JP2021520867A5 - - Google Patents
Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021520867A5 JP2021520867A5 JP2020554839A JP2020554839A JP2021520867A5 JP 2021520867 A5 JP2021520867 A5 JP 2021520867A5 JP 2020554839 A JP2020554839 A JP 2020554839A JP 2020554839 A JP2020554839 A JP 2020554839A JP 2021520867 A5 JP2021520867 A5 JP 2021520867A5
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- led
- pbt
- pad
- current
- controller
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Description
(関連出願の相互参照)
この出願は、2018年4月6日に出願された「分散型光生体変調治療システムと方法」と題された米国仮出願第62/653846の優先権を主張している。この出願は、以下の出願に関連している:2015年2月12日に出願された「正弦波駆動システムおよび光線療法のための方法」と題された国際出願番号PCT/US2015/015547;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」提出2019年4月6日。
(Cross-reference of related applications)
This application claims the priority of US Provisional Application No. 62/653846, entitled "Distributed Photobiomodulation Therapeutic Systems and Methods," filed April 6, 2018. This application is related to the following applications: International Application No. PCT / US2015 / 015547; 2016 entitled "Methods for Sine Wave Driven Systems and Phototherapy" filed on February 12, 2015. International application number PCT / US2016 / 058064 entitled "3D Bendable Printed Circuit Board with Redundant Interconnection" filed on October 21, 2014. 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).
関連アートの議論 Discussion of related art
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。光生体変調治療(PBT)又は光線治療と呼ばれ、光子の制御アプリケーションです。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、免疫系の苦などの医療治療目的が含まれます。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). Called photobiomodulation therapy (PBT) or phototherapy, it is a photon control application. Photobiomodulation therapy (PBT), also known as phototherapy, controls and applies photons (usually infrared, visible, and ultraviolet) to cause photobiomodulation for medical treatment purposes. PBT applications include medical treatment purposes such as injury, illness, 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 expose 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ます。 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 doctor or clinician 7 can adjust the treatment by controlling the settings of the LED driver 1 according to their observations.
多くの潜在的なメカニズムが存在するが、図2に示されるように、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)分子をふくみ、それらはアデノシン一リン酸(AMP)をより高いエネルギのアデノシン二リン酸(ADP)分子への形質転換、又はADP分子をさらに高エネルギのアデノシン三リン酸(ATP)分子に変換することにより細胞のエネルギ含有量を増加させる充電器として機能します。AMPからADP、ATPへのシーケンス25で蓄積されたエネルギを増加させる過程で、シトクロムcオキシダーゼ分子24はバッテリ充電器として、ATP分子26エネルギを蓄える細胞バッテリとして機能し、動物の「光合成」と見なすことができるプロセスです。シトクロムシトクロムcオキシダーゼ分子24は、ATP充電シークエンス25で食物の消化から生じるグルコースからのエネルギを燃料に、又はまたは消化と光合成の組み合わせを介してエネルギ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29を放出することができます。エネルギ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および他の生体分子に使用されます。 Although there are many potential mechanisms, as shown in FIG. 2, the major photobiological processes 22 involved in photobiological modulation during PBT treatment using red and infrared light are birds, It is generally accepted to occur within mitochondria 21, which are organellas present in all eukaryotic cells 20, including both plants and animals, including mammals, horses, and humans. The current understanding is that photobiological processes 22 include upper cytochromic coxidase (CCO) molecules with photon 23 collisions, which are adenosine diphosphate (AMP) with higher energy adenosine diphosphate (ADP). It acts as a charger that increases the energy content of cells by transforming them into molecules or converting ADP molecules into higher-energy adenosine triphosphate (ATP) molecules. In the process of increasing the energy stored in the AMP to ADP, ATP sequence 25, the cytochrome c oxidase molecule 24 functions as a battery charger and a cell battery that stores ATP molecule 26 energy, and is regarded as animal "photosynthesis". It is a process that can be done. Cytochrome Cytochrome c oxidase molecule 24 can convert energy from glucose resulting from food digestion to fuel in the ATP charging sequence 25, or through 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, DNA polymerases and for 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 processed 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 repair, and immune response.
PBTを実行し、チトクロームcオキシダーゼ分子(CCO)24を刺激して光子23からエネルギを吸収するために、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ません。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に示されています。図3は、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)、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)の光の波長の関数を示しています。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します。スペクトルの赤外線部分のより長い波長では、スペクトルの赤外線部分におけるより長い波長、950nmを超えるEMRは、水(H2Oに吸収される)として曲線42として示されています。透明な光学窓45によって示されるように。650nm〜950nmの波長では、人間の組織は本質的に透明です。 In order to perform PBT and stimulate the cytochrome c-oxidase molecule (CCO) 24 to absorb energy from the photon 23, the tissue intervening between the light source and the light-absorbing tissue blocks or absorbs light. can not. 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). FIG. 3 shows the light of deoxygenated hemoglobin (curve 44b), cytochrome c (curves 41A, 41b), water (curve 42) and fats and lipids (curve 43) of a relative absorption coefficient S oxygenated hemoglobin (curve 44a). Shows the function of the wavelength of. As shown, deoxygenated hemoglobin (curve 44b) and oxygenated hemoglobin, or blood (curve 44a), strongly absorb light in the red part of the visible spectrum (especially for wavelengths shorter than 650 nm). At longer wavelengths in the infrared portion of the spectrum, longer wavelengths in the infrared portion of the spectrum, EMR above 950 nm, are shown as curve 42 as water (absorbed by H2O). As indicated by the transparent optical window 45. At wavelengths between 650 nm and 950 nm, human tissue is inherently transparent.
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。可視スペクトルの赤い部分の光で照らされているシトクロムcオキシダーゼ(曲線41a)用の二次吸収テールは、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、深部組織の光生物学的反応を制限しますが、上皮組織および細胞では活性化されます。したがって、図3は、皮膚、内臓および組織に対するPBTが、それら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. The secondary absorption tail for cytochrome coxidase (curve 41a) illuminated by the light in the red part of the visible spectrum is blocked by the absorption properties of deoxidized hemoglobin (curve 44b) and is a photobiological reaction of deep tissue. However, it is activated in epithelial tissues and cells. Therefore, FIG. 3 shows that PBT for skin, internal organs and tissues requires different treatments and light wavelengths of red and infrared for them.
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。ランプの寿命も短く、希薄ガスを使用して構築された場合、定期的に交換するのにも費用がかかる可能性があります。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。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。特に電磁スペクトルの紫外線部分で、広いスペクトルの光は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。 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. 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. Lamps have a short lifespan and can be expensive to replace on a regular basis if built with dilute gas. 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. 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、レーザの小さな「スポットサイズ」、照射領域から発生します。レーザ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 risk 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 small "spot size" of the laser, the irradiation area. Lasers illuminate a small focal area, making it difficult to treat large organs, muscles, or tissues, and overwhelming conditions are much easier to occur.
レーザ光の別の問題はレーザビームの拡散を防ぐ「コヒーレンス」により、治療中に広い領域をカバーすることがより困難になることです。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。最初に、細菌、植物、動物の生命は、コヒーレント光が既知の光源から自然に発生しないため、コヒーレント光ではなく散乱光を進化させて自然に吸収します。次に、上皮組織の最初の2層は、すでに光コヒーレンスを破壊しているので、入射レーザビームのコヒーレント特性は、人間または動物の組織に吸収されるとすぐに失われます。レーザメーカーは、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。 Another problem with laser light is that "coherence", which prevents the diffusion of the laser beam, makes it more difficult to cover a large area during treatment. Studies have shown that PBT with coherent light does not have the additional benefits inherent in it. First, the life of bacteria, plants and animals evolves and naturally absorbs scattered light rather than coherent light, as coherent light does not naturally originate from known light sources. Second, the first two layers of epithelial tissue have already destroyed the optical coherence, so that the coherent properties of the incident laser beam are lost as soon as they are absorbed by human or animal tissue. Laser makers are promoting the assumption that the optical interference pattern of laser light, called "speckle", resulting from backscattering enhances therapeutic effectiveness, but the scientific evidence supporting such marketing-motivated claims is Not provided.
さらに、レーザ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。レーザのスペクトルが限られているため、通常はレーザの中心波長値から±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を参照すると、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困難です。 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, referring to FIG. 3 again, it 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 difficult 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、たとえ範囲を広げるために4つの異なる波長の光源が使用されている場合でも、各光源にはほぼ80nm幅の帯域幅が必要です。これは、レーザ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。 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 light sources are used to extend the range. , Each light source requires a bandwidth of approximately 80nm width. This is more than an order of magnitude wider than the bandwidth of the 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4Aに示すように、PBTは、LEDパッド2から放出された光子3による組織5の直接刺激を伴います。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、または筋骨格システム、などの筋肉、腱、靭帯、さらには骨を含む場合があります。PBTはまた、末梢神経、脊髄、(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に送ります。 Photobiomodulation therapy (PBT) is clearly distinguishable from photooptical therapy. 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, livers, glands, lymph nodes, or muscles, tendons, ligaments, and even bones such as the musculoskeletal system. I have. PBT also directly treats and repairs neurons, including peripheral nerves, spinal cord, brain 5 (as shown) 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 rhythm 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, or 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強調しています。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。一方、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ます。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、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を有する光子を含見ます。PBTの場合には、細胞16およびそこに含まれるミトコンドリア17は、あたかもそれが赤色光15aおよび青色光15bを放出しているかのように光源14に光化学的に応答するでしょう、そして紫色の光が存在するかのように応答しません。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。 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, on the other hand, 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. Figure 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 and the color of the colliding light. Is recognized as purple. In reality, 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, cell 16 and the mitochondria 17 contained therein will respond photochemically to light source 14 as if it were emitting red light 15a and blue light 15b, and purple light. Does not respond as if exists. 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PBTという用語を放棄して、より明確な用語「光生体変調」やPBTを使用するようになりました。光線療法という用語(i)視覚刺激を伴う光光学療法、(ii)細胞調節を伴う光生体調節療法またはPBT、および(iii)化学反応を促進するために注入された化学物質または適用された軟膏を光で活性化する光線力学療法またはPDTは治療用途を意味するために一般的に使用されました。同様に広い用語、光によって刺激される化学反応である「光化学」も、前述の処理のすべてを曖昧に指します。したがって、光化学と光線療法は今日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。 In terms of nomenclature, ambiguity in the nomenclature has led researchers to abandon the term "phototherapy" or PBT and use the more explicit terms "photobiomodulation" or PBT. The terms phototherapy (i) photooptical therapy with visual stimulation, (ii) photobioregulatory therapy or PBT with cell regulation, and (iii) chemicals or applied ointments injected to promote chemical reactions. Photodynamic therapy or PDT that activates with light has been commonly used to imply therapeutic applications. A similarly broad term, "photochemistry," a chemical reaction stimulated by light, vaguely refers to all of the aforementioned processes. Therefore, while photochemistry and phototherapy have broad implications today, 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(一般的なプレスでは「コールド」レーザと呼ばれることもあります)を組織切除および手術のために高出力で動作するレーザと区別するための「低レベルレーザ治療」を意味することを意図していました。LEDベースの治療法の出現により、一部の著者は、レーザベースおよび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」レーザは、低レベルで動作しているという理由だけで、目と火傷に安全です。冷たい場合は、レーザ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、ミリ秒単位で重度の火傷や失明を引き起こす可能性があります。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。電力レベルがない場合、LEDは失明を引き起こす可能性があります。また、LEDは長時間電流を流しすぎると過熱する可能性がありますが、最後のように瞬間的な火傷や組織の切除を引き起こすことはできません。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は低レベルレーザ治療を意味するレーザ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 used lasers that operate at low power levels (sometimes called "cold" lasers in common presses) to high power lasers for tissue resection and surgery. It was intended to mean "low level laser therapy" to distinguish it from. With the advent of LED-based therapies, some authors have confused the nomenclature for 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 safe for eyes and burns just because they are operating at low levels. When cold, the laser is intentionally or accidentally powered up to a high level, which can cause severe burns and blindness in milliseconds, which is no longer "cold". In contrast, LEDs always operate at low levels and cannot operate at high light power densities. In the absence of power levels, LEDs can cause blindness. Also, LEDs can overheat if they are over-currented for long periods of time, but they cannot cause momentary burns or tissue excision like the last. 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光生体変調治療システム、システム50において図5は、二組の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。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、600を超えるLEDを含む単一のLEDパッドとして動作する第1のLEDパッドセットを作成する。パッドセットは、600cm2を超える治療領域をカバーします。同様に、コントローラ51の出力Bは、ケーブル53bによって、電気的に相互接続されたLEDパッド52eを含む第2のLEDパッドセットに接続されている。LEDパッド52dおよび52fは、オプションで、電気ジャンパー54cおよび54dによってLEDパッド52dに接続され、600を超えるLEDを含み、600cm2を超える治療領域をカバーする単一のLEDパッドとして動作する第2のLEDパッドセットを作成する。 In the current state-of-the-art photobiomodulation therapy 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. 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 operates 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6Aに示されています。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、つまり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を含み,+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(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, usually 12W for two sets of three pads each. An exemplary electrical schematic of the system is shown in Figure 6A. The controller contains 61, switch mode power supply 220 VAC power supply 64 at least two regulated DC voltage sources, 5 control and logic V, and 65 SMPS used for conversion power to 120 V for higher voltage sources, + VLED is LED pad Used to power the string of LEDs in the. The standard voltage for + VLEDs ranges from 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を介して一つまたは複数のLEDパッド62にルーティングされる。また、NIRLED71a〜71mの導通を制御するためのLED制御信号線70a、および赤色LED72a〜72mの導通を制御するためのLED制御信号線70bも同様です。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電流の流れは、LEDターンオン電圧および電流制限抵抗器74aまたは74bによって設定されます。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。図6Bに示すように、抵抗器74aおよび74bを固定値の定電流源またはシンク75aおよび75bと交換することにより、LED輝度の均一性を維持することの改善を得ることができる。 Next, the signal on the output A is sent to one or more LED pads 62 via a shielded cable 63 including a high current power line ground GND 69a, a 5V supply line 69b, and a + VLED supply line 69c, and an LED control signal line 70a. Be routed. The same applies to the LED control signal line 70a for controlling the continuity of the NIRLEDs 71a to 71m and the LED control signal line 70b for controlling the continuity of the red LEDs 72a to 72m. 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 flow is set by the LED turn-on voltage and current limiting resistor 74a or 74b. Setting the LED brightness using resistors 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 LED brightness. 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. As shown in FIG. 6B, by replacing the resistors 74a and 74b with fixed value constant current sources or sinks 75a and 75b, an improvement in maintaining LED brightness uniformity can be obtained.
シールドケーブル63を介したPBTコントローラ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。図7に示すように、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、電気信号82を、パッシブLEDパッド62の通信スタック81内のPHYレイヤ−1、すなわち、LEDストリングドライバに一方向に送信する。 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 -7 as a laminate 80 including an application layer, 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 transmits the electrical signal 82 to the PHY layer-1 in the communication stack 81 of the passive LED pad 62, i.e., the LED string driver, in one direction.
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。図8に示されるように、送信された方形波電気信号82は、振幅および持続時間84aの減少、遅い立ち上がり時間84b、電圧スパイク84c、振動84d、および信号のグランドバウンス84eに影響を与えるグランドループ89を含む受信波形83に著しく歪められ得る可能性がある。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 integrity of the communication signal and the operation of the LED pads. As shown in FIG. 8, the transmitted square wave electrical signal 82 has a reduction in amplitude and duration 84a, a slow rise time 84b, a voltage spike 84c, a vibration 84d, and a ground loop affecting the ground bounce 84e of the signal. There is a possibility that the received waveform 83 including 89 can be significantly distorted. 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 peripheral device connected to the cable 63 is actually a qualified LED pad or an invalid load. 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.
PBTコントローラ61から非LED負荷に電力を供給することは、無効な周辺機器、コントローラ、またはその両方を損傷する可能性がある。これは、PBTコントローラの出力の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、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。図9では、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 a non-LED load from the PBT controller 61 can damage invalid peripherals, the 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. In Figure 9, the 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、図10では、共通ケーブル63によって電力が供給される2つの異なるLEDパッド62および79は、接地69a、5V電源69b、高電圧+VLED電源69c、可視光LEDv制御信号70aおよび近赤外線LEDnir制御信号70bへの接続を共有します。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。動作中、LEDv信号70aによって駆動される赤と青のLEDの並列接続は、赤の光の処理が誤って青の光を駆動する可能性があることを意味します。同様に、LEDnir信号70aによって駆動される810nmおよび880nmLEDの並列接続は、ある波長のNIRLEDの処理が誤って異なる波長を駆動する可能性があることを意味します。 Other problems occur when mismatched LED pads are connected to the same output. For example, in FIG. 10, two different LED pads 62 and 79 powered by a common cable 63 are grounded 69a, 5V power supply 69b, high voltage + VLED power supply 69c, visible light LEDv control signal 70a and near infrared LED nyr control. Share the connection to signal 70b. 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 λ v 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 LED near signal 70a means that the processing of one wavelength NIRLED can inadvertently drive different wavelengths. During operation, the parallel connection of red and blue LEDs driven by the LEDv signal 70a means that the processing of red light can accidentally drive blue light. Similarly, the parallel connection of 810nm and 880nm LEDs driven by the LED near signal 70a means that the processing of NIRLEDs of one wavelength can mistakenly drive different wavelengths.
図11A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場合、別の問題が発生する。示されるように、PBTコントローラ51は、二つの出力、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よって異なります。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。 As shown in FIG. 11A, another problem arises when two or more LED pads are connected to both LED outputs at the same time. As shown, 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. 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Pvは、平均電力舗装113を有し、波形111によって示されるNIRLEDs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 LEDs represented by the waveform 110 has an average power pavement 113 and the power P of the NIRLEDs represented by the waveform 111. Nir has an average power of Pave 114. Together, the total power waveform 112 has an average power of 115 with a magnitude of 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。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ありません。 Today's LED pads do not have temperature protection, so overheating for some reason is a problem. 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−ユーザエラーにより、PBTコントローラの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コントローラが出力の電源(AC電源アダプタ、バッテリ、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、またはその両方が損傷する可能性があります。
・ドライバの出力電流を制御または制限できない-パッドの損傷、ワイヤの短絡、または突入電流が大きい負荷(モータなど)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を検出できない-バッテリパックをPBTシステムの出力に接続すると、バッテリパックが損傷し、誤って間違った充電条件でバッテリが充電され、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に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(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 the LED pad-The signal from the PBT controller to the LED pad is a simple digital pulse, not a differential communication between bus transceiver pairs. 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.
Unable to identify approved LED pads or certified manufacturers-Because of the lack of ability to identify the pedigree of LED pads, the PBT system uses connected LEDs, including illegal, counterfeit, or counterfeit LED pads. Drive unknowingly. 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 output current of the driver-Connecting short-circuit loads such as pad damage, wire shorts, or loads with high inrush currents (such as motors) is 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 damages the battery pack and accidentally charges 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 acidic 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.
• Each PBT controller output is limited to a fixed number of control signals-because there are only one or two control signals per output, today's PBT controllers have three or four different excitation patterns within the same pad. , Or more different wavelength LEDs cannot be driven.
-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 coupling 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 pressure, blood oxygen, and other biometrics during treatment, or this. There is no function to embed the collected data in. 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、指示、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パッドで構成されています。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、指示、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コントローラに返すことができます。他のセンサは、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る、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. Or it consists of multiple 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. Then, 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をアレイに構成されたLEDの代わりに使用して、均一なパターンの放射線を作成するか、あるいはハンドヘルドワンドに取り付けて、スポットまたは小さな領域の集中放射線を作成することができる 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, a semiconductor laser diode is used in place of the LEDs configured in the array to create a uniform pattern of radiation, or to be attached to a handheld wand to create a spot or small area of concentrated radiation. Can
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コントローラを構成する別のマイクロコンピューターまたはコンピューターと通信します。通信バスには、USB、RS232、HDMI(登録商標)、I2C、SMB、イーサネット(登録商標)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. Communication buses may include wired connections such as USB, RS232, HDMI®, I2C, SMB, Ethernet®, or proprietary formats and communication protocols. 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。 The physician or clinician can use a display, keyboard, or other input device connected to the 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 to specify when to start or pause PBT processing and what to do with 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パッドは指示をメモリに保存し、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、受信した指示に従って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データをPBTコントローラ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 instructions in memory and begins "playing" the streaming data file. In other words, it drives the LED according to the received instructions. 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、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パッドに指示を送信しません。バスを聞くか、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。つまり、PBTコントローラ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 prior art PBT systems, the disclosed distributed PBT-based PBT controllers do not always send instructions 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 and autonomous from the PBT controller and other LED pads connected to the same data bus or communication. Must work independently. 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 operations 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)LEDプレーヤソフトウェアを含む実行可能コードによって解釈される治療期間と設定を定義するパッシブ再生ファイル、又は(iii)波形プリミティブを含むデータファイルは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のLEDパッドのマイクロコントローラによってその後、所定の方法で結合される。 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) the LED player, which contains the entire LED driving the waveform command of (i). Passive playback files that define treatment durations and settings interpreted by executable code, including software, or data files that contain (iii) waveform primitives are LED pads for controlling LED lighting patterns and performing PBT processing or sessions. It is then coupled in a predetermined way by the microcontrollers of.
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プレーヤは、ユーザがPBTコントローラ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、長期間不揮発性メモリに保存されている場合、分散PBTシステムには、ロードされたソフトウェアがまだ最新であるか、または廃止されているかどうかを確認するためのプロビジョニングを含める必要があります。システムがLEDプレーヤ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コントローラがLEDプレーヤが廃止されている、期限切れ、または単に最新ではないことを検出した場合、PBTコントローラは新しいLEDプレーヤの実行可能コードをすぐにまたは最初にユーザの承認を得ることによってダウンロードできます。場合によっては、破棄されたLEDプレーヤの実行可能なコードを使用して処理を実行すると、不適切な再生やシステムの誤動作を生じる可能性があります。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 pads are connected to the controller's local area network. If the LED player file was previously loaded into the intelligent LED pad and stored in non-volatile memory for an extended period of time, the distributed PBT system will check if the loaded software is still up-to-date or obsolete. Must include provisioning for. When the system detects that the LED player is up to date, the LED can start playing immediately. Alternatively, if the PBT controller detects that the LED player is obsolete, expired, or simply not up to date, the PBT controller downloads the executable code for the new LED player immediately or by first obtaining user approval. I can do it. In some cases, performing the process with the executable code of the discarded LED player can lead to improper playback and 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 operation of the LED pads 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システムの別の重要な機能は、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 configures the intelligent LED pad's local operating system (here referred to as LightPadOS), which is stored in non-volatile memory and runs 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を開始し、同時にマイクロコントローラのハードウェアカウンタ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(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と同期して実行します。プログラムカウンタは、共有システムクロック、または1つまたは複数のインテリジェントLEDパッドに固有の正確な時間基準のいずれかによって定義された周波数で進みます。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 starts the software timer and at the same time resets and starts the hardware counter on the microcontroller. 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. The program counter travels at a frequency defined by either a shared system clock or an exact time reference specific to one or more intelligent LED pads. 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とハードウェアベースのウォッチドッグタイマの両方が、プログラムカウンタ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が一時停止され、割り込みサービスルーチンまたはISRが開始されます。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つ以上のセンサの温度の読み取り、トランシーバを介した温度データのPBTコントローラへの送信、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コントローラに伝達されます。たとえば、LEDデューティーファクタ(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 blink 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 suspends the treatment program counter and initiates an 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を介してPBTコントローラ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忙しいか使用できない場合、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、電源の故障による過剰な入力電圧、内部パッドの短絡による過剰な電流のチェック、内部パッドの短絡に起因する過電流、または、インテリジェントLEDパッドに接触する汗や水に起因する過度の湿気を検出します。これにより、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を再起動し、ウォッチドッグタイマ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, check for excessive input voltage due to power failure, excessive current due to internal pad short circuit, overcurrent due to internal pad short circuit, or excessive moisture due to sweat or water contacting the intelligent LED pad. Detect. This may result in the absence or improper application of a 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みます。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であるか不正であるかどうかを検出する機能など、いくつかの保護機能を含が含まれています。ユーザがライトパッドまたはその他のコンポーネントを、所定の認証プロセスに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接続しようとすると、そのコンポーネントはネットワークへのアクセスを拒否されます。PBTコントローラのLightOSオペレーティングシステムは、問題のある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、不正なデバイスのIPアドレスにデータパケットの送信をしない、または許可されていないコンポーネントが確認できない様にコマンドを暗号化するなど、さまざまな方法で不正禁止することができます。 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, has the ability to detect whether a component connected to a network or communication bus is a permitted component or illegal. Includes some protection features. If a user attempts to connect a lightpad or other component to a network of PBT controllers that cannot pass a given authentication process, that component will be denied access to the network. The PBT controller's LightOS operating system shuts down the entire distributed system until the offending device is removed, does not send data packets to the IP address of the rogue device, or prevents unauthorized components from being seen. You can ban fraud in a variety of ways, including encrypting commands.
開示された分散型PBTシステムで多層の安全な通信を実現するため、PBTコントローラ(LightOS)のオペレーティングシステムとインテリジェントLEDパッド(LightPadOS)のオペレーティングシステムは、デバイスオペレーター、ハッカー、または権限のない開発者が認識できない一貫したプロトコルと共有シークレットを使用したパラレル通信スタックで構成されます。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6、またはアプリケーション層7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。 To achieve multi-layer secure communication with the disclosed distributed PBT system, the PBT controller (LightOS) operating system and the intelligent LED pad (LightPadOS) operating system can be used by device operators, hackers, or unauthorized developers. It consists of a parallel communication stack with an unrecognized consistent protocol and shared secrets. Therefore, the distributed PBT system has a function of executing security at an arbitrary number of communication layers including a data link layer 2, a network layer 3, a transport layer 4, a session layer 5, a presentation layer 6, or an application layer 7. Operates as a protected communication network.
たとえば、PBTコントローラ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パッド検証の一つの方法では、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. In one method of LED pad verification 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す。つまり、ネットワークへの接続が「許可」されています。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1および、またはデータリンクレイヤ2接続で実行できます。WiFi接続の際、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. The pad is genuine if the two numbers match. That is, you are "allowed" to connect to the network. 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, the data link can also be established using the WiFi Protected Access Protocol WPA2.
「管理」目的及びセキュリティ追跡のために、認証コンポーネントの承認日時(および利用可能な場合はGPSの位置)は不揮発性メモリに保存され、必要に応じてサーバ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、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、モータドライバ、高出力のクラスIIIおよびクラスIVレーザなど、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の保護、およびPBTシステムに無関係なその他の潜在的な危険からも保護します。 For "administrative" purposes and security tracking, the authorization component's approval date and time (and GPS location, if available) is stored in non-volatile memory and uploaded to the 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 accidental for devices that are 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 protects you from connections and other potential hazards unrelated to your 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コントローラの動作中PBTコントローラは、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、次にインテリジェント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。分散PBTシステムがルータ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。TLSの「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、追加のレイヤ4セキュリティを追加できます。 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. .. Running PBT Controller Not Connected The PBT controller generates a dynamic IP address and dynamic port address for the Internet or other local area networks, and then the intelligent LED pad has its own dynamic IP address. Broadcast the address to other network-attached devices that respond with their own dynamic port address. If the 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. You can add additional Layer 4 security using TLS's "Transport Layer Security", IPsec security protocol, or other protocol.
分散PBTシステムのコンポーネントがレイヤ2認証、及びレイヤ3とレイヤ4の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ると、分散PBTシステムは処理を実行する準備が整います。PBTコントローラがユーザの「開始」コマンドを受信すると、PBT処理は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パッド間で暗号化キーまたはデジタル証明書を交換してレイヤ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6またはアプリケーションレイヤ7で暗号化を使用して実行できます。 Once the components of the distributed PBT system have been established by Layer 2 authentication and Layer 3 and Layer 4 network and port address assignments, the distributed PBT system is ready to perform processing. When the PBT controller receives the user's "start" command, the PBT process begins by exchanging an encryption key or digital certificate between the PBT controller and the networked intelligent LED pad to establish a Layer 5 session. When a session is opened, the PBT controller and intelligent LED pads maintain a secure link during the exchange of files and commands until treatment is complete or complete. Additional network security can be performed using encryption at Presentation 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)として機能します。
・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機能
・接続されたデバイスをインテリジェントLEDパッドとして識別する機能
・動力源を識別するための機能、及びそれらの動作電圧を制御します
・ドライバのLED電流を制御および制限する機能
・バッテリを検出し、PBTシステムの出力への接続を防止する機能
・LEDパッドに過熱状態を検出する機能
・LEDパッド内のLEDの構成を識別するための機能
・インテリジェントLEDパッドに含まれるLEDのタイプと構造を識別する機能
・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
・リアルタイムの患者生体認証データをキャプチャして記録をする機能
・治療領域のリアルタイム画像を収集する機能
・ユーザ(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, the 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-Function to identify approved LED pad or certified manufacturer-Connected Function to identify the device as an intelligent LED pad ・ Function to identify the power source and control their operating voltage ・ Function to control and limit the LED current of the driver ・ Detect the battery and output the PBT system Function to prevent connection to the LED pad ・ Function to detect the overheated state in the LED pad ・ Function to identify the configuration of the LED in the LED pad ・ Function to identify the type and structure of the LED included in the intelligent LED pad ・ Multiple A function to control the output independently ・ A function to execute distortion-free waveform synthesis in the intelligent LED pad ・ A function to distribute a new LED driver algorithm to the intelligent LED pad ・ Capture and record real-time patient biometric data Functions-Ability to collect real-time images of treatment areas-Supports users (doctors) to create new treatment algorithms-Supports electronic distribution of documents-Functions to perform treatment tracking-Manages distribution of electronic prescriptions Function to support-Function to support remote control connected to the network-Function to perform location tracking of PBT system-Function 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 dynamic multiplexing 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生成することができる、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 can generate chords based on a given key and frequency scale, eg, chords containing two, three, or four different frequencies, including noise filtering. Can be generated. 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, diminish, augment 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、副鼻腔の細菌感染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 bacterial infections in the nasal passages. 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を注入するために、患者に隣接して配置されたエネルギエミッタ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、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、バッテリ充電器、ステップアップ(ブースト)電圧レギュレータ、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。炎症及や関節痛を減少させるために使用される磁気療法は、独立して、またはPBTと組み合わせて実施することができます。 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. Magnetic therapy used to reduce inflammation and joint pain can be given 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 converters 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.
既存世代のPBTシステムが直面する前述の制限を克服するために、完全に新しいシステムアーキテクチャが必要です。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、揮発性および不揮発性メモリ、通信トランシーバまたは通信インターフェース、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。長いケーブル配線またはワイヤレス操作が必要なため、マイクロコントローラの時間基準もLEDパッドに再配置する必要があります。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。 A completely new system architecture is needed to overcome the aforementioned limitations faced by existing generation PBT systems. 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 cable connections. 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 interfaces, LED drive electronics, and The LED array needs to be integrated. Due to the long cabling or wireless operation required, the microcontroller time reference also needs to be relocated to 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コントローラの役割はUI/UXインターフェースの役割に劇的に減少し、ユーザ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。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。そのため、分散型ハードウェア医療機器に効果的な安全システムを実装するには、安全機能をローカルで実行し、システム全体に伝達する必要があるため、新しく革新的なアプローチが必要です。このような安全プロトコルは、FDAの設計規則および国際安全基準に従って指定、設計、検証、検証、および文書化する必要があります。 So instead of using a centralized PBT controller that generates and distributes 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 pad produces a dynamic LED excitation pattern and accordingly performs 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. .. 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. As a result, implementing an effective safety system on distributed hardware medical devices requires a new and innovative approach, as safety functions must be performed locally and propagated throughout the system. Such safety protocols must be specified, designed, validated, validated, and documented in accordance with FDA 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 hacks 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「分散型光生体変調治療装置および方法、バイオフィードバック、およびそれらの通信プロトコル」では、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. A related US application number 16/377192, entitled "Distributed Photobiomodulation Therapeutics and Methods, Biofeedback, and Their Communication Protocols," discloses data communication hierarchy stacks and control protocols.
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の波形生成及び合成による。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、ユーザまたはセラピストはグラフィカルインターフェースを介して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 by any time-based instruction sequence (referred to as streaming) that LED regeneration can be used to control, or by command-based waveform generation and synthesis. In either case, the data packet digitally transmits the LED excitation pattern in the payload. During operation, the user or therapist agrees to select a PBT treatment or treatment session via a graphical interface and begin treatment. The command is then packetized. That is, it is prepared, formatted, compressed, packed into communication packets and delivered to one or more intelligent LED pads via serial peripheral communication buses, LANs, broadband connections, WiFi, fiber, or other media. The payload data carried in each data packet is digital, containing bits organized as octets or hexadecimal words, but the actual communication medium is analog, containing differential analog signals, radio waves, or modulated light.
有線通信では、通信バスは通常シンボルレートまたはボーレート(https://en.wikipedia.org/wiki/symbol_rate)と呼ばれる指定されたレートで変調されたアナログ差動波形を含む電気信号を使用します。各シンボルは、定義された期間の頻度またはコードを含むことができます。各シーケンシャルシンボルの検出は、ケーブル内の反応性寄生要素またはノイズ源によって引き起こされる歪みの影響を受けないため、従来のPBT実装におけるデジタルパルス信号伝送に関連するすべての問題を克服します。WiFi通信では、着信シリアルデータが分割され、OFDMと呼ばれる複数の周波数サブバンドにわたって小さなパケットで送信されます。つまり、直交周波数分割多重化により、高いシンボルレートと低いビットエラーレートが実現されます。同様の周波数分割方法がファイバチャネルおよびDOCSIS通信で使用され、高いシンボルレートを実現します。送信される各シンボルは複数のデジタル状態を表すことができるため、シリアルバスビットのデータレートはメディアのシンボルレートよりも高くなります。50MB/秒を超える最も一般的なシリアルおよびワイヤレス通信プロトコルのいくつかの実効ビットデータレート(https://en.wikipedia.org/wiki/list_of_device_bit_rates)を以下に要約します。 In wired communication, the communication bus typically uses an electrical signal that contains an analog differential waveform modulated at a specified rate called the symbol rate or baud rate (https://en.wikipedia.org/wiki/symbol_rate). Each symbol can contain a defined duration frequency or code. The detection of each sequential symbol is unaffected by distortion caused by reactive parasitic elements or noise sources in the cable, thus overcoming all the problems associated with digital pulse signal transmission in traditional PBT implementations. In WiFi communication, incoming serial data is divided and transmitted in small packets over multiple frequency subbands called OFDM. That is, orthogonal frequency division multiplexing provides high symbol rates and low bit error rates. Similar frequency division methods are used in Fiber Channel and DOCSIS communications to achieve high symbol rates. The data rate of the serial bus bit is higher than the symbol rate of the media because each symbol transmitted can represent multiple digital states. Some effective bit data rates (https://en.wikipedia.org/wiki/list_of_device_bit_rates) of the most common serial and wireless communication protocols above 50 MB / sec are summarized below.
PBTコントローラは、ユーザ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システムのユーザエクスペリエンスは、処理が瞬時に行われます。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、ユーザはリアルタイムのUI/UX応答を認識します。 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 instant. This means that the user will recognize the real-time UI / UX response, even if the system operation is actually performed as a series of device-to-device communication.
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コントローラまたはモバイルアプリケーションで構成されるユーザインターフェース。
・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、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。
・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(たとえば、EEGセンサ、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, various performance and system costs can be adjusted for a wide range of users covering hospitals and clinics, and 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つの基本的な実装は、PBTコントローラ120−コンポーネント、電源121、および介在するUSBケーブル122を備えた単一のインテリジェントLEDパッド123、の3つのコンポーネントが含まれます。図14は、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』132を含む例示的な分散PBTシステム実装のブロック図を示している。図では電源ブリック132は個別のコンポーネントとして示されていますが、PBTコントローラとバストランシーバ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、電源使は個別に使用するのではなく、PBTコントローラとトランシーバの内部に電源を含めることができます。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、およびレートΦsysでシステムクロック197で動作するクロック124を含む。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。RTCリアルタイムクロック(表示なし)もまた、PBTコントローラ131に含まれ得る。RTCは非常に低消費電力であり、継続的に実行され、可能な場合は常に国際時間標準またはネットワーク時間に同期します。 One basic implementation of the distributed PBT system shown in FIG. 13 includes three components: a PBT controller 120-component, a power supply 121, and a single intelligent LED pad 123 with an intervening USB cable 122. It will be. FIG. 14 shows a block diagram of an exemplary distributed PBT system implementation that includes a PBT controller and bus transceiver 131, an intelligent LED pad 337 above E above, a USB cable 136, and an external power supply "brick" 132. Although the power supply brick 132 is shown as a separate component in the figure, in a system where the PBT controller and bus transceiver 131 use a wired connection to the intelligent LED pad 337, the power supply messenger does not use them separately, but the PBT controller. And the power supply can be included inside the transceiver. As shown, PBT controller and bus transceiver 131 is operating in the main microcontroller μC containing or MPU134, touch screen LCD 133, nonvolatile memory 128, volatile memory 129, interface bus 135 system clock 197 and rate [Phi sys, The clock 124 to be used is included. 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. An RTC real-time clock (no display) may also be included in the PBT controller 131. The RTC is very low power, runs continuously, and synchronizes with international time standards or network time whenever possible.
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、通信インターフェース135、および不揮発性メモリ128および揮発性メモリ129の一部を含む。任意の数のパーティションが可能である。複数のシリコン集積回路(IC)、システムオンチップ(SOC)統合、システムインパッケージ(SIP)、またはモジュールとしての使用を含みます。例えば、揮発性メモリ129は、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、またはスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)を含み得る。このメモリは、メインMPU134内に全部または一部統合され得るか、または別個の集積回路によって実現され得る。同様に、不揮発性メモリ128は、電気的に消去可能なプログラム可能なランダムアクセスメモリ(E2PROM)または「フラッシュ」メモリを含み得、これらは、全部または一部、MPU111内に統合され得る。PBTコントローラ131内の大容量不揮発性。データストレージは、光ディスク(CD/DVD)などの移動メディアストレージを使用して、磁気ハードディスクドライブ(HDD)によって、さらにはクラウドストレージへのネットワーク接続を介して実現することもできます。 Construction of the main MPU 134 may include a fully integrated single-chip microcontroller or microprocessor-based module, optionally one of the main system clock 124, communication 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り、セキュリティ上の理由から一般的に暗号化された形式で保存される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します。不揮発性メモリ128はまた、治療ログを捕捉し、センサ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131における揮発性メモリ129の役割は、主にスクラッチパッドメモリの役割であり、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。 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, and is generally stored in encrypted form for security reasons. Maintains a library of treatment and session programs. 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 containing 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.
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。
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、PBTコントローラのバストランシーバ135とバストランシーバ131からLEDパッド337の通信インターフェース338にトランシーバシンボルデータを伝送します。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、通信インターフェース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。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LED143aから143m、および典型的には他の一連のLED(図示せず)を含む。 In the example shown, the external power supply brick 132 powers the entire PBT system, provides 5V to the integrated circuit, and provides + VLED to the string of LEDs. The USB cable 136 transmits the transceiver symbol data from the bus transceiver 135 and the bus transceiver 131 of the PBT controller to the communication interface 338 of the LED pad 337. The USB cable 136 also supplies power. Specifically, connect the ground (GND), 5V, and + VLED 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, communication 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. 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 is a series of series connected LEDs 142a to 142m for producing light of wavelength λ 1 and a series of series connected LEDs 143a to 143m for producing light of wavelength λ 2 and typically. Includes another set of LEDs (not shown).
揮発性メモリ334aと揮発性メモリ334bの両方を含むLEDパッド337内のメモリは、総容量をより小さくすることを除いて、PBTコントローラ131で使用される半導体メモリのメモリと同様である。壊れやすいデータストレージをLEDパッド337に統合するために機械的衝撃や移動媒体ストレージの破損のリスクがあるため、LEDパッド337のメモリは半導体ソリューションを構成する必要があります。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。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。 The memory in the LED pad 337 including both the volatile memory 334a and the volatile memory 334b is similar to the memory of the semiconductor memory used in the PBT controller 131, except that the total capacity is made smaller. Due to the risk of mechanical impact and mobile media storage corruption to integrate fragile data storage into LED pad 337, the memory of LED pad 337 needs to configure a semiconductor solution. Specifically, the volatile memory 334a (labeled RAM) in the LED pad 337 includes a dynamic random access memory (DRAM) or a static random access memory (SRAM) that can be fully or partially integrated within the pad μC339. obtain. With LED pads, volatile memory helps hold data that you don't need to hold when you're not in use. As an 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(E2PROM)または「フラッシュ」メモリを含み、これらはパッドμC339内に全部または部分的に統合できます。頻繁に変更されないファームウェアを保持するために、不揮発性メモリ334b(NV−RAM標識)を使用することが好ましく、パッド識別データ、すなわちLEDパッドIDレジスタを含む製造データ、および製造関連のLED構成データとともに本明細書でにおいてLightPadOSと呼ばれるLEDのパッドのためのオペレーティングシステムなどです。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。全体的なメモリコストを低下させるには、メモリ、特に不揮発性メモリを、デバイスが1つしかないPBTコントローラに集中させ、システムごとに複数のインスタンスで発生する各LEDパッド内に含まれるメモリを最小限に抑えることが有益です。 Non-volatile memory 334b includes electrically erasable programmable random access memory (E 2 PROM) or "flash" memory, which can be fully or partially integrated within pad μC339. It is preferred to use non-volatile memory 334b (NV-RAM indicator) to retain firmware that does not change frequently, along with pad identification data, ie manufacturing data including LED pad ID registers, and manufacturing related LED configuration data. An operating system for LED pads called LightPadOS in this specification. 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). To reduce overall memory costs, focus memory, especially non-volatile memory, on a PBT controller with only one device to minimize the memory contained in each LED pad that occurs in multiple instances per system. It is beneficial to limit it.
動作中、PBTコントローラ131のタッチスクリーンLCD133に入力されたユーザコマンドは、メインMPU134によって解釈され、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通信インターフェース135を介して転送します。USBケーブル136を介してインテリジェントLEDパッド337内の通信インターフェース338に接続します。処理ファイルは、転送されると、一時的に揮発性メモリ338aに記憶されます。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、2つの異なるクロック周波数、具体的にはそれぞれΦsysとΦpadで非同期動作する。 During operation, the user commands input to the touch screen LCD 133 of the PBT controller 131 are interpreted by the main MPU 134, and the main MPU 134 accordingly acquires the processing files stored in the non-volatile memory 128 and obtains these files. Transfer via USB communication interface 135. Connect to the communication interface 338 in the intelligent LED pad 337 via the USB cable 136. When the processing file is transferred, it is temporarily stored in the volatile memory 338a. The pad μC339 operates according to the LightPadOS operating system stored in the non-volatile memory 334b, then interprets the process stored in the 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, two different clock frequencies, specifically asynchronous operation at [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.
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。 FIG. 14, which includes a distributed PBT system with two or more microcontrollers or the "brain" of a computer, shows either an all-in-one pad or an active PBT controller that drives a passive LED pad, which would otherwise typically have an integrated controller. Represents a basic architectural change of the including PBT system. We know that the PBT controller may optionally include application programs running 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。オープンシステムの実装またはOSI表現を使用して、PBTコントローラ120は、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を含む通信スタック147が含まれている。PBTコントローラ120内では、アプリケーションレイヤ-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ユーザが称賛する命令は、レイヤ2のデータリンク層に渡され、PHYレイヤ1と共に、USB差動信号332を使用して、USBプロトコルを使用してインテリジェントLEDパッド123内の通信スタックの148の対応するPHYレイヤ1と通信します。したがって、電気信号はレイヤ1通信を構成しますが、USBのデータ構造は、PBTコントローラとインテリジェントLEDパッドがレイヤ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. Using an open system implementation or OSI representation, the PBT controller 120 includes a communication stack 147 that includes an application layer 7, a data link layer 2, and a physical layer 1. Within the PBT controller 120, application layer-7 is implemented using a customized operating system for photobiomodulation called LightOS herein. The instructions praised by the LightOS user are passed to the data link layer of layer 2, using the USB differential signal 332 with the PHY layer 1 of the communication stack 148 in the intelligent LED pad 123 using the USB protocol. Communicates with the corresponding PHY layer 1. 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 arranged in time as USB data "frames". Works with. When the communication stack 148 receives a USB packet, the information is transferred to application layer 7 executed by the LED pad resident operating system, which is 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、および任意の層のプロトコルが重要です。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 top two operating systems LightOS and LightPadOS use the same encryption and security methods. It is important that it is developed in parallel and that any layer of protocol is used. 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様にするには、PBTのコントローラは、最初にLEDパッドが実際にメーカー承認のシステム検証済みコンポーネントであるかどうかを確立する必要があります。「認証」と呼ばれるこの試験は、図16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で示されます。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+とD-ピンが短絡されているかチェックします。これらのデータピンが短絡した場合、USB規格によれば、周辺装置はLEDパッドではなく電源であり、システムは接続を拒否し、認証を終了し、LightOS周辺機器が有効なコンポーネントではないことを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。 In order for the two components to initiate communication and perform tasks, the PBT controller must first establish whether the LED pad is actually a manufacturer-approved system-verified component. This test, called "certification," is shown in the flowchart of FIG. One is shown in two parallel sequences that occur in the LightOS that acts as the "host" and the other that occurs in the LightPadOS that acts as the "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 (reject if it is power) used to determine if the client is power, the PBT controller performs check 158 and the USBD + and D-pins are shorted. Check if. If these data pins are short-circuited, according to the USB standard, the peripheral is the power supply, not the LED pad, the system refuses the connection, terminates the authentication, and the user states that the LightOS peripheral is not a valid component. Notify to. 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。通信データレートが確立されると、対称認証プロセス154a及び154bが開始される。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。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 processes 154a and 154b are 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 specific 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). If authentication fails, the host LightOS notifies the user that the LED pad is not approved for use in the system and instructs the user 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。つまり、認定メーカーによって製造されたものです。たとえば、PBTコントローラ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. That is, it is manufactured by a certified 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 verification 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への接続が「許可」されています。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 is "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、モータドライバ、高出力のクラス−IIIおよびクラスIVレーザなど、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システムにとは関係のない潜在的な危険があります。 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 accidental for devices that are 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 against connections. There are potential hazards 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に接続されていないPBTコントローラの動作では、PBTコントローラは動的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。独自の動的IPアドレスと独自の動的ポートアドレスで対応します。分散PBTシステムがルータ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. .. In the operation of a PBT controller that is not connected to the Internet or other local area network, the PBT controller generates a dynamic IP address and a dynamic port address, and the intelligent LED pad broadcasts the address to other networked devices that respond. increase. It corresponds with a unique dynamic IP address and a unique dynamic port address. If the 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において、LightPadOSはLEDパッド123の構成レジスタ145内の情報をPBTコントローラ120に中継することにより応答する。構成ファイルには、LEDアレイの詳細な説明が含マレているだけでなく、アレイのLEDストリングに電力を供給するために必要な最大、最小、およびターゲット電圧に関するメーカーの使用も指定されています。構成ファイルには、LEDの駆動に必要な最小電流も指定されています。出力に複数のパッドが接続されている場合、LightOSの勧誘は、接続されている全てのLEDパッドから同じ情報を受信します。つまり、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 LightPadOS responds by relaying the information in the configuration register 145 of the LED pad 123 to the PBT controller 120. The configuration file not only contains a detailed description of the LED array, but also specifies the manufacturer's use of the maximum, minimum, and target voltages required to power the LED strings in the array. The configuration file also specifies the minimum current required to drive the LED. If multiple pads are connected to the output, the LightOS solicitation will receive the same information from all the connected LED pads. That is, it analyzes the entire network of connected devices.
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を使用するPBTコントローラでは、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ありませんが、電力が制限された低コストの消費者向けPBT装置設計をサポートするために現在のチェックが含まれています)。 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. For PBT controllers that use a high voltage power supply with a fixed output voltage + V, the LightOS operating system ensures that this voltage is within the specified voltage range for each LED pad from V min to V max. 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, but at a low cost with limited power). Current checks are included to support consumer PBT equipment design).
ステップ156aにおいて、電源の出力が、接続されている全てのLEDパッドの動作範囲、つまりVmin≦+VLED≦Vmaxを満たしている場合、PBTコントローラ120は高電圧源+VLEDを有効にします。オプションとしてステップ156bにおいて、PBTコントローラ120は、不揮発性メモリ334bに記憶される選択された供給電圧をLEDパッド123に通知し、LEDパッドに供給された最後の電源電圧の最後の文書化することができる(品質問題や検査する際に役立ちます)。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。ターゲット電圧が一致しない場合、LightOSオペレーティングシステムは、報告された様々なターゲット電圧の妥協点として+VLEDの電圧を選択します。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。 In step 156a, the PBT controller 120 enables the high voltage source + VLED if the output of the power supply meets the operating range of all connected LED pads, that is, V min ≤ + V LED ≤ V max. Optionally, in step 156b, the PBT controller 120 may notify the LED pad 123 of the selected supply voltage stored in the non-volatile memory 334b and document the last supply voltage supplied to the LED pad. Yes (useful for quality issues and inspections). 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. If the target voltages do not match, the LightOS operating system chooses the + VLED voltage as a compromise between the various reported target 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 + VLED 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求める必要があります。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。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、特定のユニットの製造履歴または血統の説明にリンクされた製造コード、USFDA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[https://accessgudid.nlm.nih.gov/about−gudid]、および該当する場合は関連する510(k)番号。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 needs to ask for 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. This data includes the manufacturer's part number, manufacturer's name, unit serial number, manufacturing code linked to the manufacturing history or pedigree description of a particular unit, and the USFDA-designated Global Unique Device Identification Database (GUDID) number [https. : // accessguide. nlm. nih. gov / about-gudid], and the associated 510 (k) number, if applicable. 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. 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。ユーザのUI/UX、つまりPBTコントローラ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。LEDコントローラ回路160および電流シンク161a〜161cを備えたLEDドライバ335を含むLEDパッドの一部を示す図19の概略図を参照すると、それにより、
・文字列#1 LED構成レジスタ145は、電流ILED1を運ぶ電流シンク161aによって駆動される波長λ1=810nmの6つの直列接続された近赤外線LEDを含むストリング162aを説明している。
・文字列#2 LED構成レジスタ145は、電流ILED2を運ぶ電流シンク161bによって駆動される波長λ2=635nmの4つの直列接続された赤色LEDを含むストリング163aを説明している。
・文字列#3 LED構成レジスタ145は、電流ILED2を運ぶ電流シンク161cによって駆動される波長λ3=450nmの4つの直列接続された青色LEDを含むストリング164aを説明している。
・文字列#4 LED構成レジスタ145は、電流ILED4=ILED1を運ぶ電流シンク161aによって駆動される波長λ1=810nmの6つの直列接続された近赤外線LEDを含むストリング164bを説明している。
・文字列#5 LED構成レジスタ145は、電流ILED5=ILED2を運ぶ電流シンク161bによって駆動される波長λ2=635nmの4つの直列接続された赤色LEDを含むストリング164bを説明している。
・文字列#6 LED構成レジスタ145は、電流ILED6=ILED3を運ぶ電流シンク161bによって駆動される波長λ3=450nmの4つの直列接続された青色LEDを含むストリング164bを説明している。
The LED configuration register 145 is essentially a tabular description of the LED pad schematic. Referencing the schematic of FIG. 19, which shows a portion of an LED pad comprising an LED driver 335 with an LED controller circuit 160 and current sinks 161a-161c, thereby.
The string # 1 LED configuration register 145 describes a string 162a containing six series-connected near-infrared LEDs with a wavelength of λ 1 = 810 nm driven by a current sink 161a carrying the current I LED1.
The string # 2 LED configuration register 145 describes a string 163a containing four series connected red LEDs with a wavelength of λ 2 = 635 nm driven by a current sink 161b carrying the current I LED 2.
The string # 3 LED configuration register 145 describes a string 164a containing four series connected blue LEDs with a wavelength of λ 3 = 450 nm driven by a current sink 161c carrying the current I LED 2.
The string # 4 LED configuration register 145 describes a string 164b containing six series-connected near-infrared LEDs with a wavelength of λ 1 = 810 nm driven by a current sink 161a carrying the current I LED4 = I LED1. ..
The string # 5 LED configuration register 145 describes a string 164b containing four series connected red LEDs with a wavelength of λ 2 = 635 nm driven by a current sink 161b carrying the current I LED5 = I LED2.
The string # 6 LED configuration register 145 describes a string 164b containing four series connected blue LEDs with a wavelength of λ 3 = 450 nm driven by a current sink 161b carrying the current I LED6 = I LED3.
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。LEDを適切に動作させるには、電源電圧+VLEDがLEDパッドの最小電圧仕様Vminを超えて均一な照明を保証する必要がありますが、過度の電圧や熱による損傷を避けるために、電源電圧は指定された最大電圧Vminを超えない様にする必要があります。言い換えると、LEDパッドに電力を供給するために許容できる供給電圧の値は、基準Vmin<+VLED≦Vminを満たす必要があります。LED構成レジスタ145に保存されているメーカー指定のVmin値は、統計的にLEDパッド内のLEDの最高電圧ストリングを超えて、Vmin<+VLEDの基準が維持される限りパッドの最高電圧ストリングを保証する必要があります。動作中も完全に点灯します。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(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. To LED the proper operation, but should the supply voltage + VLED to ensure uniform illumination exceeds the minimum voltage specifications V min of the LED pads, in order to avoid damage due to excessive voltage or heat, the power supply voltage It is necessary not to exceed the specified maximum voltage V min. In other words, the value of the supply voltage that can be tolerated to power the LED pad must meet the reference V min <+ VLED ≤ V min. The manufacturer-specified V min value stored in the LED configuration register 145 statistically exceeds the maximum voltage string of the LED in the LED pad and sets the maximum voltage string of the pad as long as the V min <+ VLED reference is maintained. Must be guaranteed. It lights up completely even during operation. 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ストリングは、m個の直列接続されたLEDで構成され、各LEDには独自の順方向伝導電圧Vfxがあり、xは1からmまで変化し、ストリング電圧の合計はこれらの個々のLED電圧ΣVfxの合計です。最高電圧は、より高い電圧の直列接続されたLEDの数が少ないストリングで発生する可能性があります。または、より低い順方向電圧LEDの数が多いストリングで発生する可能性があります。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 the design and stochastic voltage fluctuations in LED manufacturing. Each LED string consists of m series of LEDs, each LED has its own forward conduction voltage Vfx , x varies from 1 to m, and the sum of the string voltages is for each of these individually. It is the total of LED voltage ΣV fx. The maximum voltage can occur in strings with a small number of LEDs connected in series with a higher voltage. Or it can occur in strings with a large number of lower forward voltage LEDs. 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、電源装置は特定の色(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%の仮定を使用して最大電流を計算できます。連続操作で伝導LEDのピーク電流は、最悪の場合、ストリング当たり30mAを超えません。つまり、ILED≦30mAです。この最悪の場合の仮定を使用すると、n=30、ストリングの2/3が一度に点灯し、ILED≦30mAのパッドには、Imin=30(2/3)・(30mA)=600mAの値が必要になります。 Although less accurate, the power supply must be able to supply 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. You can calculate the maximum current. In the worst case, the peak current of the conduction LED does not exceed 30mA per string in continuous operation. In other words, I LED ≤ 30mA. Using this worst-case assumption, n = 30, two-thirds of the strings light up at once, and a pad with I LED ≤ 30 mA has I min = 30 (2/3) · (30 mA) = 600 mA. You will need the value.
LED構成レジスタ145で指定されたImin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、Imin=2Imin(1+δ)=1,500mA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を含みます。チャネルごとに異なる比率を使用する場合には、それに応じてテーブルを変更して、α1、α2、α3...を含めることができます。これにより、ILED1=α1Iref1、ILED2=α2Iref2などになります。 The I min value specified in the LED configuration register 145 is not a description of the maximum current flowing through the LED, but a description of the maximum safety current at the 50% duty factor of the pad's conductive trace. 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 min = 2I min (1 + δ) = 1,500mA. The configuration register 145 also contains the 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. If you want to use different ratios for each channel, change the table accordingly to α 1 , α 2 , α 3 . .. .. Can be included. As a result, I LED1 = α 1 I ref1 , I LED2 = α 2 I ref2 , and so on.
再び図19を参照、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の電流を伝導します。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)、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:「電流源」および「電流シンク」という用語は、その大きさが構成要素の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」)構成要素を指すものとして当技術分野でよく知られている。) See FIG. 19 again, the current I LED1 in each NIRLED string is controlled by a dedicated series-connected current sink 161a and conducts the on-state current in proportion to Iref1. 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 can be 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". (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" provide or receive a component whose magnitude is relatively unaffected by the magnitude of the voltage across the component ("sink"). It is well known in the art as a reference.)
図20Bは、NチャネルMOSFET167のゲートを駆動する電流感知および制御要素166を示す理想化された電流シンク161aのブロック図表を示す。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、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、Nチャネル電流ミラーMOSFET168a及び168bが電流ILEDを感知する、記載された低電流シンクの1つの実装を示す。MOSFET168bのゲート幅とMOSFET168aのゲート幅の比βは1未満です。つまり、カレントミラーMOSFET168bの電流が、カレントミラーMOSFET168a(ILED)の負荷電流のごく一部ですが、正解な比率であることを意味します。この測定された電流は、ゲート幅Wpが一致する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され、センス電流をグランド基準電流から大きβILEDの5V電源基準電流に変換します。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、閉ループフィードバックパスを形成する。動作中、相互コンダクタンスのゲインGmにより、ゲートバイアスVが発生し、エラー信号ΔIerrがゼロになり、Iref=βILEDが強制あれます。便宜上、β=1/αを再定義します。これにより、電流源の伝達関数をILED=αIrefとして表現することができ。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. 20B shows a block diagram of the idealized current sink 161a showing the current sensing and control element 166 driving the gate of the N-channel MOSFET 167. The MOSFET (or bipolar junction transistor) maintains the 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 one implementation of the described low current sink in which the N-channel current mirror MOSFETs 168a and 168b sense the current I LED. The ratio β of the gate width of MOSFET168b to the gate width of MOSFET168a is less than 1. In other words, the current of the current mirror MOSFET 168b is a small part of the load current of the current mirror MOSFET 168a (I LED ), but it means that the ratio is correct. This measured current is reflected by a unity current mirror containing P-channel MOSFETs 169a and 169b with matching gate widths Wp, converting the sense current from the ground reference current to the 5V power supply reference current for the large βI LED. The differential "error" signal ΔI err , which includes the difference between the I ref and the βI LED, is then amplified by the transconductance amplifier 170 and converted in proportion to the voltage VG to the current control element, ie, the MOSFET 167. It is fed to the gate and forms a closed loop feedback path. During operation, the gain Gm of the transconductance causes a gate bias V, the error signal ΔI err becomes zero, and the I ref = βI LED is forcibly turned on. For convenience, redefine β = 1 / α. As a result, the transfer function of the current source can be expressed 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、有効な信号Enが高い時、インバータ171の出力は地上にあり、PチャネルMOSFETトランスミッションゲート172をオンにし、NチャネルMOSFET173をオフにする。Pチャネルは接地されたゲートを有するので、完全にオンの状態、すなわちその線形領域にバイアスされ、抵抗器のように振る舞い、アナログ電圧VGを相互コンダクタンス増幅器170の出力からNチャネル電流シンク167のゲートに渡します。逆に、イネーブル信号Enがロー(デジタル0)の場合、Pチャネル伝送ゲートMOSFET172に接続されたインバータ171の出力は5Vにバイアスされ、Pチャネルはオフにされ、Nチャネル電流シンクMOSFET167のゲートを相互コンダクタンス増幅器170の出力から切り離す。同時に、NチャネルMOSFET172がオンになり、電流シンクMOSFET167のゲートをグランドに引き、電流シンクMOSFET167をオフにします。つまり、ILED=0です。結論、図20Cの回路は、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(Enデジタル=1)、電流シンクは導通し、制御荒れた電流を流しますILED=αIref。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。 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 the valid signal En is high, the output of the inverter 171 is on the ground, turning on the P-channel MOSFET transmission gate 172 and turning off the N-channel MOSFET 173. Since the P-channel has a grounded gate, it is fully on, biased to its linear region, behaves like a resistor, and the analog voltage VG is sent from the output of the transconductance amplifier 170 to the gate of the N-channel current sink 167. Pass to. Conversely, when the enable signal En is low (digital 0), 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 gates of the N-channel current sink MOSFET 167 are transconducted. Disconnect from the output of the conductance amplifier 170. At the same time, the N-channel MOSFET 172 is turned on, pulling the gate of the current sink MOSFET 167 to ground and turning off the current sink MOSFET 167. That is, I LED = 0. In conclusion, the circuit in Figure 20C represents one circuit for implementing a switch controlled current sink. When the current sink is enabled (En digital = 1), the current sink conducts and carries a controlled rough current 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、説明された定電流源の1つの実装を示し、ここで、Pチャネル電流ミラーMOSFET204aおよび204bは、負荷電流ILEDを感知する。MOSFET204bのゲート幅とMOSFET204aのゲート幅の比率はβです。ここでβ<1は、ミラーMOSFET204bの電流がLED負荷電流のごく一部ですが、正確な比率であることを意味します。次に、大きさβILEDの+VLED高電圧供給基準電流を表すこの測定電流は、差動トランスコンダクタンス増幅器206に入力され、基準電流Irefと比較され、電流は、+VLED高電圧供給レールにもミラーリングされる。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206によって増幅され、比例して電圧−VGに変換され、電流制御要素、Pチャネル電流源MOSFET203のゲートに供給され、閉ループフィードバックパス。動作中、相互コンダクタンス増幅器206の利得Gmは、そのエラー信号ΔIerrをゼロに駆動するゲートバイアス−VGをもたらし、それにより、Iref=βILEDを強制する。便宜上、β=1/αを再定義します。これにより、電流源の伝達関数をILED=αIrefとして表すことができます。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 described, where the P-channel current mirrors MOSFETs 204a and 204b sense the load current I LED. The ratio of the gate width of MOSFET204b to the gate width of MOSFET204a is β. Here, β <1 means that the current of the mirror MOSFET 204b is a small part of the LED load current, but it is an accurate ratio. This measured current, which represents the + VLED high voltage supply reference current of magnitude βI LED , is then input to the differential transconductance amplifier 206 and compared to the reference current I ref, and the current is also mirrored to the + VLED high voltage supply rail. Will be done. The differential "error" signal ΔI err , which includes the difference between the I ref and the βI LED, is then amplified by the transconductance amplifier 206 and proportionally converted to voltage-VG, the current control element, the P-channel current. A closed-loop feedback path fed to the gate of the source MOSFET 203. In operation, the gain Gm of the transconductance amplifier 206, results in the gate bias -VG for driving the error signal [Delta] I err to zero, thereby forcing the I ref = βI LED. For convenience, redefine β = 1 / α. This allows the transfer function of the current source to be expressed 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.
示されるスイッチド電流源の実装では、デジタルインバータ211aおよび211b、ならびにPチャネルMOSFET207および+VLED接続されたPチャネルMOSFET208を含むアナログ送信ゲートは、En入力のデジタルイネーブル機能を実行し、Pチャネル電流源MOSFET203のゲートを制御する。具体的に、イネーブル信号Enがハイのとき、インバータ211aの出力は地面にあり、インバータ211bの出力は5Vであり、高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210aをオンにし、高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210bをオフにする。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MOSFET207のゲートはグランド近くにバイアスされているため、デバイスは線形領域で動作します。つまり、完全にオンになり、抵抗のように動作し、相互コンダクタンス増幅器206の出力からのアナログ電圧-VGをPチャネル電流源MOSFET203のゲートに渡します。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。したがって、Pチャネル電流源MOSFET203がオンのときはいつでも、PチャネルプルアップMOSFET208はオフであり、PチャネルMOSFET電流源203のゲート電圧に影響を与えません。 In the switched current source implementation shown, the analog transmit gate, including the digital inverters 211a and 211b, as well as the P-channel MOSFET 207 and the P-channel MOSFET 208 connected with + VLED, performs the digital enable function of the En input and the P-channel current source MOSFET 203. Control the gate of. Specifically, when the enable signal En is high, the output of the inverter 211a is on the ground, the output of the inverter 211b is 5V, the high voltage level shift N channel MOSFET 210a is turned on, and the high voltage level shift N channel MOSFET 210b is turned off. To. 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. The gate of the P-channel MOSFET 207 is biased near ground, so the device operates in the linear region. That is, it turns on completely, acts like a resistor, and passes the analog voltage-VG from the output of the transconductance amplifier 206 to the gate of the P-channel current source MOSFET 203. 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 + VLEDs, and transistors are off. .. Therefore, whenever the P-channel current source MOSFET 203 is on, the P-channel pull-up MOSFET 208 is off and does not affect the gate voltage of the P-channel MOSFET current source 203.
逆に、有効信号Enがロー(デジタル0)のとき、インバータ211b出力は高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210aをオフにするグランドにバイアスされる。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場合(Enデジタル=1)、電流シンクは導通し制御された電流ILED=αIrefを流します。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 active signal En is low (digital 0), the inverter 211b output is biased to ground, which turns off the high voltage level shift N-channel MOSFET 210a. 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 + VLED, 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, a current is passed through the resistor 209b, and the gate of the P-channel pull-up MOSFET 208 is pulled. 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 + VLED, which biases the current source off, and I LED = 0. In conclusion, the circuit in Figure 22C represents one circuit for implementing a switch controlled current source. When the current sink is enabled (En digital = 1), the current sink conducts and conducts a controlled current I LED = αI ref . If the current sink is disabled (En digital = 0), the current sink is off and the I LED = 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, MOSFETs with high off-state drain-source blocking capabilities, especially P-channel currents that need to conduct a controlled current while maintaining a high voltage. It requires a source MOSFET 203, a 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、スイッチ電流源を達成するための別の方法示している。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、理想的な電流源の実現には、電流感知および制御回路202および高電圧Pチャネル電流源MOSFET203が含まれることを示す。「ローサイドスイッチド」電流源の回路実装は、図22Cの完全に統合されたスイッチド電流源のそれよりもかなり単純である。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。 FIG. 23A shows another method for achieving a switch 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, shows that realization of an ideal current source includes a current sensing and control circuit 202 and a high voltage P-channel current source MOSFET 203. The circuit implementation of a "low-side switched" current source is considerably simpler than that of the fully integrated switched current source of 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 low voltage gate drive inverters 221a and 211b.
図22Cおよび図23Cの両方の高電圧電流源回路において、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、NチャネルMOSFET213bによってミラーリングされた電流基準入力Irefを備えたしきい値接続されたNチャネルMOSFET213aによって表され、電流シンク基準電流−Irefを生成して+VLED基準Pチャネル電流ミラーMOSFET205bに電力を供給します。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−サイドスイッチド電流シンクは、図20Cに示される完全に統合されたスイッチド電流シンクに勝る特別な利点を持たないため、このアプリケーションでは説明していません。 In both the high voltage current source circuits of 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 represented by a threshold-connected N-channel MOSFET 213a with a current reference input I ref mirrored by the N-channel MOSFET 213b and generates a current sink reference current -I ref to generate a + VLED reference P-channel current mirror MOSFET 205b. Powers to. 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, high-side switched current sinks do not have any special advantages over the fully integrated switched current sinks shown in Figure 20C and are not described 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。抵抗を使用して基準電流をトリミングする一つの方法を図21Aに示します。基準電流Iref0は、抵抗器181と直列に接続されたしきい値接続されたpチャネルMOSFET180aによって決定されます。スレッショルド接続とは、VGS=VDSである2端子デバイスを作成するためにゲートがドレインに接続されたMOSFETを指します。「しきい値」という用語は、デバイスのしきい値電圧Vtpに近い電圧、つまりVGS=VDS〜Vt(〜は近似値を表す。以下同じ)で、ドレイン電流の急激な増加が発生する電圧を表すために使用されます。したがって、PチャネルMOSFET180aの電流は約Iref0 〜(5V−Vtp)/R0です。この基準電流は、共有ゲート接続によって同じ構造およびゲート幅の他のMOSFET180b〜180eにミラーリングされ、複数の整合した基準電流Iref1、Iref2、Iref3、Iref4などを生成します。ゲート幅WのWp0=Wp1=Wp2=Wp3=Wp4などの不一致は、集積回路抵抗器181の比較の抵抗R0の変動性と比較して、変動制の重要な原因ではない。製造上の差異を修正するために回路を電子的にトリミングするため、Iref抵抗器トリム回路182は、対応する抵抗器R1、R2・・・Rnを有するスイッチド抵抗器185a、185b...185nのアレイ含み、NチャネルMOSFET184a、184b...184nがそれかどうかに応じて抵抗181と電気的に接続することができる(またはしない)。ゲートドライバ185a、185b...185nによってそれぞれ導通状態にバイアスされます。起動されたトランジスタごとに、対応する抵抗が抵抗181と並列に配置され、実効抵抗R0が減少し、電流Iref0の大きさが増加します。このようなトリミング方法は、抵抗を一方向にトリミングし、電流を増やすことです。つまり、初期値が最大の抵抗と最小の電流になります。製造において、LED電流が測定され、調整レジスタ186の内容が不揮発性メモリに書き込まれる目標電流に達するまで、デジタル値較正レジスタ186を変更することによって、トリムMOSFETがオンオフされる組み合わせが調整されます。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. Figure 21A shows one way to trim the reference current using a resistor. The reference current I ref0 is determined by the threshold-connected p-channel MOSFET 180a connected in series with the resistor 181. A threshold connection is a MOSFET with a gate connected to the drain to create a 2-terminal device with VGS = VDS. The term "threshold" is a voltage close to the device threshold voltage V tp , that is, VGS = VDS ~ Vt (~ represents an approximate value; the same applies hereinafter), and a voltage at which a rapid increase in drain current occurs. Is used to represent. Therefore, the current of the P-channel MOSFET 180a is about I ref 0 to (5V-V tp ) / R 0 . This reference current is mirrored to other MOSFETs 180b-180e with the same structure and gate width by a shared gate connection to produce multiple matched reference currents I ref1 , I ref2 , I ref3, I ref4, and so on. Mismatches such as W p0 = W p1 = W p2 = W p3 = W p4 of the gate width W are not an important cause of the volatility compared to the volatility of the resistor R 0 in the integrated circuit resistor 181 comparison. .. To electronically trim the circuit to correct for manufacturing differences, the Iref resistor trim circuit 182 is a switched resistor 185a, 185b with the corresponding resistors R 1 , R 2 ... R n. ... including an array of 185n, N-channel MOSFETs 184a, 184b ... 184n can (or not) be electrically connected to the resistor 181 depending on whether it is. The gate drivers 185a, 185b ... 185n bias each to the conduction state. 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、参照電流を生成します。バンドギャップ電圧は、直列抵抗によって電流に変換され、ゲート幅Wnのしきい値接続カレントミラーNチャネルMOSFET192aによってミラーリングされ、ゲート幅γWnのMOSFET192bをミラーリングして、基準電流Iref0を生成します。バンドギャップ電圧基準190の温度依存出力電圧Vbandgap(T)は、抵抗器191の温度変化を大幅に相殺するように設計することができ、それにより、γ[Vbandgap(T)/R0(T)]=Iref0であり、Iref0は温度に対して一定になります。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します。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により制御されます。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、目標電流に到達するまで、調整レジスタ186の内容が不揮発性に書き込まれ、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ます。 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 an output V bandgap produces a reference current. The bandgap voltage is converted into a current by a series resistor, mirrored by a threshold connection current mirror N-channel MOSFET192a with a gate width of Wn, and mirrored with a MOSFET192b with a gate width of γWn to generate a reference current I ref0. 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, thereby γ [V bandgap (T) / R 0 (T). T)] = I ref0 , and I ref0 is constant with respect to temperature. Trimming is performed by threshold-connected MOSFETs 193a, 193b. .. .. It is generated by changing the effective gate width of the P-channel MOSFET 180a by arranging an arbitrary number of 193n in parallel. W px1 having respective gate widths W, W px2 ... W pxn the P-channel in accordance with an on-off digital MOSFET194a, 194b. .. .. 194n switch, digital inverter 195a, 195b. .. .. It is controlled by 195n. For example, if the MOSFET 194b is turned on by the inverter 195b, the MOSFET 193b is basically in parallel with the P-channel MOSFET 180a and the gate width of the current mirror is larger than 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 LED current is measured and the contents of the adjustment register 186 are written non-volatile until the target current is reached, and the combination of turning the trim MOSFET on and off is adjusted by changing the digital value calibration register 186. increase.
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、製造中にキャリブレーション基準トリムによって達成される精密度が失われるため不利になります。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ビットから24ビットの解像度の範囲ですが、多くのマイクロコントローラで一般的に利用可能な16ビットDACは、1024の組み合わせを生成します。これは必要な波形合成に十分な解像度です。示されているように、D/Aコンバータの出力電圧VDACは、抵抗器191によって電流に変換され、NチャネルMOSFET192aおよび192bによってミラーリングされて、基準電流Iref1を生成するここで、Iref1 〜β[(VDAC-Vtn)/R0]。この基準電流は、スレッショルド接続されたPチャネルMOSFET180aおよび整合MOSFET180b、180c、180d、180eによってミラーリングされ、対応する電流基準出力Iref1,Iref2,Iref3,Iref4などを生成します。D/A変換器197はまた、電圧を生成する代わりにアナログ電流を生成する電流出力D/A変換器を含み得る。このような場合、抵抗器191の値は重要ではなく、排除することさえできる。 Dynamic data, which can be digitally changed by overriding the calibration, adjusts or adjusts the brightness of the LED to dynamically change the reference current and thereby the LED current. Registering 186, however, is disadvantageous because it loses the precision achieved by the calibration reference trim during manufacturing. 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 ranges from 8-bit to 24-bit resolution, but the 16-bit DAC commonly available on many microcontrollers produces 1024 combinations. This is sufficient resolution for the required waveform synthesis. 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 mirrored by the thresholded P-channel MOSFET 180a and matched MOSFETs 180b, 180c, 180d, 180e to produce the corresponding current reference outputs I ref1 , I ref2 , I ref3 , I ref4, etc. 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2認証、レイヤ3およびレイヤ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コントローラがユーザの「開始」コマンドを受信すると、PBT処理は、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6またはアプリケーションレイヤ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 distributed PBT system are established by Layer 2 authentication, Layer 3 and Layer 4 networks and port address assignments, and the LED pad configuration data is exchanged, the distributed 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 treatment is complete or complete. 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
図18に示した様に、すべてのLED駆動回路を組み込むことによって、分散型PBTシステムのPBTコントローラは、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は関係する必要はありません。代わりに、PBTコントローラは、ユーザインターフェー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, as shown in FIG. 18, the PBT controller of a distributed PBT system can control how the pads select a particular LED string, control the LED current, or conduct the LEDs. The method used to pulse or modulate does not need to be relevant. 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。連続して送信される着信命令パケットは、治療の実行よりも先に進んでいる必要がありますそうしないと、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を開始します。次に、ステップ252aにおいて、および時間t1において、LightOSは、第一の治療セグメントをLEDパッドに転送し、その後、ステップ252bにおいて、LightOSは、第1の治療セグメントを実行します。ステップ253aおよび、時間t2において、LightOSは、第2の治療セグメントをLEDパッドに転送し、その後、ステップ253bにおいて、LightPadOSは、第2の治療セグメントを実行する。ステップ254aおよび、時間t3において、LightOSは第3の治療セグメントをLEDパッドに転送し、その後、ステップ254bにおいて、LightPadOSは、第3の治療セグメントを実行する。最後に。ステップ256aにおいて、時間tnにおいて、LightOSは、n番目の治療セグメントをLEDパッドに転送し、その後、ステップ256bにおいて、LightPadOSは、n番目の治療セグメントを実行し、その後、セッション257aおよび257bの両方が終了する。 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 sent in succession must be ahead of the treatment execution, otherwise the treatment will get stuck due to no 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. Next, in step 252a, and at time t 1, LightOS transfers the first therapeutic segment LED pad, then in step 252b, LightOS performs the first treatment segment. Step 253a and, at time t 2, LightOS transfers the second treatment segment LED pad, then in step 253b, LightPadOS executes a second therapeutic segments. Step 254a and, at time t 3, LightOS transfers a third treatment segment LED pad, then in step 254b, LightPadOS executes the third treatment segment. Finally. In step 256a, at time tun, the LightOS transfers the nth treatment segment to the LED pad, after which in step 256b, the LightPadOS performs the nth treatment segment, after which both sessions 257a and 257b finish.
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。治療命令260aの準備は、赤いLEDがオフの間に行われ、サンプルの「ターンオンLED」命令を表す16進コードによって表されるLED命令261から始まる。次に、命令261は、ペイロードとしてUSBパケットに埋め込まれ、ペイロード、命令261をヘッダ262と組み合わせる。次に、ステップ263において、パケットは、PBTコントローラからLEDパッドに送信される。次に、命令261が抽出され、ビット264にデコードされて、どのLEDがオンにされ、どのLEDがオンにされないかを記述する。次に、ビットはLEDレジスタ265にロードされ、赤いLED電流がオフからオンに変化する時間266で実行され、タイマを開始して、すべてのLEDをオフにする次の命令を準備およびロードする。赤い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. Preparation of treatment instruction 260a begins with LED instruction 261 represented by a hexadecimal code representing the sample "turn-on LED" instruction, with the red LED being off. Next, the instruction 261 is embedded in the USB packet as a payload, and the payload and the instruction 261 are combined with the header 262. Next, in step 263, the packet is transmitted from the PBT controller to the LED pad. Next, the instruction 261 is extracted and decoded into bits 264 to describe which LEDs are turned on and which LEDs are not turned on. The bits are then loaded into the LED register 265 and executed at a time of 266 when the red LED current changes from off to on, starting the timer and preparing and loading the next instruction to turn off all LEDs. The switching of the red LEDs is shown in the graph at the bottom of FIG. 25 by the off-to-on transition 267a and the on-off transition 267b.
ストリーミング命令の実行は、ジャストインタイム(JIT)シーケンシャル転送方式と転送先シフト方式の2つの手法を使用して実行できます。図26Aに示されるJITシーケンシャル転送方法では、PBTコントローラからインテリジェントLEDパッドに送信されるシリアルパケットデータストリーム272は、復号テーブル271に従ってデコーダ270によって解釈され、カラーシフトレジスタ279aへの2つの出力およびタイムシフトをもたらす。それぞれ279bを登録します。各連続間隔には、間隔のオンとオフ時間が含まれます。経過時間は、シフトレジスタが順次進むにつれて、一度に1間隔ずつ計算されます。たとえば、t5=t4+(ton4+toff4)です。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。データフレーム277内の対応するカラーシフトレジスタは、どのLEDがLEDドライバ278によって照明されるかを指定する。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、青い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、赤いパルス275a、青いパルス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、シフトレジスタは可変速度で進み、tonとtoffの値に基づいて速度を上下します。 Streaming instructions can be executed using two methods: just-in-time (JIT) sequential transfer method and transfer destination shift method. In the JIT sequential transfer method shown in FIG. 26A, the serial packet data stream 272 transmitted from the PBT controller to the intelligent LED pad is interpreted by the decoder 270 according to the decoding table 271 and has two outputs to the color shift register 279a and a time shift. Bring. Register 279b each. Each continuous interval includes the interval on and off times. 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. The corresponding color shift register in the data frame 277 specifies which LED is illuminated by the LED driver 278. For example, the register [| blue | red NIR1 | NIR2] drives only 1000 with bit string 0100 in red, turns on only the blue LED, and 0011 drives both the NIR1 and NIR2 LEDs. The resulting light output includes both red pulse 275a, blue pulse 275b, NIR1 pulse 275c, and NIR2 pulse 275d, as well as simultaneous NIR1 and NIR2 pulse 275e. In this method, the shift register advances at a variable speed and increases or decreases the speed based on the ton and tooff values.
図26Bに示される転送先シフト法では、デコーダ270は、固定レートクロックに対してクロックされる赤、青、NIR1、およびNIR2LEDを駆動するための4つの別個のビットストリング275a、275b、275c、および275dを同時に出力する。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。 In the destination shift method shown in FIG. 26B, the decoder 270 has four separate bit strings 275a, 275b, 275c, and four separate bit strings for driving the red, blue, NIR1, and NIR2 LEDs clocked against a fixed rate clock. 275d is output at the same time. The on-state bits are repeated throughout the on duration to extend the duration of the LED lighting. In the transfer destination shift method, the file containing the lighting pattern is transferred to the LED pad and decoded before LED playback.
図26Cは、JITシーケンシャル転送方式と転送先シフト方式を対比しています。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指定された間隔でそれらを駆動するが、転送先シフト方式では、転送は連続して4ビットシーケンスにデコードされ、保存されてからメモリから順番に再生されます。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。 Figure 26C compares the JIT sequential transfer method with the transfer destination shift method. The JIT method decodes the four LED color registers 279 and drives them at specified intervals until the color registers change, while in the transfer destination shift method the transfer is continuously decoded into a 4-bit sequence and stored. After that, it is played in order from the 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には二つの並列操作が含まれます。一つはPBTコントローラホスト内のLightOSオペレーティングシステムによって実行され、もう一つはLEDパッドクライアント内のLightPadOSによって実行されます。示されているように、転送プログラムをファイルした後、実行はPBTコントローラの介入なしにLEDパッド内で自律的に行にわれます。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ます。LEDのパッドはステップ302でファイル転送わ受信し、次にステップ303でファイルを解凍し、ヘッダー、チェックサムビットなどのファイルのレイヤ2MACデータを取り除きます。ペイロードデータを抽出し、スタティックRAMなどの揮発性メモリにロードします。このプロセスは、図28のグラフで示されています。ここで、着信USBパケット310は、USBなどの物理メディアを介してインテリジェントLEDパッド337の通信インターフェース338に送信されます。受信すると、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減圧またはファイルフォーマットを作成します。その後、実行可能コード313は、揮発性メモリ334aに格納されます。実行可能コード313は、LEDパッドのオペレーティングシステム以外の他のファイルやサブルーチンを必要とせずに、LightPadOSオペレーティングシステムの上で実行するのに十分であり、単一の治療またはPBTセッション全体のいずれかで、PBT療法で使用されるアルゴリズム314のハードコードされたデータを含む。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. This operation, shown in the flowchart of FIG. 27, involves two parallel operations. One is run by the LightOS operating system in the PBT controller host and the other is run by LightPadOS in the LED pad client. As shown, after the transfer program is filed, the execution is done autonomously in the LED pad without the intervention of the PBT controller. 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 receives the file transfer in step 302, then decompresses the file in step 303 to remove the layer 2 MAC data of the file such as headers and checksum bits. Extracts payload data and loads it into volatile memory such as static RAM. This process is shown in the graph in Figure 28. Here, the incoming USB packet 310 is transmitted to the communication interface 338 of the intelligent LED pad 337 via a physical medium such as USB. Upon receipt, the payload 311 is extracted and then unpacked (step 312) to create the decompression or file format required to create executable code 313. After that, the executable code 313 is stored in the volatile memory 334a. Executable code 313 is sufficient to run on the LightPadOS operating system without the need for other files or subroutines other than the LED pad operating system, either in a single treatment or in an entire PBT session. , Includes hard-coded data for algorithm 314 used in PBT therapy. This code can be implemented, for example, in C ++ or other popular programming languages.
図27に戻る、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。治療が進むにつれて、LEDパッドは、時折、そのステータス(ステップ306b)を、時間、温度、または他の関連するプログラムステータス情報を含むホストPBTコントローラに報告し、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に通知し、障害を修正する方法をユーザに通知します。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。 Returning to FIG. 27, when the replay file is unpacked and stored in the RAM in step 303, in step 304b the LightPadOS notifies the host PBT controller that it is ready to start a session. 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. As treatment progresses, the LED pad occasionally reports its status (step 306b) to the host PBT controller, including time, temperature, or other relevant program status information, which the PBT controller displays in step 306a. Can be done. 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て、通常、持続時間は20分で、特定の組織タイプまたは臓器で光生体変調を呼び出すように設計されています。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、「炎症」と呼ばれるPBTセッション315aは、治癒過程の炎症段階を加速する(しかし排除しない)ことによって治癒を促進することを目的としている。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。図29に示される「感染」と題されたセッション315b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。アルゴリズム17を含む治療314bが、炎症および感染セッションの両方で利用されたことにご留意ください。「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 defined as a single treatment procedure, typically 20 minutes in duration, designed to call photobiomodulation in a particular tissue type or organ. In addition, a "session" consists of a series of treatments. As shown in FIG. 29, for example, a treatment protocol 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, PBT session 315a, called "inflammation," aims to promote healing by accelerating (but not eliminating) the inflammatory stages of the healing process. Session 315a comprises a sequence of three steps 314a, 314f, and 314b, each containing algorithms 23, 43, and 17. Session 315b, entitled "Infection" shown in FIG. 29, comprises a sequence of three steps 314c, 314b, and 314g, each containing algorithms 49, 17, and 66. Note that treatment 314b, including Algorithm 17, was utilized in both inflammatory and infected sessions. 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し、次に日和見的にコロニーを形成しようとする二次微生物感染と戦うことにより、一緒にけがプロトコル316を作成します。最後に、炎症が治まり、すべての感染が除去された後、けが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供給を改善することにより、創傷の治癒を促進します。けがプロトコル316は、毎日の治療セッションを採用していませんが、意図的に最初の3つのセッションを5日間に広げます。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によって説明されており、Arndt−Schultz[https://en.wikipedia.org/wiki/Arndt%E2%80%93Schulz_rule]の作業に従って、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です。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;大量に殺します。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ります。 The step sequence of performing sessions for inflammation, infection, and healing first accelerates the inflammatory stages of healing, including fibroblast and collagen scaffolding, cell apoptosis, and phagocytosis, and then optimistically colonies. Together they create the Inflammation Protocol 316 by fighting the secondary microbial infections that they are trying to form. 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 to five days. 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. According to the work of org / wiki / Arndt% E2% 80% 93Schulz_rule], a generalized biphasic dose-response model is described. According to Wikipedia, "There are Arnto-Schultz rules and Schulz's law n is a law concerning the effects of pharmacology at various concentrations observed. It states for all substances: Small amounts stimulate. Moderate doses are suppressed; killing in large quantities. There are many exceptions to pharmacology. For example, when nothing happens with a small amount of drug, the theory has evolved into the corresponding "formesis" of our time. However, the underlying principles are the same, and there are optimal treatments in medicine. Beyond that, the treatment may be less effective or recovery may actually be hindered.
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死に至らす可能性があります。二相モデルを光生体変調に適合させると、グラフ317はPBT状態の疑似3D表現を表し、軸は治療時間を表します。正射影y軸はでPBT処理尺度の電力密度説明W/cm2、及び垂直軸J/cm2またはeV/cm2に有効なエネルギ量を測定する2又は電子ボルトであり、パワーの積および時間と光生体変調の観察された大きさによってスケーリングされ、そうでなければ観察された治療効果です。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が供給されません。言い換えれば、エネルギ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 carcinomas. 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線量をはるかに超えて発生します。ケーススタディ[1]の右側のグラフは、PBTの有効性の用量(フルエンス)依存性が実際に二相性であり、1J/cm2での最小応答、2J/cm2でのピーク応答、10J/cm2での利益の減少、および50J/cm2での抑制を確認しています。抑制とは、PBT治療の影響が何もしないよりも悪かったことを意味します。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 of 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 processing 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 at 2J / cm 2, 10J / reduction of profits in cm 2, and has confirmed the suppression of at 50J / cm 2. Suppression means that the effects of PBT treatment were worse than doing nothing. 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した並列通信スタックは、デバイスのオペレーター、ハッカー、または権限のない開発者には認識されません。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、プレゼンテーションレイヤ6、または操作中のアプリケーションレイヤ7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。 In order 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) are used for parallel communication using a consistent protocol and shared secret. The stack is not visible to device operators, hackers, or unauthorized developers. Therefore, the distributed PBT system operates as a protected communication network, with data link layer 2, network layer 3, transport layer 4 being set up, and session layer 5, presentation layer 6, or application layer 7 being operated. You can perform security at any number of communication layers, including.
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」LED波長、変調パターンと周波数、治療期間、LED強度(明るさ)などの光励起パターンと動作パラメータのシーケンスを定義し、瞬間電力、平均電力、治療線量(総エネルギ)、そして最終的には治療効果を決定します。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ますが、LightOSおよびLightPadOSでは、PBTコントローラ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の通信スタックに「プレゼンテーション」のレイヤ−5を含めることで、セキュリティのレベルを高めることができます。 As disclosed, "treatment is a session, and protocol" defines a sequence of photoexcitation patterns and operating parameters such as LED wavelength, modulation pattern and frequency, treatment duration, LED intensity (brightness), instantaneous power, average. It determines power, therapeutic dose (total energy), and ultimately 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 in LightOS and LightPadOS, the PBT controller host and the intelligent LED pad client connected to the network are stuck in the communication stack. You can increase the level of security by including Layer-5 of the "Presentation".
プレゼンテーションレイヤは、図31に概略的に表されています。PBTコントローラ120は、アプリケーションレイヤ6、プレゼンテーションレイヤ5、データリンクレイヤ−2、および物理レイヤ1を含むOSI通信スタック330を含む。前に述べたように、PBTコントローラ120では、アプリケーションレイヤ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。動作中、レイヤ6LightOSプログラムの実行により、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が発生します。これらのアクションは、プレゼンテーションレイヤ5で暗号化された後、暗号化された形式、つまり暗号文として下位レベルの通信層に渡されます。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、I2C、FireWire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、物理PHYレイヤ1を介してLEDパッドに通信されます。例えば、PHY層1は、UV差動信号332を使用するUSBプロトコルを使用して、インテリジェントLEDパッド123内に常駐する通信スタック331の対応するPHY層1と通信することができる。したがって、電気信号はレイヤ1通信を構成しますが、USBのデータ構造は、PBTコントローラとインテリジェントLEDパッドがレイヤ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。 The presentation layer is outlined in Figure 31. The PBT controller 120 includes an OSI communication stack 330 that includes application layer 6, presentation layer 5, data link layer-2, and physical layer 1. As mentioned earlier, in PBT controller 120, application layer 6 is implemented using a PBT-specific operating system called LightOS. During operation, the execution of the Layer 6 LightOS program causes an action that requires communication to the intelligent LED pad. These actions are encrypted at Presentation Layer 5 and then passed to the lower level communications layer as an encrypted form, or ciphertext. Specifically, the encrypted text passed to the Layer 2 data link layer is packetized. That is, it is converted into a series of communication packets containing an unencrypted header and an encrypted text payload according to a specific communication protocol such as USB, I2C, FireWire, etc., and communicated to the LED pad via the physical PHY layer 1. For example, the PHY layer 1 can communicate with the corresponding PHY layer 1 of the communication stack 331 resident in the intelligent LED pad 123 using the USB protocol using the UV differential signal 332. 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 arranged in time as USB data "frames". Works with.
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330と331の間の双方向リンクはアプリケーションレイヤ7で仮想マシンとして機能します、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. A bidirectional link between communication stacks 330 and 331 is at application layer 7, provided that the PBT controller's LightOS communicates with the intelligent LED pad operating system LightPadOS and is designed to execute instructions in a self-consistent manner. It acts as a virtual machine, which means that the distributed device behaves 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、通信し、および実行するためのプロセスは、グラフィカルUI341を介して、図32に概略的に表されている。ユーザはライブラリ暗号化アルゴリズム340から治療342を選択する。次に、暗号化されたアルゴリズム17は、暗号文を平文に変換し、暗号化されていない処理344を復元するシステム鍵343を使用して復号化される。暗号化プロセス345において、アルゴリズム17の平文ファイルは、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 encrypted processing is schematically illustrated in FIG. 32 via a graphical UI 341. The user selects treatment 342 from the library encryption algorithm 340. The encrypted algorithm 17 is then decrypted using the system key 343, which converts the ciphertext into plaintext and restores the unencrypted process 344. In the encryption process 345, the plaintext file of algorithm 17 is re-encrypted using the encryption key 346 exchanged with the intelligent LED 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の概略図に示され、グラフィカルUI351を通して、ユーザは、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。そして、暗号化されマージされたアルゴリズムを含む結果として得られる暗号文357は、USBまたは別の適切な通信媒体を使用してパケット化された358および359に送信される。 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 is shown in the schematic of FIG. 33, through the graphical UI 351 the user selects session 352 constructed from a library of encrypted algorithms 340, in this example three encrypted algorithms. include. 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, which includes the encrypted and merged algorithm, is then transmitted to the packetized 358 and 359 using USB or another suitable communication medium.
図34に示すように、LEDパッド337の通信インターフェース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を減圧して、暗号化されたマージアルゴリズム362を抽出します。次に、暗号文は、鍵交換を使用して復号化され、処理アルゴリズム、または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含むプレーンテキストファイル364を抽出する。実行可能コードを含むアルゴリズムまたはマージされた実行可能コード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。ステップ304bで、LightPadOSはホストPBTコントローラにセッションを開始する準備ができている事を通知します。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 communication interface of the LED pad 337 is first processed and the packet header that extracts the payload 360 is removed. Pad μC339 then decompresses 361 to extract the encrypted merge algorithm 362. The ciphertext is then decrypted using key exchange and extracts a plaintext file 364 containing the processing algorithm or, in the case of a session file, the merged algorithm. Algorithm 366 containing executable code or merged executable code 365 in volatile memory 334a. 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. At step 304b, LightPadOS notifies the host PBT controller that it is ready to start a session. 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 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.
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に示されるように、LEDパッド337内の通信インターフェース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、続いて減圧された361、次に、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、LEDパッドがシーケンスファイル302を受信した後、次のステップが単に減圧し、必要に応じてファイル303を減圧するが、それを解凍しないことを除いて、図35に示すバルク復号化プロセスフローのプロセスと同じである。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 communication interface 338 in the LED pad 337 is processed to extract the payload 360, followed by a decompressed 361 and then into the volatile memory 334a. It is stored as 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. This process is bulk decoding shown in FIG. 35, except that after the LED pad receives the sequence file 302, the next step simply decompresses the file 303 and does not decompress it if necessary. It is the same as the process of the process flow. 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パッドプレーヤを備えた分散型PBTシステム Distributed PBT system with LED pad player
LEDドライブ制御用のJITまたは転送先シフトベースのデータストリーミングは、分散PBTシステムのLEDパッドを制御するために使用できますが、より高度なアルゴリズムが必要な場合、PBTコントローラと1つ以上のLEDパッドを接続する通信ネットワークを介したリアルタイムデータの配信が問題になります。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」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プレーヤを保持できます。 JIT or destination shift-based data streaming for LED drive control can be used to control the LED pads of a distributed PBT system, but if more sophisticated algorithms are needed, the PBT controller and one or more LED pads. The problem is the delivery of real-time data over the communication network that connects the LEDs. Even when high-bandwidth communications are available, streaming clock signals or multi-MHz digital data represents suspicious commands and controls, 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, advanced features such as waveform synthesis and sine wave drive can be achieved. 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プレーヤをPBTコントローラから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プレーヤファイル480bを作成することを含みます。次に、この暗号文はインテリジェントLEDパッドに送信され、そこでペイロードが抽出および361の減圧、次に363の復号化、そして揮発性メモリ482に格納されます。ダウンロードされたLEDプレーヤのコンテンツは、波形シンセサイザ483、PWMプレーヤ484、LEDドライバ485を含む。 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 includes transferring the encrypted playback file 480 shown in FIG. 39 from the PBT controller to the intelligent LED pad. .. 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. increase. The ciphertext is then sent to the intelligent LED pad, where the payload is extracted and decompressed 361, then decrypted 363, and stored in volatile memory 482. The downloaded LED player content includes a waveform synthesizer 483, a PWM player 484, and an LED 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483の動作は、波形シンセサイザ483がその入力、波形パラメトリックファイル486をシステムクロックΦsysで変換して、シンセ出力データテーブル489として表される、すなわち、機能テーブルf(t)を含むシンセ波形f(t)を生成することを含む。経過時間tに対してペアになります。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。シンセサイザはハードウェアで実現できますが、最大20kHzの波形、つまりオーディオ範囲内では、ソフトウェアを使用して簡単に実装できます。たとえば、0.5〜1.0ms秒の場合、f(t)=0.6545の値です。プロセスΨP[f(t)]は、関数f(t)をオン時間とオフ時間のPWMパルス列に変換します、ここで、出力は指定された間隔の65.45%のハイ(オン)状態になります0.500−0.827msであり、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 sawtooth waves and play audio samples. Operation of the waveform synthesizer 483, shown in Figure 40, the waveform synthesizer 483 is the input, and converts the waveform parametric file 486 with the system clock [Phi sys, expressed as synth output data table 489, i.e., the function table f (t ) Is included in the generation of the synth waveform f (t). It is paired with respect to the elapsed time 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 ΨP [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, which is a low (off) state of 0.827-1.000ms. 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1.000ΨP[f(t)]。シンボルレートクロックΦsymと呼ばれるPWMクロック周波数は、Φsym=1/TPWMで与えられます。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。次の表は、tx=(x-1)TPWMが各500ミリ秒間隔を開始時間tx(on)とtx(off)に分割する時間間隔を示しています。 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, that is, f (t) = [f (t) unscaled / f (t) max]. .. Otherwise, the waveform will be clipped as follows: Value 1.000ΨP [f (t)] depending on the process. The PWM clock frequency called the symbol rate clock Φ sym 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). The following table shows the time intervals at which t x = (x-1) T PWM divides each 500 ms interval into start times t x (on) and t x (off).
LEDプレーヤにおける第2のプロセスは、図41に示されるPWMプレーヤ機能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、シンセ出力データファイル488を処理して、PWMプレーヤ出力493aおよび493bを生成する。動作中、PWMプレーヤ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。 The second process in the LED player is the PWM player function 484 shown in FIG. 41, which processes the synth output 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. In operation, PWM player 484 generates a pulse width modulation comprising the algebraic product G synth (t) · G pulse (t) (PWM) pulse train 492G 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.
PWMプレーヤ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 PWM player function can be executed in hardware, but it can be easily executed in software. When written in logical pseudocode from the perspective of the fast counter and x (incremented in each loop):
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 sync (t) with the PWM pulse G pulse (t), the waveform of the output 493a is digitized with the same value as the G sync (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. To do. The PWM player 484 can also output an invariant value at a constant time. G sync (t), G pulse (t) = 1.
LEDプレーヤ操作の3番目のステップは、LEDドライバ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483およびPWMプレーヤ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 sync (t) and G pulse (t) generate an output of 497 consisting of αI ref (t), G sync (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483、PWMプレーヤ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。従来技術の方法とは異なり、開示された分散型PBTシステムのLEDドライブは、LEDパッドとは別個の別個の共通のPBTコントローラ内のすべての治療ライブラリおよびPBTシステム制御を有利に維持しながら、完全にLEDパッド内で生成される。波形生成プロセスは、LED内で生成された周波数Φsysのシステムクロックを利用してタスクを実行するため、長いラインに高速クロックを分散させる必要がありません。PWMプレーヤ484およびLEDドライバ485と波形シンセサイザ483との同期を保証するために、システムクロックΦsysは、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、基準クロックΦrefを生成する。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493とPWMプレーヤ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ドライバの出力はアナログであり、正弦波を含むがこれらに限定されない任意の波形でLED輝度を駆動できます。正弦波、正弦波の弦、三角形の波、鋸歯状の波、音響または電子音楽のオーディオサンプル、シンバルクラッシュおよびその他のノイズソースのオーディオサンプル、および20Hz〜20kHzのオーディオスペクトル内の任意の周波数。0番目から9番目の音楽オクターブまで。また、周波音の範囲でLED伝導を調節製造され、ある-1位および-2番目のオクターブを、例示のために0.1Hzまでダウン、または直流(0Hz)でLEDを駆動することで、連続的波を提供します(CW)操作。 The entire process of LED regeneration utilizes the waveform synthesizer 483, the PWM player 484, and the LED driver 485 in sequence, summarized in the example of FIG. 43, to generate the LED drive stream 497. Unlike prior art methods, the disclosed distributed PBT system LED drives are complete while maintaining all treatment libraries and PBT system controls in a separate common PBT controller separate from the LED pads. Is generated in the LED pad. Waveform generation process to perform the task by using the system clock generated frequency [Phi sys in LED, there is no need to distribute the high-speed clock to the long line. To ensure synchronization with the PWM player 484 and LED driver 485 and the waveform synthesizer 483, the system clock [Phi sys is divided using software or hardware counter, and generates a reference clock [Phi ref. 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 the 0th to the 9th music octave. It is also manufactured by adjusting the LED conduction in the range of frequency sound, and by downing a certain -1st and -2nd octaves to 0.1Hz for example, or driving the LED with direct current (0Hz), it is continuous. Provides target 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。必要なインテリジェントLEDパッドの数のため、経済的考慮により、LEDパッドの複雑さ、特にパッドμP339のコストと処理能力を制限することが義務付けられています。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. Due to the number of intelligent LED pads required, economic considerations are required to limit the complexity of the LED pads, especially the cost and processing power of the pad μP339. 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483の詳細な動作が図44に示されている入力ファイル合成方法550は、関数f(t)553を計算するために使用される波形シンセサイザにロード483選択すると、波形シンセサイザパラメトリック486を含む、いずれかの利用ユニット関数発生器551又はプリミティブ・プロセッサ487のすべてのシステムクロックΦsysに同期実行。波形合成の場合、プリミティブプロセッサ487は、詳細な波形記述、具体的には波形プリミティブ487へのアクセスを必要とする。結果として生じる関数f(t)553は、関数表554に図式的に示される時間t対f(t)のデカルトペアを含む。次に、機能テーブル554は、PWMジェネレータ555によって時間変化するデジタルデータに変換されるプロセスΨP[f(t)]を使用して、シンセ出力ファイル488を生成します。シンセサイザ出力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 input file synthesis method 550, in which the detailed operation of the waveform synthesizer 483 is shown in FIG. 44, 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 output file 488 using the process ΨP [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]。 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].
周波数fa,fb,fcおよび相対的な大きさAa,Ab,Acのそれぞれの単一の正弦波または3つ以上の正弦波のコードの合成は、式f(t)=Aα(0.5+0.5[Aasin(2πtfa)+Absin(2πtfb)+Acsin(2πtfc)]/[(Aa+Ab+Ac)])+0.5(1-Aα)。図46に示されるこの数学的プロセスは3つの正弦波564、565、および566をそれぞれ利得580、581、および582で混合し、デジタルワードの線形合計を使用してデジタルミキサ583で合計される。 Frequency f a, f b, f c and relative sizes A a, respectively synthesis of single sine or more than two sinusoidal code A b, A c is the formula f (t) = A α (0.5 + 0.5 [A a sin (2π tf a ) + A b sin (2 π tf b ) + A c sin (2 π tf 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 of 580, 581, and 582, respectively, and sums them with 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、ベース2(b2)、ベース8(b8)、または10ベース(b10)ではなく16ベース(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機能内にある算術論理演算装置(ALU)は、バイナリ数学で必要なタスクを簡単に実行できます。数値sを別の基数に変換してから、それらを代替基数に追加し、基数10に戻すと、同じ結果が得られます。この等価原理は、異なる基数で3つの数値を加算するための以下の表の例に示されています。波形合成のコンテキストでは、追加される数値は、任意の時点での3つの正弦波の瞬時値を表し、3つの数値のデジタル合計を生成するために合計されます。ための例示的な目的、正弦波の値は、によって拡大されている10倍、である場合,Axfx(t1)とここで、Ax=10,x=1−3のための特定の時間tにおける例えば、関数の値fa(t1)=1,fb(t1)=0.5、およびfc(t1)=0.5。ゲイン係数が均等に加重される場合、すなわち、ここで、Aa=10,Ab=10、そしてAc=10、次いで合計10(Σfx(t1))=20。この数値を単位関数に変換するには、結果の合計を0.000〜1.000の結果の間の小数にスケーリングする必要があります。これは自動範囲関数584によって実行されるタスクです。 Digital addition, binary, octal, and hexadecimal arithmetic additions are the same as base 2 (b2), base 8 (base 2), base 8 ( 16 bases (b16) instead of b8), or 10 bases (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, at a particular time t, the values of the function f a (t 1 ) = 1, f b (t 1 ) = 0.5, and f c (t 1 ) = 0.5. If the gain factor is weighted equally, that is, where, A a = 10, A b = 10 and A c = 10, then a total of 10 (Σf x (t 1) ), = 20. To convert this number to a unit function, the sum of the results must be scaled to a decimal between the results between 0.000 and 1.000. This is a task performed by the automatic range function 584.
各時点txについて、Ax(Σfx(tx))をゲイン乗数の合計(Aa+Ab+Ac)で割ると、ブレンドされたコードの平均が得られます。均等な重み付けの場合、つまりAx=10の場合、これらのゲイン係数の合計(Aa+Ab+Ac)=30です。上記の合計に適用すると、自動範囲スケーリングは20の合計を変換します。自動範囲スケーリングされた数値20/30=0.666に対して、1.0、0.5、および0.5の瞬時値を持つ3つの数値を平均して得られた数値と同じです。オートレンジ機能は、正弦波が不均一な重み付けでブレンドされている場合にも機能します。この場合、1つまたは複数の正弦波周波数成分が混合を支配します。たとえば、Aa=20%、Ab=40%、Ac=40%のブレンドでは、次のような信号の組み合わせが生成されます。 For each time point t x , divide A x (Σf x (t x )) by the sum of the gain multipliers (A a + A b + Ac ) to get the average of the blended codes. In the case of equal weighting, that is, when Ax = 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:
この場合、((Aa+Ab+Ac)=100、g(t)=70であるため、オートレンジ関数の出力は0.7になります。オートレンジ機能は正の乗数を使用します。Aα>0を使用して信号をスケーリングし、振幅の圧縮を補正します。なぜならスカラーAαシフト機能だけでなく、そのシフト平均値を、DCオフセット補正項0.5(1−Aα)が正弦波の合計に追加され、関数の平均が0.5に戻されます。 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. A α > 0 is used to scale the signal and correct the amplitude compression, because not only the scalar A α shift function, but also its shift average value is DC offset correction term 0.5 (1-A α ). Is added to the sum of the sinusoids and the average of the function is returned to 0.5.
図47は、単位関数発生器に従って作成された、いくつかの正弦波および正弦波コードを示している。示されている例では、それぞれ1オクターブ離れた3つの正弦波(つまり、fc=2fb=4fa)がさまざまなゲイン係数で生成され、さまざまな複雑な関数が生成されます。利得係数[Aa,Ab,Ac]は、周波数成分の混合または「ブレンド」を制御します。コンポーネントは平均化されているため、ゲイン係数は任意の正の実数にすることができます。ただし、便宜上、3つの要素をパーセンテージでスケーリングできます。場合によっては、重み係数がゼロであり、特定の周波数の正弦波がミックスに存在しないことを意味します。例えば、グラフ564において、[Aa,Ab,Ac]=[1,0,0]であるため、正弦波faのみ存在します。同様に、[Aa,Ab,Ac]=[0,1,0],であるグラフ565では,中央のオクターブ正弦波fbのみが存在し、であるグラフ566では[Aa,Ab,Ac]=[0,0,1]、最も高いオクターブ正弦波のみが存在します。 FIG. 47 shows some sinusoidal and sinusoidal 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, since it is [A a, A b, A c] = [1,0,0], exists only sinusoidal fa. 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faとfbを、グラフ568は、周波数の正弦波の均等加重ミックスブレンド示すfbとfc、グラフ569は、周波数の正弦波の均等加重ミックスブレンドを示しますfbとfc。2/3番目を有する2つの正弦波の不均一混合ブレンド周波数fの重み付けおよび1/3番目周波数fの正弦波fb、グラフ570に示されています。3つの正弦波ミックスには、均等に重み付けされたコード572と不均等に重み付けされた正弦波コード571が含まれます。ここで[Aa,Ab,Ac]=[0.2,0.4,0.4]です。sin(θ)の代数計算ここでx=a,b,c...のθ=fxt、は各sin(θ)評価について級数の計算が必要です。[http://www2.clarku.edu/〜djoyce/trig/compute.html] 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 . Heterogeneous mixture of two sine waves with 2 / 3rd frequency Weighting of blend frequency f and sine wave f b of 1 / 3rd frequency f, shown in 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] is = [0.2,0.4,0.4]. algebra where x = a of sin (θ), b, c ... of θ = f x t, requires each sin (θ) calculation of the series for the evaluation. [Http: // www 2. clarku. edu / ~ trigonometry / trig / complete. html]
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。正弦波9番目で最も高い波数の正弦波を持つ3つの正弦波コードAx(Σfx(tx))を生成するには、約20kHz、360度の精密、PWM生成に沿ったすべての前述の計算が必要です。ΨP[f(t)]は、7.2MHzのレート、つまり138ns以内で発生する必要があります。このアプローチは、特に高周波を合成する場合、計算量の多い計算サイクルの浪費と消費電力です。 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 °. To generate the three sine wave codes Ax (Σf x (t x )) with the ninth and highest wavenumber of sine waves, a precision of about 20 kHz, 360 degrees, all mentioned above along with PWM generation. Calculation is required. ΨP [f (t)] must occur at a rate of 7.2 MHz, that is, within 138 ns. This approach wastes and consumes computationally intensive computational cycles, especially when synthesizing high frequencies.
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
正弦関数は周期的であるためsin(θ)の評価が必要になるたびに同じ値を再計算する理由はありません。 Since the sine function is periodic, there is no reason to recalculate the same value every time sin (θ) needs to be evaluated.
ただし、ルックアップテーブルは、いくつかの基本的なハードルに直面しています。たとえば、テーブルは、以前に計算されたのと同じ入力条件、つまり同じ引数でのみ関数の値を返すことができます。テーブルにsin(45°)の値が含まれているからといって、sin(22°)の値を知っているとは限りません。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。ルックアップテーブルの使用のおけるもう一つの問題は、硬い方程式の問題であり、数桁の周波数にわたって高解像度の波形合成を実行します。例えば、20kHzの正弦波(9番目オクターブ)が16ビット精度のPWMメソッドを使用して合成される場合、必要なサンプルレートは(20,000Hz)(162)=1,310,726,000Hzまたは約1.3GHzです。同じシミュレーションで、0.1Hz(-2位オクターブ)の超低周波音励起パターンが弦に追加された場合、低周波成分の周期はT=1/f=1/(0.1Hz)=10秒です。これは、単一の10秒超低周波音を合成しながら、9オクターブで必要な解像度を維持するには、(1.3GHz)(10秒)=130億データポイントのテーブルが必要であることを意味します。このような巨大なデータテーブルは、PBTコントローラ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。 However, look-up tables face some basic hurdles. For example, a table can only return the value of a function with the same input conditions that were previously calculated, that is, with the same arguments. Just because a table contains a value of sin (45 °) does not mean that you know the value of sin (22 °). 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 with using look-up tables is that of stiff equations, which perform high-resolution waveform synthesis over frequencies of several orders of magnitude. For example, if a 20 kHz sine wave (9th octave) is synthesized using a 16-bit precision PWM method, the required sample rate is (20,000 Hz) (162) = 1,310,726,000 Hz or about. It is 1.3 GHz. In the same simulation, when an infrasound excitation pattern of 0.1 Hz (-2nd octave) is added to the string, the period of the low frequency component is T = 1 / f = 1 / (0.1 Hz) = 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. Means. 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.
サブルーチン呼び出しとルックアップテーブル間の一致する引数を保証しながら、硬い方程式の問題を解決するには、本明細書に開示される本発明の方法は、共通の数値ベース、例えば基数2を共有する一連のカウンタと組み合わせて、正弦波またはリニア(スカラー)関数などの事前定義された周期波形プリミティブ」を使用する。ここで使用される「プリミティブ」という用語は、波形の表形式の時間に依存しない記述を意味します。波形は、絶対時間ではなく、関数の周期Tに関連して指定された引数を使用して記述されます。たとえば、のこぎり波などの一次関数では、ルックアップテーブルに直線(デカルト)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、Tの78%で関数saw(p)の値は0.78などになります。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です。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と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。 To solve the problem of rigid equations while guaranteeing matching arguments between subroutine calls and lookup tables, the methods of the invention disclosed herein share a common numerical base, eg, radix 2. Use a predefined periodic waveform primitive such as a sinusoidal or linear (scalar) function in combination with a set of counters. The term "primitive" used here means a tabular, time-independent description of the waveform. The waveform is described using the arguments specified in relation to the period T of the function, not the absolute time. For example, for a linear function such as a sawtooth wave, entering a straight line (Cartesian) argument in the lookup table returns a unique value. In a linear unit saw tooth that slopes from 0 to 1 over the period T, the input p has no unit, the value of the function "saw (p)" is 0.25 at 25% of T, and the function saw (p) at 78% of T. The value of is 0.78 and so on. 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. It is surrounded by 0s and 1s, that is, the remainder divided by an integral multiple of the maximum limit. For example, for any value of z, MOD (0.78,1) = 0.78, MOD (5.78,1) = 0.78 and MOD (z.78,1) = 0.78. .. Therefore, only the data that covers one cycle T is required to describe the repetitive 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。開示された方法でモジュラス関数を使用すると、任意の周期関数のルックアップテーブルのサイズを単一の期間に制限して、テーブルのサイズを劇的に減らすことができます。したがって、各ルックアップテーブルのデータペアの数は、主解像度ξに等しく、ルックアップテーブルへの入力Φxとその出力fxの間に1対1の対応を提供します。ここで、任意のオクターブxに対して、関係Φx=ξxfxは、ルックアップテーブルサブルーチン呼び出しによって実行される変換を表します。 The same function applies to polar coordinates. Evaluating sin (MOD (θ, 360 °) produces an iterative sequence of values between sin (0 °) and sin (359.99 ... °). At 360 °, sin (MOD (MOD (MOD (MOD)). 360 °, 360 °)) = sin (0 °), so 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 and applications of trigonometric functions remain the same. Using trigonometric functions in the disclosed way limits the size of the lookup table for any periodic function to a single time period. to, can dramatically reduce the size of the table. Thus, the number of data pairs for each look-up table is equal to the main resolution xi], between the input [Phi x and output f x to the lookup table Provides a one-to-one correspondence, where for any octave x, the relationship Φ x = ξ x f x represents the transformation performed by the lookup table subroutine call.
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の場合はθ=tf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。図48Aにアルゴリズム的に表される、時間源の範囲を生成するためのそのような実装の1つは、一連のバイナリ(÷2)デジタルカウンタ590から598を組み合わせて、共通クロックから10個の同期クロック周波数Φ9からΦ0、具体的には、プログラム可能な周波数を持つシンボルクロックレートΦsymです。次に、クロックを使用して、9オクターブの対応する周波数9Fからオクターブゼロのf0までの対応する周波数を持つオーディオスペクトルの正弦波などの周期関数を合成し、必要に応じてさまざまな組み合わせで混合します。図示されていない同じ方法を使用して、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を生成することができます。 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 sawtooth wave, the argument x can be expressed as x = t / T, and in the case of a sine wave, a sine wave code, and other trigonometric unit functions, θ. = Tf. In either case, a time source is needed to convert the time-independent waveform primitive to a time-varying function. One such implementation for generating a range of time sources, represented algorithmically in FIG. 48A, is a combination of a series of binary (÷ 2) digital counters 590 to 598, 10 from a common clock. Synchronous clock frequencies Φ 9 to Φ 0 , specifically symbol clock rates Φ sym with programmable frequencies. Then use the clock to synthesize a corresponding periodic function such as a sine wave of the audio spectrum with frequencies from the corresponding frequency 9F 9 octave up f 0 octave zero, in different combinations as required Mix. The same method (not shown) can be used to generate infrasound, ie, vibration waveforms below 20 Hz, and ultrasound containing frequencies above 20 kHz (if suitable transducers are used). I can do it.
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、それが作成する波形とペアになります。たとえば、Φ8はプリミティブ解像度ξ8の正弦波ルックアップテーブル618を使用して正弦波周波数f8を生成し、Φ3はプリミティブ解像度ξ3の正弦波ルックアップテーブル613を使用して正弦波周波数f3を生成します。プリミティブ解像度ξ1の正弦波ルックアップテーブル611を使用して、正弦波周波数f1を生成します。 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 creates. For example, [Phi 8 generates a sine wave frequency f 8 using a sine wave look-up table 618 of primitives resolution ξ 8, Φ 3 is a sine wave frequency using a sine wave look-up table 613 of primitives resolution xi] 3 to generate the f 3. A sine wave lookup table 611 with a primitive resolution of ξ 1 is used to generate the sine wave frequency f 1.
そして一般的にfx=Φx/ξx。したがって、動作中、10オクターブ波形加算実装プリミティブプロセッサ552は、9つのバイナリカウンタ598〜590を使用して、入力Φ9=ΦsymおよびクロックΦ8〜Φ0を含む10個のクロック周波数を生成し、対応する正弦波ルックアップテーブル619〜610を駆動して、正弦波f9〜f0を合成する。 And in general, f x = Φ x / ξ x . Therefore, during operation, the 10 octave waveform addition implementation primitive processor 552 uses nine binary counters 598 to 590 to generate 10 clock frequencies, including inputs Φ 9 = Φ sym and clocks Φ 8 to Φ 0. , The corresponding sine wave lookup tables 619 to 610 are driven to synthesize the sine waves f 9 to 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、自動範囲関数631は、いくつかの除算アルゴリズムの1つを実行するバイナリ数学を使用して実行できます(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. Yes, the automatic range function 631 can be executed using binary mathematics that executes one of several 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に示す方法を使用して、実装プリミティブプロセッサ552は、30年以上の周波数で広帯域幅の波形合成とコード構築を実行し、つまり、ルックアップテーブルと一連のカウンタのみを使用して、20Hzから20,000Hzの周波数範囲にまたがる10オクターブです。開示された方法は、最小限のメモリを必要とする計算効率が高く、実行する電力を計算し、図44のユニット関数発生器551とは異なり、べき級数のリアルタイム評価を含みません。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の重要な機能は、カウンタ操作の役割です。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。このようにして、開示されたカウンタとルックアップテーブルの組み合わせは、前述の硬い方程式の問題を克服する。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, the implementation primitive processor 552 performs wideband waveform synthesis and code construction at frequencies over 30 years, i.e. using only a lookup table and a set of counters, 20 Hz. It is 10 octaves that spans the frequency range from to 20,000 Hz. The disclosed method is computationally efficient, requires minimal memory, calculates the power to execute, and, unlike the unit function generator 551 of FIG. 44, does not include a real-time evaluation of the 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. In this way, the disclosed counter and look-up table combination overcomes the problem of the stiff equation described above. To further minimize computational intensity and avoid unnecessary computations, lookup table subroutine calls are restricted to the table selected by the octave switch.
エイリアシングと位相シフトの歪みを回避するために、カウンタカスケード698〜590は、チューナ(カウンタ)599から出力されるシンボルレートΦsymと呼ばれる共通クロックに同期されます。便宜上、シンボルレートΦsymは9オクターブ波形合成のクロック信号Φ9と同等ですが、この関係は任意です。最高合成周波数のPWM分解能よりも高いシンボルレート、Φsym≧ξsymfminで十分です。カウンタカスケードは、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。したがって、状態はカスケードを「波打つ」ように変化し、最初のクロックΦ9が状態を変化させ、しばらくしてΦ8、次にΦ7、Φ6、Φ5などが池の表面を横切る波のように波打つように波打ちます。 To avoid aliasing and phase shift distortion, the counter cascades 698-590 are synchronized to a common clock called the symbol rate Φ sym output from the tuner (counter) 599. For convenience, the symbol rate Φ sym is equivalent to the clock signal Φ 9 for 9 octave waveform synthesis, but this relationship is optional. A symbol rate higher than the PWM resolution of the highest composite frequency, Φ sym ≧ ξ sym f min , is sufficient. Counter cascades 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. Therefore, the state changes to "wavy" the cascade, with the first clock Φ 9 changing state, and after a while Φ 8 , then Φ 7 , Φ 6 , Φ 5, etc. of the waves crossing the surface of the pond. Rippling like wavy.
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には見えません。より具体的には、ハードウェアに実装されているかソフトウェアに実装されているかにかかわらず、非同期カウンタはリップルカウンタのように動作しますが、D型フリップフロップ[https://en.wikipedia.org/wiki/flip−flop_(electronics)]ラッチ出力を備えています。Dフリップフロップは、対応する真理値表を持つラッチ信号によって有効になるまで前の状態を保持します。つまり、同期クロックがハイになったときにのみ、データ入力のハイまたはロー状態がラッチ出力にコピーされます。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。回路図の乱雑さを回避するために、カウンタ599から590は、Dフリップフロップラッチまたは同期クロック入力を明示的に描写することなく、同期カウンタを表すことができる。クロック出力Φ9からΦ0の状態を更新する前に、クロック遷移がカウンタカスケードを介して完全にリップルすることを保証するために、同期クロックパルスは、最も低い合成周波数クロックの状態遷移から導出されます。この例では、Φ0として表されます。 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, asynchronous counters behave like ripple counters, whether implemented in hardware or software, but with D-type flip-flops [https://en. wikipedia. It has an org / wiki / flip-flop_ (electronics)] latch output. The D flip-flop retains its previous state until it is enabled by a latch signal with a corresponding truth table. That is, the high or low state of the data input is copied to the latch output only when the sync clock is high. 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 avoid schematic clutter, counters 599-590 can represent synchronous counters without explicitly portraying a D-flip-flop latch or synchronous clock input. Synchronous clock pulses are derived from the state transition of the lowest composite frequency clock to ensure that the clock transition is completely rippled through the counter cascade before updating the state of the clock output Φ 9 to Φ 0. increase. In this example, it is represented as Φ 0.
カウンタカスケードに供給するシンボルレートΦsymは、プログラマブルカウンタ「チューナ」599を使用してシステムクロックレートΦsysから生成されます。シンボルクロックレートΦsymは、分解能ξsym。で最大出力周波数fminを生成するために生成されます。プリミティブ解像度ξsym。の値は、実行されている波形合成に応じて変更できるチューナ599へのプログラム可能な入力です。本明細書で「プリミティブシンボル解像度」と呼ばれる数値変数ξsymは、最高の合成周波数の解像度として定義され、ここで、ξsym=Φsym/fminは、必要な合成精度に応じて24から65,536の範囲の値を有する。例えば、正弦波合成手段でξsym=96を選択すると、シンセサイザの最高ピッチの正弦波は、Φsym=ξsymfmin=96fminの関係によってシンボルクロックレートに関連付けられます。ここで、アークの90°は24ポイントを使用し、3.75°ごとに1ポイントです。動作設定では、チューナ599は、シンボルクロックレートΦsymから導出され、それに調整された周波数のカスケード全体を生成します。ξsymの解像度は、より低い下オクターブのルックアップテーブルと一致する必要はありません。異なる精度レベルξxために使用することができるルックアップテーブル600から619または代替的に同一の精度ルックアップテーブルは、一部またはすべての必要な周波数成分を生成するために使用されてもよいです。または、生成されたすべての正弦波に同じルックアップテーブルを使用できます。このような場合、すべての正弦波周波数fxの精度は同じですξ9=ξ8=ξ7...ξ1=ξ0. Supplied to the counter cascade symbol rate Φ sym it is generated from the system clock rate Φ sys using a programmable counter "tuner" 599. The symbol clock rate Φ sym has a resolution of ξ sym . Is generated to generate the maximum output frequency f min. Primitive resolution ξ sym . The value of is a programmable input to tuner 599 that can be changed depending on the waveform synthesis being performed. The numerical variable ξ sym , referred to herein as the "primitive symbol resolution", is defined as the resolution of the highest synthesis frequency, where ξ sym = Φ sym / f min is 24 to 65 depending on the required synthesis accuracy. , 536. For example, selecting xi] sym = 96 sinusoidal synthesis unit, a sine wave of the highest pitch of the synthesizer is associated with a symbol clock rate by the relationship Φ sym = ξ sym f min = 96f min. Here, 90 ° of the arc uses 24 points and is 1 point every 3.75 °. In the operating settings, the tuner 599 is derived from the symbol clock rate Φ sym and produces an entire cascade of frequencies tuned to it. The resolution of ξ sym does not have to match the lower octave look-up table. Look-up tables 600 to 619 that can be used for different precision levels ξ x or alternative the same precision 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, the accuracy of all of the sine wave frequency f x is the same ξ 9 = ξ 8 = ξ 7 ... ξ 1 = ξ 0.
カウンタカスケード全体が共通のシンボルクロックレートΦsymから駆動されるため、合成された波形の正確な周波数関係は、カウンタ周波数Φxとそれに対応するルックアップテーブルの分解能ξxによって正確に定義されます。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にロードされるプログラム可能なカウンタを使用することができる。さらに、カウンタは固定クロックレートで動作し、すべてのξxデータポイントで1つの完全な発振周期、つまりルックアップテーブルの1つの完全なサイクルを完了するため、任意の2つの周期関数の相対的なタイミングと位相が正確にわかります。たとえば、周波数fxとfyを持つ2つの正弦波が与えられます。 Since the entire counter cascade is driven from a common symbol clock rate Φ sym , the exact frequency relationship of the synthesized waveform is precisely defined by the counter frequency Φ x and the corresponding lookup table resolution 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, a programmable counter can be used in which the count is loaded into the counter. In addition, the counter operates at a fixed clock rate and completes one complete oscillation period at every ξ x data points, i.e. one complete cycle of the lookup table, so that any two periodic functions are relative to each other. You can see the timing and phase accurately. For example, two sine waves with frequencies f x and f y are given.
次に、波形の周波数比は次の式で与えられます。 Next, the frequency ratio of the waveform is given by the following equation.
この比率は、クロックΦxを変更するか、ルックアップテーブルの解像度ξxを変更することによって周波数スケーリングを実行できることを示しています。たとえば、ξx=ξy=24で一定の解像度のルックアップテーブルが使用される場合、合成された正弦波の周波数比fx/fyは、クロックレートΦx/Φyの比のみに依存します。 This ratio indicates that frequency scaling can be performed by changing the clock Φ x or by changing the resolution ξ x in the lookup table. For example, if a lookup table with a constant resolution is used with ξ x = ξ y = 24, the frequency ratio f x / f y of the synthesized sine wave depends only on the ratio of the clock rate Φ x / Φ y. To do.
そこのような場合、クロック周波数比Φx/Φy=4の結果、同じ音符の2つの正弦波が2オクターブ離れます。たとえば、6番目の1,760Hzの音符Aと、4番目の440Hzの音符Aです。図48Bは、6番目と4番目のオクターブスイッチ606および604のみが有効化され、正弦波ルックアップテーブル616および614のデータにアクセスするために使用されます。各波形はプリミティブ解像度ξ6=ξ4=24です。出力は、デジタルゲインアンプ626と624によって増幅され、次いで、デジタル加算ノード630で混合されて、混合波形出力を生成する。動作中、チューナ(カウンタ)599は、システムクロックΦsysからシンボルクロックΦsymを生成する。÷2カウンタ598、597、および596のカスケードは、シンボルクロックΦsymを除算して6オクターブクロックΦ6を生成し、カウンタ595および594で除算して4オクターブクロックΦ4を生成します。 In such a case, as a result of the clock frequency ratio Φ x / Φ y = 4, two sine waves of the same note are separated by two octaves. For example, the 6th note A at 1,760Hz and the 4th note A at 440Hz. In Figure 48B, only the 6th and 4th octave switches 606 and 604 are enabled and used to access the data in the sinusoidal lookup tables 616 and 614. Each waveform has a primitive resolution of ξ 6 = ξ 4 = 24. The output is amplified by the digital gain amplifiers 626 and 624 and then mixed at the digital add-on node 630 to produce a mixed waveform output. In operation, the tuner (counter) 599, generates a symbol clock [Phi sym from the system clock [Phi sys. The cascade of ÷ 2 counters 598, 397, and 596 divides the symbol clock Φ sym to produce a 6-octave clock Φ 6 , and divides by the counters 595 and 594 to produce a 4-octave clock Φ 4.
結果として得られる2つの正弦波弦は、合計によって与えられます。 The resulting two sinusoidal strings are given by the sum.
乗数[0.5+0.5・(周期式)]は、ゼロ平均値を中心とする正弦波のピークの大きさを±1から±0.5まで怖がらせるために使用されます。加算器0.5は、曲線を+0.5だけ上にシフトして、0.000〜1.000の正の範囲にまたがります。図48Cに示されるようにオクターブスイッチ601を有効にすることによって、クロックΦによって駆動されるルックアップテーブル611の構成要素1は、コードに追加されます。クロックΦ1は、カウンタ593、592、および591を使用してクロックΦ4から生成されます。追加された1オクターブ周波数成分は次の式で与えられます。 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 Φ 1 is generated from clock Φ 4 using counters 593, 592, and 591. The added 1 octave frequency component is given by the following equation.
得られた3正弦波コードを加算することによって与えられます。 It is given by adding the obtained 3 sine wave codes.
上記のように、上記の合成方法は、単一の波形プリミティブを利用して、2つまたは3つの正弦波コードを同時に生成します。 As mentioned above, the above synthesis method utilizes a single waveform primitive to generate two or three sinusoidal codes at the same time.
プリミティブプロセッサ動作の追加の詳細は、図49に示される単一のプリミティブコード合成に示されている。示されるように、チューナ599は、2つのカウンタ−システムクロックカウンタ640およびシンボルクロックカウンタ641を備える。システムクロックカウンタは、周波数ΦsysのμCシステムクロックを、便利な固定周波数(たとえば、5MHz)の基準クロック周波数Φrefに変換するカウンタです。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の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、バイナリカウンタカスケードがないことがわかります。
・Φxは、クロックレートすべてのオクターブにはシンボルレートΦsym用の2の倍数である。
・すべてのオクターブの周波数fxは、最大合成周波数fminの2の倍数であり、これは、音階の9番目のオクターブに示されていますが、これに限定されません。
・シンボルクロックレートΦsymと最大合成周波数fmin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fminξsym=Φsymカウンタカスケードにおける最高クロックレートを設定します。
・シンボルクロックレートΦxと各オクターブxの合成周波数fxの関係は、そのオクターブの波形の基本的な解像度であるξxによって決定されます。
Additional details of primitive processor operation are shown in the single primitive code synthesis shown in FIG. As shown, the tuner 599 comprises two counter-system clock counter 640 and symbol clock counter 641. System clock counter, the μC system clock frequency Φ sys, convenient fixed frequency (for example, 5MHz) is counter to be converted to the reference clock frequency Φ ref of. Symbol clock counter Then used to define the reference frequency of the sine synthesis counter cascade for 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.
And frequency f x of all the octave is a multiple of 2 of the maximum combined frequency f min, this is, is shown in the ninth octave of the musical scale, but is not limited to this.
-The relationship between the symbol clock rate Φ sym and the maximum combined frequency f min is determined by the resolution of the highest frequency waveform to be synthesized, ξ sym. F-multiplication product f min ξ sym = Φ sym Sets the maximum clock rate in the counter cascade.
And related synthetic frequency f x of the symbol clock rate [Phi x and each octave x is determined by the basic resolution is xi] x of the waveform of the octave.
単一のプリミティブバイナリカウンタカスケード内のクロックレートと周波数の間のすべての関係は、プリミティブプロセッサに存在する他の周波数に対する正確な比率を含むため、周波数fxとξxの任意の1つの合成波形の周波数と分解能を設定すると、シンボルレートΦsymと最大周波数fminを含む、カウンタカスケード全体のすべての合成周波数とクロックの周波数が自動的に決定されます。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。 All relationships between clock rate and the frequency of the single primitive binary counter in cascade, for containing the correct ratio of other frequencies present primitive processor, any one of the composite waveform of frequency f x and xi] x When you set the frequency and resolution of, all the combined frequencies and clock frequencies of the entire counter cascade, including the symbol rate Φ sym and the maximum frequency f min, are automatically determined. The frequency scaling of the primitive process is summarized in the following table.
この点に関して、開示されたプリミティブプロセッサは、モノフォニック楽器を単一の音符またはキーに調整するのと同様に、マルチオクターブシンセサイザ全体が単一の「キー」周波数に設定される「調整」システムを表す。たとえば、Aのキーでチューニングされた楽器。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。示されているように、ルックアップテーブル645は、LEDパッド内の揮発性または不揮発性メモリのいずれかに格納され、それは16進コード643などの識別子またはその2進等価コード644によって選択されます。 In this regard, the disclosed primitive processors represent an "adjustment" system in which the entire multi-octave synthesizer is set to a single "key" frequency, much like adjusting a monophonic instrument to a single note or key. .. For example, an instrument tuned with the A key. 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. As shown, the lookup table 645 is stored in either volatile or non-volatile memory in the LED pad, which is selected by an identifier such as hexadecimal code 643 or its binary equivalent code 644.
全体シンセサイザをオクターブの倍数に調整されているので、fkeyの選択キーの選択入力642は任意です。便宜上、デジタルチューニングはピッチの国際周波数規格に準拠することができます。例えば、ピッチ「A」中央C上記第四のオクターブ内に有する周波数440ヘルツ。この440Hzのトーンは、音楽ピッチの一般的なチューニング標準と見なされています[https://en.wikipedia.org/wiki/A440_(pitch_standard)]。A440、A4、またはシュトゥットガルトピッチと呼ばれる国際標準化機構は、ISO−16として分類しています。この標準をプリミティブプロセッサに適合させると、開示されているシンセサイザは、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 general tuning standard for music pitch [https://en. wikipedia. org / wiki / A440_ (pitch_standard)]. The International Organization for Standardization, called A440, A4, or Stuttgart Pitch, classifies it 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、入力「キー選択」642は、シンセサイザ全体がチューニングされる4番目オクターブの音符または周波数を設定します。最大合成周波数がオーディオスペクトルの9番目のオクターブになるように、そしてシンセサイザをチューニングするための周波数入力範囲として、任意に4オクターブを選択されている場合、9番目のオクターブと4番目のオクターブは5オクターブ異なります。25=32なので、fmax=f9=32f4であり、キー選択642に従って最大周波数fmax=32fkeyを設定することを意味します。Φsym=ξsymfminが与えられるとΦsym=ξsym(32fkey)になります。例えば、「キーを選択」を440Hz(中央Cより上の標準A)に設定すると、f4=440Hzのとfmax=32fkey=32(440Hz)=14,080Hzで、利用可能な合成周波数スペクトル全体が自動的にスケーリングされ、f9=14,080Hz,f8=7,040Hz、f7=3,520Hz、f6=1,760Hz、f5=880Hz、f4=4400Hz、f3=220Hz、f2=110Hz、f1=55Hz、f0=22.5Hz、とf−1=11.25Hzになります。fkeyが中央のDに設定されている場合、すべての合成周波数fxもDの倍数になります。またはfキーが中央のA#設定されている場合、すべてのバイナリ合成周波数もA#倍数になります。オクターブ倍数以外の正弦波の合成については、本開示の後半で説明します。 Specifically, the input "key selection" 642 sets the note or frequency of the fourth octave where the entire synthesizer is tuned. If 4 octaves are arbitrarily selected so that the maximum composite frequency is the 9th octave of the audio spectrum, and the frequency input range for tuning the synthesizer, the 9th and 4th octaves are 5 Octave is different. Since 25 = 32, f max = f 9 = 32f 4 means that the maximum frequency f max = 32f key is set according to the key selection 642. Given Φ sym = ξ sym f min , Φ sym = ξ sym (32f key ). For example, if "Select Key" is set to 440Hz (standard A above center C), then f 4 = 440Hz and f max = 32f key = 32 (440Hz) = 14,080Hz, and the available composite frequency spectrum. The whole is automatically scaled, f 9 = 14,080Hz, f 8 = 7,040Hz, f 7 = 3,520Hz, f 6 = 1,760Hz, f 5 = 880Hz, f 4 = 4400Hz, f 3 = 220Hz. , it will be f 2 = 110Hz, f 1 = 55Hz, f 0 = 22.5Hz, and f-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 sine waves other than octave multiples will be discussed 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はによって与えられます。 The look-up 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, to table 645 with primitives established by having 440 Hz and selecting resolution ξ sym. The sym and the corresponding cycle T sym are given by.
このシンボルレートは、9オクターブの合成最大周波数fminに対応します。ここで、fmax=f9=Φsym/ξsym=(337,920Hz)/24=14,080Hzに対応する周期T9=1/f9=71.02μsであり、これもTsymξsym=(2.9592...μs)(24)=71.02μs.に相当します。 This symbol rate corresponds to the maximum combined frequency f min of 9 octaves. Here, the period T 9 = 1 / f 9 = 71.02 μs corresponding to f max = f 9 = Φ sym / ξ sym = (337,920 Hz) / 24 = 14,080 Hz, which is also T sym ξ sym. = (2.9592 ... μs) (24) = 71.02 μs. Corresponds to.
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は6番目と4番目のオクターブ正弦波647a及び648aを合成するために使用されるクロックΦ6及びΦ4を生成するためのタイムスペースです。 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 Φ sym is the time space for generating the clocks Φ 6 and Φ 4 used to synthesize the 6th and 4th octave sine waves 647a and 648a.
これらのクロックは、周波数f6およびf4を持ち、次の周波数を持つ2つの同期正弦波を合成するために使用されます。 These clock has a frequency f 6 and f 4, are used to synthesize the two synchronization sine wave having the next frequency.
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。9オクターブでfmax、6オクターブでf6、および4オクターブでf4。 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 counter clock determine the frequency of the sinusoidal wave produced. 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. F 6 in f max, 6 octave 9 octaves, and f 4 at four 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f9、f6、f4の正弦波はそれぞれ71μs、568μs、および2,273μsの周期を含みます。具体的には、引数θ=90°=π/2の場合の関数0.5+0.5sin(θ)=1の値。正弦波Tの周期は、θ=360°=2πの場合、この持続時間の4倍で発生します。たとえば、Aのキーに調整された6オクターブの正弦波は、そのサイクルの4分の1を完了するのに142μsを必要とするため、その周期はT6=4(142.05)=569.2μsです。 This table shows a detailed pattern between 0 ° and 90 °, but for the sake of brevity, the detailed 15 ° description of the other three quadrants is redundant and excluded (sine wave). Is a symmetric function, so all four quadrants are data in one quadrant). The time required to complete a 360 ° cycle of a sine wave, or period T, depends on the frequency of the sine wave. For example, in agreement with the above calculation, the sine waves at frequencies f 9 , f 6 and f 4 contain periods of 71 μs, 568 μs and 2,273 μs, respectively. Specifically, the value of the function 0.5 + 0.5 sin (θ) = 1 when the argument θ = 90 ° = π / 2. The period of the sine wave T occurs at four times this duration when θ = 360 ° = 2π. For example, a 6-octave sine wave tuned to the A key requires 142 μs to complete a quarter of its cycle, so its period is T 6 = 4 (142.05) = 569. It is 2 μs.
図50記載示すコード合成ブレンドする2つの正弦波を用いてプリミティブ単一の波形を使用してクロック生成バイナリカスケードカウンタから、時間独立した時間ベースこの例では、プリミティブ波形の分解能はξsym=ξx=24(図示せず)を含むDのキーで時間ベースの正弦波テーブル647および648に変換されるの周波数f6=1,168Hz及びはそれぞれf4=292Hzです。次に、成分正弦波は、デジタル乗算演算を使用して算術的に実行される利得乗数A6およびA4を有するデジタル利得増幅器626および624によって振幅が増加または減少される。次に、2つの正弦波は、デジタル加算ノード630によって混合されて、加算g(t)を生成し、ここで Code synthesis shown in FIG. 50 Clock generation using a single waveform using 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 are converted to 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 A6 and A4, which are arithmetically performed 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
除数(A6+A4)で加重平均を使用すると、次のようになります。 Using the weighted average as a divisor (A 6 + A 4) gives:
平均化中、[A6+A4]という用語は、関数の平均値を変更する分数の分子と分母の両方に表示されるため、0.5オフセットに影響を与えません。オートレンジ機能の第二の目的は、ある正弦最大化することによって成分をAαフルスケールには、関数の平均の実際の変化でありません。0.5の平均値のシフトを回避するために、ここに開示されている自動範囲関数は、加法補正係数0.5(1-Aα)を使用します。 During averaging, the term [A6 + A4] does not affect the 0.5 offset as 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 ).
説明したように、合計g(t)は、ゲイン係数Aαによるデジタル乗算とともに正弦波成分の加重平均を実行するスカラー[Aα/(A6+A4)]によるオートレンジ機能631によってスケーリングされます。表形式649に示される結果として生じる時間変化波形f(t)553は、平均値が0.5であり、範囲にわたって周期関数の振幅を最大化する能力を有する周波数f6およびf4の2つの正弦波の弦655を表す0.000から1.000まで、信号のクリッピングや歪みはありません。次に、PWMジェネレータ555は、PWM変換ΨP[f(t)]によってf(t)を処理し、Gsynth(t)と呼ばれるデータ499のPWM文字列を含むシンセ出力データ488を生成する。 As explained, the total g (t) is scaled by the autorange function 631 with a scalar [A α / (A6 + A4)] that performs a weighted average of the sinusoidal components along with digital multiplication by the gain factor A α. 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 There is no signal clipping or distortion from 0.000 to 1.000 representing the sinusoidal string 655. Next, the PWM generator 555 processes f (t) by the PWM conversion ΨP [f (t)] to generate synth output data 488 including the PWM character string of the data 499 called G sync (t).
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。このノイズの発生源を図51Aに示します。ここでは、バイナリカウンタ596〜593のカスケードを使用して、入力周波数の半分の3つのクロックΦ6,Φ5とΦ4を生成しています。ξ=24の固定プリミティブ解像度用いて、f6,f5,及びf4の結果の正弦波データテーブル651に表形式で示されています。調べてみると、周波数f6のデータは、クロック時間Φ6に1対1で一意に対応していますが、他の周波数はそれほど急速には変化していませんたとえば、t=0.1727とt=0.1784の両方の場合、正弦波f6が変化しても、正弦波f5のデータ値は0.7500で一定のままです。同様に、低周波数の正弦波f4の場合、f6データが4回変化しても、t=0.1427から0.2497までの間隔で出力されるデータは0.6294で一定のままです。 One problem that arises from the disclosed synthesis method is quantization noise. A single sine wave does not cause this problem, but adding more than one sine wave causes noise in the waveform. The source of this noise is shown in Fig. 51A. Here, a cascade of binary counters 596 to 593 is used to generate three clocks, Φ 6 , Φ 5, and Φ 4, which are half the input frequency. It is tabulated in the sinusoidal data table 651 as a result of f 6 , f 5 , and f 4 with a fixed primitive resolution of ξ = 24. If you look, frequency data of f 6, which supports the unique clock time Φ 6 in a one-to-one, does not change in so rapidly other frequencies, for example, and t = 0.1727 for both t = .1784, also vary sinusoidal f 6, 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 = 0.1427 to 0.2497 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f6の正弦波グラフに652点の展示示さないデジタル化雑音を。周波数f5のコントラスト正弦波でΦ6/2ξによって生成されたグラフ653点の展示ノイズの小さいが顕著度を示します。f6の2オクターブ下のグラフ654のf4正弦波,つまり、ξ=24でf4=Φ6/4ξの場合、かなりのノイズが見られます。イズの問題は、f6とf5を組み合わせたグラフ655の2正弦波コードで顕著であり、周波数f5とf4の正弦波の合計を示すグラフ656ではさらに誇張されています。 The effect of using fixed resolution primitives at different clock rates is shown in FIG. In FIG. 51B, various curves are contrasted at regular time intervals. Shown duration, the digitization noise that does not show 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 / 4ξ 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f6、f5、及びf4は、共通のクロック周波数Φ6から生成される。クロック周波数をスケーリングするのではなく、解像度をスケーリングし、より高い解像度のプリミティブを使用して、より低い正弦波周波数を生成します。具体的には、ルックアップテーブル616では、ξ6=24であり、ルックアップテーブル615では、プリミティブ解像度は2倍のξ5=2ξ6=48になり、同様に、ルックアップテーブル614ではξ4=4ξ6=96になります。
One solution to this problem is shown in Figure 52A. Three different frequencies f 6 , f 5 , and f 4 are generated from the common clock frequency Φ 6. Instead of scaling the clock frequency, it scales the resolution and uses higher resolution primitives to produce lower sinusoidal frequencies. Specifically, in the look-up table 616, ξ 6 = 24, in the look-up table 615, the primitive resolution is doubled ξ 5 = 2 ξ 6 = 48, and similarly, in the look-up table 614, ξ 4 = 4ξ 6 = 96.
したがって、共通クロックΦ6から生成される正弦波周波数f6、f5、およびf4
は、表661に示すように、すべて互いに2の因数です。このように、時間ステップは生成されたすべての周波数に対して一定です。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 with each other, as shown in Table 661. Thus, the time step is constant for all generated frequencies. 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.
場合維持されるΦx=Φy。 If maintained Φ x = Φ y .
本明細書でスケーリングされたプリミティブ総和660と呼ばれるこの方法は、図52Cの3つの合成された正弦波をブレンドする弦の単一のプリミティブ総和650とは対照的である。これにおいて単一のプリミティブ総和650、テーブル616,615及び614まで正弦波ルックのブロック図は、それらの解像度ξ=24で同一であるが、3つの異なるクロックによって供給されるΦ6、Φ5=Φ6/2、およびΦ4=Φ6/4バイナリカスケードカウンタから生成されました。結果として得られるコード659の時間グラフは、重大なデジタル化ノイズを示しています。対照的に、スケーリングされたプリミティブ加算660は、共通のクロックΦ6を使用して、3つの異なる解像度ルックアップテーブル616、615、および614を、対応する順序でx=6,5,および4に対して増加する解像度ξx=24,48,および96で駆動する。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. In this block diagram of a sinusoidal look up to a single sum of primitives 650, tables 616, 615 and 614 is identical at their resolution ξ = 24, but Φ 6 , Φ 5 = supplied by three different clocks. It was generated from Φ 6/2, and Φ 4 = Φ 6/4 binary cascade counter. The resulting time graph of code 659 shows significant digitization noise. In contrast, the scaled primitive addition 660 uses a common clock Φ 6 to bring three different resolution lookup tables 616, 615, and 614 to x = 6, 5, and 4 in the corresponding order. Driven with increasing resolutions ξ x = 24, 48, and 96. 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に分割できます。たとえば、上、中、下の音階、およびゼロオクターブと負のオクターブの超低周波音帯(つまり、20Hz未満)。このようなアプローチは、図53に示される4レンジスケーリングされたプリミティブ合成ブロック図で採用されている。このにおける模範プリミティブプロセッサ、チューナ599は、システムクロックカウンタ640及びシンボルクロックカウンタ641を含む変換システムクロックΦsysのその固定基準周波数にΦref、例えば5MHzで、どこシンボルカウンタがΦsymクロック周波数生成定義されていることにより、を比Φsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)第オクターブにおける鍵選択入力642、音符またはキーに応じました。チューナ590であって、カウンタのカスケードに三8分周カウンタ672、673及び674は、4つの周波数はクロックを生成する共生成れるΦsym,Φ6=Φsym/8,Φ3=Φsym/64,そしてΦ0=Φsym/512。カウンタ672を通るが6734それぞれ含む三段バイナリカスケードカウンタ、簡潔のために単一÷8つのカウンタとして示されています。 You can split the audio spectrum into bands to limit the maximum size of the primitive lookup table. For example, upper, middle, lower scales, and infrasound bands of zero and negative octaves (ie, less than 20 Hz). Such an approach is adopted in the 4-range scaled primitive composite block diagram shown in FIG. Model primitive processor, a tuner 599 in this, the conversion system clock [Phi sys the fixed reference frequency [Phi ref, including a system clock counter 640 and symbol clock counter 641, for example, 5 MHz, where the symbol counter is [Phi sym clock frequency generator define by that, 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-produces four frequencies to generate a clock Φ sym , Φ 6 = Φ sym / 8, Φ 3 = Φ sym / 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。上位帯域では、Φsymを使用して、セレクタ609、608、および607に従って、それぞれ正弦波f9,f8及びf7を生成します。セレクタスイッチが有効になっている場合、Φsymのクロックパルスが対応する正弦波ルックアップテーブル699、698、または697に渡され、必要に応じて正弦波f9,f8およびf7が生成されます。 The highest frequency clock of the cascade, the symbol clock Φ sym, is then used to synthesize a sine wave into four bands. In the upper band, Φ sym is used to generate sine waves f 9 , f 8 and f 7 , respectively, according to selectors 609, 608, and 607. When the selector switch is enabled, a clock pulse of Φ sym is passed to the corresponding sine wave lookup table 699, 698, or 697, and sine waves f 9 , f 8 and f 7 are generated as needed. increase.
具体的には、分解能ξ9=24の正弦波699を有効にすると、周波数f9=Φsym/ξ9の正弦波f9が生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の32倍で、シンボル周波数Φsymの1/24番目です。同じ上部音響で、分解能ξ8=48の正弦波698を有効にすると、周波数f8=Φsym/ξ8=Φsym/(2ξ9)の正弦波f8が生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の16倍で、シンボル周波数Φsymの1/48番目です。同様に、分解能ξ7=96の正弦波697を有効にすると、周波数f7=Φsym/ξ7=Φsym/(4ξ9)の正弦波f7が生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の8倍で、シンボル周波数Φsymの1/96番目です。周波数f9,f8及びf7の正弦波の生成は、同じクロック周波数Φsymから行われるため、それらの波形合成は同じ時間増分を使用し、それによって、前述の上部音響内のデジタル化エラーの問題を回避します。 Specifically, enabling a sine wave 699 with a resolution of ξ 9 = 24 produces a sine wave f 9 with a frequency of f9 = Φ sim / ξ 9. The frequency of this sine wave is 32 times the selected frequency of the f key key and is 1/24th of the symbol frequency Φ sym. In the same upper acoustic, it is enabling a sine wave 698 resolution xi] 8 = 48, the sine wave f 8 frequency f 8 = Φ sym / ξ 8 = Φ sym / (2ξ 9) is generated. The frequency of this sine wave is 16 times the selected frequency of the f key key and is 1/48th of the symbol frequency Φ sym. Similarly, enabling sine wave 697 resolution xi] 7 = 96, the frequency f 7 = Φ sym / ξ 7 = Φ sym / sine wave f 7 of (4ξ 9) is generated. The frequency of this sine wave is 8 times the selected frequency of the f key key and is 1/96 of the symbol frequency Φ sym. Since the generation of sine waves at frequencies f 9 , f 8 and f 7 is done from the same clock frequency Φ sym , their waveform synthesis uses the same time increments, thereby resulting in the aforementioned digitization error in the upper acoustics. Avoid the problem of.
同じクロックΦsymもカウンタ672で8で除算され、中間範囲スケールでのf6,f5及びf4の正弦波合成に使用される低周波数レートのクロックΦ6を生成します。セレクタスイッチ605、606及び604のいずれかが有効にされる場合、Φ6=(Φsym/8)を含むクロックパルスが対応する正弦波ルックアップテーブル696、695、または694に渡され、必要に応じて正弦波f6,f5,f4を生成する。具体的には、分解能ξ6=24の正弦波696を有効にすると、周波数f6=Φ6/ξ6=Φsym/(8ξ6)の正弦波f6が生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の4倍で、シンボル周波数Φsymの1/192です。同じ中音響で、分解能ξ5=48の正弦波695を有効にすると、周波数f5=Φ6/ξ5=Φsym/(16ξ6)の正弦波f5が生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の2倍で、シンボル周波数Φsymの1/384です。同様に、分解能ξ4=96の正弦波694を有効にすると、周波数f4=Φ6/ξ4=Φsym/(32ξ6)の正弦波f4が生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数とシンボル周波数Φsymの1/768に等しくなります。周波数を有する正弦波を生成するため,f6,f5,f4同一のクロック周波数から来るΦ6=(Φsym/8)波形合成は、それにより、同一の時間増分を採用中間スケール内でデジタル化誤差の前述の問題を回避します。 The same clock Φ sym is also divided by 8 on the counter 672 to produce the low frequency rate clock Φ 6 used for sine wave synthesis of f 6 , f 5 and f 4 on the midrange scale. If any of the selector switches 605, 606 and 604 are enabled, a clock pulse containing Φ 6 = (Φ sym / 8) is passed to the corresponding sine wave lookup table 696, 695, or 694 and is required. The sine waves f 6 , f 5 , and f 4 are generated accordingly. Specifically, enabling a sine wave 696 resolution xi] 6 = 24, a sine wave f 6 of frequency f 6 = Φ 6 / ξ6 = Φ sym / (8ξ 6) is generated. The frequency of this sine wave is four times the selected frequency of the f key key and 1/192 of the symbol frequency Φ sym. In the same among acoustic, enabling a sine wave 695 resolution xi] 5 = 48, the sine wave f 5 of the frequency f 5 = Φ 6 / ξ 5 = Φ sym / (16ξ 6) is generated. The frequency of this sine wave is twice the selected frequency of the f key key and 1/384 of the symbol frequency Φ sym. Similarly, enabling sine wave 694 resolution xi] 4 = 96, the frequency f 4 = Φ 6 / ξ 4 = Φ sym / sine wave f 4 of (32ξ 6) is generated. The frequency of this sine wave is equal to the selected frequency of the f key key and 1/768 of the symbol frequency Φ sym. To generate a sine wave with frequency, 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f3,f2,f1より低い規模で、クロックΦ6をれるカウンタ673に8で除算Φ3低周波数レートクロックを生成する。任意選択スイッチであれば603、602、及び601がイネーブルされ、クロックパルス前記Φ3=(Φsym/64)対応するに渡されるテーブル693,692,または691まで丁正弦波ルックf3の正弦波を生成するためにf3,f2,f1望まれます。具体的には、分解能でξ3=24の正弦波693を有効にすると、周波数f3=Φ3/ξ3=Φsym/(64ξ3)の正弦波f3が生成されます。この正弦波の周波数f3は、fkeyキーの選択周波数の1/2番目であり、シンボル周波数Φsymの1/1,536です。同じ低いスケールで、分解能ξ2=48の正弦波692を有効にすると、周波数f2=Φ3/ξ2=Φsym/(128ξ3)の正弦波f2が生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の1/4番目で、シンボル周波数Φsymの1/3,072です。同様に分解能ξ1=96の正弦波691を有効にすると、周波数f1=Φ3/ξ1=Φsym/(256ξ3)の正弦波f1が生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の1/8番目であり、シンボル周波数Φsymの1/6,144です。周波数f3,f2、およびf1の正弦波の生成は、同じクロック周波数Φ3=Φsym/64から行われるため、波形合成は同じ時間増分を使用し、それによって、前述のデジタル化エラーの問題を回避する低音響内になります。 Lower than f 3, f 2, f 1 to sine wave F generates scale, to generate a division [Phi 3 lower frequency rate clock by 8 to the counter 673 is a clock [Phi 6. 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, enabling a sine wave 693 of xi] 3 = 24 with a resolution, a frequency f 3 = Φ 3 / ξ 3 = Φ sym / sine wave f 3 of (64ξ 3) is generated. The frequency f 3 of this sine wave is 1/2 of the selected frequency of the f key key, and is 1/1 , 536 of the symbol frequency Φ sym. In the same low scale, enabling a sine wave 692 of resolution xi] 2 = 48, the sine wave f 2 frequency f 2 = Φ 3 / ξ 2 = Φ sym / (128ξ 3) is generated. The frequency of this sine wave is 1 / 4th of the selected frequency of the f key key, and 1 / 3,072 of the symbol frequency Φ sym. Likewise, when you enable sinusoidal 691 resolution ξ 1 = 96, a sine wave f 1 frequency f 1 = Φ 3 / ξ 1 = Φ sym / (256ξ 3) is generated. The frequency of this sine wave is 1 / 8th of the selected frequency of the f key key, and 1 / 6,144 of the symbol frequency Φ sym. Since the generation of sine waves at frequencies f 3 , f 2 , and f 1 is performed from the same clock frequency Φ 3 = Φ sym / 64, waveform synthesis uses the same time increment, thereby the aforementioned digitization error. It will be in the low frequency to avoid the problem of.
カウンタ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。示されるように、クロック周波数Φ0=Φsym/512を有する8分周カウンタ674の出力、セレクタ600で選択すると、分解能ξ0=24で正弦波f0が生成されます。ここで、生成される周波数はf0=Φ0/ξ0=Φsym/(512ξ0)で与えられます。上記の原則を使用して、スケーリングの概念を拡張して、クロックΦ0によって駆動されるそれぞれの解像度48および96の2つの追加のサインルックアップテーブルを含めることにより、2つのより低い超低周波音周波数f-1およびf-2(必要に応じて)を生成できます。前述の説明では、一定の間隔で構成される時間増分を使用すると、量子化ノイズが最小限に抑えられますが、より大きな高解像度のルックアップテーブルが必要になり、LEDパッド内で必要なメモリ容量が増加します。 You can also use the counter cascade to generate infrasound excitations for LEDs, or sine waves with frequencies below 20 Hz. As shown, the output of the 8-division counter 674 with the clock frequency Φ 0 = Φ sym / 512, selected by the selector 600, produces a sine wave f 0 with a resolution of ξ 0 = 24. Here, the generated frequency is given by 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Af9=Φsym/ξsym=14,080Hz,9番目のオクターブ下に13.75ヘルツ−1番目のオクターブ(440HzのAを含む)。この例は、以下の表の4番目の列に示されています。同じシンボルクロックレートを使用する、つまり、同じテーブル列に、合成された周波数の数がわずか7オクターブに減少した場合、ユニバーサルプリミティブデータテーブルのサイズは、9オクターブの14,080Hzからf3=220Hzまでの範囲にわたる1,536データポイントに縮小されます。 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 13.75 Hz-1st octave (including 440 Hz A). An example of this is shown in the fourth column of the table below. Using the same symbol clock rate, that is, the same table column, when the number of the synthesized frequency is reduced to only 7 octaves, the size of the universal primitive data table until f 3 = 220 Hz from 14,080Hz to 9 octaves It is reduced to 1,536 data points over the range of.
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。たとえば、次の表の5番目に示されているように、シンボルクロックレートΦsym=168,960Hz、1,536データポイントのユニバーサルプリミティブ、8オクターブの7,040Hzから2オクターブの110Hzまでの範囲をカバーできます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。以下の表の6番目を参照すると、Φsym=42,240Hzのシンボルクロックレートは、768個のデータポイントしかないルックアップテーブルを使用して、6オクターブの1,760Hzから1オクターブの55Hzまでの正弦波を生成できます。 Alternatively, the same 7-octave universal primitive table can be used to shift the covered frequency band by using a lower symbol clock rate. For example, as shown fifth in the following table, symbol clock rate Φ sym = 168,960 Hz, universal primitive with 1,536 data points, ranging from 7,040 Hz in 8 octaves to 110 Hz in 2 octaves. It can cover. By reducing the table size and the symbol clock, it is possible to compromise the sinusoidal frequency range and the data table size. With reference to the sixth in the table below, the symbol clock rate for Φ sym = 42,240 Hz is from 1,760 Hz for 6 octaves to 55 Hz for 1 octave, using a lookup table with only 768 data points. You can generate a sine wave.
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を図54に示します。ここで、チューナ599は、キー選択642に従ってプログラム可能なシンボルクロックΦsym=Φref/(32ξfkey)を生成し,クロックを周波数が変化する1つまたは複数の正弦波に変換します。たとえば、ユニバーサルプリミティブテーブル677を使用してf9からf0に変換し、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Axとブレンドし、ミキサ630で合計してg(t)を生成します。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 Figure 54. Here, the tuner 599 generates a programmable symbol clock Φ sym = Φ ref / (32ξf key ) according to the key selection 642 and converts the clock into one or more sine waves with varying frequencies. For example, the universal primitive table 677 is used to convert from f 9 to f 0 , blended with gain Ax programmable according to digital gain amplifier 678, and summed with 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.
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が含まれるため、波形シンセサイザは基本的に特定のキーに「調整」されます。ユーザインターフェース(UI)および結果として生じる操作(UXまたはユーザエクスペリエンス)が図55Aに示されている、ユーザが「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。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はに従ってにおけるシンボルクロックカウンタ642に440Hzの「A」の値を転送する電子とΦsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)を生成Φシンボルレートを様々な周波数の正弦波この尺度に基づいて合成され、例えばf9=Φsym/ξ9。オクターブによる模範周波数のテーブルは、チューニングの様々な下に示され、ここで下記に示されているため音楽キーのFを介してC(https://en.wikipedia.org/wiki/scientific_pitch_notation)。示されているスケールは「平均律」チューニングと呼ばれます。 As mentioned earlier, periodic waveform generation involves a cascading counter with fixed frequency multiples, 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. 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 from 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 in the next 703 clay Thus an electron to transfer the value of "A" of 440Hz Φ sym / Φ ref = ( 32ξf key ) / (5 MHz) The Φ symbol rate is synthesized on a sine wave of various frequencies based 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_pic_notation) via the music key F, as shown below. The scale shown is called "equal temperament" tuning.
F#/G♭からBの調律のさまざまな調律について、オクターブごとの典型的な周波数の表を以下に示します。示されているスケールは「平均律」と呼ばれます。 Below is a table of typical frequencies for each octave for the various tunings from F # / G ♭ to B. The scale shown is called "equal temperament".
UIメニュー701の別のオプションは、「その他」の選択であり、他のスケールを使用して、LEDを変調することができる。下の表に示されているピタゴラス、ジャストメジャー、中全音律、ヴェルクマイスター音階を含むこれらの音階は、261.626HzのミドルCの周波数を偶数の音階と共有していますが、オクターブにまたがる12の半音間の相対周波数関係が異なります。例えば、偶数焼戻しスケールで、Aのトーン4中央C以上が440Hzに設定されているが、他のスケールに436.05ヘルツから441.49Hzに変化します。 Another option in the UI menu 701 is the "Other" selection, which allows other scales to be used to modulate the LEDs. These scales, including the Pitagolas, Just Major, Meantone, and Werckmeister scales shown in the table below, share the 261.626 Hz middle C frequency with even scales, but span octaves. The relative frequency relationship between the 12 semitones is different. 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、ユーザインターフェース(UI)とその結果の操作(UXユーザエクスペリエンス)が図55Bに示され、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を開きます。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(注)が選択されると、周波数は以下のチューニングテーブルから選択され、「fkeyキー選択」キーレジスタ641にロードされ、その後LEDパッドに転送され、最終的にシンボルクロックカウンタ642にロードされます。たとえば、キー「A」がヴェルクマイスター音階から選択された場合、次に、437.05Hzの「A」の値がΦsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)に従ってシンボルクロックカウンタ642にロードされます。したがって、シンボルカウンタはシンボルレートΦsym=(32ξfkey)を生成し、そこからこのスケールに基づくさまざまな周波数の正弦波が合成されます。たとえば、f9=Φsym/ξ9。キー周波数fkeyを使用してΦsymを生成するため、それに応じて9オクターブスケール全体が調整されます。たとえば、fkey=f4が437.05Hzに設定されている場合、f5=2f4=874.1Hz,f6=4f4=1,748.2Hzなどです。 In custom mode, the user interface (UI) and the resulting operation (UX user experience) is shown in Figure 55B, where the user selects the "Select Key" menu 701, selects "Other" and "Selects Scale". Open 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 below , loaded into the "f key key selection" key register 641, then transferred to the LED pad, and finally loaded into the symbol clock counter 642. increase. For example, if the key "A" is selected from the Werckmeister scale, then the value of "A" at 437.05 Hz goes to the symbol clock counter 642 according to Φ sym / Φ ref = (32ξf key) / (5MHz). It will be loaded. Therefore, the symbol counter generates a symbol rate Φ sym = (32ξf key ) from which sine waves of various frequencies based on this scale are synthesized. 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, if f key = f 4 is set to 437.05 Hz, then f 5 = 2 f 4 = 874.1 Hz, f 6 = 4 f 4 = 1,748.2 Hz, and so on.
スケールはオクターブ全体で異なりますが、周波数Cではすべて一致しています。たとえば、比較のために示されているように、下の表に示されている5オクターブのC5周波数はすべて、f5=525.25Hz=2f4で一致します。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でが選択されると、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。次に、この値を使用して、Φsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)の関係に従っ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し、出力Φsym=(32ξfkey)を生成します。 The scales vary throughout the octave, but at frequency C they are all the same. For example, as shown for comparison, all five octave C5 frequencies shown in the table below match at f 5 = 525.25 Hz = 2 f 4. 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 temperament. It depends on. 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. Upon entering, press the keypad number at 444 hertz, for example, and press the DONE button, the f key key 641 is loaded with the select register custom key value of 444 hertz, which is the next symbol clock generator to be used. It will be transferred to 642. Next, using this value, the symbol clock rate is calculated using the symbol clock counter 642 according to the relationship of Φ sym / Φ ref = (32ξf key ) / (5MHz), and the output Φ sym = (32ξf key ). To generate.
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に示します。ここで、fkeyキー選択642に従って設定されたチューナ590は、周波数Φsym=(32ξfkey)のシンボルクロックを生成し、コード構築アルゴリズム680に供給されます。次に、コードビルダーは、よく知られている数学的関係を使用して、コードビルダーメニュー688から選択された「オクターブ、コード、ブレンド選択」入力681に従って、さまざまな一般的なコードタイプの周波数成分を生成します。トライアドコードには、コードが構築されるルートノートのオクターブの選択と、実装されるコードのタイプ(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)が含まれます。クワッドコードには、7番目、マイナー7番目、メジャー7番目、またはルートの1オクターブ上に音符が追加された前述のトライアドが含まれます。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 includes chords of three frequencies within the same octave, i.e. triads, and optionally produces an excitation pattern with an additional frequency 7th or 1 octave higher than the root note of the chord. be able to. A block diagram of the algorithm code builder is shown in Figure 57A. Here, the tuner 590 set according to the f key key selection 642 generates a symbol clock with a frequency Φ sym = (32ξ f key ) and supplies it to the code construction algorithm 680. The chord builder then uses well-known mathematical relationships to follow the "octave, chord, blend selection" input 681 selected from the chord builder menu 688, and the frequency components of various common chord types. To generate. The triad code includes the selection of the octave of the root note in which the code is built and the type of code implemented (major, minor, diminish, augment, or custom). Quad chords include the 7th, 7th minor, 7th major, or the aforementioned triad with notes added one octave above the root. 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および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 Tables 682b, 684, 683 and 682a that synthesize four sine waves, f ♪ on the basic route of frequencies that drive up to four looks f is the seventh or one octave above the root of the third f ♪ 3, frequency f ♪ 5, and frequency f ♪ t in frequency, one octave higher (depending on the choice). 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, and mixed at the add node 630. Is generated, g (t) (♪ represents a quarter note).
コード内の音符の正確な周波数は、選択したオクターブ681の値と、fkeyのキー642を選択、つまり、バイナリカスケードカウンタのチューニングまたはキーによって異なります。これらのシンセサイザ設定は、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。 The exact frequency of the notes in the chord depends on the value of the selected octave 681 and the key 642 of the f key , that is, the tuning or key of the binary cascade counter. These synthesizer settings determine the frequency or root note, also known as the basis of the code. 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.
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です。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. Chords that can be selected from chords "Choose a chord" menu 705 Major, Minor, Decrease, Increase, Decrease, Custom, 7th, including 7th minor and 7th major chords. Selecting a custom chord opens the BUILDACHORD menu 706, allowing the user to select the octave of the chord, the root note of the chord, the third note, the next highest note, and the fifth note. That is, the third highest note, and optionally whether to include a note one octave above the root. When the root note is selected, the third, fifth, and +1 octave notes are monotonically arranged in ascending frequencies, even if the notes extend to the next higher octave. 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 frequency components. However, the submenu does not allow the user to change notes because the relative frequencies present in chords such as minor, major, and diminish are precisely defined.
図44のシンセサイザブロック図に戻る、合成された波形またはそれがどのように作成されたかに関係なく、PWMジェネレータ555がPWMデューティに値を実行するためには、波形g(t)を処理してその範囲を0.000〜1.000に制限することによりf(t)553を作成する必要があります。係数変換ΨP[f(t)]PWM変調パルスの最大デューティ比が100%であるため、ファイル488外シンセを作成するために必要であり、その後、完全なクロックサイクルに対して1つ、1.000を超えるデータのPWM表現不可能である。このようなPWM変換は、0%≦に限定されるようにΨP[f(t)]≦100%、したがって0.000≦f(t)≦1.000。オートレンジ操作584は、データの範囲およびf(t)を単位関数の範囲(つまり、0.000から1.000の間)に制限しながら、関数g(t)を平均化する。 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 ΨP [f (t)] Since the maximum duty ratio of the PWM modulation pulse is 100%, it is necessary to create a synth outside the file 488, and then one for a complete clock cycle. PWM representation of data exceeding 000 is not possible. Such PWM conversion is ΨP [f (t)] ≦ 100% so as to be limited to 0% ≦, and therefore 0.000 ≦ f (t) ≦ 1.000. The autorange operation 584 averages the function g (t) while limiting the range of data and f (t) to the range of unit functions (ie, between 0.000 and 1.000).
この関数の例は、図58Aに示されています。正弦波662、663、および664の合計は、コード669になります。各正弦波は0.000から1.000までの全範囲に広がりますが、コード669の正弦波の合計は単位関数の全範囲に及びません。そのため、弦の数学的平均、具体的には0.5は一定のままですが、周期的な時変関数は0.5±0.5の全範囲に拡張されません。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。時間変動成分の振幅を増加させるために、平均化関数はスカラーAαによって増幅されます。Aα=1.344に設定すると、コード689に示すように、曲線669がフルレンジに増加します。関数の平均値のシフトを防ぐために、補正項0.5(1-Aα)が含まれ、クリッピングを防ぐために関数を0.5の中心に維持します。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 Figure 58A. The sum of the sine waves 662, 663, and 664 is code 669. Each sine wave extends over the entire range from 0.000 to 1.000, but the sum of the sine waves in code 669 does not extend over the entire range of the unit function. So the mathematical mean of the strings, specifically 0.5, remains constant, but the periodic time-varying function does not extend to the full range of 0.5 ± 0.5. 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 amplified by the scalar A α to increase the amplitude of the time-varying component. Setting A α = 1.344 increases the curve 669 to the full range, as shown in code 689. A correction term 0.5 (1-A α ) is included to prevent shifting the average value of the function, keeping the function centered at 0.5 to prevent 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であり,tΦ=10μsで関数の値がf(t)=0.8に変わるまでその値のままです。変換の出力ΨP[f(t)]は、時刻tにおけるPWMテーブル489には、この時間依存テーブルを変更状態がハイになるton=5.00μs、であり、LEDはオンにし、時間tΦ=5.10μsマイクロ秒時間tΦ=5.20になるまでLEDはオフになり、LEDは再びオンになります。0.10μsとT=1/Φx期間の持続時間5.00から5.10へのLEDので、その後LEDが再度オンされるまでは、5.00から5.20である、又は0.20マイクロ秒の持続時間でパルスのデューティ比D=(ΔtΦ/T)=(10μs/20μs)=0.50または50%、次いでデューティファクタは、関数に等しいf(t)=0.5このインターバルの間および時刻までtΦ=10μsのデューティ比が0.8に切り替わりまたは80%。結果として得られるシンセ出力ファイル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。 FIG. 59 shows the process by which the PWM generator function 555 converts the unit function f (t) 553 into a synth output file 488 that describes the PWM waveform G sync (t) 490. As shown, the function table 554 contains a description of the time tΦ pair value. F (t) at each time increment. For example, when tΦ = 5μs, the function f (t) = 0.5, and when tΦ = 10μs, the value remains until the function value changes to f (t) = 0.8. Conversion of the output ΨP [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 Tifai = The LED turns off and turns on again until the 5.10 μs microsecond time tΦ = 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 cycle ratio D = (ΔtΦ / T) = (10 μs / 20 μs) = 0.50 or 50% for a duration of microseconds, then the duty factor is equal to the function f (t) = 0.5 for this interval Duty ratio of tΦ = 10μs is switched to 0.8 or 80% until time and time. The resulting synth output file 488 is graphically represented by PWM pulse string 675.
変換用いてPWM出力490の例ΨP[f(t)]は、図60中の非正弦波関数の種々のために示されています定数関数560のためのPWMビットストリーム670を含むf(t)=1.000、鋸歯状関数561のためのPWMビットストリーム671、及び三角関数562のためのPWMビットストリーム672と同じPWM変換ΨP[f(t)]は、三角形のような単純なトーン、ギターやバイオリンのようなストリング、シンボルクラッシュなどの複雑なトーン、音楽など、あらゆるオーディオサンプルのオーディオサンプルをエンコードするために使用できます。 Example ΨP [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 ΨP [f (t)] as the PWM bit stream 671 for the serrated function 561 and the PWM bit stream 672 for the triangular function 562, a simple tone like a triangle, a guitar It can be used to encode audio samples of any audio sample, such as strings like violins, complex tones such as symbol crashes, music, etc.
PWMプレーヤの操作 PWM player operation
図43のブロック図を再検討する、出力Gsynth(t)=ΨP[f(t)]の波形シンセサイザ483の入力PWMプレーヤ484PWMプレーヤは、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 player waveform synthesizer 483 of the output G synth (t) = ΨP [ f (t)] , the waveform G pulse with G synth (t) are combined then (T) Agricultural products have two functions of 492 pulse train 493 PWM player.
-Control duty ratio DPWM by dynamically generating the audio spectrum PWM pulse train G pulse (t).
- 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。
Gpulse(t)はPWMストリングのパルスで構成されているため、波形は高論理状態と低論理状態を交互に繰り返します。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484の出力は高くGsynth(t)=0の場合、PWMプレーヤ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 G pulse (t) is composed of PWM string pulses, the waveform alternates between high logic and low logic states. 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 sync (t) = 1, and when G sync (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 forcibly set to zero, and the next state is It will be ignored. Input G sync (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 products G sync (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491への入力には、クロック基準Φref、シンセ出力488、およびPWMプレーヤパラメトリック491が含まれます。動作において、基準クロックΦref=5MHzは、PWMカウンタ710への入力として周期Tref=0.20μsの時間基準を提供し、PWMクロックΦPWM=20kHzを生成します。周期TPWM=5μsで、基準クロックΦref周期より250倍長いパルス幅変調器711は、PWMプレーヤパラメトリック入力491で定義された表714に従って作成された持続時間ton=DPWMTPWMを変化させるPWMパルス492のシーケンスを生成します。たとえば、表714の0〜180秒では、Gpulse(t)が2,836Hzの周波数で60%のデューティ係数でパルスされ、その後、パルス周波数が584Hzに変化します。時間t=360秒で、パルス周波数は2,836Hzに戻ります。パルス列492の観点から、180秒に0から間隔中の期間TPWM=0.43msオン時間、パルスがハイ状態にある期間の一部が、Tによって与えられ、ton=DPWMTPWM=(60%)(0.43ms)=0.26ms。 As schematically shown in FIG. 61A, the PWM player 484 includes a PWM clock counter 710, a pulse width modulator 711, digital inverters 712a and 712b, and a logic gate 713. Inputs to the PWM player 491 include a clock reference Φ ref , a synth output 488, and a PWM player parametric 491. In operation, the reference clock Φ ref = 5 MHz provides a time reference with a period T ref = 0.20 μs as an input to the PWM counter 710 and produces a PWM clock Φ PWM = 20 kHz. In the period T PWM = 5 .mu.s, 250 times the reference clock [Phi ref period longer pulse width modulator 711 to vary the duration t on = D PWM T PWM created according to the table 714 defined by the PWM player parametric input 491 Generates a sequence of PWM pulses 492. 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=TPWM-ton=(0.43ms)-(0.26ms)=17msで与えられます。パルス周波数が584Hzに変化すると、周期は1.712msに増加し、オン時間は1.027msになります。したがって、パルスストリング492は、表491に指定された動的条件に従って、パルス幅変調器711によって動的に生成される。ゲートPWMパルスストリング493として示されるPWMプレーヤ484の出力は、波形シンセサイザ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.
パルス幅変調器711の動作は、本質的に2つの連続したカウンタを含み、1つはオン時間をカウントするためのもので、もう1つはオフ時間をカウントするためのもので、ton間隔ではGpulse(t)=1、toff間隔ではGpulse(t)=0です。論理擬似コードでは、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。 Operation of the pulse width modulator 711, essentially comprises two successive counter, one is for counting the on-time, one for and one for counting the off-time, t on interval Then, G pulse (t) = 1, and at the tooff interval, G pulse (t) = 0. In the logical pseudo code, the operation of the pulse width modulator 711 can be described by defining the following subroutine.
「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.
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。ループの終わりに、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。このプロセスは、TPWMのヌルエントリが検出されるまで、つまりTPWM=早見(行,4)=0になるまで続きます。その時点で、プログラムの実行は終了します。したがって、示されるように、PWMプレーヤ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。 As described, the viable pseudocode described above repeatedly reads Table 714 and uses its duration Δt, PWM pulse period TPWM, and PWM pulse- on- time ton arguments to the subroutine call pulse width modulator. Loads the data and increments the row. 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 the fourth column, the PWM period data is T PWM = quick look (1,4) = 0.43 ms, and in the first row and the fifth column, the one-time PWM data. Is t. to on = Hayami (1,5) = 0.26 ms. At the end of the loop, the line number is incremented from 1 to 2, so new data is read from the second line. Here Delta] t = [Hayami (3,1) - Hayami (2,1)] = [360 seconds -180 seconds] = 180 sec, T PWM = Hayami (2,4) = 1.712ms, and t on = Hayami (2,5) = 1.027 ms. This process continues until a null entry for T PWM is detected, that is, T PWM = quick look (row, 4) = 0. At that point, program execution ends. 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484の機能は、セット/リセットフリップフロップまたはS/Rラッチ720を含む図61Bに概略的に表されている。tonおよびtoffカウンタ721および722、およびゲート723および724、インバータ725、始動抵抗器733、ならびにtonおよびtoffレジスタ726および727。動作中、始動抵抗器733は、Q出力を論理上または「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 functionality of the PWM player 484 is schematically illustrated in FIG. 61B, which includes a set / reset flip-flop or S / R latch 720. To on and to off counters 721 and 722, and gates 723 and 724, inverter 725, starting resistor 733, and to on and to off registers 726 and 727. During operation, the starting resistor 733 pulls up the S input of the S / R latch 720 that logically sets the Q output to the "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. Referring to associated timing diagram, during the interval from T x to (T x + t on), PWM clock [Phi PWM 728 continues counting, reset signal 729 including the R input to the S / R latch 720 The set signal 730 including the S input remains low, the S / R latch 720 remains low (startup pulse not shown), and the output G pulse (t) 731 remains high.
tonカウンタ721が間隔tonのカウントダウンを完了すると、リセットパルス734によって示されるように、カウンタの出力は瞬間的にハイになる。同時に、Q出力の立ち下がりエッジは、インバータ725の出力に立ち上がりエッジを生成し、toffレジスタ727データのタフカウンタ722へのロードをトリガーする。ANDゲート724へのロジックハイ入力により、ΦPWMクロックをタフカウンタ722にルーティングすることができます。関連するタイミング図を参照すると(Tx+ton)から(Tx+TPWM)までのこの間隔の間、PWMクロックΦPWM728はカウントを継続し、S/Rラッチ720へのR入力を含むリセット信号729はローのままです(リセットパルスを除く)間隔の開始時に734)、S/Rラッチ720へのS入力を含む設定信号730はローのままであり、出力Gpulse(t)731はローのままである。カウンタがtoffの間隔の後にゼロにカウントダウンすると、その出力は、S/Rラッチ720のQ出力を論理「1」状態に切り替えてトンレジスタから現在の値をロードする短いセットパルス732を生成します726をtonカウンタ721に入れ、プロセス全体を再開する。 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. Referring to associated timing diagram between (T x + t on) of the interval between (T x + T PWM), PWM clock [Phi PWM 728 continues counting, resetting containing R input to S / R latch 720 The signal 729 remains low (734 at the start of the interval (excluding the reset pulse)), 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. Remains. 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.
示されているように、Gpulse出力731は、持続時間ton=DPWMTPWMの論理High状態から持続時間toff=(1-DPWM)TPWMの論理Low状態に切り替わります。設定パルス732がトリガーされるたびに、トンレジスタ726の現在の値がトンカウンタ721にロードされる。同様に、リセットパルス734がトリガーされるたびに、タフレジスタ727の現在の値がtoffカウンタ722にロードされる。このようにして、PWMプレーヤパラメトリックファイル491は、PWMプレーヤ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。 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、波形シンセサイザブロックのPWMジェネレータΨP[f(t)]で使用されるオーバーサンプリングされたクロックΦsymをはるかに下回っています。つまり、1/Φsym>>1/ΦPWM≧fPWM。 In conclusion, the PWM player defines a PWM sequence of pulses in which the frequency f PWM and the corresponding duty factor D PWM change over time according to a particular playback file, thereby changing the duration of tons and tons. Note that the pulse frequency of the pulse width modulator f PWM = 1 / T PWM is lower than the PWM clock Φ PWM = 20 kHz used to drive the modulator. In addition, the PWM frequency f PWM is well below the oversampled clock Φ sym used in the PWM generator ΨP [f (t)] of the waveform synthesizer block. That is, 1 / Φ sym >> 1 / Φ PWM ≧ f PWM .
LEDドライバの操作 LED driver operation
分散型PBTシステムのLEDプレーヤの第3段階は、LEDドライバ回路です。図43を参照すると、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とともに1つまたは複数のアナログ制御信号に変換する場合の機能、つまり、LEDドライブストリーム497次に、αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)に等しい集約信号を使用して、例示的な波形498に示すように多数のLEDストリングの電流を制御します。 The third stage of the LED player in a distributed PBT system is the LED driver circuit. Referring to FIG. 43, the function of the LED driver 485 to convert its inputs G sync (t) and G pulse (t) into one or more analog control signals with an optional time-dependent reference current 496, i.e. LED. Drivestream 497 Next, using aggregated signals equal to αI ref (t), G sync (t), and G pulse (t), the currents of a large number of LED strings are controlled as shown in the exemplary waveform 498. increase.
LEDドライバの動作の詳細は、図62のLEDドライバ485のブロック図に示されています。この図は、2つのPWMパルスストリング入力IN1493及びIN2750と、LEDストリング743aおよび743bを駆動するための2つの出力のみを示していますが、PBTの当業者には、任意の数の合成波形が理解されます。たとえば、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。直列接続されたLEDの「m」の数は、直列接続全体が適切に動作するために+VLEDを超える電圧を必要としない限り、ストリングごとに変化し得ることも理解されます。 Details of the operation of the LED driver are shown in the block diagram of the LED driver 485 in FIG. This figure shows only two PWM pulse string inputs IN1493 and IN2750 and two outputs to drive the LED strings 743a and 743b, but those skilled in the art of PBT will understand any number of synthetic waveforms. Will be done. For example, 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 for smaller LED pads the number of strings is It can be in the range of 8-24. It is also understood that the number of "m" s of LEDs connected in series can vary from string to string unless the entire series connection requires a voltage greater than + VLED for proper operation.
ドライバ485は、入力ごとに2つのバッファを含んでいるLED示すように、例えばIN1インバータ744a及び744bを必要とし、IN2インバータ745a及び745b、並びにPWMクロックカウンタ710を備え、LEDパッドコントローラ747、出力の複数のチャネルを必要とするILED1、ILED4、...各チャネルには制御された電流ソースまたはシンクが含まれ、オプションでD/Aコンバータと関連するIrefデータレジスタが含まれます。例えば、示されるように、ILED1出力は、LEDストリング743aを駆動する制御電流シンク740、基準電流Iref1生成するD/A変換器741、および関連するIref1データレジスタ742aを含む。同様に、ILED4出力は、制御電流シンク740d駆動LEDストリング743d、基準電流Iref4生成するD/A変換器741d、および関連するIref4データレジスタ742dを含む。オプションのクロスポイントマトリックス746は動的に割り当てるために使用されている、すなわち、必要に応じて、入力IN1とIN2などを出力ILED1,ILED2,ILED3,ILED4,ILED5...に割り当てる。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, IN1 inverters 744a and 744b, including IN2 inverters 745a and 745b, as well as a PWM clock counter 710, LED pad controller 747, output, as shown by the LED containing two buffers for each input. I LED1 , I LED4 , which require multiple channels, ... 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 LED 1 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. The optional crosspoint matrix 746 is used for dynamic allocation, i.e., input IN1 and IN2, etc. are output as needed I LED1 , I LED2 , I LED3 , I LED4 , I LED5 . .. .. Assign to. Apart from the PWM waveform input, the G sync (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、IN1入力され、次に、クロスポイントスイッチ746を介して、電流シンク740aおよび他のチャネル(図示せず)へのデジタルEn1入力にマッピングされる。付随する凡例に詳述されているように、クロスポイントスイッチの黒丸は、閉じたスイッチ、つまり接続を示し、白丸は接続がない、つまり開回路を示します。同様に、波形750は、IN2入力され、次に、クロスポイントスイッチ746を介して、電流シンク740dへのデジタルEn2入力および他のチャネル(図示せず)にマッピングされる。同時に、PWMクロックΦPWMによって同期ように、アナログ信号Iref1、電流シンク740aに供給され、アナログ信号Iref4、電流シンク740dに供給されます。電流のIref1とIref4さによって設定されたデジタル値にロードにIref1とIref4742aおよびレジスタ742dに対応することによりD/A変換器の741aと741d。得られた波形748aと748d制御電流ILED1=αIref1とILED4=αIref4。電流シンク(または代わりに電流源)の設計、実装、および動作は、図20Aから図23Cの例に記載されている。LEDドライバ機能は、ソフトウェアを使用して2つのステップで指定および実行することもできます。たとえば、最初に入力を出力にマッピングします。 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 IN1 and then mapped to digital En1 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 IN2 and then mapped to the digital En2 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 so as to be synchronized by the PWM clock Φ PWM. 741a and 741d of the D / A converter by which corresponds to the load to a digital value set by I ref1 and I ref4 of current I ref1 and I ref 4742a and register 742d. The resulting waveform 748a and 748d control the current I LED1 = .alpha. I ref1 and I LED4 = αI ref4. The design, implementation, and operation of current sinks (or instead current sources) are described in the examples of FIGS. 20A-23C. The LED driver function can also be specified and executed in two steps using software. For example, first map the input to the output.
このマッピングを動的に変更することは可能ですが、マッピングは治療ごとに1回だけ実行され、治療全体を通して変更されないままになる可能性が高くなります。多くの場合、単一の入力のみが使用されます。現在の各チャネルの現在の実行可能コードは、定数値に固定できます It is possible to change this mapping dynamically, but the mapping is performed only once per treatment and is likely to remain unchanged throughout the treatment. Often only a single input is used. The current executable code for each current channel can be fixed to a constant value
製造キャリブレーション中、エラー項または曲線Icalibは、各チャネルの不揮発性メモリに保存されます。たとえば、Icalib1=1.04mA,Icalib4=-0.10mA,Icalib4=0.90mAです。LEDパッドには、ミラー比αの値も格納されます。たとえば、α=1/β=1,000,1000の場合、mAの出力電流には対応するマイクロアンペアの基準電流が必要です。再生を開始する前に、パッドμCは各チャンネルのIrefの値を計算して保存します。 During manufacturing calibration, error terms or curves Icalib are stored in the non-volatile memory of each channel. For example, Icalib1 = 1.04mA, Icalib4 = -0.10mA, Icalib4 = 0.90mA. The value of the mirror ratio α is also stored in the LED pad. For example, when α = 1 / β = 1,000,1000, the corresponding microampere reference current is required for the output current of mA. Before starting playback, Pad μC calculates and saves the I ref value for each channel.
Iref値は、プログラム実行の前に、揮発性メモリ内のIrefレジスタ742a、742d、742eなどに同等のデジタル形式で格納される。ターゲットLED電流の値が変化した場合、プログラムの実行前にレジスタ値を上書きするか、治療の進行に合わせて動的に「オンザフライ」で上書きすることができます。例えば、実行可能な擬似コードを使用して、動的LEDドライブは、以下を含み得る。 The I ref value is stored in an equivalent digital format in the I ref registers 742a, 742d, 742e, etc. in the volatile memory before the program is executed. If the value of the target LED current changes, the register value can be overwritten before the program is executed, or it can be dynamically overwritten "on the fly" as the treatment progresses. For example, using executable pseudo-code, a dynamic LED drive may include:
実行中、各チャネルのIrefの値は、[ILED+Icalib]αによって設定されます。ここで、ILED1=早見「ドライブ」(行,2)、ILED4=早見「ドライブ」(行,5)などで、列2のセルILED2のLED電流ドライブデータが含まれ、列5にはILED4データなどが含まれます。カラム2細胞はIのLED駆動電流のデータを含む場合とLED2、カラム5はI含まLED4の列の値は、治療のために様々な間隔を定義するために使用されるデータなど、たとえば最大540秒で20mAを有通し、その23mAを伝送します。 During execution, the I ref value for each channel is set by [I LED + I calib] α. Here, I LED1 = Hayami "drive" (row, 2), I LED4 = Hayami "drive" (row, 5), etc., and the LED current drive data of cell I LED2 in column 2 is included, and column 5 contains the LED current drive data. I LED4 data etc. are included. Column 2 cells may contain data for the LED drive current of I and LED2, column 5 may contain data for the I-containing LED4 column, such as data used to define various intervals for treatment, for example up to 540. It passes 20mA in seconds and transmits that 23mA.
すべてのチャネルに同じ電流が流れている場合は、以下に示すように、チャネル固有の列をテーブルから削除して、単一の列に置き換えることができます。 If all channels have the same current, you can remove the channel-specific columns from the table and replace them with a single column, as shown below.
プログラムは、たとえば治療頭痛の例のように、テーブルではなく関数を呼び出すこともできます。 The program can also call a function instead of a table, for example, in the case of a therapeutic headache.
上記の例では、20mAの正弦波は、定義された周波数の基準電流ILED(t)の数学関数によって生成されます。たとえば、Φrefクロック(またはオプションでその倍数)を使用した5.5Hz。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。クロックはカウントを続け、終端条件t≧tendが満たされるまで、TLED=1/fLEDの固定周期で正弦波を繰り返し生成します。 In the above example, a 20mA sine wave is generated by a mathematical function of the reference current I LED (t) at the defined frequency. For example, 5.5 Hz using a Φ ref clock (or optionally a multiple of it). 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. , According to the instructions, each loop at "set t = t + (1 / Φ ref )" time t, the time ( incremented 1 / Φ ref ) and the sum thereby overwrites the previous value and backs the variable t. I will remember. Therefore, the variable t functions as a clock that is incremented for each loop of the program. The clock keeps counting and repeatedly generates a sine wave with a fixed period of TLED = 1 / fLED until the termination condition t ≧ tend is satisfied.
分散型PBTシステムのLEDプレーヤ 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プレーヤの操作には以下が含まれます。
・単位関数発生器を使用して数学的に、またはオーバーサンプリングされたルックアップテーブルベースのプリミティブプロセッサを使用して、時間依存のアナログ単位関数f(t)を生成します。
・変換G用いてPWMパルスストリームにユニット関数f(t)を変換Gsynth(t)=ΨP[f(t)]。
・可聴スペクトルPWMパルスストリングGpulse(t)を生成します。
・Gsynth(t)とPWMパルスストリングGpulse(t)のゲーティング、つまり論理ANDを実行して、乗法単位関数出力Gsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。
・アナログ電流αIref(t)の時間変化とともに駆動のLEDプレーヤ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 . The fact that it is above the significant audio frequency waveform is here Φ sym >> 20 kHz, PWM clock Φ PWM while used by the PWM player 484, LED clock ΦLED The 485 used by the LED player is PWM ≦ operating in the Φ audio spectrum. 20 kilohertz and ΦLED ≤ 20 kHz. In summary, LED player operations include:
• Generate a time-dependent analog unit function f (t) mathematically using a unit function generator or using an oversampled lookup table-based primitive processor.
· Converting G with unit function f (t) to the PWM pulse stream conversion G synth (t) = ΨP [ f (t)].
-Generates an audible spectrum PWM pulse string G pulse (t).
-Gating of G sync (t) and PWM pulse string G pulse (t), that is, logical AND is executed to generate the multiplication unit function output G sync (t) and G pulse (t).
-I LED = αI ref (t), G sync (t), G pulse (t) that 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から図65は、波形の様々な開示されたLEDプレーヤの汎用性を実証する例を示します。 FIGS. 63-65 show examples demonstrating the versatility of various disclosed LED players with waveforms.
図63Aは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]にPWMパルス文字列773aを掛け、D=50%にして、Gsynth(t)・Gpulse(t)を含むパルス文字列774aを生成します。一定のリファレンス781aを掛けて20mAを生成すると、結果の波形波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、デューティファクタが50%で平均電流が10mAの20mAピーク方形波802aで構成されます。 FIG. 63A shows a constant f (t) = 1 function 761, resulting in a constant time-invariant G sync waveform 762, where ΨP [f (t)] = 100%. Then, multiply the PWM pulse string 773a in constant ΨP [f (t)], and the D = 50%, and generates a pulse string 774a containing G synth (t) · G pulse (t). When 20mA is generated by multiplying by a constant reference 781a, the resulting waveform waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), and G pulse (t) have a duty factor of 50% and an average current of 10mA, which is 20mA. It consists of a peak square wave 802a.
図63Bは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]にPWMパルス文字列773bを掛け、D=20%にして、値Gsynth(t)・Gpulse(t)を持つパルス文字列774bを生成します。一定のリファレンス781bを掛けて50mAを生成すると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、20%のデューティファクタと10mAの平均電流を持つ20mAのピーク方形波802bで構成されます。 FIG. 63B shows a constant f (t) = 1 function 761, resulting in a constant time-invariant G sync waveform 762, where ΨP [f (t)] = 100%. Next, multiply the constant ΨP [f (t)] by the PWM pulse character string 773b to make D = 20%, and generate a pulse character string 774b having the values G sync (t) and G pulse (t). Multiplying a constant reference 781b to generate 50mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) is 20mA with a 20% duty factor and an average current of 10mA. It is composed of the peak square wave 802b of.
図63Cは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]にPWMパルス文字列773cを掛け、D=95%で、Gsynth(t)・Gpulse(t)はを含むパルス文字列774cを生成します。一定のリファレンス781cを掛けて10.6mAを生成すると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、95%のデューティファクタと10mAの平均電流を持つ10.6mAのピーク方形波802cで構成されます。 FIG. 63C shows a constant f (t) = 1 function 761, resulting in a constant time-invariant G sync waveform 762, where ΨP [f (t)] = 100%. Next, multiply the constant ΨP [f (t)] by the PWM pulse character string 773c, and at D = 95%, G sync (t) and G pulse (t) generate a pulse character string 774c including. Multiplying by a constant reference 781c to generate 10.6 mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) has a duty factor of 95% and an average current of 10 mA. It is composed of a 10.6mA peak square wave 802c.
図63Dは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]にD=50%のPWMパルス文字列773aを掛けて、値Gsynth(t)・Gpulse(t)のパルス文字列774aを生成します。ステップリファレンス781dを掛けて、25%から25mAにステップアップする20mAを生成すると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、50%のデューティファクタを持つ20mAのピーク方形波802cで構成されます。平均電流10mAは、50%のデューティファクタと平均電流112.5mAで25mAの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, resulting in a constant time-invariant G sync waveform 762, where ΨP [f (t)] = 100%. Next, the constant ΨP [f (t)] is multiplied by the PWM pulse character string 773a of D = 50% to generate the pulse character string 774a having the values G sync (t) and G pulse (t). Multiplying by step reference 781d to generate 20mA, which steps up from 25% to 25mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) has a duty factor of 50%. It is composed of 20mA peak square wave 802c with. An average current of 10mA steps up to a peak square wave of 25mA with a 50% duty factor and an average current of 112.5mA.
図63Eは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で定数値772を生成します。ここで、Gsynth(t)・Gpulse(t)=100%です。パルスリファレンス782を掛けて、20mAの方形波を生成し結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、50%のデューティファクタと10mAの平均電流を持つ20mAのピーク方形波802aで構成されます。 FIG. 63E shows a constant f (t) = 1 function 761, resulting in a constant time-invariant G sync waveform 762, where ΨP [f (t)] = 100%. Next, multiply the constant ΨP [f (t)] by the constant value 771 to generate the constant value 772 with D = 100%. Here, G sync (t) and G pulse (t) = 100%. Multiply the pulse reference 782 to generate a 20mA square wave and the resulting waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) has a 50% duty factor and an average current of 10mA. It is composed of a 20mA peak square wave 802a.
図63Fは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で定数値772を生成します。ここで、Gsynth(t)・Gpulse(t)=100%です。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。結果として得られる波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、平均電流10mAの20mA正弦波803aで構成されます。 FIG. 63F shows a constant f (t) = 1 function 761, resulting in a constant time-invariant G sync waveform 762, where ΨP [f (t)] = 100%. Next, multiply the constant ΨP [f (t)] by the constant value 771 to generate the constant value 772 with D = 100%. Here, G sync (t) and G pulse (t) = 100%. Multiply the sine wave reference 783 to generate a 20mA sine wave. The resulting waveform I LED = αI ref (t), G sync (t), G pulse (t) is composed of a 20 mA sine wave 803a with an average current of 10 mA.
図63Gは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で定数値772を生成します。ここで、Gsynth(t)・Gpulse(t)=100%です。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。結果として得られる波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、平均電流10mAの20mAサンプル804aで構成されます。 FIG. 63G shows a constant f (t) = 1 function 761, resulting in a constant time-invariant G sync waveform 762, where ΨP [f (t)] = 100%. Next, multiply the constant ΨP [f (t)] by the constant value 771 to generate the constant value 772 with D = 100%. Here, G sync (t) and G pulse (t) = 100%. Multiply the analog-digital sample 784a to produce a plucked string instrument with a peak value of 20mA. The resulting waveform I LED = αI ref (t), G sync (t), G pulse (t) consists of a 20 mA sample 804a with an average current of 10 mA.
図63Hは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で定数値772を生成します。ここで、Gsynth(t)・Gpulse(t)=100%です。アナログ−デジタルサンプル784bを掛けて、ピーク値が20mAのシンバルクラッシュを生成します。結果として得られる波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、平均電流10mAの20mAサンプル804bで構成されます。 FIG. 63H shows a constant f (t) = 1 function 761, resulting in a constant time-invariant G sync waveform 762, where ΨP [f (t)] = 100%. Next, multiply the constant ΨP [f (t)] by the constant value 771 to generate the constant value 772 with D = 100%. Here, G sync (t) and G pulse (t) = 100%. Multiply the analog-digital sample 784b to produce a cymbal crash with a peak value of 20mA. The resulting waveform I LED = αI ref (t), G sync (t), G pulse (t) consists of a 20 mA sample 804b with an average current of 10 mA.
図64Aは、f(t)=sin(ft)の正弦関数763を示しており、その結果、Gsynth=ΨP[f(t)]が、定義された周期Tsynthを有する連続的に変化するPWMパルスストリング波形764としてもたらされる。次に、PWM文字列ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で、正弦波のPWM表現775を含むGsynth(t)・Gpulse(t)を含むデジタルパルス文字列を生成します。一定の基準781aを掛けて20mAを生成すると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、平均電流10mAの50%の20mAピーク正弦波803aで構成されます。 FIG. 64A shows a sine function 763 with f (t) = sin (ft), so that G synth = ΨP [f (t)] changes continuously with a defined period T synth. It is provided as a PWM pulse string waveform 764. Next, the PWM character string ΨP [f (t)] is multiplied by a constant value 771, D = 100%, and a digital pulse character including G sync (t) and G pulse (t) including a PWM expression 775 of a sine wave. Generate a column. When 20mA is generated by multiplying by a certain reference 781a, the resulting waveforms I LED = αI ref (t), G synthesize (t), and G pulse (t) are 20mA peak sine waves 803a, which is 50% of the average current of 10mA. It will be configured.
図64Bは、f(t)=sin(ft)である正弦関数763を示し、定義された周期Tsynthを有する連続的に変化するPWMパルスストリング波形764としてGsynth=ΨP[[f(t)]をもたらす。次に、PWM文字列ΨP[[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で、正弦波のPWM表現775を含むデジタルパルス文字列Gsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。ステップリファレンス781dを掛けて、25%から25mAにステップアップする20mAを生成し、結果として得られる波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、10mAの50%平均電流の20mAピーク正弦波803bを含み、112.5mAの50%平均電流の25mAピーク正弦波にステップアップします。 FIG. 64B shows a sinusoidal function 763 with f (t) = sin (ft) as a continuously changing PWM pulse string waveform 764 with a defined period T synth as G synth = ΨP [[f (t)). ] Bring. Next, the PWM character string ΨP [[f (t)] is multiplied by the constant value 771, D = 100%, and the digital pulse character strings G sync (t) and G pulse (t) including the PWM expression 775 of the sine wave are included. To generate. Multiply by step reference 781d to generate 20mA stepping up from 25% to 25mA, and the resulting waveform I LED = αI ref (t), G sine (t), G pulse (t) is 50 of 10mA. It includes a 20mA peak sine wave with a% average current of 803b and steps up to a 25mA peak sine wave with a 50% average current of 112.5mA.
図64Cは、f(t)=sin(ft)である正弦関数763を示し、定義された周期Tsynthを有する連続的に変化するPWMパルスストリング波形764としてGsynth=ΨP[f(t)]をもたらす。次に、PWM文字列ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で、正弦波のPWM表現776を含むデジタルパルス文字列Gsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。20mAを生成するために一定の基準781aを掛けると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、50%の平均電流が10mAの正弦波803cの20mAコードで構成されます。 FIG. 64C shows a sinusoidal function 763 with f (t) = sin (ft) as a continuously changing PWM pulse string waveform 764 with a defined period T synth as G synth = ΨP [f (t)]. Bring. Next, the PWM character string ΨP [f (t)] is multiplied by the constant value 771, and the digital pulse character strings G sync (t) and G pulse (t) including the PWM expression 776 of the sine wave are obtained at D = 100%. Generate. Multiplying a constant reference 781a to generate 20mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) is a sine wave 803c with an average current of 50% and an average current of 10mA. It consists of a 20mA code.
図64Dは、Gsynth=ΨP[f(t)]によって、定義された周期Tsynthを有する周期的に変化するPWMパルスストリング波形767に変換されたのこぎり波763を示している。PWM列ΨP[f(t)]はそしてD=100%製造デジタルパルス列と定数値771で乗算されたGsynth(t)・Gpulse(t)のこぎり波のPWM表現777を含む20mAを生成するために、一定の基準781aを乗じたが、得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、10mAの50%の平均電流で20mA鋸歯状波804を含みます。 Figure 64D is the G synth = ΨP [f (t )], represents a sawtooth wave 763 is converted into a PWM pulse string waveform 767 that changes periodically with a period T synth defined. The PWM column ΨP [f (t)] is then used to generate 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. Was multiplied by a certain reference 781a, and the obtained waveforms I LED = αI ref (t), G synthesize (t), and G pulse (t) were 20 mA sawtooth waves 804 with an average current of 50% of 10 mA. Includes.
図64Eは、Gsynth=ΨP[f(t)]によって、定義された周期Tsynthを有する周期的に変化するPWMパルス弦波形768aのオーディオサンプルを示す。次に、PWM文字列ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で、のこぎり波のPWM表現779aを含むデジタルパルス文字列Gsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。20mAを生成するために一定の基準781aを掛けると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、50%の平均電流が10mAの20mAオーディオサンプル805aで構成されます。 Figure 64E is the G synth = ΨP [f (t )], indicating the audio samples of the PWM pulse strings waveform 768a periodically changes with a period T synth defined. Then, multiplying the constant value 771 in the PWM string ΨP [f (t)], at D = 100%, digital pulse string G synth including PWM representation 779a of sawtooth (t) · G pulse a (t) Generate. Multiplying a constant reference 781a to generate 20mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) is a 20mA audio sample with a 50% average current of 10mA. It consists of 805a.
図64Fは,Gsynth=ΨP[f(t)]によって、定義された持続時間で周期的に変化するPWMパルス弦波形769aに変換されたギター弦768aのオーディオサンプルを示している。次に、PWMストリングΨP[f(t)]に、D=100%の定数値771を掛けて、デジタルパルスストリングGsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。これは、ギターストリングのPWM表現779aで構成されます。一定の基準781aを掛けて20mAを生成すると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、50%の平均電流が10mAの20mAオーディオサンプル805aで構成されます。 Figure 64F is the G synth = ΨP [f (t )], indicates the audio samples of guitar strings 768a which has been converted into PWM pulse strings waveform 769a which changes periodically duration defined. Next, the PWM string ΨP [f (t)] is multiplied by the constant value 771 of D = 100% to generate the digital pulse strings G sync (t) and G pulse (t). It consists of a guitar string PWM representation 779a. When 20mA is generated by multiplying by a certain reference 781a, the resulting waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) is a 20mA audio sample 805a with an average current of 50% and an average current of 10mA. It will be configured.
図65は正弦関数763を示し、ここで、763f(t)=sin(ft)であり、結果として、Gsynth=ΨP[f(t)]が、定義された周期Tsynthを有する連続的に変化するPWMパルスストリング波形764として生じる。次に、PWM文字列ΨP[f(t)]に、D=67%の固定周期のPWMパルス771dを乗算して、低周波数PWMパルスによってゲート制御された正弦波のチョップされたPWM表現778を含むデジタルパルス文字列Gsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。30mAを生成するために一定のリファレンス781aを掛け、結果として得られる波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、平均電流10mAの正弦波803eの30mAコードで構成されます。 FIG. 65 shows a sine function 763, where 763f (t) = sin (ft), and as a result, G synth = ΨP [f (t)] continuously having a defined period T synth. It occurs as a changing PWM pulse string waveform 764. Next, the PWM character string ΨP [f (t)] is multiplied by a PWM pulse 771d having a fixed period of D = 67% to obtain a chopped PWM expression 778 of a sine wave gate-controlled by a low-frequency PWM pulse. Generates the including digital pulse character strings G sine (t) and G pulse (t). Multiplying a constant reference 781a to generate 30mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t), G synthesize (t), G pulse (t) is a 30mA code of a sine wave 803e with an average current of 10mA. Consists of.
PBT処理を実行するため、第1のLEDのプレーヤ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プレイヤがダウンロードされ、LEDのプレーヤは、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コントローラから切断すると、LEDプレーヤソフトウェアが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治療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。LEDプレーヤファイルを不揮発性メモリに保存することでプログラムワイプの問題を回避できますが、セキュリティ上の理由から、プログラムを不揮発性EEPROMやフラッシュではなくSRAMやDRAMなどの揮発性メモリに書き込むことをお勧めします。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試みは、実行可能コードの即時の喪失によって妨げられます。 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, turning off the PBT system or disconnecting the LED pad from the PBT controller erases the LED player software from the LED pad's volatile memory, so before running the LED replay file for treatment or session. Must be reinstalled on the pad. You can avoid the problem of program wipe by saving the LED player file in non-volatile memory, but for security reasons, write the program to volatile memory such as SRAM or DRAM instead of non-volatile EEPROM or flash. I recommend it. In this way, attempts by hackers to extract the program by powering down and quickly losing executable code when attempting to reverse engineer the contents of the program are hampered by the immediate loss of executable code. Can be done.
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ーヤパラメトリック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。
・プログラムのチューニング(キー)、つまり合成用のfkeyレジスタの設定。PBT合成で使用可能なキーは、4番目オクターブの音符の事前定義された2進倍数、9番目オクターブから1番目オクターブまでのオーディオスペクトルにまたがる生成された倍音で構成されます。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を使用すると、ユーザはfkeyの値を4第オクターブ周波数(音符ではなくヘルツで入力)として手動で設定し、この周波数をキーレジスタに渡すことができます。
・合成の各波形「ステップ」の期間を含む、合成される波形シーケンス。プログラムの終了には、処理またはセッションが完了したことを示す終了コードが含まれています。
・関数合成を使用する場合、各関数の数式とその頻度f。関数合成を使用して利用可能な周期波形には、一定、のこぎり波、三角波、および単一周波数の正弦波が含まれます。
・プリミティブ合成が使用される場合、周波数fを含む各プリミティブサブルーチンコールX及び解像度ξxプリミティブの再生サブルーチン。使用可能なプリミティブベースの波形サブルーチン呼び出しには、定数、のこぎり波、三角形、正弦波、またはオーディオサンプルが含まれます。正弦波コードのプリミティブベースの合成は、「コードビルダー」サブルーチンを使用して利用することもできます。
・コードビルダーのサブルーチンには、コードの作成方法と、存在するオクターブとノートの指定が含まれます。コードビルダーアルゴリズムには、「オクターブ」合成と「三/四」コード合成が含まれます。
・オクターブ合成では、任意のコードは、そのコンポーネントのオクターブ「オクターブ」番号(fxレジスタ設定に従って作成された周波数fxを表す−1から9までの番号)と、各オクターブの対応するプリミティブ解像度ξxおよびブレンドAxによって記述できます。三/四コードビルダーでは、ゲインAxで設定された調整可能な振幅を使用して、1オクターブにまたがる3つまたは4つの固定解像度の正弦波ノートをブレンドできます。使用可能なコードトライアドには、メジャー、マイナー、ディミニッシュ、オーグメントが含まれ、各トライアドには、コードのルートノートの+1オクターブ上にオプションの4番目のノートが含まれます。あるいは、4番目の音を追加して、7番目の和音、具体的には7番目、メジャー番目、およびマイナー7番目の構造を持つクワッドノートコードを形成することもできます。「カスタム」コードを使用すると、不協和音であっても1オクターブにまたがる3音のコードを生成でき、コードのルートノートから+1オクターブ上の4番目のノートを選択できます
・すべてのコードビルダー出力は、ユニット関数の0.5平均値をシフトすることなく、デジタルゲイAαによってコードの周期的振幅を増加させるようにスケーリングできます。
・波形シンセサイザのすべての出力は、単位関数を表します。つまり、0.000〜1.000のアナログ値が、0%〜100%のデューティファクタのPWMパルスストリングに変換されます。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 parametric in which the payload is then uncompressed to extract 487 into the waveform primitive and transferred to the volatile memory 832. 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 load 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.
-Program tuning (key), that is, setting the fkey register for synthesis. The keys that can be used in PBT synthesis consist of predefined binary multiples of notes in the 4th octave, generated overtones that span the audio spectrum from the 9th octave to the 1st octave. By default, the scale is evenly tuned. Werckmeister, Pythagoras, Just Measure 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. When you use the "Custom" UI / UX, the user can manually set the value of the f key as 4 second octave frequency (entered in Hz instead of the note), you can pass this frequency to the key register.
-A waveform sequence to be synthesized, including the duration of each waveform "step" in the synthesis. 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.
The octave synthesis, any code, and (number between -1 and 1, which represents the frequency f x created according to f x register setting to 9) Octave "octave" number of its components, corresponding primitive resolution of each octave ξ It can be described by x and blend A x. The 3/4 Code Builder allows you to blend 3 or 4 fixed resolution sinusoidal notes over an octave using the adjustable amplitude set by Gain Ax. Available chord triads include major, minor, diminish, and augment, and each triad contains an optional fourth note +1 octave above the root note of the chord. Alternatively, you can add a fourth note to form a quad note chord with a seventh chord, specifically a seventh, major, and minor seventh structure. "Custom" chords allow you to generate three-note chords that span an octave, even if they are dissonant, and select the fourth note +1 octave above the root note of the chord. The digital gay A α can be scaled to increase the periodic amplitude of the chord without shifting the 0.5 mean of the unit function.
• All outputs of the waveform synthesizer represent unit functions. That is, an analog value from 0.000 to 1.000 is converted to a PWM pulse string with a duty factor of 0% to 100%. Synthetic waveforms outside this range will be truncated.
動作中、波形シンセサイザパラメトリック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。エグザンプラライブラリには、三角形とのこぎり波の24ポイントの説明も含まれていますが、他の解像度も制限なく含まれる場合があります。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. The Exampura library also contains a 24-point description of triangles and sawtooth waves, but other resolutions may be included without limitation. 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, diminish 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、再生ファイルは一連のPWM周波数fPWMと、対応するデューティファクタDPWM対再生時間で構成され、これにより、トンとタフの持続時間が変化するパルスのPWMシーケンスを定義します。パルス幅変調器のパルス周波数fPWM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。結論として、PWMプレーヤの動作では、PWM周波数fPWMは、PWMパラメトリックファイル491で指定された再生プログラムによって変化することによって固定されません。周波数fPWMはクロックΦPWMと同じくらい高くなる可能性がありますが、ほとんどの場合、周波数fPWMは低くなるため、fPWM≦ΦPWMになります。さらに、周波数fPWMは可聴スペクトルにあり、波形シンセサイザブロックのPWMジェネレータΨP[f(t)]で使用される超音速範囲の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、数学的にはfPWM≦ΦPWM
<<1/Φsymとなります。
The PWM player parametric file 491 contains constant mode or pulse mode settings. In pulse mode, the playback file consists of a series of PWM frequencies f PWM and a corresponding duty factor D PWM vs. playback time, which defines a PWM sequence of pulses with varying ton and tough durations. Note that the pulse frequency f PWM of the pulse width modulator is lower than the PWM clock Φ PWM = 20kHz used to drive the modulator. In conclusion, in the operation of the PWM player, the PWM frequency f PWM is not fixed by being changed by the playback program specified in the PWM parametric file 491. The frequency f PWM can be as high as the clock Φ PWM , but in most cases the frequency f PWM is low, so f PWM ≤ Φ PWM . In addition, the frequency f PWM is in the audible spectrum, well below the oversampled clock Φ sym in the supersonic range used by the PWM generator ΨP [f (t)] of the waveform synthesizer block. That is, 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INxは、電流シンクイネーブルEnyに対してマッピングされます。たとえば、入力IN1はチャネル4の電流シンクイネーブルEn4にマップされ、入力IN2はチャネル1および5の電流シンクイネーブルEn1およびEn5(図示せず)にマップされます。各チャネルのIrefの値は、対応する各D/Aコンバータ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, the unit function digital PWM input INx is mapped to the current sink enable Any. For example, input IN1 maps to current sink enable En4 on channel 4, and input IN2 maps to current sink enable En1 and En5 (not shown) on channels 1 and 5. The I ref 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、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り、これらは、ソフトウェア、または図68の例示的な回路を使用して実装することができす。図68はセット/リセットまたはS/Rタイプのフリップフロップを含む開始/停止ラッチ842、割り込みラッチ843、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ANゲート845および846、および論理ORゲート846および847を含む。2つの入力ANDゲート845は、LEDプレーヤへの発振器Φoscの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からゲートされます。具体的には、点滅タイマタイムアウト844、ウォッチドッグタイマタイムアウト845、または過熱フラグ846です。 After downloading the LED player and LED playback file to the LED pad, playback is enabled by the start signal 840 and PBT system timing control, which can be implemented using software or the exemplary circuit of FIG. 68. Can be done. FIG. 68 shows a start / stop latch 842 including a set / reset or S / R type flip-flop, an interrupt latch 843, a PBT system clock counter 640, a start one-shot 848, logical AN gates 845 and 846, and a logical OR gate 846 and Includes 847. The two input AND gates 845 act as system clock enablers for the oscillator Φosc to the LED player and are gated by the start and control signals 840 and 841 and from various interrupts. Specifically, it is a blinking timer timeout 844, a watchdog timer timeout 845, or an 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。同時に、ワンショット信号は、割り込みラッチ843のセット入力Sおよびその出力Qをハイにトリガーする。ユーザ入力「スタート」840が選択されると、スタート/ストップラッチ846の出力Qをハイに設定する正方向のパルスを生成する。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。そのため、発振器ΦoscはクロックΦsysとしてPWMプレーヤに送られ、基準クロックΦrefとしてカウンタ640で除算されます。 At startup, the one-shot 848 immediately generates a pulse that drives the output of the OR gate 846 high. At the same time, the one-shot signal triggers the set input S of the interrupt latch 843 and its output Q high. When the user input "start" 840 is selected, it generates a positive pulse that sets the output Q of the start / stop latch 846 to high. 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. Therefore, the oscillator Φosc is sent to the PWM player as a clock [Phi sys, it is divided by the counter 640 as the reference clock [Phi 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出力がローでANDゲート846ダウンロード845の出力がローの場合、クロックΦoscはLED出力から切断され、治療を一時停止します。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. If the Q output is low and the output of the AND gate 846 download 845 is low, the clock Φosc will be disconnected from the LED output and the treatment will be paused. 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、まばたきタイマである。このタイマ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(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と並行してカウントダウンします。ソフトウェアタイマがオン状態でフリーズした場合、ウォッチドッグタイマはリセットされず、ウォッチドッグタイマ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 is software-independent) 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 is not reset, the watchdog timer times out, generates a blinking timeout interrupt 844, and shuts down the PBT system until the fault 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, security, sensing, and biofeedback are in a related patent entitled "Distributed Photobiomodulation Therapy Devices, Methods, and Communication Protocols" that was simultaneously submitted as a Partial Continuation (CIP) application of this patent. Explained in detail.
説明したように、分散PBTシステムでのLightOSデータパケットの配信は、USB、I2C、SMBus、FireWire、Lightening、その他の有線通信メディアなどの有線バスを介して実行される4層通信プロトコルを使用して実現できます。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ません。つまり、レイヤ1およびレイヤ2通信スタックは、ネットワークを介したデータルーティングを実行するのに十分ではありません。 As described, the delivery of LightOS data packets in a distributed PBT system uses a four-layer communication protocol that runs over a wired bus such as USB, I2C, SMBus, FireWire, Lightening, and other wired communication media. It can be realized. However, if 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. , Communication cannot be done exclusively using the MAC address. That is, the Layer 1 and Layer 2 communication stacks are not sufficient to perform data routing 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) that includes, and an application layer 7 for control and treatment of PBT systems. 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、インテリジェントLEDパッド1013に存在する通信スタック1017に接続されたPBTコントローラ1010に存在する完全な7層OSI通信スタック1016を介して行われる。 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 the WiFi cannot carry power, the intelligent LED pad 1093 is powered via a USB cable 1014b powered by either an AC / DC converter and a DC power supply (brick) 1014a or a USB battery (not shown). I need to receive power. WiFi communication is done via the complete 7-layer OSI communication stack 1016 present on the PBT controller 1010 connected to the communication stack 1017 present on the 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、インターフェー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から1026n用にフォーマットされた通信スタック1021bのデータリンク層−2に従ってWiFiデータ1023bに変換する。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131から135に接続します。 During 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 the data link layer-2 of the communication stack 1021b formatted for radio 1026a through 1026n. It is converted into WiFi data 1023b according to the above. 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。 Wireless connectivity allows the PBT controller to replace application programs 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. Applications may include dedicated Light apps, such as LightPadOS, that act as a reduced instruction set version of the LightOS operating system used by the dedicated hardware PBT controller described above. 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, Light apps are created to run on Android or iOS, and on notebooks, Light apps are 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/LTE、4G、および5Gプロトコルを使用します。 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. Use, for example, 3G / LTE, 4G, and 5G protocols to control.
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を注入するために、患者に隣接して配置されたエネルギエミッタ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、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エミッタとしてそれらが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, the energy emitters used are 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1158と共にレーザ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 sensors 1156 and 1157 with sensors 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、通信インターフェース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、レーザドライバ1174、および安全システム。示されるように、レーザドライバ1174は、レーザダイオード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電源1173によって、充電器およびUSB入力1186によって電力を供給されるレギュレータ1171を介して電力を供給される。 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 a laser power source 1173 powered by a lithium-ion battery 1172 via a charger and a regulator 1171 powered by a USB input 1186.
安全センサの詳細は図78Aに示され、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PBTハンドヘルド安全システムを示す。動作中、電圧Vosc発振器1220。注入周波数fosc直列に抵抗器1221およびコンデンサ1201aと1201bと抵抗1221の直列接続との間に形成された分圧器にスイッチング周波数でfosc、直列接続されたコンデンサは、等価インピーダンスZを示し、電圧ドロップネットワーク電圧のノードCとC'の間の」VZ=ZC・Iaveの両端の電圧降下しながら、抵抗1221はVであり、VR=R・Iave。二つの式V等式VR=VoscR/(R+ZC)。すなわち、接触ブレードセンサ1159が患者の皮膚に接触していないとき、ZCの値は大きく、VRはゼロに近づく。このような場合、差動増幅器の出力は、温度に依存しない電圧基準1224の電圧であるVrefよりも低い。したがって、眼の安全比較器1225の出力は接地され、レーザドライバは抑制される。センサブレードが皮膚に接触すると、ACインピーダンスZC大幅に低下し、ローパスフィルター1223でAC信号を除去した後、抵抗1221の両端の平均DC電圧がVrefより大きくなり、目の安全コンパレータの出力がロジックハイで、接触検出イネーブル信号1228をレーザ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、レーザドライバ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、レーザドライバ1174が有効にされる。 Details of the safety sensor are shown in FIG. 78A and include measurement of heat 1200 using PN diodes 1202 (terminals A and K) and contact blades 1159 with capacitors 1201a and 1201b, which are terminals C and C'. It forms a closed circuit that conducts AC current across the patient's tissue. FIG. 79 shows a laser PBT handheld safety system that includes 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 fosc The capacitors connected in series with the resistor 1221 and the capacitors 1201a and 1201b formed between the resistor 1221 and the resistor 1221 at the switching frequency fosc at the switching frequency show the equivalent impedance Z, and the voltage drop network. The resistor 1221 is V and VR = R. Iave, while the voltage drops across VZ = ZC · Iave between the voltage nodes C and C'. Two equations V equation VR = VoscR / (R + ZC). That is, when the contact blade sensor 1159 is not in contact with the patient's skin, the ZC value is large and the VR 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 ZC 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 Vref , and the output of the eye safety comparator is logic. High sends a contact detection enable signal 1228 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PBT制御1240は、レーザ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とにセンサ1202を備えた過熱保護1131aが含まれます。障害信号とレーザμCからのPWMプレーヤ出力は、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 aforementioned LED controller including the laser μC1181, communication interface 1182, clock 1183, non-volatile memory 1184, and volatile memory 1185. Protective features include eye protection 1131b and overheat protection 1131a with sensor 1202. 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 ILaser1 and ILaser2 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λ1。制御された電流シンク1257は、λ波長で1157nを介してレーザ1157aの列を駆動するために使用されるλ2レーザ列は、電源電圧+VHVによって給電されるレーザアレイ1242内、入力コンデンサ1265を含む昇圧型スイッチングレギュレータ1241の出力PWMコントローラ1260、ローサイドパワーDMOSFET1262、インダクタ1261、ショットキー整流器1263、およびPWMコントローラ1260への電圧フィードバックを備えた出力コンデンサ1264。レーザ電源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。後2.5-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、レーザアレイを使用してレーザ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 includes an input capacitor 1265 in a laser array 1242 powered by supply voltage + VHV. An output capacitor 1264 with an output PWM controller 1260 for the step-up switching regulator 1241, a low-side power DMOSFET 1262, an inductor 1261, a shotkey rectifier 1263, and a voltage feedback to the PWM controller 1260. Input to the laser power supply 1241 is supplied by the Li-Ion battery 1172 and the battery charger 1171. USB power input. The rear 2.5-V voltage-stabilized output is used to drive + VHV 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 has been activated, the laser array can also be used to provide laser PBT control.
光生体変調療法用の自律型LEDパッド-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。また、自律型LEDパッドは、治療中に「自律的に」(すなわち、単独で)動作しますが、製造中、それらは分散PBTシステムの一部に接続され、該当するプログラムをロードして、正常に動作することを確認します。 Autonomous LED Pads for Photobiomodulation Therapy-Another peripheral device compatible with distributed PBT systems is inconvenient for emergency treatment on battlefields, battlefields, etc., when PBT controllers or mobile phones are not available. It is an autonomous LED pad used in such applications. 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. Also, autonomous LED pads operate "autonomously" (ie, alone) during treatment, but during manufacturing they are connected to part of a distributed PBT system, loading the appropriate program, and Confirm that it works properly.
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)一方、救急医療従事者が使用するものは、裂傷や火傷などの創傷の治療に焦点を当てている場合があります。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 may include treatment for cerebral aches at ski resorts loaded on LED pads (common ski injuries), while those used by emergency medical personnel include lacerations and burns. May focus on treating wounds in the area. 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14のインテリジェントLED337の電気的設計は、オン/オフおよびプログラム選択を制御するための押しボタンの追加を除いて、自律型LED動作に等しく適用可能である。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コントローラは製造データをロードし、PBTプレーヤ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。 The electrical design of the intelligent LED 337 of FIG. 14 is equally applicable to autonomous LED operation, except for the addition of pushbuttons 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81Aに示され、上面図1281、下面図1284、および単一のUSBソケット1198を含む側面図で示される自己完結型の事前にプログラムされたインテリジェントLEDパッドを含む。断面1280には、リジッドPCB1288、フレックスPCB1289、LED1991および1292、センサ1290、および制御スイッチ1299が含まれます。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を含む。 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. 81A and includes a self-contained, pre-programmed intelligent LED pad shown in top view 1281, bottom view 1284, and side view including a single USB socket 1198. Cross section 1280 includes rigid PCB1288, flex PCB1289, LEDs 1991 and 1292, sensors 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. Includes 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温熱は−と同様に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。 Similar to pulsed LED hyperthermia-as well as visible and near-infrared photobiomodulation therapy, hyperthermia typically includes wavelengths between 100 and 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、光子のエネルギはその波長に反比例するため、3μmの遠赤外線のエネルギは赤およびNIRPBTのエネルギの20%から20%にすぎません。より低いエネルギ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 of 12 μm or less, "Farinfraredradiation (FIR): itsbiological reflections and medical applications", Photonics Lasers Med. , Vol. 1, no. 4, Nov. 2012, pp. 255-266: https: // www. ncbi. nlm. nih. gov / pmc / artles / PMC369878 / 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 / GaSblittingdiodewithpeakemissionatawavel". 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.
磁気療法-磁気療法(MT)は、損傷した組織が磁場にさらされる代替医療療法です。固定磁場が組織に及ぼす影響は疑わしく、一般に偽医療、疑似医療、フリンジ医療、さらには偽医療と見なされています。米国FDAのいくつかの研究は、永久磁石磁気療法の医学的主張は科学的および臨床的研究の結果によって完全に支持されていないと結論付けています。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。 Magnetic Therapy-Magnetic Therapy (MT) is an alternative medicine therapy in which damaged tissue is exposed to a magnetic field. The effects of fixed magnetic fields on tissues are questionable and are generally considered quackery, quackery, fringe medicine, and even quackery. Several US FDA studies conclude that the medical claims of permanent magnetism are not fully supported by the results of scientific and clinical studies. The sale of magnetic therapy products using medical claims is prohibited (https://en.wikipedia.org/wiki/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 magnet therapy is commonly referred to as pulsed magnet therapy or PMT.
報告されているPMTの効果は、主に筋弛緩、局所的な血液循環と血管拡張の改善、抗炎症効果、エンドルフィンの局所放出による痛みの緩和、細胞膜活動電位に対する有益な効果です。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 beneficial effects on muscle relaxation, improvement of local blood circulation and vasodilation, anti-inflammatory effect, pain relief by local release of endorphin, and cell membrane action potential. The mechanism of action is primarily believed to be electrochemical rather than thermal, which acts 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、フレックスPCBとリジッド電磁石の間のはんだ接合部を機械的に損傷することなく、治療対象の患者の組織に対して多数の電磁石の向きを90°の角度(つまり直角)に調整するために必要です。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 Nos. 14 / 919,594. Must be attached to (or 3D PCB). A printed circuit board with redundant interconnection that is incorporated herein by reference. Rigid flex PCB adjusts the orientation of multiple electromagnets to a 90 ° angle (ie right angle) with respect to the tissue of the patient being treated without mechanically damaging the solder joint between the flex PCB and the rigid electromagnet. Needed to do. 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 conductive columns of metal or other low resistance materials 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の爆発図に示され、ここで、金属導電層1311、1301、1302、および1312は、磁気コア1316を取り囲む円形トロイドを形成する。所与の層上の各円形導体は、その下の金属層と比較して回転し、その結果、金属ビア1307、1306、および1308は、電流がの各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。PCB、例えば、剛性PCB1320と交差する平面上この構造は、リジッドフレックスPCBが磁気コア1316を取り囲むトロイドの層を形成する図84でさらに詳細に説明されている。導電層と鉄磁気コアとの間の短絡を防止するために、磁気コア1316は、絶縁体1315によって導電層1311、1301、1302、および1302から絶縁され得る。得られた上面図は、剛性PCB1320と交差し、フレックスPCB1321を相互接続する平面断面図で図85に示されている。図示のように、円形導体1302は、ビア1306を介して上にある導電層に接続し、また、ビア1308を介して下にある導電層に接続しながら、磁気コア1316を取り囲む。 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 shown in the explosion diagram of FIG. 83, where the metal conductive layers 1311, 1301, 1302, and 1312 form a circular toroid that surrounds the magnetic core 1316. Each circular conductor on a given layer rotates compared to the metal layer below it, so that the metal vias 1307, 1306, and 1308 are on all layers where the current is located on each plane. The layers can be interconnected so that they flow counterclockwise. This structure on a plane intersecting a PCB, eg, a rigid PCB 1320, is described in more detail in FIG. 84, where the rigid flex PCB forms a layer of toroid surrounding the magnetic core 1316. To prevent a short circuit between the conductive layer and the iron magnetic core, the magnetic core 1316 may be insulated from the conductive layers 1311, 1301, 1302, and 1302 by an insulator 1315. The obtained top view is a plan sectional view crossing the rigid PCB 1320 and interconnecting the flex PCB 1321 as shown in FIG. 85. As shown, the circular conductor 1302 surrounds the magnetic core 1316, connecting to the upper conductive layer via vias 1306 and to the lower conductive layer via vias 1308.
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、電磁石ドライバ1341、電磁石電源1363、および電磁石アレイ1350、ならびに充電器1360、リチウムイオン電池1361、およびUSBコネクタからなるインテリジェントLEDパッドまたはレーザワンド回路と同様に、PMTドライバ1340には、PMTμC1181、クロック1183、不揮発性メモリ1134、揮発性メモリ1135、通信インターフェース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. Similar to the PMT driver 1340, the electromagnet driver 1341, the electromagnet power supply 1363, and the electromagnet array 1350, and an intelligent LED pad or laser wand circuit consisting of a charger 1360, a lithium ion battery 1361, and a USB connector, the PMT driver 1340 includes a PMT μC1181, Includes 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 IEM1 and IEM2 flowing through the electromagnets 1352 and 1353 in response to the digital input and are also controlled by the analog reference current obtained from the output of the D / A converter 1345. increase.
電流シンクを急速電磁石蓄積エネルギのいずれかまで、インダクタ電流を再循環させることによってスイッチオフされるたびに、フリーホイーリングダイオード1354及び1355は、高電圧スパイクを防止するために含まれるEL=0.5LI2消費又は電流シンクまで再度電流を流しています。コンデンサ1356及び1357は、の共振周波数でコイルのインダクタンスと発振有するタンク回路を形成するために、意図的にノイズまたは必要に応じてスイッチングフィルタに使用されるfLC=1/(2πSQRT(LC)。電磁石+VEMを駆動するための電力は、電圧を上げるためのブーストコンバータまたは電圧を下げるためのバックコンバータ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。 Each time the current sink is switched off by recirculating the inductor current to any of the rapid electromagnet storage energies, the freewheeling diodes 1354 and 1355 are included to prevent high voltage spikes EL = 0. 5LI2 consumption or current is flowing again to the current sink. Capacitors 1356 and 1357 are intentionally used for noise or, if necessary, a switching filter to form a tank circuit with coil inductance and oscillation at the resonant frequency of fLC = 1 / (2πSQRT (LC). Electromagnet. The power to drive the + VEM comes from the switching power supply circuit of either the boost converter to raise the voltage or the back converter to lower the voltage, or because the current sinks 1343 and 1343 control the inductor current. , 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の導通を遮断すると、パワーMOSFET1366のドレイン電圧が瞬時に上昇し、ショットキーダイオード1367に順方向バイアスをかけ、コンデンサ1368を電圧+VEMに充電します。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. When the continuity of the MOSFET is cut off, the drain voltage of the power MOSFET 1366 rises instantly, biases the Schottky diode 1367 in the forward direction, and charges the capacitor 1368 to the voltage + VEM. The feedback signal of the capacitor voltage is then "feeded back" to the PWM controller 1365, allowing the controller to determine whether 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であるため、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 + VEM 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 converter is called a boost converter because the output voltage of the switching converter and regulator is higher than its input, that is, + VEM> Vbat. However, if the required electromagnet driver voltage is lower than battery voltage + VEM <Vbat, 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. The replacement requires only 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, the separate surface mount electromagnets 1351 including the magnetic core 1376 and the winding coil 1375 are made by soldering the metal legs 1359a and 1359b to two separate electrically isolated 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 individually driving the electromagnets 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 circuit. 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-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と同じように動作するPBTコントローラと通信しますが、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。マウスピース内で実行されます。 Periodontal PBT LED Mouthpiece-PBT can be performed through the cheek to treat gingival disorders, but another option is to use a laser or LED to light directly into the patient's mouth with near, infrared, and blue spectra. Is to inject. 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. It runs inside the mouthpiece.
そのような歯周PBT装置の例は、歯および歯茎1503を覆う馬蹄形の部分を含む成形されたマウスピース1500を含む、図90の3次元斜視図に示されており、馬蹄形の部分を裏打ちする2つの異なる波長のLED1504および1505(位置1506は、3D透視図では見えないLEDの位置を識別する)、電気ケーブル1501および制御ユニット1502は、電源用またはオプションでバス通信用のコネクタを含みます。対応する断面は、フレックスPCB1513、リジッドPCBベース1515、およびLED1513を備えたリジッドフレックスPCBアセンブリを含む、歯1510を取り囲むU字形の断面を明らかにしている。マウスピースは、歯をきれいにしようとするのではなく、歯1511に隣接する歯茎1512の近くに配置されるようにLED1513を配置するように設計されている。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ー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 3D perspective view of FIG. 90, which includes a molded mouthpiece 1500 containing a horseshoe-shaped portion covering the teeth and gums 1503, which lines the horseshoe-shaped portion. Two different wavelength LEDs 1504 and 1505 (position 1506 identifies the position of the LED that is not visible in the 3D perspective), electrical cable 1501 and control unit 1502 include connectors for power or optionally bus communication. The corresponding cross section reveals a U-shaped cross section surrounding the teeth 1510, including a rigid flex PCB assembly with a flex PCB 1513, a rigid PCB base 1515, and an LED 1513. The mouthpiece is designed to place the LED 1513 so that it is placed near the gums 1512 adjacent to the teeth 1511 rather than trying to clean the teeth. 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、剛性PCB部分1513および屈曲PCB翼1514を含む図91に示されている。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のリジッド部分とフレックス部分は、ピックアンドプレース時に同じ平面に固定されますが、リジッドフレックスPCBは直線である必要はなく、ガム型の馬蹄形の設計でレイアウトできるため、フレックスPCBの不必要な屈曲が発生するか、ストレスが加わり、後で破損する可能性があります。表面実装アセンブリの後、フレックスウィング1514は、リジッドPCBベース1515に対して垂直にU字形に曲げられ、次いで、リジッドフレックス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。 A production 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) includes a rigid PCB portion 1513 and a flexed PCB wing 1514. It is shown in 91. 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 place the solder temperature profile during reflow to make it uniform. It is important to keep the PCB firm and flat during SMT assembly. Rigid and flex parts of the PCB are fixed on the same plane during pick and place, but the rigid flex PCB does not have to be straight and can be laid out with a gum-shaped horseshoe design, so unnecessary bending of the flex PCB Can occur or become stressed and can be damaged later. After the surface mount assembly, the flex wing 1514 is bent into 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PBT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 PBT 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ます。 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 + VLED 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. It is 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 LEDs on and off, to program conducted currents, or to synthesize periodic waveforms such as sine waves. 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-開示される分散型PBTシステムは、圧電トランスデューサを駆動して、100kHzから4MHzの範囲の周波数範囲で超音波を生成するためにも適用可能である。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。 Ultrasound Therapy-The disclosed distributed PBT system is also applicable to drive piezoelectric transducers to generate ultrasonic waves in the frequency range of 100 kHz to 4 MHz. 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, an ultrasonic converter can also be combined with an LED array 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、Vy=0になり、その間に電流がVxからVyに流れます。次の半サイクルで、電流の流れはVyからVxに逆になります。 One implementation of a combined ultrasonic PBT treatment system or USPBT pad is shown in FIG. Signals from the microcontroller, including the microcontroller 1557 running 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, Vy = 0, during which current flows from Vx to Vy. In the next half cycle, the current flow reverses from Vy to Vx.
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1563b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。ハイサイドPチャネルMOSFET1564aがオンで導通しているときは常に、ローサイドNチャネル1563aがオフでV、X=+VPZです。同時に、ハイサイドPチャネルMOSFET1564bがオフになり、次にローサイドNチャネル1563bがオンになり、Vy=0になり、その間に電流がVxからVyに流れます。次の半サイクル、電流の流れはVyからVxに逆になります。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 1563b. Whenever the high-side P-channel MOSFET 1564a is on and conducting, the low-side N-channel 1563a is off and V, X = + VPZ. At the same time, the high-side P-channel MOSFET 1564b is turned off, then the low-side N-channel 1563b is turned on, Vy = 0, during which current flows from Vx to Vy. In the next half cycle, the current flow reverses from Vy to Vx. During operation, the two half-bridges are bidirectional with the output of the 1567 half-bridge having an absolute value of ± VPZ in response to the output of the inverter μC1557 pad by driving the phase. 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。USPBTパッドの例は、上面図1581、下面図1584、および単一のUSBソケット1598を含む側面図で示されるインテリジェントLEDパッドを含む図97に示されている。フレックスPCB1589、LED1591、センサ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。 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 currents IPZ1 and PZ2 are pulsed by inverters 1571 and 1572 that control the frequency of digitally generated ultrasonic waves. Examples of USPBT pads are shown in FIG. 97, which includes an intelligent LED pad shown in top view 1581, bottom view 1584, and side view including a single USB socket 1598. 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。超音波と光生体変調療法(ここではUSPBTと呼ぶ)を組み合わせたアプリケーションは、超音波を使用して瘢痕組織を破壊し、PBTを使用して死んだ細胞の除去を加速するのに役立ちます。 Optionally, LEDs for PBT can be driven simultaneously or alternately in time in combination with an ultrasonic piezoelectric emitter. Applications that combine ultrasound and photobiomodulation therapy (referred to here as USPBT) help use ultrasound to destroy scar tissue and use PBT to accelerate the removal of dead cells.
超低周波音療法-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おり、電磁石がスピーカーと同様のボイスコイルドライバに置き換えられていることを除いて、可動部分がプランジャーまたは膜に取り付けられ、非常に低い周波数で治療された組織を押します。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-Infrasound therapy is similar to tissue massage, except that it occurs at frequencies much lower than the audio spectrum, usually 20Hz to 1Hz 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, with an electromagnet similar to a speaker. The moving parts are attached to the plunger or membrane and push the treated tissue at very low frequencies, except that it has been replaced by a voice coil driver. 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.
PBT LED芽鼻/耳用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と同じように動作するPBTコントローラと通信しますが、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、パッド内で処理は実行されません。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 LED Bud Nose / Ear 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 spectrum. Devices etc. are small. 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, but instead is streamed to the LED pad as a passive electrical signal. No processing is performed within the pad. 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PBT LEDスポット−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と同じように動作するPBTコントローラと通信しますが、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、鍼治療の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。 PBT LED Spots for Acupuncture-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 do not have 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ヘッドホン−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ホ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ます。 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 (34)
PBTコントローラ、前記PBTコントローラはメインマイクロコントローラを含む、通信インターフェース、そしてデジタル時計;PBT controller, said PBT controller includes a main microcontroller, a communication interface, and a digital clock;
発光ダイオード(LED)パッド、前記LEDパッドはパッドイクロコントローラを含む、メモリ、そしてEDの配列、前記EDの配列は1つまたは複数のLEDストリングを含む、上記の各LEDストリングのLEDは直列に接続されている、そして各LEDストリングの電流を制御するためのLEDドライバ;そしてA light emitting diode (LED) pad, said LED pad containing a pad icro controller, a memory, and an array of EDs, said array of EDs containing one or more LED strings, the LEDs of each of the above LED strings connected in series. And the LED driver to control the current of each LED string; and
前記PBTコントローラと、前記1つまたは複数のLEDストリングの電流および照明を制御するための前記LEDパッドとの間でデジタルデータを伝送するための通信リンク。A communication link for transmitting digital data between the PBT controller and the LED pad for controlling the current and illumination of the one or more LED strings.
前記LEDパッド内の前記ファイルの第1の部分を復号化し、前記処理の第1の部分を実行する:そしてDecoding the first part of the file in the LED pad and performing the first part of the process: and
前記LEDパッド内の前記ファイルの第2の部分を復号化し、前記処理の第2の部分を実行する。The second part of the file in the LED pad is decoded and the second part of the process is executed.
前記点滅タイマにカウントを開始させる;Let the blinking timer start counting;
前記点滅タイマが作動し始めてから第1の所定時間が経過したときに、前記点滅タイマに点滅タイムアウト信号を生成させ、前記点滅タイムアウト信号は、前記プログラムソフトウェアに割り込みサービスルーチン(ISR)を実行させる;そしてWhen the first predetermined time has elapsed since the blinking timer started to operate, the blinking timer generates a blinking timeout signal, and the blinking timeout signal causes the program software to execute an interrupt service routine (ISR); and
前記プログラムソフトウェアにPBT処理を中断させ、前記ISR中に前記LEDパッドの安全性チェックを実施させる。The program software interrupts the PBT process and causes the LED pad to perform a safety check during the ISR.
ISRの終了時に、上記のウォッチドッグ時間をリセットして開始;At the end of the ISR, reset and start the watchdog time above;
ウォッチドッグタイマが動作し始めてから第2の所定の時間が経過したときに、ウォッチドッグタイマに割り込みフラグを生成させ、前記第2の所定の期間は、前記第1の所定の期間よりも長く;そしてWhen the second predetermined time has elapsed since the watchdog timer started operating, the watchdog timer is made to generate an interrupt flag, and the second predetermined period is longer than the first predetermined period; and
前記割り込みフラグが生成されると、前記プログラムソフトウェアにPBT処理を中断させる。When the interrupt flag is generated, the program software interrupts the PBT process.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862653846P | 2018-04-06 | 2018-04-06 | |
| US62/653,846 | 2018-04-06 | ||
| PCT/US2019/026222 WO2019195816A1 (en) | 2018-04-06 | 2019-04-06 | Distributed photobiomodulation therapy system and method |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021520867A JP2021520867A (en) | 2021-08-26 |
| JP2021520867A5 true JP2021520867A5 (en) | 2021-10-14 |
| JP7740878B2 JP7740878B2 (en) | 2025-09-17 |
Family
ID=68101298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020554839A Active JP7740878B2 (en) | 2018-04-06 | 2019-04-06 | Distributed photobiomodulation therapy systems and methods |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7740878B2 (en) |
| KR (1) | KR102768767B1 (en) |
| CN (1) | CN112996559B (en) |
| CL (1) | CL2020002581A1 (en) |
| ES (1) | ES2788140B2 (en) |
| IL (1) | IL277775B2 (en) |
| MX (1) | MX2020010553A (en) |
| PE (1) | PE20210544A1 (en) |
| SG (1) | SG11202009869RA (en) |
| TW (1) | TWI787493B (en) |
| WO (1) | WO2019195816A1 (en) |
| ZA (1) | ZA202006175B (en) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11058889B1 (en) | 2017-04-03 | 2021-07-13 | Xiant Technologies, Inc. | Method of using photon modulation for regulation of hormones in mammals |
| AU2019428638B2 (en) | 2019-02-06 | 2023-11-09 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Integrated circuit with address drivers for fluidic die |
| AU2019428180B2 (en) | 2019-02-06 | 2023-04-27 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Print component with memory array using intermittent clock signal |
| EP4206896B1 (en) | 2019-02-06 | 2024-08-21 | Hewlett-Packard Development Company L.P. | Identifying random bits in control data packets |
| EP4075955A4 (en) * | 2019-12-20 | 2023-12-20 | Xiant Technologies, Inc. | MOBILE REAL-TIME LOCATION UNIT |
| WO2021160223A1 (en) * | 2020-02-12 | 2021-08-19 | Jk-Holding Gmbh | Body irradiating device |
| EP4126211A4 (en) * | 2020-04-03 | 2024-05-01 | Lim, Lew | PHOTOBIOMODULATION SYSTEM AND METHODS FOR IMPROVING IMMUNITY AND TREATMENT OF RESPIRATORY INFECTIONS |
| CN111729203B (en) * | 2020-06-11 | 2022-02-15 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | Device for reducing addiction and faltering |
| JP7713511B2 (en) * | 2020-07-14 | 2025-07-25 | アセンシア・ダイアベティス・ケア・ホールディングス・アーゲー | Tracking insertion and removal times of continuous glucose monitoring sensors |
| US11464997B2 (en) | 2020-07-18 | 2022-10-11 | Konrad Jarausch | Systems and methods for light generation and use thereof |
| MX2023003795A (en) * | 2020-10-01 | 2023-06-01 | G Life | Device and method for applying photobiomodulation. |
| WO2023283164A1 (en) * | 2021-07-06 | 2023-01-12 | Biolight, Inc. | Oral guard for light therapy |
| EP4412705A4 (en) * | 2021-10-08 | 2025-08-27 | Octane Innovation Inc | PERSONALIZED BIOELECTROMAGNETIC THERAPEUTICS |
| WO2023228206A1 (en) * | 2022-05-25 | 2023-11-30 | Litemed India Private Limited | Musculoskeletal pain reliever for acute and chronic pain |
| CN115526303B (en) * | 2022-09-15 | 2023-09-26 | 常州大学 | Simple non-autonomous controllable multi-scroll neuron circuit |
| LU506459B1 (en) * | 2024-02-26 | 2025-08-28 | Novahealthlux Holding S A R L | Pulsed electromagnetic field therapy device for cellular regeneration and pain management |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5259380A (en) * | 1987-11-04 | 1993-11-09 | Amcor Electronics, Ltd. | Light therapy system |
| US5103395A (en) * | 1988-10-07 | 1992-04-07 | Spako David W | System for remote positioning of a radioactive source into a patient including means for protection against improper patient exposure to radiation |
| US6720745B2 (en) * | 1997-08-26 | 2004-04-13 | Color Kinetics, Incorporated | Data delivery track |
| RU2145247C1 (en) * | 1998-04-10 | 2000-02-10 | Жаров Владимир Павлович | Photomatrix therapeutic device for treatment of extended pathologies |
| US6663659B2 (en) * | 2000-01-13 | 2003-12-16 | Mcdaniel David H. | Method and apparatus for the photomodulation of living cells |
| US6290713B1 (en) * | 1999-08-24 | 2001-09-18 | Thomas A. Russell | Flexible illuminators for phototherapy |
| JP3897962B2 (en) * | 2000-07-19 | 2007-03-28 | 株式会社モリタ製作所 | Identification-type instrument body, identification-type adapter, identification-type tube, and medical device using these |
| US20020143373A1 (en) * | 2001-01-25 | 2002-10-03 | Courtnage Peter A. | System and method for therapeutic application of energy |
| US7150710B2 (en) * | 2001-06-26 | 2006-12-19 | Photomed Technologies, Inc. | Therapeutic methods using electromagnetic radiation |
| US7203835B2 (en) * | 2001-11-13 | 2007-04-10 | Microsoft Corporation | Architecture for manufacturing authenticatable gaming systems |
| US20070219604A1 (en) * | 2006-03-20 | 2007-09-20 | Palomar Medical Technologies, Inc. | Treatment of tissue with radiant energy |
| US20060095096A1 (en) * | 2004-09-09 | 2006-05-04 | Debenedictis Leonard C | Interchangeable tips for medical laser treatments and methods for using same |
| CA2524849A1 (en) * | 2005-10-28 | 2007-04-28 | Overcow Corporation | Method of providing secure access to computer resources |
| US20080058907A1 (en) * | 2006-08-30 | 2008-03-06 | Reuben David I | Self Sanitizing Bandage with Built-In Ultraviolet LED |
| US9788744B2 (en) * | 2007-07-27 | 2017-10-17 | Cyberonics, Inc. | Systems for monitoring brain activity and patient advisory device |
| WO2010115209A2 (en) * | 2009-04-03 | 2010-10-07 | Palomar Medical Technologies, Inc. | Method and apparatus for treatment of tissue |
| US8344659B2 (en) * | 2009-11-06 | 2013-01-01 | Neofocal Systems, Inc. | System and method for lighting power and control system |
| EP2877243B1 (en) * | 2012-07-26 | 2022-11-16 | Donna J. Brezinski | Portable phototherapy device |
| US9877361B2 (en) * | 2012-11-08 | 2018-01-23 | Applied Biophotonics Ltd | Phototherapy system and process including dynamic LED driver with programmable waveform |
| US10328276B2 (en) * | 2014-02-14 | 2019-06-25 | Applied Biophotonics Ltd. | Sinusoidal drive system and method for phototherapy |
| US9895550B2 (en) * | 2014-01-23 | 2018-02-20 | Applied Biophotonics Ltd | Flexible LED light pad for phototherapy |
| US9370449B2 (en) * | 2014-02-26 | 2016-06-21 | Luma Therapeutics, Inc. | Phototherapy dressing for treating psoriasis |
| WO2016007798A2 (en) * | 2014-07-09 | 2016-01-14 | Akari Systems, Inc. | Wearable therapeutic light source |
-
2019
- 2019-04-06 PE PE2020001545A patent/PE20210544A1/en unknown
- 2019-04-06 SG SG11202009869RA patent/SG11202009869RA/en unknown
- 2019-04-06 JP JP2020554839A patent/JP7740878B2/en active Active
- 2019-04-06 CN CN201980038356.5A patent/CN112996559B/en active Active
- 2019-04-06 WO PCT/US2019/026222 patent/WO2019195816A1/en not_active Ceased
- 2019-04-06 MX MX2020010553A patent/MX2020010553A/en unknown
- 2019-04-06 ES ES202090046A patent/ES2788140B2/en active Active
- 2019-04-06 KR KR1020207031866A patent/KR102768767B1/en active Active
- 2019-04-06 IL IL277775A patent/IL277775B2/en unknown
- 2019-04-08 TW TW108112192A patent/TWI787493B/en active
-
2020
- 2020-10-05 ZA ZA2020/06175A patent/ZA202006175B/en unknown
- 2020-10-06 CL CL2020002581A patent/CL2020002581A1/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7740878B2 (en) | Distributed photobiomodulation therapy systems and methods | |
| US12035433B2 (en) | Distributed photobiomodulation therapy system and method | |
| JP2021520867A5 (en) | ||
| US12329983B2 (en) | Distributed photobiomodulation therapy system with intelligent LED pad | |
| RU2769423C1 (en) | Sinusoidal transmission system and phototherapy method | |
| US11006488B2 (en) | Phototherapy process including dynamic LED driver with programmable waveform | |
| US20130304019A1 (en) | Photodynamic therapy system, device and associated method of treatment | |
| US10905846B2 (en) | Phototherapy sleep mask | |
| JP2013541383A (en) | Medical equipment | |
| US6875167B2 (en) | Apparatus for generating brain wave-inducing signals and network system including the same | |
| US20240024661A1 (en) | Systems, devices, and methods for transcutaneous electrical stimulation | |
| CN106422075A (en) | Optical pain therapeutic instrument | |
| US20070282401A1 (en) | Controller | |
| US20160129252A1 (en) | Systems and methods for noninvasive electrical brain stimulation with power tunes | |
| US20200016364A1 (en) | Functional electrical stimulation device for reducing preoperative and prenatal anxiety and method for using same | |
| WO2024259413A1 (en) | Portable cognitive aid | |
| JP3170174U (en) | Multifunction toothbrush | |
| CN108744280A (en) | Therapeutic apparatus circuit and therapeutic equipment | |
| LT5892B (en) | Light and sound therapy device and using method thereof |