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JP2021520867A - Distributed Photobiomodulation Therapy Systems and Methods - Google Patents

Distributed Photobiomodulation Therapy Systems and Methods Download PDF

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JP2021520867A
JP2021520867A JP2020554839A JP2020554839A JP2021520867A JP 2021520867 A JP2021520867 A JP 2021520867A JP 2020554839 A JP2020554839 A JP 2020554839A JP 2020554839 A JP2020554839 A JP 2020554839A JP 2021520867 A JP2021520867 A JP 2021520867A
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ハン リン、ケン
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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 LED driver 1 that controls and drives an LED as a source of photons 3 emitted from an LED pad 2 that illuminates a patient's tissue 5. Although the human brain is shown as tissue 5, any organ, tissue, or physiological system can be treated with PBT. Before, after, or during treatment, the physician or clinician 7 can adjust the treatment by controlling the settings of the LED driver 1 according to their observations.

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 infrared light 22 are all eukaryotic processes, including both plants and animals, including birds, mammals, horses, and humans. It is generally accepted that it occurs in mitochondria 21, which are organelles present in nuclear cell 20. The current understanding is that photobiological process 22 involves transforming adenosine monophosphate (AMP) to higher energy adenosine diphosphate, an upper cytochrome c oxidase (CCO) molecule with photon 23 collision. It functions as a charger to increase the energy content of cells. It converts 24 into ADP) molecules and ADP molecules into higher energy adenosine triphosphate (ATP) molecules. Charges AMP-, -ADP-, and -ATP sequence 25 in the process of increasing the stored energy, and acts as a storage cell battery with the molecular energy of the charger ATP, which has the action of cytochrome c oxidase molecule 24. Can be regarded as "photosynthesis" of. Cytochrome Cytochrome c oxidase molecule 24 can charge sequence 25 or convert energy from glucose resulting from the digestion of food into the fuel of ATP via a combination of digestion and photosynthesis. To promote cell metabolism, the ATP26 molecule can release energy 29 through the discharge process 28 from ATP to ADP, AMP. Energy 29 is used to promote protein synthesis, including the formation of catalysts, enzymes and DNA polymerases. And other biomolecules.

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 photobiological process 22 is that the chitochrome c oxidase molecule 24 is a nitric oxide (NO) molecule 27, which is an important signaling molecule in neurotransduction and angiogenesis, new arterial and capillary growth. Being a scavenger. Illumination of intracellular cytochrome c oxidase molecule 24 treated during PBT releases NO molecule 27 near damaged or infected tissue. The released NO increases blood flow and oxygen supply to the treated tissue, accelerating healing, tissue remodeling, and immune response.

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(HO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 c oxidase molecule 24 to absorb energy from the photon 23, the tissue intervening between the light source and the light-absorbing tissue cannot block or absorb light. As shown in FIG. 3, the electromagnetic radiation (EMR) molecular absorption spectrum of human tissue is shown in Graph 40 of the absorption coefficient for the wavelength of electromagnetic radiation λ (measured in nm). As shown, FIG. 3 shows cytochrome C (curves 41A, 41b), water (curves 42) and fats and lipids as a function of deoxygenerated hemoglobin (curves 44B) of a relative absorption coefficient S oxygenated hemoglobin (curves 44a). (Curve 43) Wavelength of light. As shown, deoxygenated hemoglobin (curve 44b) and oxygenated hemoglobin, ie blood (curve 44a), strongly absorb light in the red portion of the visible spectrum, especially for wavelengths shorter than 650 nm. More than 950nm from a longer wavelength in the infrared portion of the spectrum, EMR is water curve 42 at a wavelength between 950nm from 650nm are shown as (H is the absorbed 2 O), human tissue, essentially clear 45 with a transparent optical window as shown.

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), EMR containing photons 23 with wavelength λ in the transparent optical window 45 is directly absorbed by cytochrome c oxidase (curves 41a, 41b). Specifically, the cytochrome c oxidase molecule 24 absorbs the infrared portion of the spectrum represented by curve 41b, unimpeded by water or blood. Secondary absorption tail for cytochrome c oxidase (curve 41a), illumination with light in the red part of the visible spectrum, partially limits any photobiological response for deep tissue, deoxidized hemoglobin (deoxidized hemoglobin ( Although blocked by the absorption properties of curve 44B), it is still activated in epithelial tissues and cells. Figure 3 therefore shows that PBT for skin and viscera and tissues requires different treatments and light wavelengths of red and infrared for skin and viscera and organs.

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 (curve 41a), which is the CCO absorption spectrum (curve 41b) involved in the chromophore (light absorption molecule) of the chemical reaction. Assuming that the absorption spectra in both regions have been shown to be beneficial, it is not possible to cover this wide range with a light source limited to a 2 nm wide wavelength spectrum.

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 optical window 45, i.e., the entire width from about 650 nm to 950 nm, even if four different wavelength sources were used to span that range. Each light source has a bandwidth of approximately 80 nm.

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 tissue 5 by photons 3 emitted from LED pads 2. Tissue 5 is independent of the eye and may include endocrine and immune system related organs such as kidneys, liver, glands and lymph nodes. And musculoskeletal systems, such as muscles, tendons, ligaments, and even bones. PBT also directly treats and repairs neurons, including peripheral nerves, spinal cord, and (as shown) brain 5 and brain stem. PBT transcranial treatment penetrates the skull and has an important and rapid therapeutic effect in the recovery of concussion and the repair of damage caused by mild traumatic brain injury (mTBI). In other words, PBT energy is absorbed by the chromophores of cells that are not related to the optic nerve. In contrast, photooptical therapy is based on stimulating the retina with colored light and images to provoke cognitive or emotional responses and to synchronize the body's circadian rhythms with its surroundings. increase. In such a case, the image 12 from the light source 12 stimulates the optic nerve of the eye 11 to send an electrical signal, i.e. a nerve impulse, to the brain 5.

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 red light 15A and blue light 15B emitted by the light source 14 when received by the eye 11 sends an electrical signal 9 to the brain 5, which provokes the brain. 5. To see the purple light.

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 red light 15A and eye 11, the brain 5 of the combination of blue light 15B emitted from the light source 14 recognizes the electric signal 9 and the color of the colliding light as purple. In practice, violet / purple light has a much shorter wavelength than blue or red light and therefore contains photons with higher energy than red light 15a or blue light 15b. In the case of PBT, it is red light 15A and blue light 15B (which is true), as if the cells 16 and mitochondria 17 were the responsive photochemically purple light contained therein. Light source 14 as of now, as if emitting a response that does not. Only true short-wavelength violet light emitted from a violet or ultraviolet light source can generate a photobiomodulation response to violet light. In other words, mitochondria and cells are not "fooled" by blending different colors of light like the eyes and brain. In conclusion, photooptical stimulation is very different from photobiomodulation. Therefore, the technology and development of photooptical therapy cannot be considered applicable or related to PBT.

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, system 50, illustrated by example, FIG. 5 includes a controller 51 electrically connected to two sets of LED pads. Specifically, the output A of the controller 51 is connected by a cable 53a to the first LED pad set including the electrically interconnected LED pads 52b.

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、600cm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、600cm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 LED pads 52b by electrical jumpers 54a and 54b to create a first set of LED pads that operate as a single LED pad containing more than 600 LEDs. The pad set covers a therapeutic area of more than 600 cm 2. Similarly, the output B of the controller 51 is connected by a cable 53b to a second set of LED pads, including an electrically interconnected LED pad 52e. LED pads 52d and 52f is optionally connected to the LED pads 52d by electrical jumpers 54c and 54d, includes an LED of greater than 600, the second operating as a single LED pad covering the treatment area of more than 600 cm 2 Create an LED pad set.

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 controller 51 not only generates a signal to control the LEDs in the pad, but also provides a power source to drive the LEDs. The power supplied from the controller 51 to the LED pads is considerable, typically 12W for two sets of three pads each. An exemplary electrical circuit diagram of the system is shown in FIG. 1 6A. The controller contains 61, switch mode power supply 220 VAC power supply 64 at least two regulated DC voltage sources, namely 5 control and logic V, and 65 SMPS used for conversion power to 120 V for higher voltage sources, + V LED is LED pad The standard voltage of the + VLED used to power the string of LEDs in is in the range of 24V to 40V, depending on the number of LEDs connected in series. To facilitate algorithm control, the microcontroller (μC) 67 runs dedicated software in response to user commands entered on the touchscreen LCD panel 66. As a result, a series of pulses that are alternately output in a pattern to the outputs A from the logic buffers 68a and 68b are used independently. Controls the red and near infrared (NIR) LEDs on the LED pad connected to output A. Output B contains a similar arrangement using its own dedicated logic buffer, but the μC67 can manage and control both A and B outputs at the same time.

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 more LED pads 62 via a shielded cable 63 including a high current power line grounded GND69a, a 5V supply line 69b, and a + V LED supply line 69c, and an LED control signal line 70a. Routed to. The LED unit 71a of the NIR and the LED control signal line 70b for controlling the conduction of 72 m from the red LED 72a via 71 meters for the conduction for control. They drive the base terminals of the bipolar junction transistors 73a and 73b, respectively, which act as switches to pulse the corresponding LED strings on and off. If the input to either bipolar transistor is low, that is, biased to ground, neither base current nor collector current will flow and the LED string will remain dark. If the input to one of the bipolar transistors is high, that is, biased to 5V, the base current will flow, the collector current will flow in the corresponding way, and the LED in the corresponding LED string will light up. The LED current is set by the LED turn-the current limiting resistor 74A or 74B depending on the voltage. Setting the brightness of an LED using a resistor is not preferable because fluctuations in the LED voltage due to stochastic fluctuations in manufacturing or changes in temperature during operation result in changes in the brightness of the LED. As a result, the uniformity of LED brightness across LED pads, from LED pad to LED pad, and from one manufacturing batch to the next is reduced. An improvement in maintaining LED brightness uniformity can be obtained by replacing the resistor 74a with a fixed value constant current source or sinks 75a and 75b and 74b, as shown in FIG. 6B.

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 PBT controller 61 and the LED pad 62 via shielded cable 63 can also be described as a two interacting communication stack in 7-layer open source initiative or 7-layer OSI model terminology. As shown in FIG. 7, the PBT controller 61 can be represented, as the laminate 80 including the application layer -7, and the operating system of the PBT controller is referred to as LightOSv1. During operation, the application layer transfers data to the Layer 1 physical layer or PHY layer, which contains logic buffers. The stack 80 is -1, which transmits 82 electrical signals to the PHY layer in one direction, and is an LED row driver on the communication stack 81 of the passive LED pad 62.

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 cable 63 can affect the completeness of the communication signal and the operation of the LED pads. As shown in. As shown in FIG. As shown in FIG. 8, the transmitted square wave electrical signal 82 can be significantly distorted by the received waveform 83. Distortions include a decrease in magnitude and duration 84a, a slow rise time 84b, a voltage spike 84c, a vibration 84d, and a signal ground bounce 84e. A ground loop 89 may be included that affects the. Cable parasites that cause these distortions include power line series resistors 87a-87c, inductances 86a-86c, and inter-conductor capacitances 85a-85e. Other effects include ground loop conduction 89 and antenna effect 88.

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 PBT controller 61 and the LED pad is whether the peripherals connected to the cable 63 are actually qualified LED pads or invalid loads. The PBT system cannot be confirmed. For example, the improper LED configuration does not match the PBT controller, the Figure 9 icon is intended to represent the class of electrical load, but should not be considered a particular circuit. In contrast, too few LEDs connected in series, as shown by icon 92, can pose a risk of overcurrent, overheating, and patient burns.

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 icon 94 can cause overvoltage-voltage spikes that can damage the controller. Loads, including motors such as disk drives and fans, can lead to inrush currents that can cause excessive damage. Shorting cables or shorting electrical loads can cause a fire, as indicated by icon 93. The 61, which connects the battery to the PBT controller, is icon 96, by making it as shown, the risk of excess current and fire that can occur due to the electrons. Overcharging or applying chemical cells Overvoltage can also cause a severe fire or explosion. Unknown electrical load, indicated by icon 95, represents an unspecified risk. Of particular concern is the connection between the PBT controller 61 and a power source such as a generator, car battery, or UPS, which can result in complete system destruction and extreme fire hazards. There is. The Figure 9 icon is intended to represent the class of electrical load, but should not be considered a particular circuit.

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LED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 different LED pads 62 and 79, the common cable 63 by a power supply, a ground portion 69a, 5V power supply 69b and shared connection LED nir supply 69c to the high voltage + V, and the control signal 70a of the visible light LED v Near-infrared LED ground control signal 70b.

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 LED pad 62 includes current sinks 75a and 75b and switches 73a and 73b driving the corresponding LEDs 71a-71m having a visible light wavelength λv and LEDs 72a-72m having a near-infrared wavelength λ nir. Alternatively, the LED pad 79 includes LEDs with the same current sinks 75a and 75b and switches 73a and 73b, but with different wavelengths, specifically LEDs 76a-76m with a visible light wavelength λ v2 and a near infrared wavelength λ nir2 . Drives the LEDs 77a to 77m. Similarly, the parallel connection of 810 nm and 880 nm LEDs driven by the LEDnir signal 70a means that the processing of one wavelength NIRLED can inadvertently drive different wavelengths.

動作中、LED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 signal 70a during operation means that the processing of red light can accidentally drive blue light. Similarly, the signal 70a means that the treatment of NIRLEDs with a wavelength of LED nir of 880 nm can erroneously drive different wavelengths by connecting in parallel 810 nm and driving the LEDs.

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 PBT controller 51 has two outputs, an output A and an output B. These outputs are intended to drive a separate set of LED pads. As shown, the output A connects to the LED pad 52d via the cable 53a. The output B is connected to the LED pad 52e via the cable 53b, and is also connected to the LED pad 52f via the jumper 54d. However, by chance, the jumper 54c connects the LED pad 52e to the LED 52d, thereby shorting the output A to the output B. The electrical effects of shorting outputs A and B together depend on the treatment program being performed.

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 buffer 100 are driving the red / visible light output, specifically the buffers 101a and 101c are active at the same time. It is short-circuited to the LED pad 105a via the conductor 102a, to the LED pad 105b via the connector 104a, and finally via the connector 103a. During operation, the frequencies and pulse patterns of the two outputs are asynchronous. That is, any combination of high power bias and low power bias can occur. If the pull-up transistor is too strong, the output buffer can destroy another buffer. Otherwise, the alternating on-signals can leave the LED on with a high duty factor, causing overheating and the risk of patient burns.

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P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 buffer 101a of the output A supplies power to the red LEDs of the LED pads 105a and 105b, while the buffer 101d of the output B also supplies power to the NIR LEDs of the LED pads 105a and 105b. The independent operation of both the red and NIRLED does not represent an electrical problem, but if both the red and NIRLED are conducting at the same time, the LED pad may overheat, the pad may be damaged and the patient may be burned. .. This overpower state is indicated by the waveform shown in FIG. 11D, where the power Pv of the conductive visible LED represented by the waveform 110 has an average power pavement 113 and the power P of the NIRLED indicated by the waveform 111. The mir has an average power of Pave 114. Together, the total power waveform 112 has an average power of 115 magnitude 2P ave.

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 LED pad 109 has temperature sensing, in the one-way data flow 82 in the cable 63, the LED pad 109 notifies the PBT controller 61 of the overheated state or temporarily suspends the operation. There is no way to stop it.

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)、IC、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 data link layer 2, a network layer 3, a transport layer 4, a session layer 5, and a presentation layer. Works as. 6, or application layer-7.

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 data link 2, the PBT controller passes a random number to the intelligent LED pad over the network or communication bus. Correspondingly, the microcontroller in the LED pad decrypts the copy of the shared secret (numeric code), merges it with the received random number, and then performs an encryption hash operation on the concatenated number. The intelligent LED pad then returns the encrypted hash value openly over the same transceiver link.

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 PHY Layer 1 and / or Data Link Layer 2 connection over any data bus or packet-switched network, including USB, Ethernet, WiFi, or cellular wireless connections. When connecting to WiFi, we provided WiFi that can also be established using a data link to protect the access protocol WPA2.

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 network layer 3 and dynamic port allocation at data transport layer 4. .. Unconnected PBT controller in operation The PBT controller generates a dynamic IP address and dynamic port address for the Internet or other local area networks, and the intelligent LED pad has its own dynamic IP address and its own. Broadcast the address to other network-attached devices that respond with a dynamic IP address. Dynamic port address. If your distributed PBT system is connected to a router or the Internet, use Dynamic Host Configuration Processor (DHCP) to assign dynamic IP addresses. Similarly, use remote procedure call (RPC) to perform dynamic port number assignment. The dynamic IP address and dynamic port change each time the device is connected to the network, reducing the cyber attack surface. Additional Layer-4 security is a "transport layer security", IPsec security protocol, or other protocol that can be added using TLS.

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, Layer 2 authentication, and Layer 3 and L-Yar-4 networks and port addresses are assigned, and the distributed PBT system is ready to perform treatment. LAyer's -5 session that establishes a user "start" command during received PBT control between the PBT controller and networked intelligent LED pads for the exchange of encryption keys or digital certificates and the start of PBT processing. When a session is opened, the PBT controller and intelligent LED pads maintain a secure link during the exchange of files and commands until the treatment is complete or finished. Additional network security can be done using presentation encryption at layer-6 or application layer-7.

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.

セラピストの制御下で動作するPBTシステムを示している。It shows a PBT system operating under the control of a therapist. ミトコンドリアの光生体調節を示している。It shows the photobioregulation of mitochondria. は、様々な生体材料の光吸収スペクトルを示している。Shows the light absorption spectra of various biomaterials. 光光学療法と光生体変調療法の違いを対比しています。It contrasts the difference between photooptical therapy and photobiomodulation therapy. ブレンド波長による細胞内小器官ミトコンドリアの光化学的刺激を示します。Shows photochemical stimulation of intracellular organelle mitochondria by blending wavelengths. アクティブLEDパッドを備えた分散型PBTシステムを表す。Represents a distributed PBT system with active LED pads. PBTの電流制限抵抗を用いたパッシブLEDパッドとシステムの概略図である。It is the schematic of the passive LED pad and the system using the current limiting resistor of PBT. PBTの電流制御を用いたパッシブLEDパッドとシステムの概略図である。It is a schematic diagram of a passive LED pad and a system using the current control of PBT. 物理(PHY)レイヤ1通信のみを使用するアクティブLEDパッドを備えたPBTシステムのネットワーク記述である。A network description of a PBT system with an active LED pad that uses only physical (PHY) layer 1 communication. 通信ケーブルの等価回路とその電気信号への影響である。This is the effect on the equivalent circuit of the communication cable and its electrical signal. アイコンであるIC修飾されていないまたは不適切な電気付属品やLEDパッドにphotobiomodulation治療システムの相互接続の表現。Representation of the interconnection of photobiomodulation treatment systems to the iconic IC unqualified or inappropriate electrical accessories and LED pads. 共通の電気信号のセットで異なるLEDパッドを駆動する光生体変調療法システムを示している。It shows a photobiomodulation therapy system that drives different LED pads with a common set of electrical signals. 2つのLEDの不適切な「短絡出力」接続示すPBTの一つの共通LEDパッドにシステム出力を。Inappropriate "short-circuit output" connection of two LEDs System output to one common LED pad of PBT showing. ショア示す駆動テッド出力接続赤色LEDの文字列を複数の競合制御信号です。The drive Ted output connection red LED string indicating the shore is multiple conflict control signals. 重複または同時制御信号と同時に同一のLEDパッドにNIR及び赤色LEDの両方を駆動する短絡出力接続を示します。Shows a short-circuit output connection that drives both NIR and red LEDs on the same LED pad at the same time as duplicate or simultaneous control signals. 同時に重複または同時制御信号と同一のLEDパッドにNIR及び赤色LEDの両方を駆動する出力短絡接続するための電源出力波形を示します。Shows the power output waveform for short-circuiting the output that drives both the NIR and the red LED to the same LED pad as the duplicate or simultaneous control signal at the same time. 温度感知、保護、またはフィードバックを欠くPBTシステムである。A PBT system that lacks temperature sensing, protection, or feedback. アクティブLEDパッドを備えた分散型PBTシステムを表す。Represents a distributed PBT system with active LED pads. インテリジェント(アクティブ)LEDパッドを備えた分散型PBTシステムの概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of a distributed PBT system with intelligent (active) LED pads. 3層OSIスタックを使用するインテリジェント(アクティブ)LEDパッドを備えたPBTシステムのネットワーク図である。FIG. 5 is a network diagram of a PBT system with intelligent (active) LED pads using a 3-layer OSI stack. LEDパッド認証シーケンスのフローチャートである。It is a flowchart of the LED pad authentication sequence. 識別データレジスタを備えたアクティブLEDパッドのブロック図を示している。A block diagram of an active LED pad with an identification data register is shown. LED構成レジスタを備えたアクティブLEDパッドのブロック図を示している。A block diagram of an active LED pad with LED configuration registers is shown. N模範LEDの3個の波長のLEDを含むアレイとドライブエレクトロニクスの概略図である。It is a schematic diagram of an array including three wavelength LEDs of N model LED and drive electronics. NチャネルMOSFETと、基準電流入力Irefを備えた電流検出ゲートバイアス回路とを備える電流シンクタイプのスイッチドローサイドLEDドライバの概略図である。It is the schematic of the switch draw side LED driver of the current sink type which includes the N channel MOSFET and the current detection gate bias circuit provided with the reference current input I ref. 電流シンクタイプが切り換えローサイドLEDドライバ含むNチャネルMOSFETと電流検出ゲートバイアス回路の基準電流入力Iを有するREFの概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a REF having an N-channel MOSFET with a current sink type including a switching low-side LED driver and a reference current input I of a current detection gate bias circuit. 電流ミラーセンサ、基準電流入力Irefを備えたトランスコンダクタンス増幅器バイアス回路、およびデジタル入力を備えた伝送ゲートを含む、例示的な電流シンクタイプのローサイドスイッチドLEDドライバ実装の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of an exemplary current sink type low side switched LED driver implementation, including a current mirror sensor, a transconductance amplifier bias circuit with a reference current input IF, and a transmission gate with a digital input. 標本の概略図であるYDAC抵抗電流トリムマルチチャネル電流基準発生器。Schematic diagram of the sample YDAC resistor current trim multi-channel current reference generator. 標本の概略図であるY現在のトリム幅DACMOSFETのゲートを有するマルチチャネル電流基準発生器。Schematic of a sample Y A multi-channel current reference generator with a gate for the current trim width DAC MOSFET. 標本の概略図である現在のキャリブレーションと目標基準入力電流を備えたDACを有するマルチチャネル電流基準発生器及び算術論理ユニット算出入力。Multi-channel current reference generator and arithmetic logic unit calculation input with DAC with current calibration and target reference input current, which is a schematic of the sample. 「m」LEDを含む一連のLEDを駆動するハイサイドスイッチ電流制御要素または「電流源」の概略図である。FIG. 6 is a schematic representation of a high-side switch current control element or “current source” driving a series of LEDs including an “m” LED. 電流源タイプの略図である切り替えるPチャネルMOSFETと基準電流入力を有する電流感知ゲートバイアス回路を備えたハイサイドLEDドライバ(-Iref)。 A high-side LED driver (-I ref ) with a switching P-channel MOSFET and a current sensing gate bias circuit with a reference current input, which is a schematic representation of the current source type. 電流ミラーセンサ、基準電流入力(−Iref)を備えたトランスコンダクタンス増幅器バイアス回路、およびデジタル入力を備えた伝送ゲートを含む、例示的な電流源タイプのスイッチドハイサイドLEDドライバ実装の概略図である。Schematic of an exemplary current source type switched high side LED driver implementation, including a current mirror sensor, a transconductance amplifier bias circuit with a reference current input (-Iref), and a transmission gate with a digital input. .. ハイサイド電流制御素子又は有効ローサイドNチャネルMOSFETデジタルと「m」のLEDを含むLEDの直列ストリングを駆動する「電流源」の概略図です。It is a schematic diagram of a "current source" that drives a series string of LEDs including a high-side current control element or an effective low-side N-channel MOSFET digital and an "m" LED. PチャネルMOSFETを含む電流源タイプのハイサイドLEDドライバと、基準電流入力(−Iと電流検出ゲートバイアス回路の概略図であるrefが)低いと直列のLEDストリングを駆動します−サイドNチャネルMOSFETデジタルイネーブル。A current source type high side LED driver including a P-channel MOSFET and a low reference current input (-I and ref, which is a schematic diagram of the current detection gate bias circuit) drive a series LED string-side N-channel MOSFET. Digitally enabled. 標本の概略図であるYのカレントミラーセンサ、基準電流入力を有する相互コンダクタンス増幅器バイアス回路(-I含む電流源タイプのハイサイドLEDドライバ実装REF低いとLEDを直列接続の列を駆動します)下−サイドNチャネルMOSFETデジタルイネーブルメント。Schematic diagram of the sample Y current mirror sensor, mutual conductance amplifier bias circuit with reference current input (-I included current source type high side LED driver mounted REF low drives a row of LEDs connected in series) -Side N-channel MOSFET digital enablement. 説明するフローチャートであるマスター・スレーブ、ストリーミングデータ基づきLED駆動します。LED drive based on master / slave and streaming data, which is the flowchart to be explained. USBを介したパケット転送を使用したLEDパッドへのリアルタイムストリーミングデータ転送を示している。It shows real-time streaming data transfer to an LED pad using packet transfer via USB. 示すジャストインタイムやための「JIT」シーケンシャルデータ転送方法ストリームベースのLED駆動。Shows just-in-time and "JIT" sequential data transfer method stream-based LED drive. 転送示す−前方−および−用シフト法ストリームベースのLED駆動します。Transfer indicates-forward-and-shift method stream-based LED drive. JITをLEDドライブの転送−前方−および−シフト方式と比較します。Compare JIT with LED drive transfer-forward-and-shift methods. 暗号化されていないファイルを使用したLEDパッド自律パッド再生のフローチャートである。It is a flowchart of LED pad autonomous pad reproduction using an unencrypted file. アクティブLEDパッドにおける実行可能コードファイルの記憶を示している。Shows the memory of the executable code file in the active LED pad. それぞれが3つの連続した治療アルゴリズムを構成する3つのPBT「セッション」を含む例示的な治療プロトコルを示す。An exemplary treatment protocol is shown that includes three PBT "sessions", each of which constitutes three consecutive treatment algorithms. 模範示すYの各々がオンと表彰および期間オフのLED制御シーケンスを説明するため、治療を。Treatment to illustrate the LED control sequence, where each of the exemplary Ys is on and awards and period off. PBTのアーント−シュルツ二相性用量応答モデルを示している。An Ernto-Schultz biphasic dose response model of PBT is shown. 4層シリアルバスベースのLightOS通信プロトコルスタックを示している。It shows a 4-layer serial bus-based LightOS communication protocol stack. PBT処理ファイルの暗号化されたパケット準備を示している。It shows the encrypted packet preparation of the PBT processing file. PBTセッションファイルの暗号化されたパケット準備を示している。It shows the encrypted packet preparation of a PBT session file. 着信暗号化パケットのアクティブLEDパッド復号化および記憶を示している。Shows active LED pad decryption and storage of incoming encrypted packets. 転送後ファイル復号化を使用したLEDパッド自律パッド再生のフローチャートである。It is a flowchart of LED pad autonomous pad reproduction using file decoding after transfer. アクティブなLEDパッドにおける暗号文ファイルの記憶を示している。It shows the memory of the ciphertext file in the active LED pad. 再生中にオンザフライ復号化を使用するLEDパッド自律パッド再生のフローチャートである。It is a flowchart of LED pad autonomous pad reproduction which uses on-the-fly decoding during reproduction. 再生前のバルクファイル復号化と再生中のオンザフライ復号化とのファイル比較である。This is a file comparison between bulk file decoding before playback and on-the-fly decryption during playback. ファイルのダウンロード示してからにLEDプレイヤーをLEDパッド。After showing the file download, LED player LED pad. 「波形シンセサイザー」モジュールの動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation of a "waveform synthesizer" module. 「PWMプレーヤー」モジュールの動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the operation of a "PWM player" module. 動作について説明するフローチャートである「LEDドライバ」モジュール。An "LED driver" module, which is a flowchart illustrating operation. 波形シンセサイザ、PWMプレーヤー、およびLEDドライバモジュールを使用した波形生成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the waveform generation using the waveform synthesizer, the PWM player, and the LED driver module. ユニット機能ジェネレータまたはプリミティブプロセッサのいずれかによる合成を含む波形シンセサイザー動作の詳細を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing details of waveform synthesizer operation, including synthesis by either a unit function generator or a primitive processor. 定数、のこぎり波、三角関数、正弦波形、および正弦弦波形を含む、単位関数によって生成された波形の例を示している。Examples of waveforms generated by unit functions are shown, including constants, sawtooth waves, trigonometric functions, sinusoidal waveforms, and sinusoidal waveforms. 波形合成で使用されるシンセサイザー加算ノードおよびオートレンジ動作の機能的説明である。This is a functional description of the synthesizer addition node and autorange operation used in waveform synthesis. 様々な周波数の正弦波およびそれらのブレンドされた和音の例を示している。Examples of sine waves of various frequencies and their blended chords are shown. 独立した重み付けおよびオートレンジ機能を備えた10オクターブにわたる和音をブレンドすることができるカウンターベースの正弦波合成システムを示している。Demonstrates a counter-based sinusoidal synthesis system capable of blending chords over 10 octaves with independent weighting and autorange capabilities. カウンタベースの正弦波合成システムを使用する2正弦波コードの合成を示します。Shows the synthesis of two sine wave codes using a counter-based sine wave synthesis system. カウンタベースの正弦波合成方式を採用三正弦波コードの合成を示します。The counter-based sine wave synthesis method is adopted. The synthesis of three sine wave codes is shown. 24点の角度分解能を備えた単一の正弦プリミティブを使用する、カウンタベースの正弦波コードシンセサイザーのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a counter-based sinusoidal code synthesizer using a single sinusoidal primitive with 24-point angular resolution. 単一の固定解像度プリミティブを使用した2つの正弦波コード合成の例です。Here is an example of synthesizing two sinusoidal codes using a single fixed resolution primitive. 単一の固定解像度の正弦プリミティブを使用した3つの正弦波コード合成の例です。Here is an example of synthesizing three sine wave codes using a single fixed resolution sine primitive. 模範示すY単一の固定解像度正弦プリミティブ強調量子化雑音を用いて正弦波とブレンド和音。Illustrative Y Single fixed resolution sine primitive emphasized sine wave and blended chords using quantization noise. 複数のスケーリングされた解像度の正弦プリミティブを使用した3つの正弦波コード合成の例です。Here is an example of three sine wave code compositing using multiple scaled resolution sine primitives. 模範示すY完全に量子化ノイズを除去するために複数のスケーリングされた解像度正弦プリミティブを使用して、正弦波とブレンド和音。Illustrative Y Sine waves and blended chords using multiple scaled resolution sine primitives to completely eliminate quantization noise. 3正弦波混合コードの固定解像度とスケーリングされた解像度の正弦波合成の比較です。This is a comparison of fixed resolution and scaled resolution sine wave synthesis for a three-sine wave mixed code. スケーリングされた解像度の正弦プリミティブおよび4つのクロックスケール範囲を使用する、カウンタベースの正弦波コードシンセサイザーのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a counter-based sine wave code synthesizer using a sine primitive with scaled resolution and four clock scale ranges. 任意の解像度の正弦波プリミティブに適用可能なユニバーサルプリミティブ正弦波コードシンセサイザーのブロック図である。It is a block diagram of a universal primitive sine wave code synthesizer applicable to a sine wave primitive of any resolution. 偶数焼戻し音階に基づいて、正弦およびコード合成のためのグローバルキー及び第四のオクターブのノート設定するためのUI/UXインタフェース示す−ベースのキーを。Shows the global key for sine and chord synthesis and the UI / UX interface for setting notes in the fourth octave based on even temper scales-based keys. 他のスケールに基づいて、正弦およびコード合成のためのグローバルキー及び第四のオクターブのノート設定するためのUI/UXインタフェース示す−ベースのキーを。Shows the global key for sine and chord synthesis and the UI / UX interface for setting notes in the fourth octave based on other scales-based keys. カスタマイズされた周波数に基づいて正弦波および弦合成のためのグローバルキーを設定するためのUI/UXインターフェースを示している。It shows a UI / UX interface for setting global keys for sine wave and string synthesis based on customized frequencies. メジャー、マイナー、増三和音、減七の和音を含む、音楽コードの三和音/クワッド合成(オプションで+1オクターブ音符付き)用のアルゴリズムコードビルダーのブロック図です。A block diagram of an algorithm chord builder for triad / quad synthesis of musical chords (optionally with +1 octave notes), including major, minor, augmented and diminished chords. オプションの+1オクターブノートを備えたカスタムトライアドコードビルダーのUI/UXインターフェイスを示しています。Shows the UI / UX interface of a custom triad code builder with an optional +1 octave note. オートレンジ機能なし三正弦加算合成信号の圧縮を示します。No autorange function Indicates compression of three sine addition composite signals. 用いて、オートレンジ増幅なし三正弦加算合成された波形とを比較します。Use to compare the waveform with three sine additions without autorange amplification. 波形シンセサイザで使用されるPWM発生器機能の機能図である。It is a functional diagram of the PWM generator function used in a waveform synthesizer. 非正弦波で生成された波形およびそれらに対応するPWM表現の例を示している。Examples of waveforms generated by non-sinusoidal waves and their corresponding PWM representations are shown. PWMプレーヤのチョッピング機能の動作を示す図です。It is a figure which shows the operation of the chopping function of a PWM player. PWMプレーヤーで使用されるパルス幅変調器の概略的な機能的等価物を示します。Shows a schematic functional equivalent of a pulse width modulator used in a PWM player. LEDドライバ動作のブロック図を示している。The block diagram of the LED driver operation is shown. 50%のデューティファクタおよび10mA平均LED電流の方形波を生成したPWMプレーヤの構成の波形を示します。Shows the waveform of the PWM player configuration that generated a square wave with a 50% duty factor and 10mA average LED current. 20%のデューティファクタおよび10mA平均LED電流の方形波を生成したPWMプレーヤの構成の波形を示します。Shows the waveform of the PWM player configuration that generated a square wave with a 20% duty factor and a 10mA average LED current. 95%のデューティファクタおよび10mA平均LED電流の方形波を生成したPWMプレーヤの構成の波形を示します。Shows the waveform of a PWM player configuration that generated a square wave with a 95% duty factor and 10mA average LED current. 50%のデューティファクタとの方形波を生成したPWMプレーヤの構成波形示す図10mA平均LED電流は、その後のステップは、アップPED13mAです。Fig. 10mA average LED current showing the configuration waveform of the PWM player that generated a square wave with a duty factor of 50%, the subsequent step is up PED 13mA. 50%のデューティファクタおよび10mA平均LED電流がLEDドライバ生成する方形波の構成の波形を示します。The 50% duty factor and 10mA average LED current show the waveform of the square wave configuration generated by the LED driver. LEDドライバの構成の波形を示す図であるADC(アナログ−デジタル変換器)を生成正弦波と10mA平均LED電流を。An ADC (Analog-Digital Converter) is a diagram showing the waveform of the LED driver configuration. Sine wave and 10mA average LED current. 10mAの平均LED電流でギターの弦を弾くLEDドライバーADC(アナログ−デジタルコンバーター)で生成されたオーディオサンプルの構成波形を示しています。Shows the constituent waveforms of an audio sample generated by an LED driver ADC (Analog-Digital Converter) that plays the strings of a guitar with an average LED current of 10 mA. 10mA平均LED電流とシンバルクラッシュのオーディオサンプルを生成したLEDドライバADC(アナログ−デジタル変換器)の構成の波形を示します。The waveform of the configuration of the LED driver ADC (analog-to-digital converter) that generated the audio sample of 10mA average LED current and cymbal crash is shown. PWMの構成波形が10mA平均LED電流を正弦波を合成示します。The PWM configuration waveform shows a 10mA average LED current combined with a sine wave. その後13mAに昇圧10mA平均LED電流とPWM合成正弦波の構成の波形を示します。After that, the waveform of the composition of boosted 10mA average LED current and PWM combined sine wave is shown at 13mA. 10mA平均LED電流の正弦波コードを含むPWM合成オーディオサンプルの構成の波形を示します。The waveform of the composition of the PWM synthetic audio sample including the sine wave code of 10mA average LED current is shown. 平均LED電流が10mAのPWM合成三角波の構成波形を示しています。It shows the constituent waveform of a PWM composite triangle wave with an average LED current of 10 mA. 10mA平均LED電流でギターの弦むしれを含むPWM合成オーディオサンプルの構成の波形を示します。The waveform of the composition of the PWM synthetic audio sample including the string pluck of the guitar with the average LED current of 10mA is shown. 10mA平均LED電流でシンバルクラッシュを含むPWM合成オーディオサンプルの構成の波形を示します。The waveform of the composition of the PWM composite audio sample including the cymbal crash with the average LED current of 10mA is shown. PWMで合成された正弦波の構成波形を示しています。平均LED電流は10mAで、その後PWMプレーヤーによって13mAにステップアップされます。The constituent waveform of the sine wave synthesized by PWM is shown. The average LED current is 10mA, which is then stepped up to 13mA by the PWM player. 再生ファイルのLEDパッドへのダウンロードを示している。Indicates the download of the playback file to the LED pad. 図67が示す含むLED再生データファイル再生ファイルのIDを、シンセサイザー・パラメータ・ファイル、ファイル、PWMプレーヤファイル、LEDドライバファイル、及びその構成要素をプリミティブ。The ID of the LED reproduction data file reproduction file included in FIG. 67 is a primitive of the synthesizer parameter file, the file, the PWM player file, the LED driver file, and its components. 概略的アナログであるビューPWMプレーヤクロック制御するために使用されるファームウェアのΦのREFを。 The Φ REF of the firmware used to control the view PWM player clock, which is roughly analog. イーサネットベースの分散PBTシステムの通信スタックで構成されています。It consists of the communication stack of an Ethernet-based distributed PBT system. WiFiベースの分散型PBTシステムの通信スタックを構成します。Configure the communication stack for a WiFi-based distributed PBT system. 分散型PBTシステム用のWiFi通信対応PBTコントローラのブロック図である。It is a block diagram of the WiFi communication compatible PBT controller for the distributed PBT system. 分散型PBTシステム用のWiFi通信対応LEDパッドのブロック図です。It is a block diagram of the LED pad for WiFi communication for the distributed PBT system. マルチユーザー分散型PBTシステムおよび通信ネットワークです。Multi-user distributed PBT system and communication network. 携帯電話ベースの分散型PBTシステムの通信スタックで構成されています。It consists of a mobile phone-based distributed PBT system communication stack. 携帯電話アプリおよびWiFiベースの制御を使用する分散型PBTシステムを示している。Demonstrates a decentralized PBT system that uses mobile phone apps and WiFi-based controls. モバイルデバイスアプリケーションプログラムを使用したPBT制御用のUI/UXメニューです。UI / UX menu for PBT control using mobile device application program. LEDまたはレーザー治療用のハンドヘルドPBTワンドの断面図、上面図、および下面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view, a top view, and a bottom view of a handheld PBT wand for LED or laser treatment. LEDまたはレーザー治療用のハンドヘルドPBTワンドのブロック図である。It is a block diagram of a handheld PBT wand for LED or laser treatment. 静電容量式接触感知を利用するレーザーPBT用のPBTワンドアイ安全システムの断面図および下面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view and a bottom view of a PBT wand eye safety system for a laser PBT that utilizes capacitive contact sensing. 静電容量式接触感知を利用するレーザーPBTのための眼の安全システムの概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of an eye safety system for laser PBT utilizing capacitive contact sensing. 分散システムレーザーPBT駆動回路の概略図である。It is the schematic of the distributed system laser PBT drive circuit. 自律統合スイッチを有するインテリジェントLEDパッドの断面、上面図、及び側面図。Cross section, top view, and side view of an intelligent LED pad with an autonomous integrated switch. 自律インテリジェントLEDパッドのプログラムスイッチシーケンスを説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the program switch sequence of the autonomous intelligent LED pad. リジッドフレックスPCBの断面図です。It is a cross-sectional view of a rigid flex PCB. 磁気療法パッドで使用される平面磁気の分解図である。It is an exploded view of plane magnetism used in a magnetic therapy pad. 平面磁気を備えた磁気療法パッドの側面図である。It is a side view of the magnetic therapy pad provided with planar magnetism. 平面磁気を備えた磁気療法パッドの上面図である。It is a top view of the magnetic therapy pad provided with planar magnetism. 分散システム磁気療法駆動回路の概略図である。It is the schematic of the distributed system magnetic therapy drive circuit. 個別の磁気を使用する磁気療法パッドの断面図である。It is sectional drawing of the magnetic therapy pad using individual magnetism. 電磁石のアレイを含む磁気療法パッドである。A magnetic therapy pad containing an array of electromagnets. 電磁石および永久磁石のアレイを含む磁気療法パッドである。A magnetic therapy pad containing an array of electromagnets and permanent magnets. 電磁石のアレイと積み重ねられたハイブリッド電磁石永久磁石を含む磁気療法パッドです。A magnetic therapy pad containing an array of electromagnets and a stacked hybrid electromagnet permanent magnet. 電磁石のアレイと積み重ねられたハイブリッド永久磁石電磁石で構成される磁気治療パッドです。A magnetic therapy pad consisting of an array of electromagnets and a stack of hybrid permanent magnet electromagnets. 分散システム互換のハンドヘルド磁気療法装置です。A handheld magnetic therapy device compatible with distributed systems. U字型PBT歯周マウスピースの平面図および断面図である。It is a plan view and a cross-sectional view of a U-shaped PBT periodontal mouthpiece. U字形のPBT歯周マウスピースを製造する際の製造工程の側面図である。It is a side view of the manufacturing process at the time of manufacturing a U-shaped PBT periodontal mouthpiece. H字型PBT歯周マウスピースを製造する際の製造工程の側面図である。It is a side view of the manufacturing process at the time of manufacturing the H-shaped PBT periodontal mouthpiece. 図92Bは、製造されたH字型の歯周PBTマウスピースのサイドビューです。Figure 92B is a side view of the manufactured H-shaped periodontal PBT mouthpiece. H字型PBT歯周マウスピースの製造における結合プロセスを示している。It shows the coupling process in the manufacture of H-shaped PBT periodontal mouthpieces. 歯周PBTマウスピースの回路図を示している。The circuit diagram of the periodontal PBT mouthpiece is shown. Hブリッジドライブを備えた超音波PBTパッドの組み合わせの回路図を示している。A circuit diagram of a combination of ultrasonic PBT pads equipped with an H-bridge drive is shown. 電流シンクドライブを備えた超音波PBTパッドの組み合わせの回路図を示している。A circuit diagram of a combination of ultrasonic PBT pads equipped with a current sink drive is shown. 組合せ超音波PBTパッドを含む斜視図。Perspective view including a combination ultrasonic PBT pad.

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.

Figure 2021520867
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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, power supply 121, and single intelligent LED pad 123. FIG. 14 illustrates a PBT controller and bus transceiver 131, including an exemplary block diagram Y distributed PBT system implementation, an intelligent LED pad 337 above E, a USB cable 136, and an external power supply "brick" 132. The power brick 132 is shown as a separate component in the figure, but in systems where the PBT controller and bus transceiver 131 use a wired connection to the intelligent LED pad 337, instead of using power, the PBT controller and transceiver You can include a power supply inside. Another component. As shown, the PBT controller and bus transceiver 131 include the main microcontroller μC or operate the MPU 134, touch screen LCD 133, non-volatile memory 128, volatile memory 129, interface bus 135, and system clock clock 124. Rate Φ systems . The clock and memory elements are shown separately from the main MPU 134 to represent their functionality and are not intended to describe a particular implementation or component division. The ARTC real-time clock (not shown) may also be included in the PBT controller 131 ARTC, which can only be continuously synchronized to N very low power international time standards for execution consumption clocks and network times.

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(EPROM)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 main MPU 134 may include a fully integrated single-chip microcontroller or microprocessor-based module, optionally one of the main system clock 124, bus interface 135, and non-volatile memory 128 and volatile memory 129. Includes part. Any number of partitions is possible. Includes use as multiple silicon integrated circuits (ICs), system-on-chip (SOC) integration, system-in-package (SIP), or modules. For example, the volatile memory 129 may include a dynamic random access memory (DRAM) or a static random access memory (SRAM). This memory may be fully or partially integrated within the main MPU 134, or it may be implemented by a separate integrated circuit. Similarly, the non-volatile memory 128 may include electrically erasable programmable random access memory (E 2 PROM) or "flash" memory, which may be integrated, in whole or in part, within the MPU 111. Large capacity non-volatility in PBT controller 131. Data storage can also be achieved using mobile media storage such as optical discs (CD / DVD) by magnetic hard disk drives (HDDs) and even via a network connection to cloud storage.

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 non-volatile data storage 128 within the PBT controller 131 is versatile, including storage for the main operating system, referred to herein as LightOS. For security reasons, it is generally stored in encrypted form, as well as to maintain a program library of PBT treatments and sessions. Non-volatile memory 128 can also be used to capture treatment logs, upload sensor data, and optionally retain treatment metadata. In contrast to its non-volatile counterpart, the role of volatile memory 129 in the PBT controller 131 is primarily the role of scratchpad memory, which temporarily holds data during the execution of calculations. For example, when preparing a PBT session that includes a series of individual PBT processes, the encrypted processing algorithm is first decrypted, assembled into the PBT session, re-encrypted, and then the communication packet ready for network transfer. Must be assembled to. Volatile memory holds data content during the process of assembling communication packets.
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 power supply brick 132 powers the entire PBT system, provides 5V to the integrated circuit, and provides a + V LED for the string of LEDs. The USB cable 136 has a 1-interface bus 35PBT controller and a 3-interface bus 38LED pad 337 on the bus transceiver 131 from the transceiver-supported symbol data.

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 USB cable 136 also supplies power. Specifically, connect the ground (GND), 5V, and + V LEDs to the intelligent LED pad 337. These are usually transmitted on low resistance copper conductors that are thicker than the signal lines of the cable. Each LED pad 337 includes pad μC339, bus interface 338, RAM volatile memory (eg, SRAM or DRAM) 334a, NV-RAM non-volatile memory (eg EEPROM or flash) 334B, time reference clock 333, LED driver 335, And LED array 140.

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 current sinks 140, 141, and others (not shown), typically one current sink for each string of LEDs. The LED array 140 includes a series of series connected LEDs 142a to 142 m for producing light of wavelength λ1 and a series of series connected LEDs 143Aa to 143 m for producing light of wavelength λ2, and typically others. Includes a series of LEDs (not shown).

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 memory LED pad 337 Similar to including both volatile memory 334A and 334B non-volatile memory Adopting semiconductor memory PBT controller except that the total capacity is small, preferably lower power can be consumed. To 131. Memory in semiconductor solutions including LED pad 337 masts Integrate fragile data storage into LED pad 337 Moving media storage The risk of mechanical shock or damage is specifically the volatile memory 334a in LED pad 337 (labeled RAM). ) Can include dynamic random access memory (DRAM) or static random access memory (SRAM) that can be fully or partially integrated within pad μC339.

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 LED pad 337 is that of the PBT controller 131. It can be significantly reduced compared to the ones. It also has the advantage of making reverse engineering and copying of treatment programs more difficult as all data is lost when the LED pad 337 is powered off.

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(EPROM)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。 Non-volatile memory 334b may include electrically erasable programmable random access memory (E 2 PROM) or "flash" memory, which can be fully or partially integrated within pad μC339. Non-volatile memory 334B (NV-RAM indicator) Infrequently used, preferably used for hold firmware, as an operating system for such LED pads, as used herein, together with manufacturing data including pad identification data. , LightPadOS is the LED pad ID register and the manufacturing related LED configuration data. The non-volatile memory 334b can also be used to hold a user log of what treatment was performed. The low cost design of LED pads is another important economic consideration, as one PBT controller is often sold with multiple LED pads (up to 6 or 8 per system). Decreasing the overall memory is beneficial for PBT controllers with a single device, concentrated memory, especially non-volatile memory, and costs, incurred to minimize the memory contained within each LED pad. Multiple instances can be created for each system.

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 touch screen LCD 133 of the PBT controller 131 is reinterpreted by the main MPU 134, which in turn acquires the processing files stored in the non-volatile memory 128 and retrieves these files. Transfer via USB bus interface 135 via USB cable 136. To the bus interface 338 in the intelligent LED pad 337. When the processing file is transferred, it is temporarily stored in the volatile memory 338a. Pad μC339 operates according to the LightPadOS operating system stored in non-volatile memory 334b, then interprets the process stored in RAM volatile memory 334a and controls the LED driver 335 according to the LED excitation pattern of the selected process. do. Array 336 illuminates strings of LEDs of various wavelengths in the desired manner. Since PBT controller 131 and the LED pad 337 is operated using their own clock 297 and 299, distributed PBT system operates asynchronously different clock frequencies, specifically a [Phi sys and [Phi Pad respectively.

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 PBT controller 131 and the LED pad 337 is asynchronous, that is, without a common synchronous clock. Asynchronous communication is compatible with the indicated USB136 or a wide range of serial bus communication protocols including Ethernet, WiFi, 3G / LTE, 4G, and DOCSIS-3. Synchronous clock versions of distributed PBT systems, or versions with shared clocks, are technically possible, but synchronous operations do not offer the performance or effectiveness advantages over asynchronous operations. In addition, the distribution of high frequency clocks over long cables has problems such as clock skew, phase delay, and pulse distortion.

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 application layer 7, a data link layer 2 and a physical layer 1 that includes a communication stack 147 included in the PBT controller 120. Within the PBT controller 120, application layer 7 is implemented using a customized operating system for photobiomodulation called LightOS herein. The instructions received by the LightOS User Awards use the USB protocol, using the -1 with the PHY layer and the USB differential signal 332 to the corresponding PHY layer along with being passed to the layer 2 data link layer. Communication-Communication stack in intelligent LED 1148 Residential Pad 123. Therefore, the electrical signal constitutes layer 1 communication, but the USB data structure is such that the PBT controller and intelligent LED pad are layer 2 and communicate with packets placed in time as USB data "frames". Works with. When the communication stack 148 receives the USB packet, the information is transferred to application layer 7 executed by the LED pad resident operating system referred to herein as the light pad OS. If the PBT controller LightOS and the intelligent LED pad operating system LightPadOS are designed to communicate and execute instructions in a self-consistent manner, the bidirectional link between communication stacks 147 and 148 is at the application layer. Acts as a virtual machine. The device behaves as if it were a single piece of hardware.

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 insertion 150, is complete, the controller's LightOS operating system initiates a subroutine 151a called "light pad installation", while at the same time the LED pad's LightPadOS operating system is a subroutine. 151b is started. In the first step 152a used to determine if the client is power (reject if it is power), the PBT controller performs check 158 and the USBD + and D- pins are shorted. Check for any. These data pins may be short-circuited, according to the USB standard, the peripheral device is not the power source LED PA D, the system refuses the connection, terminates the authentication, the LightOS peripheral is not the active ingredient, the user Please unplug immediately. If the pins are not shorted, the LightPadOS, installation approval process may continue.

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 steps 153a and 153b, the two devices negotiate the maximum data rate that each can understand and reliably communicate with. Once the communication data rate is established, the symmetric authentication 154a and 154b processing is started. During symmetric authentication, in step 154a, LightOS first queries LightPadOS to check the data stored in the LED pad ID data register 144 to see if the LED pad 123 is a valid manufacturer-approved device. To judge. In the mirror authentication process of step 154b, the LED pad 123 verifies that the PBT controller is a valid device with a valid manufacturing ID approved for use with the LED pad 123. This exchange modifies certain encrypted security credentials and manufacturer identification data such as serial number, serial code, GUDID number, and both the PBT controller 120 and the intelligent LED pad 123 are from the same manufacturer. It is guaranteed to be (or licensed as approved). device). If authentication fails, the host LightOS notifies the user that the LED pad is not approved for use in the system and instructs them to remove the LED pad. If LightOS cannot authenticate the LED pad 123, the PBT controller 120 will stop communicating with the peripheral device. On the contrary, when the light pad OS of the peripheral device cannot determine the authenticity of the PBT controller 120, the LED pad 123 ignores the instruction of the PBT controller 120. The operation can be continued only when the symmetric authentication is confirmed.

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 data link layer 2, the PBT controller passes random numbers to the intelligent LED pad over the network or communication bus. Correspondingly, the microcontroller in the LED pad decrypts the copy of the shared secret (numeric code), merges it with the received random number, and then performs an encryption hash operation on the concatenated number. The intelligent LED pad then returns the encrypted hash value openly over the same transceiver link.

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 PHY Layer 1 and / or Data Link 2 connection over any data bus or packet-switched network, including USB, Ethernet, WiFi, or cellular wireless connections. For WiFi connections, the data link can also be established using the WiFi protected access protocol WPA2.

「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 network layer 3 and dynamic port allocation at data transport layer 4. .. On the Internet or other local area networks, the PBT controller generates a dynamic IP address and dynamic port address, and the intelligent LED pad responds with its own dynamic IP address and its own dynamic port to other network-attached devices. Broadcast the address. address. If your distributed PBT system is connected to a router or the Internet, use Dynamic Host Configuration Processor (DHCP) to assign dynamic IP addresses. Similarly, use remote procedure call (RPC) to perform dynamic port number assignment. The dynamic IP address and dynamic port change each time the device is connected to the network, reducing the cyber attack surface. Additional Layer 4 security can be added using TLS Transport Layer Security, IPSec security protocols, or other protocols. Once the intelligent LED pad is connected to the network, it can exchange additional information such as LED configuration data to allow the component to operate as part of a distributed PBT system.

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 step 155a, the LightOS requests information about the LED configuration of the LED pad. In step 155b, the configuration in the response of LightPadOS by relaying information is 120 to the PBT controller of register 145 LED pad 123. In addition, the configuration file containing a detailed description of the LED array also specifies the specified maximum, minimum and power requirements for the LED string of the target voltage array for the manufacturer to specify. He also needed the current required to drive the specified minimum LED in the configuration file. If there is more than one L, LightOS solicitation receives the same information from the LED pad connected to the output and all attached LED pads and analyzes the entire network of a connected device.

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 step 156a, LightOS inspects the voltage requirements of each pad and compares that value to the output voltage range of the high voltage power supply. High voltage power supply capable of fixed output voltage + V LED for PBT controller, LightOS operating system is PBT controller using high voltage power supply capable of fixed output voltage + V LED, LightOS operating system is this voltage is V min Make sure that each LED pad from to V max is within the specified voltage range. The system also ensures that the total current required for all "n" LED strings does not exceed the power supply's rated current (this is generally not a problem, included to support current checks. Has a low cost consumer PBT device design, but has limited power).

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 step 156a, the output of the power supply meets the operating range of all connected LED pads, V min ≤ + V LED ≤ V max , then the PBT controller 120 will provide a high voltage supply + V LED . In step 156bPBT controller 120 can LED pad notification 123 document the last supply voltage of the selected power supply voltage, stored in non-volatile memory 334B (useful in inspecting quality problems and field failures), LED pad Delivered to. If PBT controller 120 employs a programmable voltage source, LightOS operating system, select the optimum voltage on the basis of the operation V target of LED pad 123 stored in the LED configuration registers 145 of the pad. Mismatch, LightOS operating system chooses voltage for + V LED as some compromise of various reported voltages. The term "high voltage" in this context means a voltage between a minimum of 19.5V and a maximum of 42V. Typical supply voltages include 20V, 24V, or 36V. Even after the + V LED is enabled, this high voltage will not be connected to the output socket or supplied to the LED pad until the treatment is selected and the treatment is started.

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 PBT controller 120 must request information regarding the manufacture of LED pads. This data helps you comply with medical device regulations for traceability, debug quality and field failures, or process return merchandise authorization (RMA). FIG. 17 shows an example of the type of product manufacturing information contained in the “LED pad identification data register” 144 stored in the non-volatile memory 334b of the LED pad. This data includes the manufacturer's part number, manufacturer's name, unit serial number, manufacturing code linked to a specific description of manufacturing history or pedigree, and the US FDA-designated Global Unique Device Identification Database (GUDID) number. It may be. [Https: // accessgudid. nlm. nih. The number of 510 (k) associated with the application of [gov / about-gudid], and the like. The register can optionally contain a country-specific code for importing the device and other customs-related information such as license numbers and free trade certificates. This register is stored in the non-volatile memory 334b during manufacturing. The LED pad identification data register 144 also contains security credentials (such as an encryption key) used in the authentication process. The security credentials are either static, installed at the time of manufacture, dynamically rewritten each time the LED pad is authenticated, or rewritten after a specified number of valid authentications.

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 PBT controller 120 collects information about the LED configuration of all connected LED pads. As shown in FIG. 18, the LED configuration information of the pad is stored in the non-volatile memory 334b of the LED pad in the "LED configuration register" 145 written during the pad manufacturing process. The register is a large number of LED strings "n" is a description of the LEDs in the string containing the wavelength λ of the particular information LED and the number "m" of LEDs connected in series for each string. During operation, this LED string information is used to match the LED processing to a particular type of LED pad. For example, if an LED pad containing a blue or green LED is installed, a process designed specifically for driving a red LED will not work. The user's UI / UX, or PBT controller touchscreen menu selection, is adjusted according to the LED pads connected to the system. If the corresponding LED pad is not installed, menu selections that require that type of pad will be hidden or grayed out.

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λ=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λ=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λ=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λ=810nm電流I運ぶ電流シンク161aによって駆動のILED4=LED1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λ=635nm電流I搬送161b電流シンクによって駆動のILED5=LED2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λ=450nm電流I運ぶ電流シンク161cによって駆動のILED6=LED3を。
The LED configuration register 145 is essentially a tabular description of the LED pad schematic. Part of the LED pad drawn with reference to the schematic of FIG. 19 Through the LED control circuits 161a and 161c including the LED driver 335, the current sink 161a and the LED array 336.
-Character string # 1 LED configuration register 145 contains 6 series connected in the vicinity of the infrared LED of wavelength λ. Character string 162a Description λ 1 = 810 nm, the carrier current I LED1 driven by the current sink 161a.
The string # 2 LED configuration register 145 describes a string 163a containing four series-connected red LEDs of wavelength λ. λ 2 = 635 nm current I transport 161b I LED 2 driven by a current sink.
- String # 3LED configuration register 145, the I LED 3 of the drive by a current sink 161c string 164a carries description lambda 3 = 450 nm current I for containing four series-connected blue LED wavelength lambda.
The character string # 4 LED configuration register 145 is a 162b column including the vicinity of an infrared LED having a wavelength λ connected in series. Description λ 1 = 810 nm current I Driven by a current sink 161a carrying LED4 = I LED1 .
The string # 5 LED configuration register 145 contains a string 163B containing four series-connected red LEDs of wavelength λ Description λ 2 = 635 nm current I transport 161b I LED5 = I LED2 driven by a current sink.
The LED configuration register 145 of character string # 6 is driven by a current sink 161c that carries four series-connected blue LEDs of wavelength λ and a string description λ 3 = 450 nm current I LED 6 = I LED 3 .

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 configuration register 18 also includes the minimum and maximum operating voltages of the LED pads. Power supply voltage + V LED must exceed the minimum voltage for proper LED operation Specifications V min LED pad should be avoided from excessive voltage damage or overheated power supply voltage to ensure uniform illumination Not the specified maximum voltage V max . In other words, the value of the power supply voltage allowed to power the LED pad must meet the criteria V min <+ V LED ≤ V max . Specified value manufacturer V min, is stored in the LED structure register 145, a reference that V min <+ V as long as to ensure that the maximum voltage column LED in the pad of the exceeded based on the mast statistical LED It is LED , the string s of the maximum voltage of the holding pad is still, it works perfectly and lights up. If the V min voltage is specified too low, some LED pads may cause individual LED strings to be darker than others during treatment. Poor brightness uniformity limits the peak and average power of PBT treatment and reduces the total energy (dose) of the treatment, which adversely affects the therapeutic effect.

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、α、α...れるILED1=α1Iref1、ILED2=αref2などを。 The value of I max specified in the LED configuration register 145 is not an explanation of the maximum current flowing through the LED, but an explanation of the maximum safe current at the 50% duty factor of the conductive trace of the pad. This current is the current that flows through the LED pad. Any current that adds the LED string of itself is connected to another LED pad via the LED pad. This specification is included to prevent pad operation that causes significant voltage drops on the LED pad power lines, resulting in heating, malfunction, electromigration, or metal fusion. One possible design guideline for printed circuit boards (PCBs) on LED pads is to use copper conductors that can carry more than twice the rated current. In other words, the pad can safely carry its own current and the current of another LED at the same time. An additional design guard band of δ = 25% is included as a safety margin. For example, if I min = 600mA and a 25% guard band is used, I max = 2I min (1 + δ) = 1500mA. The configuration register 145 also includes a mirror ratio α used to convert the reference current I ref to the LED string current I LED (or vice versa) according to the relationship I LED = αI ref. Different ratios can be appropriately modified to include α in the table when used for each channel 1 , α 2 , α 3 . .. .. ILED 1 = α 1Iref1, I LED2 = α 2 I ref2 and that.

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 current sink 161a and conducts an on-state current in proportion to I ref1. The current I LED2 of each red LED string is controlled by a dedicated series-connected current sink 161b, and the current in the on state flows in proportion to I ref2. The current I LED3 of each blue LED string is controlled by a dedicated series-connected current sink 161c, and the current in the on state flows in proportion to I ref3. A current control device connected in series with each LED string is either connected to the cathode side as a current "sink" (as shown in FIG. 20A) or to the anode side of the LED string as a current "source". Obtain (as shown in FIG. 22A). In the implementation of both the current sink 161a and the current source 200a, the current I LED flowing through the current control device and the LED string 165 or 201, respectively, is controlled by an analog reference current I ref and a digital enable pulse En. The origin of these two signals in a distributed PBT system will be discussed later in this application. (Note: The terms "current source" and "current sink" are used to refer to components whose magnitude is relatively unaffected by the magnitude of the voltage across them ("sink"). Well-known ingredients in the technical field.).

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G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 166N channel MOSFET 167 shown in the block diagram of the ideal current sink 161A shown in FIG. 20B. MOSFETs (or bipolar junction transistors) maintain a controlled current while maintaining the voltage between the drain and source terminals. The gate bias is provided by the current detection and control element 166 to maintain a constant current despite fluctuations in the drain-source voltage. FIG. 20C shows that one implementation describes a constant current sink and the MOSFETs 168a and 168b of the N-channel current mirror are sense current I LEDs . The gate width of the MOSFET 168A with a ratio of β is less than the gate width of the MOSFET 168b. Mirror MOSFET 168a (I LED ; reflected by a unity current mirror including P-channel MOSFETs 169a and 169b, with this measured current, where W matches the gate width p translates the sense current with a 5V power supply of the large βI LED for reference current and ground. from the reference current. then, the differential "error" signal [Delta] I err including the difference between I ref and beta I LED is amplified by transconductance amplifier 170, is converted in proportion to the voltage VG, a current control element, That is, it is supplied to and formed at the gate of MOSFET 167. Closed loop feedback path. During operation, drive that error signal of the transconductance result at gain G m gate bias V to zero ΔI err , thereby forcing I REF = βI LED . For convenience, we redefine β = 1 / α and we can express the current source transfer function as I LED = αI ref . All LED strings in the same LED pad have the same reference current. It is distributed and guarantees uniform brightness for all LEDs.

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V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, digital inverter 171 for switching, analog transmission gate including P-channel MOSFET 172 and ground, connect N-channel MOSFET 173 controls the gate of N-channel current sink MOSFET 167, which effectively performs the function of digital En input. increase. Specifically, when enabled, the signal E is N high, and the output of the inverter 171 is grounded to the P channel gate, so the transmission gate 172 of the P channel MOSFET is turned on, the N channel MOSFET 173 is turned off, and it is on the ground. it is biased fully on, passing an analog voltage V G, a linear region, such as resistors, and the output of the transconductance behavior N-channel current sink 167 opposite gate 170 amplifiers, the enable signal En is low (digital 0) Yes, the output of the inverter 171 connected to the P-channel transmission gate MOSFET 172 is biased to 5V, the P-channel is turned off, and the gate of the N-channel current sink MOSFET 167 is a transconductance output amplifier 170 at the same time.

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-channel MOSFET 172 is turned on, the pulling gate current sink MOSFET 167 is grounded, and the current sink is off MOSFET 167, i.e. LED = 0. In conclusion, Figure 20C represents the circuit, one circuit for implementing the switch control current sink. When the current sink is enabled, the current sink continuity (En digital = 1) and the control current transfer I LED = αI ref . If the current sink is disabled (En digital = 0), the current sink is off and the I LED = 0.

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 current source 200a of FIG. 22A can be realized by supplying a controlled current from a + 5V power supply to the anode of the LED string 201 using a P-channel current mirror MOSFET. FIG. 22B shows the gate drive current sensing and control element 202 of the P-channel MOSFET 203 the MOSFET, maintaining the controlled current (or bipolar junction transistor) while maintaining 203 as shown in the block diagram of this ideal current source 200a. The voltage between the terminals from the drain to the source. The gate bias is provided by the current detection and control element 202 to maintain a constant current despite fluctuations in the drain-source voltage.

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、−V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Gコンダクタンスの206の増幅器のゲートバイアスの結果−V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 MOSFETs 204a and 204b of the P-channel current mirror are sensed load current I LEDs . The ratio of the gate width of the MOSFET 204b to the gate of the MOSFET 204a is β, and β <1, 204b mirror MOSFET has a small part in the current sense, and the load current of the LED at an accurate ratio. This current measurement represents + V LED , high voltage magnitude βI LED supply reference current, then compared to the input to the 206 amplifier differential transconductance, the reference current I REF , still the high voltage supply of the mirror to the + V LED rail. Differential REF and beta I LED that includes the difference between the "error" signal [Delta] I ERRI is then converted in proportion to the amplified voltage is supplied to the gate of the amplifier 206 by -V G conductance, current control element P The channel current source MOSFET203 forms a closed loop feedback path. During operation, the result -V G error signal [Delta] I err drive zero gate bias of the gain G m conductance of 206 amplifiers, forced I ref = beta I LED to thereby. For convenience, we redefine β = 1 / α and we can express the transfer function of the current source as I LED = αI ref . The same reference current is distributed to all LED strings in the same LED pad, ensuring uniform brightness for all LEDs.

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−V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 digital inverters 211A and 211b and P-channel MOSFET 207 and + V LED , P-channel MOSFET 208 is connected to execute the digital enable function of En input and controls the gate. P-channel current source Specifically, when the MOSFET 203 is enabled, the signal E is increased by N, the ground where the output inverter 211a is located and 211b which is 5V, and the output of the inverter is the TUR Ning high voltage level shift N channel MOSFET 210a and the high voltage level shift N. Channel off MOSFET 210b. When the high voltage level shift N-channel MOSFET 210a is on, the current is conducted through the resistor 209a, pulling the gate of the P-channel MOSFET transmission gate 207 down to a voltage near ground and turning on the transistor. MOSFET207 for P channel ground near the gate is biased, the device behaves like a resistor in its linear region of operation, the fully transconductance amplifier an analog voltage passing -V G Output P-channel current source MOSFET 203 at 206 gates. At the same time, the subsequent high voltage level shift N-channel MOSFET210B is off, no current flows through resistor 209b, and the gate voltage of the P-channel pull up to MOSFET208 is connected to its source , and some + V LEDs , and transistors are off. is. P-Channel Current Source Thus, the MOSFET 203 is on and has no effect on the gate voltage at P-channel pull-off to MOSFET 208. P-Channel MOSFET Current Source 203.

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-channel MOSFET 210a extinguished ground. Since the high voltage level shift N-channel MOSFET 210a is off, no current flows through the resistor 209a, the gate voltage of the P-channel transmission gate MOSFET 207 is biased to the + V LED, and the P-channel transmission gate is turned off. The outputs of the MOSFET 207 and the transconductance amplifier 205 are cut off from the gate of the P-channel current source 203. At the same time, the N-channel MOSFET 210b is turned on, passing current through the resistor 209b and pulling the gate of the P-channel pull-up MOSFET 208. Go down near the ground and turn on MOSFET 208. When the P-channel pull-up MOSFET 208 is on, the gate of the P-channel current source 203 is biased to the + V LED, which biases the current source off and I LED = 0. In conclusion, the circuit in Figure 22C represents one circuit for mounting a switch controlled current source. When the current sink is enabled, the current sink continuity (En digital = 1) and the control current transfer I LED = αI REF . When the current sink is disabled (En digital = 0), the current sink is off and ILED = 0.

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 current sink MOSFET 167. This does not apply to the current source circuit of FIG. 22C, which is a MOSFET with a high off-state drain-source blocking function, especially a P-channel current that must conduct a controlled current while maintaining a high voltage. It requires the source MOSFET 203, the current source MOSFET. Demonstrates a wide safe operating area with no secondary failures (snapbacks) or hot carrier reliability concerns. Of particular concern is the maximum gate-source voltage rating of the P-channel MOSFETs 207 and 208, or VGSp (max). To avoid damage to the gate oxides of these devices, the values of resistors 209a and 209b should be carefully selected so as not to produce on-state gate drives that exceed the device's VGSp (max). I have. As a precautionary measure, Zener diodes can be included across the source terminals from the gates of MOSFETs 207 and 208, respectively, to clamp the maximum gate bias to a safe level. In some integrated circuit processes, manufactured high-voltage P-channel transistors can optionally take advantage of thicker "high-voltage" gates, but this option depends on the wafer foundry used to manufacture the IC.

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 LED string 201 is connected in series between the control current source 200a and the grounded N-channel enable MOSFET 212. A block diagram of this circuit shown in FIG. 23B, a "low side switching" current detection and control circuit 202 and high, which is considerably simpler than that of a circuit mounting current source that includes an ideal current source that realizes the illustration. Voltage P-channel current source MOSFET 203 is a fully integrated switch current source in FIG. 22C. The current detection remains unchanged, and in this embodiment all high voltage levels are used using 206 amplifiers P-channel MOSFETs 204a and 204b, current-sensing mirrors including differential input mutual conductance between P-channel MOSFETs 205a and 205b including current reference mirrors. The shift, transmission gate, and gate pull-up circuits have been completely eliminated and replaced by a single grounded N-channel MOSFET 212 driven by the low voltage gate drive inverters 221a and 211b. In both high voltage current source circuits of FIG. 2, FIGS. 22C and 23C, the required reference current is the ground reference current sink current-I ref . Most currents refer to the source current, not the sink, so you need a current mirror from the source to the sink. This mirror is used by the N-channel MOSFET 213b for the mirroring power supply + V LED to generate the current sink reference current-I ref of the ref indicated by the threshold value connected to the current reference input by the N-channel MOSFET 213a. MOSFET 205b with reference to the P-channel current mirror. It should be understood that it is the reverse of the circuit shown in FIG. 23C. A high voltage P-channel MOSFET and level shift circuit are used for the enable function, and a ground current sink is used for current control. However, in general, the high-side switches the current sink without any special advantage over the fully integrated switched current sink shown in Figure 20C. Therefore, it is not explained in this application.

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=DS。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=DS (〜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)/R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R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R、R・・・R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R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-channel MOSFET 180a and refers to being connected in series with the threshold of the resistor 181 to create two MOSFET terminals with a gate connected to its drain. Here, V GS = V DS . Since the term "threshold" is used, it represents a sudden voltage and an increasing drain current occurs, and at a voltage near the threshold voltage V tp , the device has a VGS = V DS ~ V t (~ is an approximation). Represents. The same applies below). Since the current of the P-channel MOSFET180A About, I ref0 ~ - a (V-5V tp) / R o. The reference current, a plurality of alignment reference current i of agricultural products that is mirrored to other criteria MOSFET of 180m to 180e of the same configuration and the gate width, I ref1 by the common gate connections, I ref2 is I ref3 is , I ref4 , etc. The mismatch gate width W W p0 = W p1 = W p2 = W p3 = W p4 etc. is not an important cause of the variation of the comparison, but the resistance of the variation R 0 can be made to the integrated circuit resistor 181. A circuit that compensates for manufacturing variations in the electrical trim, an I ref trim circuit, the resistor 182 includes an array, and resistors 184a, 184b. .. .. Corresponding resistance values with 184n are R 1 , R 2 ... R n by electrically connecting the can to resistor 181 in parallel, or N-channel MOSFETs 184a, 184b ... 184n are gate drivers, respectively. It depends on whether the conduction state is biased by 185a, 185b ... 185n. For each activated transistor, the corresponding resistor is placed in parallel with the resistor 181 to reduce the effective resistor R 0 and increase the magnitude of the current I ref 0. Such a trimming method is to trim the resistor in one direction and increase the current. That is, the initial values are the maximum resistance and the minimum current. In manufacturing, the combination in which the trim MOSFET is turned on and off is adjusted by changing the digital value calibration register 186 until the LED current is measured and the contents of the adjustment register 186 reach the target current written to the non-volatile memory. This method of describing switched parallel resistors represents one resistor trimming method, while the other method involves series-connected resistors shorted by conducting MOSFETs. In this series trim scheme, the resistance value with all MOSFETs off starts at the maximum with the least current, and more resistors are shorted as the trim progresses and the MOSFETs turn on.

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-channel MOSFET 180a is mirrored to multiple outputs from the same size MOSFET 180b via 180e. Will be done. However, unlike the previous case, the bandgap reference circuit 190 with the output V bandgap produces a reference current.

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W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γW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)/R(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 bandgap voltage reference 190 can be designed to significantly offset the temperature change of the resistor 191 where γ [V bandgap (T) / R 0 ( T)] = I ref0 Here, I ref0 becomes constant with temperature. Constant with respect to temperature. Trimming is performed by threshold-connected MOSFETs 193a, 193b. .. .. W px1 , W px2 ... W pxn having their respective gate widths W, which are generated by changing the effective gate width of the P-channel MOSFET 180a by arranging an arbitrary number of 193n in parallel, are turned on and off according to digital. P-channel MOSFETs 194a, 194b. .. .. 194n switch, digital inverter 195a, 195b. .. .. Controlled by 195n. For example, if the MOSFET194b is turned on by the inverter 195b, MOSFET193b essentially becomes parallel to the P-channel MOSFET180a, the gate width of the current mirror will be greater from W p0 (W p0 + W px2 ). The large gate width of the thresholded MOSFET pair means that the output reference current current is reduced because less voltage is required to carry the same reference current. In other words, for example, a current mirror ratio between the I ref0 and I ref3 will change in specific small specific from [W p3 / W p0] [ W p3 / (W p0 + W px2)]. This means that active trimming reduces the output current. Therefore, the trim is unidirectional, starting with the maximum output current when the trim MOSFET is off and decreasing when more transistors are connected in parallel. In manufacturing, the combination of turning the trim MOSFET on and off is adjusted by changing the digital value calibration register 186 until the LED current is measured and the contents of the adjustment register 186 reach the target current written to the non-volatile. NS. memory.

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)/R]。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. Register 186, but doing so is disadvantageous to lose accuracy achieved by calibration reference trim in production. This problem is overcome by the dynamically programmable reference circuit of FIG. 21C-the Iref calibration register 186 described above, and a separate dynamic target reference current register 199a specific to a particular PBT treatment. including. The dynamic target reference current 199a changes over time, but the calibration table does not. In this regard, the data in the calibration table 186 can be considered as a fixed offset with respect to the data in the dynamic target reference current register 199a. The two registers are easily combined using a simple subtraction performed by the arithmetic logic unit ALU198 to produce a compensated dynamic drive current register, specifically the "I ref input word 199b". .. This digital word is used to drive a digital-to-analog (D / A) converter 197, which is a digital-to-analog converter 197 that outputs an analog voltage as a function of the digital input. Accuracy may be in the 24-bit range with 8-bit resolution, but 16-bit DACs commonly available in many microcontrollers produce 1024 combinations-sufficient required waveform synthesis. Resolution. As shown, D / A converter output voltage V DAC is converted to a current by resistor 191, is mirrored by N-channel MOSFET192a and 192b, wherein generating the reference current I ref1, I ref1 ~ β [(V DAC -V tun ) / R 0 ]. This reference current is the threshold connected P-channel MOSFET180a and matching MOSFET180b, mirrored 180c, 180d, by 180e, corresponding current reference output I ref1, I ref2, and generates a like I ref3, I ref4. The D / A converter 197 may also include a current output D / A converter that produces an analog current instead of generating a voltage. In such cases, the value of resistor 191 is not important and can even be eliminated.

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 layer 2 authentication, layer 3 and layer 4 networks and port address assignments, and the LED pad configuration data has been exchanged, the decentralized PBT system is ready to perform processing. increase. When the PBT controller receives the user's "start" command, the PBT process starts by exchanging an encryption key or digital certificate between the PBT controller and the networked intelligent LED pad to establish a Layer 5 session. to start. When a session is opened, the PBT controller and intelligent LED pads maintain a secure link during the exchange of files and commands until the treatment is complete or finished. Additional network security can be performed using encryption at Presentation Layer 6 or Application Layer 7. Execution of PBT processing is initiated using either the data streaming or file playback method described below.

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tLightOS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t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t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tLightOS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 treatment session 250, both the controller and pad operating system initiate executions 251a and 251b of the selected session 250. In step 252a and at the time t 1 LightOS transfer 1st place LED pad processing segment during the LightPadOS one execution step 252b in the treatment segment. In step 253a, at time t 2 LightOS transfer 2nd place processing segment LED pad, in step LightPadOS execution 253b 2nd place treatment segment. In step 254a, the processing segment is assigned to the 3rd LightOS transfer 3rd LED pad at time t, the 3rd processing segment is assigned to the 3rd position LED pad at time LightPadOS execution 254b, and so on. Finally. In the step at the time of the processing segment to the time t n LightOS transfer nth LED pad in step 256a, the LightPadOS executes the 256bnth treatment segment, both sessions after the end of 257a and 257b.

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 processing instruction 260a occurs. Instruction 261 then sends a USB packet as an embedded payload to the combined payload, instruction 261 and header 262 step 263 then to the LED pad 263 from the PBT controller. Instruction 261 then describes that it is not supposed to be extracted and decoded into bit 264 and the LED turned on. The E-bit of the eye changes the time 266 of the red LED to be executed with the LED register 265 being loaded subsequently from off to on, turning off all the LEDs, creating and loading the next instruction. Starts the timer. The switching of the red LED is shown in the lower graph of FIG. 25 by the off-to-on transition 267a and the on-off transition 267b.

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、t=t+(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toffJust-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 decoder 270 according to the decoding tables 271 obtained by the two. 279A and time shift register 279b are respectively. Each continuous interval includes the on and off times of the interval. The elapsed time is calculated one interval at a time as the shift register advances in sequence. For example, t 5 = t 4 + ( ton4 + tooff4 ). This process is performed using a first-in, first-out algorithm, and only the first-in, first-out shift register data frame 277 drives the LED driver 278. All subsequent frames and all previous frames waiting in the queue are discarded once executed. Shift register of corresponding color Foreign company whose concrete LED in data frame 277 is illuminated by LED driver 278 For example, the register [| blue | red NIR1 | NIR2] drives only 1000 with bit string 0100, only blue LED. The LED, and 0011, drive both the NIR1 and NIR2 LEDs. The resulting light output includes both the red pulse 275a, the blue pulse 275b, the NIR1 pulse 275c, and the NIR2 pulse 275d, and both the simultaneous NIR1 and NIR2 pulses 275e. This method speeds up or slows down to on and off , based on the value of shift register advances at variable rates.

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 decoder 0 clocks the bit strings 275a, 275b, 275c, and 275d, red, blue, NIR1, and NIR2LED, which simultaneously drive four outputs separately, against a fixed rate clock. The on-state bits are repeated throughout the on duration to extend the duration of the LED lighting. In the transfer-destination-and-shift method, the file containing the lighting pattern is transferred to the LED pad and decoded before LED playback.

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 step 300, the replay file for driving the LED sequence is transferred from the host to the client. The LED pad is a layer 2 MAC data, checksum of files such as headers to extract 302 unpacked files, payload data to volatile memory and loading in the transfer step in the file receiving step. Bits, stripping static RAM, etc. In this process, the incoming USB packet 310 of FIG. 28 shown in the graph is a bus interface 338 intelligent LED pad 337 to a USB or the like transmitted via a physical medium. Upon receipt, the payload 311 is extracted and then unpacked (step 312) to perform the decompression or file format required to create executable code 313. The executable code 313 is then stored in the volatile memory 334a. Executable code 313 includes hard enough to run the system on a running LightPadOS without the need for any other files of its own or subroutines other than the operating system of the LED pad-for the treatment of PBT. The coded data of the algorithm 314 used is one of a single treatment, or the entire PBT session. This code can be implemented, for example, in C ++ or other popular programming languages.

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 step 303, in step 304b the LightPadOS notifies the host PBT controller that it is ready to start a session. do. When the user confirms that he / she is ready by selecting the treatment start button 309, in step 304a, the session start command is started from step 305a in which the session start command is transmitted to the LED pad, and the session execution command becomes effective. By initiating, the LED pads occasionally report their status (to step 306b), time, temperature, or otherwise, as the process progresses by performing the LightPadOS response processing algorithm 314 in step 305b. The PBT controller can be displayed on the host PBT controller containing the relevant program status information of the above in step 306a. If a failure condition occurs in the LED pad, the LightPadOS interrupt service routine 307b and LightOS 307a may communicate and negotiate what to do about the condition that caused the interrupt. For example, if the LED pad is unplugged and accidentally reconnected during a session, the session will be paused, notifying the user of connection errors and telling the user how to fix the failure. When the fault is corrected, the interrupt routine is closed and treatment resumes until the LED pad notifies the host PBT controller in step 308b that the treatment program is complete. In response, at session end step 308a, the PBT controller notifies the user that the session or treatment is complete.

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" sessions 315a, 315b, and 315c every other day. Each session contains three consecutive treatments, including different algorithms that vary the wavelength of light, power level, modulation frequency, and duration. For example, for PBT session 315a, it is intended to promote healing by accelerating (but not eliminating) the inflammatory phase of the "inflammation," healing process called. Session 315a comprises a sequence of three steps 314a, 314f, and 314b, each containing algorithms 23, 43, and 17. FIG. 29B, shown in Session 315b, entitled "Infectious Diseases," comprises a sequence of three steps 314c, 314b, and 314g, each comprising algorithms 49, 17, and 66. Note that algorithm 17 included its treatment 314b I had inflammation and infection sessions in both. Session 315c, entitled "Healing", comprises a sequence of three steps 314g, 314h, and 314g, each containing algorithms 66, 12, and 66. Note that the treatment algorithm 66 was used once in the infection session 315b and twice in the healing session 315c.

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 injury protocol 316 together to colonize the wound. Finally, after the inflammation has subsided and all infections have been eliminated, the final step in the injury protocol is wound healing by improving the thermodynamics and energy supply needed to supply healthy tissue regeneration. promotes it. Injury Protocol 316 does not employ daily treatment sessions, but intentionally extends the first three sessions over a five-day period. The need to intervene during the break, rather than daily treatment, is illustrated by graph 317 shown in FIG. 30, Arndt-Schultz [https: // en. wikipedia. org / wiki / Arndt% E2% 80% 93Schulz_rule] describes a generalized biphasic dose-response model. According to Wikipedia, "There are Arnto-Schultz rules and Schulz's law n is the law on the effects of pharmacology at various concentrations observed. It states for all substances: A small amount stimulates. Moderate doses are suppressed; kill in large quantities. There are many exceptions to pharmacology, although the theory has evolved into the corresponding "formesis" of our time, for example, when nothing happens with a small amount of drug. The underlying principles are the same, and there are optimal treatments in medicine. Dose beyond which the therapeutic effect may be diminished or recovery may actually be impeded.

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/cm、及び垂直軸J/cmまたはeV/cmに有効なエネルギー量を測定する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, graph 317 represents a pseudo 3D representation of the PBT state and the axis represents treatment time. The normal projection y-axis is the power density description W / cm 2 of the PBT processing scale, and 2 or electron volt to measure the amount of energy effective on the vertical axis J / cm 2 or eV / cm 2 , product of power and time. And the therapeutic effect scaled by the observed magnitude of photobiomodulation and otherwise observed. Topographically, the graph is displayed as two coasts, a mountain range and an inner valley. As shown in low-dose treatment, known as subthreshold dose, treatment has insufficient force to do anything, the rate of energy supply. Similarly, for a very short period of time, regardless of the power level, there is not enough energy to invoke photobiomodulation. In other words, too fast or too little energy does not cause 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/cmで最小応答、2J/cmでピーク応答、10J/cmで利益が減少することを確認しています、および50J/cm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 data link layer 2, the network layer 3, the transport layer 4 being set up, and the session layer 5. increase. Presentation layer 6 or application layer 7 in operation.

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。IC、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 PBT controller 120 includes an OSI communication stack 330, an application layer-6, a presentation layer-5, a data link layer 2, and a physical layer 1. As mentioned earlier, in the PBT controller 120, application layer-6 is implemented using a PBT-specific operating system called LightOS. In the operation, the execution result of the 6LightOS program is an action that requires communication to the layer-intelligent LED pad. These actions are passed to the presentation layer encrypted-as a ciphertext, a communication layer in encrypted form at a level lower than 5. Specifically, the encrypted text passed to the Layer 2 data link layer is packetized. That is, it is translated into a series of communication packets containing unencrypted headers and encrypted text payloads according to certain communication protocols such as USB. I 2 C, FireWire communicates with LED pad via the physical PHY layer 1. For example, the corresponding PHY layer 332 with PHY layer 1 can communicate using the USB protocol using the USB differential signal-the 1331 resident of the communication stack is 123 in the intelligent LED pad, so the electrical signal is layer 1 communication. As if the PBT controller and intelligent LED pad are layer 2 and communicate with packets placed in time as USB data "frames", including the data structure of USB behavior.

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 communication stack 331 receives the USB packet, the extracted encrypted text payload is transferred to Presentation Layer 5, where it is decrypted and converted to plain text. The plaintext file is then passed to application layer 6 and executed by the LED pad operating system LightPadOS. Bidirectional links between communication stacks 330 and 331 application virtual machines, provided they are designed to communicate the PBT controller's LightOS with the intelligent LED pad operating system LightPadOS and execute instructions in a self-consistent manner. Acting as LAyer's -7, a distributed device, acts as if it were a single piece of hardware, performing encryption and decryption in both directions at the presentation layer. In this way, data can be transferred between the PBT controller and the intelligent LED pad. However, to prevent copying the source code, the processing library is stored in encrypted form. For added security, the encryption key is separate from the communication key used to store the algorithm. Therefore, the treatment file must first be decrypted before it can be safely communicated.

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 library 340 algorithm-encrypted 342 from the user-selected treatment via the graphical UI 341, which is schematically shown in FIG. When the encryption algorithm 17 is subsequently decrypted using the system key 343 that converts the encrypted text into plain text, the encryption processing 345 plain text file that restores the unencrypted process 344 is used. The algorithm 17 is an intelligent LED. It is re-encrypted using the encryption key 346 exchanged with the pad client. The resulting ciphertext 347 containing the re-encrypted algorithm 17 is then packetized 348 and transmitted 349 using UV or another suitable communication medium.

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 session 352 constructed from a library of encrypted algorithms 340 via a graphical UI 351 and includes three encrypted algorithms in this example. The system encryption key is then used to decrypt the ciphertext and convert the ciphertext to plaintext. The three plaintext files are then merged and 354 and then encrypted using the encryption key 356 that is exchanged with the intelligent LED pad client. The resulting ciphertext 357 containing the encrypted merged algorithm is then packetized and 358 and transmitted using USB or another suitable communication medium.

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 incoming data packet 359 received by the bus interface 228 of the LED pad 337 is processed first and the packet header that extracts the payload 360 is removed. Pad μC339 then decompresses 361 to extract the encrypted merge algorithm 362. The encrypted text is then decrypted using key exchange 363. Extract the plain text file 364 containing the processing algorithm, or in the case of a session file, the merged algorithm. An algorithm containing executable code 365 in volatile memory 334a or an algorithm 366 merged. The processing is stored in RAM, which erases files when power is turned off, making it difficult to copy unencrypted executable code. Autonomous pad playback of PBT sequences using post-transfer (pre-playback) batch decoding as shown in FIG. 35 includes user selection for session 300. For this, the 302 encrypted file received by the LED pad is decrypted and loaded into RAM 390. Host PBT controller 304B process ready to start a session to inform LightPadOS. Upon confirming that the user is ready by selecting the treatment start button 309, in step 304a the session start command is activated starting from step 305a when the session start command is transmitted to the LED pad. .. LightPadOS responds in step 305b by initiating treatment by executing treatment algorithm 314. As the procedure progresses, the LED pad displays its state 306b, including time, temperature, or other relevant program state information, and which PBT controller is available, in step 305a, which occasionally reports to the host PBT controller. If a failure condition occurs in the LED pad, the LightPadOS interrupt service routine 307b and LightOS 307a may communicate and negotiate what to do about the condition that caused the interrupt. When the fault is corrected, the interrupt routine is closed and treatment resumes until the LED pad notifies the host PBT controller that the treatment program is complete in step 308b. In response, at session end step 308a, the PBT controller notifies the user that the session or treatment is complete.

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 incoming packet 359 received by the bus interface 338 in the LED pad 337 is processed to extract the payload 360, followed by decompression 361, and then volatile. It is stored in the memory 334a as the ciphertext 368. The file is decrypted and played during playback when the user starts a session, during file execution, that is, during autonomous playback. This process, known as "on the fly" decryption playback, is shown in the flowchart of FIG. After this process is received by the LED pad except for the 35 points which are the same as the process of the bulk decoding process flow shown in FIG. 1, the sequence file 302 requires the next step to simply unpack the file 303. According to the decompression, but it does not decompress it. During the replay of step 391, the ciphertext is read from the SRAM volatile memory and executed on the fly, i.e. as the replay progresses.

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 entire playback file 368 stored in the ciphertext is read from the volatile memory and decrypted to extract the plaintext instruction set 365 executed to play the entire file. In contrast, in on-the-fly playback decoding, portion 368a of the stored playback file is read, decrypted 365a, and then 392a is executed by adding a new plaintext instruction to the playback buffer. Meanwhile, another section of ciphertext 368a is read from volatile memory, decrypted 363 to recover the plaintext executable 165b, and then executes 392b by adding this file to the end of the playlist. ..

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 LED player file 480b, where the encrypted LED player file 480a is decrypted with the system key 363 and then re-encrypted with the LED pad (client) key 356 370. .. This ciphertext then propagates the payload to the intelligent LED pad, where the extraction and 361 decompression n is stored in the decrypted volatile memory 482 as 363. The downloaded LED player content is the waveform synthesizer 483, PWM player 484, LED. Includes driver 485.

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Ψ[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 synthesizer 483, waveform synthesis of waveform parameter file 486 of Φ system clock to generate Φ sys synth waveform f (t) is expressed as data table 489, external synth, certain function The including table f (t) is for a pair of elapsed times t. Next, the PWM generator 555 converts the function table into a high frequency PWM pulse train 490 to generate a composite file 488 containing the composite waveform 491 embedded in the PWM output 490. Depending on the algorithm, the waveform synthesizer 483 can also utilize the waveform primitive 487. Synthesizers can be implemented in hardware, but can be easily implemented using software in waveforms up to 20 kHz, that is, in the audio range. For example, in the case of 0.5 to 1.0 ms, the value is f (t) = 0.6545. The process Ψ P [f (t)] converts the function f (t) into a PWM pulse train of on-time and off-time, where the output is in a high (on) state of 65.45% at the specified interval. It is 0.500-0.827ms, and 0.827-1.000ms is in the low (off) state. Therefore, the duration to on = 0.827-0.500ms = 0.327ms and the off duration to off = 0.500-0.327ms = 0.173ms. In other words, the value f (t) is the duty factor D = to on / T PWM and T PWM = to on + to off during the period.

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1.000Ψ[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).

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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 PWM player function 484 shown in FIG. 41, which processes the synth out data file 488 in response to its input PWM parametric 491 and reference clock Φ ref to process the PWM player output 493a. And 493b are generated. During operation, the PWM player 484 generates a pulse width modulation (PWM) pulse train 492G pulse (t) including algebraic products G synthesis (t) and G pulse (t). Waveform G pulse (t) is composed of a duration t on = DT PWM, consists of repetitive pulses turned off for a duration t off = (1-D) T PWM. The PWM player function can be executed in hardware, but it can be easily executed in software. When written in logical pseudocode in terms of fast counters and x (incremented in each loop):

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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 output 493a is digitized with the same value as the G synthesize (t) and G pulse (t). The underlying waveform is overlaid on the PWM signal 494. Normally, the PWM player 484 outputs only a single digital waveform, but can generate multiple outputs as needed. For example, in the example shown, output 493a contains a combination of multiplication of two PWM pulses, but output 493b is the same as G pulse (t) , meaning G synthesize (t) = 1. The PWM player 484 can also output an invariant value at a certain time. G synthesize (t) ・ G pulse (t) = 1.

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 driver 485. As shown in FIG. 42, the LED driver 485 synchronized with the reference clock Φ ref combines the driver parametric 495 with the output of the PWM player 484 to generate the LED drive stream 497. Unlike the waveform synthesizer 483 and the PWM player 484 that output digital signals, the output of the LED driver 485 is analog. Using the driver parametric 495, a programmable reference current 496 is generated with magnitude αI ref (t) and multiplied by the output of the PWM player 484, specifically G synthesize (t) · G pulse ( t) produces an output 497 consisting of αI ref (t), G synthesize (t), and G pulse (t). The output waveform I LED shown in Graph 498 shows a time-varying waveform, specifically a sine wave, a digital pulse, and a current that changes over time. The PWM player 484 can output a single output as an input to the LED driver 485, but can also provide two or more different outputs, if desired. Such cases can be useful, for example, in large PBT systems where each part of the body is unique, that is, many zones are needed to increase the specificity of the tissue.

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 waveform synthesizer 483, the PWM player 484, and the LED driver 485 sequentially, which are summarized in the example of FIG. 43, to generate the LED drive stream 497. Unlike the LED drive generated in the disclosed distributed PBT system, the prior art method has a common PBT controller, LED pad that maintains all processing libraries and PBT system control in an advantageous manner while being completely within the LED pad. Or separate from the pad. Waveform generation processing [Phi sys generating a frequency utilization system clock I eliminates the need to distribute the high-speed clock on the long line whereby the LED to perform, to work. And PWM player 484, an electronic waveform synthesizer 483 to ensure synchronization of the LED driver 485, the system clock [Phi sys, references are resolved using software or hardware counter agricultural reference clock [Phi. Therefore, the LED playback within a particular LED pad is perfectly synchronized. Both the waveform synthesizer 493 and the PWM player 484 output digital PWM signals containing repetitive transitions between digital 0 and 1 states of various durations, but the LED driver output is analog and produces a sine wave. The LED brightness can be driven by any waveform, including but not limited to these. Sine waves, sinusoidal strings, triangular waves, serrated waves, audio samples of acoustic or electronic music, audio samples of cymbal crashes and other noise sources, and any frequency within the audio spectrum from 20Hz to 20kHz. From 0 th to 9 th of music octave. Further, regulated production of LED conductivity in the range of frequency sounds, some position-1 and -2 th octave, up-down 0.1Hz for illustration, or by driving the LED with direct current (0 Hz), Continuous Provides wave (CW) operation.

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Ψ[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 waveform synthesizer 483 is shown in FIG. 44. The input file synthesis method 550 includes a waveform synthesizer parametric 486 when the load 483 is selected for the waveform synthesizer used to calculate the function f (t) 553. Synthetic execution to all system clocks Φsys of either utilization unit function generator 551 or primitive processor 487. For waveform synthesis, the primitive processor 487 requires access to a detailed waveform description, specifically the waveform primitive 487. The resulting function f (t) 553 includes a Cartesian pair of time t vs. f (t) graphically shown in Function Table 554. The function table 554 then generates a synth out file 488 using the process Ψ P [f (t)], which is converted into time-varying digital data by the PWM generator 555. Synthesizer output 488 is represented graphically as a G synth (t) 490 that includes a synthesizer output table 489 and the numerical equivalent of the digital PWM file.

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f、f、f,および相対的な大きさA,A,A,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[Asin(2πtf)+Asin(2πtf)+Asin(2πtf)]/[(A+A+A)])+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 unit function generator 551 is shown in FIG. 45, which involves selecting a mathematical function and calculating the value of the function over a series of times to generate the function table 554. These functions are called "unit" functions because they have analog values limited to real numbers from 0.0000 to 1.0000. An example of the unit function of the time-varying function f (t) = 1, that is, the "constant" is shown in the graph of 560. The unit saw tooth shown in another function, graph 561, is expressed by an equation f (t) = MOD (tf, 1) where (tf) is the argument of the modulus function and 1 is the base. That is, the function is a linear decimal fraction from 0 to 1. For any number greater than a multiple of 1, the modulus function remains, for example, if (tf) = 2.4, then MOD (2.4) = 0.4. For saw teeth, the function goes up to 1 and then back to 0 and repeats. For one thing, the lamp-up function and the lamp are symmetrical to the back-down zero, which is the triangular wave shown in the graph 562 given by the equation f. F (t) = 1-2 · ABS [MOD (tf, 1)- 0.5]. Frequency f a, f b, f c , and the relative size A a, A b, A c , each of the synthesis of a single sine or more than two sinusoidal codes of formula f (t ) = A α (0.5 + 0.5 [A a sin (2πtf a) + A b sin (2πtf b) + A c sin (2πtf c)] / [(A a + A b + A c)]) + 0.5 (1 -A α ). This mathematical process, shown in FIG. 46, mixes three sine waves 564, 565, and 566 with gains 580, 581, and 582, respectively, and sums them in a digital mixer 583 using a linear sum of digital words.

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,A(t)とここで、A=10、x=1−3のための特定の時間tにおける例えば、関数の値f(t)=1、f(t)=0.5、およびf(t)=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、A=10,A=10、そしてAc=10、次いで合計10(Σf(t))=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 radix 10. This equivalence principle is shown in the example table below for adding three numbers with different radixes. In the context of waveform synthesis, the added numbers represent the instantaneous values of the three sine waves at any given time and are summed to generate a digital sum of the three numbers. An exemplary purpose for, if the value of the sine wave is 10 times magnified by, then A x f x (t 1 ) and here for A x = 10, x = 1-3. For example 1 , at a particular time t, the value of the function fa (t 1 ) = 1, f b (t 1 ) = 0.5, and f c (t 1 ) = 0.5. If the gain coefficients are evenly weighted, that is, where A a = 10, Ab = 10, and Ac = 10, then a total of 10 (Σf x (t 1 )) = 20 units the function is numbered. The sum obtained is the result between task-0.000 and 1.000 performed by the autorange function 584, which must be scaled to a fraction between.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

各時点についてのt、分割A(Σf(t))の和で利得乗算器(A+A+A)の平均提供ブレンド和音。均等な重み付けの場合、つまりA=10の場合、これらのゲイン係数の合計(A+A+A)=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、A=20%、A=40%、A=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 number 20/30 = 0.666. The autorange feature also works when the sine waves are blended with non-uniform weighting. In this case, one or more sinusoidal frequency components dominate the mixture. For example, a blend of A a = 20%, Ab = 40%, and Ac = 40% will produce the following signal combinations:

Figure 2021520867
Figure 2021520867

この場合、((A+A+A)=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、f=2f=4f)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[A,Ab,]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、[A,Ab,]=[1、0、0]のみ正弦波fはだから存在します。同様に、[A,Ab,]=[0、1、0],であるグラフ565では、中央のオクターブ正弦波fのみが存在し、であるグラフ566では[A,Ab,]=[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 graph 565 is the center of the octave sine wave f b only exists in the graph 566 is a [A a, A b, a c] = [0,0,1 ] ,, only the most high octave sine wave exists.

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fとf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fとf、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fとf。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f、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[A,Ab,]=[0.2、0.4、0.4].です。代数計算罪sin(θ)ここで、θ=ft、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, graph 568 shows a uniform weighted mix blend of sine waves of frequency f b and f c , and graph 569 shows a sine wave of frequency. Indicates an evenly weighted mix blend of f b and f c . Sine wave f b of the two weighting sine wave of the heterogeneous mixture blended frequency f and 1/3 th frequency f with 2/3 th, is shown in the graph 570. The three sine wave mixes include an evenly weighted code 572 and an unequally weighted sine wave code 571. Here [A a, A b, A c] = [0.2,0.4,0.4]. is. Algebraic calculation sin sin (θ) where t for θ = f x t, x = a, b, c ... .. .. Required calculation series [http://www2. clarku. edu / ~ trigonometry / trig / complete. html] is evaluated every sin (θ) here

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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A(Σf(t))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Ψ[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

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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)(16)=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Φ任意オクターブxについて、関係Φ=ξ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ΦにΦ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Fに第オクターブ下での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) digital counters 598 to 590 generate 10 synchronous clock frequencies from Φ 9 to Φ 0 common clocks. It has a concrete symbol clock rate of Φ sym and a programmable frequency. It is desirable for the clock to make such a sine wave-like periodic function 9 F to 0 octave zero below the th octave and mix them, the synthetic speech spectrum used to do so has a frequency f correspondence. In various combinations such as. The same method, not shown, can be used to generate infrasound, that is, vibration waveforms below 20 Hz, and ultrasonic waves containing frequencies above 20 kHz (if suitable transducers are used).

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Φのための用途正弦波ルックアップξテーブル618プリミティブ解像度を有するfは正弦波の周波数を生成するために、Φ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ξ正弦波を生成します周波数f、及びΦ用途正弦波ルックアップξプリミティブ解像度をξ有するテーブル611f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

Figure 2021520867
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そしてにおける一般的なf=Φ/ξ。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、Φ=Φsymを及びクロックがΦにΦ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fにfAnd the general f x = Φ x / ξ x in . So in operation, 10 octave waveform total implementation primitive processor 552 applications to generate 10 clock frequencies including inputs to 9 binary counters 598590, Φ 9 = Φ sym and clock Φ 8 to Φ 0 Sine wave correspondence The driven look-up table 619 is combined with 610 and the sine wave of f is combined with f 9 and f 0 .

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 node 630, and the components vary by digital gain amplifiers 620-629. Includes being weighted by a percentage. The blended sum is scaled to the range 0.000 to 1.000 by the automatic range function 631. Primitive processors can be implemented in hardware or firmware controlled hardware, but the functionality is fully emulated using software that the mixer 630 runs digitally using binary addition. The auto-range function 631 can be performed using executable binary mathematics o by some NE division algorithms (https://en.wiquipedia.org/wiki/Division_algorithm). To avoid performing unnecessary operations, the primitive processor 552 performs operations only on the selected octave switches 600-609.

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 primitive processor 552 described above, spanning 10 octaves over the frequency range of 20 Hz to 20,000 Hz. , Use only look-up table S and a series of counters. The disclosed method requires minimal memory or computational power to perform in the computation, unlike the unit function generator 551 of Figure 44, which does not include real-time evaluation of power series. An important function of synthesizers in wideband algorithm waveform generation is the role of counter manipulation. The counters 599-500 are combined to generate a 10 octave clock frequency used as an input to feed the corresponding lookup tables 619-610. Since each octave is supplied by its own dedicated clock frequency, the number of points in the corresponding table and the table is limited to the accuracy required for that particular octave, including data used in other frequency bands. Not done. Thus, the disclosed look-up table in combination with the counter overcomes the problem of the stiff equations mentioned above. To further minimize computational intensity and avoid unnecessary computations, lookup table subroutine calls are restricted to the table selected by the octave switch.

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Φ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≧ξsymmax.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Φカスケード、ダウン変化状態は、Φによって一瞬後に続くその後、Φ、Φ、Φ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 counter cascade 590 are synchronized to a common clock, the output from the [Phi sym convenience tuner (counter) 599 called symbol rate, symbol rate [Phi sym is It is a waveform synthesis of the octave corresponding to the clock signal Φ 9, but this relationship is arbitrary. PWM resolutions to combined frequency, [Phi higher [Phi sym ≧ than any symbol rate from sym ξ sym f max. Will is enough. Counter cascading can be achieved using hardware or software. Ripple counters can be used, but synchronous counters are recommended to prevent clock phase shifts. Ripple counters are a counter cascade that is readily available as soon as the output of each counter stage is input to the next stage. Due to the propagation delay through each counter stage, the output of the high frequency clock changes state before the low frequency clock. The state thus changes the "ripple" first clock Φ 9 cascade, the down change state continues momentarily by Φ 8 , and then undulates like waves across Φ 7 , Φ 6 , Φ 5 on the surface of the pond.

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Φを介してΦ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Φとして表さ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.

Figure 2021520867
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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=ξsymmax=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ξ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、fすべての正弦波周波数同じ精度ξ有9=ξ8=ξ...ξ=ξSymbol 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 tuner 599 that can be changed according to execution. Numeric variable ξ sim , defined as the resolution of the "primitive symbol resolution" referred to herein ξ Maximum synthesis frequency ξ sim = Φ sym / f max In the range of 24 to 65,536 depending on the required synthesis accuracy. Has a possible value. For example, the selected ξ sym = 96 sine wave F in the sine wave synthesizing means or the highest pitch sine wave of the synthesizing is related to the symbol clock rate Φ sim = ξ sym f max = 96f max 90 ° 24 points for arc applications 3.75 1 point for each °. Then, the operation ettington's Uner 599 is tuned to the cascade origin of the frequency of the whole production and the symbol clock rate Φ sym. The resolution ξ sym resolution does not have to match the lower octave look-up table. Lookup tables 600 to 619 that can be used for different accuracy levels ξ x or alternatively the same accuracy lookup table may be used to generate some or all of the required frequency components. .. Alternatively, you can use the same look-up table for all generated sine waves. In such a case, f x all sine wave frequencies have the same accuracy ξ Yes 9 = ξ 8 = ξ 7 ... ξ 1 = ξ 0 .

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、Φ及びそれに対応するルックアップテーブルの分解能ξ。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fをf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,

Figure 2021520867
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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.

Figure 2021520867
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この比率はイラスある周波数スケーリングは、クロックΦを変化させることによって行うことができξ、または解像度ξ変更することによって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ξ=ξ=24、周波数比f/fの合成された正弦波のクロック速度の比のみに依存Φ/Φ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

Figure 2021520867
Figure 2021520867

そのような場合には、クロック周波数の比Φ/Φ=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ξ=ξ=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成するオクターブクロックΦ及び4生成するカウンタ595および594によってオクターブクロックΦIn 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 octaves 606 and 604 switches to access each waveform data has an effective and sine wave look-up table 616 and 614ξ primitives resolution ξ 6 = ξ 4 = 24. The output b is the amplification Y digital gain is 626 and 624 amplifiers, and the ED waveform output for generating a mixed 630 blend with the digital addition node. In operation, the tuner (counter) 599 is Φ sys from the generation system clock of the symbol clock Φ sym . Two counters 598,597, and 596 divided symbol clock [Phi octave clock cascade producing 6 first configuration of ÷ of sym [Phi 6 and 4 the octave clock [Phi 4 by the generated counter 595 and 594.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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Φ、クロックΦ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 octave switch 601 as shown in Figure 48C, component 1 of the look-up table 611 driven by clock Φ is added to the code. Clock [Phi 1, is given by adding the first octave frequency components using the clock [Phi 4 generated from the counter 593,592, and 591.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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。
・Φ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f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Φの関係と合成周波数f各オクターブxのは、ξ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, clock counter 640 and symbol C lock counter 641 system clock counter is converted μC system clock is a counter that has frequency Φ sys reference clock frequency Φ ref convenient At a fixed frequency (eg 5MHz). Symbol clock counter Then used to define the reference frequency of the counter cascade for sine synthesis in the symbol clock rate Φ sym of the conversion Φ ref. In the example shown, the counters 598 to 593 include binary counters, each generating a plurality of sinusoidal frequencies one octave apart, as described in the table above. Further inspection reveals that there is no binary counter cascade.
• 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 f max, 2 multiples of the maximum combined frequency, but are not limited to, 9-th octave scale shown.
-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f及びξ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.

Figure 2021520867
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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 symbol clock counter 641, ie f key , is set by two parameters, 642 and the lookup table 645 is a selection key having a primitive resolution ξ sim. Some identifiers such as table 645 stored in either volatile or non-volatile memory in the illustrated L and LED pad, hexadecimal code 643 as selected, or any binary equivalent code 644 thereof. ..

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、A、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, select input 642 of the selection key of the f key is optional. For convenience, digital tuning can comply with the international frequency standard for pitch. For example, pitch "A" center C with a frequency of 440 hertz within the fourth octave. This 440Hz tone is considered a common tuning standard for music pitch [https://en. wikipedia. org / wiki / A440_ (pitch_standard)]. A440, A 4 or the International Standards Organization, called the Stuttgart pitch, has been classified as ISO-16. When this standard is adapted to a primitive processor, the disclosed synthesizer is tuned to a specific key by selecting a 4-octave note or frequency.

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。2=32、その手段fmax=f=32fとに従って用の設定キー642を選択し、最大周波数fmax=32fkey。Φsym=ξsymmax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 synthesizer 4, 9 th octave and fourth Octaves differ by only 5 octaves. Select the setting key 642 for according to 25 = 32, the means f max = f 9 = 32 f 4, and the maximum frequency f max = 32 f key . Φ sym = ξ sym f max Considering Φ sym = ξ sym (32f key ) For example.

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f=14,080Hz、f=7,040Hz、f=3,520Hz、f=1,760Hz、f=880Hz、f=4400Hz、f=220Hz、f=110Hz、f=55Hz、f=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f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," f 4 = 440 Hz and f max = 32 f key = 32 (440 Hz) = 14,080 Hz to 440 Hz (center C above standard A) automatically scales the entire composite frequency spectrum. The f 9 = 14,080 Hz, f 8 = 7,040 Hz, f 7 = 3,520 Hz, f 6 = 1,760 Hz, f 5 = 880 Hz, f 4 = 4400 Hz, f 3 = 220 Hz, f 2 = 110 Hz, f. 1 = 55Hz, f 0 = 22.5Hz, andf -1 = 11.25Hz. If the f key is set in the center of the D, it will also be a multiple of D all of the synthetic frequency f x. Or, if the f key is set to A # in the center, all binary composite frequencies will also be A # multiples. The synthesis of sinusoidal waves other than octave multiples will be described later in this disclosure.

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.

Figure 2021520867
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max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=f=Φsym/ξsym=(337,920Hz)/24=14,080Hz対応する期間とT=1/f=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Φ及びΦ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 function 646a, specifically g (t). The same clock symbol clock [Phi sym time for generating basis using clock [Phi 6 and [Phi 4 6 and fourth Specifically, the octave sine wave 647a and 648a

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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fおよびf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.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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f、および4オクターブのf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 frequency f max of 9 octaves, f 6 of 6 octaves, and f 4 of 4 octaves.

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f、f、f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T=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.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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=ξ=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f=1,168Hz及びはそれぞれf=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AおよびA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 digital gain amplifiers 626 and 624 with gain multipliers A 6 and A 4 performed arithmetically using digital multiplication operations. The two sine waves are then mixed by the digital add-on node 630 to produce an add-on g (t), where ...

Figure 2021520867
Figure 2021520867

除数(A+A)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:

Figure 2021520867
Figure 2021520867

平均化中、[A+A]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 ).

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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/(A+A)]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fおよびf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Ψ[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 tabular form 649, an average value of 0.5, the range over periodic function amplitudes of two frequency f 6 and f 4 has the ability to maximize the From 0.000 to 1.000, representing the sinusoidal string 655, there is no signal clipping or distortion. The PWM generator 555 then provides a data 488-out production synth containing a PWM sequence of data 499 called the PWM conversion Ψ P [f (t)] of the process. Unlike the analog f (t), the G synthesize (t) is a digital that undergoes an amplitude transition as a series of pulses between the 0 (low) state and the 1 (high) state, and analog information is embedded in various pulse widths. increase.

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、Φ、ΦとΦ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f、f、及びf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f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Φ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f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fの場合、f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. 51A 593 to 596 is used to generate three clocks, Φ 6 , Φ 5 and Φ 4 each half the frequency of its input. .. The inspection of 651 shown tabularly in the data tables for f 6 , f 5 , and f 4 with the fixed primitive resolution of the sinusoidal resulting from ξ = 24, frequency f is clearly for frequency f 6 . of the corresponding of the fact that data is present will have a one unique pair to one clock time Φ 6, other frequency does not change rapidly. For example, if both t = 0.1727 and t = 0.1784, even sinusoidal f6 is changed, the data value of the sine wave f 5 remains constant at 0.7500. Similarly, if the low frequency of the sine wave f 4, be varied f 6 data four times, the data output at intervals from t = .1427 to .2497 remains constant at 0.6294 ..

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f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fのコントラスト正弦波でΦ/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。fの2オクターブ下のグラフ654のf正弦波、つまり、ξ=24でf=Φ/4ξの場合、かなりのノイズが見られます。イズの問題は、fとf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fとf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 exhibition 652 points to the sine wave graph of the frequency f 6. Although small exhibit noise graph 653 points generated by Φ 6 / 2ξ in contrast sinusoid of frequency f 5 shows a remarkable degree. f 4 sine wave graph 654 of two octaves under f 6, i.e., the case of f 4 = Φ 6 / at xi] = 24, we see significant noise. The problem of is is prominent in the two sine wave code of graph 655, which is a combination of f 6 and f 5 , and is further exaggerated in graph 656, which shows the sum of the sine waves of frequencies f 5 and f 4.

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f、f、及びf4は、共通のクロック周波数Φ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、ξ=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ξ=2ξ=48になり、同様に、ルックアップテーブル614ではξ=4ξ=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.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

したがって、共通クロックΦから生成される正弦波周波数f、f、およびf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 sine waves 662, 623, and 624, as well as codes 665 and 666, but does not show signs of quantization error at this resolution. The frequency ratio of any two sine waves using this method remains accurate due to the previously defined criteria.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

場合維持されるΦ=ΦIf 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Φ、Φ5=Φ/2、およびΦ4=Φ/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ξ=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 primitives 660, is in contrast to the single sum of primitives 650 of a string that blends the three synthesized sine waves of FIG. 52C. Block diagrams of sinusoidal looks up to a single primitive sum 650, tables 616, 615 and 614 are identical at their resolution ξ = 24, but are supplied by three different clocks Φ 6 , Φ 5 = Φ. 6/2, and was generated from Φ 4 = Φ 6/4 binary cascade counter. The resulting time graph of code 659 shows significant digitization noise. In contrast, the primitive sum 660 drives three different resolution lookup tables 616, 615, and 614 with increasing common clock Φ adoption scale 6 resolution x = 6, 5 for ξ x = 24, 48, 96. 4, to correspond. The resulting waveform 669 shows no signs of digitization noise at this resolution.

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、Φ=Φsym/8、Φ=Φsym/64、そしてΦ=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 tuner 599, the conversion system clock [Phi sys thereof to a fixed reference frequency [Phi ref ,, for example 5MHz, including a system clock counter 640 and symbol clock counter 641, where the symbol counter [Phi sym clock frequency generator define by being the ratio Φ sym / Φ ref = (32ξf key) / (5MHz) key selection input 642 in the octave was according to the note or key. The tuner 590, the counter cascade of 38 divided counters 672, 673 and 674, co-produced Φ sim , Φ 6 = Φ sim / 8, Φ 3 = Φ sim / 64, and Φ 0 = Φ sym / 512. A three-stage binary cascade counter that passes through counter 672 but contains 6734 each, and is shown as a single ÷ 8 counter for brevity.

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f、f及びf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f、fおよびf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 f 9, f 8 and passed to the corresponding sine wave look up to table 699, 698, or 697 to generate a sine wave of the clock pulse for Φ sym. f 7 is desired.

具体的には、分解能で正弦波699ξ9=24は、有効な場合、F正弦波生成周波数
=Φsym/ξ。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正弦波生成周波数f=Φsym/ξ=Φsym/(2ξ)。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f周波数f=Φsym/ξ=Φsym/(4ξ)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f、f及びf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, sine wave 699ξ 9 = 24, when valid, F sine wave generation 9 frequency f 9 = Φ sym / ξ 9 . The sine wave selection key frequency and 1/24 th symbol frequency with 32 times f key frequencies, the [Phi sym. The same upper scale, xi] 8 = 48 in the sine wave 698 resolution, if enabled, F sine wave generating 8 frequency f 8 = Φ sym / ξ 8 = Φ sym / (2ξ 9). The sine wave selection key frequency and 1/48 th symbol frequency with 16 times f key frequency, [Phi sym. Similarly, in resolution, sine wave 697ξ 7 = 96, if valid, sine wave generation f 7 frequency f 7 = Φ sym / ξ 7 = Φ sym / (4ξ 9 ). The sine wave selection key frequency and 1/96 th symbol frequency having 8 times f key frequency, [Phi sym. To generate a sine wave with frequency, f 9 , f 8 and f 7 are. Its waveform synthesis coming from the same clock frequency Φ sym thereby avoids the aforementioned problems of digitization error, using the same time increments, within the upper scale.

同じクロックΦsymはさも低い周波数レートクロックΦ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f、f及びf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Φ=(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f、f、fデジとして赤。具体的には、正弦波696解像度でξ=24は、有効な場合、f正弦波生成周波数f=Φ/ξ=Φsym/(8ξ)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f周波数f=Φ/ξ=Φsym/(16ξ)。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f周波数f=Φ/ξ=Φsym/(32ξ)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、f、f、f同一のクロック周波数から来るΦ=(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 counter 672 and is the f 6 , f 5 and f 4 intermediate range scale used for sine wave synthesis of f. If the New York selector switches 605, 606 and 604 are enabled and the clock pulse is included, Φ 6 = (Φ sym / 8) is passed to the corresponding table 696, 695, or 694 to generate a sine wave with a sine wave look f 6 , F 5 , f 4 Red as a digital. Specifically, at sine wave 696 resolution, ξ 6 = 24, if valid, f 6 sine wave generation frequency f 6 = Φ 6 / ξ 6 = Φ sym / (8 ξ 6 ). This sine wave has a frequency of 4 and f key key selection frequency and 1/192 symbol frequency Φ sym. Similarly, at intermediate scale, sine wave 695 resolution, ξ 5 = 48, if valid, sine wave generation f 5 frequency f 5 = Φ 6 / ξ 5 = Φ sym / (16 ξ 6 ). His sine wave has a frequency of 2 times f key key selection frequency and 1/384 symbol frequency Φ sym . Similarly, at sine wave 694 resolution ξ 4 = 96, if valid, sine wave generation f 4 frequency f 4 = Φ 6 / ξ 4 = Φ sym / (32ξ 6 ). This sine wave has a frequency equal to f key key selection frequency and 1/768 symbol frequency, Φ sym . To generate a sine wave with frequencies, f 6 , f 5 , f 4 Φ 6 = (Φ sym / 8) waveform synthesis coming from the same clock frequency thereby adopts the same time increment within the intermediate scale. Avoid the aforementioned problems of digitization error.

正弦波F生成するf、f、fより低い規模で、クロックΦをれるカウンタ673に8で除算Φ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Φ=(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fの正弦波を生成するためにf、f、f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f周波数f=Φ/ξ=Φsym/(64ξ)を。この正弦波は有し、周波数f1/2を番目key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ξ=48、有効な場合、正弦波生成するf周波数f=Φ/ξ=Φsym/(128ξ)。この正弦波は周波数有し1/4番目key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f周波数f=Φ/ξ=Φsym/(256ξ)を。この正弦波は周波数有し1/8番目key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、f、f、fが同じクロック周波数から来るΦ=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 counter 673 that can generate clock Φ 6 on a scale lower than f 3 , f 2 , and f 1. If it is an optional switch, 603, 602, and 601 are enabled, and the sine wave of the sine wave look f 3 up to the table 693, 692, or 691 passed to the clock pulse corresponding to Φ 3 = (Φ sym / 64). F 3 , f 2 , f 1 are desired to generate. Specifically, at a sine wave 693 resolution, ξ 3 = 24, if valid, produces a sine wave f 3 frequency f 3 = Φ 3 / ξ 3 = Φ sym / (64 ξ 3 ). This sine wave has a frequency f 3 1/2 and a th f key key selection frequency and 1/1536 symbol frequency Φ sym . Similarly, lower scale, sine wave 692 resolution ξ 2 = 48, if valid, generate sine wave f 2 frequency f 2 = Φ 3 / ξ 2 = Φ sym / (128ξ 3 ). This sine wave is 1/4 th f key key selected frequency and 1/3072 symbol frequency [Phi sym have frequencies. Similarly, ξ 1 = 96, which has a sine wave 691 resolution, produces a sine wave when valid, f 1 frequency f 1 = Φ 3 / ξ 1 = Φ sym / (256ξ 3 ). The sine wave frequency has 1/8 th f key key selected frequency and 1/6144 symbol frequency [Phi sym. To generate a sine wave with frequency f, f 3 , f 2 , and f 1 come from the same clock frequency Φ 3 = Φ sym / 64 waveform synthesis, thereby using the same time increment and low digitization error. A scale that avoids the aforementioned problems.

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674Φ=(Φsym/512)、セレクタ600によって選択された場合には、正弦波生成解像度でξ=24生成された周波数をfで与えられる。f=Φ/ξ=Φsym/(512ξ)。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Φ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 selector 600, ξ 0 = 24 at sine wave generation 0 resolution is given by f. .. f 0 = Φ 0 / ξ 0 = Φ sym / (512ξ 0 ). Using the above principles, we extend the concept of scaling to include two additional sign lookup tables with resolutions 48 and 96, respectively, driven by clock Φ 0, to include two lower infrasounds. Wave sound frequencies f- 1 and f- 2 (if needed) can be generated. In the above discussion, using time increments configured at regular intervals minimizes quantization noise, but requires a larger, higher resolution look-up table and the memory required within the LED pad. The capacity will increase.

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Af=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.

Figure 2021520867
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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fにf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. Tuner 599 transforms programmable symbol clock generation Φ sym = Φ ref / (32ξf key ) and changes with frequency depending on the selection key 642, clocking to one or more sine waves, for example from f 9 to f 0. Use The universal primitive table 677 is then blended with the gain x programmable according to the digital gain amplifier 678 and summed in the mixer 630 to produce g (t). The conversion from the clock Φ sym to the time-based sine wave table 679 depends on the "ξ resolution selection" input 675 and the selection of available resolutions, as shown for each synthesized sine wave. Table 676 shows, but is not limited to, the available table resolutions from a minimum of 12 points to 16-bit resolutions with 65,536 data points. The number of data points in the sinusoidal look-up table 677 determines the maximum resolution available.

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.

Figure 2021520867
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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 rows 00, 04, 08, 0C, 10 ... results in a sine wave of 5,672 Hz, which covers all rows of the table. When selected, it becomes a 1,168 Hz sine wave.

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f=Φsym/ξ。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" menu 701, various "music" scales, "physiological" (reported). (Medical frequency) scales, "custom" scales including manual input, and "other" key selections are easier. scale. It also contains provisions for returning to the "default" scale settings. The menu "Enter A key" 702 is displayed to select the predefined scale note selection loaded on the LED pad, and when the setting "Music" is selected, "f key in the range of 261.626Hz center C to center B" Input 641 key select "493.883Hz. If the intermediate A is selected, as stored in the table 703, the symbol clock counter 642 definitive then follow 703 forwards the value 'A' of 440Hz electrons and Φ sym / Φ ref = (32ξf key) Generates / (5 MHz) Φ symbol rates are sine waves of various frequencies combined on this scale, eg f 9 = Φ sym / ξ 9 . A table of model frequencies by octave is shown under various tunings, where C (https://en.wikipedia.org/wiki/Scientific_pitch_notation) is shown via the music key F, as shown below. The scale used is called "equal temperament" tuning.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

/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".

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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 UI menu 701 is the "Other" selection, which allows other scales to be used to modulate the LEDs. Shared in these scales, including Pythagoras, just major, average tones, and Werckmeister, as shown in the table below, with a frequency for center C at 261.626 Hz, but with different relative frequency relationships in spanning 12 half-steps. Between octaves. For example, on an even tempered scale, A's tone 4 center C and above is set to 440Hz, but it changes from 436.05 Hz to 441.49Hz on other scales.

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f=Φsym/ξ。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=fに設定されている437.05Hz次いでf=2f=874.1Hz、f=4f=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" menu 701 and selects "Other" to open the "Select Scale" menu 700. The user then selects an alternative tuning from the menu-Pythagoras, Just Major, Meantone Temperament, Werckmeister opens a submenu 702 titled "ENTERAKEY". When a key (note) is selected, the frequency is selected from the tuning table down and the "select key loaded on fkey and then transferred to, for example, an LED pad and finally loaded on the symbol clock counter 642" key. register 641, the key "a" is selected from WerckmeisterSCA, then the value of "a" in 437.05Hz, depending on Ruherutsu is loaded, the Φ sym / Φ ref = symbol clock counter 642 (32ξf key) / (5MHz). Therefore, the symbol rate Φ sym = (32ξ f key ) generated by the symbol counter is synthesized from sine waves of various frequencies based on this scale), for example f 9 = Φ sym / ξ 9 . Since the key frequency f key is used to generate the Φ sym , the entire 9 octave scale is adjusted accordingly. For example, 437.05 Hz set to f key = f 4 , then f 5 = 2 f 4 = 874.1 Hz, f 6 = 4 f 4 = 1,748.2 Hz.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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C周波数がfで、テーブルの下にあるすべての一致に示すf=525.25Hz=2f。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 fifth position 5 octaves C 5 frequency is f, SIZE below the table F 5 = 525.25 Hz = 2 f 4 shown in the match. The notation used in Pythagoras, JustMajor, and Meantone temperament is slightly different from the Werckmeister scale and Meantone temperament in the use of sharp # and flat. It's different ♭. Although the exact differences in tuning the effectiveness of PBT have not been fully characterized, scientific studies have confirmed that the therapeutic effect of PBT treatment is clearly frequency dependent. In the case of Physio, the UI menu 701, item "Physiology" is selected and the frequency scale is used for the values of fkey reported in these medical studies to be therapeutically beneficial. Otherwise, use the custom button shown in FIG. 56 instead. When menu 701 is selected, a UX response appears with a custom "Enter Key" menu 7704. Enter the, 444 Hz to indicate the numeric keypad for example, and press the DONE button to load the f key key 641 in the selection register custom key value 444 Hertz, this value then the symbol clock generator used It will be transferred to 642. Calculate the symbol clock rate using the symbol clock counter 642 according to the relationship Φ Φ sym / Φ ref = (32ξf key ) / (5MHz), output Φ sym = (32ξf key ).

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 tuner 590 set, select the f key key 642, frequency and symbol clock generation Φ sym = (32ξf key) in order code builder, will be supplied to the chord configuration algorithm 680 using well-known mathematical relationships) 681 Before and after the selection of "Octave, chord blend selection" Generates frequency components of various common chord types according to the input. Code builder menu 688 Triad chords are constructed with root notes including octave selection. And the type of code to implement: major, minor, diminished, augment, or custom. Quad chords 7 includes th, 7 th minor, and additional notes 1 octave on major seventh or any triad route described above. The relative amplitude or "blend" of the component frequencies is also specified in Table 688, which includes the root note of the chord, its third, fifth, and optionally the volume of the seventh or note one octave above the root. increase.

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 chord composition algorithm 680 in operation Scaled fraction for symbol clock Φ sym Table 682B, 684, 683 and 682A that synthesizes four sine waves, f ♪ on the basic route of frequencies that drive up to four looks f is the third f ♪ 3 in the frequency, the frequency f ♪ 5, and the frequency f 7 th or 1 octave sounds of ♪ t route than one octave higher sound (depending on the selection). The three or four frequencies are then blended with the gains A ♪ f , A ♪ 3 , A ♪ 5 and A ♪ t according to the digital gain amplifiers 685a, 686, 687, and 685b, respectively, at the addition node 630. Mixed to produce g (t) (♪ represents a quarter note).

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 dependent selection Octave 681 selects the key 642 f key, binary cascade counter tuning and key are of note. These synthesizer settings determine the frequency or root note, also known as the basis of the chord. The remaining notes of the chord are calculated as a ratio to the fundamental frequency of the chord according to the following table (https://pages.mutu.edu/ ~suits/chords.html) which describes the frequency ratio of a typical music chord. increase.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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" menu 705 measures that can be selected from the code, minor, decrease, increase, decrease, custom, including the seventh, minor seventh and major seventh chord. When you select a custom code, open the BUILDACHORD menu 706, the user code of the octave, chord root note, the third note, in other words the next higher note, you can select a fifth of the notes. That is, whether it is the third highest note and optionally includes a note one octave above the root. When the root note is selected, even if the notebook is extended to the next higher octave, third, fifth, and +1 octave of notes it will be monotonically arranged in ascending order of frequency. The second and third inversions of the chord must be entered as a custom chord, using the lowest pitched note as the root of the chord. Note volume is evenly weighted unless adjusted using the up and down arrows. Once the parameters are entered, after a timeout period, or when notified by other means such as a double screen tap, the parameters are formatted in the data table 688 and finally the code in the intelligent LED pad where the sine wave is present. Transferred to construct algorithm block 680. Look-up table 677, digital gain stage 678, and mixer 630 create g (t). If another menu item is selected from the "Choose Chord" menu 705, another submenu (not shown) opens, allowing the user to select the octave and relative amplitude mix of the constituent frequencies. However, the submenu does not allow the user to change notes because the relative frequencies present in chords such as minor, major, and diminished are precisely defined.

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Ψ[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Ψ[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 PWM generator 555 processes the waveform g (t) to perform a value for the PWM duty. It is necessary to create f (t) 553 by limiting the range to 0.000 to 1.000. Coefficient conversion Ψ P [f (t)] Since the maximum duty ratio of the PWM modulation pulse is 100%. Required to create a file 488 out-of-file synth, then one per full clock cycle, no PWM representation of more than 1.000 data. Such a PWM conversion is Ψ P [f (t)] ≦ 100% so as to be limited to 0% ≦, and therefore 0.000 ≦ f (t) ≦ 1.000. Autorange operation 584 The unit function of performing F (t) with the range data while averaging function g (t)-between 0.000 and 1.000.

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 sine waves 662, 663, and the resulting sine wave of code 669664, each of which extends, but the entire range goes from 0.000 to 1.000 and the sine in code 669. The sum of the waves does not cover the entire range of unit functions. Thus, 0.5 of the mathematical mean concrete code is 0.5 ± 0.5 in the complete range, where the remaining constants do not extend the periodic time-varying function. As shown in Figure 58B, code 669 only extends to 0.13-0.87, resetting 74.4% of the full range. The averaging function is to increase the amplitude of the time-varying component amplified by the scalar A α. By setting, A α = 1.344 curve 669 has a full range, correction term 0.5 (1-A α ), as indicated by code 689 to prevent deviation of the mean value of the ascending function. Included to keep 0.5 centered to prevent functions Clipping. The result is a full-scale periodic function with a unit function f (t) with an average value of 0.5 and the same dynamic time-varying frequency component as the synthesized waveform g (t).

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Ψ[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/Φ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 PWM generator function 555 to convert the units function f (t) 553, a PWM waveform G synth (t) 490 to describe synth output file 488. As shown, the function table 554 contains a description of the time tΦ pair value. F (t) at each time increment. For example, when t Φ = 5 μs, the function f (t) = 0.5, and when t Φ = 10 μs, the value remains until the function value changes to f (t) = 0.8. Output [psi P conversion [f (t)] is the PWM table 489 at time t, the time-dependent table changes state a t on = 5.00μs, going high, LED turns on, the time t The LED turns off and turns on again until Φ = 5.10 μs microsecond time t Φ = 5.20. The duration of 0.10 μs and T = 1 / Φ x period is 5.00 to 5.10, so it is 5.00 to 5.20 or 0.20 until the LED is turned on again. Duty ratio of the pulse D = (Δt Φ / T) = (10 μs / 20 μs) = 0.50 or 50% with a duration of microseconds, then the duty factor is equal to the function f (t) = 0.5 This interval During and until time t Φ = 10 μs duty ratio switched to 0.8 or 80%. The resulting synth out file 488 is graphically represented by PWM pulse string 675.

変換用いてPWM出力490の例Ψ[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Ψ[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 output 490 with conversion is shown for various non-sinusoidal functions in FIG. 60 f (t) containing PWM bit stream 670 for constant function 560. ) = 1.000, the same PWM conversion Ψ P [f (t)] as the PWM bit stream 671 for the serrated function 561 and the PWM bit stream 672 for the trigonometric function 562 is a simple tone like a triangle. Can be used to encode audio samples of any audio sample, such as strings like guitars and violins, complex tones such as symbol crashes, music, etc.

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)=Ψ[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 players waveform synthesizer 483 of the output G synth (t) = Ψ P [f (t)] , the waveform G and G synth (t) are combined then pulse (t) Agricultural products have two functions of 492 pulse train 493 PWM player.
-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:

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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 PWM pulse 492 is in its high or logical "1" state, the digital state of the G synthesize (t) is at the output of the PWM player 484. It is reproduced accurately. For example, when G pulse (t) = 1, the output of the PWM player 484 is high when G synthesis (t) = 1, and when G synthesis (t) = 0, the output of the PWM player 484 is low. However, whenever the function G pulse (t) = 0, that is, the PWM pulse 492 is in the low state or the logical "0" state, the digital state of the G synthesize (t) is forced to zero, and the next state is It will be ignored. Input G synth (t). Logically, this function is the same as an "AND" gate. Mathematically, the output of the PWM player 492 is equivalent to the digital multiplication given by the product G synthesize (t) and G pulse (t). The actual implementation of the PWM player 492 can be achieved with hardware, software / firmware, or some combination thereof.

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=DPWMPWM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=DPWMPWM=(60%)(0.43ms)=0.26ms。 As schematically shown in FIG. 61A, the PWM player 484 includes a PWM clock counter 710, a pulse width modulator 711, digital inverters 712a and 712b, and a AND gate 713. Inputs to the PWM player 491 include a clock reference Φ ref , a synth out 488, and a PWM player parametric 491. In operation, when the reference clock Φ ref = 5 MHz, the period T ref = 0.20 μs and the time reference are provided as an input, and the PWM counter 710 is set to the PWM clock Φ PWM = 20 kHz. W period Ti th T PWM = 5 μs, reference clock Φ ref period longer than 250 times, width modulation pulse 711, 492 pulses change duration to generate PWM sequence to on = D PWM T PWM , Player parametric input 491 defined in PWM made according to Table 714. For example, from 0 to 180 seconds in Table 714, G pulse (t) is pulsed at a frequency of 2,836 Hz with a duty factor of 60%, after which the pulse frequency changes to 584 Hz. At time t = 360 seconds, the pulse frequency returns to 2,836 Hz. In terms of the pulse train 492, 0 period T PWM = 0.43ms ON time in interval from 180 seconds, a part of the period in which the pulse is in a high state, given by T, t on = D PWM T PWM = ( 60%) (0.43 ms) = 0.26 ms.

パルスのオフ部分は、toff=PWM-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 pulse string 492 is dynamically generated by the pulse width modulator 711 according to the dynamic conditions specified in Table 491. In the output of the PWM player 484 shown as the gate PWM pulse string 493, the waveform 494 output from the waveform synthesizer is embedded.

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 pulse width modulator 711 can be described by defining the following subroutine.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

「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 block 711, i.e., during the duration t on and a, the loop interval Δt comprising alternating digital pulse logic 1 state It is a software pseudo code description to be executed. The logic 0 state is repeated for a duration (T PWM -t on ) until the clock count T ref = 1 / Φ ref exceeds Δt. Variable [Δt, T PWM, t on ] , the table lookup is as shown in the following exemplary executable pseudo-code is specified by the following values are defined in the table 714 or PWM player parametric 49 The sequence is loaded into the subroutine. (Row, column) pair, that is, quick look (row, column). Where the row is a predefined variable.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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 PWM player 484 and pulse width modulator 711 can be performed using software or hardware, or some combination thereof.

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 PWM player 484, set / reset flip-flop, or S / R latch 720 includes is schematically represented in FIG. 61B, t on and t off counters 721 and 722, starting resistance 733, as well as, the AND gate 723 and 724 and 725 there inverter, t on and t off registers 726 and 727 and in operation, the starting resistor 733 pulls the S input of the S / R latch 720 to set the Q output to a logic high or "1" state .. The rising edge of the logic transition from the 0 to 1, to trigger the load function of t on the counter 721 to copy the data from the t on the register 726 into the counter. The logical high state of the Q output is also an input to the AND gate 723, and vice versa, the output of the inverter 725 presents a logical "0" input to the AND gate 724.

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 gate 723 to the ton counter 721, but blocked from reaching the ton counter 722 by the AND gate 724. Therefore, the ton counter 721 counts down for a duration ton. During the countdown, the output of the ton counter 721 remains in the logical "0" state and does not affect the S / R latch 720. At the same time, the lack of a clock input operation of the t off counter 722 is interrupted. With reference to the relevant timing diagram, during this interval from Tx to (Tx + ton), the PWM clock Φ PWM 728 continues counting and the reset signal 729 containing the R input to the S / R latch 720 remains low. Yes, the set signal 730 including the S input has the S / R latch 720 remaining low (starting pulse not shown) and the output G pulse (t) 731 remaining high.

on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(T+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=PWMPWM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 reset pulse 734, the output of the counter becomes momentarily high. At the same time, the falling edge of the Q output generates a rising edge on the output of the inverter 725, triggers the loading of the t off register 727 Tough counter 722 of the data. The logic high input to the AND gate 724 allows the Φ PWM clock to be routed to the tough counter 722. With reference to the relevant timing diagram, during this interval from (T x + to on ) to (T x + T PWM ), the PWM clock ΦPWM728 continues counting and the reset signal 729 containing the R input to the S / R latch 720 is low. The set signal 730, including the S input to the S / R latch 720, remains low and the output G pulse (t) 731 remains low at the start of the interval (excluding the reset pulse). .. When the counter counts down to zero after the tooff interval, its output produces a short set pulse 732 that switches the Q output of the S / R latch 720 to the logical "1" state and loads the current value from the ton register. put mass 726 t on counter 721, restart the entire process. As shown, G pulse output 731, switches to a logic Low state time duration from a logic High state duration t on = D PWM T PWM t off = (1-D PWM) T PWM. Each time the set pulse 732 is triggered, the current value of the ton register 726 is loaded into the ton counter 721. Similarly, each time the reset pulse 734 is triggered, the current value of the tough register 727 is loaded into the toff counter 722. In this way, the PWM player parametric file 491 dynamically changes the frequency and duty factor of the PWM player to have the same waveform as the software equivalent implementation. The resistor 733 used to pull the S input high to the S / R latch 720 at startup has a high resistance, and when the startup is complete and the power to the circuit stabilizes, the logic low from the tough counter 722 Note that the state output cannot be overcome.

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Ψ[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≧fPWMIn 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 driver 485 sends its inputs G synthesis (t) and G pulse (t) together with an optional time-dependent reference current 496 to one or more analog control signals, i.e. LED drive stream 497. Function when converting to. The collective signal is equal to αI ref (t), G synth (t), G pulse (t), after which we show by the model waveform 498 to control the current of a large number of LED strings. To be.

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IN493及びIN750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 LED driver 485 of FIG. It should be noted that there are only two outputs for driving the two PWM pulse train inputs IN 1 493 and IN 2 750 and the LED strings 743A and 743b shown in the figure, which will be understood by those skilled in the art of PBT. N synthetic waveform ambers, eg 1-16, may be required and the number of LED strings can vary from n = 1-36 strings (or even more for larger devices), but smaller LED pads In the case of, the number of strings can be in the range 8-24. Also, the number of series can be changed from string to string that total series connection does not require higher voltage than + V LED if there is LED "m", the connection is understood to work properly Let me do it.

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INインバータ744a及び744bを必要とし、IN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IN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 inverters 744a and 744b, including IN 2 inverters 745a and 745b, and a PWM clock counter 710, as shown by the LED containing two buffers for each input, LED pad controller 747, I LED1 , I LED4 , which require multiple channels of output, ... Each channel contains a controlled current source or sink and optionally contains an I ref data register associated with the D / A converter. .. For example, as shown, the I LED1 output includes a control current sink 740 that drives the LED string 743a, a D / A converter 741 that produces a reference current I ref1 , and an associated I ref1 data register 742a. Similarly, I LED 4 outputs include controlled current sink 740d driving LED strings 743D, the reference current I ref4 resulting D / A converter 741d, and the associated I ref4 data register 742d. Optional crosspoint matrix 746 is used to dynamically assign the map, the input IN 1 and I N 2, etc. to output I, I LED1, I LED2, I LED3, I LED4, I LED5. .. .. As needed. Apart from the PWM waveform input, the G synthesize (t) / G pulse (t) LED driver 485 also requires the LED driver parametric file 749 and the reference clock Φ ref.

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、IN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En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、IN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En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, waveform 493 is input IN 1 and then mapped to digital En 1 input to the current sink 740a and other channels (not shown) via the crosspoint switch 746. As detailed in the accompanying legend, the black circles on the crosspoint switch indicate closed switches, or connections, and the white circles indicate no connections, or open circuits. Similarly, the waveform 750 is input IN 2 and then mapped to a digital En 2 input to the current sink 740d and other channels (not shown) via the crosspoint switch 746. At the same time, it is supplied to the analog signal I ref1 and the current sink 740a, and is supplied to the analog signal I ref4 and the current sink 740D in synchronization with the PWM clock Φ PWM. 741a and 741d of the D / A converter by corresponding I ref1 and I ref4 742a and register 742d loaded into the digital value set by I ref1 and I ref4 of current. The resulting waveform 748a and 748d control the current I LED1 = .alpha. I ref1 and I LED4 = αI ref4. Design, Implementation, and Operating Current Samples 20A to 23C as described in the current sink (or current source). The LED driver function can also be specified and executed using software in two steps, the input first mapping to the output, for example.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

ref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:

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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 column 2 is included, and column 5 contains I LED4 data and so on. Column 2 cells may contain data on the LED drive current of I and LED2 , column 5 may contain I-containing LED4 column values, such as data used to define various intervals for treatment, eg 540 seconds. 20mA up to, then transport 23mA.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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.

Figure 2021520867
Figure 2021520867

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.

Figure 2021520867
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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 equal registers 742a, 742, 742e of the reference current I ref1 correspond to α by the mirror ratio corrected for each channel by the calibration table data before conversion. , each loop in the "set t = t + (1 / Φref ) " time t in accordance with the instructions, time sum (increments of the 1 / Φ ref), thereby overwriting the previous value, stores back to the variable t To do. Therefore, the variable t functions as a clock that is incremented for each loop of the program. The end is filled up to T of T LED = 1 / f LED end condition T ≧ that continues to generate a sine wave in a fixed cycle of repeating clock count.

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)=Ψ[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 synthesizer 483, the PWM player 484, and the LED driver 485 generate the LED drive stream 497 during the reproduction operation, but the waveform synthesis is performed at the clock frequency Φ sym . Here that it is on the significant audio frequency waveform Φ sym >> 20 kHz, PWM clock Φ PWM while used by the PWM player 484, LED clock Φ LED The 485 used by the LED player is PWM operating in the Φ audio spectrum. ≤20 kHz and Φ LED ≤20 kHz. In summary, LED player operations include: • Time-dependent analog unit functions using a unit function generator mathematically or using an oversampled lookup table-based primitive processor. Generate f (t).
-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762Ψ[f(t)]=100%。一定Ψ[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 function 761 waveform 762Ψ P [f (t)] = 100% obtained in a constant time-invariant G synth. Constant Ψ P [f (t)] is then 774AG synth including the D = 50% is multiplied by the PWM pulse train 773a of the pulse train generator (t) · G pulse a (t). Multiplying a certain reference, 781a produces a current of 20 mA, so he has a waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t), and a peak square wave of 20 mA obtained. Equipped with a duty factor of 802a50% and an average current of 10mA.

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762Ψ[f(t)]=100%。一定Ψ[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 function 761 that produces a constant time-invariant G synth. Constant Ψ P [f (t)] is then 774bG synth (t) having a value that is multiplied by the PWM pulse train 773b of D = 20% manufactured pulse train · G pulse a (t). To generate lens 781b50mA by multiplying by a constant, T he obtained the waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t), 20mA peak square wave 802b with a duty factor of 20%. Average current of 10mA including.

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762Ψ[f(t)]=100%。一定Ψ[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 function 761 that produces a constant time-invariant G synth. Constant Ψ P [f (t)] is then D = 95%, and the pulse train generating comprises multiplied by PWM pulse train 773c 774cG synth (t) · G pulse a (t). A peak square wave of 10.6 mA containing the waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), and G pulse (t) obtained by ENCE 781c, which is multiplied by a constant but produces a reference of 10.6 mA. 802c and 95% duty factor and average current of 10mA.

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Ψ[f(t)]=100%一定Ψ[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 function 761 showing a constant f (t) = 1 function 761 showing a constant f (t) = 1 function 761 synth waveform Ψ P [f (t)] = 100% constant Ψ P [f (t)] and D = 50%. 774AG synth having a value that is multiplied by the PWM pulse train 773a of producing a pulse train (t) · G pulse (t ). Multiply 2 Generated standard 781d Step 25mA boosted by 25%, he obtained waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t), including peak square of 20mA Duty factor The waveform 802c with a 50% average current of 10mA steps up to a 25mA peak square wave with a duty factor of 50% and an average current of 112.5mA.

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762Ψ[f(t)]=100%一定Ψ[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 function 761 that produces a constant time-invariant G synth, and then is multiplied by a constant. When D = 100%, the value 771 is and the manufacturing constant value is 772. G synthesize (t) and G pulse (t) = 100%. He obtained a 20mA square wave to generate the multiplied pulse reference 782. Waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) is a 20mA peak square wave 802A with a duty factor of 50%. The average current is 10mA.

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762Ψ[f(t)]=100%一定Ψ[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 function 761 producing a constant time invariant G synth and D = 100%. Is multiplied by the constant value generation and the constant value 771 and 772 G synthesize (t) · G pulse (t) = 100%. Multiply the sine wave reference 783 to generate a 20mA sine wave. The obtained waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), and G pulse (t) include a 10 mA average current of 20 mA sine wave 803a.

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762Ψ[f(t)]=100%一定Ψ[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 function 761 producing a constant time invariant G synth and D = 100%. Is 772 multiplied by the constant value generation and the constant value 771. G synthesize (t) · G pulse (t) = 100%. Multiply the analog-digital sample 784a to produce a plucked string instrument with a peak value of 20mA. The obtained waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), and G pulse (t) have an average current of 10 mA including a sample 804 of 20 mA.

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762Ψ[f(t)]=100%。一定Ψ[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 function 761 that produces a constant time-invariant G synth. Constant Ψ P [f (t)] and D = 100% multiplied by constant value generation and constant value 771 772 G synthesize (t) · G pulse (t) = 100%. Multiply the analog-digital sample 784b that produces the cymbal crash to get a peak value of 20mA, where t has the waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) obtained by him average 20mA. Sample 804b with a current of 10 mA.

図64Aは正弦関数示す763f(t)=sin(ft)をもたらすGsynth=Ψ[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Ψ[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 pulse train waveform 764 resulting in a sinusoidal function shown 763f (t) = sin (ft ). PWM sequence Ψ P [f (t)] and is then 775 to sine wave containing G synth (t) · G pulse (t) PWM expression containing multiplied by D = 100% digital pulse train generating the constant value 771. 20mA multiplied by a certain reference 781a, the obtained waveform-generating ILED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) A sine wave 803 including a peak of 20mA, 50% average 10mA.

図64Bは、正弦関数示し763f(t)=sin(ft)をGsynth=Ψ[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Ψ[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 waveform 764. PWM sequence Ψ P [f (t)] and 775 of the sine wave containing the and D = 100% manufacturing digital pulse train with a constant value 771 with the multiplied G synth (t) · G pulse (t) PWM representation. The multiplication is a standard 781d stage that boosts 25% of 25mA to generate 20mA. The obtained waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) has a peak sine wave 803b of 20 mA. 50% average current of 10 mA is 50% average current of 112.5 mA. Step up to a 25mA peak sine wave.

図64Cが示す正弦波のコード763によって形質転換Gsynth=Ψ[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Ψ[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 pulse train waveform 764 that changes continuously with the period T synth defined in transformation G synth = Ψ P [f (t)] by the sine wave code 763 shown in FIG. 64C. The PWM column Ψ P [f (t)] then generates the code sine wave s20mA of the PWM expression 776 of G synthesize (t) and G pulse (t) multiplied by D = 100% digital pulse sequence generation and the constant value 771. Therefore, a constant reference 781a, the obtained waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), and G pulse (t) are multiplied by a 20 mA string of a sine wave 803C with an average current of 50% and 10 mA.

図64Dは、Gsynth=Ψ[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Ψ[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 pulse train waveform 767 that changes cyclically with a defined period T synth [showing a sawtooth wave 763 transformed by G synth = Ψ P [f (t)]. The PWM column Ψ P [f (t)] then produces 20 mA containing the PWM representation 777 of the sawtooth wave of G synthesize (t) and G pulse (t) multiplied by the D = 100% manufactured digital pulse sequence and the constant value 771. Therefore, a certain reference 781a was multiplied, and the obtained waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), and G pulse (t) were 20 mA sawtooth waves with an average current of 50% of 10 mA. Includes 804.

図64Eは、Gsynth=Ψ[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Ψ[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 guitar strings 768a by synth. PWM pulse Ψ P [f (t)] definition period character string waveform 769a PWM string D = 100% manufactured Digital pulse string multiplied by a constant value 771 G synth (t) · G pulse (t) ) Includes PWM representation of sawtooth waves 779a. A constant reference 781a was multiplied to generate 20mA, but the resulting waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) was 50% of the audio sample 805A10mA containing 20mA. Average current.

図64Fは、Gsynth=Ψ[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Ψ[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 pulse train waveform 769a with a defined duration showing an audio sample of the transformed guitar string 768a by G synth = Ψ P [f (t)]. The PWM column Ψ P [f (t)] then includes the PWM representation 779a of the strings of the G synthesize (t) and G pulse (t) guitars multiplied by the D = 100% manufactured digital pulse sequence and the constant value 771. A constant reference 781a was multiplied to generate 20mA, but the resulting waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) had an average current of 50% of 10mA. Includes 20mA audio sample 805A.

図64Fは、Gsynth=Ψ[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Ψ[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 pulse train waveform 769b with a defined duration showing an audio sample of transformed cymbal crash 768b by G synth = Ψ P [f (t)]. PWM sequence Ψ P [f (t)] is then contains the D = 100% manufacturing digital pulse train with a constant value 771 with the multiplied G synth (t) · G pulse (t) PWM representation 779b cymbal crash. A constant reference 781a was multiplied to generate 20mA, but the resulting waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) had an average current of 50% of 10mA. Includes 20mA audio sample 805B.

図65はGsynth=Ψ[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Ψ[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 pulse train waveform 764 that changes continuously with a defined period T showing a sine function 763f (t) = sin (ft) as a result of G synthesis = Ψ P [f (t)]. The PWM sequence Ψ P [f (t)] then multiplies the PWM pulse 77 to give a chopped PWM representation 778 that includes one manufactured digital pulse sequence G sync (t) · G pulse (t) for a fixed period of D = 67%. Of a sine wave gated by a lower frequency PWM pulse. The multiplication ant reference 781a includes the obtained waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), and G pulse (t) that generate 30 mA, but the sine wave 30 mA string has an average current of 10 mA with 803e. ..

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及び解像度ξ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f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ξ及びブレンドA。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A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 LED reproduction file 830 containing the payload data 831 is a PWM waveform synthesizer in which the payload is then uncompressed to extract 487 into the waveform primitive and transferred to the volatile memory 832. The parametric 486 is a player parametric 491 loaded on the waveform synthesizer 833, a PWM player 834, and a driver parametric 749 loaded on the LED driver 835. Information required for execution, including waveform sizer parametric 486, including waveform primitive content 487, waveform synthesis parametric 486, PWM player parametric 491, and LED driver parametric 749, for which an example of the content of payload data 831 is shown in FIG. A specific treatment or session, an instruction file. Common instruction files for waveform synthesis include:
-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 primitive library 487 includes, for example, a selection of sinusoidal primitives at various resolutions ξ, using resolutions of 24, 46, 96, 198, or 360 points or 16 bits. IN Model Library, I may include other resolutions, including T, without limitation, but 24 points of triangular and serrated waveforms. For other library components, for example ξ = 96, two sine waves where f and 2f are one octave apart, f and 4f are two octaves apart, or f and 16f are four octaves apart, or five octaves apart. Contains code that contains a sine wave. It is separated by f and 32f.

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Ψ[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/ΦsymThe PWM player parametric file 491 contains constant mode or pulse mode settings. In pulse mode, the corresponding duty factor D PWM when the playback file contains an array of f PWM PWM frequencies, the PWM sequence definition to on and to off of the pulse of the resulting varying duration with respect to the playback time. The f PWM pulse frequency modulation width pulse is used to drive a Φ PWM = 20 kHz modulator whose frequency is lower than that of the PWM clock. In conclusion, in PWM player operation, in most cases it can appear that the PWM frequency f PWM , the frequency f not fixed by the playback program and indefinite , is as high as the clock Φ PWM specified in the PWM parametric file 491. It is to a lower degree its f PWM ≤ Φ PWM and also the frequency f PWM , the PWM generator used by keeping it within the supersonic range under the distant oversampling clock Φ sym in the audio spectrum Ψ P [f (t) ] Mathematically f PWM ≤ Φ PWM << 1 / Φ sym .

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INは、電流シンクイネーブルEnに対してマッピングされます。たとえば、入力INはチャネル4の電流シンクイネーブルEnにマップされ、入力INはチャネル1および5の電流シンクイネーブルEnおよびEn(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 channel 4, and input IN 2 maps to current sink enable En 1 and En 5 (not shown) on channels 1 and 5. The Iref value for each channel is set by the output of each corresponding D / A converter. This includes constants, periodic functions, or audio samples. Alternatively, a single D / A converter can be used to provide the same function or constant value for the reference currents of all output channels.

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 start signal 840 and PBT system timing control, which can be implemented in software or performed using the exemplary circuit of FIG. Includes start / stop latches 842 including set / reset or S / R flip-flops, but interrupts are 843 latches, PBT system clock counter 640, start-up one-shot 848, logical AND gates 845 and 846, and logical OR gates 846. And 847. Two input AND gates 845 act as oscillator Φ osc system clock enable to LED player, by start signal and control signals 840 and 841, and various interrupts, specifically blinking timer timeout 844, watch. Gated by a dog timer. Timeout 845, or overheat flag 846.

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-shot 848 immediately generates a pulse that drives the output of the OR gate 846 high. In parallel, the one-shot S trigger set input S interrupt is 843 latches and the output Q to high. The user input "start" 840 produces a positive it goes through the set pulse and outputs Q of the latch 846 to the selected start / stop height. The AND gate 845 is enabled when the Q outputs of both the start / stop latch 846 and the interrupt latch 843 are set high. In this way, the PWM player with the oscillator Φ osc was divided by the counter 640 like the distribution clock Φ systems and the reference clock Φ ref.

「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 Start 840 is selected to cancel the pause command. As such, the start / stop latch 842 starts and stops program execution. If an interrupt occurs for some reason, that is, if any of the inputs to the OR gate 647 go high, the output of the OR gate also goes high and the output Q of the interrupt latch 843 is reset to zero. Q When is low AND gate 846 Download 845's photo gallow attribute, clock Φ osc is disconnected from the LED output and disconnects the treatment. This situation continues until the cause of the interrupt is corrected, the input to OR gate 647 is reset to low, and a system restore pulse is sent to the S input of interrupt latch 843. For example, if an overheat condition occurs, the temperature flag goes high, 846, and the LED pad operation is disabled until it returns to room temperature and the fault flag is reset.

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 Logic 1 while the LightPadOS software performs safety checks on LED pad electrical connections, priority message or file updates, file parity checks, and so on. When the blink interrupt routine completes, the blink timeout is reset to zero, the hardware watchdog timer is reset, and program execution returns to the main routine. After the ISR is complete, Pad μC generates a system restore pulse to interrupt latch 843 and resume program operation. If the software freezes for any reason, the program will not resume operation and the LED string on the pad will remain off. Otherwise, the LED pad will resume operation after a defined interval (eg 2 seconds).

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、IC、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 Layer 1 and Layer 2 communication stacks are not sufficient to carry out routing data over the network.

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 PBT controller 1000 communicates with the intelligent LED pad 1003 over Ethernet 1002 using a 7-layer OSI compliant communication stack. In particular, the communication stack 1005 of the PBT controller 1000 includes a PHY layer 1 and a data link layer 2 that execute the Ethernet communication protocol. Ethernet differential signal 1004; network layer 3 and transport layer 4 that execute network communication according to TCP / IP (Transfer Communication Protocol via Internet Protocol Network), session layer 5 for authentication, and presentation layer 6 for security. A LightOS operating system-defined application layer (encryption / decryption), including an application layer 7 for control and treatment of a PBT system. The communication stack 1006 of the LED lightpad 1006 includes the corresponding Layer 1 and Layer 2 protocols for Ethernet, Layers 3 and 4 for TCP / IP, and Layers 5-7 as defined by LightPadOS. For point-to-point communication, communication that does not include an IP router, Ethernet connection 1002 operates as a private network of network layer 3 or higher. The Intelligent LED Pad Operating System LightPadOS is a subset of LightOS, so it can communicate with each other as a single virtual machine (VM), even if they are physically separated.

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 PBT controller 1010 powered by the power supply 1011 uses the OFDM radio signal 1015 and the intelligent LED pad 1013 by the WiFi signal 1012 according to the IEEE standard of 802.11. Communicate with. WiFi communication protocols include 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, or other related versions, depending on the chipset used in Intelligent LED Pad 1013. .. The PBT controller 1090 can support a superset of all standard WiFi protocols. Since WiFi cannot carry power, the intelligent LED pad 1093 is powered via an AC / DC converter and a USB cable 1014b powered by either a DC power supply (brick) 1014a or a USB battery (not shown). I need to receive power. WiFi communication is performed via the complete 7-layer OSI communication stack 1010, and the presence 0 in the PBT controller 16 is the communication stack 1017 intelligent LED pad 1013.

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 microwave radio 1024 and uses firmware 1022 associated with the interface circuit to access the MAC access 1020a. Convert to wireless access point 1020b. During operation, the signal from the communication link 1108 passes through the communication stack 1021a as the PHY signal 1119a, where the format is converted to the PHY signal 1119b by the interface 1022, becomes the WiFi communication stack 1021b, and is transmitted by multi-communication. It is converted into radios 1026a-1026n that operate at various radio frequencies. Band antenna array for microwave communication 1024. During operation, the communication stack 1021a transfers data 1023a according to the link communication data link layer-2 protocol, and the interface circuit and associated firmware 1022 are wireless 1026a-1026n. This WiFi radio connects to PBT controllers 131-135, which are also connected to Ethernet 2017 and USB1028.

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 same WiFi radio 1024 communicates with the intelligent LED pad 337 over the wired data link 1030 and with the interface 338 using the PCI, USB, or Ethernet protocol. This interface can also be connected to other devices or sensors via USB 1033 and Ethernet 1032. An example of a distributed PBT communication network is shown in FIG. Here, the WiFi router 1052 communicates with the intelligent LED pads 1053, 1050, and 1055 by WiFi links 1012a, 1012b, and 1012c, and via the WiFi link 1012b, a central control with system control window 1051a and patient window 1051b. To UI / UX LCD display 1050. The system also includes a WiFiPBT remote control 1056, a component of the invention useful for nurses to initiate treatment in the hospital room without having to return to the central control UI / UXLCD display 1050.

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 mobile phone 1100 running PBT control application software (eg PBT "light app"), eg 3G / LTE, 4G, and 5G. Cell Tower 1705 connects to Internet 1706 and is powered on by Ethernet, fiber, or other means. The mobile phone 1700 running the light app described above is also connected to the intelligent LED pad 1701 using WiFi 1702, which is powered by the AC adapter 1703a and the cord 1703b. 7-layer OSI communication stack 1714 Application of radio tower 1707 CT with data packet communication stack 1709 for mobile network Next, the light app running on the mobile phone 1700, the optical app uses the 7-layer communication stack. Intelligent LED pad 1701 including communication stack 1708 that connects to 1709. As shown, the PBT communication stack 1709 mixes two 7-layer communication stacks, one for interaction with the communication stack 1707 of the mobile phone tower 1705, the Internet 1706 via a router and a cloud-based server. It is for connecting to (not shown) and connects to the intelligent LED pad 1701 and the communication stack 1708. Here, only application layer 7 bridges the two. In this way, the mobile phone 1700 running the light app described above communicates separately with the cloud-based computer server (not shown) and the intelligent LED pad 1708 via the Internet 1706 without giving up local control. Operates as a controller.

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 application layer 7 in the communication stack 1709 bridges the two communication networks. The application may include a dedicated Light app that acts as a reduced instruction set version of the LightOS operating system used by the dedicated hardware PBT controller mentioned above, such as LightPadOS. In essence, the Light app emulates LightOS operations that facilitate PBT control features and their UI / UX touchscreen-based controls. The Light app is implemented as software designed to run on the operating system used on compatible mobile devices. For example, on smartphones and tablets, the Light app is created to run on Android or iOS, and on notebooks, the Light app is run on MacOS, Windows, Linux®, or UNIX®. It will be created. Converting the source code, which is the basic logic and functionality of a Light app, into executable code that is adapted to run on a particular platform is a conversion process called a "compiler."

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 cell link 1104 to connect to the Internet and mobile phone networks with a mobile device control UI / UX and 1100 host light apps 1130 interface intelligent LED pads 1119a and 1119b via WiFi. To control, for example, using 3G / LTE, 4G, and 5G protocols.

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 exemplary screen 1120 of FIG. The processing menu 1121 is included along with a button for the "extended session" 1122, which increases the time of PBT processing, with the UI / UX side entitled "Select Session". "LED Pad Selection" 1122 is used to pair a mobile device to a specific intelligent LED pad. As shown, when stress relief treatment is selected, a second screen "Running" 1130 opens to monitor ongoing treatment with treatment name 1131 and cancel 1132 or suspend treatment 1133. .. The window also shows the time remaining in treatment 1134, step progression bar 1135, treatment progression bar 1136, and biofeedback 1137.

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 handheld wand 1150 includes a cylindrical arm 1153 with an LDC 1160 and control buttons 1161a and 1162b. The bottom of the cylinder handle also includes the USB port 1162 needed to charge the battery 1166. The cylinder handle connects to the PBT head 1151 from a gimbal 1152 with a transparent face plate 1154 including a printed circuit board PCB 1155 with lasers 1156 and 1157 along with a sensor 1158. One feature of the invention is the circular conductive blade 1159 used to sense contact with the skin to prevent laser illumination unless the unit is in contact with tissue.

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, clock 1183, volatile memory 1185, non-volatile memory 1184, communication interface 1182 and Bluetooth 1190. Pad μC communicates via data bus 1187, controls UI1177 with buttons 1161a and 1161b, and controls display driver UX1176 with LCD 1160, laser driver 1174, and safety system. As shown, the laser driver 1174 drives the laser diodes 1156 and 1157. At the same time, the contact blade signal 1188 and the temperature sensor signal 1189 are used by the safety system interface 1175. The laser driver 1174 is powered by the laser power source 1173, which is powered by the lithium-ion battery 1172. Via a battery charger and regulator 1171 powered by USB input 1186.

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=・Iaveの両端の電圧降下しながら、抵抗1221はVであり、V=R・Iave。二つの式V等式V=VoscR/(R+Z)。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、Zの値は大きく、V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Z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 heat 1200 using PN diodes 1202 (terminals A and K) and contact blades 1159 with capacitors 1201a and 1201b, which cross the terminals C and C'through the patient's tissue. It forms a closed circuit that conducts AC current. FIG. 79 shows a laser PBT handheld safety system including an oscillator 1220, contact sensor capacitors 1201a and 1201b, and a differential amplifier 1222, a lowpass filter 1223, a comparator 1225 and a voltage reference 1224 as well as a sensing resistor 1221. During operation, the voltage Vosc oscillator 1220. Injection frequency f osc at a switching frequency voltage divider formed between the series to a series connection of a resistor 1221 and capacitor 1201a and 1201b and the resistor 1221 f osc, series connected capacitors, an equivalent impedance Z, a voltage while the voltage drop across the "V Z = Z C · I ave between drop nodes of the network voltage C and C ', the resistor 1221 is V, V R = R · I ave. Two equations V equation V R = Vosc R / (R + Z C ). That is, when the contact blade sensor 1159 is not in contact with the skin of the patient, the value of Z C is large, V R approaches zero. In such a case, the output of the differential amplifier is lower than the V ref, which is the voltage of the temperature-independent voltage reference 1224. Therefore, the output of the eye safety comparator 1225 is grounded and the laser driver is suppressed. When the sensor blade comes into contact with the skin, the AC impedance Z C drops significantly, and after removing the AC signal with the low-pass filter 1223, the average DC voltage across the resistor 1221 becomes greater than V ref , and the output of the eye safety comparator becomes larger. At Logic High, the contact detection enable signal 1228 is sent to the laser µC. Similarly, the temperature sensor 1202 is processed by the temperature protection circuit 1231a. When an overheat condition occurs, the overheat flag 1232 is sent to the laser μC, the logic and gate inputs are low, and the laser driver 1174 is disabled. If there is no overheating condition, contact detection 1228 is confirmed. The logic gate 1226 passes the digital value of the output of the PWM driver 493, i.e. the laser driver 1174 is enabled.

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 laser PBT control 1240 is similar to the LED controller described above, which includes a laser μC1181, a communication interface 1182, a clock 1183, a non-volatile memory 1184, and a volatile memory 1185. Protective features include overheat protection 1131a with sensor 1202 as well as eye protection 1131b. The fault signal and the PWM player output from the laser μC are input to the logic gates 1228a and 1228b and buffered by two series inverter pairs 1247 and 1246. The output is supplied to the digital inputs of the laser driver's digital current sinks 1256 and 1257. The 1174 dual-output D / A converter 1245 is also used to control the analog value of the current, with the I Laser1 and I Laser2 current sinks conducting.

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λ。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λ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 current sink 1256 is used to drive a row of lasers 1156a via 1156n at a wavelength of λ 1 . The controlled current sink 1257 is used to drive a row of lasers 1157a via 1157n at a λ wavelength. The λ 2 laser train has an input capacitor 1265 in a laser array 1242 powered by a supply voltage + V HV. An output capacitor 1264 with an output PWM controller 1260, a low-side power DMOSFET 1262, an inductor 1261, a shotkey rectifier 1263, and a voltage feedback to the PWM controller 1260, including a boost switching regulator 1241. Input to the laser power supply 1241 comes from the Li-Ion battery 1172 and the battery charger 1171. USB power input. The voltage-stabilized output of AFTER2.5-V is used to drive + V HV when the high voltage output from the charger 1171 and filter capacitor 1266 is required to power the components of the laser PBT control circuit 1240. After the power output boost converter is activated, the laser array can also be used to supply laser PBT control.

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 intelligent LED 337 of FIG. FIG. 14 is an equally applicable autonomous LED operation, except for the addition of push buttons to control on / off and program selection. During programming, the entire PBT system is present, including the power brick 132, PBT controller 131, USB cable 136, and autonomous intelligent LED pad 337. In programming, the PBT controller configures the LED pad by loading manufacturing data and downloading the PBT player. Preload the LED playback file if necessary. You can also use the portable programming system to reprogram pads that have been sold or deployed in the field. This allows clients to reuse their inventory to adapt to different types of disasters, such as winter frost bites and antiviral treatment in the event of an illness. Pandemics, lung damage due to terrorist nerve agent release, etc.

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 USB socket 1198 cross section 1280 including the self-showing self-programming intelligent LED pad including the top view 1281 including FIG. 81A, the lower side of the 1284 display, and the side view single is the rigid PCB 1288. Flex PCB1289, LEDs 1991 and 1292, sensor 1290 and control switch 1299. The LED polymer pad cover 1281 contains an opening 1295 and cavity 1296, a thin portion 1288 for the switch 1298, and a protective clear plastic 1287. The LED pad 1280 contains a top cover flexible polymer 1281. Lower flexible polymer 1284 with protrusions 1283, protrusions 1285.

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 switch 1293 is pressed once. If you select this condition in a short time, treatment will be started using the program "Treatment 1". Press the button again to advance the program to state 1257c and start "Treatment 2". In a similar manner, each time the button is pressed, the program proceeds to the next steps 3, 4, and 5 shown as the corresponding states 1257d, 1257e, and 1257f. Pressing switch 1293 6 times will return the autonomous LED pad to the off state 1297a.

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 layer 1303 sandwiched between metal layers 1301 and 1302 containing patterned copper. In some and other parts of the cross section shown (not shown in this particular cross section), this flex PCB is sandwiched and patterned in the center of a rigid PCB containing insulating layers 1304 and 1305. It is laminated with the metal layers 1311 and 1312. In general, the flex PCB metal layers 1301 and 1302 are thinner than the rigid PCB metal layers 1311 and 1312. The cross section is for illustration purposes. The exact pattern of each layer of the cross section depends on the location and the circuitry implemented. As shown, the metal vias 1307 are used to connect the metal layers 1301 to 1311 and the vias 1308 are used to connect the metal layers 1302 to 1312. Fully embedded vias 1306 are used to connect the flex metal layers 1301 and 1302.

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 insulator 1304 protects the metal layer 1301, the insulator protects the metal layer 1302, and the flex PCB is completely sealed from the risk of moisture and mechanically induced scratches. In the rigid portion of the PCB, the patterned insulating layer 1313 protects a portion of the metal layer 1311 and the unpatterned insulating layer 1314 completely protects the metal layer 1312. Some parts of the metal layer 1311 remain unprotected for the purpose of soldering the components to the rigid PCB.

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 conductive vias 1306, 1307, and 1308 to wire, This can be achieved without the need for connectors or solder joints. These conductive vias include a conductive column of metal or other low resistance material formed perpendicular to the various metal layers and penetrate two or more metal layers for multi-level connectivity and non-planarity. Electrical short circuits that can facilitate electrical topologies, that is, circuits in which conductors must intersect each other.

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 conductive layers 1311, 1301, 1302, 1312 magnetic cores 1316 shown in the exploded view of FIG. 83, a circular encircling each circular conductor on a given layer. The annulus is rotated compared to metal layers 1306, 1307, 1308 and below the metal vias. The layers can be interconnected so that they flow around. This structure is described in more detail in FIG. 84. The rigid flex PCB is a layered N magnetic core of the toroid surrounding the magnetic core 1316 to prevent a short circuit between the conductive layer and the IRO, and the magnetic core 1316 may be insulated from the conductive layer 1311, 1301, 1302, and 1302. The obtained top view is shown in FIG. 85. Even if the rigid PCB 1320 crossing the plane cross section and the flex PCB are connected to the conductive layer upward via 1306 via interconnection 1308 as in 1321, they pass downward. A circular conductor 1302 surrounds the magnetic core 1316 while being connected to a conductive layer.

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 PMT driver 1340. Electromagnet driver 1341; electromagnet power supply 1363; and electromagnet array 1350. With battery charger 1360, lithium-ion battery 1361, and USB connector. Similar to intelligent LED pads or laser wand circuits, the PMT driver 1340 includes PMTμC 1181, clock 1183, non-volatile memory 1134, volatile memory 1135, communication interface 1182, Bluetooth or WiFi wireless link 1190. The PMT's digital pulse output μC1181 is gated by logic gates 1228a, 1228b, and optionally other gates (not shown), facilitating overheat protection 1131a. The gate output is then buffered by dual inverter strings 1346 and 1347 to drive the digital inputs of programmable current sinks 1342 and 1343, respectively. The control current sinks 1342 and 1343 control the magnitude and waveform of the electromagnet currents I EM1 and I EM2 flowing through the electromagnets 1352 and 1353 in response to the digital input, and also by the analog reference current obtained from the output of the D / A converter 1345. It is controlled.

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E=0.5LI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 diodes 1354 and 1355, E L = 0 included in order to prevent high voltage spikes .5LI 2 consumption or current is flowing again to the current sink. Capacitors 1356 and 1357 are intentionally used in noise or optionally switching filters to form a tank circuit with coil inductance and oscillation at the resonant frequency of f LC = 1 / (2πSQRT (LC)). The power to drive the electromagnet + V EM is obtained from the switching power supply circuit of either the boost converter to raise the voltage or the back converter to lower the voltage, or the current sinks 1343 and 1343 control the inductor current. So you can eliminate the voltage regulator anyway.

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 PWM controller 1365 turns on the power MOSFET 1366, the current of the boost inductor 1369 ramps up at a constant rate during the switching period, and then the power MOSFET 1366 turns off. MOSFET charging bias diode and a capacitor 1368 to forward Schottky 1367 instantly by blocking conduction of the up fly MOSFET1366 voltage causes a power drain voltage of + V EM. The feedback signal of the capacitor voltage is then "feedback" to the PWM controller 1365, allowing the controller to determine if the output voltage is below or above its target voltage.

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 inductor 1369 increases, and the output voltage + MEM increases. On the other hand, if the output voltage is too high, the duty factor D, i.e. the on-time of the MOSFET 1366, will decrease and the inductor 1369 current will gradually decrease over several switching cycles, thereby reducing the output voltage. By continuously adjusting the duty factor D and pulse width (on time of power MOSFET 1366), the output voltage is adjusted to a constant value by voltage feedback. Therefore, the switching regulator of the adjustment process operating switch frequency and period T PWM is called PWM to mean pulse width modulation. The role of the output capacitor 1368 is to filter the output voltage, and the input capacitor 1364 is used to prevent back injection of noise into the power supply and stabilize the power network. As shown, the output voltage of the switching converter and regulator is higher than its input, that is, + V EM > V bat, so the converter is called a boost converter. However, if the required electromagnet driver voltage is lower than battery voltage + V EM <V bat , a buck or buck converter is required. Topologically, to realize a back converter, rotate the three components connected to the common node to the right and rearrange the same components, that is, replace the Schottky diode 1367 with an inductor 1369 and replace the power MOSFET 1366. By replacing, you only need to make minor changes to the boost converter circuit. Use Schottky 1367 to replace inductor 1369 with power MOSFET 1366.

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 surface mount electromagnet 1351 including a magnetic core 1376 and a winding coil 1375 is provided by soldering metal legs 1359a and 1359b to two separate electrically insulated conductive layer segments. , It can be attached to the rigid part of the rigid flex PCB as a surface mount component. The same copper conductor layer of 1311A and 1311B. As shown, the isolated conductive segments 1311a then connect the lower conductive layer 1312 via patterned vias 1309a, 1306a, and 1310a. In this way, separate individual electromagnets can be placed on top of each rigid PCB to form an array as shown in the cross section of FIG. 88A, in particular a discrete electromagnet 1351a is attached to the rigid PCB 1348a. When connecting to the rigid PCB 1348b via the flex PCB portion 1349a. The discrete electromagnet 1351b is attached to the rigid PCB 1348b, which connects to the rigid PCB 1348c via the flex PCB portion 1349b. A discrete electromagnet 1351c is attached to the rigid PCB 1348c and connected to another rigid PCB (not shown) via the flex PCB portion 1349c.

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 magnets 1351a, 1351b, 1351c, etc. in the array are electromagnets, electronically to change their magnetic field according to the previous PMT circuit in response to PMT regeneration generated from the PMT driver 1340. Can be controlled to. The waveform is continuous in the magnetic field of all the electromagnets in the array, instead of being able to drive the electromagnets individually in several sequences to form a special pattern or sine wave across the pads of the PMT. A magnetic field wave, row by row, may produce pulsed or sinusoidal deformations, eg, generate undulations, across pads, or along a series of pad lengths. In other cases, some electromagnets are biased to generate a constant magnetic field, while others are modulated to produce a time-varying magnetic field.

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 electromagnets 1351A and 1351c were mounted unchanged on the rigid PCB 1348b. In FIG. 88C, in FIG. 88B, the rigid PCB 1348b drives a stack of electromagnets 1351d and the permanent magnets 1370b below it, or in FIG. 88D, the rigid PCB 1348b is a stack of electromagnets 1351e and the permanent magnets 1370c above it. Drive. In such cases, the operation of the electromagnets enhances (or instead reduces) the magnetic field generated by the stacked permanent magnets.

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 wand 1450, as shown in FIG. Select 1461b movable gimbal 1452, button 1461a / off via electromagnetic head, battery 1643, and connect to magnetic head unit 1453 1462 cylindrical handle 1458 connect USB connector unit 1453, ferrite core 1457 attached to PCB 1454 along with control circuitry. And an electromagnet 1455 including a coil 1556. When operated as part of a distributed system, the communication link to the PBT controller of the handheld magnetic therapy wand 1450 may be performed via USB, WiFi or, in some cases, Bluetooth®. As an autonomous device, the USB connector 1462 is used to program the wand during manufacturing by connecting it to a PBT controller.

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 mouthpiece 1500 containing a horseshoe-shaped portion covering the teeth and gums 1503, two different wavelength LEDs 1504 and 1505 lining the horseshoe-shaped portion (position 1506 identifies the position of the LED not visible in the 3-D perspective), electrical cable. include. 1501 and control unit 1502 including connectors for power supply or optionally bus communication. The cross section reveals a U-shaped cross section surrounding the flex PCB 1513 rigid PCB base 1515, and the teeth 1510 containing the assembly rigid flex PCB to make the teeth cleaner than the LED 1513, and the mouthpiece is designed for the position LED. It is placed near the gums 1512 adjacent to the teeth 1511. LEDs may include red, infrared, blue, or purple LEDs to combat inflammation and periodontal disease. The U-shaped assembly is contained within a thin silicone mouthpiece molded around a rigid flex PCB.

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 rigid PCB portion 1513 and flex PCB wing 1514. As shown immediately after SMT manufacturing, the LED 1513a is mounted on the flex wing 1514 and optionally the LED 1513z is mounted on the rigid PCB 1515. During PCB surface mount technology (SMT) assembly, rigid flex PCBs support large numbers of automated assemblies that require components. Select and position the solder temperature profile during reflow to make it uniform. It is important to keep the PCB firm and flat during SMT assembly. The stiffness and flex part of the PCB is fixed in the same plane between pick and place, but the need for a rigid flex PCB is not linear, but my n-gum can be laid out instead The horseshoe-shaped design eliminates the need for unwanted bending of the flex PCB and the addition of stress that could later cause breakage. After the surface mount assembly, the flex wing 1514 is bent in a U shape perpendicular to the rigid PCB base 1515 and then molded into a clear silicone mouthpiece 1516 covering the rigid flex PCB.

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 rigid PCB 1515a, a flex PCB 1514a, an LED 1513a, and an optional LED 1513z, the other combining a rigid PCB 1515b, a flex PCB 1514b, an LED 1513b, and an optional LED 1513y together. In the joining process, the rigid PCBs 1515a and 1515b are soldered together to form a single multilayer PCB 1517 electrically and mechanically, as shown in FIG. 92B. In this way, the mouthpiece can treat both the upper and lower gums at the same time.

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 rigid PCBs 1515a and 1515b is shown in FIG. The figures showing the conductive surfaces 1518b and 1518d on the rigid PCB 1515b are soldered to the corresponding conductive surfaces 1518a and 1518c under the rigid PCB 1515a to establish an electrical connection between the upper and lower PCBs and into the mouthpiece. Provides mechanical support and rigidity. Optionally, through-hole vias 1519a and 1519b filled with silver solder paste can be melted to form continuous through-holes that penetrate both the upper rigid PCB 1515a and the lower rigid PCB 1515b.

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. Filter capacitors 1521 and 1522 are included to stabilize the regulator. Filters input and output transients respectively. Under the control of the microcontroller 1535 of the unit that executes the program stored in the volatile and non-volatile memories 1536a and 1526a according to the clock 1534 and the time reference 1531, the signal from the microcontroller is programmable with the control signals 1537a and 1524b. 1537b used to drive the current sources 1524a and 1524b independently.

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 current source 1524a is mirrored by the NPN bipolar transistor 1525a to control the current of the NPN bipolar transistor 1526a, thus controlling the currents of the LEDs 1504a and 1504b and similarly controlling the currents of the LEDs 1504c and 1504d, all. Follow the program execution of the microcontroller 1535. Similarly, the current from the current source 1524b is mirrored by the NPN bipolar transistor 1525b to control the current in the NPN bipolar transistor 1526b, and therefore according to the program execution of the microcontroller 1535, the LEDs 1505a and 1505b, as well as the LEDs 1505c and 1505d. Control the current of. In this way, you can control the LED current with minimal components to save space. Therefore, the miniaturized controller circuit can be housed in the enclosure 1502 shown in FIG.

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 range 100 kHz to 4 MHz for ultrasonic waves. The main therapeutic mechanism of ultrasonic therapy is vibration, which is suitable for destroying scar tissue and causing heating with good depth of penetration. The drive algorithm can be similar to that used in the sinusoidal drive of LEDs disclosed herein, including both digital (pulse) and sinusoidal drive. The disclosed dispersed PBT can be used for ultrasound therapy independently or in combination with PBT. Using the disclosed system, ultrasonic converters can also be combined with LED arrays to use ultrasonic waves to destroy scar tissue and use PBT accelerated phagocytosis to carry it away.

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、V=0になり、その間に電流がVからVに流れます。次の半サイクルで、電流の流れはVからV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 microcontroller 1557 that executes the program stored in the volatile and non-volatile memories 1558a and 1558b according to clock 1556 and time reference 1553, independently drive the H-bridge containing the low-side N-channel MOSFET 1563a. Used to do. At the same time, the high-side P-channel MOSFET 1564b is turned off, then the low-side N-channel 1563b is turned on, V y = 0, during which current flows from V x to V y. In the next half cycle, the current flow reverses from V y to V x.

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V=0は、その間Vから電流が流れるVにV。次の半サイクル、Vからの電流の流れが反転におけるVにV。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-side MOSFETs 1564a and 1564b are driven by the level shift driver circuits 1566a and 1566b. Similarly, the low-side MOSFETs 1563a and 1563b are driven by the low-side buffers 1565a and 1565b. During operation, the half-bridge formed by the low-side N-channel MOSFET 1564a and the high-side P-channel 1563a is driven out of phase with the half-bridge formed by the low-side N-channel MOSFET 1564b and the high-side P-channel. Channel 1563b. High-side P-channel MOSFET 1564a is turned on and conducts, then low-side N-channel 1563a is off and V, X = + V PZ . At the same time, the high-side P-channel MOSFET 1564b is then turned off by the low-side N-channel 1563b being turned on and V, and V y = 0 is V y to V x in which current flows from V during that time. In the next half cycle, the current flow from V is V x at V y in inversion. In operation, two half-bridge, by the phase is driven, the output of 1567 half-bridge in response to an output of the inverter μC1557 pad is bidirectional having absolute value ± V PZ. The output of pad μC1557 is also used to drive the LED array 1560 via the previously disclosed LED driver 1560.

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 / A converter 1573 used to control the current conducted by the current sinks 1576 and 1575 via the corresponding piezoelectric converters 1562a and 1562b, respectively. Is output. Piezoelectric current I PZ1 and P Z2, are pulsed by the inverter 1571 and 1572 to control the frequency of the ultrasonic wave digital generated.

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 top view 1581, bottom view 1584, and side view including a single USB socket 1598 cross section where 1580 including the intelligent LED pad shown in FIG. 97 includes a rigid substrate 1588. Flex PCB1589, LED1591, sensor 1590, piezoelectric transducers 1592a and 1592b. The LED Polymer Pad Cover 1581 contains an opening 1595 and cavity 1596, as well as a protective clear plastic 1587. The LED pad 1580 contains an upper flexible polymer 1581c with protrusions 1583 and a lower flexible polymer 1684 with protrusions 1585.

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)

光線療法システムであって、
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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