して暗号化ハッシュ操作を実行します。次に、インテリジェントLEDパッドは、同じトランシーバーリンクを介して暗号化ハッシュ値をオープンに返します。
For example, if you use a numeric code that is installed on both the PBT controller and the intelligent LED pad and is hidden in the code, that is, a shared secret, you can check the reliability of the intelligent LED pad connected to the network without leaking the key itself. I can do it. One way of LED Pad verification layer-Running on the
同時に、PBTコントローラーは、共有シークレット(数値コード)の独自のコピーを復号化する同一の操作を実行し、LEDパッドに送信した生成された乱数とマージしてから、連結された番号に対して暗号化ハッシュ操作を実行します。次に、PBTコントローラーは、受信したハッシュ値とローカルで生成されたハッシュ値を比較します。二つの数字が一致した場合にパッドが本物である、つまりそれは接続するために「許可」ネットワークに。前述の認証アルゴリズムは、USB、イーサネット、WiFi、またはセルラー無線接続を含む任意のデータバスまたはパケット交換ネットワークを介した任意のPHYレイヤー1および/またはデータリンクレイヤー2接続で実行できます。WiFi接続の際には、データリンクも使用して確立することができるWiFiを提供してアクセスプロトコルWPA2を保護しました。
At the same time, the PBT controller performs the same operation to decrypt its own copy of the shared secret (numeric code), merges it with the generated random number sent to the LED pad, and then encrypts the concatenated number. Performs a cryptographic hash operation. The PBT controller then compares the received hash value with the locally generated hash value. If the two numbers match, the pad is genuine, that is, it's on an "allowed" network to connect. The authentication algorithm described above can be performed on any
ために「管理」の目的及びセキュリティ追跡、承認日時(として利用可能なGPSの位置)認証コンポーネントの不揮発性メモリに格納され、必要に応じてアップロードサーバに。分散PBTシステムで接続されているすべてのコンポーネントの安全な通信とAAA(認証、承認、管理)検証を採用することの利点は、認証されていない、潜在的に安全でない詐欺師デバイスの意図的な接続からの安全性と保護を確保するために重要です。このように、詐欺師のデバイスは分散型PBTシステムによって駆動することはできません。AAA検証は、リチウムイオンバッテリーパック、未承認の電源、スピーカー、ディスクドライブ、モータードライバー、高出力のクラスIIIおよびクラスIVレーザーなど、PBTシステムの一部としての動作を目的としないデバイスの偶発的な接続からも保護します。潜在的な危険は、PBTシステムとは無関係です。 For "management" purpose and security tracking, approval date and time (available as GPS location) stored in the non-volatile memory of the authentication component and to the upload server as needed. The advantage of adopting secure communication and AAA (Authentication, Authorization, Management) verification of all components connected in a distributed PBT system is the deliberate intention of an unauthenticated, potentially insecure fraudster device. It is important to ensure the safety and protection from the connection. As such, fraudster devices cannot be driven by a decentralized PBT system. AAA verification is an accidental device that is not intended to operate as part of a PBT system, such as lithium-ion battery packs, unauthorized power supplies, speakers, disk drives, motor drivers, high-power Class III and Class IV lasers. It also protects from connections. The potential danger is independent of the PBT system.
パケット交換ネットワーク(イーサネットやWiFiなど)を使用する分散PBTシステムのセキュリティは、ネットワークレイヤー3での動的アドレス指定とデータトランスポートレイヤー4での動的ポート割り当てを使用して強化することもできます。接続されていないPBTコントローラーの動作中PBTコントローラーは、インターネットまたはその他のローカルエリアネットワークに対して、動的IPアドレスと動的ポートアドレスを生成し、インテリジェントLEDパッドが独自の動的IPアドレスと独自の動的IPアドレスで応答する他のネットワーク接続デバイスにアドレスをブロードキャストします。動的ポートアドレス。分散PBTシステムがルーターまたはインターネットに接続している場合は、動的ホスト構成プロセッサ(DHCP)を使用して動的IPアドレスを割り当てます。同様に、リモートプロシージャコール(RPC)を使用して、動的なポート番号の割り当てを実行します。デバイスがネットワークに接続されるたびに動的IPアドレスと動的ポートが変更されるため、サイバー攻撃対象領域が減少します。追加Layer−4セキュリティは、TLS使用して追加することができる「トランスポート層セキュリティ」、IPSecセキュリティプロトコル、または他のプロトコル。
The security of distributed PBT systems using packet-switched networks (such as Ethernet and WiFi) can also be enhanced by using dynamic addressing at
分散PBTシステムの構成要素が確立されると通してレイヤ2認証、及びレイヤ3及びLヤー−4ネットワークとポートアドレスを割り当て、分散PBTシステムが治療を実行する準備ができています。受信PBT制御時にユーザ「開始」コマンドを、暗号鍵またはデジタル証明書の交換とPBT処理開始についてPBTコントローラとネットワーク接続されたインテリジェントLEDパッド間を確立するLAyerの−5セッション。セッションが開かれると、PBTコントローラーとインテリジェントLEDパッドは、治療が完了するか終了するまで、ファイルとコマンドの交換中に安全なリンクを維持します。追加のネットワークセキュリティは、プレゼンテーションの暗号化を使用して行うことができる層−6またはアプリケーション層−で7。
Once the components of the distributed PBT system are established,
開示されているように、ネットワーク接続された分散型PBTシステムは、複数のインテリジェントLEDパッドを使用して光生体変調療法を確実かつ安全に実行できる単一の統合仮想マシン(VM)として機能する。
・ケーブルの寄生による波形の歪みはありません
・PBTコントローラーとインテリジェントLEDパッド間の双方向通信
・能力マルチパッド誤接続の短絡を検出します
・承認されたLEDパッドまたは認定メーカーを識別するためのビリティ
・ように接続されたデバイスを識別するためビリティインテリジェントLEDパッド
・動力源を識別するためビリティ及びそれらの動作電圧を制御します
・ドライバーのLED電流を制御および制限する機能
・バッテリーを検出するビリティとそれらの接続を防止PBTシステムの出力にします
・LEDパッドに過熱状態を検出するビリティ
・LEDパッド内のLEDの構成を識別するためビリティ
・タイプ識別するビリティおよび構成内に含まれるLEDのNインテリジェントLEDパッド
・複数の出力を独立して制御する機能
・インテリジェントLEDパッド内で歪みのない波形合成を実行する機能
・新しいLEDドライバーアルゴリズムをインテリジェントLEDパッドに配布する機能
・キャプチャと記録をリアルタイムに患者の生体データにビリティ
・治療領域のリアルタイム画像を収集するビリティ
・ユーザー(医師)が新しい治療アルゴリズムを作成する機能をサポートする
・ドキュメントの電子配布をサポートする機能
・治療追跡を実行する機能
・電子処方箋の配布を管理する機能
・ネットワークに接続されたリモートコントロールをサポートする機能
・PBTシステムの位置追跡を実行する機能
・コンポーネント間の安全な通信を実行する機能
As disclosed, a networked distributed PBT system acts as a single integrated virtual machine (VM) that can reliably and safely perform photobiomodulation therapy using multiple intelligent LED pads.
-No waveform distortion due to cable infestation-Bidirectional communication between PBT controller and intelligent LED pad-Ability to detect short circuit of multi-pad misconnection-Ability to identify approved LED pad or certified manufacturer- Ability to identify connected devices Intelligent LED pads-Ability to identify power sources and control their operating voltage-Functions to control and limit the LED current of the driver-Ability to detect batteries and them The output of the PBT system is used to prevent the connection of the LED. ・ The ability to detect the overheated state on the LED pad. ・ The ability to identify the LED configuration in the LED pad. -Ability to control multiple outputs independently-Ability to perform distortion-free waveform synthesis within an intelligent LED pad-Ability to distribute a new LED driver algorithm to an intelligent LED pad-Capture and record real-time patient biometric data・ Ability to collect real-time images of the treatment area ・ Supports the function of users (doctors) to create new treatment algorithms ・ Function to support electronic distribution of documents ・ Function to perform treatment tracking ・ Distribution of electronic prescriptions Ability to manage-Ability to support remote control connected to the network-Ability to perform location tracking of PBT systems-Ability to perform secure communication between components
別の実施形態では、開示される分散PBTシステムは、デジタル波形合成、PWMパルス生成、および方形波、三角波、のこぎり波、および正弦波波形を生成することができる動的多重化マルチチャネルLEDドライバを含む3段階波形生成を含む。波形は、単一の周期関数または複数の周波数成分の弦で構成されます。 In another embodiment, the disclosed distributed PBT system provides a dynamically multiplexed multi-channel LED driver capable of digital waveform synthesis, PWM pulse generation, and square wave, triangle wave, sawtooth wave, and sine wave waveforms. Includes 3-step waveform generation. Waveforms consist of a single periodic function or strings of multiple frequency components.
別の実施形態では、開示された波形発生器は、所定のキーおよび周波数スケールに基づいて和音、例えば、ノイズフィルタリングを含む2つ、3つ、または4つの異なる周波数を含む和音を生成することができる。LED駆動波形は、オーディオサンプルから、またはさまざまな解像度と周波数のスケーラブルなオーディオプリミティブ波形のコードを組み合わせることによって生成することもできます。波形は、波形シンセサイザーのパラメトリック、PWM波形、およびメジャー、マイナー、ディミニッシュ、オーグメントコード、オクターブ、インバージョンなどのPWMコードに基づいてライブラリに保存できます。ソフトウェア制御のLEDドライバには、I/Oマッピング(多重化)、動的電流制御、およびさまざまな動的にプログラム可能な電流リファレンスが含まれています。 In another embodiment, the disclosed waveform generator may generate chords, eg, chords containing two, three, or four different frequencies, including noise filtering, based on a given key and frequency scale. can. LED-driven waveforms can also be generated from audio samples or by combining the code of scalable audio primitive waveforms of different resolutions and frequencies. Waveforms can be stored in the library based on the waveform synthesizer's parametric, PWM waveforms, and PWM codes such as major, minor, diminished, augmented code, octave, and inversion. Software-controlled LED drivers include I / O mapping, dynamic current control, and a variety of dynamically programmable current references.
別の実施形態では、分散型PBTシステムは、集中型マルチチャネルPBT制御ステーションから制御されるインテリジェントLEDパッドの複数のセットを含む。オプションのWiFiPBTリモコンが含まれており、ローカルの開始−開始および一時停止の制御が容易になります。さらに別の実施形態では、PBTコントローラは、インテリジェントLEDパッドを制御するモバイルデバイスまたはスマートフォン上で実行されるアプリケーションを含む。モバイルアプリケーションには、直感的なUI/UXコントロールとバイオフィードバック表示が含まれています。アプリは、治療データベースとしてインターネットまたはPBTサーバーに接続することもできます。別の実施形態では、PBTシステムは、ネットワーク上でプログラムされた完全に自律的なLEDパッドセットを含む。 In another embodiment, the distributed PBT system comprises a plurality of sets of intelligent LED pads controlled from a centralized multichannel PBT control station. An optional WiFi PBT remote control is included for easy local start-start and pause control. In yet another embodiment, the PBT controller comprises an application running on a mobile device or smartphone that controls an intelligent LED pad. The mobile application includes intuitive UI / UX controls and biofeedback display. The app can also connect to the internet or PBT server as a treatment database. In another embodiment, the PBT system comprises a fully autonomous LED pad set programmed on the network.
分散型PBTシステムは、マウスピースに取り付けられたLEDを制御して歯肉炎や歯周病に対抗したり、鼻や耳に挿入されたイヤフォンに取り付けられた個々のLEDを駆動して、副鼻腔の細菌の屈曲を殺したりするためにも使用できます。個々のLEDのつぼみのバリエーションは、鍼治療のポイントに配置される「スポット」として使用できます。 The distributed PBT system controls the LEDs attached to the mouthpiece to combat gingival inflammation and periodontal disease, or drives individual LEDs attached to earphones inserted into the nose or ears to drive the sinuses. It can also be used to kill the bending of bacteria. Variations of individual LED buds can be used as "spots" placed at acupuncture points.
前述の分散型PBTシステムは、LEDの駆動に限定されませんが、レーザーからのコヒーレント光や時変磁場の放出など、生体組織にエネルギーを注入するために、患者に隣接して配置されたエネルギーエミッターを駆動するために使用できます。(磁気療法)、微小電流(電気療法)、超音波エネルギー、赤外線、遠赤外線電磁放射、またはそれらの任意の組み合わせ。 The distributed PBT system described above is not limited to driving LEDs, but energy placed adjacent to the patient to inject energy into living tissue, such as the emission of coherent light from a laser or a time-varying magnetic field. It can be used to drive the emitter. (Magnetic therapy), microcurrent (electrotherapy), ultrasonic energy, infrared, far-infrared electromagnetic radiation, or any combination thereof.
そのような一実施形態では、LEDまたはレーザーハンドヘルドワンドは、大面積ヘッドユニットおよびピボットハンドル、一体型温度センサー、バッテリー充電器、ステップアップ(ブースト)電圧レギュレーター、および近接検出器としての一体型安全システムを備える。さらに別の実施形態では、磁気治療装置は、時間変化する磁場を生成するために使用される多層プリント回路基板実装コイルを含む。磁気治療装置は、パッドまたはワンドに実装することができる。炎症及び関節痛を減少させるために使用Magnetotherapyは、独立して、またはと組み合わせて動作させることがPBT。 In one such embodiment, the LED or laser handheld wand is an integrated safety system as a large area head unit and pivot handle, an integrated temperature sensor, a battery charger, a step-up (boost) voltage regulator, and a proximity detector. To be equipped with. In yet another embodiment, the magnetic therapy apparatus comprises a multilayer printed circuit board mounting coil used to generate a time-varying magnetic field. The magnetic therapy device can be mounted on a pad or wand. Magnetotherapy used to reduce inflammation and joint pain can be operated independently or in combination with PBT.
別のハンドヘルドワンドバージョンには、マッサージ療法と同様ですが、より深く浸透する、超音波周波数、つまり10Hz未満で筋肉や組織に圧力を加えるバイブレーターとして動作する変調ボイスコイルが含まれています。筋肉の弛緩を減らし、柔軟性と可動域を改善するために使用される超低周波音療法は、独立して、またはPBTと組み合わせて行うことができます。 Another handheld wand version includes a modulated voice coil that acts as a vibrator that applies pressure to muscles and tissues at ultrasonic frequencies, or less than 10 Hz, which penetrates deeper, similar to massage therapy. Infrasound therapy, used to reduce muscle relaxation and improve flexibility and range of motion, can be done independently or in combination with PBT.
別の実施形態では、n個の超音波治療装置は、20kHzのから4MHzのために超音波帯域に変調された一つ以上の圧電変換器を有する屈曲可能なPCBを含みます。圧電変換器を備えたパッドはまた、オーディオスペクトルのパルスによって変調されたLEDを含み得る。超音波−LED複合デバイスの1つのアプリケーションでは、超音波を使用して、循環を改善し、その後死んだ細胞を除去するために使用されるPBTで瘢痕組織を破壊します。 In another embodiment, the n ultrasonic therapy devices include a flexible PCB with one or more piezoelectric transducers modulated into the ultrasonic band for 20 kHz to 4 MHz. Pads with piezoelectric transducers may also include LEDs modulated by pulses in the audio spectrum. One application of ultrasound-LED composite devices uses ultrasound to destroy scar tissue with PBT, which is used to improve circulation and then remove dead cells.
克服するために、前述の既存の世代のPBTシステム直面制限、全く新しいシステムに必要なアーキテクチャを。具体的には、正弦波を組み合わせた正弦波とコードの生成は、ケーブル接続による重大な波形歪みを回避するために、駆動されるLEDの非常に近くで発生する必要があります。このような設計基準では、波形合成を再配置し、PBTコントローラーからLEDパッドに移動する必要があります。この一見マイナーな機能の再パーティション化を実現するには、実際には重要な設計変更であり、LEDパッドをパッシブコンポーネントからアクティブシステムまたは「インテリジェント」LEDパッドに変換する必要があります。パッシブLEDパッドには、LED、電流源、およびスイッチのアレイのみが含まれますが、インテリジェントLEDパッドには、マイクロコントローラー、揮発性および不揮発性メモリ、通信トランシーバーまたはバスインターフェイス、LEDドライブ電子機器、およびLEDアレイを統合する必要があります。なぜなら長いケーブルまたは無線操作の必要性のマイクロコントローラのための時間基準は、また、LEDのパッドに再配置されなければなりません。基本的に、各インテリジェントLEDパッドは小さなコンピューターになり、指示されると、LED励起パターンを個別に生成できます。 To overcome the aforementioned existing generation PBT system confrontation limits, the architecture required for a completely new system. Specifically, the combined sine wave and code generation of the sine wave must occur very close to the driven LED to avoid significant waveform distortion due to cabling. Such design criteria require the waveform synthesis to be rearranged and moved from the PBT controller to the LED pads. To achieve this seemingly minor feature repartitioning is actually a significant design change that requires converting LED pads from passive components to active systems or "intelligent" LED pads. Passive LED pads include only arrays of LEDs, current sources, and switches, while intelligent LED pads include microcontrollers, volatile and non-volatile memory, communication transceivers or bus interfaces, LED drive electronics, and The LED array needs to be integrated. Because the time reference for microcontrollers with the need for long cables or wireless operation must also be rearranged in the LED pads. Basically, each intelligent LED pad becomes a small computer and can generate LED excitation patterns individually when instructed.
そのため、パッシブLEDパッドに電気信号を生成して配信する集中型PBTコントローラーを使用するのではなく、新しいアーキテクチャは「分散型」であり、集中化されたリアルタイム制御を欠く自律的に動作する電子コンポーネントのネットワークで構成されます。この種の最初の分散型PBTシステムは、インテリジェントLEDパッドの発明を必要とします。これは、LEDパッドが動的LED励起パターンを生成し、それに応じてLEDドライブを安全に実行するために必要なすべての計算を実行する治療用光送達システムです。分散型PBT操作では、PBTコントローラーの役割はUI/UXインターフェイスの役割に劇的に減少し、ユーザーは利用可能なプロトコルライブラリから治療またはセッションを選択し、治療を開始、一時停止、または終了できます。 So instead of using a centralized PBT controller that generates and delivers electrical signals to passive LED pads, the new architecture is "distributed" and autonomously operating electronic components that lack centralized real-time control. Consists of a network of. The first distributed PBT system of this kind requires the invention of intelligent LED pads. This is a therapeutic optical delivery system in which the LED pads generate a dynamic LED excitation pattern and accordingly perform all the calculations necessary to safely perform the LED drive. In distributed PBT operations, the role of the PBT controller is dramatically reduced to the role of the UI / UX interface, allowing the user to select a treatment or session from the available protocol library and start, pause, or end treatment. ..
ISO13485、IEC、およびFDAの規制では、安全上の理由から常にハードウェアの制御性が要求されているため、この中央ハードウェア制御の欠如は、医療機器では事実上前例のないものです。このように、分散型ハードウェア医療Dに有効で安全システムの実装evices新しい必要安全機能をローカルで実行し、システムを伝えなければならず、革新的なアプローチ−ワイドを。このような安全プロトコルをしなければならないSPEは、設計された、cified検証し、検証し、文書化FDAの設計規則に従って、国際的な安全基準。 This lack of central hardware control is virtually unprecedented in medical devices, as ISO13485, IEC, and FDA regulations always require hardware control for safety reasons. In this way, the implementation of a safety system that is effective for distributed hardware medical D has to execute new necessary safety functions locally and convey the system, an innovative approach-wide. SPEs that must have such a safety protocol are designed, civilized, verified, verified and documented according to the FDA's design rules and international safety standards.
インテリジェントLEDパッドを備えた分散型PBTシステムのもう1つの意味は、電気信号通信をデータパケットを含むコマンドベースの命令に置き換えることです。このようなコマンドベースの通信には、分散システムのコンポーネント間のパケット交換プライベート通信ネットワークの設計と開発が含まれ、医療機器制御の固有の厳しい要件を満たすようにデジタル通信を適応させます。パケットルーティング、セキュリティ、およびデータペイロードは、ハッキングやシステムの誤動作を防ぐように設計する必要があり、必要なすべてのPBT操作を実行するために必要なすべての情報を伝達する必要があります。 Another meaning of distributed PBT systems with intelligent LED pads is to replace electrical signal communication with command-based instructions containing data packets. Such command-based communications include the design and development of packet-switched private communications networks between the components of distributed systems, adapting digital communications to meet the unique and stringent requirements of medical device control. Packet routing, security, and data payloads must be designed to prevent hacking and system malfunctions, and must carry all the information needed to perform all the necessary PBT operations.
インテリジェントLEDパッドを使用して分散型PBTシステムを実装するには、相互に関連する2つのイノベーションが必要です。このアプリケーションでは、ストリーミングまたはファイル転送によって配信される時間ベースのLED励起パターンを含むインテリジェントLEDパッドの動作が開示されます。この開示はまた、波形合成、PWMプレーヤー操作、および動的LED駆動の3段階プロセス、ならびに必要な安全機能を使用した波形のパッド内生成を考慮している。関連する米国出願番号16/377192、名称「分散Photobiomodulation治療デバイスおよび方法は、バイオフィードバック、と通信プロトコルそのため、」データ通信階層スタック及び制御プロトコルが開示されています。 Implementing a distributed PBT system using intelligent LED pads requires two interrelated innovations. This application discloses the behavior of intelligent LED pads, including time-based LED excitation patterns delivered by streaming or file transfer. The disclosure also considers a three-step process of waveform synthesis, PWM player operation, and dynamic LED drive, as well as in-pad generation of waveforms using the required safety features. Relevant US Application No. 16/377192, named "Distributed Photobiomodulation Therapeutic Devices and Methods, Biofeedback, and Communication Protocols Therefore," data communication hierarchy stacks and control protocols are disclosed.
分散PBTシステムは本明細書に開示され、LEDの再生が使用して制御することができるいずれかの時間ベースの命令列(ストリーミングと呼ばれる)、またはコマンドベース波形生成及び合成スルー。いずれの場合も、データパケットはペイロードでLED励起パターンをデジタルで伝送します。動作中、ユーザーまたはセラピストはグラフィカルインターフェイスを介してPBT治療または治療セッションを選択し、治療を開始することに同意します。次に、コマンドはパケット化されます。つまり、準備、フォーマット、圧縮され、通信パケットに詰め込まれ、シリアルペリフェラル通信バス、LAN、ブロードバンド接続、WiFi、ファイバー、またはその他のメディアを介して1つ以上のインテリジェントLEDパッドに配信されます。各データパケットで運ばれるペイロードデータは、オクテットまたは16進ワードとして編成されたビットを含むデジタルですが、実際の通信媒体はアナログであり、差動アナログ信号、電波、または変調光を含みます。 Distributed PBT systems are disclosed herein and are any time-based sequence of instructions (referred to as streaming) that LED regeneration can be used to control, or command-based waveform generation and synthesis through. In either case, the data packet digitally transmits the LED excitation pattern in the payload. During operation, the user or therapist agrees to select a PBT treatment or treatment session via a graphical interface and begin treatment. The command is then packetized. That is, it is prepared, formatted, compressed, packed into communication packets and delivered to one or more intelligent LED pads via serial peripheral communication buses, LANs, broadband connections, WiFi, fiber, or other media. The payload data carried in each data packet is digital, containing bits organized as octets or hexadecimal words, but the actual communication medium is analog, containing differential analog signals, radio waves, or modulated light.
有線通信では、通信バスは通常、シンボルレートまたはボーレート(https://en.wikipedia.org/wiki/Symbol_rate)と呼ばれる指定されたレートで変調されたアナログ差動波形を含む電気信号を使用します。各シンボルは、定義された期間の頻度またはコードを含むことができます。各シーケンシャルシンボルの検出は、ケーブル内の反応性寄生要素またはノイズ源によって引き起こされる歪みの影響を受けないため、従来のPBT実装におけるデジタルパルス信号伝送に関連するすべての問題を克服します。WiFi通信では、着信シリアルデータが分割され、OFDMと呼ばれる複数の周波数サブバンドにわたって小さなパケットで送信されます。つまり、直交周波数分割多重化により、高いシンボルレートと低いビットエラーレートが実現されます。同様の周波数分割方法がファイバチャネルおよびDOCSIS通信で使用され、高いシンボルレートを実現します。送信される各シンボルは複数のデジタル状態を表すことができるため、シリアルバスビットのデータレートはメディアのシンボルレートよりも高くなります。50MB/秒を超える最も一般的なシリアルおよびワイヤレス通信プロトコルのいくつかの実効ビットデータレート(https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_device_bit_rates)を以下に要約します。 In wired communication, the communication bus typically uses an electrical signal that contains an analog differential waveform modulated at a specified rate called the symbol rate or baud rate (https://en.wikipedia.org/wiki/Symbol_rate). .. Each symbol can contain a defined duration frequency or code. The detection of each sequential symbol is unaffected by distortion caused by reactive parasitic elements or noise sources in the cable, thus overcoming all the problems associated with digital pulse signal transmission in traditional PBT implementations. In WiFi communication, incoming serial data is divided and transmitted in small packets over multiple frequency subbands called OFDM. That is, orthogonal frequency division multiplexing provides high symbol rates and low bit error rates. Similar frequency division methods are used in Fiber Channel and DOCSIS communications to achieve high symbol rates. The data rate of the serial bus bit is higher than the symbol rate of the media because each symbol transmitted can represent multiple digital states. Some effective bit data rates (https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_device_bit_rates) of the most common serial and wireless communication protocols above 50 MB / sec are summarized below.
PBTコントローラーは、ユーザーのコマンドに応答して、命令を通信データパケットに変換します。このパケットは、接続され、認定されたすべてのLEDパッドに送信されます。LEDのパッドは、それに応じて、命令および応答を受信し、治療セッションを開始するか、他のタスクを実行します。高帯域幅通信のため、PBTシステムのユーザーエクスペリエンスは、処理が瞬時に行われることです。つまり、システムの操作が実際には一連のデバイス間通信として実行されたとしても、ユーザーはリアルタイムのUI/UX応答を認識します自律的なタスク。 The PBT controller responds to the user's command and translates the command into a communication data packet. This packet is sent to all connected and certified LED pads. The LED pads receive commands and responses accordingly to start a treatment session or perform other tasks. Due to the high bandwidth communication, the user experience of the PBT system is that the processing is instantaneous. That is, the user recognizes the real-time UI / UX response, even if the system operation is actually performed as a series of device-to-device communication, an autonomous task.
開示された分散型PBTシステムは、複数の相互作用するコンポーネントを含み、それらのそれぞれは、分散型システム内で専用の機能を実行する。システムに統合された固有のコンポーネントの数は、システムの全体的な複雑さに影響を与え、通信プロトコル、つまりデバイス間通信で使用される「言語」の洗練度に影響を与えます。開示された分散型PBTシステムの様々な構成要素は、以下を含み得る:
・UI/UXベースのコマンドを実行し、通信ネットワークを介して命令をディスパッチするために使用される中央PBTコントローラーまたはモバイルアプリケーションで構成されるユーザーインターフェイス。
・局所的なパッド内励起パターン生成と波形合成、およびオプションで統合センサーまたはイメージング機能を備えた動的光生体変調療法治療を実行するインテリジェントLEDパッド。
・コンピュータサーバー、インターネット上でアクセスまたは保持のために使用するプライベート通信ネットワークやPBTトリートメント、セッション、およびプロトコルを配布、またはアップロードのための患者の応答、ケーススタディ、あるいは臨床試験データと関連ファイル(例えばMRIの、X線、血液テスト)。
・レーザーワンドや超音波治療パッドなどのオプションの治療用アクセサリー。
・患者のサンプルまたはリアルタイムデータのキャプチャとアップロードに使用されるオプションの生体認証センサー(たとえば、EEGセンサー、ECGモニター、血中酸素、血圧、血糖など)。
・高解像度ディスプレイやタッチスクリーン、キーボード、マウス、スピーカー、ヘッドホンなどを含むコンピューター周辺機器。
The disclosed distributed PBT system includes a plurality of interacting components, each of which performs a dedicated function within the distributed system. The number of unique components integrated into a system affects the overall complexity of the system and the sophistication of the communication protocol, the "language" used in device-to-device communication. The various components of the disclosed distributed PBT system may include:
A user interface consisting of a central PBT controller or mobile application used to execute UI / UX-based commands and dispatch instructions over a communication network.
-Intelligent LED pads for performing dynamic photobiomodulation therapy treatment with local in-pad excitation pattern generation and waveform synthesis, and optionally integrated sensors or imaging capabilities.
· Distributing or uploading computer servers, private communication networks and PBT treatments, sessions, and protocols used for access or retention on the Internet, patient responses, case studies, or clinical trial data and related files (eg,) MRI, X-ray, blood test).
-Optional therapeutic accessories such as laser wands and ultrasonic therapy pads.
-Optional biometric sensors used to capture and upload patient samples or real-time data (eg, EEG sensors, ECG monitors, blood oxygen, blood pressure, blood glucose, etc.).
-Computer peripherals including high resolution displays, touch screens, keyboards, mice, speakers, headphones, etc.
PBTシステムのさまざまなコンポーネントを組み合わせたり除外したりすることで、病院や診療所をカバーする幅広いユーザーに合わせてさまざまなパフォーマンスとシステムコストを調整し、個々のユーザーや消費者、スパ、エステティシャン、スポーツトレーナー、アスリートなどに拡張できます。救急医療、警察、または軍のフィールドドクター向けのプロフェッショナルなモバイルアプリケーションも同様です。PBTコンポーネントは5Vを超える電圧を使用するため、開示されている設計では、ユーザーが誤ってUSB周辺機器を高電圧(12V〜42V)接続またはバスに接続しないように注意が払われています。 By combining and excluding various components of the PBT system, different performance and system costs can be tailored to a wide range of users covering hospitals and clinics for individual users, consumers, spas, estheticians, and sports. It can be expanded to trainers, athletes, etc. The same is true for professional mobile applications for emergency medical, police, or military field doctors. Because PBT components use voltages above 5V, the disclosed design takes care to prevent users from accidentally connecting USB peripherals to high voltage (12V-42V) or bus connections.
分散型PBTシステムのLED制御 LED control of distributed PBT system
図13に示される分散型PBTシステムの1つの基本的な実装。3つの伴うPBTコントローラ120−コンポーネント、電源121、および単一インテリジェントLEDパッド123を介在USBケーブル122番目。図14は、例示する模範のブロック図Y分散PBTシステムの実装、を含むPBTコントローラとバストランシーバ131、上のE以上のインテリジェントLEDパッド337、USBケーブル136、及び外部電源『ブリック』を132.電源ブリック132は図では個別のコンポーネントとして示されていますが、PBTコントローラーとバストランシーバー131がインテリジェントLEDパッド337への有線接続を使用するシステムでは、電源を使用するのではなく、PBTコントローラーとトランシーバーの内部に電源を含めることができます。別のコンポーネント。示されるように、PBTコントローラとバス送受信機131は、メインマイクロコントローラμC含む又はMPU134、タッチスクリーンLCD133、不揮発性メモリ128、揮発性メモリ129、インタフェースバス135、およびシステムクロックのクロック124の動作を197率Φsys。クロック要素とメモリ要素は、それらの機能を表すためにメインMPU134とは別に示され、特定の実現またはコンポーネントの分割を説明することを意図したものではありません。(図示せず)ARTCリアルタイムクロックはまた、PBTコントローラ131ARTCに含まれてもよいであるN極めて低い電力国際時間基準に連続的に同期化し実行消費クロックやネットワーク時刻できるだけ。
One basic implementation of the distributed PBT system shown in FIG. USB cable 122nd with three accompanying PBT controller 120-components,
メインMPU134の構築は、完全に統合されたシングルチップマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサベースのモジュールを含み得、任意選択で、メインシステムクロック124、バスインターフェース135、および不揮発性メモリ128および揮発性メモリ129の一部を含む。任意の数のパーティションが可能である。複数のシリコン集積回路(IC)、システムオンチップ(SOC)統合、システムインパッケージ(SIP)、またはモジュールとしての使用を含みます。例えば、揮発性メモリ129は、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、またはスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)を含み得る。このメモリは、メインMPU134内に全部または一部統合され得るか、または別個の集積回路によって実現され得る。同様に、不揮発性メモリ128は、電気的に消去可能なプログラム可能なランダムアクセスメモリ(E2PROM)または「フラッシュ」メモリを含み得、これらは、全部または一部、MPU111内に統合され得る。PBTコントローラ131内の大容量不揮発性。データストレージは、光ディスク(CD/DVD)などの移動メディアストレージを使用して、磁気ハードディスクドライブ(HDD)によって、さらにはクラウドストレージへのネットワーク接続を介して実現することもできます。
Construction of the
PBTコントローラ131内の不揮発性データストレージ128の役割は、本明細書ではLightOSと呼ばれるメインオペレーティングシステムのストレージを含む多目的である。として、ならびにPBT治療及びセッションのプログラムライブラリーを保持するために、一般的に暗号化された形式で格納されていますセキュリティ上の理由から。不揮発性メモリ128はまた、治療ログを捕捉し、センサーデータをアップロードし、そして場合によっては治療メタデータを保持するために使用され得る。不揮発性の対応物とは対照的に、PBTコントローラー131における揮発性メモリー129の役割は、主にスクラッチパッドメモリーの役割であり、計算の実行中にデータを一時的に保持します。たとえば、一連の個別のPBT処理を含むPBTセッションを準備する場合、暗号化された処理アルゴリズムを最初に復号化し、PBTセッションにアセンブルし、再暗号化してから、ネットワーク転送の準備ができた通信パケットにアセンブルする必要があります。揮発性メモリは、通信パケットの組み立てプロセス中にデータコンテンツを保持します。
分散型PBTシステムでのもう1つの考慮事項は、PBTコントローラーとLEDパッドに電力を供給するために必要な配電です。オプションは次のとおりです。
・内部電源を使用してPBTコントローラーに電力を供給し、通信バスを介してLEDパッドに電力を供給します。
・外部電源(ブリック)を使用してPBTコントローラーに電力を供給し、通信バスを介してLEDパッドに電力を供給します。
・内部電源を使用してPBTコントローラーに電力を供給し、専用の外部電源または電源(ブリック)を使用してLEDパッドに電力を供給します。
・外部電源(ブリック)を使用してPBTコントローラーに電力を供給し、専用の外部電源(ブリック)を使用してLEDパッドに電力を供給します。
The role of the
Another consideration in distributed PBT systems is the power distribution required to power the PBT controller and LED pads. The options are:
-The internal power supply is used to supply power to the PBT controller, and the LED pad is supplied to power via the communication bus.
-Power is supplied to the PBT controller using an external power supply (brick), and power is supplied to the LED pad via the communication bus.
-The internal power supply is used to power the PBT controller, and the dedicated external power supply or power supply (brick) is used to power the LED pads.
-The external power supply (brick) is used to supply power to the PBT controller, and the dedicated external power supply (brick) is used to supply power to the LED pad.
示されている例では、外部電源ブリック132は、PBTシステム全体に電力を供給し、集積回路に5Vを提供し、LEDのストリングに+VLEDを提供する。USBケーブル136は、トランシーバ担持シンボルデータから1インタフェースバス35PBTコントローラのとバストランシーバ131に3インターフェイスバス38LEDパッド337の。
In the example shown, the external
USBケーブル136も電力を供給します。具体的には、グランド(GND)、5V、および+VLEDをインテリジェントLEDパッド337に接続します。これらは通常、ケーブルの信号線よりも太い低抵抗の銅導体で伝送されます。各LEDパッド337は、パッドμC339、バスインターフェース338、RAM揮発性メモリ(例えば、SRAMまたはDRAM)334a、NV−RAM不揮発性メモリ(例えば、EEPROMまたはフラッシュ)334B、時間基準クロック333、LEDドライバ335、およびLEDアレイ140。
The
LEDドライバは、スイッチド電流シンク140、141、および他(図示せず)、通常、LEDの各ストリングに対して1つの電流シンクを含む。LEDアレイ140は、波長λ1の光を生成するための一連の直列接続されたLED142aから142m、および波長λ2の光を生成するための一連の直列接続されたLED143Aaから143m、および典型的には他の一連のLED(図示せず)を含む。
The LED driver includes switched
内部メモリLEDパッド337揮発性メモリ334Aと334Bの不揮発性メモリの両方を含むのと同様である半導体メモリ採用総容量が小さいこと、好ましくはより低い電力を消費することができることを除いて、PBTコントローラ131に。LEDパッド337マスト含む半導体ソリューションにおけるメモリLEDパッド337に脆いデータストレージを統合するメディアストレージを移動させる機械的衝撃や破損のリスクは具体的には、LEDパッド337内の揮発性メモリ334a(ラベル付きRAM)は、パッドμC339内に全部または部分的に統合され得るダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)またはスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)を含み得る。
Internal
LEDパッドでは、揮発性メモリは、使用中以外は保持する必要のないデータを保持するのに役立ちます。LEDストリーミングファイル、LEDプレーヤーファイル、LED再生ファイルとして。(治療のライブラリ全体ではなく)現在のPBT治療を実行するために必要な実行可能コードのみを一時的に保持することの利点は、LEDパッド337内のメモリの容量およびコストが、PBTコントローラ131のものと比較して大幅に削減できることである。また、LEDパッド337から電源が切断されるとすべてのデータが失われるため、リバースエンジニアリングと治療プログラムのコピーがより困難になるという利点もあります。
With LED pads, volatile memory helps hold data that you don't need to hold when you're not in use. As LED streaming file, LED player file, LED playback file. The advantage of temporarily holding only the executable code needed to perform the current PBT treatment (rather than the entire treatment library) is that the amount and cost of memory in the
不揮発性メモリ334bは、電気的に消去可能なプログラム可能なランダムアクセスメモリ(E2PROM)または「フラッシュ」メモリを備えていてもよく、パッドμC339内にすべてまたは部分的に統合できます。不揮発性メモリ334B(NV−RAM標識)頻繁に変更しない、好ましくはホールドファームウェアに使用され、そのようなLEDのパッドのためのオペレーティングシステムとしては、本明細書において、パッド識別データを含む製造データと共に、LightPadOSと呼ぶことは、LEDパッドIDレジスタ、および製造関連のLED構成データです。不揮発性メモリ334bはまた、どのような治療が実行されたかのユーザログを保持するために使用され得る。1つのPBTコントローラーが複数のLEDパッド(システムあたり最大6または8)とともに販売されることが多いため、LEDパッドの低コスト設計はもう1つの重要な経済的考慮事項です。全体的なメモリを低下させることは、単一のデバイスがあるPBTコントローラに、濃縮メモリ、特に非揮発性メモリに有益であり、各LEDのパッド内に含まれるメモリ最小化するためにコスト、発生システムごとに複数のインスタンスに複数可。
動作中、PBTコントローラ131のタッチスクリーンLCD133でのユーザーコマンド入力は、メインMPU134によって再解釈され、メインMPU134は、それに応じて、不揮発性メモリ128に格納された処理ファイルを取得し、これらのファイルをUSBケーブル136を介してUSBバスインターフェイス135を介して転送します。インテリジェントLEDパッド337内のバスインターフェース338へ。処理ファイルは、転送されると、一時的に揮発性メモリ338aに記憶される。パッドμC339は、不揮発性メモリ334bに格納されたLightPadOSオペレーティングシステムに従って動作し、次に、RAM揮発性メモリ334aに格納された処理を解釈し、選択された処理のLED励起パターンに従ってLEDドライバ335を制御する。アレイ336は、様々な波長のLEDのストリングを所望の方法で照明する。PBTコントローラ131とLEDパッド337が自分専用のクロック297と299を使用して動作するので、分散PBTシステムは、非同期つの異なるクロック周波数で動作する、具体的にはΦであるsysとΦpadそれぞれ。
During operation, the user command input on the
2つのシステムは異なるクロックレートで動作するため、PBTコントローラ131とLEDパッド337の間の通信は非同期で、つまり共通の同期クロックなしで行われます。非同期通信は、示されているUSB136、またはイーサネット、WiFi、3G/LTE、4G、およびDOCSIS−3を含む幅広いシリアルバス通信プロトコルと互換性があります。分散PBTシステムの同期クロックバージョン、つまり共有クロックを備えたバージョンは技術的には可能ですが、同期操作では、非同期操作に比べてパフォーマンスや有効性の利点はありません。さらに、長いケーブルを介した高周波クロックの分配は、クロックスキュー、位相遅延、パルス歪みなどの問題を抱えています。
Since the two systems operate at different clock rates, communication between the
図1のアーキテクチャは、2つ以上のマイクロコントローラまたはコンピュータの「頭脳」を有する分散PBTシステムを含む図14は、そうでなければ一般に一体型コントローラを備えたオールインワンパッドまたはパッシブLEDパッドを駆動するアクティブPBTコントローラのいずれかを含むPBTシステムの基本的なアーキテクチャ変更を表す。PBTコントローラは、別個のハードウェアデバイスである代わりに、ノートブックまたはデスクトップパーソナルコンピュータ、コンピュータサーバ、タブレットまたはスマートフォンなどのモバイルデバイス上で実行されるアプリケーションプログラムを代替的に含み得ることを当業者に知っておくべきである。またはビデオゲームコンソールなどのコンピュータソフトウェアを実行できるその他のホストデバイス、およびIoTデバイス以上。そのような代替の実施形態の例は、本出願を通して示されている。 The architecture of FIG. 1 includes a distributed PBT system with two or more microcontrollers or the "brain" of a computer, FIG. 14 is an active driving an all-in-one pad or passive LED pad that would otherwise generally have an integrated controller. Represents a basic architectural change in a PBT system, including one of the PBT controllers. We know that PBT controllers may optionally include application programs that run on mobile devices such as notebooks or desktop personal computers, computer servers, tablets or smartphones, instead of being separate hardware devices. Should be kept. Or other host devices that can run computer software such as video game consoles, and IoT devices and above. Examples of such alternative embodiments are shown throughout this application.
図15に示すようにPBT操作は、ハードウェア操作を制御するために使用される一連の通信として解釈できます。は歌うオープンシステムの実装またはOSI表現、PBTコントローラ120が備える通信スタック147が含まれているアプリケーション層7、データリンクレイヤ2と、物理レイヤ1。PBTコントローラー120内では、アプリケーション層7は、本明細書でLightOSと呼ばれる光生体変調用にカスタマイズされたオペレーティングシステムを使用して実装されます。LightOSユーザ表彰によって受信された命令は、レイヤ2のデータリンク層に渡されると一緒にPHYレイヤとの−1、対応するPHY層へのUSB差動信号332を使用して、USBプロトコルを使用して通信−インテリジェントLED内の通信スタックの1148居住パッド123。したがって、電気信号はレイヤー1通信を構成しますが、USBのデータ構造は、PBTコントローラーとインテリジェントLEDパッドがレイヤー2で、USBデータ「フレーム」として時間内に配置されたパケットと通信しているように動作します。通信スタック148がUSBパケットを受信すると、情報は、本明細書でライトパッドOSと呼ばれるLEDパッド常駐オペレーティングシステムによって実行されるアプリケーションレイヤ7まで転送される。PBTコントローラーのLightOSとインテリジェントLEDパッドのオペレーティングシステムLightPadOSが、自己矛盾のない方法で命令を通信および実行するように設計されている場合、通信スタック147と148の間の双方向リンクは、アプリケーション層で仮想マシンとして機能します。デバイスは、単一のハードウェアであるかのように動作します。
As shown in Figure 15, PBT operations can be interpreted as a series of communications used to control hardware operations. Is an implementation or OSI representation of a singing open system, an
確保するための構成要素が情報を交換し、高い抽象レベルで命令を実行することができ、あるアプリケーション層で、上、2つのオペレーティングシステムのLightOSとLightPadOSが同じ暗号化およびセキュリティ方法を使用して、並列構造で開発されることが重要ですおよび任意の層のプロトコル。この基準には、共通の共有シークレットの採用、事前定義された検証シーケンスの実行(コンポーネントがシステムのプライベートネットワークに参加するために必要)、共通の暗号化アルゴリズムの実行などが含まれます。 The components to ensure can exchange information and execute instructions at a high level of abstraction, and at one application layer, the upper two operating systems LightOS and LightPadOS use the same encryption and security methods. It is important to develop in parallel structure and any layer protocol. These criteria include adopting a common shared secret, performing a predefined validation sequence (required for the component to join the system's private network), and performing a common cryptographic algorithm.
2つの成分が通信を開始し、タスクを実行できることを保証するために、PBTのコントローラは、第1のLEDパッドが実際に承認された製造業者であるかどうかを確立する必要があり、システム−検証コンポーネント。「認証」と呼ばれるこの試験は、図1のフローチャートに示されている。1つは「ホスト」として動作するLightOS内で発生し、もう1つは「クライアント」として動作するLightPadOS内で発生する2つの並列シーケンスの図16。示されるように、物理的なUSB接続の確立、すなわち挿入150の確立が完了すると、コントローラのLightOSオペレーティングシステムは「ライトパッド設置」と呼ばれるサブルーチン151aを開始し、同時にLEDパッドのLightPadOSオペレーティングシステムはサブルーチン151bを開始する。クライアントが電源であるかどうかを判断するために使用される最初のステップ152aで(電源である場合は拒否します)、PBTコントローラはチェック158を実行して、USBD+ピンとD-ピンが短絡していないかどうかをチェックします。これらのデータピンは場合れる短絡、USB規格によれば、周辺装置が電源であるとしないLEDのPAれるD、システムは接続を拒否し、認証を終了し、LightOS周辺が有効成分ではなく、ユーザに通知しますすぐにプラグを抜いてください。ピンが短絡していない場合は、LightPadOS、インストール承認プロセスが続行される場合があります。
To ensure that the two components can initiate communication and perform the task, the PBT controller needs to establish whether the first LED pad is actually an approved manufacturer, the system- Validation component. This test, called "certification," is shown in the flowchart of FIG. FIG. 16 shows two parallel sequences, one occurring in a LightOS acting as a "host" and the other occurring in a LightPadOS acting as a "client". As shown, once the establishment of the physical USB connection, i.e. the
ステップ153aおよび153bにおいて、2つのデバイスは、それぞれが理解し、確実に通信することができる最大データレートをネゴシエートする。一旦、通信データレートがさ確立、対称認証154a及び154b処理開始を。対称認証中、ステップ154aで、LightOSは最初にLightPadOSにクエリを実行し、LEDパッドIDデータレジスタ144に格納されているデータをチェックすることにより、LEDパッド123が有効な製造元承認デバイスであるかどうかを判断します。ステップ154bのミラー認証プロセスでは、LEDパッド123は、PBTコントローラーがLEDパッド123での使用が承認された有効な製造IDを持つ有効なデバイスであることを確認します。この交換では、特定の暗号化されたセキュリティ資格情報と、シリアル番号、製造コード、GUDID番号などの製造元の識別データが変更され、PBTコントローラー120とインテリジェントLEDパッド123の両方が同じ製造元からのものである(または承認済みとしてライセンスされている)ことが保証されます。デバイス)。認証が失敗すると、ホストLightOSは、LEDパッドがシステムでの使用を承認されていないことをユーザーに通知し、LEDパッドを取り外すように指示します。LightOSがLEDパッド123を認証できない場合、PBTコントローラー120は周辺機器との通信を停止します。逆に、周辺機器のライトパッドOSがPBTコントローラ120の真正性を決定できない場合、LEDパッド123は、PBTコントローラ120の命令を無視する。対称認証が確認された場合にのみ、動作を続行することができる。
In
プライベートネットワークを確立し、プライベートネットワークへのデバイスの接続を承認するために、任意の数の認証方法を実行できます。これらの方法には、対称または非対称の暗号化と鍵交換、デジタルCA証明書の交換による「認証局」ベースのID確認の採用、または暗号化ハッシュデータを交換して、デバイスが同じ共有秘密を保持していることを確認することが含まれます。資格のあるメーカー。たとえば、PBTコントローラーとインテリジェントLEDパッドの両方にインストールされ、暗号で隠されている数値コード、つまり共有シークレットを使用すると、キー自体を漏らすことなく、ネットワークに接続されたインテリジェントLEDパッドの信頼性を確認できます。データリンク層2で実行されるLEDパッド検証のそのような方法の1つでは、PBTコントローラーはネットワークまたは通信バスを介して乱数をインテリジェントLEDパッドに渡します。それに応じて、LEDパッド内のマイクロコントローラーは、共有シークレット(数値コード)のコピーを復号化し、受信した乱数とマージしてから、連結された番号に対して暗号化ハッシュ操作を実行します。次に、インテリジェントLEDパッドは、同じトランシーバーリンクを介して暗号化ハッシュ値をオープンに返します。
You can perform any number of authentication methods to establish a private network and authorize the device to connect to the private network. These methods include symmetric or asymmetric encryption and key exchange, adoption of "certificate authority" based identity verification by exchanging digital CA certificates, or exchange of encrypted hash data so that devices share the same shared secret. This includes making sure you are holding it. Qualified manufacturer. For example, if you use a numeric code that is installed on both the PBT controller and the intelligent LED pad and is hidden in the code, that is, a shared secret, you can check the reliability of the intelligent LED pad connected to the network without leaking the key itself. I can do it. In one such method of LED pad validation performed at
同時に、PBTコントローラーは、共有シークレット(数値コード)の独自のコピーを復号化する同一の操作を実行し、LEDパッドに送信した生成された乱数とマージしてから、連結された番号に対して暗号化ハッシュ操作を実行します。次に、PBTコントローラーは、受信したハッシュ値とローカルで生成されたハッシュ値を比較します。二つの数字が一致した場合パッドは、本物である、つまり、それはネットワークに接続するために「許可しました」。前述の認証アルゴリズムは、USB、イーサネット、WiFi、またはセルラー無線接続を含む任意のデータバスまたはパケット交換ネットワークを介した任意のPHY層1および/またはデータリンク2接続で実行できます。WiFi接続の場合、データリンクはWiFi保護アクセスプロトコルWPA2を使用して確立することもできます。
At the same time, the PBT controller performs the same operation to decrypt its own copy of the shared secret (numeric code), merges it with the generated random number sent to the LED pad, and then encrypts the concatenated number. Performs a cryptographic hash operation. The PBT controller then compares the received hash value with the locally generated hash value. If the two numbers match, the pad is genuine, that is, it "allowed" to connect to the network. The authentication algorithm described above can be performed on any
「管理」目的およびセキュリティ追跡のために、認証されたコンポーネントの認証日時(および利用可能な場合はGPS位置)は不揮発性メモリに保存され、オプションでサーバーにアップロードされます。分散PBTシステムで接続されているすべてのコンポーネントの安全な通信とAAA(認証、許可、管理)検証を採用することの利点は、認証されていない、潜在的に安全でない詐欺師のデバイスの意図的な接続からの安全性と保護を確保するために重要です。このように、詐欺師のデバイスは分散型PBTシステムによって駆動することはできません。AAA検証は、リチウムイオンバッテリーパック、未承認の電源、スピーカー、ディスクドライブ、モータードライバー、高出力のクラスIIIおよびクラスIVレーザーなど、PBTシステムの一部としての動作を目的としないデバイスの偶発的な接続からも保護します。PBTシステムとは関係のない潜在的な危険。 For "administrative" purposes and security tracking, the authentication date and time (and GPS location, if available) of the authenticated component is stored in non-volatile memory and optionally uploaded to the server. The advantage of adopting secure communication and AAA (Authentication, Authorization, Management) verification of all components connected in a distributed PBT system is the intention of an unauthenticated, potentially insecure fraudster's device. It is important to ensure the safety and protection from the connection. As such, fraudster devices cannot be driven by a decentralized PBT system. AAA verification is an accidental device that is not intended to operate as part of a PBT system, such as lithium-ion battery packs, unauthorized power supplies, speakers, disk drives, motor drivers, high-power Class III and Class IV lasers. It also protects from connections. Potential danger unrelated to the PBT system.
パケットスイッチネットワーク(イーサネットやWiFiなど)を使用する分散PBTシステムのセキュリティは、ネットワークレイヤー3での動的アドレス指定とデータトランスポートレイヤー4での動的ポート割り当てを使用して強化することもできます。インターネットまたはその他のローカルエリアネットワークでは、PBTコントローラーは動的IPアドレスと動的ポートアドレスを生成し、インテリジェントLEDパッドが独自の動的IPアドレスと独自の動的ポートで応答する他のネットワーク接続デバイスにアドレスをブロードキャストします。アドレス。分散PBTシステムがルーターまたはインターネットに接続している場合は、動的ホスト構成プロセッサ(DHCP)を使用して動的IPアドレスを割り当てます。同様に、リモートプロシージャコール(RPC)を使用して、動的なポート番号の割り当てを実行します。デバイスがネットワークに接続されるたびに動的IPアドレスと動的ポートが変更されるため、サイバー攻撃対象領域が減少します。追加のレイヤー4セキュリティは、TLSトランスポート層セキュリティ、IPSecセキュリティプロトコル、またはその他のプロトコルを使用して追加できます。インテリジェントLEDパッドがネットワークに接続されると、LED構成データなどの追加情報を交換して、コンポーネントが分散PBTシステムの一部として動作することを許可できます。
The security of distributed PBT systems using packet switch networks (such as Ethernet and WiFi) can also be enhanced by using dynamic addressing at
ステップ155aにおいて、LightOSは、LEDパッドのLED構成に関する情報を要求する。ステップ155b、情報を中継することによりLightPadOSの応答内の構成は、レジスタ145LEDパッド123のPBTコントローラへ120。加えて、LEDアレイの詳細な説明を含む構成ファイルはまた、製造業者の指定するための指定最大値、最小値及び目標電圧アレイのLEDストリングの電力の必要性を。彼は、構成ファイルも指定最小LEDを駆動するのに必要な電流を必要としました。そこつ以上のLのよりいる場合LightOSの勧誘は、出力に接続されたLEDパッドとすべての添付のLEDパッドから同じ情報を受信し、ある接続されたデバイスのネットワーク全体を分析します。
In
ステップ156aで、LightOSは各パッドの電圧要件を検査し、その値を高電圧電源の出力電圧範囲と比較します。固定出力電圧+Vが可能な高電圧電源使用PBTコントローラにLEDを、LightOSオペレーティングシステムは、固定出力電圧+VLEDが可能な高電圧電源を使用するPBTコントローラーでは、LightOSオペレーティングシステムは、この電圧がVminからVmaxまでの各LEDパッドの指定された電圧範囲内にあることを確認します。システムは、すべての「n」個のLEDストリングに必要な合計電流が電源の定格電流を超えていないことも確認します(これは一般的に問題ではない、現在のチェックをサポートするために含まれている低コストの消費者PBT装置設計を有するが限られた電力)。
At
場合、ステップ156aにおいて、電源の出力は、すべての接続されたLEDパッドの動作範囲満たしあり,Vmin≦+VLED≦Vmaxは、次いでPBTコントローラ120は、あろう高電圧供給可能+VLEDを。ステップにおいて156bPBTコントローラ120は、できるLEDパッド通知123選択された電源電圧の最後の供給電圧を文書化、不揮発性メモリ334Bに格納される(品質問題と現場故障を検査する際に有用)、LEDパッドに送達。PBTコントローラ120がプログラム可能な電圧電源を採用している場合、LightOSオペレーティングシステムは、パッドのLED構成レジスタ145に格納されているLEDパッド123の動作Vtargetに基づいて最適な電圧を選択します。不一致、LightOSオペレーティングシステムは、+VLEDのための電圧選択するを様々な報告対象電圧のいくつかの妥協として。この文脈での「高電圧」という用語は、最小19.5Vから最大42Vの間の電圧を意味します。一般的な電源電圧には、20V、24V、または36Vが含まれます。+VLEDが有効になった後でも、治療が選択されて治療が開始されるまで、この高電圧は出力ソケットに接続されたり、LEDパッドに供給されたりしません。
If, in
認証プロセス中およびユーザからの問い合わせの場合、PBTコントローラ120は、LEDパッドの製造に関する情報を要求しなければならない。このデータは、トレーサビリティに関する医療機器規制への準拠、品質や現場での障害のデバッグ、または返品承認(RMA)の処理に役立ちます。図17は、LEDパッドの不揮発性メモリ334bに格納された「LEDパッド識別データレジスタ」144に含まれる製品製造情報のタイプの例を示している。このデータには、製造元の部品番号、製造元の名前、ユニットのシリアル番号、製造履歴または血統の特定の説明にリンクされた製造コード、米国FDA指定のグローバル一意デバイス識別データベース(GUDID)番号が含まれる場合があります。[https://accessgudid.nlm.nih.gov/about−gudid]、およびなどの適用に関連する510(k)の数。レジスターには、オプションで、デバイスをインポートするための国固有のコードや、輸出許可番号や自由貿易証明書などの他の税関関連情報を含めることもできます。このレジスタは、製造中に不揮発性メモリ334bに記憶される。LEDパッド識別データレジスタ144はまた、認証プロセスで使用されるセキュリティ資格情報(暗号化キーなど)を含む。セキュリティ資格情報は、製造時にインストールされたまま静的であるか、LEDパッドが認証されるたびに動的に書き換えられるか、または指定された数の有効な認証の後に書き換えられます。
During the authentication process and for user inquiries, the
説明したように、認証プロセス中に、PBTコントローラ120は、接続されたすべてのLEDパッドのLED構成に関する情報を収集する。図18に示すように示されるように、パッドのLED構成情報は、パッドの製造プロセス中に書き込まれた「LED構成レジスタ」145内のLEDパッドの不揮発性メモリ334bに格納される。レジスタは多数のLEDストリング「n」は、特定の情報LEDの波長λと各文字列の直列接続されたLEDの数「m」を含む文字列内のLEDの説明。動作中、このLEDストリング情報は、LED処理を特定のタイプのLEDパッドに一致させるために使用されます。たとえば、青色または緑色のLEDを含むLEDパッドが取り付けられている場合、赤色LEDの駆動専用に設計された処理は機能しません。ユーザーのUI/UX、つまりPBTコントローラーのタッチスクリーンのメニュー選択は、システムに接続されているLEDパッドに応じて調整されます。対応するLEDパッドが取り付けられていない場合、そのタイプのパッドを必要とするメニュー選択は非表示またはグレー表示されます。
As described, during the authentication process, the
LED構成レジスタ145は、本質的に、LEDパッドの回路図の表形式の説明である。図19の概略図を参照する描いたLEDパッドの部分LEDドライバ335を含むLED制御回路161aと161cを介してと電流シンク161aを、そしてLEDアレイ336をれます。
・文字列#1LED構成レジスタ145は6直列接続された波長λの赤外LED近傍含む文字列162a説明λ1=810nm、電流シンク161aによって駆動される搬送電流ILED1を。
・文字列#2LED構成レジスタ145は、波長λの4つの直列接続された赤色LEDを含む文字列163aについて説明λ2=635nm電流I搬送161b電流シンクによって駆動のILED2を。
・文字列#3LED構成レジスタ145は、波長λの4つの直列接続された青色LEDを含む文字列164aについて説明λ3=450nm電流I運ぶ電流シンク161cによって駆動のILED3を。
・文字列#4LED構成レジスタ145は6直列接続された波長λの赤外LED近傍含む162b列説明λ1=810nm電流I運ぶ電流シンク161aによって駆動のILED4=ILED1を。
・文字列#5LED構成レジスタ145は、波長λの4つの直列接続された赤色LEDを含む文字列163B説明λ2=635nm電流I搬送161b電流シンクによって駆動のILED5=ILED2を。
・文字列#6のLED構成レジスタ145は、波長λの4つの直列接続された青色LED含む164bと紐説明λ3=450nm電流I運ぶ電流シンク161cによって駆動のILED6=ILED3を。
The
-
The
- String #
The
The
The
上記は、特定の設計を表すものではなく、LED構成レジスタ145およびそれに対応する同等の回路図のデータフォーマットを例示することを意図しているが、これらに限定されない。特に、LEDパッド内に含まれる特定のストリング「m」に直列に接続されたLEDストリング「n」の数およびLEDの数は、この例に示される数を超える可能性が高い。実際には、さまざまなストリングのLEDの数は同じである場合もあれば、ストリングごとに異なる場合もあります。例えば、LEDパッドは、直列の14個のLEDを含む15個のストリング、または210個のLEDを含み得る。これらのLEDは、それぞれ5つのLEDストリングからなる3つのグループに配置できます。3分の1のNIR、3分の1の赤、および3分の1の青。各LEDタイプは、5つの並列ストリングと14の直列接続されたLED、つまり3つの14s5pアレイで構成できます。 The above does not represent a particular design and is intended to illustrate, but is not limited to, the data formats of the LED configuration registers 145 and their corresponding equivalent schematics. In particular, the number of LED strings "n" and the number of LEDs connected in series with the particular string "m" contained within the LED pad is likely to exceed the number shown in this example. In reality, the number of LEDs in different strings can be the same or different for each string. For example, an LED pad may include 15 strings, including 14 LEDs in series, or 210 LEDs. These LEDs can be placed in three groups, each consisting of five LED strings. One-third NIR, one-third red, and one-third blue. Each LED type can consist of 5 parallel strings and 14 connected LEDs in series, that is, 3 14s5p arrays.
LED構成レジスタ18はまた、LEDパッドの最小および最大動作電圧を含む。適切なLEDの動作のために、電源電圧+VLEDがなければならない最小電圧を超える仕様VminのLEDパッドのを均一な照明を保証するために、過度の電圧から回避損傷または加熱電源電圧超えるべきではない指定された最大電圧Vmax。換言すれば、LEDパッドに電力を供給するために許容される電源電圧の値が基準を満たさなければならないVmin<+VLED≦Vmaxに。製造元のVminの指定された値、LED構造に格納されているがレジスタ145、マスト統計に基づいては超えLEDの最高電圧列LEDパッド内にそれを確実にする限り基準のことVmin<+VLEDされ、保持パッドの最高電圧の文字列sがまだされ、完全に動作して点灯します。Vmin電圧の指定が低すぎると、一部のLEDパッドでは、治療中に個々のLEDストリングが他のストリングよりも暗くなる場合があります。輝度の均一性が悪いと、PBT治療のピークおよび平均パワーが制限され、治療の総エネルギー(線量)が低下するため、治療効果に悪影響を及ぼします。
The
LEDパッドの最高電圧ストリングは、LED製造における設計と確率的電圧変動の両方によって決定されます。各LEDストリング含むが直列mは−接続されたLED、各LEDは、独自の順方向導通電圧Vfx有する、xは1からmまで変化し、総文字列電圧は、これらの個々のLEDの総和が電圧であるΣVfxを。最も高い電圧であって、文字列で発生する可能性が少ない直列−に接続されたLEDをより高い電圧、またはそれは可能性の多数を含むストリングで発生低い順方向電圧LEDを。LEDパッドの製造元は、LEDストリング電圧がVminの指定値を超えて製造されていないことを保証するために、ロットごとにLED順方向電圧の統計的サンプリングデータを使用する必要があります。 The maximum voltage string for an LED pad is determined by both design and stochastic voltage fluctuations in LED manufacturing. Each LED string is included but in series m is-connected LEDs, each LED has its own forward conduction voltage Vfx , x varies from 1 to m, and the total string voltage is the sum of these individual LEDs. Is the voltage ΣV fx . Higher voltage, series-connected LEDs that are less likely to occur in strings, or lower forward voltage LEDs that it produces in strings that contain a large number of possibilities. LED pad manufacturers should use statistical sampling data of LED forward voltage from lot to lot to ensure that the LED string voltage is not manufactured above the specified value of V min.
精度は劣りますが、電源は、特定の色(波長)のすべてのLEDを一度に点灯するために必要な最小平均電流Iminを供給できる必要があります。一般に、2波長LEDパッドでは、n個のLEDストリングの50%が同時に導通している可能性があります。3色のLEDパッドでは、過熱を避けるために3つのLED波長のうち1つだけが一度に点灯する可能性がありますが、最悪の場合、nストリングの2/3または67%の仮定を使用して計算できます最大電流。連続操作で伝導LEDのピーク電流は、最悪の場合ではないストリング当たり30mA(mA)、超過する場合、ILED≦30mA。この使用した最悪の場合の仮定、を有するパッドをn=30、67%に照射ストリングの、およびIを有するILED≦30mAの値を必要とするであろうImin=30(2/3)(30mA)=600mA。 Although less accurate, the power supply must be able to provide the minimum average current I min required to light all LEDs of a particular color (wavelength) at once. In general, with a dual wavelength LED pad, 50% of the n LED strings may be conducting at the same time. With a three-color LED pad, only one of the three LED wavelengths may light up at a time to avoid overheating, but in the worst case, use the assumption of 2/3 or 67% of the n-string. Can be calculated by In continuous operation, the peak current of the conduction LED is 30mA (mA) per string, which is not the worst case, and I LED ≤ 30mA when it exceeds. This worst-case assumption, using a pad with n = 30, 67% of the irradiation string, and I LED ≤ 30 mA with I would require a value of I min = 30 (2/3). (30mA) = 600mA.
LED構成レジスタ145で指定されたImaxの値は、LEDに流れる最大電流の説明ではなく、パッドの導電性トレースの50%デューティファクタでの最大安全電流の説明です。この電流は、LEDパッドの中に流れる電流自身のLEDストリングを加えた任意の電流が別のLEDパッドにLEDのパッドを介してバス接続しました。この仕様は、LEDパッドの電力線で大幅な電圧降下が発生し、加熱、誤動作、エレクトロマイグレーション、または金属融着が発生するパッドの動作を防止するために含まれています。LEDパッドのプリント回路基板(PCB)の1つの可能な設計ガイドラインは、定格電流の2倍以上を流すことができる銅導体を利用することです。つまり、パッドは自身の電流と別のLEDの電流を同時に安全に運ぶことができます。δ=25%の追加の設計ガードバンドが安全マージンとして含まれています。たとえば、Imin=600mAの場合、25%のガードバンドを使用すると、Imax=2Imin(1+δ)=1500mAになります。構成レジスタ145はまた、関係ILED=αIrefに従って、基準電流IrefをLEDストリング電流ILEDに(またはその逆に)変換するために使用されるミラー比αを含む。異なる比率は、各チャネルのために使用される場合、テーブルにはα含むように適宜変更することができる1、α2、α3...れるILED1=α1Iref1、ILED2=α2Iref2などを。
The value of I max specified in the
再び図19を参照する、各NIRLEDストリング内の電流ILED1は、専用の直列接続された電流シンク161aによって制御され、Iref1に比例してオン状態電流を伝導す。各赤色LEDストリングの電流ILED2は、専用の直列接続された電流シンク161bによって制御され、Iref2に比例してオン状態の電流を流します。各青色LEDストリングの電流ILED3は、専用の直列接続された電流シンク161cによって制御され、Iref3に比例してオン状態の電流を流します。各LEDストリングと直列に接続された電流制御デバイスは、電流「シンク」としてカソード側に接続されるか(図20Aに示されるように)、または電流「ソース」としてLEDストリングのアノード側に接続され得る(図22Aに示されるように)。電流シンク161aおよび電流源200aの両方の実装において、電流制御デバイスおよびLEDストリング165または201にそれぞれ流れる電流ILEDは、アナログ基準電流IrefおよびデジタルイネーブルパルスEnによって制御される。分散PBTシステムにおけるこれら2つの信号の起源については、このアプリケーションの後半で説明します。(注:「電流ソース」および「電流シンク」という用語は、その大きさが両端の電圧の大きさによって比較的影響を受けない電流を提供または受信する(「シンク」)コンポーネントを指すものとして当技術分野でよく知られている成分。)。
Referencing FIG. 19 again, the current I LED1 in each NIRLED string is controlled by a dedicated series-connected
図20Bが示す理想的な電流シンク161Aのブロック図で示しているのゲート駆動電流センスおよび制御素子166NチャネルMOSFET167。MOSFET(またはバイポーラ接合トランジスタ)は、ドレイン−ソース端子間の電圧を維持しながら、制御された電流を維持します。ゲートバイアスは、ドレイン−ソース間電圧の変動にもかかわらず一定の電流を維持するために、電流検出および制御要素166によって提供される。図20Cは、一の実装は、定電流シンク記載示してNチャネルカレントミラーのMOSFET168a及び168bはセンス電流ILEDを。比βのMOSFET168Aのゲート幅にMOSFET168bとのゲート幅未満である,、1を意味することで現在のカレントミラーMOSFETが168bとでの小部分が、正確な比率で、への負荷電流の電流でミラーMOSFET168a(ILED。PチャネルMOSFET169a及び169bを含むユニティカレントミラーによって反射この測定された電流、を有するWはゲート幅に一致pは、センス電流を変換大きβILEDの5V電源で参照電流とグランド基準電流から。次に、IrefとβILEDとの間の差を含む差動「エラー」信号ΔIerrは、相互コンダクタンス増幅器170によって増幅され、電圧VGに比例して変換され、電流制御要素、すなわち、MOSFET167のゲートに供給され、形成される。閉ループフィードバックパス。動作中、利得GmゲートバイアスVにおけるトランスコンダクタンス結果のその誤差信号を駆動ΔIerrをゼロにし、それによってIを強制IREF=βILED。便宜上、我々は再定義β=1/αとなる我々はとして電流源の伝達関数を表現することができるILED=αIref。同じLEDパッド内のすべてのLEDストリングに同じ基準電流が分配され、すべてのLEDで均一な輝度が保証されます。
The gate drive current sense and control element
電流シンク、切り替えにデジタルインバータ171と、PチャネルMOSFET172及び接地を含むアナログ伝送ゲートは、NチャネルMOSFETを接続173は、デジタルEn入力の機能を有効に行う、Nチャネル電流シンクMOSFET167のゲートを制御します。具体的には、有効にすると、信号EをN高、インバータ171の出力は、Pチャネルゲート接地しているので、PチャネルMOSFETのトランスミッションゲート172をオンにし、NチャネルMOSFET173消灯、地上にあり、それは完全にオン状態にバイアスされ、アナログ電圧VG渡し、抵抗などの線形領域、及び挙動Nチャネル電流シンク167逆のゲート170増幅器のトランスコンダクタンスの出力から、イネーブル信号Enがロー(デジタル0)であり、Pチャネル伝送ゲートMOSFET172に接続されたインバータ171の出力が5Vにバイアスされ、Pチャネルがオフになり、Nチャネル電流シンクMOSFET167のゲートがトランスコンダクタンスの出力増幅器170は同時に。
Current sink,
NチャネルMOSFET172はターンオンされ、引き上げのゲート電流シンクMOSFET167をグランドにし、電流シンクをオフMOSFET167、即ちILED=0。結論、図20Cはの回路、スイッチ制御電流シンクを実装するための1つの回路を表します。電流シンクが有効になっているとき、電流シンク導通を(Enデジタル=1)と制御電流搬送ILED=αIrefを。電流シンクが無効になっている場合(Enデジタル=0)、電流シンクはオフで、ILED=0です。
The N-
同様の方法で、図22Aの電流源200aは、Pチャネル電流ミラーMOSFETを使用して+5V電源からLEDストリング201のアノードに制御された電流を供給することによって実現することができる。図22Bは、PチャネルMOSFET203ザMOSFETのゲート駆動電流感知および制御要素202を示し、この理想的な電流源200aのブロック図で示す203維持しながら制御された電流を維持する(あるいはバイポーラ接合トランジスタ)ドレインからソースへの端子間の電圧。ゲートバイアスは、ドレイン−ソース間電圧の変動にもかかわらず一定の電流を維持するために、電流検出および制御要素202によって提供される。
In a similar manner, the
図22Cは、定電流源記載の一の実装示し、PチャネルカレントミラーのMOSFETの204a及び204bは感知負荷電流ILEDを。MOSFET204aのゲートにMOSFET204bのゲート幅の比は広いはβであり、β<1、204bミラーMOSFETに電流意味での小部分を、それだけに正確な比率でLEDの負荷電流。この電流測定表す+VLED、高電圧の大きさβILEDの供給参照電流あり、次いで206アンプ差動トランスコンダクタンスへの入力とに比べて、基準電流IREF、現在も+VLEDにミラーの高電圧供給レール。差動「誤差」信号ΔIerrIの間の差を含むREFとβILEDは、次いで、増幅された電圧に比例して変換され、−VGコンダクタンスによって増幅器206のゲートに供給され、電流制御素子Pチャネル電流源MOSFET203、閉ループフィードバックパスを形成します。動作中、利得Gmコンダクタンスの206の増幅器のゲートバイアスの結果−VGその誤差信号ΔIerrドライブゼロにし、それによってを強制Iref=βILED。便宜上、我々は再定義β=1/αとなる我々はIとして電流源の伝達関数を表現することができるLED=αIref。同じLEDパッド内のすべてのLEDストリングに同じ基準電流が分配され、すべてのLEDで均一な輝度が保証されます。
FIG. 22C shows one implementation of the constant current source description, in which the
電流源切り替え示すような実装を、デジタルインバータ211Aおよび211bとPチャネルMOSFET207及び+VLED含むアナログ伝送ゲート、PチャネルMOSFET208はEn入力のデジタルイネーブル機能を実行接続され、ゲートを制御しますPチャネル電流源MOSFET203の具体的に、有効にすると信号EをN高く、出力インバータ211aがある地面と5Vである211b、インバータの出力で、TUR寧高電圧レベルシフトNチャネル・MOSFETの210aおよび高電圧レベルシフトNチャネル消灯MOSFET210b。高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210aがオン状態の場合、電流は抵抗器209aを介して伝導され、PチャネルMOSFETトランスミッションゲート207のゲートをグランド近くの電圧まで引き下げ、トランジスタをオンにします。PチャネルのためMOSFET207は、ゲートがバイアスされた周辺の地面を、デバイスが動作するその線形領域にある抵抗器のように振る舞うと、完全にアナログ電圧通過−VGを増幅器の相互コンダクタンスの出力から206ゲートにP−チャネル電流源MOSFET203。同時に、以降の高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210Bオフであり、抵抗209bに電流が流れない、及びMOSFET208までのPチャネルプルのゲートの電圧は、そのソースに接続され、ある+VLED、およびトランジスタはオフです。Pチャネル電流源たびにこのように、MOSFET203がオンで、MOSFET208までのPチャネルプルオフでのゲート電圧には影響がありませんP−チャネルMOSFET電流源203。
Current source switching An analog transmission gate including
逆に、信号Enがロー(デジタル0)で有効にすると、出力のインバータ211Bは高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210a消灯グランドにバイアスされた。高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210aがオフであるため、抵抗209aに電流は流れず、Pチャネル伝送ゲートMOSFET207のゲートの電圧は+VLEDにバイアスされ、Pチャネル伝送ゲートがオフになります。MOSFET207とトランスコンダクタンスアンプ205の出力をPチャネル電流源203のゲートから切断します。同時に、NチャネルMOSFET210bがオンになり、抵抗209bに電流を流し、PチャネルプルアップMOSFET208のゲートを引きます。地面近くでダウンし、MOSFET208をオンにします。PチャネルプルアップMOSFET208がオン状態の場合、Pチャネル電流源203のゲートは+VLEDにバイアスされ、それによって電流源はオフにバイアスされ、ILED=0。結論として、図22Cの回路はスイッチ制御電流源を実装するための1つの回路を表します。電流シンクが有効になっているとき、電流シンク導通を(Enデジタル=1)と制御電流搬送ILED=αIREFを。電流シンクが無効になっている場合(Enデジタル=0)、電流シンクはオフで、ILED=0です。
Conversely, when the signal En was enabled low (digital 0), the output inverter 211B was biased to the high voltage level shift N-
図20Cの電流シンク回路の実装は、以下のことに留意されたい。本質的に、低電圧回路です。高電圧LED供給+VLEDに耐えることができる仕様を必要とする唯一の構成要素は、Nチャネル電流シンクMOSFET167である。これは、図22Cの電流源回路には当てはまらない、高いオフ状態のドレイン−ソース間ブロッキング機能を備えたMOSFET、特に、制御された電流を伝導すると同時に高電圧を維持する必要があるPチャネル電流源MOSFET203、つまり電流源MOSFETを必要とします。二次故障(スナップバック)やホットキャリアの信頼性の懸念がない、広い安全な動作領域を示します。特に懸念されるのは、PチャネルMOSFET207および208の最大ゲート−ソース間電圧定格、つまりVGSp(max)(最大)です。これらのデバイスのゲート酸化物の損傷を回避するために、抵抗209aおよび209bの値は、デバイスのVGSp(max)(最大)を超えるオン状態のゲートドライブを生成しないように注意深く選択する必要があります。予防措置として、最大ゲートバイアスを安全なレベルにクランプするために、それぞれMOSFET207および208のゲートからソース端子の両端にゼナーダイオードを含めることができます。一部の集積回路プロセスでは、製造された高電圧Pチャネルトランジスタは、オプションでより厚い「高電圧」ゲートを利用できますが、このオプションは、ICの製造に使用されるウェーハファウンドリによって異なります。
Note that the implementation of the current sink circuit of FIG. 20C is as follows. In essence, it's a low voltage circuit. The only component that requires specifications that can withstand high voltage LED supply + V LEDs is the N-channel
図23Aは、別の方法示す切り替える電流源を達成するために。この場合、アナログ電流制御回路はデジタルイネーブル機能から分離され、それによってLEDストリング201が制御電流源200aと接地されたNチャネルイネーブルMOSFET212との間に直列接続される。図23Bに示されるこの回路のブロック図、例示することを実現する理想的な電流源を含む回路の実装電流源のそれよりもかなり簡単である「低側が切り替え」電流検出および制御回路202と高電圧Pチャネル電流源MOSFET203を図22Cの完全に統合されたスイッチ電流源。電流検出は変化しないままで、この実施形態では206増幅器PチャネルMOSFET204a及び204b、電流基準ミラー含むPチャネルMOSFET205aと205bとの差動入力相互コンダクタンスを含む電流感知ミラーを使用して、すべて高電圧レベルシフト、伝送ゲート、およびゲートプルアップ回路は完全に排除され、低電圧ゲート駆動インバータ221aおよび211bによって駆動される単一の接地されたNチャネルMOSFET212に置き換えられている。図2の両方の高電圧電流源回路において、図22Cおよび図23C、必要な基準電流は、接地基準電流シンク電流-Irefです。ほとんどの電流はシンクではなくソース電流を参照するため、ソースからシンクへのカレントミラーが必要です。このミラーは、私は現在の基準入力にNチャネルMOSFET213a接続されたしきい値で示されているrefを電流シンク基準電流-Iref生成するためにNチャネルMOSFET213bによってミラーリング電源+VLEDに使用されるPチャネルカレントミラーを参照するMOSFET205b。図23Cに示される回路の逆であることを理解されたい。イネーブル機能に高電圧PチャネルMOSFETとレベルシフト回路を使用し、電流制御に接地電流シンクを使用します。しかし、一般的に、ハイ−サイドは、電流シンクは、図20Cに示した完全に統合されたスイッチド電流シンクの上に特別な利点を有していない切り替えます。であるため、このアプリケーションでは説明していません。
FIG. 23A shows another way to achieve a switching current source. In this case, the analog current control circuit is separated from the digital enable function, whereby the
前述のすべての回路で、LED電流制御は共通の基準電流に依存します。LEDの輝度を制御するために必要な精度を達成するために、基準電流Irefは、製造中にアクティブなトリミングを必要とします。基準電流をトリミングするための一つの方法は、抵抗を使用しては、図21Aに示されている。基準電流Iref0は、閾値接続されたpチャネルMOSFET180aによって決定され、抵抗181のしきい値と直列接続することを指し、そのドレインに接続されたゲートを有するMOSFET2つの端末装置を作成するために、ここで、VGS=VDS。用語「閾値が」され使用されるので、それは急激な電圧を表し増加ドレイン電流が発生し、閾値電圧Vtpの付近の電圧でデバイスの、あるVGS=VDS 〜Vt(〜は近似値を表す。以下同じ)を。PチャネルMOSFET180Aの電流が約あるので、Iref0 〜−(V-5Vtp)/Roを。この基準電流は、同一の構成及びゲート幅の180eに180mの他の基準MOSFETにミラーリングされる農産物の複数の整合基準電流iは、共有ゲート接続によっIref1は,Iref2は,Iref3は,Iref4は、などを。ミスマッチゲート幅WのWp0=Wp1=Wp2=Wp3=Wp4などは、比較の変動の重要な原因ではないに対する変動の抵抗R0にできるようにするために、集積回路抵抗器181電気トリムの製造ばらつきを補償する回路を、Irefトリム回路を抵抗器182はアレイ含むは、抵抗184a、184b...184nを有する対応する抵抗値をR1、R2・・・Rnは、その缶を抵抗181に並列に電気的に接続することにより,またはNチャネルMOSFET184a、184b...184nがそれぞれゲートドライバ185a、185b...185nによって導通状態にバイアスされるかどうかに依存します。起動されたトランジスタごとに、対応する抵抗が抵抗181と並列に配置され、実効抵抗R0が減少し、電流Iref0の大きさが増加します。このようなトリミング方法は、抵抗を一方向にトリミングし、電流を増やすことです。つまり、初期値が最大の抵抗と最小の電流になります。製造において、LED電流が測定され、調整レジスタ186の内容が不揮発性メモリに書き込まれる目標電流に達するまで、デジタル値較正レジスタ186を変更することによって、トリムMOSFETがオンオフされる組み合わせが調整される。スイッチドパラレル抵抗を説明するこの方法は1つの抵抗トリム方法を表していますが、別の方法では、MOSFETを導通させることによって短絡された直列接続された抵抗が含まれます。この直列トリム方式では、すべてのMOSFETがオフの状態での抵抗値は、最小の電流で最大値から始まり、トリムが進み、MOSFETがオンになると、より多くの抵抗が短絡します。
In all the circuits mentioned above, LED current control relies on a common reference current. To achieve the accuracy required to control the brightness of the LED, the reference current I ref requires active trimming during manufacturing. One method for trimming the reference current is shown in FIG. 21A using a resistor. The reference current I ref0 is determined by a threshold-connected p-
図21Bは、スケーリング幅MOSFETのゲートを使用して別のトリミング方法を示す図です。図21Aの抵抗基準回路のように示されるように、この基準回路において、閾値接続されたPチャネルMOSFET180aによって伝導される基準電流Iref0は、同じサイズのMOSFET180bから180eを介して複数の出力にミラーリングされる。しかしながら、前の場合とは異なり、出力Vbandgapを備えたバンドギャップ参照回路190は、参照電流を生成する。
FIG. 21B is a diagram showing another trimming method using the gate of the scaling width MOSFET. As shown in the resistance reference circuit of FIG. 21A, in this reference circuit, the reference current I ref0 conducted by the threshold-connected P-
バンドギャップ電圧は、直列抵抗によって電流に変換され、ゲート幅Wnのしきい値接続カレントミラーNチャネルMOSFET192aによってミラーリングされ、ゲート幅γWnのMOSFET192bをミラーリングして、基準電流Iref0を生成します。バンドギャップ電圧基準190の温度依存出力電圧Vbandgap(T)は、抵抗器191の温度変化を大幅に相殺するように設計することができる、ここで、γ[Vbandgap(T)/R0(T)]=Iref0ここで、Iref0は温度とともに一定になります。温度に対して一定。トリミングは、しきい値接続されたMOSFET193a、193b...193nの任意の数を並列することによりPチャネルMOSFET180aの実効的なゲート幅を変化させることにより発生する、それぞれのゲート幅Wを有するWpx1、Wpx2...Wpxnをオン・オフデジタルに従ってPチャネルのMOSFET194a、194b...194nスイッチ、されているデジタルインバータ195a、195b...195nにより制御を。たとえば、MOSFET194bがインバータ195bによってオンにされた場合、MOSFET193bは基本的にPチャネルMOSFET180aと並列になり、電流ミラーのゲート幅はWp0からより大きくなります(Wp0+Wpx2)。スレッショルド接続されたMOSFETペアのゲート幅が大きいということは、同じリファレンス電流を流すために必要な電圧が少なくて済むため、出力リファレンス電流の電流が減少することを意味します。言い換えると、たとえば、Iref0とIref3の間のカレントミラー比は、比[Wp3/Wp0]から小さい比[Wp3/(Wp0+Wpx2)]に変化します。これは、アクティブなトリミングによって出力電流が減少することを意味します。そのため、トリムは単方向であり、トリムMOSFETがオフのときに最大の出力電流から始まり、より多くのトランジスタが並列に接続されると減少します。製造において、LED電流が測定され、調整レジスタ186の内容が不揮発性に書き込まれる目標電流に到達するまで、デジタル値較正レジスタ186を変更することによって、トリムMOSFETがオンおよびオフされる組み合わせが調整される。メモリ。
Bandgap voltage is converted to a current by the series resistance, it is mirrored by the threshold current mirror connection N-channel MOSFET192a gate width W n, being mirrored MOSFET192b gate width GanmaW n, and generates a reference current Iref0. The temperature-dependent output voltage V bandgap (T) of the
基準電流とそれによってLED電流を動的に変化させるために、基準の値電流がキャリブレーションを上書きすることによってデジタル的に変更することができる動的データは、LEDの明るさを調整又は調節して186を登録する、しかし、そうすることは、正確さを失うように不利です製造中のキャリブレーションリファレンストリムによって達成されます。この問題は、図21Cの動的にプログラム可能な基準回路によって克服される2つの基準電流レジスタ−前述のIref較正レジスタ186、および特定のPBT治療に固有の別個の動的ターゲット基準電流レジスタ199aを含む。動的ターゲット基準電流199aは時間とともに変化しますが、キャリブレーションテーブルは変化しません。これに関して、較正テーブル186のデータは、動的ターゲット基準電流レジスタ199aのデータに対する固定オフセットと見なすことができる。2つのレジスタは、算術論理演算装置ALU198によって実行される単純な減算を使用して簡単に結合され、補償された動的駆動電流レジスタ、具体的には「Iref入力ワード199b」を生成します。このデジタルワードは、デジタル入力の関数としてアナログ電圧を出力するデジタル−アナログコンバータ197であるデジタル−アナログ(D/A)コンバータ197を駆動するために使用されます。精度は、8ビットの分解能で24ビットの範囲であってよいが、16−多くのマイクロコントローラで一般的に利用可能なビットDACは、1024個の組み合わせを生成する−十分な必要な波形合成の解像度を。示されているように、D/Aコンバータの出力電圧VDACは、抵抗器191によって電流に変換され、NチャネルMOSFET192aおよび192bによってミラーリングされて、基準電流Iref1を生成するここで、Iref1 〜β[(VDAC-Vtn)/R0]。この基準電流は、スレッショルド接続されたPチャネルMOSFET180aおよび整合MOSFET180b、180c、180d、180eによってミラーリングされ、対応する電流基準出力Iref1,Iref2,Iref3,Iref4などを生成します。D/A変換器197はまた、電圧を生成する代わりにアナログ電流を生成する電流出力D/A変換器を含み得る。このような場合、抵抗器191の値は重要ではなく、排除することさえできる。
Dynamic data, which can be digitally changed by overriding the calibration, adjusts or adjusts the brightness of the LED to dynamically change the reference current and thereby the LED current.
分散型PBTシステムのコンポーネントが、レイヤー2認証、レイヤー3およびレイヤー4ネットワークとポートアドレスの割り当てによって確立され、LEDパッドの構成データが交換されると、分散型PBTシステムは処理を実行する準備が整います。PBTコントローラーがユーザーの「開始」コマンドを受信すると、PBT処理は、PBTコントローラーとネットワーク接続されたインテリジェントLEDパッドとの間で暗号化キーまたはデジタル証明書を交換してレイヤー5セッションを確立することから始まります。セッションが開かれると、PBTコントローラーとインテリジェントLEDパッドは、治療が完了するか終了するまで、ファイルとコマンドの交換中に安全なリンクを維持します。追加のネットワークセキュリティは、プレゼンテーションレイヤー6またはアプリケーションレイヤー7で暗号化を使用して実行できます。PBT処理の実行は、以下で説明するデータストリーミングまたはファイル再生方法のいずれかを使用して開始されます。
Once the components of the decentralized PBT system have been established by
分散型PBTシステムでのデータストリーミング Data streaming in a distributed PBT system
すべてのLED駆動回路を組み込むことによって、LEDパッド、先に示した図18、分散型PBTシステムのPBTコントローラーは、パッドが特定のLEDストリングを選択する方法、LED電流を制御する方法、またはLEDの導通をパルスまたは変調するために使用される方法に関係する必要はありません。代わりに、PBTコントローラーは、ユーザーインターフェイスのタスクを実行し、選択した治療のドライブ命令を準備します。これらの駆動命令は、2つの方法でPBTコントローラーからLEDパッドに転送できます。1つの方法では、LEDプレーヤーと呼ばれるソフトウェアが最初にパッドにインストールされ、後で治療の解釈と実行に使用されます。次に、再生ファイルと呼ばれる命令セットが転送され、LEDプレーヤーの実行可能コードに何をするかが指示されます。別のアプローチは、PBTがストリーミングファイルを送信することです。 By incorporating all the LED drive circuits, the LED pad, FIG. 18, shown above, the PBT controller of the distributed PBT system, how the pad selects a specific LED string, how to control the LED current, or of the LED. It does not have to be related to the method used to pulse or modulate the continuity. Instead, the PBT controller performs user interface tasks and prepares drive instructions for the selected treatment. These drive commands can be transferred from the PBT controller to the LED pad in two ways. In one method, software called an LED player is first installed on the pad and later used to interpret and execute the treatment. Next, an instruction set called a play file is transferred, telling the executable code of the LED player what to do. Another approach is for PBT to send streaming files.
マスタースレーブデータストリーミングでは、一連のLED命令が順次送信され、LEDにいつオンとオフを切り替えるかを指示します。オーディオストリーミングファイルと同様に、PBTコントローラーからインテリジェントLEDパッドへのデータ転送は、特定のステップを実行する前に行う必要があります。入ってくる命令パケット送信され、連続して一枚のは、先に治療の実行のままでなければなりません。そうしないと、指示がないために治療が行き詰まります。このプロセスは、図24のフローチャートに示されている、PBTコントローラーホストで発生するLightOS操作と、インテリジェントLEDパッドクライアントで並行して発生するLightPadOS操作を示しています。具体的には、治療セッション250を選択した後、コントローラおよびパッドオペレーティングシステムの両方が、選択されたセッション250の実行251aおよび251bを開始する。ステップ252aにおいてとで、時間t1LightOS転送1位LEDパッドに処理セグメント際LightPadOS1つの実行ステップ252bにおいて治療セグメント。ステップ253aにおいてとで、時間t2つのLightOS転送2位処理セグメントLEDパッドに、時のステップにおいてLightPadOS実行253b2位治療セグメント。ステップ254aにおいてとで、時刻t3つのLightOS転送3位LEDパッドに処理セグメント、時LightPadOS実行254b工程で3位処置セグメントを、というように。最後に。ステップ256aで時間tnLightOS転送n番目LEDパッドに処理セグメント時のステップではLightPadOSは、実行256bn番目処置セグメントを、その両方のセッションは、257aおよび257b終了後。
In master-slave data streaming, a series of LED instructions are sent in sequence, telling the LEDs when to turn them on and off. As with audio streaming files, data transfer from the PBT controller to the intelligent LED pad must be done before performing any particular step. Incoming instruction packets are sent, and one in a row must remain the treatment execution first. Otherwise, treatment will be stalled due to lack of instructions. This process shows the LightOS operations that occur on the PBT controller host and the LightPadOS operations that occur in parallel on the intelligent LED pad client, as shown in the flowchart of FIG. Specifically, after selecting
マスタースレーブストリーミング中のUSBデータパケット転送および命令実行の例が図25に示されています。赤色LEDは、ながら処理命令260aの調製が発生FF、LEDの命令で始まる261サンプル「LED点灯」命令を表す16進コードで表されます。命令261は次いで、埋め込まれたペイロードとしてでのUSBパケットを、結合ペイロード、命令261、とヘッダ262のステップ263次いでLEDパッドにPBTコントローラから263送信されたパケット彼。命令261は、次に、抽出されそしてビット264にデコード、LEDがオンされるとするものではない記述します。目のEビットは、その後にロードされているLEDレジスタ265とで実行される赤色LEDの時間266がオフからオンに変化し、すべてのLEDをオフにし、次の命令を作成し、ロードするためにタイマーを開始します。赤色LEDの切り替えは、図25の下部のグラフにおいて、オフからオンへの遷移267aおよびオンからオフへの遷移267bによって示されている。
An example of USB data packet transfer and instruction execution during master-slave streaming is shown in Figure 25. The red LED is represented by a hexadecimal code that represents the 261 sample "LED lighting" command that begins with the FF, LED command, while the preparation of the
やってストリーミング命令には、二つの技術を用いて行うことができるジャストインタイム(JIT)シーケンシャル転送方法及び転送−前方−および−シフト方法。図26Aに示すJITシーケンシャル転送方式では、シリアルパケットデータは、2つので得られたデコードテーブル271に従って、デコーダ270によって解釈されるインテリジェントLEDパッドにPBTコントローラから送信された272をストリーム出力するカラーシフトレジスタ279Aとタイムシフトレジスタ279bはそれぞれ。各連続間隔には、間隔のオン時間とオフ時間が含まれます。経過時間は、シフトレジスタが順次進むにつれて、一度に1間隔ずつ計算されます。たとえば、t5=t4+(ton4+toff4)。このプロセスは、先入れ先出しアルゴリズムを使用して実行され、先入れ先出しシフトレジスタデータフレーム277のみがLEDドライバ278を駆動する。後続のすべてのフレームおよびキューで待機している前のすべてのフレームは、一度実行されると破棄される。対応する色のシフトレジスタデータフレーム277内の具体のLEDがLEDドライバ278によって照明される外資企業例えば、レジスタ[|青|赤NIR1|NIR2]はビット列0100を有する1000のみ赤駆動し、青色LEDのみを点灯しLED、および0011は、NIR1とNIR2の両方のLEDを駆動します。結果として得られる光出力は、赤色パルス275a、青色パルス275b、NIR1パルス275c、およびNIR2パルス275d、ならびに同時NIR1およびNIR2パルス275eの両方を含む。この方法では可変レートでシフトレジスタの進歩、の値に基づいて、スピードアップ又はスローダウンtonおよびtoff。
Just-in-time (JIT) sequential transfer methods and transfer-forward-and-shift methods that can be performed using two techniques for streaming instructions. In the JIT sequential transfer method shown in FIG. 26A, the serial packet data is a color shift register that streams 272 transmitted from the PBT controller to the intelligent LED pad interpreted by the
転送−先−および−シフト法では、図26Bに示されている。27デコーダ0が同時に四つの出力別個駆動するビット列、275a、275b、275c、および275d、赤、青、NIR1、及びNIR2LEDを、固定レートクロックに対してクロックされます。LEDの照明の持続時間を延長するために、オン状態ビットがオン持続時間全体にわたって繰り返されます。転送−先−および−シフト方式では、照明パターンを含むファイルがLEDパッドに転送され、LED再生の前にデコードされます。
The transfer-destination-and-shift methods are shown in FIG. 26B. The 27
図26CのコントラストJIT順次転送する方法転送−前方−および−シフト方法。JIT方式は4つのLEDカラーレジスタ279を復号し、カラーレジスタが変化するまでそれらを指定された間隔で駆動するが、転送−前方−および−シフト方式では、転送は連続して4ビットシーケンスに復号され、記憶され、その後に再生される。メモリから。どちらの方法でも、データストリーミングには、LEDパッドが治療データの保存に重要なメモリを必要としないという利点があります。ストリーミングには、PBTコントローラーからLEDパッドへの安定したデータフローが必要であるという欠点があります。 Contrast JIT sequential transfer method of FIG. 26C Transfer-forward-and-shift method. The JIT method decodes the four LED color registers 279 and drives them at specified intervals until the color registers change, whereas in the transfer-forward-and-shift method, the transfer is continuously decoded into a 4-bit sequence. Is stored, stored, and then replayed. From memory. Both methods have the advantage of data streaming that the LED pads do not require critical memory to store treatment data. Streaming has the disadvantage of requiring a stable data flow from the PBT controller to the LED pads.
別のアプローチは、LED治療を開始する前に、再生ファイル全体をPBTコントローラーからインテリジェントLEDパッドに転送することです。図27のフローチャートに示されている。この操作は、二つの並列処理、PBTコントローラ内LightOSオペレーティング・システムによって実行される1つ含むホストによって実行される他のライトディLEDパッドクライアント内部LightPadOSをが示され、ファイルの後に転送プログラム、実行が介入することなく、LEDのパッド内で自律的に発生PBTコントローラの。ステップ300でプログラムが選択された後、LEDシーケンスを駆動するための再生ファイルがホストからクライアントに転送される。LEDのパッドは、ファイル受信ステップにおいて転送ステップで、302を303アンパックファイル、揮発性メモリへのペイロード・データ及びローディングを抽出するために離れ等ヘッダ等のファイルのレイヤ2のMACデータ、チェックサム・ビットを、ストリッピングスタティックRAMなど。このプロセスは、グラフに示されている図28の着信USBパケット310は、物理媒体を介して伝送されるUSBなどにバスインターフェース338インテリジェントLEDパッド337。受信されると、ペイロード311が抽出され、次にアンパックされ(ステップ312)、実行可能コード313を作成するために必要な解凍またはファイルフォーマットを実行する。実行可能コード313は、その後、揮発性メモリ334aに格納される。実行可能コード313は、自己の任意の他のファイルやLEDパッドのオペレーティングシステム以外のサブルーチンを必要とせずにシステムを動作LightPadOSの上に実行するのに十分であるとハード含ま−、PBTの治療に使用されるアルゴリズム314の符号化データを単一の処置のいずれか、またはPBTセッション全体。このコードは、たとえば、C++またはその他の一般的なプログラミング言語で実現できます。
Another approach is to transfer the entire playback file from the PBT controller to the intelligent LED pad before starting the LED treatment. It is shown in the flowchart of FIG. This operation shows two parallel processes, one running by the LightOS operating system in the PBT controller, another light-day LED pad running by the host, and a LightPadOS inside the client, with the transfer program running after the file. Autonomously generated in the LED pad of the PBT controller without intervention. After the program is selected in
図27に戻るに示されるように、ステップ303で再生ファイルが開梱されてRAMに格納されると、ステップ304bで、LightPadOSは、セッションを開始する準備ができていることをホストPBTコントローラに通知する。ユーザが治療開始ボタン309を選択することによって準備ができていることを確認すると、ステップ304aにおいて、セッション開始コマンドがLEDパッドに送信されるステップ305aから開始して、セッション実行命令が有効になる。開始することによって、ステップ305bにおいてLightPadOSの応答処理アルゴリズム314を実行することによって処理を治療進行するにつれて、LEDのパッドは、時折そのステータスを報告する(ステップ306bに)その、時間、温度、または他の関連プログラム・ステータス情報を含むホストPBTコントローラにPBTコントローラは、ステップ306aで表示することができる。LEDパッドで障害状態が発生した場合、LightPadOSの割り込みサービスルーチン307bとLightOSの307aが通信し、割り込みの原因となった状態について何をすべきかをネゴシエートする可能性があります。たとえば、セッション中にLEDパッドが抜かれ、誤って再接続された場合、セッションは一時停止し、接続エラーをユーザーに通知し、障害を修正する方法をユーザーに通知します。障害が修正されると、割り込みルーチンが閉じられ、ステップ308bでLEDパッドがホストPBTコントローラに治療プログラムが完了したことを通知するまで治療が再開されます。それに応答して、セッション終了ステップ308aにおいて、PBTコントローラは、セッションまたは治療が完了したことをユーザに通知する。
As shown in Return to FIG. 27, when the playback file is unpacked and stored in RAM in
この議論では、用語「治療」は、単一の治療手順として定義されている期間中に、典型的には20分と特定の組織型または臓器に呼び出しphotobiomodulationように設計します。さらに、「セッション」は、一連の治療で構成されます。図29に示すように例えば、傷害から回復するための治療プロトコル(例えば、自転車事故からの捻挫および切断された足首の治療)は、3つの「傷害」セッション315a、315b、および315cを1日おきに連続して実施し、各セッションは、光の波長、電力レベル、変調周波数、および持続時間を変化させる異なるアルゴリズムを含む3つの連続した治療の連続治療を含みます。例えばPBTセッション315aのために、と呼ばれる「炎症、」治癒過程の炎症期を加速する(しかし排除しない)によって治癒促進することを意図しています。セッション315aは、それぞれアルゴリズム23、43、および17を含む3つのステップ314a、314f、および314bのシーケンスを含む。セッション315b、「感染症と題し、」に示す図29Bは、それぞれアルゴリズム49、17、および66を含む3つのステップ314c、314b、および314gのシーケンスを含む。注その治療314b含むアルゴリズム17であった私は両方で炎症および感染セッション。「ヒーリング」と題されたセッション315cは、それぞれアルゴリズム66、12、および66を含む3つのステップ314g、314h、および314gのシーケンスを含む。治療アルゴリズム66は、感染セッション315bで1回、治癒セッション315cで2回利用されたことに留意されたい。
In this discussion, the term "treatment" is designed to be called photobiomodulation, typically 20 minutes and into a particular tissue type or organ, during a period defined as a single treatment procedure. In addition, a "session" consists of a series of treatments. As shown in FIG. 29, for example, a treatment algorithm for recovery from an injury (eg, treatment of a sprain and amputated ankle from a bicycle accident) has three "injury"
炎症、感染、および治癒のためのセッションを実行するステップシーケンスは、最初に線維芽細胞およびコラーゲンの足場、細胞アポトーシス、および食作用を含む治癒の炎症段階を加速することによって、次に日和見的に試みる二次微生物感染と戦うことによって、傷害プロトコル316を一緒に作成します傷を植民地化する。最後に、炎症が治まり、すべての感染が除去された後、損傷プロトコルの最後のステップは、健康な組織の再生を供給するために必要な熱力学とエネルギー供給を改善することにより、創傷の治癒を促進します。傷害プロトコル316は、毎日の治療セッションを採用していないが、意図的に、最初の3つのセッションを5日間にわたって広げる。毎日の治療ではなく、休みの間に介在する必要性は、図30に示されるグラフ317によって説明される、Arndt−Schultz[https://en.wikipedia.org/wiki/Arndt%E2%80%93Schulz_rule]の作業に従った、一般化された二相性用量反応モデルについて説明しています。ウィキペディアによると「アルント−シュルツのルールやシュルツの法則があるnは観測された様々な濃度で薬理学の影響に関する法律。それはすべての物質について次のように述べています:少量が刺激します。適度な用量は抑制します;大量に殺す。薬理学には多くの例外があります。たとえば、少量の薬で何も起こらない場合など、理論は現代の対応する「ホルメシス」に進化しましたが、根本的な原則は同じであり、医学では最適な治療法があります。それを超えると治療効果が低下するか、回復が実際に阻害される可能性がある用量。
The step sequence of performing sessions for inflammation, infection, and healing first optimistically accelerates the inflammatory stages of healing, including fibroblast and collagen scaffolding, cell apoptosis, and phagocytosis. By fighting secondary microbial infections that attempt to create an
薬理学的研究の結果に関する論争にもかかわらず、「エネルギー医学」の二相性モデルは、癌腫の放射線療法から光生体変調までの多くの研究によって再確認されています。たとえば、癌治療では、少量の放射線量では癌細胞を適切に殺すことができませんが、大量の放射線量は毒性があり、癌を治療せずに放置するよりもはるかに速く患者を急速に殺す可能性があります。二相モデルを光生体変調に適合させると、グラフ317はPBT状態の疑似3D表現を表し、軸は治療時間を表します。正射影y軸はでPBT処理尺度の電力密度説明W/cm2、及び垂直軸J/cm2またはeV/cm2に有効なエネルギー量を測定する2又は電子ボルトであり、パワーの積および時間と光生体変調の観察された大きさによってスケーリングされ、そうでなければ観察された治療効果。地形的には、グラフは2つの海岸、山脈と内部の谷として表示されます。サブスレッショルド線量として知られる低線量治療で示されているように、治療には、何でもするための不十分な力、つまりエネルギー供給の速度があります。同様に、非常に短い期間では、電力レベルに関係なく、光生体変調を呼び出すのに十分なエネルギーが供給されません。言い換えれば、エネルギーが速すぎたり少なすぎたりしても、光生体変調は引き起こされません。
Despite the controversy over the results of pharmacological studies, the biphasic model of "energy medicine" has been reaffirmed by many studies from radiation therapy to photobiomodulation of carcinoma. For example, in cancer treatment, small doses of radiation do not properly kill cancer cells, but large doses of radiation are toxic and can kill patients much faster than leaving the cancer untreated. There is sex. When the two-phase model is adapted to photobiomodulation,
中程度の電力密度と持続時間の組み合わせでは、刺激が発生し、電力密度またはこのレベルを超える総エネルギー線量のピーク応答曲線が得られ、有益なPBT応答と治療効果が急速に低下し、治癒を阻害することさえあります。もちろん、過度に強力なレベルのレーザーは、火傷、組織の損傷、および切除(切断)を引き起こす可能性があります。また、LEDはレーザーの出力密度に対応していませんが、それでも大電流で駆動して過熱を引き起こす可能性があります。ただし、これらの処理条件は、グラフに示されている電力レベルとエネルギー線量をはるかに超えて発生します。ケーススタディ[1]の右側のグラフは、PBTの有効性の用量(フルエンス)依存性が実際に二相性であり、1J/cm2で最小応答、2J/cm2でピーク応答、10J/cm2で利益が減少することを確認しています、および50J/cm2での阻害。したがって、この理由から、安全性と患者の快適性に関する懸念とともに、PBT治療は時間の経過とともに広がり、出力と投与量(期間)を制限する必要があります。 A combination of moderate power density and duration results in irritation, resulting in a peak response curve for power density or total energy dose above this level, with a rapid decline in beneficial PBT response and therapeutic effect, healing. It can even hinder. Of course, excessively powerful levels of laser can cause burns, tissue damage, and excision (cutting). Also, although LEDs do not support the output density of the laser, they can still be driven by high currents and cause overheating. However, these treatment conditions occur well beyond the power levels and energy doses shown in the graph. Right side of the graph of Case Study [1] is the effectiveness of the dose (fluence) dependence actually biphasic PBT, minimum response at 1 J / cm 2, the peak response in 2J / cm 2, 10J / cm 2 We have confirmed that the profit is reduced at, and inhibition at 50 J / cm 2. Therefore, for this reason, with concerns about safety and patient comfort, PBT treatment should spread over time, limiting output and dosage (duration).
分散PBTシステムのデータセキュリティ Data security for distributed PBT systems
開示された分散型PBTシステムにおいて多層の安全な通信を実現するために、PBTコントローラのオペレーティングシステム(LightOS)およびインテリジェントLEDパッドのオペレーティングシステム(LightPadOS)は、一貫したプロトコルおよび共有秘密を使用する並列通信スタックを含む。デバイスのオペレーター、ハッカー、または許可されていない開発者。そのため、分散PBTシステムは、保護された通信ネットワークとして動作し、データリンク層2、ネットワーク層3、セットアップ中のトランスポート層4、およびセッション層5を含む任意の数の通信層でセキュリティを実行できます。プレゼンテーションレイヤー6、または操作中のアプリケーションレイヤー7。
To achieve multi-layer secure communication in the disclosed distributed PBT system, the PBT controller operating system (LightOS) and the intelligent LED pad operating system (LightPadOS) use consistent protocols and shared secrets for parallel communication. Includes stack. Device operator, hacker, or unauthorized developer. Therefore, the distributed PBT system can operate as a protected communication network and perform security at any number of communication layers including the
開示されているように、「治療は、セッション、及びプロトコルは」光励起の配列を定義するパターンをし、動作パラメータのLED波長を含む変調パターンと頻度、治療期間、及びLEDの強度(明るさ)、一緒に瞬間電力を決定し、平均パワー、治療用量(総エネルギー)、そして最終的には治療効果。コピーや複製を防ぐために、これらのシーケンスは、暗号化やその他の方法を使用して、安全に保存および通信する必要があります。いくつかのデータセキュリティ方法および関連するセキュリティ証明書は、アプリケーションの一部として実行することができるが、されにLightOSとLightPadOS、セキュリティの追加レベルが「プレゼンテーション」のレイヤを含めることによって達成することができる−の通信スタックで5PBTコントローラーホストおよびネットワークに接続されたインテリジェントLEDパッドクライアント。 As disclosed, "therapeutic, session, and protocol" patterns that define the sequence of photoexcitations, modulation patterns and frequencies, including LED wavelengths of operating parameters, treatment duration, and LED intensity (brightness). Together, determine the instantaneous power, average power, therapeutic dose (total energy), and finally the therapeutic effect. To prevent copying and duplication, these sequences must be securely stored and communicated using encryption and other methods. Some data security methods and associated security certificates can be run as part of the application, but can be achieved by including the LightOS and LightPadOS, an additional level of security, the "Presentation" layer. Can-intelligent LED pad client connected to 5PBT controller host and network with communication stack.
提示層は、図31に概略的に表されている。PBTコントローラ120は、OSI通信スタック330を含む、アプリケーション層を含む−6、プレゼンテーション層−5、データリンクレイヤ2と、物理レイヤ1。前述のように、PBTコントローラ120では、アプリケーション層−6は、LightOSと呼ばれるPBT固有のオペレーティングシステムを使用して実装されます。操作では、層−インテリジェントLEDパッドへの通信を必要とするアクションで6LightOSプログラムの実行結果。これらのアクションは、プレゼンテーション層で暗号化されている−に渡された後、5より低いレベルの暗号化された形での通信層、ある暗号文として。具体的には、レイヤ2データリンク層に渡された暗号テキストはパケット化されます。つまり、USBなどの特定の通信プロトコルに従って、暗号化されていないヘッダーと暗号テキストペイロードを含む一連の通信パケットに変換されます。I2C、FireWireは、物理PHYレイヤー1を介してLEDパッドと通信します。例えばPHY層1ができる対応するPHYレイヤ332をUSB差動信号を使用して、USBプロトコルを使用して通信−通信スタックの1331居住者をインテリジェントLEDパッド内123だからを電気信号は、レイヤ1通信、USBの挙動のデータ構造を含むがPBTコントローラーとインテリジェントLEDパッドがレイヤー2で、USBデータ「フレーム」として時間内に配置されたパケットと通信しているかのように。
The presentation layer is schematically shown in FIG. The
通信スタック331がUSBパケットを受信すると、抽出された暗号テキストペイロードがプレゼンテーションレイヤー5に転送され、そこで復号化されてプレーンテキストに変換されます。次に、プレーンテキストファイルはアプリケーションレイヤー6に渡され、LEDパッドのオペレーティングシステムLightPadOSによって実行されます。PBTコントローラのLightOSとインテリジェントLEDパッドのオペレーティングシステムLightPadOSを通信し、自己矛盾のない方法で命令を実行するように設計されていれば、通信スタック間の双方向リンク330及び331個のアプリケーションの仮想マシンとして機能LAyerの−7、つまり、分散デバイスは、単一のハードウェアであるかのように動作し、プレゼンテーション層で暗号化と復号化を双方向に実行します。このようにして、PBTコントローラーとインテリジェントLEDパッドの間でデータを転送できます。ただし、ソースコードのコピーを防ぐために、処理のライブラリは暗号化された形式で保存されます。セキュリティを強化するために、暗号化キーは、アルゴリズムを記憶するために使用される通信に用いる鍵とは別です。したがって、治療ファイルを安全に通信する前に、まず復号化する必要があります。
When the
暗号化された処理を準備し、通信し、実行するためのプロセスは、図32に概略的に表されている、グラフィカルUI341を介して、ユーザが選択した治療から342をライブラリ340アルゴリズム暗号化された暗号化アルゴリズム17は、その後、暗号文を平文に変換するシステムキー343を用いて復号されると、暗号化されていない処理344を復元する暗号化処理345平文ファイルでアルゴリズム17は、インテリジェントLEDパッドクライアントと交換された暗号化キー346を使用して再暗号化される。次に、再暗号化されたアルゴリズム17を含む結果として得られる暗号文347は、パケット化348され、UVまたは別の適切な通信媒体を使用して送信349される。
The process for preparing, communicating, and performing the encrypted process is
治療データに加えて、同じ方法を使用して、PBTセッションデータを準備し、PBTコントローラーからLEDパッドに転送することができます。このプロセスは、図33ここで、ユーザは、グラフィカルUI351を介して、暗号化されたアルゴリズム340のライブラリから構築されたセッション352を選択し、この例では、3つの暗号化されたアルゴリズムを含む。次に、システム暗号化キーを使用して、暗号文が復号化され、暗号文が平文に変換されます。次に、3つの平文ファイルがマージされ354され、次いで、インテリジェントLEDパッドクライアントと交換される暗号化キー356を使用して暗号化される。次に、暗号化されたマージされたアルゴリズムを含む結果として生じる暗号文357は、パケット化され358され、USBまたは別の適切な通信媒体を使用して送信される359。
In addition to the treatment data, the same method can be used to prepare the PBT session data and transfer it from the PBT controller to the LED pad. This process, FIG. 33, where the user selects
図34に示すように、LEDパッド337のバスインターフェイス228によって受信された着信データパケット359は、最初に処理されて、ペイロード360を抽出するパケットヘッダーが削除されます。次に、パッドμC339は、361を解凍して、暗号化されたマージアルゴリズム362を抽出します。次に、暗号化テキストは、キー交換を使用して復号化されます363。処理アルゴリズムを含むプレーンテキストファイル364を抽出するか、セッションファイルの場合はマージされたアルゴリズムを抽出します。実行可能コード365を揮発性メモリ334aに含むアルゴリズムまたはマージされたアルゴリズム366。処理はRAMに保存されるため、電源が遮断されるとファイルが消去され、暗号化されていない実行可能コードのコピーが困難になります。図35に示すように転送後(再生前)の一括復号化を使用したPBTシーケンスの自律パッド再生には、セッション300のユーザー選択が含まれます。これには、LEDパッドによって受信された302暗号化ファイルが復号化され390、RAMにロードされます。LightPadOSを知らせることがセッションを開始する準備ができているホストPBTコントローラ304B工程。ユーザが治療開始ボタン309を選択することによって準備ができていることを確認すると、ステップ304aにおいて、セッション開始コマンドがLEDパッドに送信されるステップ305aから開始して、セッション実行命令が有効化される。LightPadOSは、処置アルゴリズム314を実行することによって処置を開始することによってステップ305bで応答する。処置が進行するにつれて、LEDパッドは、時間、温度、または他の関連するプログラム状態情報、およびどのPBTコントローラが使用できるかを含むその状態306bをホストPBTコントローラに時々報告するステップ305aで表示する。LEDパッドで障害状態が発生した場合、LightPadOSの割り込みサービスルーチン307bとLightOSの307aが通信し、割り込みの原因となった状態について何をすべきかをネゴシエートする可能性があります。障害が修正されると、割り込みルーチンが閉じられ、ステップ308bでLEDパッドがホストPBTコントローラーに治療プログラムが完了したことを通知するまで治療が再開されます。それに応答して、セッション終了ステップ308aにおいて、PBTコントローラは、セッションまたは治療が完了したことをユーザに通知する。
As shown in FIG. 34, the
アルゴリズムを暗号化された形式でLEDパッドに保存することにより、さらに高いセキュリティを実現できます。図36に示すように、に示されるように、LEDパッド337内のバスインターフェース338によって受信された着信パケット359は、ペイロード360を抽出するために処理され、続いて解凍361され、次いで、揮発性メモリ334aに暗号文368として格納される。ファイルは、ユーザーがセッションを開始したときに、ファイルの実行時、つまり自律再生中に、再生中にファイルを復号化して再生されます。「オンザフライ」復号化再生として知られるこのプロセスは、図37のフローチャートに示されている。このプロセスは、図1に示されるバルク復号化プロセスフローのプロセスと同一である図35点を除いてLEDパッドが受信した後、シーケンスファイル302は、次のステップは、単にファイル303アンパックし、必要に応じ解凍通りであるが、それを解凍しません。ステップ391の再生中に、暗号文は、SRAM揮発性メモリから読み取られ、オンザフライで、すなわち、再生が進むにつれて実行される。
Higher security can be achieved by storing the algorithm in an encrypted format on the LED pad. As shown in FIG. 36, the
図38は、一括割引とオンザフライ再生方法を対比しています。一括復号化では、暗号文に格納された再生ファイル368全体が揮発性メモリから読み取られ、ファイル全体を再生するために実行された平文命令セット365を抽出するために復号化されます。対照的に、オンザフライ再生の復号化では、格納された再生ファイルの部分368aが読み取られ、復号化され365a、次に、新しい平文命令を再生バッファに追加することによって392aが実行される。その間に、暗号文368aの別のセクションが揮発性メモリから読み取られ、復号化363して平文実行可能ファイル165bを回復し、次にこのファイルをプレイリストの最後に追加することによって392bを実行する。
Figure 38 contrasts the bulk discount with the on-the-fly playback method. In batch decryption, the
LEDパッドプレーヤーを備えた分散型PBTシステム Distributed PBT system with LED pad player
JITまたは転送が、−前方−および−シフト−分散PBTシステムにおけるLEDのパッドを制御するために使用することができるLED駆動制御のためのストリーミングベースのデータ、リアルタイムデータの配信PBTコントローラおよび1つまたは複数を接続する通信ネットワークを介してより洗練されたアルゴリズムが必要な場合、LEDパッドは問題になります。高帯域幅の通信が利用できる場合でも、クロック信号またはマルチMHzデジタルデータのストリーミングは、特に医療機器などの安全性を重視するアプリケーションでは、疑わしいコマンドおよび制御方法を表します。開示された分散型PBTシステムによって可能になった代替案は、LEDを駆動するための2段階プロセスを採用することであり、最初に「LEDプレーヤー」をLEDパッドにダウンロードし、次に特定のPBT処理を定義する「LED再生ファイル」をダウンロードする。または実行するPBTセッション。開示されるこの方法では、LED駆動の実行は、PBTコントローラからのコマンドに基づいて、インテリジェントパッド内で自律的に実行される。LEDドライバはLEDパッド内でローカルであるため、波形合成や正弦波駆動などの高度な機能を実現できます。複数の処理またはセッションを実行する場合は、新しい「LED再生」ファイルのみを新たにダウンロードする必要があります。元のLEDプレーヤーを保持できます。 Streaming-based data for LED drive control, real-time data delivery PBT controller and one or one that JIT or transfer can be used to control LED pads in-forward-and-shift-distributed PBT systems. LED pads are a problem when more sophisticated algorithms are needed over a multi-connection communication network. Even when high-bandwidth communications are available, streaming clock signals or multi-MHz digital data represents suspicious commands and control methods, especially in safety-critical applications such as medical devices. An alternative made possible by the disclosed distributed PBT system is to employ a two-step process for driving the LEDs, first downloading the "LED player" to the LED pad and then the specific PBT. Download the "LED playback file" that defines the process. Or a PBT session to run. In this disclosed method, LED drive execution is performed autonomously within the intelligent pad based on commands from the PBT controller. Since the LED driver is local within the LED pad, it can provide advanced features such as waveform synthesis and sine wave drive. If you want to perform multiple processes or sessions, you only need to download a new "LED Playback" file. You can keep the original LED player.
インテリジェントLEDパッド再生の最初のステップは、LEDプレーヤーをPBTコントローラーからLEDパッドにダウンロードすることです。図36に示されるストリーミングファイルの転送プロセスと同様の方法で、に示されるダウンロードプロセスは、図39に示されている、暗号化された再生ファイル480をPBTコントローラからインテリジェントLEDパッドに転送することを含む。ダウンロードプロセスは、暗号化されたLEDプレーヤーファイル480aがシステムキーで復号化され363、次いでLEDパッド(クライアント)キー356で再暗号化され370、暗号化されたLEDプレーヤーファイル480bを作成することを含む。この暗号文は次に、ペイロードをインテリジェントLEDパッドに伝達され、抽出及び361解凍nが復号化揮発性メモリ482に363と格納されたダウンロードLEDプレーヤコンテンツは、波形合成器483、PWMプレーヤ484、LEDドライバ485を含みます。
The first step in intelligent LED pad playback is to download the LED player from the PBT controller to the LED pad. In a manner similar to the streaming file transfer process shown in FIG. 36, the download process shown in will transfer the encrypted playback file 480 shown in FIG. 39 from the PBT controller to the intelligent LED pad. include. The download process involves creating an encrypted
波形合成は、正弦波や正弦波の弦などの励起パターンをアルゴリズムで生成するものですが、三角波やのこぎり波を生成したり、オーディオサンプルを再生したりすることもできます図40に示される波形シンセサイザー483の動、を含む483変換の入力、Φシステム・クロックの波形パラメータファイル486の波形合成をΦsysシンセ波形生成するf(t)はとして表されるデータテーブル489、外シンセ、ある機能を含むテーブルf(t)は一対の経過時間tに対しての。次に、PWMジェネレータ555は、機能テーブルを高周波PWMパルス列490に変換して、PWM出力490内に埋め込まれた合成波形491を含む合成ファイル488を生成する。アルゴリズムに応じて、波形シンセサイザー483はまた、波形プリミティブ487を利用することができる。シンセサイザーはハードウェアで実現できますが、最大20kHzの波形、つまりオーディオ範囲内では、ソフトウェアを使用して簡単に実装できます。たとえば、0.5〜1.0ms秒の場合、f(t)=0.6545の値です。プロセスΨP[f(t)]は、関数f(t)をオン時間とオフ時間のPWMパルス列に変換します、ここで、出力は指定された間隔の65.45%のハイ(オン)状態になります0.500−0.827msであり、と0.827−1.000msのロー(オフ)状態です。したがって、持続時間ton=0.827-0.500ms=0.327ms、オフ持続時間toff=0.500-0.327ms=0.173msです。言い換えると、値f(t)は、期間中のデューティファクタD=ton/TPWMでありTPWM=ton+toffです。
Waveform synthesis uses an algorithm to generate excitation patterns such as sine waves and sine wave strings, but it can also generate triangular and saw waves and play audio samples. Waveforms shown in Figure 40. Input of 483 conversion including operation of
デューティファクタDは0%から100%の間に制限されたアナログ値であるため、便宜上、f(t)は0.0000から1.0000の間の任意の値に制限されます。f(t)が1.000を超えることが許可されている場合、値は関数の最大値、つまりf(t)=[f(t)unscaled)/f(t)max]でスケーリングする必要があります。そうしないと、波形は次のようにクリップされます。プロセスによって値1.000ΨP[f(t)]。シンボルレートと呼ばれるPWM用クロック周波数のクロックΦsymはによって与えられるΦsym=1/TPWM。シンボルレートはシステムクロックΦsysから導出され、合成される最高周波数波形f(t)を超えるか、数学的にΦsys>Φsym>f(t)として記述される必要があります。 Duty factor D is an analog value limited between 0% and 100%, so for convenience, f (t) is limited to any value between 0.0000 and 1.0000. If f (t) is allowed to exceed 1.000, the value must be scaled by the maximum value of the function, i.e. f (t) = [f (t) unscaled ) / f (t) max]. I have. Otherwise, the waveform will be clipped as follows: Value 1.000Ψ P [f (t)] depending on the process. The clock Φ sym of the PWM clock frequency called the symbol rate is given by Φ sym = 1 / T PWM . Symbol rate is derived from the system clock Φ sys, the highest frequency waveform or more than f (t), which is synthesized, it must be described as mathematically Φ sys> Φ sym> f ( t).
LEDプレーヤーにおける第2のプロセスは、図41に示されるPWMプレーヤー機能484である、その入力PWMパラメトリック491および基準クロックΦrefに応答して、シンセアウトデータファイル488を処理して、PWMプレーヤー出力493aおよび493bを生成する。動作中、PWMプレーヤー484は、代数積Gsynth(t)・Gpulse(t)を含むパルス幅変調(PWM)パルス列492Gpulse(t)を生成します。Gpulse(t)の波形は、持続時間ton=DTPWMで構成され、持続時間toff=(1-D)TPWMでオフになる繰り返しパルスで構成されます。PWMプレーヤー機能はハードウェアで実行できますが、ソフトウェアで簡単に実行できます。高速カウンターとx(各ループでインクリメント)の観点から論理擬似コードで記述されている場合、次のようになります。
The second process in the LED player is the
これは、時間xTPWM≦t<(xTPWM+DTPWM)からの持続時間TPWMの各サイクルで、PWMプレーヤーの出力の大きさが入力(オン状態)と等しく、間隔(xTPWM+DTPWM)≦t<(x+1)TPWMのPWMプレーヤーの出力は接地され、デジタル「0」です。入力Gsynth(t)をPWMパルスGpulse(t)でチョッピングすることにより、出力493aの波形は、Gsynth(t)・Gpulse(t)と同等の値でデジタル化されます。基礎となる波形は、PWM信号494の上に重ねて表示されます。通常、PWMプレーヤー484は単一のデジタル波形のみを出力しますが、必要に応じて複数の出力を生成できます。たとえば、示されている例では、出力493aには2つのPWMパルスの乗法の組み合わせが含まれていますが、出力493bはGpulse(t)と同じであり、Gsynth(t)=1を意味しますPWMプレーヤー484は一定の時不変値を出力することもできますGsynth(t)・Gpulse(t)=1。
This means that in each cycle of duration T PWM from time xT PWM ≤ t <(xT PWM + DT PWM ), the output magnitude of the PWM player is equal to the input (on state) and the interval (xT PWM + DT PWM ) ≤ The output of the t <(x + 1) T PWM PWM player is grounded and digital "0". By chopping the input G synthesize (t) with the PWM pulse G pulse (t), the waveform of the
LEDプレーヤー操作の3番目のステップは、LEDドライバー485です。図42に示すように示されるように、基準クロックΦrefに同期されたLEDドライバ485は、ドライバパラメトリック495をPWMプレーヤー484の出力と組み合わせて、LED駆動ストリーム497を生成する。デジタル信号を出力する波形シンセサイザー483およびPWMプレーヤー484とは異なり、LEDドライバ485の出力はアナログである。ドライバパラメトリック495を使用して、プログラム可能な基準電流496が大きさαIref(t)で生成され、PWMプレーヤー484の出力で乗算される、具体的には、Gsynth(t)・Gpulse(t)は、αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)で構成される出力497を生成します。グラフ498に示されている出力波形ILEDは、時間変化する波形、具体的には正弦波、デジタルパルス、および時間の経過とともに変化する電流を示します。PWMプレーヤー484は、LEDドライバ485への入力として単一の出力を出力することができるが、必要に応じて、2つ以上の異なる出力を提供することも可能である。このようなケースは、たとえば、体の各部分を一意に、つまり組織の特異性を高めるために多くのゾーンが必要な大規模なPBTシステムで役立つ可能性があります。
The third step in operating the LED player is the
LED再生の全プロセスは、図43の例に要約されている、波形シンセサイザー483、PWMプレーヤー484、およびLEDドライバ485を順次利用して、LED駆動ストリーム497を生成する。従来技術の方法では、開示された分散PBTシステムにおけるLEDドライブが生成されるとは異なり、LEDパッド内に完全にしながら、有利に維持するすべての処理ライブラリおよびPBTシステム制御を共通PBTコントローラ、LEDパッドまたはパッドから分離した別個。波形生成処理が利用システムクロックの周波数をΦsys生成私は実行するためにLED内それによって長い回線上の高速クロックを分配するための必要性を排除し、作業する。とPWMプレーヤ484と、LEDドライバ485の同期を保証するために電子波形合成器483、システムクロックΦsysは、農産物基準クロックΦのソフトウェアまたはハードウェアカウンタを使用して分割されている参考文献。そのため、特定のLEDパッド内でのLEDの再生は完全に同期しています。波形シンセサイザー493とPWMプレーヤー484はどちらも、さまざまな持続時間のデジタル0状態と1状態の間の繰り返し遷移を含むデジタルPWM信号を出力しますが、LEDドライバーの出力はアナログであり、正弦波を含むがこれらに限定されない任意の波形でLED輝度を駆動できます。正弦波、正弦波の弦、三角形の波、鋸歯状の波、音響または電子音楽のオーディオサンプル、シンバルクラッシュおよびその他のノイズソースのオーディオサンプル、および20Hz〜20kHzのオーディオスペクトル内の任意の周波数。0番目から9番目の音楽オクターブまで。また、周波音の範囲でLED伝導を調節製造され、ある-1位および-2番目のオクターブを、例示のためにダウン0.1Hzまで、または直流(0Hz)でLEDを駆動することで、連続的な提供します波(CW)操作。
The entire process of LED regeneration utilizes the
各パッドは独立してPBTコントローラと非同期的に通信し、各LEDパッドはLED再生のための独自の内部時間基準を生成するので、厳密に言えば、開示された分散PBTは非同期システムであることに留意されたい。とはいえ、高いクロックレート、正確な時間基準、および高速通信ネットワークにより、LEDパッド間のタイミングの不一致はマイクロ秒の範囲であり、UI制御とUX応答では認識できず、PBTの有効性に影響を与えません。 Strictly speaking, the disclosed distributed PBT is an asynchronous system, as each pad independently communicates asynchronously with the PBT controller and each LED pad generates its own internal time reference for LED regeneration. Please note. However, due to the high clock rate, accurate time reference, and high-speed communication network, the timing mismatch between LED pads is in the microsecond range and cannot be recognized by UI control and UX response, which affects the effectiveness of PBT. Does not give.
分散型PBTシステムにおける波形合成 Waveform synthesis in a distributed PBT system
分散型PBTシステムでは、1つのPBTコントローラーが3、6、またはそれ以上などの多くのインテリジェントLEDパッドを制御します。なぜならインテリジェントLEDパッドの数が必要で、経済的な考慮事項は、LEDパッドの複雑さ、限定強制の費用との処理能力パッドμP339。同様に、製品コストを管理するには、LEDパッド内の合計メモリも制限する必要があります。計算能力とメモリが限られているため、分散型PBTシステムのLEDパッド内で波形を合成するには、いくつかの基準を満たす必要があります。
・LEDパッドに転送または保存されるデータの量を制限する必要があります。
・LEDパッドで実行される計算は、絶対に避けられない場合やまれでない限り、関数や行列演算などの複雑な反復プロセスを避けて、加算や減算などの単純な算術計算を含むことが望ましいです。
・計算は、最小限の電力消費または加熱でリアルタイムに行う必要があります。
In a distributed PBT system, one PBT controller controls many intelligent LED pads such as 3, 6, or more. Because the number of intelligent LED pads is needed, the economic considerations are the complexity of the LED pads, the processing capacity pad μP339 with the cost of limited compulsion. Similarly, to manage product costs, the total memory in the LED pads should also be limited. Due to limited computing power and memory, some criteria must be met to synthesize waveforms within the LED pads of a distributed PBT system.
-It is necessary to limit the amount of data transferred or stored on the LED pad.
-Calculations performed on LED pads should include simple arithmetic calculations such as addition and subtraction, avoiding complex iterative processes such as functions and matrix operations, unless absolutely unavoidable or rare. ..
-Calculations should be done in real time with minimal power consumption or heating.
波形シンセサイザー483の詳細な動作が図44に示されている入力ファイル合成方法550は、関数f(t)553を計算するために使用される波形シンセサイザにロード483選択すると、波形シンセサイザパラメトリック486を含む、いずれかの利用ユニット関数発生器551又はプリミティブ・プロセッサ487のすべてのシステムクロックΦsysに同期実行。波形合成の場合、プリミティブプロセッサ487は、詳細な波形記述、具体的には波形プリミティブ487へのアクセスを必要とする。結果として生じる関数f(t)553は、関数表554に図式的に示される時間t対f(t)のデカルトペアを含む。次に、機能テーブル554は、PWMジェネレータ555によって時間変化するデジタルデータに変換されるプロセスΨP[f(t)]を使用して、シンセアウトファイル488を生成します。シンセサイザー出力488は、シンセ出力テーブル489と数値的に同等のデジタルPWMファイルを含むGsynth(t)490としてグラフィカルに表されます。
The detailed operation of the
単位関数発生器による波形合成 Waveform synthesis by unit function generator
ユニット関数発生器551の動作が図45に示されている、数学関数を選択し、関数の値を一連の時間計算して関数テーブル554を生成することを含む。これらの関数は、0.0000から1.0000までの実数に制限されたアナログ値を有するため、「ユニット」関数と呼ばれる。時変関数f(t)=1、つまり「定数」の単位関数の一例を560のグラフに示します。別の関数であるグラフ561に示す単位鋸歯は、式で表されますf(t)=MOD(tf、1)ここで、(tf)はモジュラス関数の引数で、1は底です。つまり、関数は0から1までの線形10進分数です。1の倍数を超える任意の数値の場合、モジュラス関数は残り、たとえば(tf)=2.4の場合、MOD(2.4)=0.4。のこぎり歯では、関数は1まで上昇し、その後0に戻って繰り返されます。一つにランプアップ別の機能及びランプはバックダウンゼロに対称的には、式fで与えられるグラフ562に示す三角波であるf(t)=1-2・ABS[MOD(tf、1)-0.5]。周波数fa、fb、fc,および相対的な大きさAa,Ab,Ac,のそれぞれの単一の正弦波または3つ以上の正弦波のコードの合成は、式f(t)=Aα(0.5+0.5[Aasin(2πtfa)+Absin(2πtfb)+Acsin(2πtfc)]/[(Aa+Ab+Ac)])+0.5(1-Aα)。図46に示されるこの数学的プロセスは3つの正弦波564、565、および566をそれぞれ利得580、581、および582で混合し、デジタルワードの線形合計を使用してデジタルミキサー583で合計される。
The operation of the
デジタル加算、2進数、8進数、16進数の算術加算は、数字は、数字のバイナリまたはバイナリ同等の表現を含むことを除いて進数の加算と同じである、であるベース2つ(b2)は、ベース8(b8)、または10進数(b10)ではなく16進数(b16)。デジタル加算は専用デバイスを使用して実行できますが、LEDパッドのマイクロコントローラー機能内にある算術論理演算装置(ALU)は、バイナリ数学で必要なタスクを簡単に実行できます。数値sを別の基数に変換してから、それらを代替基数に追加し、基数10に戻すと、同じ結果が得られます。この等価原理は、異なる基数で3つの数値を加算するための以下の表の例に示されています。波形合成のコンテキストでは、追加される数値は、任意の時点での3つの正弦波の瞬時値を表し、3つの数値のデジタル合計を生成するために合計されます。ための例示的な目的、正弦波の値は、によって拡大されている10倍、である場合,Axfx(t1)とここで、Ax=10、x=1−3のための特定の時間tにおける例えば1、関数の値fa(t1)=1、fb(t1)=0.5、およびfc(t1)=0.5。ゲイン係数が均等に加重される場合、すなわち、ここで、Aa=10,Ab=10、そしてAc=10、次いで合計10(Σfx(t1))=20単位関数に番号が、得られた和は、との間の分数にスケーリングされなければならないオートレンジ機能584によって実行されるタスク−0.000と1.000との間の結果。
Digital addition, binary, octal, and hexadecimal arithmetic additions are the same as base additions, except that the numbers contain a binary or binary equivalent representation of the numbers, the two bases (b2) are. , Base 8 (b8), or hexadecimal (b16) instead of decimal (b10). Digital addition can be performed using a dedicated device, but the Arithmetic Logic Unit (ALU) within the microcontroller function of the LED pad makes it easy to perform the tasks required in binary mathematics. You can get the same result by converting the number s to another radix, then adding them to the alternative radix and back to the
各時点についてのtx、分割Ax(Σfx(tx))の和で利得乗算器(Aa+Ab+Ac)の平均提供ブレンド和音。均等な重み付けの場合、つまりAx=10の場合、これらのゲイン係数の合計(Aa+Ab+Ac)=30です。上記の合計に適用すると、自動範囲スケーリングは20の合計を変換します。自動範囲スケーリングされた数値20/30=0.666に対して、1.0、0.5、および0.5の瞬時値を持つ3つの数値を平均して得られた数値と同じです。オートレンジ機能は、正弦波が不均一な重み付けでブレンドされている場合にも機能します。この場合、1つまたは複数の正弦波周波数成分が混合を支配します。たとえば、Aa=20%、Ab=40%、Ac=40%のブレンドでは、次のような信号の組み合わせが生成されます。
T x for each time point, dividing A x (Σf x (t x )) gain multiplier by the sum of (A a + A b + A c) Average provide blends chords. In the case of equal weighting, that is, when A x = 10, the sum of these gain coefficients (A a + Ab + Ac ) = 30. When applied to the above totals, automatic range scaling transforms a total of 20. It is the same as the number obtained by averaging three numbers with instantaneous values of 1.0, 0.5, and 0.5 for the automatically range-scaled
この場合、((Aa+Ab+Ac)=100、g(t)=70であるため、オートレンジ関数の出力は0.7になります。オートレンジ機能は正の乗数を使用します。Aα>0を使用して信号をスケーリングし、振幅の圧縮を補正します。なぜならスカラーAαシフト機能だけでなく、そのシフト平均値を、DCオフセット補正項0.5(1-Aα)に添加される正弦波の和に再中心0.5まで関数の平均バック。 In this case, ((A a + Ab + Ac ) = 100, g (t) = 70, so the output of the autorange function is 0.7. The autorange function uses a positive multiplier. Scaling the signal using A α > 0 to correct the amplitude compression, because not only the scalar A α shift function, but also its shift average value, DC offset correction term 0.5 (1-A α ). The sum of the sinusoidal waves added to the recenter 0.5 is the average back of the function.
図47は、単位関数発生器に従って作成されたいくつかの正弦波および正弦波コードを示している。示されている例では、それぞれ1オクターブ離れた3つの正弦波(つまり、fc=2fb=4fa)がさまざまなゲイン係数で生成され、さまざまな複雑な関数が生成されます。利得係数[Aa,Ab,Ac]は、周波数成分の混合または「ブレンド」を制御します。コンポーネントは平均化されているため、ゲイン係数は任意の正の実数にすることができます。ただし、便宜上、3つの要素をパーセンテージでスケーリングできます。場合によっては、重み係数がゼロであり、特定の周波数の正弦波がミックスに存在しないことを意味します。例えば、グラフ564において、[Aa,Ab,Ac]=[1、0、0]のみ正弦波fはだから存在します。同様に、[Aa,Ab,Ac]=[0、1、0],であるグラフ565では、中央のオクターブ正弦波fbのみが存在し、であるグラフ566では[Aa,Ab,Ac]=[0、0、1],、最も高いオクターブ正弦波のみが存在します。
FIG. 47 shows some sine waves and sine wave codes created according to the unit function generator. In the example shown, three sine waves spaced respectively one octave (i.e., f c = 2f b = 4f a) is produced in a variety of gain factors, it will produce a variety of complex functions. The gain coefficients [A a , Ab, Ac ] control the mixing or "blending" of frequency components. The components are averaged, so the gain factor can be any positive real number. However, for convenience, you can scale the three elements as a percentage. In some cases, the weighting factor is zero, which means that no sine wave of a particular frequency is present in the mix. For example, in the graph 564, [A a, A b , A c] = [1,0,0] Only sine wave f is So exists. Similarly, [A a, A b, A c] = [0,1,0], the
この図は、さまざまな混合ブレンドコードも示しています。グラフ567は、周波数fの正弦波の均等加重ミックスブレンド示すfaとfbを、グラフ568は、周波数の正弦波の均等加重ミックスブレンド示すfbとfc、グラフ569は、周波数の正弦波の均等加重ミックスブレンドを示しますfbとfc。2/3番目を有する2つの正弦波の不均一混合ブレンド周波数fの重み付けおよび1/3番目周波数fの正弦波fb、グラフ570に示されています。3つの正弦波ミックスには、均等に重み付けされたコード572と不均等に重み付けされた正弦波コード571が含まれます。ここで[Aa,Ab,Ac]=[0.2、0.4、0.4].です。代数計算罪sin(θ)ここで、θ=fxt、x=a、b、c...のためのtは...必要の計算級数[http://www2.clarku.edu/〜djoyce/trig/compute.html]を毎sin(θ)評価ここで
This figure also shows various mixed blend codes. Graph 567 shows f a and f b showing a uniform weighted mix blend of sine waves of frequency f,
ここでn!=n・(n-1)・(n-2)...3・2・1。同じ方法を使用して余弦波形を生成できることに注意してください。これは、波の位相が90°シフトしているためです。生成する3つの正弦波をコードAx(Σfx(tx))最高周波数を有する正弦波9番目精度の360度のオクターブ、約20kHzは、PWM生成に沿ってすべての前述の計算が必要ΨP[f(t)]は、7.2MHzのレート、つまり138ns以内で発生する必要があります。このアプローチは、特に波以来の高周波を合成する場合、計算サイクルと燃焼電力を浪費する計算集約的です。 Here n! = N ・ (n-1) ・ (n-2) ... 3 ・ 2 ・ 1. Note that the same method can be used to generate the cosine waveform. This is because the phase of the wave is shifted by 90 °. Generating three sine-wave code A x (Σf x (t x )) sinusoidal ninth accuracy of 360 degrees octave with the highest frequency of about 20kHz is required for all the above calculations along the PWM generating Ψ P [f (t)] must occur at a rate of 7.2 MHz, that is, within 138 ns. This approach is computationally intensive, wasting computational cycles and combustion power, especially when synthesizing high frequencies since the waves.
プリミティブプロセッサを使用した波形合成 Waveform synthesis using a primitive processor
計算量がはるかに少なく、LEDパッドμP339の限られた計算能力によりよく一致する代替方法は、関数を評価するテーブルルックアップの使用です。周期関数の場合、たとえば固定角度または固定パーセンテージでの周期の規則的な増分での関数の値を事前に計算して、本明細書で関数「プリミティブ」と呼ばれるテーブルにロードすることができる。たとえば、sin(θ)の値はその引数の角度θに依存するため、ここで A much less computationally intensive alternative that better matches the limited computational power of the LED pad μP339 is the use of table lookups to evaluate the function. In the case of a periodic function, for example, the value of the function in regular increments of the period at a fixed angle or fixed percentage can be pre-computed and loaded into a table referred to herein as a function "primitive". For example, the value of sin (θ) depends on the angle θ of its argument, so here
以来、正弦関数が周期的である、各時間評価sin(θ)が必要とされているのと同じ値を再計算する理由はありません。このような場合、ルックアップテーブルの使用は潜在的に有益です。 Since then, there is no reason to recalculate the same value that each time evaluation sin (θ) is required, where the sine function is periodic. In such cases, using a look-up table is potentially beneficial.
ルックアップテーブルは、しかし、顔いくつかの基本的なハードルは、−いずれかに、テーブルは、関数の値を返すことができ、それがそのため、同じ入力条件で、以前に計算された、であることと同じ引数。Jは、表が罪の値が含まれているため、sin(45°)、それは罪sin(22°)の値を知っているという意味ではありません。ルックアップテーブルへのサブルーチン呼び出しでは、入力引数が使用可能な引数と一致することを保証することは、2つが同じ値を使用することを保証するために共同開発されない限り、ありそうにありません。もう一つの問題の使用中のルックアップテーブルは、硬い方程式の問題である高実行−解像度の波形全体に合成し、多くの受注・オブ・大き周波数の上。20kHzの正弦波は、たとえば、(9番目オクターブ)16ビット精度のPWM法を使用して合成され、必要なサンプルレートは(20,000Hz)(162)=1,310,726,000Hzヘルツ又は略1.3ギガヘルツ。同じシミュレーションで、0.1Hz(-2位オクターブ)の超低周波音励起パターンが弦に追加された場合、低周波成分の周期はT=1/f=1/(0.1Hz)=10秒です。これは、単一の10秒超低周波音を合成しながら、9オクターブで必要な解像度を維持するには、(1.3GHz)(10秒=130億データポイントのテーブルが必要であることを意味します。このような巨大なデータテーブルは、PBTコントローラーからインテリジェントLEDパッドへの転送に時間がかかりすぎるだけでなく、メモリも多く必要になります。 Lookup tables, however, have some basic hurdles-in any, the table can return the value of a function, which is why it was previously calculated with the same input conditions. Same arguments as there are. J means sin (45 °), which does not mean that you know the value of sin sin (22 °), because the table contains the value of sin. In a subroutine call to a lookup table, ensuring that the input arguments match the available arguments is unlikely unless the two are co-developed to ensure that they use the same value. Another problem in use is a look-up table in use, which is a problem of stiff equations, synthesized over a high-execution-resolution waveform over many orders of high frequencies. Sine wave 20kHz, for example, (9th octave) are using the 16-bit precision PWM method synthesis, sample rate required (20,000Hz) (16 2) = 1,310,726,000Hz Hz or Approximately 1.3 GHz. In the same simulation, 0.1 Hz if (position -2 octaves) of ultra-low frequency sound excited pattern is added to the string, the period of the low frequency component is T = 1 / f = 1 / (0.1Hz) = 10 seconds is. This means that a table of (1.3 GHz) (10 seconds = 13 billion data points is needed) to maintain the required resolution in 9 octaves while synthesizing a single 10 second infrasound. This means that such a huge data table not only takes too long to transfer from the PBT controller to the intelligent LED pad, but also requires a lot of memory.
剛性の解決するながらの問題を確実に一致する引数を間サブルーチンコール及びルックアップテーブル、本発明の方法は、本明細書に事前に定義された使用開示された周期波フォームプリミティブ例えば正弦波またはリニア(スカラー)の関数として、一連の合成のカウンタを、共通の数値ベースを共有する例示のためにベース2本明細書で使用される用語「プリミティブ」を平板意味時間デント波形の説明を−波形を用いて説明されたものの引数は、関数の周期Tに対して指定された絶対しない時間。たとえば、鋸歯状の波などの線形関数では、ルックアップテーブルに直線(カルテシアン)引数を入力すると、一意の値が返されます。期間Tにわたって0から1に傾斜する線形単位鋸歯では、入力pは単位がなく、Tの25%で関数「saw(p)」の値は0.25になり、Tの78%で関数は0.25になりますのこぎりsaw(p)の値は0.78などです。繰り返しサイクルに対応するには、モジュラス関数MOD(引数、制限)を使用して引数入力「p」を表すと便利です。正の入力のMOD(p、1)は値を返します。0と1との間に囲まれ、すなわち、限界の最大の整数倍で割った余り。たとえば、任意のzの値に対して、MOD(0.78、1)=0.78、MOD(5.78、1)=0.78、MOD(z.78、1)=0.78です。そのため、繰り返し波形を記述するために必要なのは、1周期Tをカバーするデータのみです。 Subroutine calls and lookup tables between subroutine calls and lookup tables that reliably match the problem while resolving stiffness, the methods of the invention use the disclosed periodic wave form primitives predefined herein, such as sinusoidal or linear. As a function of (scalar), a series of synthetic counters, bases for illustration sharing a common numerical base. The argument of what was explained using is the absolute non-time specified for the period T of the function. For example, for linear functions such as serrated waves, entering a straight (Cartesian) argument in the lookup table returns a unique value. In a linear unit saw that slopes from 0 to 1 over the period T, the input p has no unit, 25% of T has a value of the function "saw (p)" of 0.25, and 78% of T has a function of 0. The value of saw saw (p) will be .25, such as 0.78. To accommodate iterative cycles, it is convenient to use the modulo function MOD (argument, limit) to represent the argument input "p". A positive input MOD (p, 1) returns a value. Enclosed between 0 and 1, that is, the remainder divided by an integral multiple of the maximum limit. For example, for any z value, MOD (0.78, 1) = 0.78, MOD (5.78, 1) = 0.78, MOD (z.78, 1) = 0.78. .. Therefore, only the data that covers one cycle T is required to describe the repeating waveform.
同じ関数が極座標にも適用されます。sin(MOD(θ、360°)を評価すると、sin(0°)とsin(359.99...°).の間で値の繰り返しシーケンスが生成されます。360°では、sin(MOD(360°、360°))=sin(0°)であるため、サイクル全体が繰り返されます。実際のコードまたはスプレッドシートでは、sinまたはその他の三角関数の角度引数θは度ではなくラジアンで表されますが、モジュラス関数の原理とその適用は同じままであることに注意してください。モジュラス関数を歌うように開示されている、のサイズルックアップ任意の周期関数のテーブルができ、劇的にテーブルのサイズを縮小する単一の期間に限定されます。各データ対の数、ルックアップテーブルは、従って、ξ主解像度に等しい1対設けるΦは入力の間に1つの対応xはルックアップテーブル及びfその出力にΦx任意オクターブxについて、関係Φx=ξxfxによって実行される変換について説明したルックアップテーブルサブルーチンコールを。 The same function applies to polar coordinates. Evaluating sin (MOD (θ, 360 °) produces a repeating sequence of values between sin (0 °) and sin (359.99 ... °). At 360 °, sin (MOD (MOD (MOD (MOD)). Since 360 °, 360 °)) = sin (0 °), the entire cycle repeats. In a real code or spreadsheet, the angle argument θ for sin or other trigonometric functions is represented by radians instead of degrees. However, keep in mind that the principles of trigonometric functions and their applications remain the same. The size lookup of any periodic function, which is disclosed to sing a modal function, can be dramatically tabled. The size of each data pair is limited to a single period of time, so the lookup table provides one pair equal to the ξ main resolution, Φ is one correspondence between inputs x is the lookup table and f Make a lookup table subroutine call to its output that describes the transformation performed by the relation Φ x = ξ x f x for Φ x arbitrary octave x.
これらの関数プリミティブは、数学関数を記述する時間に依存しない状態のコレクションで構成されますが、波形合成では、時間変化する波形を生成するために、デジタルクロックまたはアナログクロックのいずれかを含む発振器と組み合わせる必要があります。特に、三角波や鋸歯状波などの周期Tの直線関数の場合、引数xはx=t/Tとして表すことができ、正弦波、正弦波コード、およびその他の三角関数の単位関数θ=tfの場合です。いずれの場合も、時間に依存しない波形プリミティブを時間変化関数に変換するには、時間のソースが必要です。一つのそのような実装を生成する範囲タイムソースを再度、図48Aアルゴリズム提示は、一連の組み合わせバイナリ(÷2)デジタルカウンタ598から590は、発生10同期クロック周波数Φ9にΦ0共通のクロックからの、具体的シンボルクロックレートΦsym、プログラム可能な周波数を有します。クロックは、次にするために使用される合成音声スペクトルは周波数f対応有するこのような正弦波のような周期関数を9Fに第オクターブ下での0オクターブゼロにし、それらを混合することが望ましいような様々な組合せで。図示されていない同じ方法は、超低周波音、すなわち、20Hz未満の振動波形、および(適切なトランスデューサーが使用されている場合)20kHzを超える周波数を含む超音波の生成に使用できます。
While these function primitives consist of a time-independent collection of states that describe mathematical functions, waveform synthesis involves an oscillator that contains either a digital clock or an analog clock to generate a time-varying waveform. Must be combined. In particular, in the case of a linear function with a period T such as a triangular wave or a sawtooth wave, the argument x can be expressed as x = t / T, and the unit function θ = tf of a sine wave, a sine wave code, and other trigonometric functions. If. In either case, a time source is needed to convert the time-independent waveform primitive to a time-varying function. Again, the range time source that produces one such implementation is shown in Figure 48A Algorithm presentation is that a series of combination binary (÷ 2)
合成中、各クロックは、周期関数のルックアップテーブルを使用して、時間変化する波形f(t)に変換されます。たとえば、正弦波、正弦波コード、三角波、鋸歯状波などです。各クロックは、それが作成した波形と対になっている例Φ8のための用途正弦波ルックアップξ8テーブル618プリミティブ解像度を有するf8は正弦波の周波数を生成するために8、Φ3用途は波正弦ルックアップξプリミティブ分解能テーブル613をξ3正弦波を生成します周波数f3、及びΦ1用途正弦波ルックアップξプリミティブ解像度をξ1有するテーブル611f1の正弦波周波数を生成するためにであり、ここで During synthesis, each clock is transformed into a time-varying waveform f (t) using a periodic function lookup table. For example, sine wave, sine wave code, triangle wave, sawtooth wave. Each clock is paired with the waveform it created. Application for example Φ 8 Sine wave lookup ξ 8 Table 618 with primitive resolution f 8 to generate sine wave frequency 8 , Φ 3 applications to generate a wave sine lookup xi] primitive resolution table 613 to generate xi] 3 sine wave frequency f 3, and [Phi 1 uses a sine wave lookup xi] sine wave frequency table 611 f 1 of the primitive resolution with xi] 1 And here
そしてにおける一般的なfx=Φx/ξx。そう操作で、10オクターブ波形合計の実装プリミティブ・プロセッサ552件の用途9つのバイナリカウンタ598590への入力を含む10のクロック周波数を生成するために、Φ9=Φsymを及びクロックがΦ8にΦ0正弦波対応駆動するルックアップテーブル619を610にfの正弦波を合成したf9にf0。
And the general f x = Φ x / ξ x in . So in operation, 10 octave waveform total implementation
混合プロセスは、オクターブデータスイッチ609から600を使用して正弦波の様々な組み合わせを選択し、選択された正弦波成分をデジタルミキサー加算ノード630で混合し、成分がデジタル利得増幅器620から629によって様々なパーセンテージで重み付けされることを含む。ブレンドされた合計は、自動範囲関数631によって0.000〜1.000の範囲にスケーリングされます。プリミティブ・プロセッサは、ハードウェアまたはファームウェア制御ハードウェアで実現することができるが、機能は完全にミキサ630は2進加算を使用してデジタル的に実行されるソフトウェアを使用してエミュレートすることができ、オートレンジ機能631は、実行バイナリ数学を用いて行うことができるoをいくつかのNEを除算アルゴリズム(https://en.wikipedia.org/wiki/Division_algorithm)。不必要な操作の実行を回避するために、プリミティブプロセッサ552は、選択されたオクターブスイッチ600から609に対してのみ操作を実行する。
The mixing process uses octave data switches 609-600 to select different combinations of sine waves, the selected sine wave components are mixed at the digital mixer add-on
図48Aに示す方法を使用するは、上述した、実施プリミティブ・プロセッサ552を行う広帯域波形合成とコード上の構築3周波数の数十年であり、10オクターブを20ヘルツ〜20,000Hzの周波数範囲にわたる、使用のみルックアップテーブルSと一連のカウンター。開示された方法は、計算で実行するために最小限のメモリまたは計算パワーを必要図44の単位関数発生器551とは異なり、べき級数のリアルタイム評価は含まれません。広帯域幅のアルゴリズム波形生成におけるシンセサイザーの重要な機能は、カウンター操作の役割です。カウンタ599〜500を合わせて、対応するルックアップテーブル619〜610に供給する入力として使用される10オクターブのクロック周波数を生成します。各オクターブは独自の専用クロック周波数によって供給されるため、対応するテーブルのポイント数と、テーブルは、その特定のオクターブに必要な精度に制限されており、他の周波数帯域で使用されるデータは含まれていません。このように、カウンタとの組み合わせ開示されたルックアップテーブルは克服よ前述の硬い方程式の問題。計算強度をさらに最小限に抑え、不要な計算を回避するために、ルックアップテーブルのサブルーチン呼び出しは、オクターブスイッチによって選択されたテーブルのみに制限されます。
Using the method shown in FIG. 48A is decades of wideband waveform synthesis and construction on code with the implementation
エイリアシングを回避するために、位相シフト歪みをカウンタカスケード590から698が共通のクロックに同期されることは、シンボルレートと呼ばΦsym便宜上チューナー(カウンタ)599からの出力を、シンボルレートΦsymは、クロック信号Φ9に相当する用オクターブの波形合成ですが、この関係は任意です。最高合成周波数のPWM分解能、Φsymより任意のシンボルレートより高いΦsym≧ξsymfmax.意志で十分。カウンターカスケードは、ハードウェアまたはソフトウェアを使用して実現できます。リップルカウンタを使用することもできますが、クロックの位相シフトを防ぐために同期カウンタが推奨されます。リップルカウンタは、各カウンタステージの出力が次のステージに入力されると同時にすぐに利用できるカウンタカスケードです。各カウンタステージを通過する伝搬遅延のため、高周波数クロックの出力は、低周波数クロックよりも前に状態が変化します。状態は、したがって変化する「リップルの」最初のクロックΦ9カスケード、ダウン変化状態は、Φ8によって一瞬後に続くその後、Φ7、Φ6、Φ5横切る波のように波打つなど池の表面を。
To avoid aliasing, the 698 phase shift distortion from the
対照的に、同期カウンタは同期的に動作します。デジタルカウントがカウンタチェーンをリップルするのに時間がかかりますが、出力は同期クロックパルスと同時にのみ変化します。このようにして、カウンタカスケードを介した信号リップルはユーザーには見えません。ハードウェアまたはソフトウェアで実施するかどうかをより具体的には、同期カウンタは次のように動作するリップルカウンタが、ウィットD型フリップフロップ[https://en.wikipedia.org/wiki/Flip−flop_(electronics)]ラッチ出力。それは、対応する真理値表を有するラッチ信号によってイネーブルされるまで保持するDフリップフロップは、前の状態で、ある番目のデータ入力高または低状態が同期クロックがハイになるだけラッチ出力にコピーされ、その後同期クロックはローに戻ることができ、フリップフロップ出力は、次の同期パルスが発生するまで、最後の同期クロックパルスの時点でD入力にあった状態でラッチされたままになります。クロックパルス間のその間隔の間に、各カウンタステージの出力は、カウンタの出力に遷移が表示されることなく変化する可能性があります。概略的に混乱を回避するために、カウンタ599590には、デ明示せずに同期カウンタを表すことがDフリップフロップ、ラッチ、または同期クロック入力。保証するために、クロック遷移が出力クロックの状態を更新する前に、カウンタカスケードを介して完全に波及することをΦ9を介してΦ0同期クロックパルスは最低の合成周波数クロックの状態遷移に由来する、この模範にΦ0として表さ0。 In contrast, synchronous counters work synchronously. It takes time for the digital count to ripple through the counterchain, but the output changes only at the same time as the synchronous clock pulse. In this way, signal ripple through the counter cascade is invisible to the user. More specifically, whether or not it is implemented by hardware or software, the synchronization counter operates as follows. The ripple counter is a wit D type flip-flop [https://en. wikipedia. org / wiki / Flip-flop_ (electronics)] Latch output. It holds the D flip-flop until it is enabled by a latch signal with a corresponding truth table, and in the previous state, a certain th data input high or low state is copied to the latch output as much as the synchronous clock goes high. Then the sync clock can return low and the flip-flop output remains latched at the D input at the time of the last sync clock pulse until the next sync pulse occurs. During that interval between clock pulses, the output of each counter stage can change without displaying a transition at the counter output. To generally avoid confusion, counter 599590 may represent a synchronous counter without declaration as a D flip-flop, latch, or synchronous clock input. To guarantee, the Φ 0 synchronous clock pulse via Φ 9 derives from the state transition of the lowest composite frequency clock that the clock transition completely propagates through the counter cascade before updating the state of the output clock. to, 0 expressed as [Phi 0 in this example.
シンボルレートΦsymカウンタカスケードを供給は、システムクロックから生成される速度Φsys使用プログラマブルカウンタを「チューナ」599シンボルクロックレートΦsym生成するために生成される最大出力周波数fmax解像度でξsym。プリミティブ解像度ξsymの値、波形合成が実行さに応じて変更することができるチューナ599にプログラム可能な入力です。数値変数ξsym、言及する本明細書で「プリミティブシンボル解像度」の解像度として定義されるξ最高合成周波数ξsym=Φsym/fmax必要な合成の精度に応じて24から65,536の範囲であり得る値を有します。例えば、選択ξsym=96正弦波合成手段でのF又は合成の最高ピッチ正弦波が関係によってシンボルクロックレートに関連Φsym=ξsymfmax=96fmaxアーク用途の90°24ポイント、3.75°ごとに1ポイント。では、操作のettingトンのユナー599は、生産全体の周波数のカスケード由来とシンボルクロックレートΦsymにチューニング。解像度ξsym解像度と一致する必要はありません下オクターブのルックアップテーブルを。異なる精度レベルξxために使用することができるルックアップテーブル600から619または代替的に同一の精度ルックアップテーブルは、一部またはすべての必要な周波数成分を生成するために使用されてもよいです。または、生成されたすべての正弦波に同じルックアップテーブルを使用できます。このような場合には、fxすべての正弦波周波数同じ精度ξ有9=ξ8=ξ7...ξ1=ξ0。
Symbol rate [Phi sym counter supplying cascade, the maximum output frequency f max resolution xi] sym generated speed [Phi sys using programmable counter that is generated from the system clock to produce sym "tuner" 599 symbol clock rate [Phi. Primitive resolution ξ sym value, waveform synthesis is programmable input to
全体カウンタカスケードが共通のシンボルクロックレートで駆動されるので、Φsym合成波形の正確な周波数関係を正確カウンタ周波数Φによって定義され、Φx及びそれに対応するルックアップテーブルの分解能ξx。この関係は、バイナリ(2で除算)カウンタを使用して示されていますが、カウンタの除数に制限はありません。2で割ると、周波数が半分になり、音階では1オクターブまたは12半音に相当するので便利です。ただし、カウンタは、それぞれが異なる除数を持つカウンタのカスケードの組み合わせを利用できます。あるいは、カウントがカウンターにロードされるプログラム可能なカウンターを使用することができる。さらにのでカウンタが固定クロック・レートと完全一方に動作するすべてのξにおける完全な発振期間Xのデータ点、である、の一つの完全なサイクルのルックアップテーブルは、相対的タイミングおよび任意の2つの周期関数の位相が正確に知られています。2つの正弦波、例えば所定の周波数fxをfy有する及びここで、 Since the global counter cascade is driven at a common symbol clock rate, the exact frequency relationship of the Φ sym composite waveform is defined by the exact counter frequency Φ, and the resolution of Φ x and the corresponding lookup table ξ x . This relationship is shown using a binary (divided by 2) counter, but there is no limit to the divisor of the counter. Dividing by 2 halves the frequency, which is convenient because it corresponds to one octave or 12 semitones in the scale. However, the counters can take advantage of a cascade of counters, each with a different divisor. Alternatively, you can use a programmable counter whose counts are loaded into the counter. Furthermore, since the counter is a data point of perfect oscillation period X at all ξ operating at a fixed clock rate, one complete cycle lookup table is relative timing and any two. The phase of the periodic function is known exactly. Two sine waves, for example, the predetermined frequency f x and where a f y,
次に、波形の周波数比は次の式で与えられます。 Next, the frequency ratio of the waveform is given by the following equation.
この比率はイラスある周波数スケーリングは、クロックΦxを変化させることによって行うことができξx、または解像度ξ変更することによってXルックアップテーブルを。例えば、一定の解像度のルックアップテーブルがあれば使用される場合ξx=ξy=24、周波数比fx/fyの合成された正弦波のクロック速度の比のみに依存Φx/Φy又は This ratio illustrations certain frequency scaling, clock [Phi x can be carried out by a change xi] x or X look-up table by changing the resolution xi],. For example, if ξ x = ξ y = 24 are used if there is a lookup table of predetermined resolution, only the ratio of the clock speed of the synthesized sine wave of the frequency ratio f x / f y depends Φ x / Φ y Or
そのような場合には、クロック周波数の比Φx/Φy=4、2オクターブ離れ同じ音符の2つの正弦波が得られるものの、音符6に1760HzでA番目のオクターブとで音符A440Hzの4番目オクターブ。図48Bは、例えば加算デュアル正弦波示すのみ6番目と4番目のオクターブ606および604をスイッチは有効と正弦波ルックアップテーブル616及び614ξプリミティブ解像度を有する各波形データにアクセスするために使用されるξ6=ξ4=24。出力がさbは増幅Yデジタル利得は626と624アンプ、デジタル加算ノードで混合630ブレンド生成するためのED波形出力。動作において、チューナ(カウンタ)599は、シンボルクロックΦsymの発生システムクロックとからΦsys。2つのカウンタ598、597、および596分周シンボルクロックΦsymの÷のカスケード生6第成するオクターブクロックΦ6及び4第生成するカウンタ595および594によって第オクターブクロックΦ4。
In such a case, although the two sine waves of the ratio Φ x / Φ y = 4,2 octave away the same note clock frequency is obtained, the fourth note A440Hz between A-th octave 1760Hz to note 6 octave. FIG. 48B are used, for example, the addition dual showing sine wave only 6 and fourth
結果として得られる2つの正弦波弦は、合計によって与えられます。 The resulting two sinusoidal strings are given by the sum.
乗数[0.5+0.5・(周期式)]は、ゼロ平均値を中心とする正弦波のピークの大きさを±1から±0.5まで怖がらせるために使用されます。加算器0.5は、曲線を+0.5だけ上にシフトして、0.000〜1.000の正の範囲にまたがります。図48Cに示されるようにオクターブスイッチ601を有効にすることによって、クロックΦによって駆動されるルックアップテーブル611の構成要素1は、コードに追加されます。クロックΦ1、クロックΦ4から生成されたカウンタ593、592、及び591を使用して追加1番目のオクターブ周波数成分によって与えられます。
The multiplier [0.5 + 0.5 · (periodic)] is used to scare the peak magnitude of the sine wave centered on the zero mean from ± 1 to ± 0.5. Adder 0.5 shifts the curve up by +0.5 and spans the positive range from 0.000 to 1.000. By enabling the
得られた3正弦波コードを加算することによって与えられます。 It is given by adding the obtained 3 sine wave codes.
上記のように、上記の合成方法は、単一の波形プリミティブを利用して、2つまたは3つの正弦波コードを同時に生成します。 As mentioned above, the above synthesis method utilizes a single waveform primitive to generate two or three sinusoidal codes at the same time.
プリミティブプロセッサ動作の追加の詳細は、図49に示される単一のプリミティブコード合成に示されている。示され、チューナ599含む二つのカウンタとして−システム、クロックカウンタ640及びシンボルのCロックカウンタ641システムクロックカウンタが変換がμCシステムクロックは、周波数Φsysを有することがカウンタである基準クロック周波数Φref便利固定周波数で(たとえば、5MHz)。シンボルクロックカウンタ次いで変換ΦrefのシンボルクロックレートΦsymに正弦合成用カウンタカスケードの基準周波数を定義するために使用されます。示されている例では、カウンタ598から593はバイナリカウンタを含み、上記の表に記載されているように、それぞれ1オクターブ離れた複数の正弦波周波数を生成する。さらに検査すると、バイナリカウンターカスケードがないことがわかります。
・Φxは、クロックレートすべてのオクターブにはシンボルレートΦsym用の2の倍数である。
・周波数fxすべてのオクターブをfmax、最大合成周波数の2の倍数でありで、限定されるものではないが、図示の9番目の音階のオクターブ。
・シンボルクロックレートΦsymと最大合成周波数fmaxの関係は、合成される最高周波数波形の分解能であるξsymによって決定されます。F乗法製品fmaxξsym=Φsymカウンターカスケードにおける最高クロックレートを設定します。
・シンボルクロックレートΦxの関係と合成周波数fx各オクターブxのは、ξxによって決定される、そのオクターブにおける波形のプリミティブ解像度。
Additional details of primitive processor operation are shown in the single primitive code synthesis shown in FIG. Shown as two counters including tuner 599-system,
• Φ x is a multiple of 2 for the symbol rate Φ sym for all octaves of the clock rate.
- the frequency f x all octaves in be
-The relationship between the symbol clock rate Φ sym and the maximum combined frequency f max is determined by the resolution of the highest frequency waveform to be synthesized, ξ sym. F-multiplication product f max ξ sym = Φ sym Sets the maximum clock rate in the counter cascade.
-The relationship between the symbol clock rate Φ x and the combined frequency f x each octave x is the primitive resolution of the waveform in that octave, which is determined by ξ x.
クロック速度と周波数との関係のすべてのための単一のプリミティブバイナリカウンタカスケードにおけるTに他の周波数に存在する正確な比率を含む彼は、プリミティブプロセッサ、任意の周波数と分解能設定1合成波形の周波数はfx及びξx自動的に周波数を決定しますシンボルレートを含む全体カウンタカスケード内のすべての合成周波数とクロックのΦsym及び最大周波数fmaxの。プリミティブプロセスの周波数スケーリングは、次の表に要約されています。 A single primitive binary counter for all clock speed-frequency relationships He includes the exact proportions present at other frequencies in T in the cascade, including the primitive processor, any frequency and resolution setting 1 frequency of the composite waveform. F x and ξ x automatically determine the frequency of all combined frequencies and clock Φ sym and maximum frequency f max in the whole counter cascade including symbol rate. The frequency scaling of the primitive process is summarized in the following table.
この点に関してプリミティブプロセッサは全体のマルチオクターブシンセサイザは、単一の「鍵」の周波数に設定されている「調整」システムを表し開示されたチューニング類似モノラル楽器を単音またはキーに、例えば調整器具をAのキー。この理由のため、操作シンボルクロックカウンタ641は、すなわちfkey、二つのパラメータによって設定され、642と、ルックアップテーブル645は、プリミティブ解像度ξsym有する選択キー。図示LとLEDパッド内のいずれかの揮発性又は非揮発性メモリに記憶されたテーブル645、選択されているような16進コード643、又はそれらの何らかのバイナリ同等のコード644などのいくつかの識別子。
In this regard, the primitive processor is the entire multi-octave synthesizer, which represents a "tuning" system that is set to a single "key" frequency, with disclosed tuning-like monaural instruments as single notes or keys, such as tuning instruments A. key of. For this reason, the operating
全体シンセサイザをオクターブの倍数に調整されているので、fkeyの選択キーの選択入力642は任意です。便宜上、デジタルチューニングはピッチの国際周波数規格に準拠することができます。例えば、ピッチ「A」中央C上記第四のオクターブ内に有する周波数440ヘルツ。この440Hzのトーンは、音楽ピッチの一般的なチューニング標準と見なされています[https://en.wikipedia.org/wiki/A440_(pitch_standard)]。A440、A4、またはシュトゥットガルトピッチと呼ばれる国際標準化機構は、ISO−16として分類しています。この標準をプリミティブプロセッサに適合させると、開示されているシンセサイザーは、4オクターブの音符または周波数を選択することによって特定のキーに調整されます。
Because it is adjust the overall synthesizer to a multiple of the octave,
具体的には、トン彼入力「キーを選択し、」642の4番目セット、ノートや周波数全体シンセサイザがチューニングされているオクターブを。場合、最大合成周波数はNINTになるように選択された音声スペクトルの時間オクターブ及び任意に、我々は4を選択番目シンセサイザを調整するための周波数入力範囲としてオクターブは、9番目のオクターブおよび第四のオクターブは5オクターブだけ異なります。25=32、その手段fmax=f9=32f4とに従って用の設定キー642を選択し、最大周波数fmax=32fkey。Φsym=ξsymfmax考えるとΦsym=ξsym(32fkey)例えば。
Specifically, ton he input "select a key," the fourth set of 642, an octave where notes and whole-frequency synthesizers are tuned. If the maximum combined frequency in time octave and any speech spectrum was chosen to be NINT, octave as the frequency input range for adjusting the selected second
セッティング「キーを選択し、」440Hz(中央C上記規格A)にf4=440Hzのとfmax=32fkey=32(440Hz)=14,080Hzを自動的にそう利用できる合成周波数スペクトル全体をスケーリングそのf9=14,080Hz、f8=7,040Hz、f7=3,520Hz、f6=1,760Hz、f5=880Hz、f4=4400Hz、f3=220Hz、f2=110Hz、f1=55Hz、f0=22.5Hz、andf−1=11.25Hz。fkeyが中央のDに設定されている場合、すべての合成周波数fxもDの倍数になります。またはfキーが中央のA#設定されている場合、すべてのバイナリ合成周波数もA#倍数になります。オクターブ倍数以外の正弦波の合成については、本開示の後半で説明する。
The setting "Select a key,"
図49のプリミティブプロセッサの実装を再び参照するに示されるように、ルックアップテーブル645は、24ポイントの解像度を有する正弦波の典型的なプリミティブ記述を含む。正弦波のこの表形式のプリミティブ記述は、入力としてのsin(θ)の引数θのみに基づいて、時間に依存しません。キーfkeyプリミティブプロセッサは、642を選択キーで選択され、例えば、440Hzのあること、及び解像度ξsym選択することによって確立されたプリミティブをするテーブル645を波形ξsym=24、次いでシンボルクロックレートΦsymと対応周期Tsymによって与えられます。 The lookup table 645 contains a typical primitive description of a sine wave with a resolution of 24 points, as shown in Rereferencing the implementation of the primitive processor in FIG. This tabular primitive description of the sine wave is time independent, based solely on the argument θ of sin (θ) as input. The key f key primitive processor selects 642 with the select key, for example, waveform ξ sym = 24, then symbol clock rate Φ, with table 645 with primitives established by having 440 Hz and selecting resolution ξ sim. It is given by sym and the corresponding cycle T sym.
fmax合成最大周波数にこのシンボルレートに相当する第オクターブにおける場合、fmax=f9=Φsym/ξsym=(337,920Hz)/24=14,080Hz対応する期間とT9=1/f9=71.02μsまた、にTsymξsym=(2.9592...μs)(24)=71.02μs。 In the case of the f max synthesis maximum frequency in the octave corresponding to this symbol rate, f max = f 9 = Φ sym / ξ sym = (337,920 Hz) / 24 = 14,080 Hz Corresponding period and T 9 = 1 / f 9 = 71.02 μs Also, T sym ξ sym = (2.9592 ... μs) (24) = 71.02 μs.
バイナリカウンタカスケードを使用して時間参照を確立することにより、時間に依存しない正弦プリミティブテーブル645は、関数646a、具体的にはg(t)の時間ベースの記述に変換される。同じクロックシンボルクロックΦsym生成するための時間ベースでクロックΦ6及びΦ4用いる6番目と4番目具体的には、オクターブ正弦波647a及び648aを
By establishing a time reference using the binary counter cascade, the time-independent sinusoidal table 645 is transformed into a time-based description of the
これらのクロックは、二つの合成するために使用される同期周波数を有する正弦波f6およびf4次の周波数とを。 These clocks, and a sine wave f 6 and f 4 order frequency with a synchronization frequency used for two synthetic.
所定の方法で、解像度は等しいが周波数が異なる正弦波を、共通のクロックと単一の波形プリミティブを使用して合成できます。言い換えると、プリミティブテーブルは波形の形状を設定し、解像度ξとカウンタークロックは生成される正弦波の周波数を決定します。次の例の表は、度(またはラジアン)で測定された正弦関数θの引数、正規化された単位正弦波関数0.5+0.5sin(θ)、および周波数で振動する正弦波の状態に対応する時間の関係を示しています。そして、9オクターブの周波数fmax、6オクターブのf6、および4オクターブのf4で振動する正弦波の状態に対応する時間。
In a given way, sine waves with the same resolution but different frequencies can be combined using a common clock and a single waveform primitive. In other words, the primitive table sets the shape of the waveform, and the resolution ξ and counterclock determine the frequency of the generated sine wave. The following example table corresponds to the arguments of the sinusoidal function θ measured in degrees (or radians), the normalized unit sinusoidal function 0.5 + 0.5 sin (θ), and the sinusoidal state oscillating at frequency. Shows the relationship of time to do. And the time corresponding to the state of the sine wave oscillating at the
この表は0°から90°の間の詳細なパターンを示していますが、簡潔にするために、他の3つの象限の詳細な15°の説明は冗長であり、除外されています(正弦波は対称関数であるため、4つの象限すべてを1象限のデータ)。正弦波の360°サイクルを完了するのに必要な時間、つまり周期Tは、正弦波の周波数によって異なります。たとえば、前述の計算と一致して、周波数f9、f6、f4の正弦波はそれぞれ71μs、568μs、および2,273μsの周期を含みます。具体的には、引数θ=90°=π/2の場合の関数0.5+0.5sin(θ)=1の値。正弦波Tの周期は、θ=360°=2πの場合、この持続時間の4倍で発生します。たとえば、Aのキーに調整された6オクターブの正弦波は、そのサイクルの4分の1を完了するのに142μsを必要とするため、その周期はT6=4(142.05)=569.2μsです。 This table shows a detailed pattern between 0 ° and 90 °, but for the sake of brevity, the detailed 15 ° description of the other three quadrants is redundant and excluded (sine wave). Is a symmetric function, so all four quadrants are data in one quadrant). The time required to complete a 360 ° cycle of a sine wave, or period T, depends on the frequency of the sine wave. For example, in agreement with the above calculation, the sine waves at frequencies f 9 , f 6 and f 4 contain periods of 71 μs, 568 μs and 2,273 μs, respectively. Specifically, the value of the function 0.5 + 0.5 sin (θ) = 1 when the argument θ = 90 ° = π / 2. The period of the sine wave T occurs at 4 times this duration when θ = 360 ° = 2π. For example, a 6-octave sine wave tuned to the A key requires 142 μs to complete a quarter of its cycle, so its period is T 6 = 4 (142.05) = 569. It is 2 μs.
図50記載示すコード合成ブレンドする2つの正弦波を用いてプリミティブ単一の波形を使用してクロック生成バイナリカスケードカウンタから、時間独立した時間ベースこの例では、プリミティブ波形の分解能はξsym=ξx=24(図示せず)を含むDのキーで時間ベースの正弦波テーブル647および648に変換される周波数f6=1,168Hz及びはそれぞれf4=292Hzです。次に、成分正弦波は、デジタル乗算演算を使用して算術的に実行される利得乗数A6およびA4を有するデジタル利得増幅器626および624によって振幅が増加または減少される。次に、2つの正弦波は、デジタル加算ノード630によって混合されて、加算g(t)を生成し、ここで...
Code synthesis shown in FIG. 50 Clock generation using a single primitive waveform with two sine waves to be blended Time-independent time-based from a binary cascade counter In this example, the resolution of the primitive waveform is ξ sym = ξ x The frequencies f 6 = 1,168 Hz and converted to the time-based sinusoidal tables 647 and 648 with the D key containing = 24 (not shown) are f 4 = 292 Hz, respectively. The component sine wave is then increased or decreased in amplitude by
除数(A6+A4)で加重平均を使用すると、次のようになります。 Using the weighted average as a divisor (A 6 + A 4) gives:
平均化中、[A6+A4]という用語は、関数の平均値を変更する分数の分子と分母の両方に表示されるため、0.5オフセットに影響を与えません。オートレンジ機能の第二の目的は、ある正弦最大化することによって成分をAαフルスケールには、関数の平均の実際の変化でありません。0.5の平均値のシフトを回避するために、ここに開示されている自動範囲関数は、加法補正係数0.5(1−Aα)を使用します。 During averaging, the term [A 6 + A 4 ] does not affect the 0.5 offset because it appears in both the numerator and denominator of the fraction that changes the mean of the function. The second purpose of the autorange function is to make the component A α full scale by maximizing a sine, which is not the actual change in the mean of the function. To avoid a shift of the mean of 0.5, the automatic range function disclosed here uses an additive correction factor of 0.5 (1-A α ).
記載のように彼の総和g(t)はスカラー[によりオートレンジ機能631によってスケーリング[Aα/(A6+A4)]デジタルと共に正弦波成分の加重平均実行ゲインファクタAによって乗算を。表形式649に示される結果として生じる時間変化波形f(t)553は、平均値が0.5であり、範囲にわたって周期関数の振幅を最大化する能力を有する周波数f6およびf4の2つの正弦波の弦655を表す、0.000から1.000まで、信号のクリッピングや歪みはありません。PWM発生器555は、次に、処理のPWM変換ΨP[f(t)]と呼ばれるデータ499のPWM列を含むデータ488アウト製造シンセを。アナログであるf(t)とは異なりGsynth(t)は0(低)状態と1(高)状態の間で一連のパルスとして振幅遷移するデジタルであり、さまざまなパルス幅にアナログ情報を埋め込みます。
As described, his sum g (t) is scaled by the scalar [by autorange function 631 [A α / (A 6 + A 4 )] multiplied by the weighted average execution gain factor A of the sinusoidal component along with the digital. Time variation waveform f (t) 553 resulting shown in
開示された合成方法から生じる1つの問題は、量子化ノイズである。単一の正弦波でもこの問題は発生しませんが、2つ以上の正弦波を追加すると、波形にノイズが発生します。ノイズのこの起源は、図51Aに示されているバイナリカウンタのカスケードが593から596は、3つのクロックを生成するために使用される、Φ6、Φ5とΦ4その入力の各半分の周波数。ξ=24、周波数fの結果として得られる正弦波の固定プリミティブ解像度用いてf6、f5、及びf4のデータテーブルに表形式で示されている651の検査は明らかに周波数f6のためのデータがいることをワンユニークを有します対1クロック時間Φ6への対応、他の周波数は急速に変化していません。たとえば、t=0.1727とt=0.1784の両方の場合、正弦波f6が変化しても、正弦波f5のデータ値は0.7500で一定のままです。同様に、低周波数の正弦波f4の場合、f6データが4回変化しても、t=0.1427から0.2497までの間隔で出力されるデータは0.6294で一定のままです。
One problem that arises from the disclosed synthesis method is quantization noise. A single sine wave does not cause this problem, but adding more than one sine wave causes noise in the waveform. This origin of noise is that the cascade of binary counters shown in FIG.
異なるクロックレートで固定解像度プリミティブを使用することの影響が図3に示されている。図51Bでは、一定の時間間隔で、様々な曲線が対比されている。図示持続時間、周波数f6の正弦波グラフに652点の展示示さないデジタル化雑音を。周波数f5のコントラスト正弦波でΦ6/2ξによって生成されたグラフ653点の展示ノイズの小さいが顕著度を示します。f6の2オクターブ下のグラフ654のf4正弦波、つまり、ξ=24でf4=Φ6/4ξの場合、かなりのノイズが見られます。イズの問題は、f6とf5を組み合わせたグラフ655の2正弦波コードで顕著であり、周波数f5とf4の正弦波の合計を示すグラフ656ではさらに誇張されています。
The effect of using fixed resolution primitives at different clock rates is shown in FIG. In FIG. 51B, various curves are contrasted at regular time intervals. Shown duration, the digitization noise that does not show
この問題に対する1つの解決策が図52Aに示されている。三つの異なる周波数f6、f5、及びf4は、共通のクロック周波数Φ6から生成される。クロック周波数をスケーリングするのではなく、解像度をスケーリングし、より高い解像度のプリミティブを使用して、より低い正弦波周波数を生成します。具体的には、ルックアップテーブル616では、ξ6=24であり、ルックアップテーブル615では、プリミティブ解像度は2倍のξ5=2ξ6=48になり、同様に、ルックアップテーブル614ではξ4=4ξ6=96になります。 One solution to this problem is shown in Figure 52A. Three different frequencies f 6 , f 5 , and f 4 are generated from the common clock frequency Φ 6. Instead of scaling the clock frequency, it scales the resolution and uses higher resolution primitives to produce lower sinusoidal frequencies. Specifically, in the look-up table 616, ξ 6 = 24, in the look-up table 615, the primitive resolution is doubled ξ 5 = 2 ξ 6 = 48, and similarly, in the look-up table 614, ξ 4 = 4ξ 6 = 96.
したがって、共通クロックΦ6から生成される正弦波周波数f6、f5、およびf4は、表661に示すように、すべて互いに2の因数です。このように、テーブル661に示すように、時間ステップは一定で生成されたすべての周波数について。図52Bに示される結果の曲線は、正弦波662、623、および624、ならびにコード665および666を含むは、この解像度では量子化エラーの兆候を示していません。この方法を使用した任意の2つの正弦波の周波数比は、以前に定義された基準があるため、正確なままです。
Therefore, the sinusoidal frequencies f 6 , f 5 , and f 4 generated from the common clock Φ 6 are all factors of 2 to each other, as shown in Table 661. Thus, as shown in Table 661, the time step is constant for all frequencies generated. The resulting curve shown in FIG. 52B contains
場合維持されるΦx=Φy。 If maintained Φ x = Φ y .
本明細書でスケーリングされたプリミティブ総和660と呼ばれるこの方法は、図52Cの3つの合成された正弦波をブレンドする弦の単一のプリミティブ総和650とは対照的である。において単一のプリミティブ総和650、テーブル616、615及び614まで正弦波ルックのブロック図は、それらの解像度ξ=24で同一であるが、3つの異なるクロックによって供給されるΦ6、Φ5=Φ6/2、およびΦ4=Φ6/4バイナリカスケードカウンタから生成されました。結果として得られるコード659の時間グラフは、重大なデジタル化ノイズを示しています。対照的に、プリミティブ和660は、共通クロックΦ採用スケール6解像度の増加と共に三つの異なる解像度ルックアップテーブル616、615、及び614を駆動するξx=24、48、96のためx=6、5、4対応するために。結果として得られる波形669は、この解像度ではデジタル化ノイズの兆候を示していません。
This method, referred to herein as the scaled sum of
プリミティブルックアップテーブルの最大サイズを制限するために、オーディオスペクトルをバンド(たとえば、上、中、下のスケール)と、ゼロおよび負のインフラサウンドバンド(つまり、20Hz未満)に分割できます。オクターブ。このようなアプローチは、図53に示されるクワッドレンジスケーリングされたプリミティブ合成ブロック図で採用されている。このにおける模範プリミティブプロセッサ、チューナ599は、システムクロックカウンタ640及びシンボルクロックカウンタ641を含む変換システムクロックΦsysのその固定基準周波数にΦref,、例えば5MHzで、どこシンボルカウンタがΦsymクロック周波数生成定義されていることにより、を比Φsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)第オクターブにおける鍵選択入力642、音符またはキーに応じました。チューナ590であって、カウンタのカスケードに三8分周カウンタ672、673及び674は、4つの周波数はクロックを生成する共生成れるΦsym、Φ6=Φsym/8、Φ3=Φsym/64、そしてΦ0=Φsym/512。カウンタ672を通るが6734それぞれ含む三段バイナリカスケードカウンタ、簡潔のために単一÷8つのカウンタとして示されています。
To limit the maximum size of the primitive lookup table, you can split the audio spectrum into bands (for example, top, middle, and bottom scales) and zero and negative infrasound bands (that is, less than 20Hz). octave. Such an approach is adopted in the quad range scaled primitive composite block diagram shown in FIG. Model primitive processor in this, the
カスケードの最高周波数クロック、シンボルクロックΦsymは、その後、4つのバンドに正弦波を合成するために使用されます。上部帯域でΦsymの正弦波を生成するために使用されるf9、f8及びf7セレクタ609、608に従って、および607それぞれ。セレクタスイッチが有効になっている場合は、Φsymのためのクロックパルスの正弦波を生成するために、テーブル699、698、または697まで、対応する正弦波ルックに渡されるf9、f8およびf7望まれます。
The highest frequency clock of the cascade, the symbol clock Φ sym, is then used to synthesize a sine wave into four bands. According to the f 9 , f 8 and f 7 selectors 609, 608 used to generate a Φ sym sine wave in the upper band, and 607 respectively. If the selector switch is enabled, f 9 , f 8 and
具体的には、分解能で正弦波699ξ9=24は、有効な場合、F正弦波生成9周波数
f9=Φsym/ξ9。この正弦波は周波数の32倍fkey有する選択キー周波数と1/24番目シンボル周波数、Φsymを。同じ上部スケール、分解能で正弦波698でξ8=48、有効な場合、F正弦波生成8周波数f8=Φsym/ξ8=Φsym/(2ξ9)。この正弦波は周波数の16倍fkey有する選択キー周波数と1/48番目シンボル周波数、Φsym。同様に、分解能で正弦波697ξ7=96は、有効な場合、正弦波生成f7周波数f7=Φsym/ξ7=Φsym/(4ξ9)を。この正弦波は周波数の8倍fkey有する選択キー周波数と1/96番目シンボル周波数、Φsym。周波数を有する正弦波を生成するためf9、f8及びf7は。同じクロック周波数Φsymから来るその波形合成それによりデジタル化誤差の前述の問題を回避し、同じ時間増分を用い、上部スケール内。
Specifically, in terms of resolution,
同じクロックΦsymはさも低い周波数レートクロックΦ6生成するカウンタ672に8で除算しfの正弦波合成に使用されるf6、f5及びf4中間範囲スケールです。もしニューヨーク切替スイッチ605、606及び604がイネーブルされ、クロックパルス含むΦ6=(Φsym/8)対応するに渡されるテーブル696、695、または694まで丁正弦波ルックの正弦波を生成するf6、f5、f4デジとして赤。具体的には、正弦波696解像度でξ6=24は、有効な場合、f6正弦波生成周波数f6=Φ6/ξ6=Φsym/(8ξ6)を。この正弦波は周波数4有し回fkeyキー選択頻度及び192分の1シンボル周波数Φsym。同様に中間スケール、正弦波695分解能でξ5=48、有効な場合、正弦波生成f5周波数f5=Φ6/ξ5=Φsym/(16ξ6)。彼の正弦波は周波数2持つ回fkeyキー選択頻度及び384分の1シンボル周波数Φsym。同様に、正弦波694解像度でξ4=96は、有効な場合、正弦波生成f4周波数f4=Φ6/ξ4=Φsym/(32ξ6)を。この正弦波は、周波数を有するに等しいfkeyキー選択周波数と1/768シンボル周波数、Φsym。周波数を有する正弦波を生成するため、f6、f5、f4同一のクロック周波数から来るΦ6=(Φsym/8)波形合成は、それにより、同一の時間増分を採用中間スケール内でデジタル化誤差の前述の問題を回避します。
The same clock Φ sym is a lower frequency rate clock Φ 6 divided by 8 to the generated
正弦波F生成するf3、f2、f1より低い規模で、クロックΦ6をれるカウンタ673に8で除算Φ3低周波数レートクロックを生成する。任意選択スイッチであれば603、602、及び601がイネーブルされ、クロックパルス前記Φ3=(Φsym/64)対応するに渡されるテーブル693、692,または691まで丁正弦波ルックf3の正弦波を生成するためにf3、f2、f1望まれます。具体的には、正弦波693解像度でξ3=24は、有効な場合、正弦波生成するf3周波数f3=Φ3/ξ3=Φsym/(64ξ3)を。この正弦波は有し、周波数f31/2を番目fkeyキー選択周波数及び1/1536シンボル周波数Φsym。同様に下部スケール、正弦波692解像度のξ2=48、有効な場合、正弦波生成するf2周波数f2=Φ3/ξ2=Φsym/(128ξ3)。この正弦波は周波数有し1/4番目fkeyキー選択周波数及び1/3072シンボル周波数Φsym。同様に正弦波691分解能を有するξ1=96は、有効な場合正弦波生成するf1周波数f1=Φ3/ξ1=Φsym/(256ξ3)を。この正弦波は周波数有し1/8番目fkeyキー選択周波数及び1/6144シンボル周波数Φsym。周波数fを有する正弦波を生成するため、f3、f2、f1が同じクロック周波数から来るΦ3=Φsym/64波形合成は、それによって内、同一の時間増分を用い低いデジタル化誤差の前述の問題を回避するスケール。
Sine wave F Generates Φ 3 low frequency rate clock divided by 8 on
カウンターカスケードを使用して、LEDの超低周波音励起、つまり20Hz未満の周波数の正弦波を生成することもできます。出力示すように8分周クロック周波数有するカウンタ674Φ0=(Φsym/512)、セレクタ600によって選択された場合には、正弦波生成0解像度でξ0=24生成された周波数をfで与えられる。f0=Φ0/ξ0=Φsym/(512ξ0)。上記の原則を使用して、スケーリングの概念を拡張して、クロックΦ0によって駆動されるそれぞれの解像度48および96の2つの追加のサインルックアップテーブルを含めることにより、2つのより低い超低周波音周波数f-1およびf-2(必要に応じて)を生成できます。前述の説明では、一定の間隔で構成される時間増分を使用すると、量子化ノイズが最小限に抑えられますが、より大きな高解像度のルックアップテーブルが必要になり、LEDパッド内で必要なメモリ容量が増加します。
Countercascades can also be used to generate infrasound excitations of LEDs, or sine waves with frequencies below 20 Hz. Output As shown, a counter with an 8 -divided clock frequency 674 Φ 0 = (Φ sym / 512), when selected by the
ルックアップテーブルに必要な数のデータポイントがある場合、単一のテーブルを使用して、単一のクロックから複数のオクターブのデータを生成できます。たとえば、24,576ポイントのテーブルを使用して、データポイントあたり0.0146484375°の角度精度で11オクターブにまたがる正弦波を合成できます。合成337,920Hzのクロックを用いて11オクターブユニバーサルプリミティブテーブル、周波数を発生させることができ、例えば、キー個の中オブから範囲Af9=Φsym/ξsym=14,080Hz、9番目のオクターブ下に13.75ヘルツ-1番目のオクターブ(440HzのAを含む)。この例は、以下の表の4番目の列に示されています。同じシンボルクロックレートを使用して、つまり同じテーブル列で、合成された周波数の数を7オクターブだけに減らすと、ユニバーサルプリミティブデータテーブルのサイズは、14,080Hzの範囲にわたる1,536データポイントに縮小されます。9番目のオクターブ下f3=220Hz。 If your lookup table has the required number of data points, you can use a single table to generate multiple octaves of data from a single clock. For example, a table of 24,576 points can be used to synthesize a sine wave that spans 11 octaves with an angular accuracy of 0.01446484375 ° per data point. 11 octaves universal primitive table using the clock of synthetic 337,920Hz, can generate a frequency, for example, range from of in the key number Af 9 = Φ sym / ξ sym = 14,080Hz, under 9 th octave to 13.75 Hz -1st octave (including a of 440 Hz). An example of this is shown in the fourth column of the table below. Using the same symbol clock rate, i.e. reducing the number of combined frequencies to only 7 octaves in the same table column, the size of the universal primitive data table is reduced to 1,536 data points over the 14,080 Hz range. Will be done. 9 th octave lower f 3 = 220Hz.
あるいは、同じ7オクターブのユニバーサルプリミティブテーブルを使用して、より低いシンボルクロックレートを使用することにより、カバーされる周波数帯域をシフトすることができます。5番目に示すように、例えばシンボルクロックレートを用いて、以下の表の列をΦsym=168,960Hz、1,536のデータは8番目オクターブで7,040Hzの範囲をカバーすることができ、プリミティブユニバーサルポイント2位オクターブに110ヘルツまでオクターブオクターブ。テーブルサイズを縮小し、シンボルクロックを小さくすることにより、正弦波周波数範囲とデータテーブルサイズの妥協も可能です。6番目を参照すると以下の表の列、シンボルクロックレートΦsym=42,240Hz6番目オクターブで1,760Hzの正弦波を生成することができるの55Hzに1第オクターブ唯一768を有するルックアップテーブルを用いてオクターブデータポイント。 Alternatively, the same 7-octave universal primitive table can be used to shift the covered frequency band by using a lower symbol clock rate. As shown in the fifth, for example by using a symbol clock rate, the following table columns Φ sym = 168,960Hz, can cover the range of 7,040Hz the eighth octave 1,536 data, Primitive universal point 2nd octave to 110 hertz octave octave. You can also compromise between the sinusoidal frequency range and the data table size by reducing the table size and the symbol clock. Column of the following by referring to the sixth table, the look-up table having a 1 second octave only 768 to 55Hz in can generate a sine wave of 1,760Hz at the symbol clock rate Φ sym = 42,240Hz6 th octave using Octave data point.
ユニバーサルプリミティブ合成を使用する波形合成のプロセスが図54に示されている。チューナ599は、プログラム可能なシンボルクロック生成Φsym=Φref/(32ξfkey)形質転換し、選択キー642に応じて、周波数で変化一つ以上の正弦波にクロックを例えばからf9にf0使用次に、ユニバーサルプリミティブテーブル677は、デジタルゲインアンプ678に従ってプログラム可能なゲインxとブレンドされ、ミキサー630で合計されて、g(t)を生成する。合成された各正弦波について示されているように、クロックΦsymから時間ベースの正弦波テーブル679への変換は、「ξ解像度選択」入力675と利用可能な解像度の選択に依存します。表676は、限定されないが、最小12ポイントから65,536データポイントを有する16ビット解像度までの利用可能なテーブル解像度を示すことが示されている。正弦波ルックアップテーブル677のデータポイントの数によって、使用可能な最大解像度が決まります。
The process of waveform synthesis using universal primitive synthesis is shown in FIG.
ユニバーサルプリミティブテーブルを使用した波形合成では、同じテーブルを使用して、テーブルの精度と同じかそれより低い精度で正弦波を生成します。たとえば、テーブル677の解像度が96ポイント、つまり3.75°の増分である場合、同じテーブルを使用して48、24、または12ポイントの正弦波を生成できます。解像度が高いほど、合成周波数は低くなります。 Waveform synthesis using a universal primitive table uses the same table to generate a sine wave with accuracy equal to or less than the accuracy of the table. For example, if the resolution of table 677 is 96 points, or 3.75 ° increment, you can use the same table to generate 48, 24, or 12 point sine waves. The higher the resolution, the lower the composite frequency.
さまざまな周波数の正弦波は、すべての角度のデータを検索するか、角度を体系的にスキップすることによって合成されます。たとえば、次の表では、周波数Φsym=224,256Hzのシンボルクロックを行00、04、08、0C、10...で使用すると、5,672Hzの正弦波になり、表のすべての行を選択すると、1,168Hzの正弦波になります。
Sine waves of various frequencies are synthesized by searching the data for all angles or by systematically skipping the angles. For example, in the following table, using a symbol clock with frequency Φ sym = 224,256 Hz at
キー選択とカスタム波形合成 Key selection and custom waveform composition
前述のように、周期的な波形生成には固定周波数倍数のカスケードカウンターが含まれるため、波形シンセサイザーは基本的に特定のキーに「調整」されます。ユーザーインターフェース(UI)および結果として生じる操作(UXまたはユーザーエクスペリエンス)が図55Aに示されている、ユーザーが「CHOOSEAKEY」メニュー701を選択すると、さまざまな「音楽」スケール、「生理学的」(報告された医療頻度)スケール、手動入力を含む「カスタム」スケール、および「その他」のキー選択が容易になります。スケール。また、「デフォルト」のスケール設定に戻るための規定も含まれています。LEDパッドにロードされる事前定義されたスケールノート選択を選ぶメニュー「Aキーを入力する」702が表示され設定「音楽」を選択時に「fkeyで261.626Hzの中央Cから中央Bの範囲の入力641をキーを選択」493.883Hz。中間Aが選択された場合、テーブル703に記憶されているように、次に703に従っておけるシンボルクロックカウンタ642に440Hzの「A」の値を転送する電子とΦsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)を生成Φシンボルレートを様々な周波数の正弦波この尺度に基づいて合成され、例えばf9=Φsym/ξ9。オクターブによる模範周波数のテーブルは、チューニングの様々な下に示され、ここで下記に示されているため音楽キーのFを介してC(https://en.wikipedia.org/wiki/Scientific_pitch_notation。示されているスケールは「平均律」チューニングと呼ばれます。
As mentioned earlier, periodic waveform generation involves a cascading counter that is a fixed frequency multiple, so the waveform synthesizer is essentially "tuned" to a particular key. The user interface (UI) and the resulting operation (UX or user experience) are shown in Figure 55A, when the user selects the "CHOOSEAKEY"
F#/G♭からBの調律のさまざまな調律について、オクターブごとの典型的な周波数の表を以下に示します。示されているスケールは「平均律」と呼ばれます。 Below is a table of typical frequencies for each octave for the various tunings from F # / G ♭ to B. The scale shown is called "equal temperament".
UIメニュー701の別のオプションは、「その他」の選択であり、他のスケールを使用して、LEDを変調することができる。共有以下の表に示すピタゴラス、ちょうどメジャー、平均トーン、およびWerckmeister含むこれらのスケール、で中央Cのための周波数を261.626Hzでも律とが、はで異なる相対周波数関係のスパニング12のハーフステップの間オクターブ。例えば、偶数焼戻しスケールで、Aのトーン4中央C以上が440Hzに設定されているが、他のスケールに436.05ヘルツから441.49Hzに変化します。
Another option in the
カスタムモードでは、ユーザーインターフェイス(UI)とその結果の操作(UXユーザーエクスペリエンス)が図1に示されています。図55Bでは、ユーザは「キーを選択」メニュー701を選択し、「その他」を選択して「スケールを選択」メニュー700を開く。次に、ユーザはメニューから代替チューニングを選択する−ピタゴラス、ジャストメジャー、中全音律、ヴェルクマイスターは、「ENTERAKEY」というタイトルのサブメニュー702を開きます。キー(ノート)が選択されると、周波数が下に同調テーブルから選択し、「fkeyにロードされる続いて例えばLEDパッドに移し、最終的にシンボルクロックカウンタ642にロードされた選択キー」キーレジスタ641、キー「A」はWerckmeisterSCAから選択され、次いで、437.05Hzにおける「A」の値は、ルヘルツがロードされるに応じて、シンボルクロックカウンタ642にΦsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)。したがって、シンボルカウンタが生成するシンボルレートΦsym=(32ξfkey)このスケールに基づいて様々な周波数の正弦波が合成されそこから)、例えばf9=Φsym/ξ9。キー周波数fkeyを使用してΦsymを生成するため、それに応じて9オクターブスケール全体が調整されます。たとえば、fkey=f4に設定されている437.05Hz次いでf5=2f4=874.1Hz、f6=4f4=1,748.2Hz。
In custom mode, the user interface (UI) and the resulting operations (UX user experience) are shown in Figure 1. In FIG. 55B, the user selects the "Select Key"
スケールはオクターブにわたって変わるが、それらは比較の目的のために示された例のための周波数Cのすべての一致互いには、第五の5位オクターブC5周波数がfで、テーブルの下にあるすべての一致に示すf5=525.25Hz=2f4。ピタゴラス(Pythagorean)、ジャストメジャー(JustMajor)、および中全音律(Mean−tone)で使用される表記法は、シャープ#とフラットの使用においてヴェルクマイスター(Werckmeister)音階や中全音律とはわずかに異なります♭。PBTの有効性のチューニングの正確な違いは十分に特徴付けられていませんが、科学的研究PBT治療の治療効果は明らかに頻度に依存することが確認されています。Physioの場合、UIメニュー701、項目「生理」が選択され、周波数スケールは、治療的に有益であることが、これらの医療研究で報告fkeyの値のために使用される。それ以外の場合は、代わりに図56に示すカスタムボタンを使用する。メニュー701が選択されると、カスタムの「キーを入力する」メニュー7704を含むUX応答が現れる。入ると、キーパッドの数字を例えば示すように444ヘルツ、及びDONEボタンを押す、fkeyキー641を選択レジスタカスタムキー値444ヘルツでロードされ、この値は、次に使用されるシンボルクロック発生器642に転送されます。関係Φに応じて、シンボルクロックカウンタ642を使用してシンボル・クロック・レートを計算Φsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)、出力Φsym=(32ξfkey)。
All scales vary over an octave, but they All match each other in the frequency C for example shown for purposes of comparison, at the
開示されたPBTシステムはまた、同じオクターブ内の3つの周波数の和音、すなわち、三和音を含み、任意選択で、和音のルートノートより7番目または1オクターブ高い追加の周波数を有する励起パターンを生成することができる。アルゴリズムコードビルダーのブロック図を図57Aに示す。に従い、チューナ590セット、fkeyキー642を選択し、周波数とシンボルクロック生成Φsym=(32ξfkey)順にコードビルダーは、周知の数学的関係を使用して和音構成アルゴリズム680に供給されます)681の選択された前後「オクターブ、コード・ブレンド選択」入力に応じて各種の共通コード・タイプの周波数成分を生成するコードビルダーメニュー688トライアドのコードはオクターブの選択含むルートノートのれるコードが構築されるのと実装するコードのタイプ、つまり、メジャー、マイナー、ディミニッシュ、オーグメント、またはカスタム。クワッド和音は、7含ま番目、マイナー7番目、主要7番目または任意の前述のトライアドルート上で追加のノート1オクターブとを。成分周波数の相対的な振幅または「ブレンド」も表688で指定されており、コードのルートノート、その3番目、5番目、およびオプションでルートの1オクターブ上の7番目またはノートのボリュームが含まれます。
The disclosed PBT system also chords of three frequencies in the same octave, i.e., comprises a triad, optionally, generating an excitation pattern having a seventh or one octave higher additional frequency than chord root note be able to. A block diagram of the algorithm code builder is shown in FIG. 57A. In accordance, the
動作中の和音構成アルゴリズム680の用途シンボルクロックΦsym用のスケーリングされた画分4つの正弦波を合成するテーブル682B、684、683および682A、最大4つのルックを駆動する周波数の基本ルートでf♪fは、周波数における第三のf♪3、周波数f♪5、および周波数f♪tのルートより1オクターブ高い音(選択に応じて)の7番目または1オクターブ上の音。次に、3つまたは4つの周波数は、デジタル利得増幅器685a、686、687、および685bに従って、それぞれ利得A♪f,A♪3,A♪5およA♪tとブレンドされ、加算ノード630で混合されて、を生成するg(t)(♪は四分音符を表す)。
Use of
ノートの正確な周波数和音で依存選択オクターブ681の値にしての値でfkeyのキー642を選択し、であるバイナリカスケードカウンタのチューニングやキー。これらのシンセサイザー設定は、コードの基本とも呼ばれる周波数またはルートノートを決定します。コードの残りの音符は、一般的な音楽コードの周波数比を説明する次の表(https://pages.mtu.edu/〜suits/chords.html)に従って、コードの基本周波数に対する比として計算されます。
Exact the frequency chords value of the value of the
コードビルダーは、事前定義された治療およびセッションで使用されるライブラリ要素であることができるが、コードはまた、図57Bの例に示されるようなUIメニューを使用して作成され得る。コードから選択することができるコード「コードを選択してください」メニュー705メジャー、マイナー、減少、増大、減少、カスタム、7番目を含む、マイナー7番目と主要7番目の和音。カスタムコードを選択すると、BUILDACHORDメニュー706が開き、ユーザーはコードのオクターブ、コードのルートノート、3番目のノート、つまり次に高いノート、5番目のノートを選択できます。つまり、3番目に高い音符であり、オプションで、ルートの1オクターブ上の音符を含めるかどうか。ルートノートが選択されると、ノートが次に高いオクターブに伸びている場合でも、3番目、5番目、および+1オクターブのノートが昇順の周波数で単調に配置されます。コードの2番目と3番目の反転は、コードのルートとして最も低いピッチの音符を使用して、カスタムコードとして入力する必要があります。上下の矢印を使用して調整しない限り、ノートの音量は均等に重み付けされます。パラメータが入力されると、タイムアウト期間の後、またはダブルスクリーンタップなどの他の手段によって通知されると、パラメータはデータテーブル688にフォーマットされ、最終的に正弦波が存在するインテリジェントLEDパッド内のコード構築アルゴリズムブロック680に転送されます。ルックアップテーブル677、デジタルゲインステージ678、およびミキサー630はg(t)を作成します。「和音を選ぶ」メニュー705から別のメニュー項目が選択された場合、別のサブメニュー(図示せず)が開き、ユーザーは構成周波数成分のオクターブと相対振幅ミックスを選択できます。ただし、サブメニューでは、マイナー、メジャー、ディミニッシュなどのコードに存在する相対周波数が正確に定義されているため、ユーザーはノートを変更できません。
Code builders can be library elements used in predefined treatments and sessions, but code can also be created using UI menus as shown in the example in Figure 57B. Code "Please select the code"
図44のシンセサイザーブロック図に戻る、合成された波形またはそれがどのように作成されたかに関係なく、PWMジェネレータ555がPWMデューティに値を実行するためには、波形g(t)を処理してその範囲を0.000〜1.000に制限することによりf(t)553を作成する必要があります係数変換ΨP[f(t)]PWM変調パルスの最大デューティ比が100%であるため、ファイル488外シンセを作成するために必要であり、その後、完全なクロックサイクルに対して1つ、1.000を超えるデータのPWM表現不可能である。このようなPWM変換は、0%≦に限定されるようにΨP[f(t)]≦100%、したがって0.000≦f(t)≦1.000。オートレンジ動作584平均化関数g(t)しながら、範囲のデータとF(t)をすることの単位機能−であり間0.000と1.000。
Returning to the synthesizer block diagram of FIG. 44, regardless of the synthesized waveform or how it was created, the
この機能の例が図58Aに示されている、の和の正弦波662、663、コード669664の結果正弦波のそれぞれが延びるが、全範囲を0.000から1.000に、コード669における正弦波の和は、の全範囲に及ぶありませんユニット関数。このように、数学的平均具体コードの0.5は、残っている定数が、周期的な時変関数は延びていない、完全な範囲の0.5±0.5。図58Bに示すように、コード669は0.13−0.87までしか伸びず、フルレンジの74.4%を再設定します。平均化機能は、スカラーのAαをで増幅された時間変成分の振幅を増加させるために。設定することにより、Aα=1.344曲線669は、に上昇さ関数の平均値のずれを防止するためにコード689によって示されるように全範囲、補正項0.5(1-Aα)関数を防止するために0.5を中心に維持するために含まれていますクリッピング。その結果、平均値が0.5の単位関数f(t)、合成された波形g(t)と同じ動的時間変化周波数成分を持つフルスケール周期関数が得られます。
An example of this function is shown in FIG. 58A, the sum of the
図59は、PWMジェネレータ機能555がユニット機能f(t)553を、PWM波形Gsynth(t)490を記述するシンセ出力ファイル488に変換するプロセスを示す。示されるように、関数表554は、時間tΦ対関数の値の記述を含む。各時間増分でのf(t)。たとえばtΦ=5μsでは関数f(t)=0.5であ、tΦ=10μsで関数の値がf(t)=0.8に変わるまでその値のままです。変換の出力ΨP[f(t)]は、時刻tにおけるPWMテーブル489には、この時間依存テーブルを変更状態がハイになるton=5.00μs、であり、LEDはオンにし、時間tΦ=5.10μsマイクロ秒時間tΦ=5.20になるまでLEDはオフになり、LEDは再びオンになります。0.10μsとT=1/Φx期間の持続時間5.00から5.10へのLEDので、その後LEDが再度オンされるまでは、5.00から5.20である、又は0.20マイクロ秒の持続時間でパルスのデューティ比D=(ΔtΦ/T)=(10μs/20μs)=0.50または50%、次いでデューティファクタは、関数に等しいf(t)=0.5このインターバルの間および時刻までtΦ=10μsのデューティ比が0.8に切り替わりまたは80%。結果として得られるシンセアウトファイル488は、PWMパルスストリング675でグラフィカルに示されている。
Figure 59 shows a process
変換用いてPWM出力490の例ΨP[f(t)]は、図60中の非正弦波関数の種々のために示されています定数関数560のためのPWMビットストリーム670を含むf(t)=1.000、鋸歯状関数561のためのPWMビットストリーム671、及び三角関数562のためのPWMビットストリーム672と同じPWM変換ΨP[f(t)]は、三角形のような単純なトーン、ギターやバイオリンのようなストリング、シンボルクラッシュなどの複雑なトーン、音楽など、あらゆるオーディオサンプルのオーディオサンプルをエンコードするために使用できます。
Example Ψ P [f (t)] of
PWMプレーヤーの操作 PWM player operation
図43のブロック図を再検討する、出力Gsynth(t)=ΨP[f(t)]の波形シンセサイザ483の入力PWMプレーヤ484PWMプレーヤーは、その後組み合わせているGsynth(t)との波形Gpulse(t)農産物に492パルス列493PWMプレーヤーの機能は2つあります。
・オーディオスペクトルPWMパルス列Gpulse(t)を生成するを動的にして制御デューティ比DPWM。
・動的な「ゲーティング」を実行すること、つまり、Gsynth(t)の状態に基づいてGpulse(t)のコンテンツをブロックまたは渡すこと。
To review the block diagram of FIG. 43, the input PWM player 484PWM
-Audio spectrum PWM pulse train G pulse (t) is generated dynamically and the control duty ratio D PWM .
- Dynamic performing the "gating", i.e., G pulse (t) block or pass it the contents of based on the state of G synth (t).
上記の関数の真理値表は、次のように論理擬似コードとして記述できます。 The truth table for the above function can be written as logical pseudocode as follows:
以来、Gpulse(t)はPWM列備えるパルスの、高および低論理状態との間の波形を交互に。具体的には、機能Gpulse(t)=1、すなわち、PWMパルス492がそのハイまたは論理「1」状態にあるときはいつでも、Gsynth(t)のデジタル状態は、PWMプレーヤー484の出力で正確に再現される。たとえば、Gpulse(t)=1の場合、Gsynth(t)=1の場合、PWMプレーヤー484の出力は高くGsynth(t)=0の場合、PWMプレーヤー484の出力は低くなります。ただし、関数Gpulse(t)=0、つまりPWMパルス492がロー状態または論理「0」状態にあるときは常に、Gsynth(t)のデジタル状態は強制的にゼロになり、次の状態は無視されます。入力Gsynth(t)。論理的には、この関数は「AND」ゲートと同じです。数学的には、PWMプレーヤー492の出力が積Gsynth(t)・Gpulse(t)で与えられるデジタル乗算と同等です。PWMプレーヤー492の実際の実装は、ハードウェア、ソフトウェア/ファームウェア、またはそれらのいくつかの組み合わせで達成され得る。
Since then, the G pulse (t) alternates between high and low logic states of the pulses provided by the PWM sequence. Specifically, the function G pulse (t) = 1, that is, whenever the
図61Aに概略的に示されるように、PWMプレーヤー484は、PWMクロックカウンタ710、パルス幅変調器711、デジタルインバータ712aおよび712b、および論理積ゲート713を備える。PWMプレーヤー491への入力には、クロック基準Φref、シンセアウト488、およびPWMプレーヤーパラメトリック491が含まれます。動作において、基準クロックΦref=5MHzでは、周期Tref=0.20μsと時間基準を提供入力としての発生、PWMカウンタ710にPWMクロックΦPWM=20kHzのを。W周期Ti番目のTPWM=5μs、250倍より長い基準クロックΦrefの周期、幅変調パルス711は、PWMのシーケンスを生成するには、492パルス変化する持続時間ton=DPWMTPWMは、テーブル714に従って作られたPWMに定義されプレーヤーパラメトリック入力491。たとえば、表714の0〜180秒では、Gpulse(t)が2,836Hzの周波数で60%のデューティ係数でパルスされ、その後、パルス周波数が584Hzに変化します。時間t=360秒で、パルス周波数は2,836Hzに戻ります。パルス列492の観点から、180秒に0から間隔中の期間TPWM=0.43msオン時間、パルスがハイ状態にある期間の一部が、Tによって与えられ、ton=DPWMTPWM=(60%)(0.43ms)=0.26ms。
As schematically shown in FIG. 61A, the
パルスのオフ部分は、toff=TPWM-ton=(0.43ms)-(0.26ms)=17msで与えられます。パルス周波数が584Hzに変化すると、周期は1.712msに増加し、オン時間は1.027msになります。したがって、パルスストリング492は、表491に指定された動的条件に従って、パルス幅変調器711によって動的に生成される。ゲートPWMパルスストリング493として示されるPWMプレーヤー484の出力は、波形シンセサイザーから出力される波形494が埋め込まれている。
The off part of the pulse is given by to off = T PWM -t on = (0.43ms)-(0.26ms) = 17ms. When the pulse frequency changes to 584Hz, the period increases to 1.712ms and the on-time becomes 1.027ms. Therefore, the
パルスの操作幅モジュラ711本質的に2つの備えて順次、オフ時間カウントするため、時間上の他をカウントするカウンタ、いずれかをここでGpulse(t)=1とtonの間に間隔及びGpulse(t)=0時toff間隔。論理疑似コードでは、パルス幅変調器711の動作は、以下のサブルーチンを定義することによって記述することができる。
Pulse operation width modular 711 essentially sequential comprises two, in order to off-time count, the counter for counting the other on the time interval either between where G pulse (t) = 1 and t on and G pulse (t) = 0 o'clock to off interval. In the logical pseudo code, the operation of the
「パルス幅変調器」と題された上記のサブルーチンは、ブロック711と同じ機能を実行する、すなわち、持続時間tonおよびaの間、論理1状態で交互のデジタルパルスを含む間隔Δtのループを実行するソフトウェア擬似コード記述である。クロックのカウントTref=1/ΦrefがΔtを超えるまで、論理0状態を継続時間(TPWM-ton)繰り返します。変数[Δt、TPWM、ton]は、テーブルルックアップが次の値で指定される次の例示的な実行可能擬似コードに示されているように、テーブル714またはPWMプレーヤーパラメトリック49で定義されたシーケンスからサブルーチンにロードされます。(行、列)ペア、つまり早見(行、列)。ここで、行は定義済み変数です。
The above subroutine entitled "Pulse Width Modulator", to perform the same function as
説明したように、上記の実行可能な擬似コードは、テーブル714を繰り返し読み取り、その持続時間Δt、PWMパルス周期TPWM、およびPWMパルスオン時間tonの引数を使用して、サブルーチン呼び出しパルス幅変調器にデータをロードし、行をインクリメントします。各ループが完了した後の番号。たとえば、行=0を開始する場合、Δtは、テーブルの最初の列の2番目の行と最初の行のエントリの時間の差によって計算されます。つまり、早見(2,1)=180秒、早見(1,1)=0、したがって、コードの最初のループでΔt=180秒。同様に、最初の行と4番目の列では、PWM期間のデータはTPWM=早見(1,4)=0.43msであり、最初の行と5番目の列では、PWMの1回のデータはtです。ton=早見(1,5)=0.26ms。回の終わりに、行番号が1から2にインクリメントされるため、新しいデータが2番目の行から読み取られます。ここでΔt=[早見(3,1)-早見(2,1)]=[360秒-180秒]=180秒、TPWM=早見(2,4)=1.712ms、およびton=早見(2,5)=1.027ms。 As described, the viable pseudocode above repeatedly reads Table 714 and uses its duration Δt, PWM pulse period T PWM , and PWM pulse on time ton arguments to call the subroutine call pulse width modulator. Loads the data into and increments the rows. The number after each loop is completed. For example, if you start row = 0, Δt is calculated by the time difference between the entries in the second row and the first row in the first column of the table. That is, Hayami (2,1) = 180 seconds, Hayami (1,1) = 0, and therefore Δt = 180 seconds in the first loop of the code. Similarly, in the first row and fourth column, the data of the PWM period is T PWM = Hayami (1,4) = 0.43ms, in the first row and fifth column, PWM of one data Is t. to on = Hayami (1,5) = 0.26ms. At the end of the round, the row number is incremented from 1 to 2, so new data is read from the second row. Here, Δt = [Hayami (3,1) -Hayami (2,1)] = [360 seconds-180 seconds] = 180 seconds, T PWM = Hayami (2,4) = 1.712ms, and ton = Hayami. (2,5) = 1.027 ms.
ヌルエントリまで、このプロセスが継続TPWMがされ、遭遇する、であるTPWM=早見(行,4)=0、プログラムの実行を終了します。したがって、示されるように、PWMプレーヤー484およびパルス幅変調器711の機能は、ソフトウェアまたはハードウェア、あるいはそれらのいくつかの組み合わせを使用して実行することができる。
Until a null entry, this process continues T PWM and encounters T PWM = Hayami (line, 4) = 0, ending program execution. Thus, as shown, the functions of the
例えば、PWMプレーヤー484の機能は、図61Bに概略的に表されている含むセット/リセットフリップフロップ又はS/Rラッチ720、tonおよびtoffカウンタ721及び722、起動抵抗733、並びに,ANDゲート723と724、725インバータあり、tonおよびtoffレジスタ726および727および動作中、始動抵抗器733は、Q出力を論理ハイまたは「1」状態に設定するS/Rラッチ720のS入力を引き上げる。この0から1への論理遷移の立ち上がりエッジは、カウンタ721のtonのロード機能をトリガーし、tonレジスタ726からカウンタにデータをコピーする。Q出力の論理ハイ状態もまた、ANDゲート723への入力であり、その逆状態は、インバータ725の出力が、ANDゲート724への論理「0」入力を提示する。
For example, the function of
そのようなものとして、クロックΦPWMからのクロックパルスは、ANDゲート723を通ってトンカウンタ721にルーティングされるが、ANDゲート724によってタフカウンタ722に到達するのをブロックされる。したがって、トンカウンタ721は、持続時間トンの間カウントダウンする。そのカウントダウンの間、トンカウンタ721の出力は論理「0」状態のままであり、S/Rラッチ720に影響を及ぼさない。同時に、toffカウンタ722のクロック入力動作の欠如が中断されます。関連するタイミング図を参照すると、Txから(Tx+ton)までのこの間隔の間、PWMクロックΦPWM728はカウントを継続し、S/Rラッチ720へのR入力を含むリセット信号729はローのままであり、S入力を含むセット信号730はS/Rラッチ720はローのままであり(起動パルスは示されていない)、出力Gpulse(t)731はハイのままである。
As such, the clock pulse from the clock Φ PWM is routed through the AND
tonカウンタ721が間隔tonのカウントダウンを完了すると、リセットパルス734によって示されるように、カウンタの出力は瞬間的にハイになる。同時に、Q出力の立ち下がりエッジは、インバータ725の出力に立ち上がりエッジを生成し、toffレジスタ727データのタフカウンタ722へのロードをトリガーする。ANDゲート724へのロジックハイ入力により、ΦPWMクロックをタフカウンター722にルーティングすることができます。関連するタイミング図を参照すると(Tx+ton)から(Tx+TPWM)までのこの間隔の間、PWMクロックΦPWM728はカウントを継続し、S/Rラッチ720へのR入力を含むリセット信号729はローのままです(リセットパルスを除く)間隔の開始時に734)、S/Rラッチ720へのS入力を含む設定信号730はローのままであり、出力Gpulse(t)731はローのままである。カウンタがtoffの間隔の後にゼロにカウントダウンすると、その出力は、S/Rラッチ720のQ出力を論理「1」状態に切り替えてトンレジスタから現在の値をロードする短いセットパルス732を生成します726をtonカウンタ721に入れ、プロセス全体を再開する。示されているように、Gpulse出力731は、持続時間ton=DPWMTPWMの論理High状態から持続時間toff=(1-DPWM)TPWMの論理Low状態に切り替わります。設定パルス732がトリガーされるたびに、トンレジスタ726の現在の値がトンカウンタ721にロードされる。同様に、リセットパルス734がトリガーされるたびに、タフレジスタ727の現在の値がtoffカウンタ722にロードされる。このようにして、PWMプレーヤーパラメトリックファイル491は、PWMプレーヤーの周波数およびデューティファクタを動的に変更して、ソフトウェアと同等の実装と同じ波形。起動時にS入力をS/Rラッチ720にハイにプルするために使用される抵抗器733は高抵抗を有し、起動が終了して回路への電力が安定すると、タフカウンタ722からの論理ロー状態出力を克服できないことに留意されたい。
When t on counter 721 completes the count down interval t on, as indicated by the
結論として、PWMプレーヤーでは、周波数fPWMと対応するデューティファクタDPWMが特定の再生ファイルに従って時間とともに変化し、それによってトンとタフの持続時間が変化するパルスのPWMシーケンスが定義されます。パルス幅変調器のパルス周波数fPWM=1/TPWMは、変調器の駆動に使用されるPWMクロックΦPWM=20kHzよりも周波数が低いことに注意してください。さらに、PWM周波数fPWMは、波形シンセサイザーブロックのPWMジェネレータΨP[f(t)]で使用されるオーバーサンプリングされたクロックΦsymをはるかに下回っています。つまり、1/Φsym>>1/ΦPWM≧fPWM。 In conclusion, the PWM player defines a PWM sequence of pulses in which the frequency f PWM and the corresponding duty factor D PWM change over time according to a particular playback file, thereby changing the duration of tons and tons. Note that the pulse frequency of the pulse width modulator f PWM = 1 / T PWM is lower than the PWM clock Φ PWM = 20 kHz used to drive the modulator. In addition, the PWM frequency f PWM is well below the oversampled clock Φ sym used in the PWM generator Ψ P [f (t)] of the waveform synthesizer block. That is, 1 / Φ sym >> 1 / Φ PWM ≧ f PWM .
LEDドライバーの操作 LED driver operation
分散型PBTシステムのLEDプレーヤーの第3段階はLEDドライバー回路です。図43を参照すると示されるように、LEDドライバ485がその入力Gsynth(t)・Gpulse(t)をオプションの時間依存基準電流496と共に1つまたは複数のアナログ制御信号、すなわちLED駆動ストリーム497に変換する場合の機能。集合信号は、に等しくαIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、その後で、私たちは、多数のLEDストリングの電流を制御するために、編模範波形498によって示されるように。
The third stage of the LED player in the distributed PBT system is the LED driver circuit. As shown with reference to FIG. 43, the
LEDドライバ動作のより詳細は、図62のLEDドライバ485のブロック図に示されている。なお、図が示す2つのPWMパルス列入力IN1493及びIN2750及びLEDストリング743Aおよび743bを駆動するための2つだけの出力が、それはPBTの当業者には理解されるであろう任意のn個の合成波形のアンバー、例えば1〜16が必要な場合があり、LEDストリングの数はn=1〜36ストリング(または大型デバイスではさらに多く)まで変化する可能性がありますが、小さいLEDパッドの場合、ストリングの数は8〜24の範囲になる可能性があります。また、シリーズの数はLEDの「m」があれば、総直列接続は+VLEDよりも大きい電圧を必要としないことを文字列に文字列から変化することができる接続が理解される適切に動作させます。
More details of the LED driver operation are shown in the block diagram of the
ドライバ485は、入力ごとに2つのバッファを含んでいるLED示すように、例えばIN1インバータ744a及び744bを必要とし、IN2インバータ745a及び745b、並びにPWMクロックカウンタ710を備え、LEDパッドコントローラ747、出力の複数のチャネルを必要とするILED1、ILED4、...各チャネルには制御された電流ソースまたはシンクが含まれ、オプションでD/Aコンバータと関連するIrefデータレジスタが含まれます。例えば、示されるように、ILED1出力は、LEDストリング743aを駆動する制御電流シンク740、基準電流Iref1生成するD/A変換器741、および関連するIref1データレジスタ742aを含む。同様に、ILED4出力は、制御電流シンク740d駆動LEDストリング743d、基準電流Iref4生成するD/A変換器741d、および関連するIref4データレジスタ742dを含む。オプションのクロスポイントマトリックス746は動的に割り当てるために使用されている、のマップ、入力IN1とIN2において、出力Iに等、ILED1,ILED2,ILED3,ILED4,ILED5...必要に応じ。PWM波形入力とは別に、Gsynth(t)・Gpulse(t)LEDドライバ485には、LEDドライバパラメトリックファイル749と基準クロックΦrefも必要です。
The driver 485 requires, for example, IN 1
動作中、入力波形は、割り当てられたLEDストリングの電流を動的に制御する出力チャネルにマッピングされます。例えば、波形493は、IN1入力され、次に、クロスポイントスイッチ746を介して、電流シンク740aおよび他のチャネル(図示せず)へのデジタルEn1入力にマッピングされる。付随する凡例に詳述されているように、クロスポイントスイッチの黒丸は、閉じたスイッチ、つまり接続を示し、白丸は接続がない、つまり開回路を示します。同様に、波形750は、IN2入力され、次に、クロスポイントスイッチ746を介して、電流シンク740dへのデジタルEn2入力および他のチャネル(図示せず)にマッピングされる。同時に、PWMクロックΦPWMによって同期ように、アナログ信号Iref1、電流シンク740aに供給され、アナログ信号Iref4、電流シンク740Dに供給されます。電流のIref1とIref4さによって設定されたデジタル値にロードにIref1とIref4742aおよびレジスタ742dに対応することによりD/A変換器の741aと741d。得られた波形748aと748d制御電流ILED1=αIref1とILED4=αIref4。設計、実装、および動作電流シンク(または電流源が)さに記載の標本図20Aから図23C。LEDドライバ機能はまた、入力が出力に最初のマッピング、二段階でソフトウェアを使用して指定して実行することができ、例えば
During operation, the input waveform is mapped to an output channel that dynamically controls the current of the assigned LED string. For example,
このマッピングを動的に変更することは可能ですが、マッピングは治療ごとに1回だけ実行され、治療全体を通して変更されないままになる可能性が高くなります。多くの場合、単一の入力のみが使用されます。現在の各チャネルの現在の実行可能コードは、定数値に固定できます。 It is possible to change this mapping dynamically, but the mapping is performed only once per treatment and is likely to remain unchanged throughout the treatment. Often only a single input is used. The current executable code for each current channel can be fixed to a constant value.
製造キャリブレーション中、エラー項または曲線Icalibは、各チャネルの不揮発性メモリに保存されます。たとえば、Icalib1=1.04mA,Icalib4=-0.10mA,Icalib4=0.90mAです。LEDパッドには、ミラー比αの値も格納されます。たとえば、α=1/β=1,000,1000の場合、mAの出力電流には対応するマイクロアンペアの基準電流が必要です。再生を開始する前に、パッドμCは各チャンネルのIrefの値を計算して保存します。 During manufacturing calibration, the error term or curve I Calib is stored in the non-volatile memory of each channel. For example, I calib1 = 1.04mA, I calib4 = -0.10mA, I calib4 = 0.90mA. The value of the mirror ratio α is also stored in the LED pad. For example, when α = 1 / β = 1,000,1000, the corresponding microampere reference current is required for the output current of mA. Before starting playback, Pad μC calculates and saves the I ref value for each channel.
Iref値は、プログラム実行の前に、揮発性メモリ内のIrefレジスタ742a、742d、742eなどに同等のデジタル形式で格納される。ターゲットLED電流の値が変化した場合、プログラムの実行前にレジスタ値を上書きするか、治療の進行に合わせて動的に「オンザフライ」で上書きすることができます。例えば、実行可能な擬似コードを使用して、動的LEDドライブは、以下を含み得る。 The I ref value is stored in an equivalent digital format in the I ref registers 742a, 742d, 742e, etc. in the volatile memory before the program is executed. If the value of the target LED current changes, the register value can be overwritten before the program is executed, or it can be dynamically overwritten "on the fly" as the treatment progresses. For example, using executable pseudo-code, a dynamic LED drive may include:
実行中、各チャネルのIrefの値は、[ILED+Icalib]αによって設定されますここで、ILED1=早見「ドライブ」(行,2)、ILED4=早見「ドライブ」(行,5)などで、列2のセルILED2のLED電流ドライブデータが含まれ、列5にはILED4データなどが含まれます。カラム2細胞はIのLED駆動電流のデータを含む場合とLED2、カラム5はI含まLED4の列の値は、治療のために様々な間隔を定義するために使用されるデータなど、たとえば540秒まで20mAアを行い、その後搬送します23mA。
During execution, the Iref value for each channel is set by [I LED + I calib ] α where I LED1 = quick look "drive" (row, 2), I LED4 = quick look "drive" (line, 5). And so on, the LED current drive data of cell I LED2 in
すべてのチャネルに同じ電流が流れている場合は、以下に示すように、チャネル固有の列をテーブルから削除して、単一の列に置き換えることができます。 If all channels have the same current, you can remove the channel-specific columns from the table and replace them with a single column, as shown below.
プログラムは、たとえば治療頭痛の例のように、テーブルではなく関数を呼び出すこともできます。 The program can also call a function instead of a table, for example, in the case of a therapeutic headache.
上記の例では20mAの正弦波は、基準電流の数学的関数によって生成されるILED(t)は、定義された周波数で、例えば使用、5.5HzのΦrefを(必要に応じて又はその複数)時計。所望の出力電流ILED(t)の各インスタンスでは、変換される前に、キャリブレーションテーブルデータによりチャネルごとに補正されたミラー比によってαに対応した基準電流Iref1の等レジスタ742a、742、742e、指示に従って「集合t=t+(1/Φref)」時刻tにおける各ループは、時間(1/Φrefをインクリメントさ)と合計は、それによって前の値を上書きし、変数tにバックを記憶します。そのため、変数tは、プログラムのループごとにインクリメントされるクロックとして機能します。クロックカウント繰り返しの固定周期で正弦波を生成し続けるTLED=1/fLED末端条件T≧のTまで端が満たされま。
In the above example, a 20 mA sine wave is generated by a mathematical function of the reference current, the LED (t) is used at a defined frequency, eg, 5.5 Hz Φ ref (if necessary or its). Multiple) Clock. In each instance of the desired output current I LED (t), the
分散型PBTシステムのLEDプレーヤー LED player for distributed PBT system
図43のLED再生動作において、はT彼波形シンセサイザ483の配列、PWMプレーヤ484、及びLEDドライバ485は、再生動作時にLED駆動ストリーム497を生成するが、波形合成はクロック周波数Φsymので行われる、有意オーディオ周波数スペクトルの上であることをここでΦsym>>20kHzで、PWMクロックΦPWMながらPWMプレーヤ484によって使用され、LEDクロックΦLEDLEDプレーヤによって使用される485は、Φオーディオスペクトルで動作するPWM≦20キロヘルツとΦLED≦20kHz。要約すると、LEDプレーヤーの操作には以下が含まれます
・単位関数発生器を使用して数学的に、またはオーバーサンプリングされたルックアップテーブルベースのプリミティブプロセッサを使用して、時間依存のアナログ単位関数f(t)を生成します。
・変換G用いてPWMパルスストリームにユニット関数f(t)を変換Gsynth(t)=ΨP[f(t)]。
・可聴スペクトルPWMパルスストリングGpulse(t)を生成します。
・Gsynth(t)とPWMパルスストリングGpulse(t)のゲーティング、つまり論理ANDを実行して、乗法単位関数出力Gsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。
・アナログ電流αIref(t)の時間変化とともに駆動のLEDプレーヤーのユニット関数出力によりパルスをれるILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)。
In the LED reproduction operation of FIG. 43, the arrangement of the T-he waveform
-Convert unit function f (t) to PWM pulse stream using conversion G G synthesize (t) = Ψ P [f (t)].
-Generates an audible spectrum PWM pulse string G pulse (t).
-Gating of G synthesize (t) and PWM pulse string G pulse (t), that is, logical AND is executed to generate the multiplication unit function output G synthesize (t) and G pulse (t).
-I LED = αI ref (t), G synthesize (t), and G pulse (t), which can be pulsed by the unit function output of the LED player driven with the time change of the analog current αI ref (t).
図63〜図65は、波形の様々な開示されたLEDプレーヤーの汎用性を実証する例を示します。 Figures 63-65 show examples demonstrating the versatility of various disclosed LED players with waveforms.
図63Aは定数を示し、一定の時間不変Gsynthで得られたf(t)=1機能761波形762ΨP[f(t)]=100%。一定ΨP[f(t)]はそしてD=50%がパルス列生成のPWMパルス列773aによって乗算される含む774aGsynth(t)・Gpulse(t)を。一定の基準を乗じ781aは20mAの電流を生成するために、彼は、波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)、得られた20mAアのピーク方形波備え802a50%のデューティファクタとを10mAの平均電流。
FIG. 63A shows a constant, and f (t) = 1
図63Bは、一定の時間不変Gsynthを生じる一定のf(t)=1機能761示す波形762ΨP[f(t)]=100%。一定ΨP[f(t)]はそしてD=20%製造パルス列のPWMパルス列773bと乗算される値を有する774bGsynth(t)・Gpulse(t)を。定数を乗じレンス781b50mAを生成するためにはT彼得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、20%のデューティファクタで20mAピーク方形波802bを含み10mAの平均電流。
FIG. 63B shows a waveform 762Ψ P [f (t)] = 100% showing a constant f (t) = 1
図63Cは、一定の時間不変Gsynthを生じる一定のf(t)=1機能761示す波形762ΨP[f(t)]=100%。一定ΨP[f(t)]はそしてD=95%、パルス列生成してPWMパルス列773cで乗算される含む774cGsynth(t)・Gpulse(t)を。定数を乗じたが参照10.6mAを生成するENCEの781cを、彼得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)が含む10.6mAのピーク方形波802cと95%のデューティファクタおよび10mAの平均電流。
FIG. 63C shows a waveform 762Ψ P [f (t)] = 100% showing a constant f (t) = 1
図63Dは、一定の時間不変Gを生じる一定のf(t)=1機能761示すシンセ波形ΨP[f(t)]=100%一定ΨP[f(t)]はそしてD=50%製造パルス列のPWMパルス列773aによって乗算される値を有する774aGsynth(t)・Gpulse(t)。乗じ2生成する基準781d段差25mAに25%を昇圧を、彼得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)、20mAのピーク正方形を含みますデューティファクタが50%で平均電流が10mAの波形802cは、デューティファクタが50%で平均電流が112.5mAと25mAピーク方形波にステップアップします。
FIG. 63D shows a constant f (t) = 1
図63Eは、一定の時間不変Gsynthを生じる一定のf(t)=1機能761示す波形762ΨP[f(t)]=100%一定ΨP[f(t)]次に定数を乗じてD=100%で値771はで製造定数値772たGsynth(t)・Gpulse(t)=100%。乗じたパルス基準782を生成するために20mA方形波を彼得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)が50%のデューティファクタで20mAピーク方形波802Aを含みます平均電流は10mAです。
FIG. 63E shows a waveform 762 Ψ P [f (t)] = 100% constant Ψ P [f (t)] showing a constant f (t) = 1
図63Fは、一定の時間不変Gsynthを生じる一定のf(t)=1機能761示す波形762ΨP[f(t)]=100%一定ΨP[f(t)]はそしてD=100%が一定値生成と定数値771で乗算され772たGsynth(t)・Gpulse(t)=100%。正弦波リファレンス783を掛けて、20mAの正弦波を生成します。得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、10mAの平均電流が20mA正弦波803aを含みます。
FIG. 63F shows a waveform 762 Ψ P [f (t)] = 100% constant Ψ P [f (t)] showing a constant f (t) = 1
図63Gは、一定の時間不変Gsynthを生じる一定のf(t)=1機能761示す波形762ΨP[f(t)]=100%一定ΨP[f(t)]はそしてD=100%が一定値生成と定数値771で乗算された772たGsynth(t)・Gpulse(t)=100%。アナログ−デジタルサンプル784aを掛けて、ピーク値が20mAの撥弦楽器を生成します。得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、20mAのサンプル804含む10mAの平均電流とを。
FIG. 63G shows a waveform 762 Ψ P [f (t)] = 100% constant Ψ P [f (t)] showing a constant f (t) = 1
図63Hは、一定の時間不変Gsynthを生じる一定のf(t)=1機能761示す波形762ΨP[f(t)]=100%。一定ΨP[f(t)]はそしてD=100%が一定値生成と定数値771で乗算された772たGsynth(t)・Gpulse(t)=100%。シンバルクラッシュを生成するアナログ−デジタルサンプル784bを乗じ20mAのピーク値を、tは彼得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)が20mAを備えます平均電流10mAのサンプル804b。
FIG. 63H shows a waveform 762Ψ P [f (t)] = 100% showing a constant f (t) = 1
図64Aは正弦関数示す763f(t)=sin(ft)をもたらすGsynth=ΨP[f(t)]を連続的に変化するPWMパルス列波形764のように定義された期間Tsynth。PWM列ΨP[f(t)]はそしてD=100%デジタルパルス列生成と定数値771を乗じて含むGsynth(t)・Gpulse(t)PWM表現を含む775正弦波のを。一定の基準781aを乗じ20mA、得られた波形生成するILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)構成する20mAのピーク含む正弦波803、50%平均10mA。
Figure 64A is G synth = Ψ P [f ( t)] a defined period of time T synth as continuously changing PWM
図64Bは、正弦関数示し763f(t)=sin(ft)をGsynth=ΨP[f(t)]の中で得られた定義された周期Tsynthを用いて連続的に変化するPWMパルス列波形764として。PWM列ΨP[f(t)]はそしてD=100%製造デジタルパルス列と定数値771で乗算されたGsynth(t)・Gpulse(t)PWM表現を含む775正弦波のを。乗じは25mAの25%を昇圧20mAを生成する基準781d段。、得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)が20mAのピーク正弦波803bを備えます10mAの50%平均電流が112.5mAの50%平均電流で25mAピーク正弦波にステップアップします。
FIG. 64B shows a sine function showing a PWM pulse train in which 763 f (t) = sin (ft) is continuously changed using the defined period T synth obtained in G synth = Ψ P [f (t)]. As
図64Cが示す正弦波のコード763によって形質転換Gsynth=ΨP[f(t)]に定義された周期Tsynthを用いて連続的に変化するPWMパルス列波形764。PWM列ΨP[f(t)]はそしてD=100%デジタルパルス列生成と定数値771で乗算されたGsynth(t)・Gpulse(t)のPWM表現776のコードサイン波s20mAを生成するために、一定の基準781a、得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)を乗じは正弦波803Cの20mA弦を50%の平均電流と10mA。
PWM
図64Dは、Gsynth=ΨP[f(t)]によって形質転換鋸歯状波763示す]定義された周期Tsynthで周期的に変化するPWMパルス列波形767に。PWM列ΨP[f(t)]はそしてD=100%製造デジタルパルス列と定数値771で乗算されたGsynth(t)・Gpulse(t)のこぎり波のPWM表現777を含む20mAを生成するために、一定の基準781aを乗じたが、得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、10mAの50%の平均電流で20mA鋸歯状波804を含みます。
FIG. 64D shows a PWM
図64Eは、Gsynth=ΨP[f(t)]によって形質転換ギター弦768aのオーディオサンプル示すTsynth。に周期的に変化するPWMパルスΨP[f(t)]の定義周期の文字列波形769aPWM列D=100%製造デジタルパルス列と定数値771で乗算されたGsynth(t)・Gpulse(t)のこぎり波のPWM表現779aを含みます。20mAを生成するために、一定の基準781aを乗じたが、得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、20mA含むオーディオサンプル805A10mAの50%平均電流です。
Figure 64E is, G synth = Ψ P [f (t)] T indicating audio samples transformed
図64Fは、Gsynth=ΨP[f(t)]によって形質転換ギター弦768aのオーディオサンプル示す定義された持続時間を有する周期的に変化するPWMパルス列波形769a内を。PWM列ΨP[f(t)]はそしてD=100%製造デジタルパルス列と定数値771で乗算されたGsynth(t)・Gpulse(t)ギターの弦のPWM表現779aを含みます。20mAを生成するために、一定の基準781aを乗じたが、得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、10mAの50%の平均電流で20mAオーディオサンプル805Aを含みます。
FIG. 64F shows a periodically changing PWM
図64Fは、Gsynth=ΨP[f(t)]によって形質転換シンバルクラッシュ768bのオーディオサンプル示す定義された持続時間を有する周期的に変化するPWMパルス列波形769b内を。PWM列ΨP[f(t)]はそしてD=100%製造デジタルパルス列と定数値771で乗算されたGsynth(t)・Gpulse(t)シンバルクラッシュのPWM表現779bを含みます。20mAを生成するために、一定の基準781aを乗じたが、得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、10mAの50%の平均電流で20mAオーディオサンプル805Bを含みます。
FIG. 64F shows a periodically changing PWM
図65はGsynth=ΨP[f(t)]のその結果、正弦関数763f(t)=sin(ft)を示す定義された期間Tと連続的に変化するPWMパルス列波形764として。PWM列ΨP[f(t)]はそしてPWMパルス77を乗じてD=67%と固定された期間の1製造デジタルパルス列Gsynth(t)・Gpulse(t)を含むチョップドPWM表現778をより低い周波数のPWMパルスによってゲートされる正弦波の。乗じアリ基準781aは、30mA生成する、得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)を含むが、正弦波の30mA弦が803eとの平均電流10mA。
FIG. 65 shows a PWM
PBT処理を実行するため、第1のLEDのプレーヤーが実行される特定のLED再生ファイル続いLEDパッドにPBTコントローラからダウンロードされます。いったんLEDプレイヤーがダウンロードされ、LEDのプレーヤーは、新しい治療法が選択されるたびに再ロードする必要はありません。プレーヤーがLEDパッドの揮発性メモリに留まる限り、新しい再生ファイルを繰り返しロードして、新しい処理またはセッションを実行できます。ただし、PBTシステムをオフにするか、LEDパッドをPBTコントローラーから切断すると、LEDプレーヤーソフトウェアがLEDパッドの揮発性メモリから消去されるため、LED再生ファイルを実行して処理またはセッションを行う前に、パッドに再インストールする必要があります。開始します。けれどもプログラムは問題が不揮発性メモリにLEDプレーヤーのファイルを格納することによって回避することができワイプ、セキュリティ目的のために、望ましいために書き、そのようなSRAMやDRAMなどの揮発性メモリにプログラムをではなく、不揮発性EEPROMやフラッシュで。このようにして、プログラムの内容をリバースエンジニアリングしようとすると、電源が遮断され、実行可能コードがすぐに失われることでプログラムを抽出しようとするハッカーの努力が失われます。 To perform the PBT process, the first LED player will run the specific LED playback file followed by the LED pad which will be downloaded from the PBT controller. Once the LED player is downloaded, the LED player does not need to be reloaded each time a new treatment is selected. As long as the player stays in the volatile memory of the LED pad, it can repeatedly load new playback files to perform new processing or sessions. However, if you turn off the PBT system or disconnect the LED pad from the PBT controller, the LED player software will be erased from the LED pad's volatile memory, so before you run the LED playback file to process or session. Must be reinstalled on the pad. start. But the program can avoid the problem by storing the LED player files in non-volatile memory, write as desired for wipe, security purposes, and program in volatile memory such as SRAM or DRAM. Not with non-volatile EEPROM or flash. In this way, attempting to reverse engineer the contents of a program will power down and quickly lose executable code, losing the hacker's efforts to extract the program.
図66に示されるように、ペイロード・データ831を含むLED再生ファイル830は、ペイロードは、次に、波形プリミティブに487を抽出する非圧縮であり、揮発性メモリ832へ転送されるPWMの波形シンセサイザパラメトリック486は、波形シンセサイザ833にロードされたプレイヤパラメトリック491はPWMプレーヤ834、およびLEDにロードLEDドライバ835にロードされたドライバパラメトリック749。ペイロードデータ831の内容の例が図67に示されている波形プリミティブの内容487、波形合成パラメトリック486、PWMプレーヤパラメトリック491、及びLEDドライバのパラメトリック749を含む波形のサイザーパラメトリック486含む実行に必要な情報、特定の治療またはセッションを、ある命令ファイル。波形合成の一般的な命令ファイルには、次のものが含まれています。
・ファイルで採用されている波形合成方法、つまり関数合成またはプリミティブ合成のいずれか。
・チューニングプログラムの(キー)であり、fkeyレジスタの設定を合成するため。PBT合成の利用可能なキー含む4番目のバイナリ倍数事前定義オクターブのノート、発生する高調波倍数オーディオスペクトルに及ぶから9番目−1番目のオクターブ。音階には、デフォルト、音楽、生理学、その他、カスタムが含まれます。デフォルトでは、音階は均一に調整されています。「他の」サブメニューのような変則チューニング含むヴェルクマイスター(Werckmeister)、ピタゴラス、ジャストメジャー及び二乗平均トーンスケール。生理学的スケール「フィジオ」は、観察から導き出された経験的に導き出されたスケールに基づいています。「カスタム」UI/UXは、手動でfkeyの値セットにユーザを可能にする、4第オクターブ周波数(注によってではなくヘルツで入力)およびFには、この周波数を通過させるキーレジスタ。
・波形の合成における各波形の「ステップ」の期間を含む、合成すべき配列。プログラムの終了には、処理またはセッションが完了したことを示す終了コードが含まれています。
・関数合成を使用する場合、各関数の数式とその頻度f。関数合成を使用して利用可能な周期波形には、一定、のこぎり波、三角波、および単一周波数の正弦波が含まれます。
・プリミティブ合成が使用される場合、周波数fを含む各プリミティブサブルーチンコールX及び解像度ξxプリミティブの再生サブルーチン。使用可能なプリミティブベースの波形サブルーチン呼び出しには、定数、のこぎり波、三角形、正弦波、またはオーディオサンプルが含まれます。正弦波コードのプリミティブベースの合成は、「コードビルダー」サブルーチンを使用して利用することもできます。
・コードビルダーのサブルーチンには、コードの作成方法と、存在するオクターブとノートの指定が含まれます。コードビルダーアルゴリズムには、「オクターブ」合成と「三/四」コード合成が含まれます。
・オクターブ合成において、任意のコードがその成分オクターブ「オクターブ数」の数字で記述することができる(より数-1周波数fを記述する9にはfxに従って製造されたfkeyレジスタ設定)各オクターブの対応するプリミティブ解像度と共にξx及びブレンドAx。三/四コードビルダー、3つの又は4の固定解像度の単一オクターブに及ぶ正弦波ノートは利得Axによって調整可能な振幅のセットを使用して配合することができる利用可能なコードトライアッドを含む増強減少メジャー、マイナーを、その各々が含むオプション第和音のルートノートの+1オクターブ上のノート。あるいは、四番目の音符を追加して、7番目の和音、具体的には7番目、メジャー7番目、マイナー7番目の構造を持つ四分音符コードを形成することもできます。「カスタム」のコードは、任意の3つの音和音の生成を可能にするコードのルート音上述した第4のノート1オクターブのためのオプションで、でも不協和で、1オクターブにまたがるを。
・出力ビルダーすべてのコードは、コードの増加にスケーリングすることができる周期的振幅をデジタルゲインAαとによって単位機能の0.5平均値をシフトさせず。
・波形合成の全ての出力が表す単位の機能を、それである、を有するアナログ値は0.000と1.000の間には、0%と100%の間のデューティのPWMパルス列に変換されます。この範囲外の合成波形は切り捨てられます。
As shown in FIG. 66, the
-The waveform composition method used in the file, that is, either function composition or primitive composition.
-To synthesize the settings of the fkey register, which is the (key) of the tuning program. PBT Synthesis of 4-th binary multiples predefined octave notes including available keys, harmonic multiples ninth because spanning audio spectrum -1st octave generated. Scales include defaults, music, physiology, and more. By default, the scale is evenly tuned. Werckmeister, Pythagoras, Just Major and Root Mem Square tone scales, including anomalous tunings like the "other" submenu. The physiological scale "Physio" is based on an empirically derived scale derived from observation. "Custom" UI / UX manually to allow user to set of values f key, the 4 to the first octave frequency (input in hertz rather than by Note) and F, key register for passing the frequency.
An array to be synthesized, including the "step" period of each waveform in the synthesis of the waveform. The exit of the program contains an exit code that indicates that the process or session is complete.
-When using function composition, the formula of each function and its frequency f. Periodic waveforms available using function synthesis include constant, sawtooth, triangle, and single-frequency sine waves.
-When primitive synthesis is used, each primitive subroutine call X including frequency f and resolution ξ x primitive playback subroutine. Available primitive-based waveform subroutine calls include constants, sawtooth waves, triangles, sine waves, or audio samples. Primitive-based compositing of sinusoidal code is also available using the Code Builder subroutine.
• Code Builder subroutines include how to write code and specify existing octaves and notes. Code builder algorithms include "octave" synthesis and "3/4" code synthesis.
· In octave synthesis, any code can be described by numbers of the components octave "number of octaves" (f key register set is manufactured according to f x to 9 describe the more number -1 frequencies f) each octave Ξ x and blend A x with the corresponding primitive resolution of. Three / four code builder, enhancing containing three or sinusoidal notes available code triad which can be formulated using a set of adjustable amplitude by a gain A x spanning a single octave of the fourth fixed resolution A note +1 octave above the root note of the optional chord, each of which contains a reduced major and minor. Alternatively, to add a fourth note, seventh chords, seventh and specifically, the seventh major, it is also possible to form a quarter note code with a minor seventh structure. A "custom" chord is the root note of a chord that allows the generation of any three chords, an option for the fourth note one octave mentioned above, but dissonantly spanning one octave.
Output Builder All codes do not shift the 0.5 average value of the unit function by the digital gain A α and the periodic amplitude that can be scaled to increase the code.
An analog value that has the function of the unit represented by all outputs of waveform synthesis is converted into a PWM pulse train with a duty between 0% and 100% between 0.000 and 1.000. .. Synthetic waveforms outside this range will be truncated.
動作中、波形シンセサイザーパラメトリック487によって指定された再生ファイルによって必要とされる波形プリミティブ486のみがLEDパッドにダウンロードされる。ダウンロード可能なプリミティブライブラリ487は、例えば、24、46、96、198、または360ポイントまたは16ビットの解像度を使用する、様々な解像度ξでの正弦波プリミティブの選択を含む。IN模範ライブラリ、私はTも含む他の解像度が制限なく含まれていてもよいが、三角形や鋸歯状波形の24点の説明を。他のライブラリコンポーネント、たとえばξ=96の場合、fと2fが1オクターブ離れた2つの正弦波、fと4fが2オクターブ離れた、またはfと16fが4オクターブ離れた、または5オクターブの2つの正弦波を含むコードが含まれます。fと32fで離れています。
During operation, only the waveform primitive 486 required by the playback file specified by the waveform synthesizer parametric 487 is downloaded to the LED pad. The downloadable
他のオプションには、2オクターブにまたがる[f、2f、4f]などの3オクターブコードが含まれます。[f、2f、8f]または[f、4f、8f]は3オクターブにまたがり、たとえば4オクターブにまたがって[f、2f、16f]、[f、4f、16f]、または[f、8f、16f]。他のトライアドには、メジャー、マイナー、ディミニッシュ、オーグメンテッドコードが含まれます。たとえば、[f、1.25f、1.5f]、[f、1.2f、1.5f]、[f、1.2f、1.444f]などです。トライアドは、ルートの1オクターブ上に音符を含めることでクワッドコードに変更できます。 Other options include 3-octave chords such as [f, 2f, 4f] that span two octaves. [F, 2f, 8f] or [f, 4f, 8f] spans three octaves, for example [f, 2f, 16f], [f, 4f, 16f], or [f, 8f, 16f] spans four octaves. ]. Other triads include major, minor, diminished, and augmented chords. For example, [f, 1.25f, 1.5f], [f, 1.2f, 1.5f], [f, 1.2f, 1.444f]. Triads can be converted to quad chords by including notes one octave above the root.
PWMプレーヤーパラメトリックファイル491には、一定モードまたはパルスモードの設定が含まれています。パルスモードでは、再生ファイルがfPWMPWM周波数の配列を含むと対応するデューティファクタDPWM、再生時間に対するそれによっての変化する持続時間のパルスのPWMシーケンス定義tonおよびtoff。なお、fPWMパルス周波数変調幅パルスは、PWMクロックより周波数が低いΦPWM=20kHz変調器を駆動するために使用の。結論には、PWMプレーヤ動作において、PWM周波数fPWM、再生プログラムと不定によって固定されていない周波数fがPWMパラメトリックファイル491で指定されたクロックΦPWMとして高いようであることができるほとんどの場合、それはより低い程度でありますそのfPWM≦ΦPWMまた、周波数fPWM、オーディオスペクトルにある遠いオーバーサンプリングクロックΦsymの下に超音速範囲内にすることにより使用されるPWMジェネレータΨP[f(t)]の波形シンセサイザにおけるブロック、であるように数学的にfPWM≦ΦPWM<<1/Φsym。
The PWM player
LEDドライバパラメトリック749では、ユニット機能のデジタルPWM入力INxは、電流シンクイネーブルEnyに対してマッピングされます。たとえば、入力IN1はチャネル4の電流シンクイネーブルEn4にマップされ、入力IN2はチャネル1および5の電流シンクイネーブルEn1およびEn5(図示せず)にマップされます。各チャネルのIrefの値は、対応する各D/Aコンバーターの出力によって設定されます。これには、定数、周期関数、またはオーディオサンプルが含まれます。あるいは、1つのD/Aコンバーターを使用して、すべての出力チャネルの基準電流に同じ機能または定数値を供給することもできます。
In the LED driver parametric 749, a digital PWM input IN x units feature is mapped to the current sink enable En y. For example, input IN 1 maps to current sink enable En 4 on
分散型PBTシステムでのPレイバックの開始 Start of P layback in distributed PBT system
LEDプレーヤーおよびLED再生ファイルをLEDパッドにダウンロードした後、再生は、ソフトウェアに実装され得るか、または図68の例示的な回路を使用して実施され得る開始信号840およびPBTシステムタイミング制御によって可能になるセット/リセットまたはS/R型フリップフロップを含む開始/停止ラッチ842を含むが、割り込みが843ラッチ、PBTシステムクロックカウンタ640、起動ワンショット848、論理ANDゲート845と846、および論理ORゲート846と847。2つの入力ANDゲート845は、LEDプレーヤーへの発振器Φoscシステムクロックイネーブルとして機能し、開始信号と制御信号840および841によって、またさまざまな割り込み、具体的には点滅タイマータイムアウト844、ウォッチドッグタイマーによってゲートされます。タイムアウト845、または過熱フラグ846。
After downloading the LED player and LED playback file to the LED pad, playback is enabled by
起動時に、ワンショット848はORゲート846の出力を直ちにハイに駆動するパルスを生成する。並行してワンショットSのトリガセット入力S割り込みは843ラッチと高への出力Qは。ユーザー入力「開始」840は、それが設定パルスを行くポジティブを生成し、選択されたスタート/ストップ高にラッチ846の出力Qを。スタート/ストップラッチ846および割り込みラッチ843の両方のQ出力がハイに設定されると、ANDゲート845が有効になる。このように、発振器ΦoscれるPWMプレーヤに配信クロックΦsys、及び基準クロックΦrefのようにカウンタ640で割った。
At startup, the one-
「一時停止」841を選択すると、開始/停止ラッチ842の出力をゼロにリセットし、再生を一時停止するパルスが生成される。一時停止コマンドをキャンセルする「開始」840が選択されるまで、再生はラッチオフのままです。そのようなものとして、開始/停止ラッチ842は、プログラム実行を開始および停止する。何らかの理由で割り込みが発生した場合、つまり、ORゲート647への入力のいずれかがハイになると、ORゲートの出力もハイになり、割り込みラッチ843の出力Qがゼロにリセットされます。QいつがローでANDゲート846ダウンロード845のフォトガローの属性、クロックΦoscはLED出力から切断され、治療を切断します。この状況は、割り込みの原因が修正され、ORゲート647への入力がローにリセットされ、システム復元パルスが割り込みラッチ843のS入力に送信されるまで続きます。たとえば、過熱状態が発生した場合、温度フラグがハイになり846、常温に戻って障害フラグがリセットされるまでLEDパッドの動作を無効にします。
When “Pause” 841 is selected, the output of the start / stop latch 842 is reset to zero, and a pulse for pausing playback is generated. Playback remains latched off until
開示された分散型PBTシステムの独特の安全機能は、まばたきタイマーである。このタイマーはインテリジェントLEDパッド自体の中で動作し、PBTコントローラーに依存しません。パッドμC内の一定の間隔で、たとえば20秒または30秒ごとに、プログラムカウンタが動作を中断して、割り込みサービスルーチン(ISR)を実行します。この間隔の間、LightPadOSソフトウェアがLEDパッドの電気接続、優先メッセージまたはファイルの更新、ファイルのパリティチェックなどに関する安全性チェックを実行している間、点滅タイムアウトフラグがロジック1に設定されます。点滅割り込みルーチンが完了すると、点滅タイムアウトがゼロにリセットされ、ハードウェアウォッチドッグタイマーがリセットされ、プログラムの実行がメインルーチンに戻ります。ISRの完了後、パッドμCはシステム復元パルスを生成してラッチ843を中断し、プログラム操作を再開します。ソフトウェアが何らかの理由でフリーズした場合、プログラムは動作を再開せず、パッドのLEDストリングはオフのままになります。それ以外の場合、LEDパッドは定義された間隔(たとえば2秒)後に動作を再開します。
A unique safety feature of the disclosed distributed PBT system is the blink timer. This timer runs inside the intelligent LED pad itself and is independent of the PBT controller. At regular intervals within the pad μC, for example, every 20 or 30 seconds, the program counter suspends operation and executes an interrupt service routine (ISR). During this interval, the blinking timeout flag is set to
別の障害モードでは、LEDがオンで発光しているときに、ソフトウェアがフリーズします。状態が続く場合、LEDが過熱し、患者に火傷の危険をもたらす可能性があります。危険な状態が発生するのを防ぐために、ハードウェアウォッチドッグタイマー(動作はソフトウェアに依存しません)は、ソフトウェアプログラムカウンターと並行してカウントダウンします。ソフトウェアタイマーがオン状態でフリーズした場合、ウォッチドッグタイマーはリセットされず、ウォッチドッグタイマーはタイムアウトして、点滅タイムアウト割り込み844を生成し、障害状態が解決されるまでPBTシステムの動作を停止します。 In another fault mode, the software freezes when the LED is on and emitting light. If the condition persists, the LEDs may overheat and pose a risk of burns to the patient. The hardware watchdog timer (which does not depend on the software) counts down in parallel with the software program counter to prevent a dangerous situation from occurring. If the software timer freezes while on, the watchdog timer will not reset, the watchdog timer will time out, generate a blinking timeout interrupt 844, and shut down the PBT system until the failure condition is resolved.
このようにして、開示された分散型PBTシステムを使用して、LEDパッドの動作を遠隔制御することができる。さらに、本明細書に開示される方法は、共通のPBTコントローラから同時に複数のインテリジェントLEDパッドを制御するように適合させることができる。 In this way, the disclosed distributed PBT system can be used to remotely control the operation of the LED pads. In addition, the methods disclosed herein can be adapted to control multiple intelligent LED pads simultaneously from a common PBT controller.
コンポーネントの通信オーバーPBT分散システム Component communication over PBT distributed system
分散PBTシステムのコンポーネント間で必要な通信を実装するには、複雑な通信ネットワークと、リアルタイムとファイルベースのデータ転送の組み合わせに対応するように設計された専用プロトコルが必要です。その一部は安全システムにリンクされています。FDAの規制に従い、安全性は医療機器の主要な設計上の考慮事項です。分散システムでは、この懸念はコンポーネントの自律動作によってさらに悪化します。分散型PBTのデバイス間通信に障害が発生したり、中断されたりした場合でも、安全システムが誤動作することはありません。通信、安全性、センシング、およびバイオフィードバックのトピックは、この特許の一部継続(CIP)アプリケーションとして同時に提出された「分散型光生体変調療法デバイス、方法、および通信プロトコル」というタイトルの関連特許で詳細に説明されています。 Implementing the required communication between the components of a distributed PBT system requires complex communication networks and dedicated protocols designed to accommodate the combination of real-time and file-based data transfer. Some of them are linked to safety systems. In accordance with FDA regulations, safety is a major design consideration for medical devices. In distributed systems, this concern is exacerbated by the autonomous behavior of components. The safety system will not malfunction even if the distributed PBT device-to-device communication fails or is interrupted. The topics of communication, safety, sensing, and biofeedback are in a related patent entitled "Distributed Photobiomodulation Therapy Devices, Methods, and Communication Protocols" that was simultaneously submitted as a Partial Continuation (CIP) application of this patent. Explained in detail.
説明したように、分散PBTシステムでのLightOSデータパケットの配信は、USB、I2C、SMBus、FireWire、Lightening、その他の有線通信メディアなどの有線バスを介して実行される4層通信プロトコルを使用して実現できます。場合しかし、分散PBTシステム通信は電話により(例えば、3G/LTE/4G又は5Gなどの)セルラネットワーク上で、イーサネット(登録商標)、無線LANを介して実行され、またはデータが公衆ルータを通過した場合、通信は、MACアドレスを使用して排他的に行うことができないこと、あるレイヤ1およびレイヤ2の通信スタックは、ネットワークを介してルーティングデータを実行するのに十分ではありません。
As explained, the distribution of LightOS data packets in a distributed PBT systems, using USB, I 2 C, SMBus, FireWire, Lightening, a four-layer communication protocol is executed via a wired bus, such as other wired communications media Can be achieved. However, distributed PBT system communication is performed by telephone (eg, 3G / LTE / 4G or 5G, etc.) on a cellular network over Ethernet, wireless LAN, or data has passed through a public router. In some cases, communication cannot be done exclusively using MAC addresses, and some
例えば、図69は、PBTコントローラ1000は、7層OSI準拠の通信スタックを使用してイーサネット1002を介してインテリジェントLEDパッド1003と通信します。特に、PBTコントローラ1000の通信スタック1005には、イーサネット通信プロトコルを実行するPHYレイヤ1とデータリンクレイヤ2が含まれます。イーサネット差動信号1004;TCP/IP(インターネットプロトコルネットワークを介した転送通信プロトコル)に従ってネットワーク通信を実行するネットワーク層3およびトランスポート層4、および認証用のセッション層5、セキュリティ用のプレゼンテーション層6を含むLightOSオペレーティングシステム定義のアプリケーション層(暗号化/復号化)、およびPBTシステムの制御と治療のためのアプリケーション層7。LEDライトパッド1006の通信スタック1006には、イーサネット用の対応するレイヤ1およびレイヤ2プロトコル、TCP/IP用のレイヤ3およびレイヤ4、およびLightPadOSで定義されたレイヤ5〜7が含まれます。ポイントツーポイント通信、である、IPルータを含まない通信のために、イーサネット接続1002は、ネットワークレイヤ3以上のプライベートネットワークとして動作します。インテリジェントLEDパッドのオペレーティングシステムLightPadOSはLightOSのサブセットであるため、物理的に分離されていても、単一の仮想マシン(VM)として相互に通信できます。
For example, in FIG. 69, the
説明した7層OSI通信スタックを使用して、開示されたPBTシステムのネットワーク通信をWiFiワイヤレス通信に簡単に適合させることができます。図70に示す分散型PBTシステムでは、電源1011によって電力を供給されるWiFi対応PBTコントローラ1010は、802.11のIEEE標準に従って、OFDM無線信号1015を使用して、WiFi信号1012によってインテリジェントLEDパッド1013と通信する。WiFi通信プロトコルには、インテリジェントLEDパッド1013で採用されているチップセットに応じて、802.11a、802.11b、802.11g、8012.11n、802.11ac、またはその他の関連バージョンが含まれます。PBTコントローラー1090は、すべての標準WiFiプロトコルのスーパーセットをサポートできます。WiFiは電力を運ぶことができないため、インテリジェントLEDパッド1093は、AC/DCコンバーターとDC電源(ブリック)1014aまたはUSB蓄電池(図示せず)のいずれかから電力を供給されるUSBケーブル1014bを介して電力を受け取る必要があります。WiFi通信は、完全7層OSI通信スタック1010を介して行わPBTコントローラ内16に存在0は、通信スタック1017インテリジェントLEDパッド1013。
Using the 7-layer OSI communication stack described, the network communication of the disclosed PBT system can be easily adapted to WiFi wireless communication. In the distributed PBT system shown in FIG. 70, the WiFi-enabled
動作中、図71Aに示されるWiFi無線機は、有線通信リンク1025(たとえば、PCI、USB、イーサネット)をマイクロ波無線1024に変換し、インターフェイス回路と関連するファームウェア1022を使用してMACアクセス1020aを無線アクセスポイント1020bに変換します。動作中、通信リンク1108からの信号は、PHY信号1119aとして通信スタック1021aを通過し、ここで、フォーマットは、インターフェース1022によってPHY信号1119bに変換され、WiFi通信スタック1021bになり、マルチ通信で送信される様々な無線周波数で動作する無線1026a〜1026nに変換される。マイクロ波通信用バンドアンテナアレイ1024.動作中、通信スタック1021aは、リンク通信データリンク層−2プロトコルに従ってデータ1023aを転送し、インターフェース回路および関連するファームウェア1022は、無線1026a〜1026n。このWiFi無線は、イーサネット2017およびUSB1028にも接続されているPBTコントローラー131から135に接続します。
In operation, the WiFi radio shown in FIG. 71A converts a wired communication link 1025 (eg, PCI, USB, Ethernet) to a
図71Bでは、同じWiFi無線1024は、PCI、USB、またはイーサネットプロトコルを使用して有線データリンク1030を介してインテリジェントLEDパッド337と通信し、インターフェース338と通信します。このインターフェースは、USB1033およびイーサネット1032を介して他のデバイスまたはセンサーに接続することもできます。分散型PBT通信ネットワークの例が図72に示されている。ここでWiFiルータ1052は、WiFiリンク1012a、1012b、および1012cによってインテリジェントLEDパッド1053、1054、および1055と通信するそして、WiFiリンク1012bを介して、システム制御ウィンドウ1051aおよび患者ウィンドウ1051bを備えた中央制御UI/UXLCDディスプレイ1050へ。このシステムはまた、看護師が中央制御UI/UXLCDディスプレイ1050に戻る必要なしに病室で治療を開始するのに有用な本発明の構成要素、WiFiPBT遠隔制御1056を含む。
In FIG. 71B, the
ワイヤレス接続を使用すると、PBTコントローラーは、携帯電話、タブレット、ノートブックコンピューターなどのモバイルデバイスで実行されているアプリケーションプログラムに置き換えることができます。以下のための一例図73です携帯電話1100実行PBT制御アプリケーションソフトウェア(例えば、PBT「ライトアプリ」)に接続するセルタワー1705上セルラネットワーク1704、例えば、3G/LTE、4G、および5G。セルタワー1705はインターネット1706に接続し電源を入れ、イーサネット、ファイバー、または他の手段によって。前述のライトアプリを実行している携帯電話1700はまたWiFi1702を使用してインテリジェントLEDパッド1701に接続し、インテリジェントLEDパッド1701は、ACアダプタ1703aおよびコード1703bによって電力が供給される。7層OSI通信スタック1714無線塔1707の用途モバイルネットワーク用にデータパケット通信スタック1709を有するCT次に、携帯電話1700上で実行されているライトアプリの、光アプリは、使用し7層の通信スタック1709に接続します通信スタック1708を含むインテリジェントLEDパッド1701。示されるように、PBT通信スタック1709は、2つの7層通信スタックを混合し、1つは携帯電話塔1705の通信スタック1707との対話用であり、ルータを介してインターネット1706およびクラウドベースのサーバ(図示せず)に接続するためのものであり、インテリジェントLEDパッド1701と通信スタック1708に接続します。ここでは、アプリケーション層7のみが2つをブリッジします。このようにして、前述のライトアプリを実行する携帯電話1700は、ローカル制御を放棄することなくインターネット1706を介してクラウドベースのコンピュータサーバ(図示せず)およびインテリジェントLEDパッド1708と別々に通信するPBTコントローラとして動作する。
The wireless connection allows the PBT controller to be replaced with an application program running on mobile devices such as mobile phones, tablets and notebook computers. An example for the following is FIG. 73 Cellular network 1704 on cell tower 1705 connecting to
PHYレイヤ−1およびデータリンクレイヤ−2は、レイヤ−1からレイヤ−6にわたる通信のために共有されないため、セルタワー通信スタック1707は、インテリジェントLEDパッド通信スタック1708に直接アクセスすることができない。代わりに、通信スタック1709内のアプリケーション層7のみが2つの通信ネットワークをブリッジします。アプリケーションは、LightPadOSのように、前述の専用ハードウェアPBTコントローラーで使用されるLightOSオペレーティングシステムの縮小命令セットバージョンとして動作する専用Lightアプリを含む場合があります。本質的に、Lightアプリは、PBT制御機能とそのUI/UXタッチスクリーンベースの制御を容易にするLightOSの操作をエミュレートします。Lightアプリは、対応するモバイルデバイスで使用されているオペレーティングシステムで動作するように設計されたソフトウェアとして実現されています。たとえば、スマートフォンやタブレットでは、LightアプリはAndroidまたはiOS上で実行するように作成され、ノートブックでは、LightアプリはMacOS、Window、Linux(登録商標)、またはUNIX(登録商標)で実行するように作成されます。Lightアプリの基本的なロジックと機能であるソースコードを、特定のプラットフォーム上で実行するように適合された実行可能コードに変換することは、「コンパイラ」と呼ばれる変換プロセスです。
Since the PHY layer-1 and the data link layer-2 are not shared for communication from layer-1 to layer-6, the cell tower communication stack 1707 cannot directly access the intelligent LED pad communication stack 1708. Instead, only
したがって、ソースコードのコンパイル済みコードへの変換はプラットフォーム固有です。つまり、ソフトウェアのリビジョン、パッチ、または新しいリリースが発生するたびに、ソフトウェアの複数のバージョンを配布する必要があります。モバイルデバイスベースの分散型PBTシステムの動作が図74に示されている。1102モバイルデバイスは、また、細胞リンク1104を使用して、インターネットおよび携帯電話ネットワークに接続することができるモバイルデバイス制御UI/UXと1100台のホストライトアプリ1130インターフェースWiFi経由インテリジェントLEDパッド1119a及び1119bを制御するために、例えば、3Gを使用して/LTE、4G、および5Gプロトコル。
Therefore, the conversion of source code to compiled code is platform-specific. This means that you need to distribute multiple versions of your software each time a software revision, patch, or new release occurs. The operation of a mobile device-based distributed PBT system is shown in FIG. The 1102 mobile device also uses the
PBTシステム動作のソフトウェア制御の例は、図75の例示的な画面1120に示されている。UI/UX面が「セッションを選択」と題する、PBT処理の時間を増加させる「拡張セッション」1122のためのボタンと一緒に処理メニュー1121が含まれます。「LEDパッドの選択」1122は、モバイルデバイスを特定のインテリジェントLEDパッドにペアリングするために使用されます。示されるように、ストレス解消治療を選択すると、第2の画面「実行中」1130が開き、治療名1131を示す進行中の治療を監視し、1132をキャンセルするか、または治療を一時停止1133する。ウィンドウはまた、治療に残っている時間1134、ステップ進行バー1135、治療進行バー1136、およびバイオフィードバック1137を示す。
An example of software control of PBT system operation is shown on the
他の分散コンポーネントの駆動 Driving other distributed components
PBTコントローラーは、LEDパッド以外の他の治療装置を制御するために使用できます。これらの周辺コンポーネントは、レーザーPBTワンドとシステム、分散型PBTシステム上にプログラムされた自律型LEDパッド、磁気療法パッドとワンド、LEDマスク、LEDキャップ、LED耳と鼻のつぼみなどで構成されます。LEDフェイスマスク、ヘッドキャップ、およびLEDベッドは、独自のLEDデリバリーシステムを使用した単純なマルチゾーンPBTシステムです。したがって、電気制御は、開示されている前述のPBTシステムと同一である。概して、前述の分散型PBTシステムは、LEDの駆動に限定されず、レーザーからのコヒーレント光や時変磁気を放出するなど、生体組織にエネルギーを注入するために、患者に隣接して配置されたエネルギーエミッターを駆動するために使用できます。フィールド(磁気療法)、微小電流(電気療法)、超音波エネルギー、赤外線、遠赤外線電磁放射、またはそれらの任意の組み合わせ。 The PBT controller can be used to control other treatment devices other than LED pads. These peripheral components consist of a laser PBT wand and system, an autonomous LED pad programmed on a distributed PBT system, a magnetic therapy pad and wand, an LED mask, an LED cap, an LED ear and nose bud, and more. The LED face mask, head cap, and LED bed are simple multi-zone PBT systems using our unique LED delivery system. Therefore, electrical control is identical to the disclosed PBT system described above. In general, the distributed PBT system described above is not limited to driving LEDs, but is placed adjacent to the patient to inject energy into living tissue, such as emitting coherent light from a laser or time-varying magnetism. It can be used to drive an energy emitter. Field (magnetic therapy), microcurrent (electrotherapy), ultrasonic energy, infrared, far-infrared electromagnetic radiation, or any combination thereof.
なぜなら分散治療システム、レーザPBT、温熱、磁気療法、超音波治療用の異なるエネルギーエミッターとしてそれらがLEDよりも駆動するためにいくつかの変更を必要とする使用エネルギーエミッタ開示されたPBTコントローラ。開示されたPBTシステムを代替療法に適応させるいくつかの例を以下に説明します。 Because as different energy emitters for distributed therapy systems, laser PBTs, thermal, magnetic therapy, ultrasonic therapy, energy used emitters disclosed PBT controllers that require some modification to drive them more than LEDs. Some examples of adapting the disclosed PBT system to alternative therapies are described below.
レーザーPBTシステム Laser PBT system
図76は、ハンドヘルドPBTデバイスを示すまたは「ワンド」レーザPBTの治療のために有用。示されるように、ハンドヘルドワンド1150は、LDC1160および制御ボタン1161aおよび1162bを備えた円筒形アーム1153を含む。シリンダーハンドルの底部はまた、バッテリー1166を充電するために必要なUSBポート1162を含む。シリンダーハンドルは、センサー1158と共にレーザー1156および1157を備えた印刷回路基板PCB1155を含む透明なフェースプレート1154を備えたジンバル1152からPBTヘッド1151に接続する。1つの本発明の特徴は、ユニットが組織と接触していない限り、レーザーの照明を防ぐために皮膚への接触を感知するために使用される円形の導電性ブレード1159である。
FIG. 76 shows a handheld PBT device or is useful for the treatment of "wand" laser PBT. As shown, the
図77のハンドヘルドPBT療法は、パッドμC1181、クロック1183、揮発性メモリ1185、不揮発性メモリ1184、通信インターフェイス1182およびBluetooth1190が含まれます。パッドμCは、データバス1187によって通信し、ボタン1161aおよび1161bでUI1177を制御し、LCD付きディスプレイドライバUX1176を制御します1160、レーザードライバー1174、および安全システム。示されるように、レーザードライバ1174は、レーザーダイオード1156および1157を駆動する。同時に、接触ブレード信号1188および温度センサ信号1189は、安全システムインターフェース1175によって使用される。レーザードライバ1174は、リチウムイオン電池1172によって電力を供給されるレーザー電源1173によって電力を供給される。USB入力1186によって電力を供給されるバッテリー充電器およびレギュレータ1171を介して。
The handheld PBT therapy of FIG. 77 includes pad μC1181,
安全センサの詳細を図3に示す。図78Aは、PNダイオード1202(端子AおよびK)を用いた熱1200の測定、およびコンデンサ1201aおよび1201bを備えた接触ブレード1159を含み、これらは、端子CおよびC'を横切って患者の組織を通してAC電流を伝導する閉回路を形成する。図79は、発振器1220、接触センサコンデンサ1201aおよび1201b、ならびに差動増幅器1222、ローパスフィルタ1223、比較器1225および電圧基準1224とともに感知抵抗器1221を含むレーザーPBTハンドヘルド安全システムを示す。動作中、電圧Vosc発振器1220。注入周波数fosc直列に抵抗器1221およびコンデンサ1201aと1201bと抵抗1221の直列接続との間に形成された分圧器にスイッチング周波数でfosc、直列接続されたコンデンサは、等価インピーダンスZを示し、電圧ドロップネットワーク電圧のノードCとC'の間の」VZ=ZC・Iaveの両端の電圧降下しながら、抵抗1221はVであり、VR=R・Iave。二つの式V等式VR=VoscR/(R+ZC)。すなわち、接触ブレードセンサ1159が患者の皮膚に接触していないとき、ZCの値は大きく、VRはゼロに近づく。このような場合、差動増幅器の出力は、温度に依存しない電圧基準1224の電圧であるVrefよりも低い。したがって、眼の安全比較器1225の出力は接地され、レーザードライバは抑制される。センサーブレードが皮膚に接触すると、ACインピーダンスZC大幅に低下し、ローパスフィルター1223でAC信号を除去した後、抵抗1221の両端の平均DC電圧がVrefより大きくなり、目の安全コンパレータの出力がロジックハイで、接触検出イネーブル信号1228をレーザーμCに送信します。同様に、温度センサ1202は、温度保護回路1231aによって処理される。過熱状態が発生すると、過熱フラグ1232がレーザーμCに送信され、論理およびゲートへの入力がローになり、レーザードライバー1174が無効になります。過熱状態がない場合は、接触検出1228が確認されます。論理ゲート1226は、PWMドライバ493の出力のデジタル値を渡す、すなわち、レーザードライバ1174が有効にされる。
Details of the safety sensor are shown in FIG. FIG. 78A includes measurements of
図80は、デュアルチャネルレーザードライバの例示的な概略図を示している。示されるように、レーザーPBT制御1240は、レーザーμC1181、通信インターフェース1182、クロック1183、不揮発性メモリ1184、および揮発性メモリ1185を含む前述のLEDコントローラと同様である。保護機能には、目の保護1131bとともにセンサー1202を備えた過熱保護1131aが含まれます。障害信号とレーザーμCからのPWMプレーヤー出力は、論理ゲート1228aと1228bに入力され、2つの直列インバーターペア1247と1246によってバッファリングされます。出力はレーザードライバのデジタル電流シンク1256と1257のデジタル入力に供給されます。1174デュアル出力D/A変換器1245はまた、電流のアナログ値を制御するために使用されILaser1及びILaser2電流シンクが導通しています。
FIG. 80 shows an exemplary schematic of a dual channel laser driver. As shown, the
制御された電流シンク1256は、λの波長で1156nを介してレーザ1156aの列を駆動するために使用されるλ1。制御された電流シンク1257は、λ波長で1157nを介してレーザ1157aの列を駆動するために使用されるλ2レーザ列は、電源電圧+VHVによって給電されるレーザアレイ1242内、入力コンデンサ1265を含む昇圧型スイッチングレギュレータ1241の出力PWMコントローラ1260、ローサイドパワーDMOSFET1262、インダクタ1261、ショットキー整流器1263、およびPWMコントローラ1260への電圧フィードバックを備えた出力コンデンサ1264。レーザー電源1241への入力は、Li−Ionバッテリ1172およびバッテリ充電器1171から供給されます。USB電源入力。AFTER2.5−Vの電圧安定化出力は、レーザPBT制御回路1240の構成要素の電源に充電器1171とフィルタコンデンサ1266から出力される高電圧が必要な場合は、+VHV駆動するために使用される電源出力ブーストコンバータが動作した後、レーザーアレイを使用してレーザーPBT制御を供給することもできます。
A controlled
光生体変調療法用の自律型LEDパッド Autonomous LED pad for photobiomodulation therapy
分散型PBTシステムと互換性のあるもう1つの周辺機器は、PBTコントローラーまたは携帯電話が利用できない場合や、戦場や戦場などで緊急治療を行うのに不便な場合のアプリケーションで使用される自律型LEDパッドです。山岳地帯で飛行機が墜落した。動作中、自律型LEDパッドにある1つのボタンを使用して治療を選択します。一般に、情報に利用できるUXディスプレイはありません。自律LEDパッドが動作し、「自律的」(すなわち、単独で)、それらが接続されている製造時に、治療処置中に、その該当するプログラムをロードし、それらの正常な動作を確認するために、分散PBTシステムの一部。 Another peripheral device compatible with distributed PBT systems is autonomous LEDs used in applications where a PBT controller or mobile phone is not available, or when it is inconvenient to provide emergency treatment on the battlefield or battlefield. It is a pad. An airplane crashed in a mountainous area. During operation, use one button on the autonomous LED pad to select a treatment. Generally, there is no UX display available for information. Autonomous LED pads operate and are "autonomous" (ie, alone), at the time of manufacture they are connected, to load their applicable programs during therapeutic procedures and to verify their normal operation. , Part of a distributed PBT system.
LEDパッドにロードされるPBTソフトウェアプログラムは、対象となる市場やアプリケーションによって異なります。例えば、治療プログラムは、LEDパッドにロードされたスキーリゾートでは、可能性が脳震盪のための治療を含み、(一般的なスキー傷害)救急で使用されるものは、このような裂傷や火傷などの創傷の治療に焦点を当てるかもしれないが。スポーツ施設やテニスクラブでは、筋肉や関節の痛みのための自律型LEDパッドがより一般的かもしれません。軍事用途では、主なフィールド用途は、弾丸または榴散弾の傷の感染の拡大を遅らせるか、防ぐことです。 The PBT software program loaded on the LED pad depends on the target market and application. For example, treatment programs include treatment for possible cerebral aches at ski resorts loaded on LED pads, and those used in emergencies (common ski injuries) include such lacerations and burns. Although it may focus on wound healing. Autonomous LED pads for muscle and joint pain may be more common in sports facilities and tennis clubs. In military applications, the main field application is to slow or prevent the spread of bullet or shrapnel wound infections.
図3のインテリジェントLED337の電気的設計。図14は、オン/オフおよびプログラム選択を制御するためのプッシュボタンの追加を除いて、等しく適用可能な自律型LED操作である。プログラミング中、電源ブリック132、PBTコントローラー131、USBケーブル136、および自律インテリジェントLEDパッド337を含むPBTシステム全体が存在します。プログラミングでは、PBTコントローラーは製造データをロードし、PBTプレーヤーをダウンロードすることによってLEDパッドを構成します。必要に応じて、LED再生ファイルをプリロードします。ポータブルプログラミングシステムを使用して、販売またはフィールドに展開されたパッドを再プログラミングすることもできます。これにより、クライアントは在庫を再利用して、冬の霜に刺されたり、病気の発生時の抗ウイルス治療など、さまざまな種類の災害に適応したりできます。パンデミック、テロリストの神経剤放出による肺の損傷など。
Electrical design of the
自律型LEDパッドの重要な要素は、標準設計を利用してコストを制御する必要があることです。つまり、すべてのアプリケーションと市場に1つの共通の製造フローと製品BOM(材料のビルド)を使用し、ソフトウェアのダウンロードを使用して一般的な製品をアプリケーション固有のバージョンに変換します。1つの汎用パッドの例が図1に示されている。図81A含む自己示す予めプログラムインテリジェントLEDパッド含ま上面図1281とを、は1284表示下側、及びサイドビュー単一含むUSBソケット1198クロス部1280は、リジッドPCB1288。フレックスPCB1289、LED1991および1292、センサー1290および制御スイッチ1299。LEDポリマーパッドカバー1281には、開口部1295およびキャビティ1296、スイッチ1298用の薄い部分1288、および保護用透明プラスチック1287が含まれます。LEDパッド1280には、上部カバーフレキシブルポリマー1281が含まれます。突起1283、突起1285を備えた下部フレキシブルポリマー1284。
An important element of autonomous LED pads is the need to utilize standard designs to control costs. That is, it uses one common manufacturing flow and product BOM (Bill of Materials) for all applications and markets, and uses software downloads to convert common products to application-specific versions. An example of one general purpose pad is shown in FIG. The
説明したように、自律型LEDパッドは、ディスプレイ、無線リンク、または遠隔制御を利用せず、したがって、限定された数のプリロードされた治療プログラムを提供し、一般に、図81Bに示されるように1から5の選択肢である。示されているように、オフ状態1257aの自律型LEDパッドは、スイッチ1293を1回押すと、状態1257bに変化します。短時間でこの状態を選択すると、プログラム「治療1」を使用して治療が開始されます。ボタンをもう一度押すと、プログラムが状態1257cに進み、「治療2」が開始されます。同様の方法で、ボタンが押されるたびに、プログラムは、対応する状態1257d、1257e、および1257fとして示される次の処理3、4、および5に進みます。スイッチ1293を6回押すと、自律型LEDパッドがオフ状態1297aに戻ります。
As described, autonomous LED pads do not utilize a display, wireless link, or remote control and therefore provide a limited number of preloaded treatment programs, generally as shown in FIG. 81B. There are 5 options. As shown, the autonomous LED pad in the off state 1257a changes to the state 1257b when the
パルスLED温熱 Pulse LED heating
同様に可視光および近赤外光photobiomodulation療法、温熱療法は、遠赤外線のアプリケーションで典型的には100以上1μm以下の波長を含みます。温熱療法には、スパ、温湿布、ヒーターボディラップが含まれます。ウィキペディアによると、熱の治療効果には「コラーゲン組織の伸展性を高めること。関節のこわばりを減らす;痛みを軽減します。筋肉のけいれんを和らげます。炎症、浮腫を軽減し、治癒の急性期後の段階を支援します。血流を増やします。患部への血流の増加は、より良い治癒のためのタンパク質、栄養素、および酸素を提供します。」また、代謝廃棄物と二酸化炭素の配送を促進します。温熱療法は、筋肉のけいれん、筋肉痛、線維筋痛症、拘縮、滑液包炎の改善にも役立ちます。 Similarly, visible and near-infrared photobiomodulation therapies, hyperthermia, typically include wavelengths greater than or equal to 100 and less than 1 μm in far-infrared applications. Hyperthermia includes spas, compresses, and heater body wraps. According to Wikipedia, the therapeutic effect of fever is "to increase the extensibility of collagen tissue. Reduce joint stiffness; reduce pain. Relieve muscle spasms. Reduce inflammation, edema, acute phase of healing. Supports later stages. Increases blood flow. Increased blood flow to the affected area provides proteins, nutrients, and oxygen for better healing. ”Also, of metabolic waste and carbon dioxide. Promote delivery. Hyperthermia also helps improve muscle spasms, myalgia, fibromyalgia, contractures, and bursitis.
治療上の主張はPBTによって提供される主張と重複していますが、温熱療法の物理的メカニズムはかなり異なります。分子に吸収された光子を与えて、他の方法では起こらない化学反応、つまり光生体変調を刺激するPBTとは異なり、温熱療法では、組織と水に吸収された熱が分子の振動速度を加速して、進行中の化学反応を促進します。ただし、アインシュタインの関係式E=hc/λによれば、光子のエネルギーはその波長に反比例するため、3μmの遠赤外線のエネルギーは赤およびNIRPBTのエネルギーの20%から20%にすぎません。より低いエネルギーは化学結合を切断したり分子構造を変換したりするには不十分であるため、このエネルギー差は重要です。そのような温熱療法は、一般に、PBTに関連する治癒の加速を伴わない症状の緩和と見なされます。3μmより短い遠赤外線源(つまり、IRタイプB)の侵入深さは、長波長よりも深い侵入深さを示すため、長波長源よりも優先されます。 Although the therapeutic claims overlap with those provided by PBT, the physical mechanisms of hyperthermia are quite different. In hyperthermia, the heat absorbed by the tissue and water accelerates the rate of vibration of the molecule, unlike PBT, which gives the molecule absorbed photons to stimulate a chemical reaction that does not occur otherwise, namely photobiomodulation. And promotes ongoing chemical reactions. However, according to Einstein's relational expression E = hc / λ, the energy of photons is inversely proportional to their wavelength, so the energy of far infrared rays of 3 μm is only 20% to 20% of the energy of red and NIRPBT. This energy difference is important because lower energies are not enough to break chemical bonds or convert molecular structures. Such hyperthermia is generally considered to relieve symptoms without accelerated healing associated with PBT. Penetration depths of far-infrared sources shorter than 3 μm (ie, IR type B) are preferred over long wavelength sources as they show a deeper penetration depth than long wavelengths.
前述のPBTシステムは、可視光とNIRLEDを遠赤外スペクトルのLEDに置き換えることにより、温熱療法に適合させることができます。LEDは通常、12μm以下の波長に制限されています。"Farinfraredradiation(FIR):itsbiologicaleffectsandmedicalapplications"、PhotonicsLasersMed.、vol.1、no.4、Nov.2012、pp.255-266:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3699878/F.Vatansever、M.R.Hamblin.III−V化合物超格子化合物半導体の結晶構造をより狭い帯域幅に調整することにより、遠赤外スペクトルで動作するLEDが最大8.6μmの波長で実現されました("SuperlatticeInAs/GaSblight−emittingdiodewithpeakemissionatawavelengthof8.6μm,"IEEEJ.Quant.Elect.、vol.47、no.1、Jan2011、pp.5−54)。したがって、本明細書に開示されるNIRLEDを駆動するために使用されるPBTシステムは、NIRLEDをそれらのより長い波長の対応物と交換するだけで、FIRLEDに対応するように容易に後付けすることができる。ダイブ回路は、パルス波形または正弦波形を使用して同じように使用できます。波長が長いため、遠赤外線を均一に照射するには、100Hz未満の駆動周波数の方が適しています。さらに低い周波数、たとえば10Hz未満では、パッド内のFIRLEDを行ごとにスキャンして、各パッド全体に波が波打つようなマッサージを生成し、処理された組織全体に体系的なパターンで血管拡張を連続的に刺激できます。オプションで、PBT用の近赤外線LEDと温熱療法用の遠赤外線LEDを1つのインテリジェントパッドに組み合わせて、同時にまたは交互に駆動することができます。 The aforementioned PBT system can be adapted for hyperthermia by replacing visible and NIR LEDs with LEDs in the far infrared spectrum. LEDs are typically limited to wavelengths below 12 μm. "Farinfraderation (FIR): itsbiologicalreflectsandmedicalapplications", Photonics Lasers Med. , Vol. 1, no. 4, Nov. 2012, pp. 255-266: https: // www. ncbi. nlm. nih. gov / pmc / articles / PMC369978 / F. Vatansever, M.D. R. Hamlin. By adjusting the crystal structure of the III-V compound superlattice compound semiconductor to a narrower bandwidth, LEDs operating in the far-infrared spectrum were realized at wavelengths up to 8.6 μm ("SuperlatticeInAs / GaSblight-emittingdiodewithpeakemisionatawavel". 6 μm, “IEEJ.Quant.Elect., Vol.47, no.1, Jan2011, pp.5-54). Therefore, the PBT system used to drive the NIRLEDs disclosed herein can be easily retrofitted to accommodate FIRLEDs by simply replacing the NIRLEDs with their longer wavelength counterparts. can. Dive circuits can be used in the same way using pulsed or sinusoidal waveforms. Due to the long wavelength, a drive frequency of less than 100 Hz is more suitable for uniform irradiation of far infrared rays. At lower frequencies, such as below 10 Hz, the FIRLEDs in the pads are scanned row by row to generate a wavy massage throughout each pad, with continuous vasodilation throughout the treated tissue in a systematic pattern. Can be stimulated. Optionally, a near-infrared LED for PBT and a far-infrared LED for hyperthermia can be combined into a single intelligent pad and driven simultaneously or alternately.
Magnetotherapy Magnet therapy
Magnetotherapy(MT)があるN損傷した組織が磁界にさらされる代替医療療法。影響組織上の固定磁場が疑わしいと一般的に擬似薬、擬似薬、フリンジ医学、さらにはいんちき療法と考えられている、いくつかの研究では、永久磁石のための医療請求締結している米国FDAmagnetotherapyがあり、完全に科学の結果によってサポートされていないと臨床研究、および医学的主張を使用した磁気療法製品の販売を禁止します(https://en.wikipedia.org/wiki/Magnet_therapy)。矛盾する主張は、生体組織が多数の遊離イオンと、電荷の方向のために双極子として機能する電気的にバランスの取れた分子(水など)さえも含むため、パルス磁場が治療効果を示すことを示唆しています。振動磁場にさらされると、分子は、励起がより低い周波数で発生することを除いて、磁気共鳴画像法(MRI)によって実行される画像化と同様の方法で、電荷に従って反発および引き付けられます。このタイプの磁気療法は、一般にパルス磁気療法またはPMTと呼ばれます。 Alternative medicine therapy in which N-damaged tissue with Magnetotherapy (MT) is exposed to a magnetic field. Fixed magnetic fields on affected tissues are generally considered suspicious, pseudo-drugs, fringe medicine, and even quack therapy, some studies have signed medical claims for permanent magnets US FDAmagnetotherapy There is a ban on clinical research and the sale of magnetic therapy products using medical claims that are not fully supported by scientific results (https://en.wiquipedia.org/wick/Magnet_therapy). The contradictory claim is that pulsed magnetic fields have a therapeutic effect because living tissue contains a large number of free ions and even electrically balanced molecules (such as water) that act as dipoles due to the direction of charge. Suggests. When exposed to a vibrating magnetic field, molecules are repelled and attracted according to their charge in a manner similar to the imaging performed by magnetic resonance imaging (MRI), except that excitations occur at lower frequencies. This type of magnetic therapy is commonly referred to as pulsed magnetic therapy or PMT.
報告されているPMTの効果は、主に筋弛緩、局所血液循環の改善、血管拡張などの鎮痛薬です。抗炎症効果;局所放出による痛みの緩和エンdorphins。携帯上で有益な効果膜活動電位の。作用メカニズムは、本質的に、進行中の化学反応速度を加速することによって触媒的に作用する、熱的ではなく電気化学的であると主に考えられている。報告されているPMTパルス周波数は、20kHzの播種から1Hz未満までのオーディオおよびインフラサウンドスペクトル全体に及びます。公表された文献から、これらの報告された主張の正確さを決定すること、またはパルス磁気療法の治療効果を確認することは不可能です。さらに、PMTには特定のリスクが伴います。特にPMTは腫瘍の場合は禁忌であり、ペースメーカーの動作に影響を与える安全上のリスクがあります。 The reported effects of PMT are mainly analgesics such as muscle relaxation, improvement of local blood circulation, and vasodilation. Anti-inflammatory effect; pain relief by local release Endorphins. Beneficial effect on mobile membrane action potential. The mechanism of action is primarily believed to be electrochemical rather than thermal, acting catalytically by accelerating the rate of ongoing chemical reactions. Reported PMT pulse frequencies range from 20 kHz seeding to less than 1 Hz throughout the audio and infrasound spectrum. It is not possible to determine the accuracy of these reported claims or confirm the therapeutic effect of pulsed magnetic therapy from published literature. In addition, PMT carries certain risks. PMTs are contraindicated, especially in the case of tumors, and pose a safety risk that affects the behavior of the pacemaker.
本発明によれば、パルス磁気療法システムは、開示されたPBTシステムを、光学部品を電磁石に置き換え、インテリジェントパッドまたはワンドに含まれる駆動回路を適合させることによって転用することによって実現することができる。オプションで、PBT用のLEDは、磁気エミッターと組み合わせて、同時にまたは時間的に交互に駆動できます。電磁石のアレイを駆動する場合、電磁石アレイは、本明細書でLEDアレイに使用され、USPTO出願番号14/919,594に開示されている「3D曲げ可能」と同様の3次元曲げ可能プリント回路基板(または3DPCB)に取り付ける必要があります。参照により本明細書に組み込まれる、冗長相互接続を備えたプリント回路基板」。リジッド−フレックスPCBは、(90°の角度に多数の電磁石の向きを調整する必要がある患者に直角)'機械的屈曲PCB及びリジッド電磁石との間のはんだ接合部に損傷を与えることなく、治療される組織。リジッドフレックスPCBは、信頼性の高い3D曲げ性を実現するための完璧なソリューションを提供します。 According to the present invention, the pulsed magnetic therapy system can be realized by diverting the disclosed PBT system by replacing the optical component with an electromagnet and adapting the drive circuit included in the intelligent pad or wand. Optionally, LEDs for PBT can be driven simultaneously or alternately in time in combination with a magnetic emitter. When driving an array of electromagnets, the electromagnet array is used in the LED array herein and is a three-dimensional bendable printed circuit board similar to the "3D bendable" disclosed in USPTO Application No. 14 / 919,594. Must be attached to (or 3D PCB). Printed circuit boards with redundant interconnects, incorporated herein by reference. " Rigid-flex PCBs (perpendicular to patients who need to orient multiple electromagnets at a 90 ° angle)'treat without damaging the solder joint between the mechanically bent PCB and the rigid electromagnets. The organization to be. Rigid Flex PCBs provide the perfect solution for reliable 3D bendability.
図82は、保護されていない銅の相互接続を備えたリジッドフレックスPCBを示しています。示されるように、フレックスPCBは、典型的にはパターン化された銅を含む金属層1301および1302によって挟まれた絶縁層1303を含む。示されている断面のいくつかの部分および他の部分(この特定の断面には示されていない)では、このフレックスPCBは、絶縁層1304および1305を含む剛性PCBの中央に挟まれ、パターン化された金属層1311および1312と積層される。一般に、フレックスPCB金属層1301および1302は、剛性PCB金属層1311および1312よりも薄い。断面は、例示を目的としている。断面の各層の正確なパターンは、場所と実装されている回路によって異なります。示されているように、金属ビア1307は、金属層1301から1311を接続するために使用され、ビア1308は、金属層1302から1312を接続するために使用される。完全に埋め込まれたビア1306は、フレックス金属層1301および1302を接続するために使用される。
Figure 82 shows a rigid flex PCB with unprotected copper interconnects. As shown, the flex PCB typically includes an insulating
PCBの剛性部分と屈曲部分の両方をシールするために、ポリイミド、シリコン、またはその他の引っかき傷防止材料のコーティングを含む保護層が使用されます。示されるように、絶縁体1304は金属層1301を保護し、絶縁体は金属層1302を保護し、フレックスPCBを湿気および機械的に誘発される引っかき傷のリスクから完全に密封する。PCBの剛性部分において、パターン化された絶縁層1313は金属層1311の一部を保護し、パターン化されていない絶縁層1314は金属層1312を完全に保護する。金属層1311のいくつかの部分は、剛性PCBにコンポーネントをはんだ付けする目的で保護されないままである。
A protective layer containing a coating of polyimide, silicone, or other scratch resistant material is used to seal both the rigid and bent parts of the PCB. As shown, the
示されているように、所与のリジッドPCB内、リジッドPCB間、およびフレックスPCB内の様々な金属層の電気的相互接続は、導電性ビア1306、1307、および1308を使用して、ワイヤ、コネクタまたははんだ接合を必要とせずに達成することができる。これらの導電性ビアは、さまざまな金属層に垂直に形成された金属または他の低抵抗材料の導電性カラムを含み、2つ以上の金属層を貫通して、マルチレベルの接続性および非平面電気トポロジー、すなわち、導体が相互に交差しなければならない回路を容易にすることができる電気的に短絡します。
As shown, the electrical interconnection of various metal layers within a given rigid PCB, between rigid PCBs, and within a flex PCB uses
PMTパッドでは、開示されたリジッドフレックスPCBのリジッド部分の役割は、様々な方法で使用され得る。ある場合には、個別の電磁、永久磁石、および永久磁石/電磁石スタックをリジッドフレックスPCBのリジッド部分に取り付けることができます。あるいは、PCB相互接続を使用して、貫通孔磁性材料と組み合わせると平面磁気構造を形成するトロイドを形成することができます。平面磁気トロイドの1つの例示的なレイアウトが、図83の分解図に示されている金属導電層1311、1301、1302、1312形磁性コア1316所与の層上の各円形の導体を取り囲む円形の環状体は、金属ビア1306、1307、1308それ以下の金属層と比較して回転させられます電流がPCBの各平面上、例えば剛性PCB1320と交差する平面上に位置するすべての層上で反時計回りに流れるように層を相互接続することができる。この構造は、図84においてさらに詳細に説明される。リジッドフレックスPCBは、導電層とIRO間の短絡防止のため、磁気コア1316取り囲むトロイドの層形成N磁気コアを、磁気コア1316は、導電層から絶縁されてもよい1311、1301,1302、および1302得られた上面図を図85に示すにおける平面断面交差リジッドPCB1320とフレックスPCBを1321のように相互接続1308を介して1306を介してを介して上に導電層に接続しても通って下にある導電層に接続しながら、円形の導体1302は、磁気コア1316包囲示さ。
In PMT pads, the role of the rigid portion of the disclosed rigid flex PCB can be used in a variety of ways. In some cases, individual electromagnetic, permanent magnet, and permanent magnet / electromagnet stacks can be attached to the rigid portion of the rigid flex PCB. Alternatively, PCB interconnects can be used to form toroids that form planar magnetic structures when combined with through-hole magnetic materials. One exemplary layout of planar magnetic toroids is the metal
PMTを駆動するために使用される例示的な回路が図86に示されている。PMTドライバ1340を含む。電磁石ドライバー1341;電磁石電源1363;および電磁石アレイ1350。バッテリー充電器1360、リチウムイオンバッテリー1361、およびUSBコネクタと一緒に。インテリジェントLEDパッドまたはレーザーワンド回路と同様に、PMTドライバー1340には、PMTμC1181、クロック1183、不揮発性メモリ1134、揮発性メモリ1135、通信インターフェイス1182、BluetoothまたはWiFi無線リンク1190が含まれます。PMTのデジタルパルス出力μC1181は、論理ゲート1228a、1228b、およびオプションで他のゲート(図示せず)によってゲートされ、過熱保護1131aを容易にします。次に、ゲートの出力は、デュアルインバータストリング1346および1347によってバッファリングされ、それぞれプログラム可能な電流シンク1342および1343のデジタル入力を駆動します。制御電流シンク1342および1343は、デジタル入力に応答して電磁石1352および1353を流れる電磁石電流IEM1およびIEM2の大きさと波形を制御し、D/Aコンバータ1345の出力から得られるアナログ基準電流によっても制御されます。
An exemplary circuit used to drive the PMT is shown in FIG. Includes
電流シンクを急速電磁石蓄積エネルギーのいずれかまで、インダクタ電流を再循環させることによってスイッチオフされるたびに、フリーホイーリングダイオード1354及び1355は、高電圧スパイクを防止するために含まれるEL=0.5LI2消費又は電流シンクまで再度電流を流しています。コンデンサ1356及び1357は、の共振周波数でコイルのインダクタンスと発振有するタンク回路を形成するために、意図的にノイズまたは必要に応じてスイッチングフィルタに使用されるfLC=1/(2πSQRT(LC)。電磁石+VEMを駆動するための電力は、電圧を上げるためのブーストコンバーターまたは電圧を下げるためのバックコンバーターのいずれかのスイッチング電源回路から得られます。あるいは、電流シンク1343および1343がインダクタ電流を制御するので、とにかく電圧レギュレータを排除することができます。
The current sink until either rapid electromagnet stored energy, each time it is switched off by recirculating the inductor current, freewheeling
スイッチングレギュレータの動作は当技術分野で周知であるが、例示的な目的のために、例示的なブーストコンバータが電磁石電源1363として本明細書に含まれる。動作中、PWMコントローラ1365はパワーMOSFET1366をオンにし、ブーストインダクタ1369の電流がスイッチング期間の一定の割合でランプアップし、その後パワーMOSFET1366がオフになります。MOSFETの導通を遮断して瞬時に前進ショットキー1367をダイオードとコンデンサ1368を充電バイアス、アップ飛ぶMOSFET1366電源のドレイン電圧を生じさせる電圧+VEM。次に、コンデンサ電圧のフィードバック信号がPWMコントローラ1365に「フィードバック」され、コントローラが出力電圧がその目標電圧より低いか高いかを決定することを可能にする。
The operation of switching regulators is well known in the art, but for exemplary purposes, exemplary boost converters are included herein as electromagnet power supplies 1363. During operation, the
電圧が目標を下回っている場合、時間上のパルス幅が大きな割合であることが長くなるD=ton/(ton+toff)=(ton/TPWM)次のクロック周期のTPWM、であり、Dが増加すると、インダクタ1369の平均電流が増加し、出力電圧+VEM高くなります。一方、出力電圧が高すぎる場合、デューティ係数D、つまりMOSFET1366のオン時間が減少し、インダクタ1369の電流が数回のスイッチングサイクルにわたって徐々に減少し、それによって出力電圧が低下。デューティファクターDとパルス幅(パワーMOSFET1366のオン時間)を継続的に調整することにより、出力電圧は電圧フィードバックによって一定値に調整されます。したがって、スイッチ周波数および周期TPWM動作するスイッチングレギュレータの調整プロセスは、パルス幅変調を意味するPWMと呼ばれます。出力コンデンサ1368の役割は、出力電圧をフィルタリングすることであり、入力コンデンサ1364は、電源へのノイズの逆注入を防止し、電力ネットワークを安定させるために使用される。示されているように、スイッチングコンバータとレギュレータの出力電圧はその入力よりも高い、つまり+VEM>Vbatため、コンバータはブーストコンバータと呼ばれます。ただし、必要な電磁石ドライバ電圧がバッテリ電圧+VEM<Vbatよりも低い場合は、降圧または降圧コンバータが必要です。トポロジー的には、バックコンバータを実現するには、共通ノードに接続されている3つのコンポーネントを右に回転させて同じコンポーネントを再配置する、つまりショットキーダイオード1367をインダクタ1369に置き換え、パワーMOSFET1366を置き換えることにより、ブーストコンバータの回路にわずかな変更を加えるだけで済みます。ショットキー1367を使用し、インダクタ1369をパワーMOSFET1366に置き換えます。
If the voltage is below the target, D = t on / (t on + t off) which is longer that the pulse width is large percentage of on time = (t on / T PWM) next clock period T PWM, Therefore, as D increases, the average current of the
あるいは、代わりに電磁石を実現する平面磁気を用いる、プレ−組み立てまたは離散電磁石モジュールを使用することができます。図87に示すように、磁気コア1376および巻線コイル1375を含む個別の表面実装電磁石1351は、金属脚1359aおよび1359bを2つの別個の電気的に絶縁された導電層セグメントにはんだ付けすることにより、表面実装コンポーネントとしてリジッドフレックスPCBの剛性部分に取り付けられます。1311A及び1311Bの同じ銅導体層。図示のように、孤立した導電性セグメント1311aは、次に、パターン化されたビア1309a、1306a、および1310aを介して下部導電性層1312を接続する。このようにして、別個の個別の電磁石を各剛性PCBの上に配置して、図88Aの断面図に示されるようなアレイを形成することができる、特にディスクリート電磁石1351aがリジッドPCB1348aに取り付けられ、フレックスPCB部分1349aを介してリジッドPCB1348bに接続する場合。ディスクリート電磁石1351bは、リジッドPCB1348bに取り付けられ、リジッドPCB1348bは、フレックスPCB部分1349bを介してリジッドPCB1348cに接続する。ディスクリート電磁石1351cがリジッドPCB1348cに取り付けられ、フレックスPCB部分1349cを介して他のリジッドPCB(図示せず)に接続します。
Alternatively, you can use a pre-assembled or discrete electromagnet module that uses planar magnetism to implement the electromagnet. As shown in FIG. 87, a separate
そのような設計として、アレイ内のすべての磁石1351a、1351b、1351cなどは電磁石であり、PMTドライバ1340から生成されたPMT再生に応答して以前のPMT回路に従ってその磁場を変化させるように電子的に制御することができる。波形は、PMTのパッドを横切って特殊なパターン又は磁石波を形成するために個々に、いくつかのシーケンスで電磁石を駆動含み得る代わりに、アレイ内のすべての電磁石の磁場中で、連続的なパルス又は正弦波変形を生じさせるか、してもよい、例えば起伏を生成しますパッドを横切って、または一連のパッドの長さに沿って、列ごとに磁場波。他の場合には、一定の磁場を生成するためにバイアスをかけられる電磁石もあれば、時間変化する磁場を生成するように変調される電磁石もあります。
In such a design, all
代替の実施形態では、いくつかの電磁石を電磁石に置き換えて、一定の磁場と時間的に変化する磁場の混合を組み合わせることができる。例えば、図88Aでは、以前に電磁石13511b(図において先に示した)は、永久磁石1370に置き換えられ電磁石1351A及び1351cは変わらないままリジッドPCBの1348bに取り付けられました。図88Cでは、図88Bでは、剛性PCB1348bは、電磁石1351dおよびその下にある永久磁石1370bのスタックを駆動するか、あるいは図88Dにおいて、剛性PCB1348bは、電磁石1351eとその上にある永久磁石1370cのスタックを駆動します。そのような場合、電磁石の動作は、積み重ねられた永久磁石によって生成される磁場を増強する(または代わりに減少させる)。
In an alternative embodiment, some electromagnets can be replaced with electromagnets to combine a mixture of constant and time-varying magnetic fields. For example, in FIG. 88A, the electromagnet 13511b (shown earlier in the figure) was previously replaced by a permanent magnet 1370 and the
PMT装置はまた、図89に示されるように、ハンドヘルド磁気療法装置またはワンド1450としての使用に適合させることができる円筒状のハンドルを含むUXディスプレイ1460と1458は、押しボタンは、制御動作とプログラム選択に1461b可動ジンバル1452、磁気ヘッドを介してボタン1461a/オフ、バッテリ1643、及び磁気ヘッドユニット1453に1462円筒ハンドル1458のコネクトUSBコネクタにユニット1453は、制御回路とともにPCB1454に取り付けられたフェライトコア1457およびコイル1556を含む電磁石1455を含む。分散システムの一部として操作される場合、ハンドヘルド磁気治療ワンド1450のPBTコントローラへの通信リンクは、USB、WiFi、または場合によってはブルートゥース(登録商標)を介して実行され得る。自律型デバイスとして、USBコネクタ1462は、PBTコントローラに接続することにより、製造中にワンドをプログラムするために使用されます。
The PMT device also includes a cylindrical handle that can be adapted for use as a handheld electromagnetic therapy device or
歯周PBTLEDマウスピース Periodontal PBT LED mouthpiece
PBTは頬を通して歯肉疾患を治療するために実行できますが、別のオプションは、レーザーまたはLEDを使用して、近、赤外線、および青色のスペクトルで患者の口に直接光を注入することです。デバイスなどは小さく、口に快適にフィットする必要があります。自律治療装置として、装置は、いくつかの事前にプログラムされたアルゴリズムのみを実行できる軽量のソフトウェアクライアントを使用する必要があります。あるいは、デバイスは、有線接続、Bluetooth、または低電力WiFi802.11ahを使用したユーザー制御モジュールからのデータストリーミングを採用する場合があります。ユーザー制御モジュールは、インテリジェントLEDパッドのコントローラーと同じように動作するPBTコントローラーと通信しますが、その出力はパッド内のLEDを駆動せず、代わりにパッシブ電気信号としてLEDマウスピースにストリーミングされるため、処理は行われませんマウスピース内。 PBT can be performed through the cheeks to treat gingival disorders, but another option is to use a laser or LED to inject light directly into the patient's mouth in the near, infrared, and blue spectra. Devices etc. should be small and fit comfortably in the mouth. As an autonomous treatment device, the device should use a lightweight software client that can only run a few pre-programmed algorithms. Alternatively, the device may employ wired connectivity, Bluetooth, or data streaming from a user control module using a low power WiFi 802.11ah. The user control module communicates with a PBT controller that behaves like an intelligent LED pad controller, but its output does not drive the LEDs in the pad, instead it is streamed to the LED mouthpiece as a passive electrical signal. , No processing is done inside the mouthpiece.
そのような歯周PBT装置の例は、図90の3次元透視図に示されている。歯および歯茎1503を覆う馬蹄形部分を含む成形マウスピース1500、馬蹄形部分を裏打ちする2つの異なる波長LED1504および1505(位置1506が3−D透視図では見えないLEDの位置を識別する)、電気ケーブルを含む。電源用またはオプションでバス通信用のコネクタを含む1501および制御ユニット1502。断面は、フレックスPCB1513リジッドPCBベース1515、およびLED1513というよりクリーン歯にしようとアセンブリリジッドフレックスPCBを含む歯1510取り囲むU字形の断面を明らかにし、マウスピースは、位置LEDに設計されています1513は、歯1511に隣接する歯茎1512の近くに配置される。LEDは、炎症および歯周病と戦うために、赤、赤外線、青、または紫のLEDを含み得る。U字型のアセンブリは、リジッドフレックスPCBの周りに成形された薄いシリコンマウスピース内に含まれています。
An example of such a periodontal PBT device is shown in the three-dimensional perspective view of FIG. A molded
単一の顎(上顎または下顎のいずれか、両方ではない)を覆い、治療するように設計されたU字形の断面を有するマウスピースの製造が図91に示されている。リジッドPCB部分1513およびフレックスPCBウィング1514を含む。SMT製造直後に示すように、LED1513aはフレックスウィング1514に取り付けられ、オプションでLED1513zはリジッドPCB1515に取り付けられます。PCB表面実装技術(SMT)アセンブリ中、リジッドフレックスPCBは、コンポーネントを必要とする大量の自動アセンブリに対応します。リフロー中のはんだ温度プロファイルを選択して配置し、均一にします。SMTの組み立て中は、PCBをしっかりと平らに保つことが重要です。PCBの剛性とフレックス部分はピック・アンド・プレースの間に同一平面上に固定されているが、リジッドフレックスPCBの必要性は直線的ではないが、代わりにレイアウトされたことができる私のnガム状馬蹄形のデザイン、そのためフレックスPCBの不要な屈曲が発生したり、後で破損を引き起こす可能性のある応力が追加されたりすることはありません。表面実装アセンブリの後、フレックスウィング1514は、剛性PCBベース1515に対して垂直にU字形に曲げられ、次いで、剛性フレックスPCBを覆う透明なシリコーンマウスピース1516に成形される。
The manufacture of a mouthpiece with a U-shaped cross section designed to cover and treat a single jaw (either the maxilla or the mandible, but not both) is shown in FIG. Includes
同じプロセスを、上顎と下顎の両方でPBTtreを同時に使用するのに役立つH字型マウスピースの製造に適用できます。図92Aに示す方法は、は、PCB組み立て後、2つの別個の部品が電気的および物理的に結合されてH型マウスピースを製造することを除いて、前述のU字型マウスピースについて説明したのと同じ製造プロセスを利用する。示されるように、2つのPCB、1つはリジッドPCB1515a、フレックスPCB1514a、LED1513a、およびオプションのLED1513zを含み、もう1つはリジッドPCB1515b、フレックスPCB1514b、LED1513b、およびオプションのLED1513yを一緒に結合される。接合プロセスでは、剛性PCB1515aおよび1515bが一緒にはんだ付けされて、図92Bに示されるように、電気的および機械的に単一の多層PCB1517を形成する。このように、マウスピースは上部と下部の両方の歯茎を同時に治療することができます。
The same process can be applied to the production of H-shaped mouthpieces that help to use PBTtre simultaneously in both the maxilla and mandible. The method shown in FIG. 92A describes the U-shaped mouthpiece described above, except that after PCB assembly, two separate parts are electrically and physically coupled to produce an H-shaped mouthpiece. Use the same manufacturing process as. As shown, two PCBs, one containing a
剛性PCB1515aおよび1515bの結合が図93に示されている。剛性PCB1515b上の導電性表面1518bおよび1518dを示す図は、剛性PCB1515aの下の対応する導電性表面1518aおよび1518cにはんだ付けされて、上部および下部PCB間の電気的接続を確立し、マウスピースに機械的支持および剛性を提供する。オプションで、銀はんだペーストで満たされたスルーホールビア1519aおよび1519bを溶融して、上部リジッドPCB1515aと下部リジッドPCB1515bの両方を貫通する連続スルーホールを形成することができます。
The coupling of the
歯周PBTマウスピースの回路を図94に示す。患者の口には高電圧が許可されていないため、入力電圧+VINを降圧する必要があります。低ドロップアウトリニアレギュレータLDO1520によって低電圧+VLED調整されます。フィルタコンデンサ1521および1522は、レギュレータを安定させるために含まれています。入力と出力のトランジェントをそれぞれフィルタリングします。クロック1534および時間基準1531に従って揮発性および不揮発性メモリ1536aおよび1526aに格納されたプログラムを実行するユニットのマイクロコントローラ1535の制御下で、マイクロコントローラからの信号は、制御信号1537aおよび1524bでプログラム可能な電流源1524aおよび1524bを独立して駆動するために使用される1537b。
The circuit of the periodontal PBT mouthpiece is shown in FIG. High voltage is not allowed in the patient's mouth, so the input voltage + VIN must be stepped down. Low voltage + V LED adjustment by low dropout linear regulator LDO1520.
信号は、LEDのオンとオフをデジタルでストローブするため、あるいは伝導電流をプログラムするため、または正弦波などの周期波形を合成するために使用できます。電流源1524aからの電流は、NPNバイポーラトランジスタ1526aの電流を制御するためにNPNバイポーラトランジスタ1525aによってミラーリングされ、したがって、LED1504aおよび1504bの電流を制御し、LED1504cおよび1504dの電流を同様に制御し、すべてマイクロコントローラ1535のプログラム実行に従う。同様に、電流源1524bからの電流は、NPNバイポーラトランジスタ1526bの電流を制御するためにNPNバイポーラトランジスタ1525bによってミラーリングされ、したがって、マイクロコントローラ1535のプログラム実行に従って、LED1505aおよび1505b、ならびに同様にLED1505cおよび1505dの電流を制御する。このようにして、スペースを節約するために最小限のコンポーネントを使用してLED電流を制御できます。したがって、小型化されたコントローラの回路は、図90に示されるエンクロージャ1502に収容することができる。
The signal can be used to digitally strobe the LED on and off, to program the conducted current, or to synthesize a periodic waveform such as a sine wave. The current from the
超音波セラピー Ultrasound therapy
彼が配布さ開示されているようにPBT系をも駆動に適用可能である圧電振動子を範囲からの周波数範囲で生産超音波に100kHzの4MHz。超音波治療の主な治療作用メカニズムは振動であり、瘢痕組織を破壊し、良好な深さの浸透で加熱を引き起こすのに適しています。駆動アルゴリズムは、デジタル(パルス)および正弦波駆動の両方を含む、本明細書に開示されるLEDの正弦波駆動で使用されるものと同様であり得る。開示された分散型PBTは、独立して、またはPBTと組み合わせて超音波療法を実施することができる。開示されたシステムを使用すると、超音波変換器をLEDアレイと組み合わせて、超音波を使用して瘢痕組織を破壊し、PBT加速食作用を使用してそれを運び去ることもできます。
As he distributes and discloses, the PBT system can also be applied to drive a piezoelectric oscillator produced in the frequency range from the
組み合わされた超音波PBT治療システムまたはUSPBTパッドの1つの実装が図95に示されている。クロック1556および時間基準1553に従って揮発性および不揮発性メモリ1558aおよび1558bに格納されたプログラムを実行するマイクロコントローラ1557を含む、マイクロコントローラからの信号は、ローサイドNチャネルMOSFET1563aを含むHブリッジを独立して駆動するために使用される。同時に、ハイサイドPチャネルMOSFET1564bがオフになり、次にローサイドNチャネル1563bがオンになり、Vy=0になり、その間に電流がVxからVyに流れます。次の半サイクルで、電流の流れはVyからVxに逆になります。
One implementation of a combined ultrasonic PBT treatment system or USPBT pad is shown in FIG. Signals from the microcontroller, including the
ハイサイドMOSFET1564aおよび1564bは、レベルシフトドライバ回路1566aおよび1566bによって駆動される。同様に、ローサイドMOSFET1563aおよび1563bは、ローサイドバッファ1565aおよび1565bによって駆動される。動作中、ローサイドNチャネルMOSFET1564aとハイサイドPチャネル1563aによって形成されたハーフブリッジは、ローサイドNチャネルMOSFET1564bとハイサイドPチャネルによって形成されたハーフブリッジと位相がずれて駆動されます。チャネル1563b。のハイサイドPチャネルMOSFET1564aがオンになり、導通し、その後、ローサイドNチャネル1563aはオフであり、V、X=+VPZ。同時にハイサイドPチャネルMOSFET1564bは、その後、ローサイドNチャネル1563bがオンとVことにより導通し、オフでありVy=0は、その間Vから電流が流れるVxにVy。次の半サイクル、Vからの電流の流れが反転におけるVyにVx。動作時には、二つの半ブリッジは、位相が駆動されることにより、インバータμC1557パッドの出力に応答して1567ハーフブリッジの出力は絶対値±VPZ有する双方向である。パッドμC1557の出力はまた、以前に開示されたLEDドライバ1560を介してLEDアレイ1560を駆動するために使用される。
The high-
図96に示される代替の実施形態では、電流シンクのプログラム可能なアレイは、複数の圧電トランスデューサを駆動する際のハーフブリッジに取って代わります。示されているように、パッドμC1557は、対応する圧電変換器1562aおよび1562bをそれぞれ介して電流シンク1576および1575によって伝導される電流を制御するために使用されるD/A変換器1573にデジタル振幅を出力する。圧電電流IPZ1およびPZ2、デジタル生成された超音波の周波数を制御するインバータ1571と1572によってパルスされます。
In the alternative embodiment shown in FIG. 96, the programmable array of current sinks replaces the half bridge in driving multiple piezoelectric transducers. As shown, the pad μC1557 digital amplitude to the D /
USPBTパッドの例が図97に示されているインテリジェントLEDパッドを含む1580が剛性基板1588を含む単一のUSBソケット1598クロス部を含む上面図1581、下面図1584、及び側面図で示します。フレックスPCB1589、LED1591、センサー1590、圧電トランスデューサ1592aおよび1592b。LEDポリマーパッドカバー1581には、開口部1595とキャビティ1596、および保護用の透明なプラスチック1587が含まれます。LEDパッド1580には、突起1583のあるフレキシブルポリマー1581cの上部、突起1585のある下部フレキシブルポリマー1684が含まれます。
An example of a USPBT pad is shown in
オプションで、PBT用のLEDは、超音波圧電エミッターと組み合わせて、同時にまたは時間的に交互に駆動できます。(本明細書USPBTと呼ぶ)は、超音波及びphotobiomodulation治療の組み合わせアプリケーションは、瘢痕組織を破壊する超音波を使用して加速するPBTを使用するのに有用であるレモヴァル死細胞。 Optionally, LEDs for PBT can be driven simultaneously or alternately in time in combination with an ultrasonic piezoelectric emitter. Removal dead cells (referred to herein as USPBT) are useful for the combined application of ultrasound and photobiomodulation therapy to use PBT, which is accelerated using ultrasound that destroys scar tissue.
超低周波音療法 Infrasound therapy
超低周波音療法は組織マッサージに似ていますが、オーディオスペクトルよりも非常に低い周波数、通常は20Hzから1Hz以下で発生する点が異なります。低周波数を生成するためのアクチュエータは、比較的大きくなければならず、例えば、直径10cmであり、したがって、図89のものと同様のワンドに含めるのに非常に適している。電磁石は、可動部分が非常に低い周波数で治療された組織を押すプランジャーまたは膜に取り付けられることを除いて、スピーカーと同様のボイスコイルドライバーによって置き換えられることを除いて。したがって、開示されたPBTシステムは、超音波周辺機器をサポートするために直接互換性がある。超低周波音は、組織に深いマッサージを提供し、可動域と筋肉の弾力性を改善するのに役立つ低周波音を提供します。オプションで、PBT用のLEDは、超低周波音のボイスコイルアクチュエータと組み合わせて、同時にまたは時間的に交互に駆動できます。 Infrasound therapy is similar to tissue massage, except that it occurs at frequencies much lower than the audio spectrum, usually 20 Hz to 1 Hz or less. The actuator for producing low frequencies must be relatively large, eg, 10 cm in diameter, and is therefore very suitable for inclusion in a wand similar to that of FIG. 89. Except that the electromagnet is replaced by a voice coil driver similar to a speaker, except that the moving parts are attached to a plunger or membrane that pushes the treated tissue at very low frequencies. Therefore, the disclosed PBT systems are directly compatible to support ultrasonic peripherals. Infrasound provides a deep massage to the tissue and provides a low frequency sound that helps improve range of motion and muscle elasticity. Optionally, LEDs for PBT can be driven simultaneously or alternately in time in combination with an infrasound voice coil actuator.
PBTLED芽鼻/耳用 PBT LED bud nose / ear
PBTは経頭蓋行うことができるが、別のオプションは、近赤外、および青色スペクトルにおけるレーザまたはLEDを使用して、直接鼻又は耳に光注入することです。デバイスなどは小さいです。自律したよう治療装置、デバイスはできる軽量なソフトウェアクライアントを使用する必要があり実行ほんの数前に−アルゴリズムを。あるいは、デバイスは、有線接続、Bluetooth、または低電力WiFi802.11ahを使用したユーザー制御モジュールからのデータストリーミングを採用する場合があります。ユーザー制御モジュールは、インテリジェントLEDパッドのコントローラーと同じように動作するPBTコントローラーと通信しますが、その出力はパッド内のLEDを駆動せず、代わりにパッシブ電気信号としてLEDバッドにストリーミングされるため、処理は実行されません。つま先の中で。したがって、開示されたPBTシステムは、鼻および耳の治療のためのPBTLEDバッドをサポートするために直接互換性がある。鼻腔内および耳内(つまり耳内)のPBTのもう1つの利点は、副鼻腔に感染している病原菌や細菌を殺す能力です。 PBT can be transcranial, but another option is to inject light directly into the nose or ear using a laser or LED in the near infrared and blue spectra. Devices etc. are small. As autonomous as therapeutic devices, devices can use lightweight software clients to run just a few days ago-algorithms. Alternatively, the device may employ wired connectivity, Bluetooth, or data streaming from a user control module using a low power WiFi 802.11ah. The user control module communicates with a PBT controller that behaves like an intelligent LED pad controller, but its output does not drive the LEDs in the pad, but instead is streamed to the LED pad as a passive electrical signal. No processing is performed. In your toes. Therefore, the disclosed PBT systems are directly compatible to support PBTLED buds for the treatment of the nose and ears. Another benefit of intranasal and intra-ear (ie, intra-ear) PBT is its ability to kill pathogens and bacteria that infect the sinuses.
鍼治療用のPBTLEDスポット PBT LED spot for acupuncture
もう1つの小さなサイズのLEDソースは、小さなLEDまたはレーザーの「スポット」です。これは、鍼治療のポイントの上に体に取り付けられたコインサイズのパッドです。デバイスなどは小さく、バッテリー電源のスペースがありません。デバイスは、有線接続、Bluetooth、または低電力WiFi802.11ahを使用したユーザー制御モジュールからのデータストリーミングを採用する場合があります。ユーザー制御モジュールは、インテリジェントLEDパッドのコントローラーと同じように動作するPBTコントローラーと通信しますが、その出力はパッド内のLEDを駆動せず、代わりにパッシブ電気信号としてLED/レーザースポットにストリーミングされるため、処理はスポット内で実行されます。したがって、開示されたPBTシステムは、鍼用LEDスポット用のPBTLEDバッドをサポートするために直接互換性がある。 Another small size LED source is a small LED or laser "spot". This is a coin-sized pad mounted on the body above the points of acupuncture. Devices etc. are small and there is no space for battery power. The device may employ wired connectivity, Bluetooth, or data streaming from a user control module using a low power WiFi 802.11ah. The user control module communicates with a PBT controller that behaves like an intelligent LED pad controller, but its output does not drive the LEDs in the pad, but instead is streamed to the LED / laser spot as a passive electrical signal. Therefore, the process is performed within the spot. Therefore, the disclosed PBT systems are directly compatible to support PBT LED buds for acupuncture LED spots.
Bluetoothヘッドフォン-医学的には治療的ではありませんが、リラクゼーションアプリケーションでは、PBT治療波形に同期したBluetoothを介して音楽をヘッドフォンにブロードキャストできます。開示されたPBTシステムの波形合成能力を考えると、それは同期化された音楽およびPBT処理をサポートすることができる。 Bluetooth Headphones-Although not medically therapeutic, relaxation applications allow music to be broadcast to headphones via Bluetooth synchronized with the PBT treatment waveform. Given the waveform synthesis capabilities of the disclosed PBT system, it can support synchronized music and PBT processing.
Claims (1)
第1の発光ダイオード(LED)ストリングであって、第1の波長λ1の放射を含む電磁放射(EMR)を生成するように適合された複数のLEDを含む、該第1のLEDストリングと、
前記第1のLEDストリングを通る電流を制御するために、前記第1のLEDストリングに結合された第1のチャネルドライバと、
パターンライブラリを含む第1のマイクロコントローラであって、前記パターンライブラリは、少なくとも1つのアルゴリズムを格納し、前記少なくとも1つのアルゴリズムは、前記第1のLEDストリングを制御するためのプロセスシーケンスを定義し、前記アルゴリズムは、前記複数のLEDによって放出されるEMRのパルスの周波数f1、前記複数のLEDによって放出されるEMRの前記パルスのデューティファクタ、および前記第1のLEDストリングを通る前記電流の大きさを特定する、前記第1のマイクロコントローラと、
前記第1のLEDストリングを含むパッドであって、前記第1のLEDストリングは、前記パッドが前記生物に隣接して配置されたときに前記EMRが生物に放射されることを可能にするように前記パッド内に配置され、前記パッドは、前記第1のLEDストリングを自律的に制御するための第2のマイクロコントローラを備える、該パッドとを備える、光線療法システム。 It ’s a phototherapy system.
A first light emitting diode (LED) string, said first LED string, comprising a plurality of LEDs adapted to produce electromagnetic radiation (EMR), including radiation of first wavelength λ1.
A first channel driver coupled to the first LED string to control the current through the first LED string.
A first microcontroller that includes a pattern library, the pattern library stores at least one algorithm, the at least one algorithm defining a process sequence for controlling the first LED string. The algorithm determines the frequency f1 of the EMR pulse emitted by the plurality of LEDs, the duty factor of the pulse of the EMR emitted by the plurality of LEDs, and the magnitude of the current passing through the first LED string. The first microcontroller to identify and
A pad that includes the first LED string, such that the first LED string allows the EMR to be radiated to the organism when the pad is placed adjacent to the organism. A phototherapy system comprising the pad, the pad comprising a second microcontroller for autonomously controlling the first LED string, which is disposed within the pad.
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