ES2788140B2 - Terapia de fotobiomodulacion distribuida, sistema y metodo - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

SISTEMA DE TERAPIA DE FOTOBIOMODULACIÓN DISTRIBUIDA

REFERENCIA CRUZADA A APLICACIONES RELACIONADAS

Esta solicitud reivindica la prioridad de la Solicitud Provisional de EE. UU. No. 62 / 653,846, titulada " Sistema y método de terapia de fotobiomodulación distribuida " , presentada el 6 de abril de 2018.

Th es solicitud está relacionada con las siguientes aplicaciones: Solicitud Internacional N° PCT/US2015/015547, titulado “Sistema de accionamiento sinusoidal y método para la fototerapia,” presentada el 12 de ebrero de, 2015 ; Solicitud internacional n.° PCT / US2016 / 058064, titulada “Placa de circuito impreso 3D flexible con interconexiones redundantes”, presentada el 21 de octubre de 2016; y la solicitud de EE. UU. núm. 16 / 377.192 , titulada " Dispositivos y métodos de terapia de fotobiomodulación distribuida , biorretroalimentación y protocolos de comunicación " , presentada el 6 de abril de 2019 .

Cada una de las solicitudes y patentes anteriores se incorpora aquí como referencia en su totalidad.

ANTECEDENTES

Campo de invención

Esta invención se refiere a la biotecnología para aplicaciones médicas y de salud, que incluyen fotobiomodulación, fototerapia y terapia de fotobiomodulación (PBT).

Discusión de arte relacionado

La biofotónica es el campo biomédico relacionado con el control electrónico de fotones, es decir, la luz, y su interacción con células y tejidos vivos. La biofotónica incluye cirugía, imágenes, biometría, detección de enfermedades y fotobiomodulación (PBM) . La terapia de fotobiomodulación (PBT), también conocida como p hototerapia , es la aplicación controlada de fotones de luz, típicamente luz infrarroja, visible y ultravioleta para invocar la fotobiomodulación con fines terapéuticos médicos que incluyen la lucha contra lesiones, enfermedades, dolor y malestar del sistema inmunológico. Más específicamente, PBT implica someter células y tejidos sometidos a tratamiento a una corriente de fotones de longitudes de onda de luz específicas, ya sea de forma continua o en pulsos discontinuos repetidos para controlar la transferencia de energía y el comportamiento de absorción de células y tejidos vivos.

FIGURA. 1 ilustra elementos de un sistema PBT capaz de funcionar con luz continua o pulsada que incluye un controlador de LED 1 que controla y activa los LED como fuente de fotones 3 que emanan de una almohadilla de LED 2 en el tejido 5 para el paciente. Aunque un cerebro humano se muestra como tejido 5, cualquier órgano, tejido o sistema fisiológico puede tratarse usando PBT . Antes y después, o durante el tratamiento, un médico o clínico 7 puede ajustar el tratamiento controlando la configuración del controlador LED 1 de acuerdo con las observaciones del controlador LED 1.

Si bien existen muchos mecanismos potenciales, como se muestra en la FIGURA.2 , se acepta en general que el proceso fotobiológico dominante 22 responsable de la fotobiomodulación durante el tratamiento con PBT utilizando luz roja e infrarroja ocurre dentro de la mitocondria 21, un orgánulo presente en cada célula eucariota 20 que comprende tanto plantas como animales, incluidos aves, mamíferos, caballos y humanos. . Según el conocimiento actual, el proceso fotobiológico 22 implica un fotón 23 que incide en una molécula 24 de citocromo-c oxidasa (CCO) , que actúa como un cargador de batería aumentando el contenido de energía celular al transformar el monofosfato de adenosina (AMP) en un difosfato de adenosina de mayor energía (ADP) molécula , y convertir el ADP molécula en una aún mayor adenosina energía trifosfato (ATP) molécula . En el proceso de aumento de la energía almacenada en un AMP - a - ADP - a - ATP secuencia 25 de carga, el citocromo-c oxidasa molécula 24 actúa como un cargador de batería con el ATP molécula 26 que actúa como una batería celular almacenamiento de energía, un proceso que podría considerarse “fotosíntesis” animal. La molécula 24 de citocromo-c oxidasa también es capaz de convertir la energía de la glucosa resultante de la digestión de los alimentos en combustible en la secuencia de carga de ATP 25, o mediante una combinación de digestión y fotosíntesis. Para impulsar el metabolismo celular, la molécula de ATP 26 puede liberar energía 29 a través de un proceso de descarga de ATP a ADP a AMP 28. La energía 29 se utiliza luego para impulsar la síntesis de proteínas, incluida la formación de catalizadores, enzimas, ADN polimerasa, y otras biomoléculas.

Otro aspecto del proceso fotobiológico 22 es que la molécula de citocromo-c oxidasa 24 es un eliminador de una molécula de óxido nítrico (NO) 27, una importante molécula de señalización en la comunicación neuronal y la angiogénesis, el crecimiento de nuevas arterias y capilares. La iluminación de la molécula de citocromo-c oxidasa 24 en las células tratadas durante la PBT libera la molécula de NO 27 en la vecindad del tejido lesionado o infectado, lo que aumenta el flujo sanguíneo y el suministro de oxígeno al tejido tratado, acelerando la curación, la reparación del tejido y la respuesta inmune.

Para realizar PBT y estimular la molécula 24 de citocromo-c oxidasa para que absorba energía del fotón 23, el tejido intermedio entre la fuente de luz y el tejido que absorbe la luz no puede bloquear o absorber la luz. Como se ilustra en la FIGURA. 3, el espectro de absorción molecular de la radiación electromagnética (EMR) del tejido humano se ilustra en un gráfico 40 del coeficiente de absorción frente a la longitud de onda de la radiación electromagnética A (medida en nm). Shown en la FIGURA. 3 son el coeficiente de absorción relativa s de hemoglobina oxigenada (curva 44a), deoxyg enated hemoglobina (44b curva), citocromo c (curvas 41a, 41b), agua (curva 42) y grasas y lípidos (curva 43) como una función de la longitud de onda de la luz. Como se ilustra, la hemoglobina desoxigenada (curva 44b) y también la hemoglobina oxigenada, es decir, sangre (curva 44a) absorben fuertemente la luz en la parte roja del espectro visible , especialmente para longitudes de onda menores de 650 nm. En longitudes de onda más largas en la porción infrarroja del espectro, es decir, por encima de 950 nm, la EMR es absorbida por el agua (H² O) que se muestra como la curva 42. A longitudes de onda entre 650 nm y 950 nm, el tejido humano es esencialmente transparente , como se ilustra con transparente. ventana óptica 45.

Aparte de la absorción por grasas y lípidos (curva 43), la EMR que comprende fotones 23 de longitudes de onda A dentro de la ventana óptica transparente 45, es absorbida directamente por la citocromo-c oxidasa (curvas 41aa, 41b). Específicamente, la molécula 24 de citocromo-c oxidasa absorbe la porción infrarroja del espectro representado por la curva 41b sin impedimentos por agua o sangre. Una cola de absorción secundaria para la citocromo-c oxidasa (curva 41a) , iluminada por la luz en la parte roja del espectro visible , está parcialmente bloqueada por las propiedades de absorción de la hemoglobina desoxigenada (curva 44b), lo que limita cualquier respuesta fotobiológica para el tejido profundo pero aún así. activado en tejido epitelial y células. FIGURA. 3 muestra así que el PBT para la piel y los órganos y tejidos internos requiere diferentes tratamientos y longitudes de onda de luz, rojo para la piel e infrarrojo para los tejidos y órganos internos.

Presentes sistemas de liberación fotónica

Para lograr el máximo acoplamiento de energía en el tejido durante la PBT , es importante diseñar un sistema de suministro consistente para iluminar el tejido con fotones de manera consistente y uniforme. Mientras que los primeros intentos de utilizar lámparas filtrados, lámparas son extremadamente caliente e incómodo para los pacientes, potencialmente puede quemar paciente s y médicos, y son extremadamente difíciles en el mantenimiento de una iluminación uniforme durante un tratamiento de duraciones extendidas. Las lámparas también sufren una vida útil corta y, si se construyen con gases enrarecidos, también puede ser costoso reemplazarlas regularmente. Debido a los filtros, las lámparas deben calentarse mucho para lograr el flujo de fotones requerido para lograr una terapia eficiente en duraciones de tratamiento razonables. Las lámparas sin filtro, como el sol, en realidad ofrecen un espectro demasiado amplio y limitan la eficacia de los fotones al estimular simultáneamente reacciones químicas beneficiosas y no deseadas, algunas de las cuales involucran rayos dañinos, especialmente en la porción ultravioleta del espectro electromagnético. También se sabe que los períodos prolongados de exposición a la luz ultravioleta aumentan el riesgo de contraer cáncer porque la luz ultravioleta daña el ADN. En el espectro infrarrojo, la exposición prolongada a la radiación electromagnética del infrarrojo lejano y al calor puede provocar sequedad de la piel y envejecimiento prematuro al destruir la elastina y el colágeno.

Como alternativa, se han utilizado y se siguen empleando láseres para realizar PBT, generalmente denominado por el término LLLT, un acrónimo de terapia con láser de bajo nivel . A diferencia de las lámparas, los láseres corren el riesgo de quemar al paciente, no a través del calor, sino al exponer el tejido a una intensa potencia óptica concentrada , también conocida como ablación . Para evitar ese problema, se debe tener especial cuidado de que la luz láser esté limitada en su potencia de salida y que no se produzcan accidentalmente corrientes excesivamente altas que produzcan niveles de luz peligrosos . Un segundo problema más práctico surge del pequeño "tamaño del punto" de un láser, el área iluminada. Debido a que un láser ilumina un área enfocada pequeña, es difícil tratar órganos, músculos o tejidos grandes y es mucho más fácil que surja una condición de abrumador.

Otro problema con la luz láser es que su "coherencia”, el cual prevenir es un rayo láser se propague a cabo, hace que sea más difícil para cubrir grandes áreas durante el tratamiento. Los estudios revelan que no hay un beneficio adicional inherente de PBT usando luz coherente. Por un lado, la vida bacteriana, vegetal y animal evolucionó y absorbe naturalmente la luz dispersa, no coherente, porque la luz coherente no se produce de forma natural a partir de ninguna fuente de luz conocida. En segundo lugar, las dos primeras capas de tejido epitelial ya destruyen cualquier coherencia óptica, por lo que el carácter coherente de un rayo láser incidente se pierde rápidamente a medida que se absorbe en tejido humano o animal. Los fabricantes de láser han promovido la premisa de que los patrones de interferencia óptica de la luz láser llamados "motas" que surgen de la retrodispersión mejoran la eficacia terapéutica, pero no se ha proporcionado evidencia científica que respalde tales afirmaciones motivadas por el marketing.

Además, el espectro óptico de un láser es demasiado estrecho para excitar por completo todas las transiciones químicas y moleculares beneficiosas necesarias para lograr un PBT de alta eficacia. El espectro limitado de un láser, típicamente un rango de ±1 nm alrededor del valor de longitud de onda central del láser, dificulta la excitación adecuada de todas las reacciones químicas beneficiosas necesarias en PBT. Es difícil cubrir un rango de frecuencias con una fuente óptica de ancho de banda estrecho. Por ejemplo, haciendo referencia de nuevo a la FIGURA. 3, las reacciones químicas de cromóforos (moléculas que absorben la luz) involucrados en hacer la absorción spectra CCO um (curva 41b) son claramente diferentes de las reacciones que dan lugar a la cola de absorción (curva 41a). Suponiendo que se demuestre que los espectros de absorción de ambas regiones son beneficiosos, es difícil cubrir este amplio rango con una fuente óptica que tenga un espectro de longitud de onda de solo 2 nm de ancho.

Así como la luz solar tiene un espectro de longitudes de onda excesivamente amplio , que excita fotobiológicamente muchas reacciones químicas en competencia con muchas longitudes de onda EMR, algunas incluso dañinas, el espectro de longitud de onda de la luz láser es demasiado estrecho y no estimula suficientes reacciones químicas para alcanzar la eficacia total en el tratamiento fototerapéutico. . Este tema se discute con mayor detalle en una aplicación relacionada titulada "Sistema y proceso de fototerapia que incluye un controlador LED dinámico con forma de onda programable", por Williams et al. (Solicitud de EE. UU. N° 14 / 073,371), ahora patente de EE. UU. N° 9,877,361, emitida el 23 de enero de 2018, que se incorpora aquí como referencia.

Para entregar PBT excitando todo el rango de longitudes de onda en la ventana óptica transparente 45, es decir, el ancho completo de aproximadamente 650 nm a 950 nm, incluso si se emplean cuatro fuentes de luz de longitud de onda diferentes para abarcar el rango, cada fuente de luz requeriría un ancho de banda casi 80 nm de ancho. Esto es más de un orden de magnitud más ancho que el ancho de banda de una fuente de luz láser. Este rango es simplemente demasiado amplio para que los láseres lo cubran de manera práctica. Hoy en día, los LED están disponibles comercialmente para emitir una amplia gama de espectros de luz desde el infrarrojo profundo hasta la porción ultravioleta del espectro electromagnético. Con anchos de banda de ± 30 nm a ± 40 nm, es mucho más fácil cubrir el espectro deseado con frecuencias centrales ubicadas en las porciones roja, roja larga, infrarroja cercana corta (NIR) y NIR media del espectro, por ejemplo, 670 nm, 750 nm, 810 nm y 880 nm.

La terapia de fotobiomodulación (PBT) se distingue claramente de la terapia fotoóptica. Como se muestra en la FIGURA. 4A, PBT implica la estimulación directa del tejido 5 con fotones 3 emitidos por la almohadilla LED 2. El tejido 5 puede no estar relacionado con los ojos y puede comprender órganos asociados con los sistemas endocrino e inmunológico , como riñones, hígado, glándulas, ganglios linfáticos, etc. o el sistema musculoesquelético , como músculos, tendones, ligamentos e incluso huesos. PBT también trata y repara directamente las neuronas, incluidos los nervios periféricos, la médula espinal, así como (como se muestra) el cerebro 5 y el tronco encefálico. El tratamiento transcraneal con PBT penetra en el cráneo y muestra beneficios terapéuticos rápidos y significativos en la recuperación de la conmoción cerebral y la reparación del daño causado por una lesión cerebral traumática leve (mTBI). En otras palabras, la energía PBT es absorbida por cromóforos en células no asociadas con el nervio óptico. La terapia fotoóptica, por el contrario, se basa en excitar la retina con luz de colores o imágenes para invocar una respuesta cognitiva o emocional o para ayudar a sincronizar los ritmos circadianos del cuerpo con su entorno. En tales casos, la imagen 12 de la fuente de luz 12 estimula el nervio óptico en el ojo 11 para enviar señales eléctricas, es decir, impulsos neurales, al cerebro 5.

Varias pruebas rudimentarias destacan las muchas y enormes diferencias entre PBT y la terapia fotoóptica. Por un lado, la terapia fotoóptica solo funciona en los ojos, mientras que el PBT afecta a cualquier célula, incluidos los órganos internos y las células cerebrales. En p terapia hoto-óptico , la luz se dirige a las células de luz Percepción (foto - transducción), que a su vez resulta en la generación de señales eléctricas que se lleva al cerebro, donde como PBT estimula transformaciones químicas, iónica, de electrones y el transporte térmico dentro de las células y tejidos tratados , sin necesidad de transducción de señales al cerebro. El efecto es local y sistémico sin la ayuda del cerebro. Por ejemplo, los pacientes ciegos responden a PBT pero no a la terapia fotoóptica. Otra distinción entre terapia fotoóptica y PBT se ilustra en la FIGURA. 4B. En el caso de la vista, es decir, la estimulación o la visión fotoóptico, la combinación de 15A luz roja y luz azul 15B que emana de la fuente de luz 14, una vez recibido por el ojo 11 send s una señal eléctrica 9 a cerebro 5, que percibe la color de la luz que incide como púrpura. En realidad, la luz violeta / púrpura tiene una longitud de onda mucho más corta que la luz azul o roja y, como tal, comprende fotones con mayor energía que la luz roja 15A o la luz azul 15B. En el caso de PBT, la celda 16 y las mitocondrias 17 contenidas en ella responderán fotoquímicamente a la fuente de luz 14 como si estuviera emitiendo luz roja 15A y azul 15B (que realmente es), y no responderán como si la luz violeta fuera presente. Solo la verdadera luz púrpura de longitud de onda corta emitida por una fuente de luz violeta o ultravioleta puede producir una respuesta de fotobiomodulación a la luz púrpura. En otras palabras, las mitocondrias y las células no son " engañadas " por la mezcla de luz de diferentes colores como lo son el ojo y el cerebro. En conclusión , la estimulación fotoóptica es muy diferente de la fotobiomodulación . Como tal, las técnicas y desarrollos en la técnica de la terapia fotoóptica no pueden considerarse aplicables o relevantes para PBT.

Como nota al margen n etimológico ambigüedad, en la nomenclatura llevó a los investigadores a cambiar las referencias originales utilizando el católica término 'fototerapia' o PT en el más moderno actualmente aceptada término 'terapia fotobiomodulación' o PBT. El término fototerapia se usó genéricamente para referirse a cualquier aplicación terapéutica de luz, incluyendo (i) terapia fotoóptica que involucra estimulación visual, (ii) terapia de fotobiomodulación o PBT que involucra modulación celular, y (iii) terapia fotodinámica o TFD que activa una sustancia química inyectada. o ungüento aplicado con luz para estimular una reacción química. Un término igualmente amplio 'fotoquímica', las reacciones químicas estimulado por la luz, también ambiguamente referirse s a cualquier y todos de los tratamientos anteriores. Entonces, mientras que la fotoquímica y la fototerapia tienen un significado amplio hoy, PBT, PDT y la terapia fotoóptica tienen interpretaciones específicas que no se superponen.

Como otra fuente de confusión, el término LLLT originalmente tenía la intención de significar ' terapia con láser de bajo nivel ' para distinguir los láseres operados a niveles de baja potencia (a veces llamados láseres 'fríos' en la prensa popular) de los láseres que operan a alta potencia para la ablación de tejidos y cirugía. Con el advenimiento de las terapias basadas en LED, algunos autores combinaron la nomenclatura de las terapias basadas en láser y LED en "terapia de luz de bajo nivel", con el mismo acrónimo LLLT. Esta desafortunada acción causó mucha confusión en el arte publicado y desdibujó indiscriminadamente la distinción de dos sistemas de liberación fotónica muy diferentes. Un láser de "bajo nivel" es seguro para los ojos y las quemaduras solo porque funciona a niveles bajos. Si un resfriado láser es accionado hasta un nivel más alto de forma deliberada o accidentalmente de modo que ya no es 'frío', que puede causar severas e quemaduras o ceguera en milisegundos . Por el contrario, los LED siempre funcionan a niveles bajos y no pueden funcionar a altas densidades de potencia óptica. A ningún nivel de potencia, los LED pueden causar ceguera. Y aunque los LEDs pueden recalentarse mediante la ejecución de demasiada corriente a través de ellos durante períodos prolongados, no pueden causar una quemadura instantánea s o tejido ablación de la manera que una última lata. Como tal, el término luz de bajo nivel no tiene sentido en referencia a un LED. En consecuencia, a lo largo de esta solicitud, el acrónimo LLLT se referirá únicamente al láser PBT, que significa terapia con láser de bajo nivel y no se utilizará para referirse a LED PBT.

Sistemas de terapia de fotobiomodulación actuales

Los sistemas de terapia de fotobiomodulación del estado de la técnica actual, mostrados por el sistema de ejemplo 50 en la FIGURA. 5, comprende el controlador 51, conectado eléctricamente a dos juegos de paneles LED. Específicamente, la salida A del controlador 51 está conectada mediante el cable 53a a un primer conjunto de almohadillas LED que comprende una almohadilla LED 52b interconectada eléctricamente. Las almohadillas LED 52a y 52c están opcionalmente conectadas a la almohadilla LED 52b mediante puentes eléctricos 54a y 54b para crear un primer conjunto de almohadillas LED que funcionan como una sola almohadilla LED que comprende más de 600 LED y cubre un área de tratamiento que excede los 600 cm2. De manera similar, la salida B del controlador 51 está conectada mediante un cable 53b a un segundo juego de almohadillas LED que comprende una almohadilla LED 52e interconectada eléctricamente. Las almohadillas LED 52d y 52f están opcionalmente conectadas a la almohadilla LED 52d mediante puentes eléctricos 54c y 54d para crear un segundo conjunto de almohadillas LED que funciona como una sola almohadilla LED que comprende más de 600 LED y cubre un área de tratamiento que excede los 600 cm2.

En el sistema mostrado, el controlador 51 no solo genera las señales para controlar los LED dentro de las almohadillas, sino que también proporciona una fuente de energía para impulsar los LED. La energía eléctrica entregada desde el controlador 51 a las almohadillas LED es sustancial, típicamente 12 W para dos juegos de tres almohadillas cada uno . Un esquema eléctrico ejemplar del sistema se muestra en la FIGURA. 6A, donde el controlador 61 incluye una fuente de alimentación conmutada SMPS 65 utilizada para convertir la energía de la red 64 de 120 V a 220 V CA en al menos dos fuentes de voltaje de CC reguladas, es decir, 5 V para control y lógica, y un suministro de voltaje más alto VLED utilizado para alimentar las cadenas de LED en las almohadillas de LED. Los voltajes típicos para VLED varían de 24 V a 40 V dependiendo del número de LED conectados en serie. Para facilitar el control algorítmico, el microcontrolador (pC ) 67 ejecuta software dedicado en respuesta a la entrada de comandos de usuario en el panel LCD de pantalla táctil 66. El resultado es una serie de pulsos emitidos en algún patrón alterno en las salidas A de los búferes lógicos 68a y 68b utilizados para controle los LED rojo e infrarrojo cercano (NIR) en las almohadillas LED conectadas a la salida A. Se incluye una disposición similar para la salida B usando sus propios búferes lógicos dedicados, pero donde pC 67 puede administrar y controlar las salidas A y B simultáneamente.

La señal en la salida A se enruta luego a una o más almohadillas LED 62 a través del cable apantallado 63 que comprende líneas de alta corriente, tierra GND 69a, línea de suministro de 5 V 69b y línea de suministro de V^led 69c, así como la línea de señal de control LED 70a para el control de la conducción en NIR LEDs 71a a través de 71m, y control de LED señal de línea 70b para contro llenado conducción en LEDs 72a rojo a través de 72m. Las líneas de señal de control s 70a y 70b, a su vez, activan los terminales de base del transistor de unión bipolar s 73a y 73b, respectivamente, operando los transistores como conmutadores para activar y desactivar las correspondientes cadenas de LED. Cuando la entrada a cualquiera de los transistores bipolares es baja, es decir, polarizada a tierra, no hay corriente de base ni flujo de corriente de colector y la cadena de LED permanece oscura. Cuando la entrada a cualquiera de los transistores bipolares es alta, es decir, polarizada a 5 V, la corriente de base fluye y de manera correspondiente fluye la corriente del colector, iluminando los LED en la cadena de LED correspondiente. LED flujo de corriente se establece por el giro LED - en voltajes y por resistencias de corriente 74a o 74b limitante. No se prefiere el uso de resistencias para configurar el brillo del LED porque cualquier variación en el voltaje del LED, ya sea por la variabilidad estocástica de fabricación o por variaciones en la temperatura durante el funcionamiento, dará como resultado un cambio en el brillo del LED. El resultado es una baja uniformidad en el brillo del LED en una almohadilla LED, desde la almohadilla LED hasta la almohadilla LED, y de un lote de fabricación al siguiente. Una mejora en el mantenimiento de la uniformidad de brillo del LED se puede obtener mediante la sustitución de los resistores 74 a y 74b con valor fijo constantes fuentes o sumideros de corriente 75a y 75b, como se muestra en la FIGURA. 6B.

La conexión física entre el controlador 61 de PBT y las almohadillas de LED 62, sobre el cable 63 blindado, también se puede describir como dos pilas de comunicación que interactúan en el lenguaje de la iniciativa de fuente abierta de 7 capas o el modelo OSI de 7 capas. Como se muestra en la FIGURA. 7, el controlador 61 de PBT se puede representar como la pila 80 que comprende la capa de aplicación - 7, el sistema operativo del controlador de PBT denominado LightOS v1. En funcionamiento, la capa de aplicación transfiere datos a la capa física o PHY de capa 1 que comprende búferes lógicos. La pila 80 envía unidireccionalmente señales eléctricas 82 a la capa PHY - 1, es decir, los controladores de cadena de LED, en la pila de comunicación 81 de la almohadilla de LED pasiva 62.

Debido a que las señales eléctricas comprenden pulsos digitales simples, las impedancias parásitas en el cable 63 pueden afectar la integridad de la señal de comunicación y el funcionamiento de la almohadilla LED. Como se muestra en la FIGURA..

8, como se envió cuadrado onda de la señal eléctrica 82 puede ser significativo Ly distorsionada en forma de onda recibida 83 incluyendo reducida magnitud y duración 84a, tiempos de subida lenta 84b, los picos de voltaje 84c, las oscilaciones 84 d, y los bucles de tierra 89 que afecta a la 84e suelo de rebote de la señal. Los parásitos del cable responsables de estas perturbaciones incluyen las resistencias en serie de líneas eléctricas 87a a 87c e inductancias 86a a 86c, y capacitancias entre conductores 85a a 85e. Otros efectos pueden incluir la conducción de bucle de tierra 89 y los efectos de antena 88.

Otra desventaja de usar conexiones de señales eléctricas simples entre el controlador PBT 61 y las almohadillas LED es que el sistema PBT no puede confirmar si el periférico conectado al cable 63 es de hecho una almohadilla LED calificada o una carga no válida. Por ejemplo, las configuraciones de LED incorrectas que no se corresponden con el controlador PBT, como se muestra en la FIGURA. 9, se traducirá en ya sea inadecuada corriente del LED o excesiva. Específicamente, como se muestra en el icono 91, demasiados LED en serie darán como resultado una caída de voltaje alta con poca o ninguna iluminación LED. Por el contrario , como se muestra en el icono 92, muy pocos LED conectados en serie pueden provocar un exceso de corriente, sobrecalentamiento y posibles riesgos de quemaduras para el paciente.

Las cargas de potencia no LED desde el controlador PBT 61 puede d Amage el periférico no válida, el controlador, o ambos. Esto es particularmente problemático porque un pin en la salida del controlador PBT suministra alto voltaje de 20 V o más, excediendo la clasificación de 5 V de la mayoría de los semiconductores y causando daños permanentes a los circuitos integrados. Las cargas inductivas representadas por el icono 94 pueden causar picos de voltaje de sobretensión que pueden dañar el controlador. Las cargas que contienen motores como unidades de disco o ventiladores pueden provocar corrientes de irrupción excesivas y dañinas. Los cables en cortocircuito o las cargas eléctricas en corto , como se muestra en el icono 93 , pueden provocar incendios. C onexión una batería para el controlador de PBT 61, como se muestra por icono 96, puede dar lugar a e actual xcessive y riesgo de incendio. O vercharging o someter una célula química a una sobretensión también tiene el potencial de causar fuego intenso o incluso una explosión. Las cargas eléctricas desconocidas , que se muestran con el icono 95 , representan riesgos no especificados. Especialmente problemática es cualquier conexión entre el controlador PBT 61 y una fuente de energía eléctrica tal como un generador , batería de automóvil o UPS, cuyo resultado puede incluir la destrucción completa del sistema y un riesgo de incendio extremo. En la FIGURA. 9 los iconos están destinados a representar una clase de cargas eléctricas, pero no deben considerarse como un circuito específico.

Otros problemas surgen cuando las almohadillas LED no coincidentes están conectadas a la misma salida. Por ejemplo, en la FIGURA. 10 dos almohadillas LED diferentes 62 y 79, alimentadas por un cable común 63, comparten conexiones a tierra 69a, alimentación de 5 V 69b, alimentación de V^LED alto voltaje V 69c, señal de control de luz visible LED^vv 70a y señal de control de LED^nir infrarrojo cercano 70b. Como se muestra, LED almohadilla 62 incluye fregaderos 75a actual y 75b y los interruptores 73a y 73b de conducción LEDs 71a correspondiente a través 71m que tiene una longitud de onda de luz visible A^v y los LED 72a a través de 72m que tiene una longitud de onda A de infrarrojo cercano A^nir. Alternativamente, la almohadilla de LED 79 incluye las mismas sumideros de corriente 75a y 75b y los interruptores 73a y 73b, pero las unidades de LED de diferentes longitudes de onda, específicamente LEDs 76a a través de 76m que tiene una longitud de onda de luz visible A^v2 y los LED 77a a través de 77m que tiene una infrarrojo cercano de longitud de onda A^nir2. Ninguna de las cadenas de LED ha s la misma luz de longitud de onda como las otras cuerdas LED. Por ejemplo, A^v puede comprender luz roja, mientras que A^v2 puede comprender luz azul. De manera similar, A^nir puede comprender una radiación de 810 nm, mientras que A^v2 puede comprender 880 nm. En funcionamiento, la conexión en paralelo de los LED rojo y azul impulsados por la señal LED^v 70a significa que un tratamiento para la luz roja podría inadvertidamente generar luz azul. De manera similar, la conexión en paralelo de los LED de 810nm y 880nm impulsados por la señal LED^nir 70a significa que un tratamiento para un LED NIR de longitud de onda podría inadvertidamente conducir una longitud de onda diferente.

Otro problema surge cuando dos o más almohadillas LED están conectadas a ambas salidas LED al mismo tiempo, como se muestra en la FIGURA. 11 A. Como se muestra, el controlador PBT 51 tiene dos salidas, salida A y salida B. Estas salidas están diseñadas para impulsar conjuntos separados de almohadillas LED. Como se muestra, la Salida A se conecta a la almohadilla LED 52d a través del cable 53a. La salida B se conecta a la almohadilla LED 52e a través del cable 53b y también se conecta a través del puente 54d a la almohadilla LED 52f. Sin embargo, accidentalmente, el puente 54c conecta la almohadilla LED 52e al LED 52d y, por lo tanto, cortocircuita la salida A con la salida B. El impacto eléctrico de acortar las salidas A y B juntas depende del programa de tratamiento que se esté ejecutando. FIGURA.

11B ilustra el caso en el que ambas salidas A y B del búfer 100 controlan la salida de luz roja/visible, específicamente los búferes 101a y 101c están activos al mismo tiempo. Como se muestra , las salidas están cortocircuitadas a través de los conductores eléctricos 102a a la almohadilla LED 105a, a través del conector 104a a la almohadilla LED 105b y, finalmente, a través del conector 103a. En funcionamiento, los patrones de frecuencia y pulso de las dos salidas son asíncronos, lo que significa que puede producirse cualquier combinación de polarizaciones de salida alta y baja. Si los transistores pull-up son demasiado fuertes, los búferes de salida se pueden destruir en otro ; de lo contrario, las señales de encendido alternas pueden hacer que los LED permanezcan encendidos con un factor de trabajo alto que cause sobrecalentamiento y presente un posible riesgo de quemaduras para el paciente.

En la FIGURA. 11 C, la memoria intermedia 101a en la salida A está alimentando los LED rojos en las almohadillas LED 105a y 105b mientras que la memoria intermedia 101d en la salida B está alimentando los LED NIR también en las almohadillas LED 105a y 105b. Aunque el funcionamiento independiente de los LED rojo y NIR no representa un problema eléctrico, la conducción simultánea de los LED rojo y NIR provocará un sobrecalentamiento de la almohadilla LED, lo que podría dañar la almohadilla y posiblemente quemar al paciente. Esta condición de sobrepotencia se ilustra mediante las formas de onda mostradas en la FIGURA. 11D donde la potencia P v de los LED visibles conductores mostrados por la forma de onda 110 tiene una potencia promedio Pave 113, y la potencia Pnir de los LED NIR mostrados por la forma de onda 111 tiene una potencia promedio Pave 114. En conjunto, la forma de onda de potencia agregada 112 Tiene una potencia promedio 115 de magnitud 2Pave.

En las almohadillas LED actuales, el sobrecalentamiento por cualquier motivo es problemático porque no hay protección de temperatura. Como se muestra en la FIGURA. 12, incluso si la almohadilla de LED 109 hace h de detección de temperatura ave, con datos unidireccionales flujo 82 en el cable 63 no hay manera para el cojín LED 109 para informar controlador PBT 61 de una condición de temperatura de más de o para suspender el funcionamiento.

Como se ha descrito en lo anterior, las l imitaciones de los actuales sistemas de PBT anteriormente son numerosas, impactando sistema PBT utilidad, funcionalidad, seguridad y capacidad de ampliación . Estas limitaciones incluyen los siguientes problemas :

• Comunicación de "señal" eléctrica a la almohadilla LED: las señales del controlador PBT a las almohadillas LED son pulsos digitales simples, no comunicación diferencial entre un par de transceptores de bus. Estas señales son sensibles al ruido de modo común y los bucles de tierra que afectan la magnitud y duración de los pulsos que controlan el funcionamiento del LED. Como simples pulsos eléctricos, el sistema también carece de capacidad de verificación de errores, por lo que las fallas no se pueden corregir o incluso detectar.

• Flujo de señal unidireccional del controlador PBT a la almohadilla LED : con el flujo de datos unidireccional, los controladores PBT no pueden autenticar ninguna almohadilla LED conectada a su salida, ni una vez conectados pueden monitorear el estado de funcionamiento de una almohadilla. Los datos unidireccionales también evitan la retroalimentación del estado de una almohadilla LED o la notificación de otra información de la almohadilla al controlador PBT principal.

• Incapacidad para detectar un cortocircuito en la conexión incorrecta de varios pads: debido a un error del usuario, la conexión incorrecta de dos salidas de un controlador PBT a la misma almohadilla o almohadillas LED, es decir, un cortocircuito inadvertido entre dos salidas, significa que ambas salidas están accionando las mismas cadenas de LED. Este error de conexión incorrecta puede dañar el circuito del controlador de LED, provocar un sobrecalentamiento del LED, riesgo de quemaduras para el paciente y un posible incendio.

• Incapacidad para identificar las almohadillas LED aprobadas o los fabricantes certificados : al no poder identificar el pedigrí de una almohadilla LED, un sistema PBT, sin saberlo, activará cualquier LED conectado a él, incluidas las almohadillas LED ilegales, falsificadas o de imitación. Las almohadillas de conducción no fabricadas o certificadas por el especificador del sistema o el fabricante tienen consecuencias desconocidas que van desde la pérdida de funcionalidad y eficacia reducida hasta riesgos de seguridad. Comercialmente, la comercialización y venta de almohadillas LED falsificadas y de imitación también priva a los comerciantes de dispositivos PBT con licencia de IP de ingresos legales.

• Incapacidad para identificar un dispositivo conectado como una almohadilla LED : sin la capacidad de confirmar si un dispositivo conectado a una salida del controlador PBT es una almohadilla LED (en lugar de un periférico completamente no relacionado, como un altavoz, batería, motor, etc.), La conexión de una carga eléctrica no autorizada a la salida de un sistema PBT dañará invariablemente el accesorio, el controlador PBT o ambos. Cuando se activa una carga eléctrica desconocida, el alto voltaje presente en los pines de salida del controlador durante el funcionamiento también presenta un riesgo de incendio.

• Incapacidad para identificar fuentes de energía : la incapacidad de un controlador PBT para identificar la conexión de su salida a una fuente de energía (como adaptadores de alimentación de CA, baterías, energía eléctrica de automóvil o generadores) representa un riesgo real de seguridad, por lo que la fuente de alimentación contenida en el controlador PBT compite con la fuente de alimentación externa. La interconexión de dos fuentes de alimentación diferentes puede dar como resultado corrientes, voltajes, disipación de energía excesivos u oscilaciones incontroladas que pueden dañar la fuente de alimentación externa, el controlador PBT o ambos.

• Incapacidad para controlar o limitar la corriente de salida del controlador: la conexión de una carga en corto, como una almohadilla dañada, un cable corto o cualquier carga que presente una alta corriente de entrada (como un motor) representa un alto riesgo de corriente y posiblemente un peligro de incendio. Las cargas inductivas como los solenoides también pueden crear momentáneamente voltajes excesivos que dañan los componentes de bajo voltaje.

• Incapacidad para detectar baterías conectadas a la salida de un sistema PBT : conectar un paquete de baterías a la salida de un sistema PBT tiene el potencial de dañar el paquete de baterías, cargar accidentalmente la batería con las condiciones de carga incorrectas y dar lugar a sobretensión, sobrecorriente, o condiciones de sobrecalentamiento en las celdas electroquímicas. La carga incorrecta de baterías de química húmeda o de ácido tiene el potencial de fugas de ácido o electrolito. La carga incorrecta de las baterías de iones de litio puede provocar sobrecalentamiento, incendios e incluso explosiones.

• Incapacidad para detectar condiciones de sobrecalentamiento en las almohadillas LED : el sobrecalentamiento de una almohadilla LED corre el riesgo de que el paciente se sienta incómodo y se queme, daño de la almohadilla y, en casos extremos, la posibilidad de incendio.

• Incapacidad para identificar la configuración de LED dentro de una almohadilla de LED : no se puede identificar la configuración de matriz en serie-paralelo de LED en una almohadilla de LED, el controlador PBT no puede determinar si la almohadilla es compatible con el sistema PBT o incluso si es posible la operación del LED . Por ejemplo, muy pocos LED conectados en serie pueden dañar los LED con demasiado voltaje. Demasiados LED conectados en serie darán como resultado una iluminación tenue o nula. Demasiadas cadenas paralelas de LED pueden provocar una corriente total excesiva de la almohadilla y, en consecuencia, un sobrecalentamiento, así como grandes caídas de voltaje en las interconexiones, una uniformidad de luz deficiente en una almohadilla LED y un posible daño a las trazas conductoras de la PCB.

• Incapacidad para identificar los tipos de LED contenidos dentro de una almohadilla de LED : no puede detectar qué LED de longitud de onda hay en una almohadilla, un sistema PBT no tiene medios para hacer coincidir sus programas de tratamiento con la matriz de LED o para seleccionar los LED de longitud de onda correcta para cada uno. forma de onda específica en el protocolo de tratamiento. • Las salidas del controlador PBT están limitadas a un número fijo de señales de control : con solo una o dos señales de control por salida, los controladores PBT actuales son incapaces de activar tres, cuatro o más longitudes de onda diferentes de LED dentro de la misma almohadilla con diferentes patrones de excitación. • Movilidad limitada: en los sistemas PBT de grado médico actuales, la conexión de un controlador PBT central a las almohadillas LED requiere conexiones de cables. Si bien estos sistemas PBT conectados son generalmente aceptables en aplicaciones hospitalarias (y posiblemente en entornos clínicos), en aplicaciones militares, paramédicas y de consumo no es útil limitar la movilidad con cables o alambres.

• Incapaz de la síntesis de formas de onda : los sistemas PBT carecen de la tecnología para impulsar LED con cualquier forma de onda que no sea pulsos de onda cuadrada. La operación pulsada de onda cuadrada limita los patrones de iluminación LED a una operación de una frecuencia a la vez. Dado que la frecuencia del pulso afecta el acoplamiento de energía a tipos de tejido específicos, un sistema PBT de frecuencia única solo puede tratar de manera óptima un tipo de tejido a la vez, extendiendo el tiempo de terapia requerido y el costo del paciente / seguro. El análisis también revela que los pulsos de onda cuadrada desperdician energía , produciendo armónicos no necesariamente beneficiosos para una terapia. La unidad LED que utiliza sinusoides, acordes, ondas triangulares, formas de onda de diente de sierra, ráfagas de ruido o muestras de audio requiere una síntesis de forma de onda compleja dentro de la almohadilla LED. Aunque los controladores PBT del host deben tener suficiente capacidad de cálculo para sintetizar tales formas de onda, la capacidad no es beneficiosa porque la señal no se puede entregar a través de cables largos sin sufrir una distorsión significativa de la forma de onda. Desafortunadamente, las almohadillas LED no pueden realizar la tarea. Utilizando componentes discretos baratos, las almohadillas LED de hoy en día son incapaces de realizar ninguna síntesis de forma de onda, sin mencionar que los protocolos de comunicación necesarios para seleccionar o cambiar de forma remota la forma de onda sintetizada no existen.

• Distribución de nuevos algoritmos de controladores LED : los sistemas PBT actuales carecen de la capacidad de descargar actualizaciones de software desde una base de datos o servidor para corregir errores de software o instalar nuevos algoritmos de tratamiento.

• Incapacidad para capturar y registrar datos biométricos del paciente en tiempo real : los sistemas PBT actuales carecen de la capacidad de recopilar datos biométricos como ondas cerebrales, presión arterial, azúcar en sangre, oxígeno en sangre y otros datos biométricos durante un tratamiento o la capacidad de integrar estos datos recopilados en el registro del archivo de tratamiento.

• Incapacidad para recopilar imágenes en tiempo real del área de tratamiento : los sistemas PBT actuales carecen de medios para medir o crear imágenes de tejido durante el tratamiento. Los sistemas también carecen de la capacidad de almacenar imágenes fijas y de video o de hacer coincidir las imágenes con el tiempo de tratamiento de una sesión PBT.

• Incapacidad de los usuarios (médicos) para crear nuevos algoritmos de tratamiento: los sistemas PBT actuales carecen de capacidad para que los usuarios, como médicos o investigadores, creen nuevos algoritmos o combinen tratamientos existentes para formar tratamientos específicos de terapia compleja, por ejemplo, optimizar una secuencia de excitación para activar inyectados células madre (útiles para acelerar la diferenciación de células madre y reducir los riesgos de rechazo).

• Distribución electrónica de documentación : los sistemas PBT actuales no pueden distribuir ni actualizar ninguna documentación electrónicamente. Sería beneficioso si la distribución de avisos o fallos de la FDA, así como erratas y actualizaciones de los manuales de operación y terapia PBT, guías de tratamiento y otra documentación se pudieran proporcionar electrónicamente a todos los usuarios del sistema PBT. Actualmente, esta capacidad no está disponible en ningún dispositivo médico.

• Seguimiento del tratamiento : los sistemas PBT actuales no pueden realizar un seguimiento del historial de uso del tratamiento, capturar el uso del sistema en un registro de tratamiento y cargar el registro de tratamiento en un servidor. Al carecer de registros de tratamiento en tiempo real a través de la conectividad de red, la adopción comercial generalizada de sistemas PBT por parte de médicos, hospitales, clínicas y spas es problemática. Sin registros de uso cargados, los sistemas de hoy en día PBT no puede apoyar modelos de negocio de arrendamiento de reparto de ingresos debido a que el les s o r es incapaz de verificar el fichero s uso del sistema de Sede. Del mismo modo , los hospitales y las clínicas no pueden confirmar el uso de sistemas PBT para auditorías de seguros y para la prevención de fraudes. En los modelos de pago SaaS (software como servicio) de pago por uso, el agente de servicio PBT no puede confirmar el historial de uso de un cliente.

• Recetas electrónicas : en la actualidad, ningún dispositivo de medicina física, incluidos los sistemas PBT, es capaz de transferir y distribuir de forma segura las recetas médicas en un dispositivo médico.

• Deshabilitación remota : hoy en día, ningún sistema PBT es capaz de deshabilitar el funcionamiento del dispositivo en caso de impago o robo para detener el comercio en el mercado negro.

• Seguimiento de la ubicación : hoy en día, ningún sistema PBT es capaz de rastrear la ubicación de un sistema PBT robado para rastrear a los ladrones.

• Comunicación segura : dado que los sistemas PBT actuales utilizan señales eléctricas en lugar de comunicación basada en paquetes para controlar las almohadillas LED, la piratería y la medición directa de la comunicación entre un sistema PBT host y una almohadilla LED es trivial y carece de seguridad alguna. Además, los sistemas PBT hoy en día carecen de cualquier disposición para la comunicación por Internet y los métodos de seguridad necesarios para prevenir la piratería de contenido y frustrar el robo de identidad de acuerdo con las regulaciones HEPA. En el futuro, se espera que el cifrado por sí solo sea inadecuado para asegurar la comunicación de datos a través de Internet. En tales casos, también se requerirá conectividad a redes privadas hiperseguras.

En resumen , la arquitectura de los sistemas PBT actuales está completamente anticuada y requiere una arquitectura de sistema completamente nueva, nuevos métodos de control y nuevos protocolos de comunicación para facilitar una solución eficaz, flexible, versátil y segura para proporcionar terapia de fotobiomodulación.

RESUMEN DE LA INVENCION

En el proceso de terapia de fotobiomodulación (PBT) de esta invención, se definen patrones (por ejemplo, secuencias de pulsos de ondas cuadradas, ondas sinusoidales o combinaciones de las mismas) de radiación electromagnética (EMR) que tienen una o más longitudes de onda, o bandas espectrales de longitudes de onda, son introducido en un organismo vivo (por ejemplo, un ser humano o un animal) utilizando un sistema distribuido que comprende dos o más componentes distribuidos o "nodos" que se comunican utilizando un bus o transceptor para enviar instrucciones o archivos entre los componentes constituyentes . La radiación se encuentra normalmente dentro de las partes infrarrojas o visibles del espectro EMR, aunque a veces se puede incluir luz ultravioleta.

Puede usarse EMR de una sola longitud de onda, o el patrón puede incluir EMR que tiene dos, tres o más longitudes de onda. En lugar de consistir en radiación de una sola longitud de onda, el EMR puede incluir bandas espectrales de radiación, a menudo representadas como un rango de longitudes de onda centradas en una longitud de onda central, por ejemplo, A ± AA. Los pulsos o formas de onda pueden estar separados por espacios, durante los cuales no se genera radiación, el borde posterior de un pulso o forma de onda puede coincidir temporalmente con el borde anterior del siguiente pulso, o los pulsos pueden superponerse de manera que la radiación de dos o más longitudes de onda (o bandas espectrales de longitudes de onda) pueden generarse simultáneamente.

En una realización, el sistema PBT distribuido ‘s componentes comprenden un controlador de PBT y uno o más inteligentes almohadillas de LED se comunican mediante un bus de datos en serie unidireccional envío de datos, archivos, instrucciones o código ejecutable desde el controlador de PBT a las almohadillas de LED inteligentes. En una segunda realización, los componentes del sistema PBT distribuido comprenden un controlador PBT y una o más almohadillas LED inteligentes que se comunican mediante un bus de datos bidireccional o un transceptor mediante el cual el controlador PBT puede enviar datos, archivos, instrucciones o código ejecutable al LED inteligente. almohadilla y, a la inversa, la almohadilla LED inteligente puede devolver datos al controlador PBT relacionados con el estado operativo de la almohadilla o la condición del paciente, incluidos los datos de configuración de la almohadilla LED, el estado del programa, las condiciones de falla, la temperatura de la piel u otros datos del sensor. Otro sensor puede incluir mapas de temperatura bidimensionales, imágenes de ultrasonido bidimensionales o tridimensionales, o puede comprender datos biométricos como pH, humedad, oxígeno en sangre, azúcar en sangre o impedancia de la piel, etc., que a su vez se pueden utilizar opcionalmente para cambiar las condiciones del tratamiento, es decir, operar en un circuito cerrado de biorretroalimentación.

En una realización, el EMR se genera mediante diodos emisores de luz (LED) dispuestos en "cadenas" en serie conectadas a una fuente de alimentación común. Cada cadena de LED puede comprender LED diseñados para generar radiación de una sola longitud de onda o banda de longitudes de onda en respuesta a una corriente definida constante o variable en el tiempo . Los LED pueden estar incrustados en una almohadilla flexible diseñada para ajustarse cómodamente contra la superficie de la piel de un cuerpo humano, permitiendo que el tejido u órgano objetivo se exponga a un patrón uniforme de radiación. Se puede suministrar energía a cada almohadilla inteligente desde un cable que conecta la almohadilla LED al controlador PBT o, alternativamente, se puede proporcionar al LED desde una fuente de energía separada. En una realización alternativa, se pueden usar diodos láser semiconductores en lugar de LED configurados en una matriz para crear un patrón uniforme de radiación o, alternativamente, montados en una varilla de mano para crear un punto o área pequeña de radiación concentrada.

En el sistema PBT distribuido descrito en este documento, cada una de las cadenas de LED está controlada por un controlador de LED, que a su vez está controlado por un microcontrolador contenido dentro de la almohadilla de LED inteligente. El microcontrolador de la almohadilla LED se comunica con otro microcontrolador o computadora que comprende el controlador PBT a través de un bus de comunicación, que puede incluir conectividad por cable como USB, RS232, HDMI, I2 C, SMB, Ethernet o formatos propietarios y protocolos de comunicación, o que pueden alternativamente, comprenden medios y protocolos inalámbricos que incluyen Bluetooth, WiFi, WiMax, radio celular que usa protocolos 2G, 3G, 4G/LTE o 5G, u otros métodos de comunicación patentados.

Usando una pantalla, teclado u otro dispositivo de entrada conectado al controlador PBT, un médico o clínico puede seleccionar el algoritmo particular (secuencia de proceso) que sea adecuado para la condición o enfermedad que se está tratando. A continuación, las instrucciones se comunican desde el controlador PBT a través del bus de datos cableado o inalámbrico a una o más almohadillas LED inteligentes que indican al microcontrolador de la almohadilla cuándo comenzar o suspender un tratamiento PBT y especificar qué tratamiento se realizará.

En una realización referida a un flujo de datos, el controlador PBT envía un flujo de paquetes de datos que especifican las formas de onda de activación del LED que incluyen el momento en el que se indica a un LED que conduzca la corriente y la magnitud de la corriente a conducir. Las instrucciones de flujo enviadas por el controlador se seleccionan de una "biblioteca de patrones" de algoritmos, cada uno de los cuales define una secuencia de proceso particular de pulsos o formas de onda del EMR generado por las cadenas de LED. Al recibir los paquetes de datos a través del bus de datos, la almohadilla LED inteligente almacena la instrucción en la memoria, luego comienza la "reproducción" del archivo de datos de flujo continuo, es decir, activa los LED de acuerdo con las instrucciones recibidas. Durante la reproducción de transmisión, la comunicación del bus desde el controlador PBT al panel LED inteligente puede interrumpirse para acomodar las comprobaciones de seguridad del sistema o para permitir que el panel LED inteligente informe su estado o cargue datos del sensor al controlador PBT.

A diferencia de los sistemas PBT de la técnica anterior, en el sistema PBT distribuido descrito, el controlador PBT no envía constantemente instrucciones a las almohadillas LED inteligentes. Durante los intervalos en los que el controlador PBT está en silencio, ya sea escuchando el bus o recibiendo datos de las almohadillas LED inteligentes, cada almohadilla LED inteligente debe funcionar de forma autónoma e independiente del controlador PBT y las otras almohadillas LED conectadas en el mismo bus de datos o comunicación. red. Esto significa que el controlador PBT debe enviar suficientes datos a la almohadilla LED inteligente para que se almacenen en el búfer de memoria de la almohadilla para admitir la operación de reproducción LED ininterrumpida hasta que se pueda entregar el siguiente archivo de datos.

En otra realización, el controlador PBT entrega un archivo de reproducción completo al panel LED inteligente que define la secuencia de ejecución completa de un tratamiento o sesión PBT. En este método, el archivo se entrega antes de comenzar la reproducción, es decir, antes de ejecutar el tratamiento. Tan pronto como el archivo se carga en la memoria de la almohadilla LED inteligente, el microcontrolador local integrado en la almohadilla puede ejecutar la reproducción realizada de acuerdo con las instrucciones del archivo. El archivo de reproducción transferido puede comprender (i) un archivo de código ejecutable que incluye la totalidad de todas las instrucciones de forma de onda de activación de LED, (ii) un archivo de reproducción pasiva que define las duraciones y configuraciones del tratamiento que se interpreta mediante un código ejecutable que comprende un software de reproducción de LED, o (iii) archivos de datos que comprenden primitivas de forma de onda que posteriormente se combinan de una manera prescrita por el microcontrolador de la almohadilla LED para controlar el patrón de iluminación LED y ejecutar un tratamiento o sesión PBT.

En los dos últimos ejemplos, el código ejecutable necesario para interpretar el archivo de reproducción, es decir, el reproductor LED, debe cargarse en el LED inteligente antes de comenzar la reproducción. Este reproductor LED se puede cargar en la almohadilla LED inteligente en el momento en que un usuario indica al controlador PBT que comience la terapia, o se puede cargar en la almohadilla inteligente en una fecha anterior, por ejemplo, cuando la almohadilla LED se programa durante la fabricación o en ese momento. el controlador PBT se enciende y establece que la almohadilla LED inteligente está conectada a la red de área local del controlador. En los casos en los que el archivo del reproductor LED se carga previamente en una almohadilla LED inteligente y se almacena en una memoria no volátil durante períodos prolongados, el sistema PBT distribuido debe incluir disposiciones para verificar si el software cargado aún está actualizado o se ha vuelto obsoleto. Si el sistema detecta que el reproductor de LED está actualizado, la reproducción de LED puede comenzar inmediatamente. Alternativamente, si el controlador PBT detecta que el reproductor LED está obsoleto, vencido o simplemente no está actualizado, el controlador PBT puede descargar el nuevo código ejecutable del reproductor LED ya sea inmediatamente o obteniendo primero la aprobación del usuario. En algunos casos, la realización de tratamientos con un código ejecutable del reproductor LED obsoleto puede provocar una reproducción incorrecta o un mal funcionamiento del sistema. En tales casos, el controlador PBT puede suspender obligatoriamente su funcionamiento del reproductor LED de la almohadilla inteligente hasta que se ejecute la descarga y actualización del software.

La capacidad de una almohadilla LED para funcionar de forma independiente y autónoma durante un tiempo definido distingue la almohadilla LED como "intelligen t" en comparación con las almohadillas LED pasivas. Las almohadillas LED pasivas, en contraste, se limitan a responder solo a las señales en tiempo real enviadas desde el controlador PBT, donde cualquier interrupción en la comunicación resultará inmediatamente en una interrupción en el funcionamiento de la almohadilla LED, lo que afectará el tren de pulsos LED o la forma de onda. En otras palabras, la comunicación por bus entre el controlador PBT y una o más almohadillas LED inteligentes se puede considerar como una red de área local (LAN) conmutada por paquetes.

Otra característica clave del sistema PBT distribuido revelado son sus sistemas de seguridad autónomos: funciones de protección y seguridad que operan en cada almohadilla LED inteligente independientemente del controlador PBT. Específicamente en los dispositivos médicos profesionales conectados a la red, los sistemas de seguridad deben continuar funcionando sin fallas incluso cuando se pierde la conectividad de la red. Como característica clave de esta invención, durante el funcionamiento, cada almohadilla LED inteligente ejecuta regularmente una subrutina relacionada con la seguridad para garantizar que el software esté funcionando normalmente y que no existan condiciones peligrosas. Los SE inteligentes incorporados almohadilla LED características de protección incluyen un software relacionado “temporizador de parpadeo ” sub rutina , un temporizador de vigilancia, protección contra sobretensiones, LED actual equilibrio y la protección de sobrecalentamiento. Las funciones de seguridad autónomas involucran firmware que comprende el sistema operativo local de la almohadilla LED inteligente (referido aquí como LightPadOS) almacenado en una memoria no volátil y ejecutado por el microcontrolador integrado presente dentro de cada almohadilla LED inteligente.

Al recibir una instrucción para comenzar la terapia, el LightPadOS de una almohadilla específica inicia un temporizador de software y al mismo tiempo se reinicia e inicia un contador de hardware en el microcontrolador. El LightPadOS luego lanza el código ejecutable para realizar un tratamiento PBT ejecutado como un archivo de datos de transmisión o como un reproductor LED (reproduciendo un archivo de reproducción específico) en sincronía con un contador de programa en avance. Los avances contador de programa en una frecuencia definida como se ha definido por cualquiera de un reloj de sistema compartida o una referencia de tiempo de precisión específico de uno o varios almohadilla LED inteligente. Tales referencias de tiempo se pueden establecer usando un oscilador de relajación RC, un oscilador de tanque resonante RLC, un oscilador de cristal o un oscilador basado en una máquina micromecánica. De esta manera, se pueden usar pulsos con precisión de nanosegundos para sintetizar pulsos de onda cuadrada, ondas sinusoidales y otras formas de onda que varían en frecuencia y duración. Las formas de onda sintetizadas se utilizan para impulsar cadenas de LED de formas de onda variables en los patrones seleccionados de acuerdo con algoritmos definidos.

Durante la ejecución del programa, tanto el temporizador de parpadeo del software como el temporizador de vigilancia basado en hardware continúan contando en sincronía con la base de tiempo del contador del programa. Cuando el temporizador de parpadeo alcanza un cierto tiempo predefinido (denominado aquí intervalo de parpadeo), por ejemplo, 30 segundos, el temporizador de software genera una señal de interrupción enviada al control local de la almohadilla LightPadOS que suspende el contador del programa de tratamiento y comienza una "rutina de servicio de interrupción” o ISR. El ISR luego realiza funciones de limpieza, que pueden incluir leer la temperatura de uno o más sensores en la almohadilla LED inteligente, enviar los datos de temperatura a través del transceptor al controlador PBT y comparar simultáneamente la temperatura medida más alta con un rango definido. Si la temperatura excede un nivel de advertencia, también se genera una bandera de advertencia y se comunica al controlador PBT como una solicitud para que el sistema tome alguna acción, por ejemplo, para reducir el factor de trabajo del LED (a tiempo por ciclo) para disminuir la temperatura de la almohadilla o para suspender el tratamiento.

Sin embargo, si la temperatura medida más alta excede un umbral de seguridad predeterminado, la almohadilla LED inteligente suspende inmediatamente la ejecución del programa de tratamiento y simultáneamente envía un mensaje a través del transceptor al controlador PBT. A menos que el PBT reinicie el programa, la almohadilla LED inteligente de sobrecalentamiento permanecerá apagada indefinidamente. De esta manera, si ocurre una condición de sobrecalentamiento mientras el controlador PBT no está disponible o funciona mal, o si la red o el bus de comunicación está ocupado o no disponible, la condición predeterminada es detener el tratamiento.

Durante el ISR, la almohadilla LED inteligente puede realizar otras pruebas de seguridad, por ejemplo, verificar si hay voltajes de entrada excesivos como resultado de una falla en el suministro de energía, corrientes excesivas como resultado de un cortocircuito interno de la almohadilla o detectar humedad excesiva resultante del sudor o el agua en contacto con el LED inteligente. almohadilla, lo que posiblemente resulte en una barrera sanitaria faltante o aplicada incorrectamente entre el paciente y la almohadilla LED. En cualquier caso, la almohadilla LED inteligente que funciona mal primero suspende la operación y luego envía un mensaje al controlador PBT informando al sistema distribuido de la falla. En tal caso, las otras almohadillas LED pueden continuar funcionando de forma independiente (aunque una almohadilla haya dejado de funcionar) o, alternativamente, todas las almohadillas LED inteligentes pueden apagarse simultáneamente (ya sea por el controlador PBT o mediante comunicaciones directas de almohadilla a almohadilla). Una vez finalizado el ISR, el control vuelve a la realización del tratamiento PBT reiniciando el contador del programa, reiniciando el temporizador de parpadeo del software y reiniciando el temporizador de vigilancia.

En el caso de que ocurra una falla en la ejecución del software, ya sea en el código ejecutable de reproducción de LED o en la subrutina ISR, el contador del programa no reanudará la operación y el temporizador de parpadeo no se reiniciará ni reiniciará. Si el temporizador de vigilancia alcanza su cuenta completa sin reiniciarse (por ejemplo, a los 31 segundos) sin reiniciarse, significa que la ejecución del software ha fallado. Un temporizador de vigilancia genera instantáneamente una bandera de interrupción que suspende la ejecución del programa en la almohadilla LED infractora y envía un mensaje de falla al controlador PBT y, opcionalmente, a las otras almohadillas LED. Como tal, una falla de software siempre cambia por defecto a un estado no operativo para la almohadilla LED que funciona mal para garantizar la seguridad del paciente incluso en ausencia de conectividad de red.

Aparte de las características de seguridad autónomas, en otra realización, el sistema PBT distribuido descrito incluye protección centralizada de los componentes en red administrados por el controlador PBT. Específicamente, el sistema operativo PBT que opera con el controlador PBT, al que aquí se hace referencia como LightOS, incluye una serie de disposiciones de protección que incluyen la capacidad de detectar si un componente conectado a la red o al bus de comunicación es un componente autorizado o un fraude. Si un usuario intenta conectar un panel de luz u otro componente a la red del controlador PBT que no puede pasar un proceso de autenticación prescrito, se le negará el acceso a la red al componente. El sistema operativo LightOS del controlador PBT puede prohibir el acceso no autorizado de diversas formas, incluido el cierre de todo el sistema distribuido hasta que se elimine el dispositivo infractor, no enviar ningún paquete de datos a la dirección IP del dispositivo fraudulento o cifrar los comandos para que no sean reconocidos por el componente no autorizado .

Para efectuar una comunicación segura multicapa en el sistema PBT distribuido divulgado, el sistema operativo del controlador PBT (LightOS) y el sistema operativo de las almohadillas LED inteligentes (LightPadOS) comprenden pilas de comunicación paralela que utilizan protocolos consistentes y secretos compartidos no discernibles para un operador de dispositivo, piratas informáticos o desarrolladores no autorizados. Como tal, el sistema de PBT distribuido funciona como un communicatio protegida n de red con la capacidad de ejecutar la seguridad en cualquier número de capas de comunicación, incluida la capa 2 de enlace de datos, la capa 3 de red, la capa 4 de transporte, la capa 5 de sesión, la capa 6 de presentación o la capa 7 de aplicación. Por ejemplo, un código numérico instalado y criptográficamente oculto tanto en un controlador PBT como en una almohadilla LED inteligente , es decir, un secreto compartido, se puede utilizar para confirmar la autenticidad de una almohadilla LED inteligente conectada a la red sin siquiera divulgar la clave. En un método de validación del panel LED ejecutado en la capa 2 de enlace de datos , el controlador PBT pasa un número aleatorio al panel LED inteligente a través de la red o el bus de comunicación. En respuesta, el microcontrolador en la almohadilla LED descifra su copia de la clave secreta compartida (código numérico) , la fusiona con el número aleatorio recibido a continuación, realiza una operación de hash criptográfica del número concatenado. Luego, la almohadilla LED inteligente devuelve abiertamente el valor hash criptográfico a través del mismo enlace de transceptor.

Al mismo tiempo, el controlador PBT realiza una operación idéntica descifrando su propia copia del secreto compartido (código numérico), fusionándola con el número aleatorio generado que envió al panel LED y luego realizando una operación hash criptográfica en el número concatenado. A continuación, el controlador PBT compara los valores hash recibidos y generados localmente. Si los dos números coinciden, el pad es auténtico , es decir, está "autorizado" para conectarse a la red. El algoritmo de autenticación mencionado anteriormente se puede ejecutar en cualquier conexión PHY capa 1 y/o data-link capa 2 a través de cualquier bus de datos o red de conmutación de paquetes, incluyendo USB, Ethernet, WiFi o conexiones de radio celular. En el caso de una conexión WiFi, el enlace de datos también se puede establecer utilizando WPA2, un protocolo de acceso protegido WiFi..

Para fines 'administrativos' y seguimiento de seguridad , la fecha y hora de autorización (y, según esté disponible, la ubicación GPS) del componente autenticado se almacena en una memoria no volátil y, opcionalmente, se carga en un servidor. El beneficio de emplear comunicación segura y validación AAA (autenticación, autorización, administración) de todos los componentes conectados en el sistema PBT distribuido es crucial para garantizar la seguridad y protección contra la conexión intencional de dispositivos impostores no certificados y potencialmente inseguros. De esta manera, los dispositivos impostores no pueden ser controlados por el sistema PBT distribuido. La validación AAA también protege contra la conexión accidental de dispositivos que no están diseñados para funcionar como parte del sistema PBT, como paquetes de baterías de iones de litio, fuentes de alimentación no aprobadas, altavoces, unidades de disco, controladores de motor, láseres de clase III y IV de alta potencia, y otros peligros potenciales no relacionados con el sistema PBT.

La seguridad del sistema PBT distribuido que utiliza una red de conmutación de paquetes (como Ethernet o WiFi ) también puede mejorarse utilizando direccionamiento dinámico en la capa 3 de red y asignación dinámica de puertos en la capa 4 de transporte de datos . En funcionamiento de un controlador PBT no conectado a Internet o cualquier otra red de área local, el controlador PBT genera una dirección IP dinámica y una dirección de puerto dinámica, luego transmite la dirección a los otros dispositivos conectados a la red a los cuales las almohadillas LED inteligentes responden con sus propias direcciones IP dinámicas y sus propias direcciones de puerto dinámicas. En el caso de que el sistema PBT distribuido esté en contacto con un enrutador o Internet, se utiliza un procesador de configuración dinámica de host (DHCP) para asignar direcciones IP dinámicas. De manera similar, una llamada a procedimiento remoto (RPC) se utiliza para realizar una asignación dinámica de número de puerto. Dado que las direcciones IP dinámicas y los puertos dinámicos cambian cada vez que un dispositivo se conecta a una red, la superficie de ataque cibernético se reduce. Se puede agregar seguridad adicional de L ayer- 4 usando TLS 'seguridad de capa de transporte', protocolo de seguridad IPSec u otros protocolos.

Una vez que los componentes de un sistema PBT distribuido se establecen a través de la autenticación de capa 2 y las asignaciones de direcciones de puerto, y red de capa 3 y capa-4, el sistema PBT distribuido está listo para ejecutar los tratamientos. Una vez que el controlador PBT recibe un comando de 'inicio' del usuario, el tratamiento PBT comienza con un intercambio de claves de cifrado o certificados digitales entre el controlador PBT y las almohadillas LED inteligentes conectadas a la red para establecer una sesión capa-5. Una vez que se abre la sesión, el controlador PBT y la almohadilla LED inteligente mantienen su vínculo seguro durante el intercambio de archivos y comandos hasta que se completa o termina el tratamiento. Se puede realizar una seguridad de red adicional mediante el cifrado en la capa 6 de presentación o en la capa 7 de la aplicación.

Como se reveló, el sistema PBT distribuido conectado a la red funciona como una única máquina virtual unificada (VM) capaz de realizar la terapia de fotobiomodulación de manera confiable y segura utilizando múltiples almohadillas LED inteligentes que ofrecen • Sin distorsión de forma de onda resultante de parásitos del cable • Comunicación bidireccional entre el controlador PBT y la almohadilla LED inteligente

• Capacidad para detectar un cortocircuito de conexión incorrecta de varios pads • A bilidad para identificar almohadillas LED aprobados o fabricantes certificados • A bilidad para identificar un dispositivo conectado como inteligente almohadilla LED

• Un bilidad para identificar las fuentes de energía y para controlar su tensión de funcionamiento

• Capacidad para controlar y limitar la corriente del LED del controlador

• Un bilidad para detectar las baterías y evitar su conexión a la salida de un sistema de PBT

• A bilidad para detectar el exceso de temperatura condiciones en las almohadillas LED

• A bilidad para identificar la configuración de LED dentro de una almohadilla de LED

• A bilidad para identificar los tipos y la configuración de los LED contenida dentro de un inteligente n almohadilla LED

• Capacidad para controlar de forma independiente múltiples salidas • Capacidad para realizar síntesis de formas de onda sin distorsión dentro de una almohadilla LED inteligente

• Capacidad para distribuir nuevos algoritmos de controladores LED a pads LED inteligentes

• Un bilidad a la captura y el paciente registro de datos biométricos en tiempo real

• Un bilidad para recoger imágenes en tiempo real de área de tratamiento • Apoyar la capacidad de los usuarios (médicos) para crear nuevos algoritmos de tratamiento.

• Capacidad para apoyar la distribución electrónica de documentación.

• Capacidad para realizar el seguimiento del tratamiento

• Capacidad para gestionar la distribución de recetas electrónicas .

• Capacidad para admitir un control remoto conectado a la red

• Capacidad para realizar el seguimiento de la ubicación de los sistemas PBT • Capacidad para realizar una comunicación segura entre componentes

En otra realización, el sistema PBT distribuido descrito comprende una generación de formas de onda de tres etapas que implica síntesis de formas de onda digitales, generación de pulsos PWM y un controlador LED multicanal multiplexado dinámico capaz de producir formas de onda cuadradas, triangulares, de diente de sierra y sinusoidales. Las formas de onda pueden comprender una única función periódica o una cuerda de múltiples componentes de frecuencia.

En otra realización, el generador de forma de onda descrito puede generar acordes basados en una clave y una escala de frecuencia prescritas, por ejemplo, un acorde que comprende dos, tres o cuatro frecuencias diferentes, incluido el filtrado de ruido. Las formas de onda de conducción de LED también se pueden producir a partir de muestras de audio o combinando acordes de formas de onda primitivas de audio escalables de resolución y frecuencia variables. Las formas de onda se pueden almacenar en bibliotecas basadas en paramétricas de sintetizador de formas de onda, formas de onda PWM y acordes PWM, incluidos acordes mayores, menores, disminuidos, aumentados, octavas e inversiones. El controlador LED controlado por software incluye mapeo de E / S (multiplexación), control dinámico de corriente y varias referencias de corriente dinámicas programables.

En otra realización, un sistema PBT distribuido comprende múltiples conjuntos de almohadillas LED inteligentes controladas desde una estación de control PBT multicanal centralizada. Se incluye un control remoto WiFi PBT opcional para facilitar el control local de inicio-inicio y pausa. En otra realización más, el controlador PBT comprende una aplicación que se ejecuta en un dispositivo móvil o teléfono inteligente que controla las almohadillas LED inteligentes. La aplicación móvil incluye control intuitivo UI / UX y pantalla de biorretroalimentación. La aplicación también puede conectarse a Internet oa un servidor PBT como base de datos de terapias. En otra realización, el sistema PBT comprende un conjunto de almohadillas LED completamente autónomas programadas a través de la red.

El sistema PBT distribuido también se puede utilizar para controlar los LED montados en una boquilla para combatir la inflamación de las encías y la enfermedad periodontal o para activar los LED individuales montados en auriculares insertados en la nariz o los oídos para matar las inflexiones bacterianas en las cavidades sinusales. Se puede utilizar una variación de los botones LED individuales como "puntos" colocados en puntos de acupuntura.

El sistema PBT distribuido antes mencionado no se limita a la activación de LED, sino que se puede utilizar para activar cualquier emisor de energía ubicado junto a un paciente para inyectar energía en el tejido vivo, incluida una luz coherente de un láser, o emitir campos magnéticos que varían en el tiempo. (magnetoterapia), microcorrientes eléctricas (electroterapia), energía ultrasónica, infrasonido, radiación electromagnética infrarroja lejana o cualquier combinación de los mismos.

En una de tales realizaciones, una varilla de mano LED o láser comprende una unidad principal de área grande y un mango pivotante, un sensor de temperatura integral, un cargador de batería, un regulador de voltaje elevador (refuerzo) y un sistema de seguridad integral como detector de proximidad. En otra realización más, un dispositivo de magnetoterapia comprende una bobina implementada en una placa de circuito impreso multicapa utilizada para generar campos magnéticos variables en el tiempo. El dispositivo de magnetoterapia se puede implementar en una almohadilla o en una varita. Magnetoterapia, utilizado para reducir la inflamación y el dolor en las articulaciones m un y ser operado de forma independiente o en combinación con PBT.

Otra versión de varita manual incluye una bobina de voz modulada que funciona como un vibrador que aplica presión a los músculos y tejidos a frecuencias infrasónicas, es decir, por debajo de 10 Hz, similar a la terapia de masaje pero con una penetración más profunda. La terapia de infrasonidos, que se utiliza para reducir la relajación de los músculos y mejorar la flexibilidad y el rango de movimiento, puede operarse de forma independiente o en combinación con PBT.

En otra realización, un n ultrasonido dispositivo de terapia comprende un PCB flexible con uno o transductores piezoeléctricos más moduladas en la banda de ultrasonido de 20 kHz a 4 MHz. La almohadilla con transductores piezoeléctricos también puede incluir LED modulados por pulsos en el espectro de audio. En una aplicación del dispositivo combinado de ultrasonido-LED, el ultrasonido se emplea para romper el tejido cicatricial con PBT utilizado para mejorar la circulación y eliminar las células muertas a partir de entonces.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

FIGURA. 1 ilustra un sistema PBT que funciona bajo el control de un terapeuta. FIGURA. 2 ilustra la fotobiomodulación de las mitocondrias.

FIGURA. 3 ilustra los espectros de absorción óptica de varios biomateriales.

FIGURA. 4A contrasta las diferencias entre la terapia fotoóptica y la terapia de fotobiomodulación.

FIGURA. 4B ilustra la estimulación fotoquímica de las mitocondrias de orgánulos intracelulares por longitud de onda combinada.

FIGURA. 5 representa un sistema PBT distribuido con una almohadilla LED activa. FIGURA. 6A es una representación esquemática de un sistema PBT con almohadillas LED pasivas que utilizan resistencias limitadoras de corriente.

FIGURA. 6B es una representación esquemática de un sistema PBT con pads LED pasivos que utilizan control de corriente.

FIGURA. 7 es una descripción de red de un sistema PBT con almohadillas LED activas que utilizan solo comunicación física (PHY) de capa-1.

FIGURA. 8 es un circuito equivalente de un cable de comunicación y su impacto en las señales eléctricas.

FIGURA. 9 es una representación icónica de la interconexión de un sistema de terapia de fotobiomodulación con accesorios eléctricos o almohadillas LED no calificados o inadecuados.

FIGURA. 10 representa un sistema de terapia de fotobiomodulación que activa almohadillas LED diferentes con un conjunto común de señales eléctricas.

FIGURA. 11A ilustra una conexión incorrecta de "salida en cortocircuito" de dos salidas del sistema LED PBT a una almohadilla LED común.

FIGURA. 11B ilustra una conexión de salida corta que activa cadenas de LED rojos con más de una señal de control en competencia.

FIGURA. 11C ilustra una conexión de salida en cortocircuito que activa simultáneamente los LED NIR y rojos en la misma almohadilla LED con señales de control superpuestas o simultáneas.

FIGURA. 11D ilustra las formas de onda de salida de potencia para una conexión de salida en corto que activa simultáneamente los LED NIR y rojos en la misma almohadilla LED con señales de control superpuestas o simultáneas.

FIGURA. 12 es un sistema PBT que carece de detección, protección o retroalimentación de temperatura.

FIGURA. 13 representa un sistema PBT distribuido con una almohadilla LED activa. FIGURA. 14 es una ilustración esquemática de un sistema PBT distribuido con una almohadilla LED inteligente (activa) .

FIGURA. 15 es una ilustración de red de un sistema PBT con almohadillas LED inteligentes ( activas ) que utilizan una pila OSI de 3 capas.

FIGURA. 16 es un diagrama de flujo de una secuencia de autenticación de almohadilla LED.

FIGURA. 17 ilustra un diagrama de bloques de una almohadilla LED activa con registro de datos de identidad.

FIGURA. 18 ilustra un diagrama de bloques de una almohadilla LED activa con registro de configuración de LED.

FIGURA. 19 es una representación esquemática de un n ejemplares LED electrónica de la matriz y de accionamiento que comprende tres LED de longitud de onda.

FIGURA. 20A es una representación esquemática de un elemento de control de corriente conmutado de lado bajo o "sumidero de corriente" que impulsa una serie de LED que comprende "m" LED.

FIGURA. 20B es una representación esquemática de un controlador LED de lado bajo conmutado de tipo disipador de corriente que comprende un MOSFET de canal N y un circuito de polarización de puerta de detección de corriente con entrada de corriente de referencia Iref.

FIGURA. 20C es una representación esquemática de un ejemplo y del lado de baja tipo actual del disipador de conmutación de implementación de controlador de LED que comprende un sensor de espejo de corriente, una transconducta NCE circuito de polarización del amplificador con referencia de entrada de corriente I ref y una puerta de transmisión con entrada digital.

FIGURA. 21A es una representación esquemática de un ejemplo y generador de referencia de corriente de múltiples canales con DAC resistor de ajuste fino actual.

FIGURA. 21B es una representación esquemática de un ejemplo y generador de referencia de multi-canal actual con DAC MOSFET puerta anchuras útiles actual.

FIGURA. 21C es una representación esquemática de un ejemplo y generador de multicanal de referencia actual con DAC y aritmética-lógica-unidad de entrada calculado que comprende corrientes de corriente de entrada de referencia de calibración y de destino.

FIGURA. 22A es un repres esquemática entación de un lado de alta conmutada current- elemento de control o “fuente de corriente” conducir una cadena serie de LEDs que comprenden LEDs “m”.

FIGURA. 22B es una representación esquemática de un controlador de LED de lado alto conmutado del tipo de fuente de corriente que comprende un MOSFET de canal P y un circuito de polarización de puerta de detección de corriente con entrada de corriente de referencia (-Iref).

FIGURA. 22C es una representación esquemática de un ejemplo y tipo de corriente de fuente conmutada del lado de alta implementación de controlador de LED que comprende un sensor de espejo de corriente, un circuito de polarización amplificador de transconductancia con referencia entrada de corriente (-I^ref) y una puerta de transmisión con entrada digital.

FIGURA. 23A es una representación esquemática de un elemento de control de corriente de lado alto o "fuente de corriente" que acciona una serie de LED que comprenden LED "m" con una habilitación digital MOSFET de canal N de lado bajo.

FIGURA. 23B es una representación esquemática de un controlador de LED de lado alto de tipo fuente de corriente que comprende un MOSFET de canal P y un circuito de polarización de puerta de detección de corriente con entrada de corriente de referencia (-I^ref) que activa una cadena de LED en serie con un bajo - habilitación digital MOSFET de canal N lateral.

FIGURA. 23C es una representación esquemática de una implementación de controlador LED de lado alto tipo fuente de corriente ejemplar y que comprende un sensor de espejo de corriente, un circuito de polarización del amplificador de transconductancia con entrada de corriente de referencia (-I ^ref ) que activa una cadena de LED conectados en serie con una baja -side N-MOSFET de canal digital de habilitarment .

FIGURA. 24 es un diagrama de flujo que describe un maestro-esclavo , la transmisión de datos de excitación de LED basado.

FIGURA. 25 ilustra la transferencia de datos en tiempo real a una almohadilla LED mediante transferencia de paquetes a través de USB.

FIGURA. 26A ilustra un método de transferencia de datos secuencial justo a tiempo o "JIT" para una unidad LED basada en flujo.

FIGURA. 26B ilustra una transferencia - por delante - y - método de cambio para un LED de la unidad base corriente.

FIGURA. 26C compara JIT contra la transferencia - por delante - y - método de desplazamiento de la unidad LED.

FIGURA. 27 es un diagrama de flujo de la reproducción de almohadilla autónoma de almohadilla LED utilizando archivos no cifrados.

FIGURA. 28 ilustra el almacenamiento de archivos de código ejecutable en una almohadilla LED activa.

FIGURA. 29A ilustra una n ejemplar y protocolo de tratamiento que comprende tres “sesiones” PBT cada constituting tres algoritmos de tratamiento secuenciales.

FIGURA. 29B ilustra ejemplares Y tratamientos, cada uno que ilustra una secuencia de control de LED de encendido y apagado elogia y duraciones.

FIGURA. 30 ilustra un modelo de respuesta a dosis bifásico de Arndt-Schultz para PBT.

FIGURA. 31 ilustra una pila de protocolos de comunicación LightOS basada en bus serie de 4 capas.

FIGURA. 32 ilustra la preparación de paquetes cifrados del archivo de tratamiento PBT.

FIGURA. 33 ilustra la preparación de paquetes cifrados de un archivo de sesión PBT. FIGURA. 34 ilustra el descifrado y almacenamiento activos de la almohadilla LED de un paquete cifrado entrante.

FIGURA. 35 es un diagrama de flujo de reproducción de almohadilla autónoma de almohadilla LED que utiliza el descifrado de archivo posterior a la transferencia.

FIGURA. 36 ilustra el almacenamiento de archivos de texto cifrado en una almohadilla LED activa.

FIGURA. 37 es un diagrama de flujo de reproducción de pad autónomo de almohadilla LED que utiliza descifrado sobre la marcha durante la reproducción.

FIGURA. 38 es una comparación de archivos entre el descifrado de archivos en masa antes de la reproducción y el descifrado sobre la marcha durante la reproducción.

FIGURA. 39 ilustra la descarga de archivos desde un reproductor LED a una almohadilla LED.

FIGURA. 40 es un diagrama de flujo que describe el funcionamiento de un módulo de "sintetizador de forma de onda".

FIGURA. 41 es un diagrama de flujo que describe el funcionamiento de un módulo de "reproductor PWM".

FIGURA. 42 es un diagrama de flujo que describe el funcionamiento de un módulo de "controlador de LED".

FIGURA. 43 es un diagrama de bloques que muestra la generación de formas de onda usando un sintetizador de formas de onda, un reproductor PWM y módulos de controlador de LED.

FIGURA. 44 es un diagrama de bloques que muestra detalles del funcionamiento del sintetizador de forma de onda, incluida la síntesis a través de un generador de funciones unitarias o un procesador de primitivas.

FIGURA. 45 ilustra ejemplos de formas de onda generadas por función unitaria, incluidas formas de onda constante, de diente de sierra, triangular, sinusoidal y de cuerda sinusoidal.

FIGURA. 46 es una descripción funcional de un nodo sumador de sintetizador y una operación de rango automático utilizada en la síntesis de formas de onda.

FIGURA. 47 ilustra ejemplos de ondas sinusoidales de frecuencia variable y acordes mezclados de las mismas.

FIGURA. 48A ilustra una contracorriente de síntesis sinusoidal basado sistema de capa ble de mezclar acordes más de diez octava s con ponderación independiente y la funcionalidad de rango automático.

FIGURA. 48B ilustra la síntesis de acordes de dos ondas sinusoidales empleando un sistema de síntesis sinusoidal basado en contador.

FIGURA. 48C ilustra la síntesis de acordes de tres ondas sinusoidales empleando un sistema de síntesis sinusoidal basado en contador.

FIGURA. 49 es un diagrama de bloques de un sintetizador de acordes sinusoidales basado en contador que utiliza una primitiva sinusoidal única con una resolución de ángulo de 24 puntos.

FIGURA. 50 es un ejemplo de síntesis de acordes de dos ondas sinusoidales utilizando una sola primitiva de resolución fija.

FIGURA. 51A es un ejemplo de síntesis de acordes de tres ondas sinusoidales que utiliza una sola primitiva sinusoidal de resolución fija.

FIGURA. 51B ilustra ondas sinusoidales ejemplares y y acordes combinados utilizando una única primitiva sinusoidal de resolución fija que resalta el ruido de cuantificación.

FIGURA. 52A es un ejemplo de síntesis de acordes de tres ondas sinusoidales utilizando múltiples primitivas sinusoidales de resolución escalada.

FIGURA. 52B ilustra ondas sinusoidales ejemplares y y acordes combinados utilizando múltiples primitivas sinusoidales de resolución escalada para eliminar completamente el ruido de cuantificación.

FIGURA. 52C es una comparación entre la síntesis de onda sinusoidal de resolución fija y resolución escalada de un acorde combinado de tres ondas sinusoidales.

FIGURA. 53 es un diagrama de bloques de un sintetizador de acordes sinusoidales basado en contador que utiliza primitivas sinusoidales de resolución escalada y cuatro rangos de escala de reloj.

FIGURA. 54 es un diagrama de bloques de un sintetizador de acordes sinusoidal primitivo universal aplicable para cualquier primitiva sinusoidal de resolución.

FIGURA. 55A ilustra la interfaz UI / UX para establecer una clave global para la síntesis de seno y acorde basado en escalas musicales ecuánime y una cuarta octava nota -clave basada.

FIGURA. 55B ilustra la interfaz UI / UX para establecer una clave global para la síntesis de seno y acorde basado en otras escalas y una cuarta octava nota - clave basada.

FIGURA. 56 ilustra la interfaz UI / UX para configurar una clave global para la síntesis de seno y acordes basada en una frecuencia personalizada.

FIGURA. 57A es un diagrama de bloques de un constructor algorítmico de acordes para síntesis de tríada / cuádruple de acordes musicales (con una nota de 1 octava opcional), que incluye acordes mayores, menores, aumentados y disminuidos.

FIGURA. 57B ilustra la interfaz UI / UX para un constructor de acordes de tríada personalizado con una nota de 1 octava opcional.

FIGURA. 58A ilustra la compresión de señal en síntesis de suma de tres senos sin función de rango automático.

FIGURA. 58B compara formas de onda sintetizadas de suma de tres sinusoidales con y sin amplificación de rango automático.

FIGURA. 59 es una funcional ilustración de una función de generador PWM se utiliza en el sintetizador de forma de onda.

FIGURA. 60 ilustra ejemplos de formas de onda generadas no sinusoidales y sus correspondientes representaciones PWM.

FIGURA. 61A ilustra el funcionamiento de la función de corte del reproductor PWM. FIGURA. 61B ilustra un equivalente funcional esquemático de un modulador de ancho de pulso utilizado en el reproductor PWM.

FIGURA. 62 enfermo u s Trates ab diagrama de bloqueo de la acción del conductor LED .

FIGURA. 63A ilustra las formas de onda constitutivas de una onda cuadrada generada por un reproductor PWM con un factor de trabajo del 50% y una corriente LED promedio de 10 mA.

FIGURA. 63B ilustra las formas de onda constituyentes para una onda cuadrada generada por un reproductor PWM con un factor de trabajo del 20% y una corriente LED promedio de 10 mA.

FIGURA. 63C ilustra las formas de onda constituyentes para una onda cuadrada generada por un reproductor PWM con un factor de trabajo del 95% y una corriente LED promedio de 10 mA.

FIGURA. 63D ilustra las formas de onda constituyentes de una onda cuadrada jugador PWM generada con el factor de trabajo del 50% y una corriente de LED promedio 10 mA posteriormente paso ped arriba a 13 mA.

FIGURA. 63E ilustra las formas de onda constitutivas de una onda cuadrada generada por un controlador LED con un factor de trabajo del 50% y una corriente LED promedio de 10 mA.

FIGURA. 63F ilustra las formas de onda constitutivas de una onda sinusoidal generada por un controlador de LED ADC (convertidor analógico a digital) con una corriente LED promedio de 10 mA.

FIGURA. 63G ilustra las formas de onda constitutivas de una muestra de audio generada por ADC (convertidor analógico a digital) de controlador LED de un punteo de cuerda de guitarra con una corriente LED promedio de 10 mA.

FIGURA. 63H ilustra las formas de onda constitutivas de una muestra de audio generada por ADC (convertidor analógico a digital) de un controlador LED de un choque de platillos con una corriente LED promedio de 10 mA.

FIGURA. 64A ilustra las formas de onda constitutivas de una onda sinusoidal sintetizada PWM con una corriente LED promedio de 10 mA.

FIGURA. 64B ilustra las formas de onda constitutivas de una onda sinusoidal sintetizada PWM con una corriente LED promedio de 10 mA que posteriormente se incrementó hasta 13 mA.

FIGURA. 64C ilustra las formas de onda constitutivas de una muestra de audio sintetizada PWM que comprende un acorde de ondas sinusoidales con una corriente LED promedio de 10 mA.

FIGURA. 64D ilustra las formas de onda constitutivas de una onda triangular sintetizada PWM con una corriente LED promedio de 10 mA.

FIGURA. 64E ilustra las formas de onda constitutivas de una muestra de audio sintetizada PWM que comprende un punteo de cuerda de guitarra con una corriente LED promedio de 10 mA.

FIGURA. 64F ilustra las formas de onda constituyentes para una muestra de audio sintetizada PWM que comprende un choque de platillos con una corriente LED promedio de 10 mA.

FIGURA. 65 ilustra las formas de onda constitutivas de una onda sinusoidal sintetizada por PWM con una corriente LED promedio de 10 mA posteriormente aumentada hasta 13 mA cortada por un reproductor PWM.

FIGURA. 66 ilustra la descarga de un archivo de reproducción en una almohadilla LED.

FIGURA. 67 ilustra un archivo de datos de reproducción de LED que comprende una reproducción de archivos de ID, archivo de parámetros del sintetizador, archivo primitivas, archivo jugador PWM, LED archivo de controlador, y componentes de los mismos.

FIGURA. 68 es una vista analógica esquemática del firmware utilizado para controlar el reloj del reproductor PWM 0 ref.

FIGURA. 69 es comprende la pila de comunicación para un sistema de PBT distribuido basado Ethernet.

FIGURA. 70 comprende la pila de comunicaciones para un sistema PBT distribuido basado en WiFi.

FIGURA. 71A es un diagrama de bloques de un controlador PBT habilitado para comunicación WiFi para sistemas PBT distribuidos.

FIGURA. 71B es un diagrama de bloques de una almohadilla LED habilitada para comunicación WiFi para sistemas PBT distribuidos.

FIGURA. 72 es un sistema PBT distribuido multiusuario y una red de comunicaciones. FIGURA. 73 comprende las pilas de comunicación para un sistema PBT distribuido basado en teléfono celular.

FIGURA. 74 ilustra un sistema PBT distribuido que usa una aplicación de teléfono celular y un control basado en WiFi.

FIGURA. 75 es un menú UI / UX para el control PBT usando un programa de aplicación de dispositivo móvil.

FIGURA. 76 es una vista en sección transversal, superior e inferior de una varilla PBT de mano para terapia con LED o láser.

FIGURA. 77 es un diagrama de bloques de una varilla PBT portátil para terapia con LED o láser.

FIGURA. 78 es una vista en sección transversal y desde abajo de un sistema de seguridad ocular con varilla de PBT para PBT láser que utiliza detección de contacto capacitiva.

FIGURA. 79 es un esquema de un sistema de seguridad ocular para PBT láser que utiliza detección de contacto capacitiva.

FIGURA. 80 es un esquema de un circuito de control PBT láser de sistema distribuido. FIGURA. 81A es una sección transversal, una vista superior y una vista lateral de una almohadilla LED inteligente autónoma con un interruptor integrado.

FIGURA. 81B es un diagrama de flujo que describe la secuencia de cambio de programa de una almohadilla LED inteligente autónoma.

FIGURA. 82 es la sección transversal de una PCB flexible rígida.

FIGURA. 83 es un diagrama de explosión de magnetismo plano utilizado en una almohadilla de magnetoterapia.

FIGURA. 84 es una vista lateral de una almohadilla de magnetoterapia con magnetismo plano.

FIGURA. 85 es una vista superior de una almohadilla de magnetoterapia con magnetismo plano.

FIGURA. 86 es un esquema de un circuito de control de magnetoterapia de sistema distribuido.

FIGURA. 87 es una sección transversal de una almohadilla de magnetoterapia que utiliza magnetismo discreto.

FIGURA. 88A es una almohadilla de magnetoterapia que comprende una serie de electroimanes.

FIGURA. 88B es una almohadilla de magnetoterapia que comprende una serie de electroimanes e imanes permanentes.

FIGURA. 88C es una almohadilla de magnetoterapia que comprende una serie de electroimanes e imanes permanentes de electroimanes híbridos apilados.

FIGURA. 88D es una almohadilla de magnetoterapia que comprende una serie de electroimanes y electroimanes híbridos de imán permanente apilados.

FIGURA. 89 es un dispositivo de magnetoterapia portátil compatible con un sistema distribuido.

FIGURA. 90 es una vista en planta y una vista en sección transversal de una boquilla periodontal PBT en forma de U.

FIGURA. 91 es una vista lateral de los pasos de fabricación para fabricar una boquilla periodontal de PBT en forma de U.

FIGURA. 92A es una vista lateral de los pasos de fabricación para fabricar una boquilla periodontal de PBT en forma de H.

FIGURA. 92B es una vista lateral de una boquilla PBT periodontal en forma de H fabricada.

FIGURA. 93 muestra el proceso de unión en la fabricación de una boquilla periodontal PBT en forma de H.

FIGURA. 94 ilustra el diagrama de circuito de una boquilla PBT periodontal.

FIGURA. 95 ilustra el diagrama de circuito de una almohadilla PBT de ultrasonidos combinada con unidad de puente H.

FIGURA. 96 ilustra el diagrama de circuito de una almohadilla PBT de ultrasonidos combinada con un dispositivo de disipación de corriente.

FIGURA. 97 comprende vistas en perspectiva de una almohadilla PBT de ultrasonidos combinada

DESCRIPCION DE LA INVENCION

Con el fin de superar las antes mencionadas limitaciones enfrentan los sistemas de PBT generación existente, un completamente nuevo sistema de la arquitectura en requerido. Específicamente, la generación de formas de onda sinusoidales y acordes que combinan ondas sinusoidales debe ocurrir con una estrecha proximidad de los LED que se activan para evitar una distorsión significativa de la forma de onda del cableado. Tal criterio de diseño obliga a reubicar la síntesis de forma de onda , sacándola del controlador PBT y dentro de la almohadilla LED. Para lograr esta aparentemente menor división de funciones es de hecho un cambio de diseño significativo y requiere convertir la almohadilla LED de un componente pasivo a un sistema activo o almohadilla LED "inteligente". Mientras que una almohadilla LED pasiva contiene solo una matriz de LED, fuentes de corriente e interruptores, una almohadilla LED inteligente debe integrar un microcontrolador, una memoria volátil y no volátil, un transceptor de comunicación o interfaz de bus, electrónica de impulsión de LED y la matriz de LED. Debido a la necesidad de cableado largo o funcionamiento inalámbrico, la referencia de tiempo para el microcontrolador también debe reubicarse en la almohadilla LED. Esencialmente, cada almohadilla LED inteligente se convierte en una pequeña computadora que, una vez que recibe instrucciones, es capaz de producir patrones de excitación LED de forma independiente.

Así que en lugar de utilizar un controlador PBT centralizado que produce y distribuye señales eléctricas a pads LED pasivos, la nueva arquitectura es "distribuida", que comprende una red de componentes electrónicos que operan de forma autónoma y carecen de control en tiempo real centralizado. Este sistema PBT distribuido, el primero de su tipo, requiere la invitación de almohadillas LED inteligentes, un sistema de suministro de luz terapéutica mediante el cual las almohadillas LED realizan todos los cálculos necesarios para generar patrones de excitación LED dinámicos y ejecutar de forma segura la activación de LED en consecuencia. En la operación PBT distribuida, la función del controlador PBT se reduce drásticamente a la de una interfaz UI / UX, lo que permite al usuario seleccionar tratamientos o sesiones de terapia de las bibliotecas de protocolos disponibles e iniciar, pausar o finalizar tratamientos. Esta falta de control de hardware central es prácticamente inaudita en los dispositivos médicos porque las regulaciones ISO13485, IEC y FDA exigen, por razones de seguridad, la capacidad de control del hardware en todo momento. Como tal, la implementación de sistemas de seguridad eficaces en hardware distribuido d médicas quipos requiere un nuevo enfoque e innovador donde las funciones de seguridad deben llevarse a cabo a nivel local y el sistema de comunicados - ancho. Tal protocolo de seguridad debe ser spe cified, diseñado, verificado, validado y documentado de conformidad con las normas de diseño de la FDA y las normas internacionales de seguridad .

Otra implicación de un sistema PBT distribuido con almohadillas LED inteligentes es el reemplazo de la comunicación de señales eléctricas con instrucciones basadas en comandos que comprenden paquetes de datos . Dicha comunicación basada en comandos implica el diseño y desarrollo de una red de comunicación privada conmutada por paquetes entre los componentes del sistema distribuido, adaptando la comunicación digital para cumplir con los requisitos únicos y estrictos del control de dispositivos médicos. El enrutamiento de paquetes, la seguridad y las cargas útiles de datos deben diseñarse para evitar la piratería o el mal funcionamiento del sistema, y deben llevar toda la información necesaria para realizar todas las operaciones PBT necesarias.

La implementación de un sistema PBT distribuido con almohadillas LED inteligentes implica dos conjuntos de innovaciones interrelacionadas. En esta aplicación , se describe el funcionamiento de la almohadilla LED inteligente, incluidos los patrones de excitación LED basados en el tiempo entregados por transmisión o transferencia de archivos. Esta divulgación también considera la generación de formas de onda en el pad mediante un proceso de tres pasos de síntesis de formas de onda, funcionamiento del reproductor PWM y unidad LED dinámica, así como las funciones de seguridad necesarias. En la relacionada Solicitud de Estados Unidos N° 16/377.192, titulada “Distributed Fotobiomodulación Terapia Dispositivos y Métodos, Biofeedback y Protocolos de Comunicación para el Mismo,” se dan a conocer la comunicación de datos pila jerárquica y el protocolo de control.

En los sistemas PBT distribuidos descritos en este documento, la reproducción de LED se puede controlar utilizando una secuencia de instrucciones basada en el tiempo (denominada transmisión continua) o mediante la generación y síntesis de formas de onda basadas en comandos. En cualquier caso, los paquetes de datos transportan el patrón de excitación del LED digitalmente en su carga útil. En funcionamiento, a través de una interfaz gráfica, un usuario o terapeuta selecciona un tratamiento o una sesión de terapia PBT y acepta comenzar el tratamiento. A continuación, el comando se empaqueta, es decir, se prepara, se formatea, se comprime y se rellena en un paquete de comunicación y se entrega a través de un bus de comunicación periférico en serie, LAN, conexión de banda ancha, WiFi, fibra u otros medios a una o más almohadillas LED inteligentes. Aunque los datos de carga útil que se transportan en cada paquete de datos son digitales que comprenden bits organizados como octetos o palabras hexadecimales, el medio de comunicación real es analógico , que comprende señales analógicas diferenciales, ondas de radio o luz modulada.

En la comunicación por cable, el bus de comunicación normalmente utiliza señales eléctricas que comprenden formas de onda diferenciales analógicas moduladas a una velocidad específica conocida como velocidad de símbolo o velocidad en baudios (https://en.wikipedia.org/wiki/Symbol_rate). Cada símbolo puede comprender una frecuencia o un código de una duración definida. La detección de cada símbolo secuencial es inmune a las distorsiones causadas por parásitos reactivos en un cable o por fuentes de ruido y, por lo tanto, supera todos los problemas asociados con la transmisión de señales de pulso digital en las implementaciones PBT de la técnica anterior. En la comunicación WiFi, los datos en serie entrantes se dividen y transmiten en pequeños paquetes a través de múltiples subbandas de frecuencia, conocidas como OFDM, es decir, multiplexación por división de frecuencia ortogonal para lograr una alta tasa de símbolos y una baja tasa de error de bits. Se utilizan métodos de división de frecuencia similares en canal de fibra y comunicación DOCSIS para lograr altas velocidades de símbolo. Debido a que cada símbolo transmitido es capaz de representar ing múltiples estados digitales, la tasa de bits de datos bus serie, por tanto, mayor que la velocidad de símbolos de los medios es. La tasa de datos de bits efectiva (https: //en.wikipedia.or g / wiki / List_of_device_bit_rates ) de varios de los protocolos de comunicación en serie e inalámbricos más comunes por encima de 50 MB / s se resumen a continuación como referencia :

En respuesta a los comandos de un usuario, el controlador PBT convierte las instrucciones en paquetes de datos de comunicación, que posteriormente se envían a todas las almohadillas LED calificadas y conectadas . Las almohadillas LED reciben las instrucciones y responden en consecuencia , comenzando una sesión de terapia o realizando otras tareas. Debido a la comunicación de alto ancho de banda , la experiencia del usuario del sistema PBT es que el tratamiento fue instantáneo, es decir, los usuarios perciben una respuesta UI/UX en tiempo real a pesar de que la operación del sistema se realizó de hecho como una secuencia de comunicación entre dispositivos y tareas autónomas. .

El sistema PBT distribuido descrito implica múltiples componentes que interactúan , cada uno de los cuales realiza una función o funciones dedicadas dentro del sistema descentralizado. La cantidad de componentes únicos integrados en el sistema afecta la complejidad general del sistema e impacta la sofisticación del protocolo de comunicación, es decir, el "lenguaje" utilizado en la comunicación entre dispositivos . Varios componentes del sistema PBT distribuido divulgado pueden incluir:

• Una interfaz de usuario que comprende un controlador central PBT o una aplicación móvil que se utiliza para ejecutar comandos basados en UI / UX y enviar instrucciones a través de la red de comunicaciones.

• Almohadillas LED inteligentes que realizan tratamientos de terapia de fotobiomodulación dinámica con generación de patrones de excitación local en la almohadilla y síntesis de formas de onda y, opcionalmente, con sensores integrados o capacidad de imagen.

• Servidores informáticos accesibles a través de Internet o redes de comunicación privadas que se utilizan para retener y distribuir tratamientos, sesiones y protocolos de PBT, o para cargar datos de respuesta de pacientes, estudios de casos o ensayos clínicos y archivos asociados (p.ej., resonancias magnéticas, rayos-X, análisis de sangre) .

• Accesorios terapéuticos opcionales, como varillas láser o almohadillas de terapia de ultrasonido.

• Sensores biométricos opcionales (por ejemplo, sensores de EEG, monitores de ECG, oxígeno en sangre, presión arterial, azúcar en sangre, etc.) utilizados para capturar y cargar muestras de pacientes o datos en tiempo real.

• Periféricos informáticos, incluidas pantallas táctiles y de alta definición, teclados, ratones, altavoces, auriculares, etc.

Al combinar o excluir varios componentes en el sistema PBT, se pueden adaptar una variedad de costos de rendimiento y del sistema para una amplia gama de usuarios que cubren hospitales y clínicas, y se extienden a usuarios y consumidores individuales , spas, esteticistas , entrenadores deportivos y atletas, como así como aplicaciones móviles profesionales para paramédicos , policías o médicos militares . Dado que los componentes PBT utilizan un voltaje superior a 5 V, se tiene cuidado en el diseño descrito para evitar que un usuario conecte accidentalmente un periférico USB a una conexión o bus de alto voltaje (12 V a 42 V).

Control de LED en Sistemas PBT Distribuidos

Una implementación básica de un sistema PBT distribuido, mostrado en la FIGURA.

13, incluye tres componentes: un controlador PBT 120, una fuente de alimentación 121 y una única almohadilla LED inteligente 123 con un cable USB 122 intermedio. FIGURA. 14 ilustra un diagrama de bloques de un ejemplo y sistema de PBT distribuido^ aplicación, incluyendo un PBT controller y autobús transceptor 131, en e o almohadillas de LED más inteligentes 337, un cable USB 136, y un ‘ladrillo’fuente de alimentación externa 132. Aunque el bloque 132 de la fuente de alimentación se muestra como un componente discreto en la ilustración, en los sistemas donde el controlador PBT y el transceptor de bus 131 usan una conexión por cable a las almohadillas LED inteligentes 337, la fuente de alimentación se puede incluir dentro del controlador PBT y el transceptor en lugar de usar un componente separado. Como se muestra, el controlador PBT y el transceptor de bus 131 incluyen un microcontrolador principal pC o MPU 134, una pantalla táctil LCD 133, una memoria no volátil 128, una memoria volátil 129, una interfaz de bus 135 y un reloj 124 que opera en un reloj del sistema. 197 a una tasa 0sys. Los elementos de reloj y memoria se muestran por separado de la MPU principal 134, para representar su función y no están destinados a describir una realización específica o una partición de componentes. RTC reloj de tiempo real (no mostrado) puede también incluido con el controlador PBT 131. RTC es un n reloj extremadamente bajo consumo de energía que se ejecuta continuamente y sincroniza a estándares de tiempo internacionales o tiempo de la red siempre que sea posible.

La construcción de la MPU 134 principal puede comprender un microcontrolador de un solo chip totalmente integrado o un módulo basado en microprocesador, que contiene opcionalmente el reloj 124 del sistema principal, la interfaz de bus 135 y partes de la memoria 128 no volátil y la memoria 129 volátil. Es posible cualquier número de particiones incluido el uso de varios circuitos integrados de silicio (IC), integración de sistema en chip (SOC), sistema en paquete (SIP) o como módulos. Por ejemplo, la memoria volátil 129 puede comprender una memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) o una memoria estática de acceso aleatorio (SRAM). Esta memoria puede integrarse total o parcialmente dentro de la MPU 134 principal o puede realizarse mediante circuitos integrados separados. De manera similar, la memoria no volátil 128 puede comprender una memoria de acceso aleatorio programable y borrable eléctricamente (E2 PROM) o una memoria "flash", que puede integrarse total o parcialmente dentro de la MPU 111. Dentro del controlador PBT 131 no volátil de alta capacidad El almacenamiento de datos también se puede realizar utilizando medios de almacenamiento en movimiento como discos ópticos (CD/DVD), mediante unidades de disco duro magnéticas (HDD) e incluso mediante conexiones de red al almacenamiento en la nube.

El papel de Stora de datos no volátil ge 128 dentro del controlador PBT 131 se multiuso incluyendo el almacenamiento de la mai n sistema operativo, se hace referencia aquí en como LightOS, así como para retener a las bibliotecas de programas de tratamientos de PBT y sesiones, almacenado generalmente en forma cifrada por razones de seguridad. La memoria 128 no volátil también se puede usar para capturar registros de tratamiento, cargar datos de sensores y posiblemente retener metadatos de tratamiento. En contraste con su contraparte no volátil, el papel de la memoria volátil 129 en el controlador PBT 131 es principalmente el de la memoria del bloc de notas, que retiene los datos temporalmente mientras se realizan los cálculos. Por ejemplo, al preparar una sesión PBT que comprende una secuencia de tratamientos PBT separados, los algoritmos de tratamiento cifrados primero deben descifrarse, ensamblarse en una sesión PBT, volver a cifrarse y luego ensamblarse en un paquete de comunicación listo para el transporte por red. La memoria volátil almacena el contenido de datos durante el proceso de ensamblaje del paquete de comunicación.

Otra consideración en un sistema PBT distribuido es la distribución de energía necesaria para alimentar el controlador PBT y las almohadillas LED. Las opciones incluyen lo siguiente:

• Encienda el controlador PBT usando una fuente de alimentación interna, luego entregue energía a las almohadillas LED a través del bus de comunicación, • Encienda el controlador PBT con una fuente de alimentación externa (ladrillo), luego entregue energía a las almohadillas LED a través del bus de comunicación,

• Alimente el controlador PBT utilizando una fuente de alimentación interna y alimentando las almohadillas LED utilizando su propia fuente de alimentación externa dedicada o suministros (ladrillos),

• Alimente el controlador PBT con una fuente de alimentación externa (bloque) y las almohadillas LED con su propia fuente de alimentación externa dedicada o suministros (bloques).

En el ejemplo que se muestra, el bloque 132 de fuente de alimentación externa alimenta todo el sistema PBT, proporcionando 5 V a los circuitos integrados y V^led a las cadenas de LED. Cable USB 136 lleva transceptor de símbolos de datos desde el bus de interfaz 135 de controlador de PBT y autobús transceptor 131 a la Interfaz de bus 338 de almohadillas de LED 337. El cable USB 136 también suministra energía; específicamente tierra (GND), 5V y V ^led a la almohadilla LED inteligentes 337 , generalmente transportados por conductores de cobre de menor resistencia y más gruesos que las líneas de señal del cable . LED almohadilla 337 comprende una almohadilla pC 339, un bus de interfaz 338, RAM de memoria volátil (por ejemplo, SRAM o DRAM) 334a , un NV-RAM no volátil de la memoria (por ejemplo EEPROM o flash) 334b, una referencia de tiempo de reloj 333, controladores de LED 335 y una matriz de LED 140. Los controladores de LED incluyen sumideros de corriente conmutados de lude 140, 141 y otros (no mostrados), típicamente un sumidero de corriente para cada cadena de LED. La matriz de LED 140 incluye una cadena de LED conectados en serie 142a a 142m para generar una luz de una longitud de onda Ai, una cadena de LED conectados en serie 143a a 143 m para generar luz de una longitud de onda A² , y típicamente otras cadenas de LED (no se muestran ).

La memoria dentro de la almohadilla LED 337 que incluye tanto la memoria volátil 334a como la memoria no volátil 334b es similar a la de la memoria semiconductora empleada en el controlador PBT 131 excepto que la capacidad total puede ser menor y preferiblemente consume menor energía. La memoria en la almohadilla LED 337 debe incluir soluciones de semiconductores debido al riesgo de choque mecánico y rotura del almacenamiento de medios móviles para integrar el almacenamiento de datos frágiles en la almohadilla LED 337. Específicamente, la memoria virtual 334a (etiquetada como RAM) en la almohadilla LED 337 puede incluir acceso aleatorio dinámico memoria (DRAM), o memoria estática de acceso aleatorio (SRAM) que puede integrarse total o parcialmente dentro del pad pC 339. En el pad LED, la memoria virtual es útil para almacenar datos que no necesitan ser retenidos excepto durante el uso como como archivos de transmisión de LED, archivos de reproductor de LED y archivos de reproducción de LED. La ventaja de retener solo temporalmente el código ejecutable necesario para realizar el tratamiento PBT actual (y no toda la biblioteca de tratamientos), es que la capacidad y el costo de la memoria dentro de la almohadilla LED 337 pueden reducirse en gran medida en comparación con la del controlador PBT 131. También tiene la ventaja de que dificulta la ingeniería inversa y la copia de los programas de tratamiento porque cada vez que se desconecta la alimentación de la almohadilla LED 337, se pierden todos los datos.

La memoria no volátil 334b puede comprender una memoria de acceso aleatorio programable y borrable eléctricamente (E2PROM) o una memoria "flash", que puede estar integrada todo, o en parte, dentro de la almohadilla pC 339. La memoria no volátil 334b (etiquetada como NV-RAM) se emplea preferiblemente para almacenar firmware que no cambia con frecuencia, como el sistema operativo para la almohadilla LED, en este documento denominada LightPadOS, junto con los datos de fabricación, incluidos los datos de identificación de la almohadilla, es decir el registro de ID de la almohadilla LED y los datos de configuración de LED relacionados con la fabricación. La memoria no volátil 334b también puede usarse para retener registros de usuario de los tratamientos que se han realizado. El diseño de bajo costo para las almohadillas LED es otra consideración económica importante porque un controlador PBT a menudo se vende con múltiples almohadillas LED, hasta 6 u 8 por sistema. Para reducir el costo total de la memoria, es beneficioso concentrar la memoria, especialmente la memoria no volátil, en el controlador PBT donde hay un solo dispositivo, y minimizar la memoria contenida dentro de cada almohadilla LED , lo que ocurre en múltiples instancias por sistema. .

En funcionamiento, la entrada del comando del usuario en la pantalla táctil LCD 133 del controlador PBT 131 es interpretada por la MPU principal 134, que en respuesta recupera los archivos de tratamiento almacenados en la memoria no volátil 128 y transfiere estos archivos a través de la interfaz de bus USB 135, a través del cable USB 136 a la interfaz de bus 338 dentro de la almohadilla LED inteligente 337. Los archivos de tratamiento, una vez transferidos, se almacenan temporalmente en la memoria volátil 334a. Pad pC 339, operando de acuerdo con los sistemas operativos LightPadOS almacenados en la memoria no volátil 334b, luego interpreta los tratamientos almacenados en la memoria RAM volátil 334a y controla los controladores LED 335 de acuerdo con los patrones de excitación LED del tratamiento seleccionado, donde LED la matriz 336 ilumina las cadenas de varios LED de longitud de onda de la manera deseada. Debido a que el controlador 131 de PBT y la almohadilla de LED 337 operan usando sus propios relojes dedicados 297 y 299, el sistema PBT distribuido funciona de manera asíncrona a dos frecuencias de reloj diferentes, específicamente Osys y Opad respectivamente.

Dado que los dos sistemas operan con diferentes velocidades de reloj, la comunicación entre el controlador PBT 131 y el panel LED 337 se produce de forma asíncrona, es decir, sin un reloj sincronizado común. La comunicación asíncrona es compatible con una amplia gama de protocolos de comunicación de bus serie , incluidos USB 136 como se muestra, o Ethernet, WiFi, 3G/LTE, 4G y DOCSIS-3. Aunque es técnicamente posible una versión de reloj síncrono de un sistema PBT distribuido, es decir, uno con un reloj compartido, el funcionamiento síncrono no ofrece ninguna ventaja de rendimiento o eficacia sobre su homólogo asíncrono. Además, la distribución del reloj de alta frecuencia a través de cables largos es problemática debido a la desviación del reloj, retrasos de fase, distorsiones de pulso y más.

La arquitectura de la FIGURA. 14 que comprende un sistema PBT distribuido que tiene dos o más microcontroladores o "cerebros" de computadora representa un cambio de arquitectura fundamental en los sistemas PBT que, de lo contrario, generalmente comprenden un panel todo en uno con controlador integral o un controlador PBT activo que maneja paneles LED pasivos. Los expertos en la técnica deben saber que, en lugar de ser un dispositivo de hardware separado, un controlador PBT puede comprender alternativamente una computadora personal portátil o de escritorio, un servidor informático, un programa de aplicación que se ejecuta en un dispositivo móvil, como una tableta o un teléfono inteligente, o cualquier otro dispositivo host capaz de ejecutar software de computadora, como una consola de videojuegos, un dispositivo loT o más. Se muestran ejemplos de tales realizaciones alternativas a lo largo de la solicitud.

Como se muestra en la FIGURA. 15, la operación PBT se puede interpretar como una secuencia de comunicaciones utilizada para controlar las operaciones del hardware. U cantar una aplicación de sistema abierto o representación OSI, el controlador PBT 120 contiene pila de comunicación 147 que comprende una capa de aplicación 7, un enlace de datos de capa 2 y una capa 1 físico. Dentro del controlador PBT 120, la capa de aplicación 7 se implementa utilizando un sistema operativo personalizado para fotobiomodulación al que se hace referencia en el presente documento como LightOS. Las instrucciones recibidas por los elogios del usuario de LightOS se transmiten a la capa de enlace de datos de capa 2 y, junto con la capa PHY 1 se comunican mediante el protocolo USB mediante señales diferenciales USB 332 a la capa PHY correspondiente - 1 de la pila de comunicación 148 residente en LED inteligente pad 123. Entonces, aunque las señales eléctricas comprenden comunicaciones de capa-1, las construcciones de datos de USB se comportan como si el controlador PBT y el pad LED inteligente se comunicaran en la capa-2 con los paquetes dispuestos en el tiempo como "tramas" de datos USB. Una vez que la pila de comunicación 148 recibe un paquete USB, la información se transfiere a la capa de aplicación 7 ejecutada por un sistema operativo residente de almohadilla LED al que se hace referencia aquí como LightPadOS. Siempre que el LightOS del controlador PBT y el sistema operativo LightPadOS de la almohadilla LED inteligente estén diseñados para comunicarse y ejecutar instrucciones de manera autoconsistente, el enlace bidireccional entre las pilas de comunicación 147 y 148 funciona como una máquina virtual en la capa de aplicación, es decir, la capa distribuida. El dispositivo se comporta igual que si fuera una sola pieza de hardware.

Para garantizar que los componentes puedan intercambiar información y ejecutar instrucciones a un alto nivel de abstracción, es decir, en la capa de aplicación y por encima, es importante que los dos sistemas operativos LightOS y LightPadOS se desarrollen con una estructura paralela utilizando los mismos métodos y protocolos de cifrado y seguridad. en cualquier capa dada. Este criterio incluye la adopción de secretos compartidos comunes, ejecutar predefinidas secuencias de validación (necesario para los componentes que se unen al sistema de ‘s red privada ) , la ejecución de algoritmos de cifrado comunes, y más.

Para asegurar que los dos componentes pueden iniciar la comunicación y realizar tareas, el controlador PBT debe establecer en primer lugar si la almohadilla LED es de hecho un fabricante aprobado , sistema - componente validado. Esta prueba, denominada "autenticación" se muestra en el diagrama de flujo de la FIGURA. 16 en dos secuencias paralelas, una ocurriendo dentro de LightOS operando como el “host”, la otra ocurriendo dentro de LightPadOS operando como el “cliente”. Como se muestra , al completar el establecimiento de una conexión física U SB, es decir, inserción 150, el sistema operativo LightOS del controlador comienza una subrutina 151a llamada “Instalación de LightPad” mientras que al mismo tiempo el sistema operativo LightPadOS de la almohadilla LED comienza una subrutina 151b. En el primer paso 152a, utilizado para determinar si el cliente es una fuente de alimentación ( y rechazarla si lo es ) , el controlador PBT realiza la verificación 158 para verificar si los pines USB D+ y D - están en cortocircuito. Si estos pines de datos están en cortocircuito , de acuerdo con el estándar USB, el periférico es una fuente de alimentación y no un panel LED , por lo que el sistema rechaza la conexión , finaliza la autenticación y LightOS informa al usuario que el periférico no es un componente válido y para desenchufarlo inmediatamente . Si los pines no están en corto, entonces el LightPadOS entonces el proceso de aprobación de la instalación puede continuar.

En los pasos 153a y 135b, los dos dispositivos negocian cuál es la velocidad máxima de datos que cada uno puede comprender y comunicarse de forma fiable. Una vez que está la velocidad de datos de comunicación establecida, la simétrica de autenticación procesa 154a y 154b comenzar. Durante la autenticación simétrica , en el paso 154a, el LightOS primero consulta al LightPadOS para determinar si la almohadilla LED 123 es un dispositivo válido aprobado por el fabricante mediante la verificación de los datos almacenados en el registro 144 de datos de identidad de la almohadilla LED. En el proceso de autenticación reflejado del paso 154b, la almohadilla LED 123 confirma que el controlador PBT es un dispositivo válido con una identificación de fabricación válida aprobada para su uso con la almohadilla LED 123 . En este intercambio, ciertas credenciales de seguridad cifradas y los datos de identificación del fabricante, incluido el número de serie, el código de fabricación y el número de identificación de GUD, cambian de manos para asegurar que tanto el controlador PBT 120 como la almohadilla LED inteligente 123 sean del mismo fabricante (o tengan licencia como aprobados dispositivo) . Si la autorización falla, el host LightOS informa al usuario que la almohadilla LED no está aprobada para su uso en el sistema y le indica que la elimine. Si LightOS no puede autenticar el panel LED 123, entonces el controlador PBT 120 interrumpirá la comunicación con el periférico. A la inversa, si el LightPadOS del periférico no puede determinar la autenticidad del controlador PBT 120, entonces la almohadilla LED 123 ignorará las instrucciones del controlador PBT 120. Sólo si se confirma la autenticación simétrica puede continuar la operación.

Se puede realizar cualquier número de métodos de autenticación para establecer una red privada y aprobar la conexión de un dispositivo a la red privada. Estos métodos pueden involucrar cifrado simétrico o asimétrico e intercambio de claves, empleando la confirmación de identidad basada en la 'autoridad certificadora' a través del intercambio de certificados CA digitales, o intercambiando datos hash criptográficos para confirmar que un dispositivo tiene los mismos secretos compartidos, lo que significa que fue producido por un fabricante calificado. Por ejemplo, un código numérico instalado y oculto criptográficamente tanto en un controlador PBT como en una almohadilla LED inteligente, es decir, un secreto compartido, se puede utilizar para confirmar la autenticidad de una almohadilla LED inteligente conectada a la red sin siquiera divulgar la clave. En uno de estos métodos de validación de la almohadilla LED ejecutado en la capa de enlace de datos 2, el controlador PBT pasa un número aleatorio a la almohadilla LED inteligente a través de la red o el bus de comunicación. En respuesta, el microcontrolador en el panel LED descifra su copia del secreto compartido (código numérico), lo fusiona con el número aleatorio recibido y luego realiza una operación hash criptográfica en el número concatenado. La almohadilla LED inteligente luego devuelve abiertamente el valor de hash criptográfico a través del mismo enlace de transceptor.

Al mismo tiempo, el controlador PBT realiza una operación idéntica descifrando su propia copia del secreto compartido (código numérico), fusionándola con el número aleatorio generado que envió al panel LED y luego realizando una operación hash criptográfica en el número concatenado. A continuación, el controlador PBT compara los valores hash recibidos y generados localmente. Si los dos números coinciden, el pad es auténtico, es decir, está "autorizado" para conectarse a la red. El algoritmo de autenticación mencionado anteriormente se puede ejecutar en cualquier capa 1 de PHY y/o conexión de enlace de datos 2 a través de cualquier bus de datos o red de conmutación de paquetes, incluidas conexiones de radio USB, Ethernet, WiFi o celular . En el caso de una conexión WiFi, el enlace de datos también se puede establecer utilizando el protocolo de acceso protegido WiFi WPA2.

Para fines 'administrativos' y seguimiento de seguridad, la fecha y hora de autorización (y, según esté disponible, la ubicación GPS) del componente autenticado se almacena en una memoria no volátil y, opcionalmente, se carga en un servidor. El beneficio de emplear comunicación segura y validación AAA (autenticación, autorización, administración) de todos los componentes conectados en el sistema PBT distribuido es crucial para garantizar la seguridad y protección contra la conexión intencional de dispositivos impostores no certificados y potencialmente inseguros. De esta manera, los dispositivos impostores no pueden ser controlados por el sistema PBT distribuido. La validación AAA también protege contra la conexión accidental de dispositivos que no están diseñados para funcionar como parte del sistema PBT, como paquetes de baterías de iones de litio, fuentes de alimentación no aprobadas, altavoces, unidades de disco, controladores de motor, láseres de clase III y IV de alta potencia, y otros peligros potenciales no relacionados con el sistema PBT.

La seguridad de un sistema PBT distribuido que utiliza una red de conmutación de paquetes (como Ethernet o WiFi) también puede mejorarse mediante el direccionamiento dinámico en la capa de red 3 y la asignación dinámica de puertos en la capa de transporte de datos 4. En funcionamiento de un controlador PBT no conectado al Internet o cualquier otra red de área local, el controlador PBT genera una dirección IP dinámica y una dirección de puerto dinámica, luego transmite la dirección a los otros dispositivos conectados a la red a los que las almohadillas LED inteligentes responden con sus propias direcciones IP dinámicas y su propio puerto dinámico direcciones. En el caso de que el sistema PBT distribuido esté en contacto con un enrutador o Internet, se utiliza un procesador de configuración dinámica de host (DHCP) para asignar direcciones IP dinámicas. De manera similar, se utiliza una llamada a procedimiento remoto (RPC) para realizar una asignación dinámica de número de puerto. Dado que las direcciones IP dinámicas y los puertos dinámicos cambian cada vez que un dispositivo se conecta a una red, la superficie de ataque cibernético se reduce. Se puede agregar seguridad de capa 4 adicional utilizando seguridad de capa de transporte TLS, protocolo de seguridad IPSec u otros protocolos. Una vez que la almohadilla LED inteligente está conectada a la red, se puede intercambiar información adicional, como datos de configuración de LED, para autorizar que el componente funcione como parte del sistema PBT distribuido.

En el paso 155a, el LightOS solicita información sobre la configuración de LED de la almohadilla de LED. En el paso 155b, el LightPadOS responde retransmitiendo la información dentro del registro de configuración 145 del panel LED 123 al controlador PBT 120. Además de contener una descripción detallada de la matriz de LED, el archivo de configuración también especifica la especificación del fabricante para el voltaje máximo, mínimo y objetivo necesario para alimentar las cadenas de LED de la matriz. El archivo de configuración también especifica la corriente mínima requerida necesaria para controlar los LED. Si hay más de una almohadilla LED conectada a la salida, LightOS solicita y recibe la misma información de cada almohadilla LED conectada, es decir, analiza toda la red de dispositivos conectados.

En el paso 156a, el LightOS inspecciona los requisitos de voltaje de cada almohadilla y compara el valor con el rango de voltaje de salida de la fuente de alimentación de alto voltaje. En los controladores PBT que utilizan una fuente de alimentación de alto voltaje capaz de un voltaje de salida fijo VLED, el sistema operativo LightOS confirmará que este voltaje cae dentro del rango de voltaje especificado de cada almohadilla LED de Vmin a Vmáx. El sistema también verificará para confirmar que la corriente total requerida para todas las "n" cadenas de LED no exceda la clasificación de corriente del suministro (aunque esto generalmente no es una preocupación, la verificación actual se incluye para admitir diseños de dispositivos PBT de bajo costo para el consumidor con potencia limitada).

Si en el paso 156a, de salida de la fuente de alimentación se encuentra con el rango de operación de cada almohadilla de LED conectado, es decir, Vmin ^ V^led ^ Vmax, entonces el controlador de PBT 120 será permitir que la alimentación de alta tensión V^led. Opcionalmente en el paso 156b el controlador PBT 120 puede informar a la almohadilla de LED 123 de la tensión de alimentación que se eligió que se almacena en 334b de memoria no volátil, la documentación de la última tensión de alimentación suministrada a la almohadilla de LED (útil cuando la inspección de asuntos de calidad y fracasos de campo). En el caso de que el controlador PBT 120 emplee una fuente de alimentación de voltaje programable, el sistema operativo LightOS seleccionará el mejor voltaje en función del Vobjetivo operativo de la almohadilla LED 123, según se almacena en el registro de configuración de LED 145 de la almohadilla. Si los voltajes objetivo son no coinciden, el sistema operativo LightOS elegirá un voltaje para el V^led como un compromiso de los diversos voltajes objetivo informados. El término "alto voltaje" en este contexto significa un voltaje entre 19,5 V mínimo y 42 V máximo. Los voltajes de suministro comunes incluyen 20 V, 24 V o 36 V. Incluso después de habilitar el V^led, este alto voltaje no se conecta a la toma de salida ni se suministra a las almohadillas LED hasta que se selecciona un tratamiento y se inicia la terapia.

Durante el proceso de autenticación y en el caso de consultas de los usuarios, el controlador PBT 120 debe solicitar información sobre la fabricación de la almohadilla LED. Estos datos son beneficiosos para cumplir con las regulaciones de trazabilidad de dispositivos médicos y para depurar fallas de calidad o de campo o para procesar autorizaciones de devolución de mercancías (RMA). FIGURA. 17 ilustra un ejemplo del tipo de información de fabricación de producto incluida en el " registro de datos de identidad de la almohadilla LED " 144 almacenado en la memoria no volátil 334b de la almohadilla LED. Estos datos pueden incluir el número de pieza del fabricante, el nombre del fabricante, el número de serie de la unidad, un código de fabricación vinculado a una descripción del historial de fabricación o pedigrí específico de la ONU , el número de base de datos de identificación de dispositivos únicos globales (GUDID) especificado por la FDA de EE. UU.

[https://accessgudid.nlm.nih.gov/about-gudid] y, según corresponda, un número 510 (k) relacionado. El registro también puede incluir opcionalmente códigos específicos del país para importar el dispositivo y otra información relacionada con las aduanas, por ejemplo , números de licencia de exportación o certificados de libre comercio . Este registro se almacena en la memoria no volátil 334b durante la fabricación. El registro 144 de datos de identidad de la almohadilla LED también incluye credenciales de seguridad (tales como claves de cifrado) utilizadas en el proceso de autenticación. Las credenciales de seguridad pueden ser estáticas tal como se instalaron durante la fabricación, o pueden reescribirse dinámicamente cada vez que se autentica la almohadilla LED, o alternativamente reescritas después de un número prescrito de autenticaciones válidas.

Como se describe, durante el proceso de autenticación, el controlador PBT 120 recopila información relativa a la configuración de LED de cada panel LED conectado . Como se muestra en la FIGURA. 18, la información de configuración de LED de la almohadilla se almacena en la memoria no volátil 334b de la almohadilla de LED en el " registro de configuración de LED" 145, escrito durante el proceso de fabricación de la almohadilla. El registro almacena el número de cadenas de LED "n" y la descripción de información específica de los LED en la cadena, incluida la longitud de onda de los LED A y el número "m" de LED conectados en serie en cada cadena. En funcionamiento , esta información de cadena de LED se utiliza para hacer coincidir un tratamiento de LED con un tipo específico de almohadilla de LED. Por ejemplo, los tratamientos diseñados exclusivamente para activar LED rojos no funcionarán si se adjunta una almohadilla LED que contenga LED azules o verdes. La UI/UX de un usuario , es decir, las opciones de menú en la pantalla táctil del controlador PBT se ajustan de acuerdo con las almohadillas LED conectadas al sistema. Si las almohadillas LED correspondientes no están conectadas, las selecciones del menú que requieren ese tipo de almohadilla están ocultas o en gris.

El registro de configuración de LED 145 es esencialmente una descripción tabular del esquema de circuito de una almohadilla de LED. Haciendo referencia a un esquema de la FIGURA. 19 que representa una parte de un panel de LED que comprende un controlador de LED 335 con un circuito controlador de LED 160 y sumideros de corriente 161a a 161c, y una matriz de LED 336, por lo que

• La cadena n° 1 en el registro de configuración de LED 145 describe la cadena 162a que comprende seis LED de infrarrojos cercanos conectados en serie de longitud de onda A¹ = 810 nm accionados por el sumidero 161 de corriente que lleva una corriente I^led1.

• La cadena n° 2 en el registro de configuración de LED 145 describe la cadena 163a que comprende cuatro LED rojos conectados en serie de longitud de onda A² = 635 nm accionados por el sumidero de corriente 161b que lleva la corriente ILED².

• La cadena n° 3 en el registro de configuración de LED 145 describe la cadena 164a que comprende cuatro LED azules conectados en serie de longitud de onda A³ = 450 nm accionados por el sumidero de corriente 161c que lleva la corriente ILED3.

• La cadena n° 4 en el registro de configuración de LED 145 describe la cadena 162b que comprende seis LED de infrarrojos cercanos conectados en serie de longitud de onda A¹ = 810 nm accionados por el disipador de corriente 161a que lleva la corriente I^led4 = I^led1.

• La cadena n° 5 en el registro de configuración de LED 145 describe la cadena 163b que comprende cuatro LED rojos conectados en serie de longitud de onda A² = 635 nm accionados por el sumidero de corriente 161b que lleva la corriente ILED5 = ILED2.

• La cadena n° ⁶ en el registro de configuración de LED 145 describe la cadena 164b que comprende cuatro LED azules conectados en serie de longitud de onda A³ = 450 nm accionados por el sumidero de corriente 161c que lleva la corriente ILED6 = ILED3.

Lo anterior pretende ejemplificar, sin limitación, el formato de datos del registro de configuración de LED 145 y su equivalente esquemático correspondiente , no para representar un diseño específico . En particular, es probable que el número de cadenas de LED "n" y el número de LED conectados en serie en una cadena dada "m" contenida dentro de la almohadilla de LED superen los números mostrados en este ejemplo. En la práctica, el número de LED en las diversas cadenas puede ser idéntico o puede diferir de una cadena a otra. Por ejemplo, una almohadilla de LED puede incluir 15 cadenas que comprenden catorce LED en serie o 210 LED. Estos LED se pueden organizar en tres grupos de cinco cadenas de LED cada uno; un tercio de NIR, un tercio de rojo y un tercio de azul. Cada tipo de LED puede ser configurado 5 cuerdas paralelas y 14 series LEDs conectados, es decir, tres 14s5p matrices.

El registro 18 de configuración de LED también incluye el voltaje operativo mínimo y máximo s para la almohadilla de LED. Para un funcionamiento adecuado del LED, el voltaje de la fuente de alimentación V^led debe exceder la especificación de voltaje mínimo Vmin de la almohadilla LED para asegurar una iluminación uniforme, pero para evitar daños por voltaje excesivo o calor, el voltaje de la fuente de alimentación no debe exceder el voltaje máximo especificado Vmáx . En otras palabras, el valor de la tensión de alimentación aceptable para alimentar la almohadilla LED debe cumplir con los criterios Vmin < V^led ^ Vmáx . El del fabricante valor especificado de Vmin , almacenado en la configuración de LED registro 145 , obligada sobre una base estadística exceda la cadena de voltaje más alto de LEDs en la almohadilla LED para asegurar que tanto tiempo que los criterios de Vmin < V^led se mantiene, de la almohadilla más altos de tensión de cuerda s seguirán siendo plenamente iluminados en funcionamiento. Si el voltaje Vmin se especifica demasiado bajo, en algunas almohadillas LED, las cadenas de LED individuales pueden ser más tenues que otras durante el tratamiento. La uniformidad deficiente del brillo afecta negativamente la eficacia del tratamiento al limitar la potencia máxima y media de un tratamiento PBT y reducir la energía total (dosis) de un tratamiento.

La cadena de voltaje más alto en una almohadilla LED está determinada tanto por el diseño como por la variabilidad de voltaje estocástico en la fabricación de LED. Cada cadena de LED consta de LED conectados en serie m, donde cada LED tiene su propio V única tensión de conducción hacia adelante Vfx , donde x varía de 1 a m , y donde la tensión total cadena es la suma de estos LED individuo tensiones I Vfx . El voltaje más alto podría ocurrir en una cadena que comprende un menor número de serie - LEDs conectados con de mayor tensión, o que podría ocurrir en una cadena que comprende un mayor número de bajas de avance de tensión LEDs. Un fabricante de almohadillas LED debe emplear datos de muestreo estadístico de voltajes directos de LED en una base de lote a lote para asegurar que ninguna almohadilla LED se fabrique con un voltaje de cadena de LED que exceda el valor especificado de Vmin.

Aunque menos preciso, t él fuente de alimentación debe ser capaz de suministro ing un mínimo requerido promedio actual Imin a iluminar todos los LEDs de un color particular (longitud de onda) a la vez. Generalmente, en una almohadilla de LED de dos longitudes de onda, el 50% de las n cadenas de LED pueden estar conduciendo al mismo tiempo. Mientras que en una almohadilla de LED de tres colores, es probable que sólo una de las tres longitudes de onda de LED se iluminará a la vez para evitar el sobrecalentamiento, un peor suposición caso de 2/3rd (67%) de los n-secuencias se puede utilizar para calcule la corriente máxima. La corriente máxima en LED que conducen en funcionamiento continuo, en el peor de los casos, no superará los 30 mA por cadena, es decir, I^led ^ 30 mA. El uso de este peor supuesto caso, una almohadilla con n = 30, 2/3rd de las cuerdas iluminados al mismo tiempo, y con I^led ^ 30 mA requerirá un valor de Imin = 30 (2/3) (30 mA) = 600 mA.

El valor de Imax especificado en el registro de configuración de LED 145 no es una descripción de la corriente máxima que fluye en los LED, sino una descripción de la corriente máxima segura al 50% de factor de trabajo en las trazas conductoras de la almohadilla . Esta corriente incluye la corriente que fluye en las propias cadenas de LED de la almohadilla LED más cualquier corriente transportada a través de la almohadilla LED a otra almohadilla LED. La especificación se incluye para evitar el funcionamiento de la almohadilla donde se producen caídas de voltaje significativas en las líneas eléctricas de la almohadilla LED que provocan calentamiento, mal funcionamiento, electromigración o fusión del metal . Una posible guía de diseño para la placa de circuito impreso (PCB) de una almohadilla LED es utilizar conductores de cobre capaces de transportar más del doble de su corriente nominal, lo que significa que la almohadilla puede transportar de forma segura su propia corriente y la corriente de otro LED al mismo tiempo. Se incluye una banda de protección de diseño adicional de 5 = 25% como margen de seguridad.. Por ejemplo, si Imin = 600 mA, entonces usando una banda de guarda del 25%, Imax = 2Imin (1+ 5) = 1500 mA. El registro de configuración 145 también incluye la relación de espejo a usada para convertir la corriente de referencia Iref en la corriente de cadena de I^led (o viceversa) de acuerdo con la relación I^led = a Iref. Si se utilizan diferentes relaciones para cada canal, la tabla se puede modificar en consecuencia para incluir a¹, a² , a³... donde I^led1 = a¹ Iren , I^led2 = a² Iret² , y así sucesivamente.

Refiriéndose nuevamente a la FIGURA. 19, la corriente I^led1 en cada cadena de LED NIR está controlada por un disipador de corriente dedicado 161a conectado en serie , que conduce la corriente en estado en proporción a Iren. La corriente I^led2 en cada cadena de LED rojos está controlada por un disipador de corriente dedicado 161b conectado en serie, que conduce la corriente en estado encendido en proporción a I f La corriente I^led3 en cada cadena de LED azul está controlada por un disipador de corriente dedicado 161c conectado en serie, que conduce la corriente en estado en proporción a I f El dispositivo de control de corriente conectado en serie con cada cadena de LED puede conectarse al lado del cátodo como un "sumidero" de corriente como se muestra en la FIGURA. 20A, o conectado al lado del ánodo de la cadena de LED como una "fuente" de corriente como se muestra en la FIGURA. 22A. En las implementaciones del sumidero de corriente 161a y de la fuente de corriente 200a, el LED de corriente I que fluye en el dispositivo de control de corriente y en la cadena de LED 165 o 201 respectivamente está controlado por una corriente de referencia analógica Iref y un pulso de habilitación digital En. El origen de estas dos señales en un sistema PBT distribuido se analiza más adelante en esta solicitud. (Nota: Los términos "fuente de corriente" y "sumidero de corriente" son bien conocidos en la técnica porque se refieren a un componente que proporciona o recibe ("sumideros") una corriente cuya magnitud no se ve relativamente afectada por la magnitud del voltaje a través del componente.)

FIGURA. 20B ilustra un diagrama de representación de bloques de idealizado 161a sumidero de corriente que muestra una detección de corriente y el elemento de control 166 de accionamiento de la puerta de un MOSFET de canal-n 167. El MOSFET (o alternativamente un transistor de unión bipolar) mantiene la corriente controlada mientras sostiene el voltaje a través de sus terminales de drenaje a fuente. La polarización de la puerta es proporcionada por el elemento de control y detección de corriente 166 para mantener una corriente constante a pesar de las variaciones en el voltaje de drenaje a fuente . FIGURA.

20C ilustra una implementación del sumidero de corriente constante descrito donde los MOSFET de espejo de corriente de canal-n 168a y 168b detectan el I ^led de corriente . La relación p del ancho de la puerta del MOSFET 168b al ancho de la puerta del MOSFET 168a es menor que uno, lo que significa que la corriente en el espejo actual MOSFET 168b es una pequeña fracción de, pero en una proporción precisa, la corriente de carga en la corriente. espejo MOSFET 168a (I^led) . Esta corriente medida, reflejada por un espejo de corriente que comprende la unidad de canal-p 169a MOSFET y 169b de haber emparejado anchuras de puerta Wp , transforma la corriente de detección de una corriente de tierra con referencia a una corriente de 5 V de alimentación con referencia de magnitud PI^led. El diferencial de “error” señal AIerr que comprende la diferencia entre Iref y PI^led entonces es amplificada y convertida proporcionalmente en una tensión V^g por transconductancia amplificador 170 y se alimenta a la puerta de la elemento de control actual, es decir MOSFET 167, formando una cerrada ruta de retroalimentación de bucle. En funcionamiento, la ganancia G m de transconductancia da como resultado una polarización de puerta V^g que conduce su señal de error AIerr a cero, forzando así Iref = PI^led . Por conveniencia, redefinimos p = 1/a por lo que podemos expresar la función de transferencia de la fuente actual como I^led = a Iref. La misma corriente de referencia se distribuye a todas las cadenas de LED dentro de la misma almohadilla de LED para asegurar un brillo uniforme en todos los LED.

En el sumidero de corriente conmutada, el inversor digital 171 y una puerta de transmisión analógica que comprende el MOSFET 172 de canal-p y el MOSFET 173 de canaln conectado a tierra realizan la función de habilitación digital de la entrada En, controlando la puerta del MOSFET 167 del sumidero de corriente de canal-n. Específicamente, cuando la señal de habilitación En es alta, la salida del inversor 171 está en tierra, encendiendo la puerta 172 de transmisión del MOSFET del canal-p y apagando el MOSFET 173 del canal-n. Debido a que el canal-p tiene una puerta conectada a tierra , es polarizado en una condición totalmente on, es decir, su región lineal, y se comporta como una resistencia, pasando el voltaje analógico V ^g desde la salida del amplificador de transconductancia 170 a la puerta del sumidero de corriente del canal-n 167. A la inversa, cuando la señal de habilitación En es bajo (digital 0), la salida del inversor 171 conectado a la puerta de transmisión del canal-p MOSFET 172 está polarizada a 5 V, y el canal-n se apaga, desconectando la puerta del MOSFET 167 del disipador de corriente del canal-n de la salida de amplifi de transconductancia er 170. Al mismo tiempo, el MOSFET 172 de canal-n se enciende , tirando de la puerta del MOSFET 167 del sumidero de corriente a tierra y apagando el MOSFET 167 del sumidero de corriente , es decir, I^led = 0. En conclusión, el circuito de la FIGURA. 20C representa un circuito para implementar un sumidero de corriente controlado por conmutación. Cuando el sumidero de corriente está habilitado (En = digital 1), el sumidero de corriente conduce y transporta una corriente controlada I^led = aIref. Cuando el sumidero de corriente está desactivado (En = digital 0), el sumidero de corriente está apagado y el LED I = 0.

De manera similar, la fuente de corriente 200a de la FIGURA. 22A se puede realizar usando MOSFET de espejo de corriente de canal P para generar una corriente controlada desde el suministro de 5V al ánodo de la cadena de LED 201. La FIGURA. 22B ilustra una representación en diagrama de bloques de esta fuente de corriente idealizada 200a que muestra un elemento 202 de control y detección de corriente que acciona la puerta de un MOSFET 203 de canal-p. El MOSFET 203 (o alternativamente un transistor de unión bipolar) mantiene la corriente controlada mientras sostiene la voltaje en sus terminales de drenaje a fuente. La polarización de la puerta es proporcionada por el elemento 202 de control y detección de corriente para mantener una corriente constante a pesar de las variaciones en el voltaje de drenaje a fuente.

FIGURA. 22 C ilustra una implementación de la fuente de corriente constante descrita , donde los MOSFET de espejo de corriente de canal P 204a y 204b detectan la corriente de carga I^led . La relación entre el ancho de la puerta del MOSFET 204b y el ancho de la puerta del MOSFET 204A es p, donde p <1, lo que significa que la corriente en el MOSFET 204b del espejo es una pequeña fracción, pero en una proporción precisa, de la corriente de carga del LED. Esta corriente medida que representa una corriente referenciada al suministro de alto voltaje de V^led de magnitud PI^led se introduce luego en el amplificador de transconductancia diferencial 206 y se compara con la corriente de referencia Iref, una corriente también reflejada en el riel de suministro de alto voltaje del V^led. El diferencial de "error” señal? Ierr que comprende la diferencia entre Iref y PI^led entonces es amplificada y convertida proporcionalmente en una tensión - V^g por transconductancia amplificador 206 y se alimenta a la puerta de la elemento de control actual, P-canal de fuente de corriente MOSFET 203 , formando una ruta de retroalimentación de circuito cerrado. En funcionamiento, la ganancia Gm del amplificador de transconductancia 206 da como resultado una polarización de puerta - V^g que conduce su señal de error AIerr a cero, forzando así Iref = PI^led. Por conveniencia, redefinimos p = 1/a por lo que podemos expresar la función de transferencia de fuente actual como I^led = aIref. La misma corriente de referencia se distribuye a todas las cadenas de LED dentro de la misma almohadilla de LED para asegurar un brillo uniforme en todos los LED.

En la implementación de la fuente de corriente conmutada como se muestra , los inversores digitales 211 ay 211b y una puerta de transmisión analógica que comprende un MOSFET 207 de canal P y un MOSFET 208 de canal P conectado con V^led realizan la función de habilitación digital de la entrada En, controlando la puerta de MOSFET de canal-p fuente de corriente 203. Específicamente, cuando la habilitación de la señal En es alto, la salida del inversor 211a es en la planta y la salida del inversor 211b está en 5 V, Encendido del MOSFET 210a de canal N de cambio de nivel de alto voltaje y desactivación del canal N de cambio de nivel de alto voltaje MOSFET 210b. Con el cambio de nivel de alta tensión de canal-n 210a MOSFET en su estado encendido, la corriente es conducida a través 209a resistor tirando de la puerta de MOSFET de canal-p de transmisión-puerta 207 hacia abajo a una tensión cerca del suelo y girando en el transistor. Debido a que el MOSFET 207 de canal P tiene una puerta polarizada cerca de tierra, el dispositivo opera en su región lineal, es decir , completamente encendido, comportándose como una resistencia y pasando el voltaje analógico -V ^g desde la salida del amplificador de transconductancia 206 a la puerta de fuente de corriente de canal-p MOSFET 203 . Simultáneamente, dado que el MOSFET 210b de canal-n de cambio de nivel de alto voltaje está apagado, no fluye corriente en la resistencia 209b, y el voltaje de la compuerta del MOSFET 208 de elevación del canal-p está vinculado a su fuente, es decir, al V^led, y el transistor está apagado. Como tal, siempre que el MOSFET 203 de la fuente de corriente del canal-p está encendido, el MOSFET 208 de extracción del canal-p está apagado y no tiene ningún efecto sobre el voltaje de la puerta de la fuente 203 del MOSFET del canal-p.

A la inversa , cuando la señal de habilitación En es baja (0 digital), la salida del inversor 211b está polarizada a tierra, desconectando el canal N de desplazamiento de nivel de alto voltaje MOSFET 210a. Debido a que el MOSFET 210a de canal-n de cambio de nivel de alto voltaje está apagado, no fluye corriente en la resistencia 209a, y el voltaje de la puerta del MOSFET 207 de la puerta de transmisión del canal-p está polarizado a V^led que apaga la puerta de transmisión del canal-p MOSFET 207 y desconectando la salida del amplificador de transconductancia 205 de la puerta de la fuente de corriente del canal-p 203. Al mismo tiempo, el MOSFET de canal-n 210b se enciende, conduciendo la corriente en la resistencia 209b y tirando de la puerta del MOSFET 208 de elevación del canal-p cerca del suelo y encendiendo el MOSFET 208. Con el MOSFET 208 de pull-up del canal-p está encendido, la puerta de la fuente 203 de corriente del canal-p está polarizada a V^led , por lo que la fuente de corriente está polarizada y I^led = 0. En conclusión, el circuito de la FIGURA. 22C representa un circuito para implementar una fuente de corriente controlada conmutada. Cuando el sumidero de corriente está habilitado (En = digital 1), el sumidero de corriente conduce y transporta una corriente controlada I^led = aIref. Cuando el sumidero de corriente está desactivado (En = digital 0), el sumidero de corriente está apagado y el LED I = 0.

Cabe señalar que la implementación del circuito sumidero de corriente de la FIGURA.

20C es esencialmente un circuito de bajo voltaje. El único componente que requiere una especificación capaz de sobrevivir al suministro de LED de alto voltaje V^led es el MOSFET 167 de sumidero de corriente de canal N. Este no es el caso con el circuito de fuente de corriente de la FIGURA. 22C, que requiere MOSFET con alta capacidad de bloqueo de drenaje a fuente en estado desactivado, y especialmente MOSFET 203 de fuente de corriente de canal P que debe conducir una corriente controlada mientras mantiene simultáneamente un alto voltaje, es decir, el MOSFET de fuente de corriente debe exhibir un amplia área de operación segura libre de una segunda avería (snapback) y preocupaciones de confiabilidad del portador caliente. Es especialmente preocupante la tensión nominal máxima de puerta a fuente de los MOSFET de canal-p 207 y 208, es decir, V ^gsp (máx.). Para evitar dañar el óxido de la puerta de estos dispositivos, los valores de las resistencias 209a y 209b deben elegirse con cuidado para no producir una unidad de puerta en estado que exceda V ^gsp (máx.) De los dispositivos. Como precaución, se puede incluir un diodo Zener a través de la puerta a los terminales de fuente de los MOSFET 207 y 208, respectivamente, para fijar la polarización máxima de la puerta a un nivel seguro. En algunos procesos de circuitos integrados, los transistores de canal P de alto voltaje fabricados pueden utilizar opcionalmente una puerta de "alto voltaje" más gruesa, pero esta opción depende de la fundición de obleas utilizada para producir el IC.

FIGURA. 23 A ilustra otro método para lograr una fuente de corriente conmutada. En este caso, el circuito de control de corriente analógico está separado de la función de habilitación digital, por lo que la cadena de LED 201 está conectada en serie entre la fuente de corriente controlada 200A y un MOSFET 212 de habilitación de canal N conectado a tierra.

El diagrama de bloques de este circuito , mostrado en la FIGURA. 23B, ilustra que la realización de una fuente de corriente ideal incluye el circuito 202 de control y detección de corriente y el MOSFET 203 de fuente de corriente de canal-p de alto voltaje. La implementación del circuito de una fuente de corriente "conmutada por el lado bajo" es considerablemente más simple que la de la fuente de corriente conmutada totalmente integrada de la FIGURA. 22 C. Como se muestra , la detección de corriente permanece sin cambios , utilizando un espejo de detección de corriente que comprende MOSFET de canal P 204a y 204b, un espejo de referencia de corriente que comprende MOSFET de canal-p 205a y 205b y un amplificador de transconductancia de entrada diferencial 206. En esta implementación, todos el cambio de nivel de alto voltaje, la puerta de transmisión y los circuitos de activación de la puerta se eliminan por completo y se reemplazan por un único MOSFET 212 de canal-n conectado a tierra impulsado por inversores de accionamiento de puerta de bajo voltaje 221a y 211b.

En los circuitos de fuente de corriente de alto voltaje de ambas FIGURA. 22C y FIGURA. 23C, la corriente de referencia requerida es una corriente de sumidero de corriente referenciada a tierra —Iref. Dado que la mayoría de las referencias actuales generan corriente en lugar de sumirla, se requiere un espejo de corriente de fuente a sumidero. Este espejo está representado por un MOSFET 213a de canal-n conectado al umbral con una entrada de referencia de corriente Iref reflejada por un MOSFET 213b de canal-n para producir una corriente de referencia de sumidero de corriente -Iref utilizado para alimentar el MOSFET de espejo de corriente de canal-p con referencia a V^led 205b. Debe entenderse que lo contrario del circuito mostrado en la FIGURA. 23C usa un MOSFET de canal-p de alto voltaje y un circuito de cambio de nivel para la función de habilitación y un disipador de corriente conectado a tierra para el control de corriente. Pero, en general, un alto - lado conmutado sumidero de corriente no tiene ninguna ventaja específica sobre el fregadero totalmente integrada con conmutación actual se muestra en la FIGURA. 20C y, por lo tanto, no se describe en esta solicitud.

En todos los circuitos mencionados anteriormente, el control de la corriente LED depende de una corriente de referencia común. Para lograr la precisión requerida para controlar el brillo del LED, la corriente de referencia Iref requiere un recorte activo durante la fabricación . Un método para cortar la corriente de referencia , utilizando resistencias, se muestra en la FIGURA. 21A. La corriente de referencia Irero está determinada por el MOSFET 180a de canal-p conectado por umbral en serie con la resistencia 181. La conexión por umbral se refiere a un MOSFET con su puerta conectada a su drenaje para crear un dispositivo de dos terminales donde V^gs = V^ds . El término "umbral" se utiliza porque representa la tensión en la que se produce un aumento rápido de la corriente de drenaje, a una tensión cercana a la tensión umbral Vt p del dispositivo, es decir, V^gs = V^ds « Vt. Entonces, la corriente en el MOSFET 180a del canal=p es aproximadamente irefo« (5V -Vtp) / Ro. Esta corriente de referencia se refleja en otros MOSFET de referencia 180b a 180e de construcción y ancho de puerta idénticos mediante una conexión de puerta compartida para producir múltiples corrientes de referencia coincidentes Irefi, iref² , iref³ , iref⁴ y más. El desajuste de los anchos de puerta Wpo = Wpi = Wp² = Wp³ = Wp⁴ etc.no es una fuente significativa de variabilidad en comparación con la variabilidad de la resistencia R o en la resistencia del circuito integrado 181. Para poder eléctricamente recortar el circuito para compensar las variaciones de fabricación, iref circuito de ajuste de resistencia 182 incluye una matriz de resistencias conmutadas 184a, 184b ... 184n con resistencias correspondientes R¹, R²... Rn que pueden conectarse eléctricamente en paralelo con la resistencia 181 (o no) dependiendo de si los MOSFET de canal-n 184a, 184b... 184n están polarizados en un estado de conducción mediante controladores de puerta 185a, 185b ... 185n respectivamente. Para cada transistor activado, su correspondiente resistencia se coloca en paralelo con la resistencia 181, reduciendo la resistencia efectiva Ro y aumentando la magnitud de la corriente irefo. Dicho método de recorte es un recorte unidireccional hacia abajo en la resistencia y hacia arriba en la corriente, lo que significa que el valor inicial es la resistencia más alta y la corriente más baja. En la fabricación, se mide la corriente del LED y la combinación de los MOSFET de ajuste que se encienden y apagan se ajusta cambiando el registro de calibración de valor digital 186 hasta que se alcanza la corriente objetivo, por lo que el contenido del registro de calibración 186 se escribe en la memoria no volátil. Aunque este método que describe resistencias en paralelo conmutadas representa un método de ajuste de resistencias, un método alternativo implica resistencias conectadas en serie en cortocircuito mediante la conducción de MOSFET. En este método de ajuste en serie, el valor de la resistencia con todos los MOSFET apagados comienza en el valor más alto con la corriente más baja, y la corriente aumenta a medida que avanza el ajuste y los MOSFET se encienden para cortocircuitar más resistencias.

FiGURA. 21B ilustra un método de recorte alternativo que utiliza la escala de ancho de puerta MOSFET. Como en el circuito de referencia de resistencia de la FiGURA. 21A, en este circuito de referencia, una corriente de referencia irefo conducida por un MOSFET 18oa de canal-p conectado por umbral se refleja en múltiples salidas a través de MOSFET 18ob a 18oe de tamaño idéntico.

Sin embargo, a diferencia del caso anterior, un circuito 19o de referencia de banda prohibida con una salida Vbandgap banda prohibida produce la corriente de referencia. El voltaje de banda prohibida se convierte en una corriente mediante una resistencia en serie y se refleja en el MOSFET 192a de canal-n de espejo de corriente conectado al umbral con un ancho de puerta Wn para reflejar el MOSFET 192b con ancho de puerta YWn para producir la corriente de referencia irefo. El voltaje de salida dependiente de la temperatura Vbandgap (T) de la referencia de voltaje de bandgap 190 puede diseñarse para compensar en gran medida la variación de temperatura de la resistencia 191 por lo que ^y [Vbandgap (T) / R⁰ (T)] = Irera donde Iref⁰ se convierte constante con la temperatura. El recorte se produce cambiando el ancho de puerta efectivo del MOSFET 180a de canal-p al conectar en paralelo cualquier número de MOSFET conectados por umbral 193a, 193b... 193n, que tengan los respectivos anchos de puerta Wpx¹, Wpx² ... Wpxn de acuerdo con el estado de encendido / apagado digital de conmutadores MOSFET de canal-p 194a, 194b . 194n, que están controlados por inversores digitales 195a, 195b . 195n. Si, por ejemplo, el MOSFET 194b se enciende mediante el inversor 195b, entonces el MOSFET 193b está esencialmente en paralelo con el canal-p MOSFET 180a y el ancho de la puerta del espejo actual aumenta de Wp⁰ a un valor mayor (Wp⁰ + Wpx² ). El ancho de puerta más grande del par MOSFET conectado al umbral significa que se necesita menos voltaje para transportar la misma corriente de referencia, por lo que se reduce la corriente en las corrientes de referencia de salida. En otras palabras, la relación de espejo actual entre Irero e I f , por ejemplo , cambia de una relación [Wp³ / Wp⁰ ] a una relación más pequeña [Wp³ / (Wp⁰ + Wpx² )], lo que significa que la corriente de salida falleció con recorte activo. Como tal, el ajuste es unidireccional comenzando con la corriente de salida más alta cuando los MOSFET de ajuste están apagados y disminuyendo a medida que se conectan más transistores en paralelo. En la fabricación, se mide la corriente del LED y la combinación de los MOSFET de ajuste que se encienden y apagan se ajusta cambiando el registro de calibración de valor digital 186 hasta que se alcanza la corriente objetivo, donde los contenidos del registro de calibración 186 se escriben en no volátiles. memoria.

Para variar la corriente de referencia y, por lo tanto, la corriente del LED dinámicamente, el valor de la corriente de referencia se puede cambiar digitalmente sobrescribiendo el registro de calibración 186 con datos dinámicos ajustando o modulando el brillo del LED, pero hacerlo es una desventaja ya que pierde la precisión. logrado mediante un ajuste de referencia de calibración durante la fabricación. Este problema se supera mediante el circuito de referencia dinámicamente programable de la FIGURA. 21C, que comprende dos corriente de referencia registros - la mencionada Iref calibration registro 186, y una corriente dinámica de referencia objetivo 199a registro separado única para un tratamiento específico PBT. La corriente de referencia de objetivo dinámico 199a varía con el tiempo, mientras que la tabla de calibración no. A este respecto, los datos de la tabla de calibración 186 se pueden considerar como un desplazamiento fijo de los datos en el registro de corriente de referencia de objetivo dinámico 199a. Los dos registros se combinan fácilmente usando una simple resta realizada por la unidad aritmética lógica ALU 198 para producir un registro de corriente de excitación dinámico compensado, específicamente "Iref input word 199b”. Esta palabra digital se utiliza para impulsar un convertidor 197 de digital a analógico (D/A), un convertidor de digital a analógico que genera una tensión analógica en función de su entrada digital. Mientras que la exactitud puede variar de 8 bits a 24 bits en la resolución, 16-bit DACs, comúnmente disponibles en muchos microcontroladores, producen 1.024 combinaciones - amplio resolución para cualquier síntesis de forma de onda requerida. Como se muestra , el voltaje de salida del convertidor D/A VDAC se convierte en corriente mediante la resistencia 191 y se refleja en los MOSFET de canal-n 192a y 192b para producir la corriente de referencia Iren , donde Iren « P [(V^dac - Vtn)/R⁰]. Esta corriente de referencia es reflejada por el MOSFET 180a de canal-p conectado al umbral y los MOSFET emparejados 180b, 180c, 180d, 180e ... para producir las salidas de referencia de corriente correspondientes Iren, I f Iref³ , I f y así sucesivamente. El convertidor D/A 197 también puede comprender un convertidor D/A de salida de corriente , que produce una corriente analógica en lugar de producir un voltaje. En tales casos, el valor de la resistencia 191 no es importante e incluso puede eliminarse.

Una vez que los componentes de un sistema PBT distribuido se establecen a través de la autenticación capa-2 y las asignaciones de direcciones de puerto y red de capa-3 y capa-4, y se intercambian los datos de configuración de la almohadilla LED, el sistema PBT distribuido está listo para ejecutar los tratamientos. Una vez que el controlador PBT recibe un comando de 'inicio' de usuario, el tratamiento PBT comienza con un intercambio de claves de cifrado o certificados digitales entre el controlador PBT y las almohadillas LED inteligentes conectadas a la red para establecer una sesión capa-5. Una vez que se abre la sesión, el controlador PBT y la almohadilla LED inteligente mantienen su vínculo seguro durante el intercambio de archivos y comandos hasta que se completa o termina el tratamiento. Se puede realizar seguridad de red adicional usando el cifrado en la capa-6 de presentación o en la capa-7 de la aplicación. La ejecución de un tratamiento PBT comienza usando los métodos de reproducción de archivos o transmisión de datos, descritos a continuación.

Transmisión de datos en sistemas PBT distribuidos

Al incorporar todos los circuitos de activación de LED en una almohadilla de LED , como se mostró anteriormente en la FIGURA. 18, el controlador PBT en un sistema PBT distribuido no necesita preocuparse por cómo la almohadilla es capaz de seleccionar cadenas de LED específicas, cómo se controla la corriente de LED o los métodos utilizados para el pulso o modular la conducción de los LED. En cambio , el controlador PBT realiza las tareas de la interfaz de usuario y prepara las instrucciones de conducción para el tratamiento seleccionado. Estas instrucciones de conducción se pueden transferir del controlador PBT a la almohadilla LED de dos formas. En un método, el software llamado un jugador LED se instala por primera vez en la almohadilla , que posteriormente se utiliza para interpretar y ejecutar el tratamiento, y en segundo lugar un conjunto de instrucciones llamado un archivo de reproducción es transferido, instruyendo código ejecutable del jugador LED qué hacer. Un enfoque alternativo es que el PBT envíe un archivo de transmisión.

En la transmisión de datos maestro-esclavo, se envía una serie de instrucciones LED de forma secuencial y continua para indicar a los LED cuándo encender y apagar. Similar a un archivo de transmisión de audio, la transferencia de datos desde el controlador PBT al panel LED inteligente debe ocurrir antes de ejecutar un paso en particular. Los paquetes de instrucciones de entrada, enviados en sucesivas piezas, deben mantenerse a la vanguardia de la ejecución del tratamiento ; de lo contrario, el tratamiento se detendrá por falta de instrucciones. Este proceso se ilustra en el diagrama de flujo de la FIGURA. 24 que muestra las operaciones de LightOS que ocurren en el host del controlador PBT y las operaciones de LightPadOS que ocurren en conjunto en el cliente de almohadilla LED inteligente. Específicamente , después de seleccionar una sesión de terapia 250, los sistemas operativos del controlador y del panel comienzan la ejecución 251a y 251b de la sesión 250 seleccionada . En la etapa 252a y en el tiempo t¹ las transferencias LightOS un 1st segmento de tratamiento a la almohadilla de LED, donde a en el paso 252b los LightPadOS ejecuta el 1 st segmento de tratamiento. En la etapa 253a y en el tiempo t² LightOS transferencias un 22nd segmento de tratamiento a la almohadilla de LED, donde sobre en el paso 253B los LightPadOS ejecuta el 2 nd segmento de tratamiento. En la etapa 254a y en el tiempo t³ LightOS transferencias un 3rd segmento de tratamiento a la almohadilla de LED, donde a en el paso 254b los LightPadOS ejecuta el 3rd segmento de tratamiento, y así sucesivamente. Finalmente en 256a paso a tiempo tn LightOS transferencias un nth segmento de tratamiento a la almohadilla de LED, donde a en el paso 256b los LightPadOS ejecuta el nth segmento de tratamiento, después de lo cual las dos sesiones 257a y el extremo 257b.

La transferencia de paquetes de datos USB y la ejecución de instrucciones durante el flujo continuo maestro-esclavo se muestra en el ejemplo de la FIGURA. 25. La preparación de la instrucción de tratamiento 260a ocurre mientras el LED rojo está apagado, comenzando con la instrucción LED 261 representada por un código hexadecimal que representa un ejemplo de instrucción de "encendido del LED”. La instrucción 261 es entonces incrustado como la carga útil en para un paquete USB, la combinación de la carga útil, la instrucción 261, con una cabecera 262. En el paso 263 él paquete se transmite a continuación, 263 desde el controlador de PBT a la almohadilla de LED. Luego, la instrucción 261 se extrae y decodifica en bits 264, que describen qué LED deben encenderse y cuáles no. Th bits de correos se cargan después en un LED de alta 265 y ejecutados en un tiempo 266 cuando el LED rojo curr ent cambios desde OFF a ON, iniciar un temporizador para preparar y cargar la siguiente instrucción de apagar todos los LEDs. La conmutación de los LED rojos se ilustra mediante una transición de apagado a encendido 267a y una transición de encendido a apagado 267b en el gráfico de la parte inferior de la FIGURA. 25.

La ejecución de instrucciones de transmisión se puede realizar mediante dos técnicas, el método de transferencia secuencial justo a tiempo (JIT) y el método de transferencia anticipada y cambio. En el método de transferencia secuencia! JIT mostrado en la FIGURA.

26A, el flujo de datos de paquetes en serie 272 transmitido desde el controlador PBT a la almohadilla LED inteligente es interpretado por el decodificador 270 de acuerdo con la tabla de decodificación 271 dando como resultado dos salidas a un registro de cambio de color 279a y un registro de cambio de tiempo 279b, respectivamente. Cada intervalo secuencial contiene la hora de activación y desactivación del intervalo. El tiempo transcurrido se calcula un intervalo a la vez a medida que el registro de desplazamiento avanza secuencialmente , por ejemplo t⁵ = t⁴ + ( ton⁴ + f ). El proceso se ejecuta usando un algoritmo de primero en entrar, primero en salir, donde sólo la primera trama de datos de registro de desplazamiento 277 controla el controlador de LED 278. Todas las tramas subsiguientes y en espera en la cola, todas las tramas anteriores, una vez ejecutadas, se descartan. El registro de cambio de color correspondiente en el marco de datos 277 especifica qué LED están iluminados por el controlador LED 278. Por ejemplo, el registro [rojo|azul|NIR1|NIR2] que tiene una secuencia de bits 0100 iluminará solo los LED azules, 1000 conducirá solo los rojos LED, y 0011 activará los LED NIR1 y NIR2. La salida óptica resultante incluye pulsos rojos 275a, pulsos azules 275b, pulsos NIR1 275c y pulsos NIR2 275d, y pulsos NIR1 y NIR2 simultáneos 275e. En este método, el registro de desplazamiento avanza a una tasa variable, acelerando o desacelerando en función de los valores de ton y W .

En la transferencia-por-delante - y - método de cambio, se muestra en la FIGURA.

26B, decodificador 270 salidas simultáneamente cuatro separadas cadenas de bits, 275a, 275b, 275c, y 275D para el accionamiento de los LED rojos, azules, NIR1, y NIR2, velocidad de reloj contra un reloj de frecuencia fija. Para extender la duración de la iluminación de un LED, el bit de estado activado se repite durante toda la duración. En la transferencia-pordelante - y - método de desplazamiento, un archivo que contiene el patrón de iluminación se transfiere a la almohadilla de LED y se decodifica antes de la reproducción de LED.

FIGURA. 26C contrastes la JI T método de transferencia secuencial al transferenciapor-delante - y - método de desplazamiento. Mientras que el método JIT decodifica el registro de color de cuatro LED 279 y los conduce durante un intervalo especificado hasta que cambia el registro de color, en el método de transferencia - adelante - y - cambio, las transferencias se decodifican sucesivamente en secuencias de cuatro bits y se almacenan y luego se reproducen en secuencia. nce de memoria. En cualquier método, la transmisión de datos tiene la ventaja de que la almohadilla LED no requiere mucha memoria para almacenar los datos del tratamiento. Tiene la desventaja de que la transmisión requiere un flujo de datos constante desde el controlador PBT al panel LED.

Un enfoque alternativo es transferir un archivo de reproducción completo y completo desde el controlador PBT a la almohadilla LED inteligente antes de comenzar la terapia con LED. Mostrado en el diagrama de flujo de la FIGURA. 27, esta operación involucra dos operaciones paralelas, una ejecutada por el sistema operativo LightOS dentro del host del controlador PBT, la otra ejecutada por el LightPadOS dentro del cliente de la almohadilla LED . Como se muestra, después de archivar el programa de transferencia , la ejecución ocurre de forma autónoma dentro de la almohadilla LED sin la intervención del controlador PBT . A espués a programa se selecciona en la etapa 300, el archivo de reproducción para el accionamiento de la secuencia del LED se transfiere desde el servidor al cliente. La almohadilla LED recibe la transferencia del archivo en el paso 302, luego en el paso 303 desempaqueta el archivo, eliminando los datos MAC de capa-2 del archivo, como el encabezado, los bits de suma de comprobación, etc. para extraer los datos de carga útil y cargarlos en la memoria volátil. como RAM estática. Este proceso se ilustra gráficamente en la FIGURA. 28 donde los paquetes USB entrantes 310 se transmiten a través de un medio físico tal como USB a una interfaz de bus 338 de la almohadilla LED inteligente 337. Una vez recibida, la carga útil 311 se extrae y luego se desempaqueta (paso 312), ejecutando cualquier descompresión o formato de archivo requerido para crear el código ejecutable 313. El código ejecutable 313 se almacena posteriormente en la memoria volátil 334a. E código xecutable 313 es autosuficiente para funcionar encima de las LightPadOS sistema operativo sin necesidad de ningún otro archivo o subrutinas que no sean el sistema operativo de la almohadilla LED y contiene los discos - datos codificados de los algoritmos de 314 empleados en la terapia de PBT, o bien un tratamiento único o una sesión PBT completa . Este código podría realizarse, por ejemplo, en C + o cualquier otro lenguaje de programación común.

Volviendo a la FIGURA. 27, una vez que el archivo de reproducción se desempaqueta y almacena en la RAM en el paso 303, en el paso 304b, el LightPadOS informa al controlador PBT anfitrión que está listo para comenzar la sesión. Una vez que el usuario confirma que está listo seleccionando el botón de inicio de tratamiento 309, en los pasos 304a se habilita la instrucción de ejecución de sesión comenzando en el paso 305a, donde el comando de inicio de sesión se envía al panel LED. LightPadOS responde en el paso 305b iniciando el tratamiento mediante la ejecución del algoritmo de tratamiento 314. A medida que avanza el tratamiento, la almohadilla LED ocasionalmente informa su estado (paso 306b) al controlador PBT anfitrión, incluida la hora, la temperatura u otra información relevante del estado del programa, que el PBT el controlador puede mostrar en el paso 306a. Si ocurre una condición de falla en la almohadilla LED, entonces interrumpa la rutina de servicio 307b en LightPadOS y 307a en LightOS para comunicarse y posiblemente negociar qué se debe hacer con respecto a la condición que causa la interrupción. Por ejemplo, si durante la sesión, las almohadillas LED se desconectan y luego se vuelven a conectar incorrectamente, la sesión se detendrá, informará al usuario del error de conexión y le indicará cómo corregir la falla. Una vez que se corrige la falla, la rutina de interrupción se cierra y el tratamiento se reanuda hasta que en el paso 308b la almohadilla LED informa al controlador PBT anfitrión que el programa de tratamiento se ha completado. En respuesta, en el paso 308a de finalización de la sesión, el controlador PBT informa al usuario que se ha completado la sesión o el tratamiento.

En esta discusión, el término "tratamiento" se define como un procedimiento terapéutico único, normalmente de 20 minutos de duración y diseñado para invocar la fotobiomodulación en un tipo de tejido u órgano específico. Además, una "sesión" comprende una serie secuencial de tratamientos. Como se muestra en la FIGURA. 29A , por ejemplo, un protocolo terapéutico para recuperarse de una lesión (por ejemplo, tratar un esguince y cortarse el tobillo de un accidente de bicicleta), puede implicar tres sesiones de "lesión" 315a, 315b y 315c realizadas sucesivamente cada dos días, donde cada sesión implica la terapia secuencial de tres tratamientos sucesivos que comprenden diferentes algoritmos que varían en longitudes de onda de luz, niveles de potencia, frecuencias de modulación y duraciones. Por ejemplo, la sesión 315a de PBT, a la que se hace referencia como "inflamación", está destinada a acelerar la curación acelerando (pero no eliminando) la fase de inflamación del proceso de curación. La sesión 315a comprende una secuencia de tres pasos 314a, 314f y 314b que comprenden los algoritmos 23, 43 y 17 respectivamente. La sesión 315b, titulada "infección ", mostrada en la FIGURA. 29B comprende una secuencia de tres pasos 314c, 314b y 314g que comprenden los algoritmos 49, 17 y 66 respectivamente. Tenga en cuenta que el tratamiento 314b que comprende el algoritmo 17 se utilizó tanto en las sesiones de inflamación como en las de infección. La sesión 315c titulada "curación" comprende una secuencia de tres pasos 314g, 314h y 314g que comprenden los algoritmos 66, 12 y 66 respectivamente. Tenga en cuenta que el algoritmo de tratamiento 66 se utilizó una vez en la sesión de infección 315b y dos veces en la sesión de curación 315c.

La secuencia de pasos de realizar sesiones para la inflamación, infección y curación, en conjunto, conforman el protocolo de lesiones 316, primero acelerando la fase inflamatoria de curación que involucra fibroblastos y andamiaje de colágeno, apoptosis celular y fagocitosis, luego combatiendo infecciones microbianas secundarias intentando de manera oportunista para colonizar la herida. Finalmente, una vez que la inflamación cede y se elimina toda la infección, el paso final en el protocolo de lesiones promueve la curación de la herida al mejorar la termodinámica y el suministro de energía necesarios para alimentar el recrecimiento de tejido sano. El protocolo de lesiones 316 no emplea sesiones de terapia diarias, sino que , intencionalmente, distribuye las primeras tres sesiones en un período de cinco días. En lugar de la terapia diaria, la necesidad de intervenir días libres se explica por el gráfico 317, que se muestra en la FIGURA. 30, que describe un modelo de dosis- respuesta bifásico generalizado de acuerdo con el trabajo de Arndt-Schultz [https://en.wikipedia.org/wiki/Arndt%E2%80%93Schulz_rule]. Según Wikipedia, la "regla de Arndt-Schulz o la ley de Schulz" es una ley observada sobre los efectos de fármacos o venenos en diversas concentraciones. Afirma que para cada sustancia: pequeñas dosis estimulan; las dosis moderadas inhiben; grandes dosis matan. Debido a una gran cantidad de excepciones en farmacología, por ejemplo, cuando una pequeña dosis de fármaco no hace nada en absoluto, la teoría ha evolucionado hasta convertirse en su contraparte moderna " hormesis ", pero el principio subyacente sigue siendo el mismo, que en medicina hay una dosis de tratamiento óptima. más allá del cual se reduce la eficacia del tratamiento o se puede inhibir la recuperación.

A pesar de la controversia sobre los resultados de los estudios farmacológicos, el modelo bifásico en la "medicina energética” ha sido reconfirmado por numerosos estudios desde la radioterapia del carcinoma hasta la fotobiomodulación. Por ejemplo, en la terapia contra el cáncer, una pequeña dosis de radiación no puede eliminar adecuadamente las células cancerosas, mientras que una gran dosis de radiación es tóxica y puede matar rápidamente al paciente, mucho más rápido que dejar el cáncer sin tratar. Adaptando el modelo bifásico a la fotobiomodulación, el gráfico 317 representa una representación pseudo-3D de las condiciones de PBT donde el eje x representa el tiempo de tratamiento; el eje y proyectado ortogonalmente describe la densidad de potencia de la medida de tratamiento PBT en W/cm2, y el eje z vertical mide la dosis de energía efectiva en J/cm2 o eV/cm2, es decir, el producto de potencia y tiempo y escalado por la magnitud observada de la fotobiomodulación, la eficacia del tratamiento observada de otro modo. Topográficamente, el gráfico aparece como dos costas, una cordillera y un valle interior. Como se muestra para los tratamientos de dosis baja conocidos como dosis sub-umbral, el tratamiento tiene una potencia inadecuada, es decir, la tasa de suministro de energía, para hacer cualquier cosa. De manera similar, para períodos muy cortos, no importa cuál sea el nivel de potencia, no se entrega suficiente energía para invocar la fotobiomodulación. En otras palabras, demasiado rápido o muy poca energía no invoca la fotobiomodulación.

Para una combinación de duraciones y densidades de potencia moderadas, la estimulación se produce dando como resultado una curva de respuesta máxima para densidades de potencia o dosis de energía total por encima de este nivel, la respuesta PBT beneficiosa y la eficacia del tratamiento disminuyen rápidamente e incluso pueden inhibir la cicatrización. Por supuesto, los láseres de niveles excesivamente potentes pueden causar quemaduras, daño tisular y ablación (corte). Y aunque los LED son incapaces de las densidades de potencia de los láseres, aún pueden funcionar con altas corrientes y provocar un sobrecalentamiento. Sin embargo, estas condiciones de tratamiento ocurren mucho más allá de los niveles de potencia y las dosis de energía que se muestran en el gráfico. El gráfico de la derecha de estudio de caso [1] confirma la dosis (fluencia) de pendencia de PBT eficacia es inde ed bip Hasic con una respuesta mínima a 1 J/cm2, una respuesta de pico a 2 J/cm2 beneficios, la reducción a 10 J/cm2 e inhibición a 50 J/cm2. La inhibición significa que el impacto del tratamiento con PBT fue peor que no hacer nada. Por esta razón, junto con las preocupaciones sobre la seguridad y la comodidad del paciente, los tratamientos con PBT deben distribuirse en el tiempo y limitarse en potencia y dosis (duración).

Seguridad de datos en sistemas PBT distribuidos

Para efectuar una comunicación segura multicapa en el sistema PBT distribuido divulgado, el sistema operativo del controlador PBT (LightOS) y el sistema operativo de las almohadillas LED inteligentes (LightPadOS) comprenden pilas de comunicación paralela que utilizan protocolos consistentes y secretos compartidos no discernibles para un operador de dispositivo, piratas informáticos o desarrolladores no autorizados. Como tal, el sistema PBT distribuido funciona como una red de comunicación protegida con la capacidad de ejecutar la seguridad en cualquier número de capas de comunicación, incluida la capa-2 de enlace de datos, la capa-3 de red, la capa-4 de transporte durante la configuración y la capa-5 en la sesión. presentación capa-6, o la aplicación capa-7 durante la operación.

Como se describe, “tratamientos, sesiones y protocolos” definen secuencias de fotoexcitación patrones y operar parámetro s incluyendo la longitud de onda del LED, modul patrón ación y frecuencia, de tratamiento de duraciones, y la intensidad del LED (brillo), junto determinación de la potencia instantánea, media potencia, dosis terapéutica (energía total) y, en última instancia, eficacia terapéutica . Para desalentar la copia o duplicación, estas secuencias deben almacenarse y comunicarse de forma segura, utilizando cifrado y otros métodos. Aunque algunos métodos de seguridad de datos y las credenciales de seguridad relacionadas se pueden ejecutar como parte de la aplicación, es decir, en LightOS y LightPadOS, se puede lograr un nivel adicional de seguridad mediante la inclusión de una capa-5 de "presentación" en la pila de comunicación del controlador PBT host y cualquier cliente de almohadilla LED inteligente conectado a la red .

La capa de presentación se representa esquemáticamente en la FIGURA. 31, donde el controlador PBT 120 incluye OSI pila de comunicación 330 que comprende la capa de aplicación - 6, capa de presentación - 5, de enlace de datos de capa 2 y capa-1 físico. Como se indicó anteriormente, dentro del controlador PBT 120, la aplicación capa-6 se implementa utilizando el sistema operativo específico de PBT llamado LightOS . En funcionamiento, la ejecución del programa capa - 6 LightOS da como resultado acciones que requieren comunicación con la almohadilla LED inteligente. Estas acciones se cifran en la capa de presentación - 5 y luego se pasan a las capas de comunicación de nivel inferior en forma cifrada, es decir, como texto cifrado. Específicamente, el texto cifrado que se transmite a la capa de enlace de datos de la capa 2 se empaqueta, es decir, se convierte en una serie de paquetes de comunicación que comprenden un encabezado no cifrado y una carga útil de texto cifrado de acuerdo con un protocolo de comunicación particular como USB, I2C , FireWire, luego se comunicó a través de la capa física PHY 1 al panel LED. Por ejemplo, PHY capa-1 puede comunicarse usando el protocolo USB usando señales diferenciales USB 332 a la correspondiente PHY capa - 1 de la pila de comunicación 331 residente dentro de la almohadilla LED inteligente 123. Entonces, aunque las señales eléctricas comprenden comunicaciones de capa-1, las construcciones de datos de USB se comportan como si el controlador PBT y la almohadilla LED inteligente se comunicaran en la capa 2 con los paquetes dispuestos en el tiempo como "marcos" de datos USB.

Una vez que la pila de comunicación 331 recibe un paquete USB, la carga útil de texto cifrado se extrae y se transfiere a la capa de presentación 5 donde se descifra y se convierte en texto sin formato. El archivo de texto sin formato se pasa a la capa 6 de la aplicación, donde es ejecutado por el sistema operativo LightPadOS de la almohadilla LED. Siempre que el LightOS del controlador PBT y el sistema operativo LightPadOS de la almohadilla LED inteligente estén diseñados para comunicarse y ejecutar instrucciones de manera autoconsistente, el enlace bidireccional entre las pilas de comunicación 330 y 331 funciona como una máquina virtual en la aplicación capa -7 , lo que significa que el dispositivo distribuido se comporta de la misma manera que si fuera una sola pieza de hardware y en la capa de presentación para ejecutar bidireccionalmente el cifrado y el descifrado. De esta manera, los datos se pueden transferir entre el controlador PBT y la almohadilla LED inteligente. Sin embargo, para evitar la copia del código fuente, la biblioteca de tratamientos se almacena en forma cifrada. Para mayor seguridad , la clave de cifrado utilizada para almacenar los algoritmos es diferente a la clave utilizada para la comunicación. Por tanto, antes de que un archivo de tratamiento pueda comunicarse de forma segura, primero debe descifrarse.

El proceso para preparar, comunicar y ejecutar un tratamiento cifrado se representa esquemáticamente en la FIGURA. 32, donde a través de una IU gráfica 341, un usuario elige un tratamiento 342 de una biblioteca de algoritmos cifrados 340. El algoritmo cifrado 17 se descifra usando la clave del sistema 343 convirtiendo el texto cifrado en texto plano y restaurando el tratamiento sin cifrar 344. En el proceso de cifrado 345 el archivo de texto plano del algoritmo 17 se vuelve a cifrar utilizando la clave de cifrado 346 intercambiada con el cliente de almohadilla LED inteligente. El texto cifrado resultante 347 que comprende el algoritmo 17 reencriptado se empaqueta luego 348 y se transmite 349 usando USB u otro medio de comunicación apropiado.

Además de los datos de tratamiento, el mismo método se puede utilizar para preparar y transferir datos de sesión PBT desde el controlador PBT a la almohadilla LED. Este proceso se muestra en el esquema de la FIGURA. 33 donde a través de una IU gráfica 351, un usuario elige una sesión 352 construida a partir de una biblioteca de algoritmos cifrados 340, en el ejemplo mostrado que comprende tres algoritmos cifrados. Usando la clave de cifrado del sistema, el texto cifrado se descifra 353 convirtiendo el texto cifrado en texto sin formato . Los tres son archivos de texto a continuación, se fusionó 354 y E NCrypted utilizando la clave de cifrado 356 intercambiada con el cojín inteligente LED cli ent. El texto cifrado resultante 357 que comprende el algoritmo combinado cifrado se empaqueta 358 y se transmite 359 usando USB u otro medio de comunicación apropiado.

Como se muestra en la FIGURA. 34, los paquetes de datos entrantes 359 recibidos por la interfaz de bus 228 en la almohadilla LED 337 se procesan primero para eliminar los encabezados de los paquetes que extraen la carga útil 360. La almohadilla pC 339 luego descomprime 361 para extraer el algoritmo combinado cifrado 362. El texto cifrado se descifra luego 363 utilizando el intercambio de claves para extraer el archivo de texto plano 364 que comprende el algoritmo de tratamiento o, en los casos de un archivo de sesión, el algoritmo combinado. El algoritmo o algoritmo combinado 366 comprende el código ejecutable 365 en la memoria volátil 334a. Dado que el tratamiento se guarda en la RAM, cualquier interrupción en el suministro eléctrico borrará el archivo, lo que dificultará la copia del código ejecutable sin cifrar. Como se muestra en la FIGURA. 35, la reproducción de pad autónomo de la secuencia PBT con descifrado en masa posterior a la transferencia (pre-reproducción) implica la selección del usuario de la sesión 300 transfiriendo 301 el archivo cifrado que una vez recibido 302 por el pad LED se descifra 390 y se carga en la RAM. En el paso 304b, el LightPadOS informa al controlador PBT anfitrión que está listo para comenzar la sesión. Una vez que el usuario confirma que está listo seleccionando el botón de inicio de tratamiento 309, en los pasos 304a se habilita la instrucción de ejecución de sesión comenzando en el paso 305a, donde el comando de inicio de sesión se envía al panel LED. LightPadOS responde en el paso 305b iniciando el tratamiento mediante la ejecución del algoritmo de tratamiento 314. A medida que avanza el tratamiento, la almohadilla LED ocasionalmente informa su estado 306b al controlador PBT anfitrión, incluyendo el tiempo, la temperatura u otra información de estado de programas relevantes, y qué controlador PBT puede usar. para mostrar en el paso 305a. Si ocurre una condición de falla en la almohadilla LED, entonces interrumpa la rutina de servicio 307b en LightPadOS y 307a en LightOS para comunicarse y posiblemente negociar qué se debe hacer con respecto a la condición que causa la interrupción. Una vez que se corrige la falla, la rutina de interrupción se cierra y el tratamiento se reanuda hasta que en el paso 308b la almohadilla LED informa al controlador PBT anfitrión que el programa de tratamiento se ha completado. En respuesta, en el paso 308a de finalización de la sesión, el controlador PBT informa al usuario que se ha completado la sesión o el tratamiento.

Se puede lograr una seguridad aún mayor almacenando el algoritmo en la almohadilla LED en su forma cifrada. Como se muestra en la FIGURA. 36 , los paquetes entrantes 359 recibidos por la interfaz de bus 338 en la almohadilla LED 337 se procesan para extraer la carga útil 360, posteriormente se descomprimen 361 y luego se almacenan como texto cifrado 368 en la memoria volátil 334a. El archivo se reproduce en el momento en que el usuario inicia la sesión descifrando el archivo durante la reproducción mientras se ejecuta el archivo, es decir, durante la reproducción autónoma. Este proceso, conocido como reproducción descifrada "sobre la marcha", se ilustra en el diagrama de flujo de la FIGURA. 37. El proceso es idéntico al del flujo de proceso descifrado en masa mostrado en la FIGURA. 35 excepto que después de que la almohadilla LED recibe el archivo de secuencia 302, el siguiente paso es simplemente descomprimir y, según sea necesario, descomprimir el archivo 303, pero no descomprimirlo. Durante la reproducción en el paso 391, el texto cifrado se lee de la memoria volátil SRAM y se ejecuta sobre la marcha, es decir, a medida que avanza la reproducción.

FIGURA. 38 contrasta el descuento por volumen y los métodos de reproducción sobre la marcha. En un descifrado masivo, todo el archivo de reproducción 368 almacenado en texto cifrado se lee de la memoria volátil, se descifra 363 para extraer el conjunto de instrucciones de texto sin formato 365 y se ejecuta para reproducir 392 el archivo completo. Por el contrario, en la reproducción de descifrado sobre la marcha, una parte 368a del archivo de reproducción almacenado se lee y se descifra 365a y luego se ejecuta 392a añadiendo las nuevas instrucciones de texto sin formato a la memoria intermedia de reproducción. Mientras tanto, se lee otra sección del texto cifrado 368a de la memoria volátil, se descifra 363 para recuperar los archivos 165b ejecutables de texto sin formato y luego se ejecuta 392b añadiendo este archivo al final de la lista de reproducción.

Sistema PBT Distribuido con Reproductor de Almohadilla LED

Aunque JIT o transferencia - por delante - y - desplazamiento - datos en función de streaming para el control de la unidad LED pueden ser utilizados para controlar una almohadilla de LED en un sistema de PBT distribuida, la entrega de datos en tiempo real por la red de comunicación que conecta el controlador de PBT y uno o más Las almohadillas LED se vuelven problemáticas cuando se requieren algoritmos más sofisticados. Incluso cuando se dispone de comunicación de gran ancho de banda, la transmisión de señales de reloj o datos digitales de varios MHz representa un método de comando y control dudoso, especialmente en aplicaciones centradas en la seguridad, como los dispositivos médicos. Una alternativa hecha posible por el sistema PBT distribuido divulgado es emplear un proceso de dos pasos para activar los LED, primero para descargar un "reproductor LED" en las almohadillas LED, luego para descargar un "archivo de reproducción LED" que define el tratamiento PBT específico o sesión PBT a realizar. En este método como se describe, la ejecución de la unidad de LED se realiza de forma autónoma dentro de la almohadilla inteligente en base a los comandos del controlador PBT. Debido a que el controlador LED es local dentro de la almohadilla LED, se pueden realizar funciones avanzadas como la síntesis de forma de onda y el controlador sinusoidal. Si se realiza más de un tratamiento o sesión, solo es necesario descargar de nuevo el nuevo archivo de “reproducción de LED”. Se puede conservar el reproductor LED original.

El primer paso en la reproducción inteligente de la almohadilla LED es descargar el reproductor LED del controlador PBT en la almohadilla LED. De una manera similar al proceso de transferencia de archivos en streaming mostrado en la FIGURA. 36, el proceso de descarga mostrado en la FIGURA. 39 implica la transferencia de un archivo de reproducción encriptado 480 desde el controlador PBT al panel LED inteligente. El proceso de descarga implica que el archivo 480a del reproductor LED cifrado se descifra 363 con una clave del sistema y luego se vuelve a cifrar 370 con la clave 356 de la almohadilla LED (cliente) para crear un archivo 480b del reproductor LED cifrado. Este texto cifrado se transmite entonces a la almohadilla de LED inteligente en el que se la carga útil extrae y descomprime 361 el n descifrado 363 y se almacena en la memoria volátil 482. El descargados LED contenido reproductor incluye sintetizador de forma de onda 483, reproductor de PWM 484, el controlador 485 de LED.

La síntesis de forma de onda es una generación algorítmica de patrones de excitación, como ondas sinusoidales y acordes de ondas sinusoidales, pero también puede generar ondas triangulares, ondas de diente de sierra y reproducir muestras de audio. El funcionamiento del sintetizador de forma de onda 483 mostrado en la FIGURA. 40 implica que el sintetizador de forma de onda 483 convierte su entrada, archivo paramétrico de forma de onda 486 con el reloj del sistema 0sys para producir la forma de onda de sintetizador f(t) representada como la tabla de datos de salida de sintetizador 489, es decir, que comprende la tabla de funciones f (t) emparejada con el tiempo transcurrido. El generador de PWM 555 luego convierte la tabla de funciones en un tren de pulsos de PWM de alta frecuencia 490 para producir un archivo de salida de sintetizador 488 que incluye el formato de onda sintetizado 491 incrustado en la salida de PWM 490. Dependiendo del algoritmo, el sintetizador de forma de onda 483 también puede utilizar primitivas de forma de onda 487. Aunque el sintetizador se puede realizar en hardware, para formas de onda de hasta 20 kHz, es decir, dentro del rango de audio, se puede implementar fácilmente mediante software. Por ejemplo, de 0,5 a 1,0 ms , el valor de f(t) = 0,6545. El proceso ^ ^p [f (t)] convierte la función f (t) en un tren de pulsos PWM de tiempo de encendido y tiempo de apagado, donde la salida tiene un estado alto (encendido) del 65,45% del intervalo especificado, es decir, de 0,500 a 0,827 ms y tiene un estado bajo (apagado) de 0,827 a 1,000 ms. Entonces, la duración del tiempo ton = 0,827 - 0,500 ms = 0,327 ms, y la duración del tiempo de inactividad W = 0,500 -0,327 = 0,173. En otras palabras, el valor f(t) es el factor de trabajo D durante el período, donde D = ton / T ^pwm y donde T ^pwm = ton W .

Dado que el factor de trabajo D es un valor analógico limitado entre 0% y 100%, entonces, por conveniencia, f(t) está limitado a cualquier valor entre 0,0000 y 1,0000. Si se permite que f (t) exceda 1,000, entonces el valor debe ser escalado por el valor máximo de la función, es decir, f(t) = [f (t)unscaled) / f(t)max] o la forma de onda se recortará al valor 1.000 por el proceso [f (t)] . La frecuencia de reloj PWM llamada reloj de velocidad de símbolo 0sym viene dada por 0sym = 1/T ^pwm . La velocidad de símbolo se deriva del reloj del sistema 0sys y debe exceder la forma de onda de frecuencia más alta f (t) que se sintetiza, o se describe matemáticamente como 0sys > Osym > f(t). La siguiente tabla describe los intervalos de tiempo en los que tx = (x - 1)T^pwm dividiendo cada intervalo de 500 ms en su tiempo de inicio tx (encendido) y tx (apagado).

El segundo proceso en el reproductor de LED es la función 484 de capa PWM P mostrada en la FIGURA. 41, que, en respuesta a sus paramétricos PWM de entrada 491 y 0ref de reloj de referencia procesos synth cabo fichero de datos 488 para producir reproductor de PWM de salida s 493a y 493b . En funcionamiento, el reproductor 484 de PWM genera un tren de pulsos 492 Gpulse (t) modulados por ancho de pulso (PWM) que comprende el producto algebraico Gsynth (t) • Gpulso (t). La forma de onda del Gpulso (t) comprende un pulso repetido que consta de una duración ton = DT^pwm y apagado durante una duración W = (1 - D)T^pwm .

Aunque la función del reproductor PWM se puede realizar en hardware, se realiza fácilmente en software. Descrito en pseudocódigo lógico en términos de un contador rápido yx ( incrementado en cada ciclo ) , entonces:

If (t > ^xT^pwm) AND (t<((x+D) T^pwm))

Then OUT = Gsynth (t)

Else OUT = 0

lo que significa que en cada ciclo de duración T^pwm desde el tiempo ^xT^pwm ^ t < (^xT^pwm + DT^pwm) la salida del jugador PWM es igual en magnitud a la entrada (en estado), y para un intervalo (^xT^pwm + DT^pwm) ^ t < (x+1) T^pwm la salida del reproductor PWM está conectada a tierra, un "0” digital. Al cortar la entrada Gsynth (t) con el pulso PWM Gpulse (t), la salida 493a forma de onda es digital con un valor equivalente de Gsynth (t) • Gpulse (t). La forma de onda subyacente se muestra superpuesta encima de la señal 494 de pwM. Aunque típicamente el reproductor 484 de PWM solo emite una única forma de onda digital, puede producir más de una salida según sea necesario. Por ejemplo, en el ejemplo que se muestra, aunque la salida 493a incluye la combinación multiplicativa de dos pulsos PWM, la salida 493b es idéntica a Gpulse (t), lo que significa que Gsynth (t) = 1. PWM Player 484 también puede generar un valor constante invariante en el tiempo Gsynth (t) • Gpulse (t) = 1.

El tercer paso en el funcionamiento del reproductor LED es el controlador LED 485 . Como se muestra en la FIGURA. 42 , el controlador LED 485 sincronizado con el reloj de referencia 0 ret combina los parámetros del controlador 495 con la salida del reproductor PWM 484 para producir la transmisión LED 497. A diferencia del sintetizador de forma de onda 483 y el reproductor PWM 484, que emite señales digitales, la salida del controlador LED 485 es cosa análoga. Usando los parámetros del controlador 495, se genera una corriente de referencia programable 496 con magnitud aIref (t) y se multiplica por la salida del reproductor PWM 484, específicamente Gsynth (t) • Gpulse (t) para producir la salida 497 que comprende aIref (t) • Gsynth (t) • Gpulse (t). El forma de onda de salida I^led que se muestra en el gráfico 498 revela una forma de onda que varía en el tiempo, específicamente sinusoide, pulsada digitalmente y variada en corriente a lo largo del tiempo. Aunque el reproductor 484 PWM puede generar una única salida como entrada al controlador 485 de LED, también es posible proporcionar dos o más salidas diferentes si es necesario. Tales casos podrían ser útiles, por ejemplo, en grandes sistemas PBT donde se requieren muchas zonas para tratar cada parte del cuerpo de forma única, es decir, con buena especificidad de tejido.

El proceso completo de reproducción de LED se resume en el ejemplo de la FIGURA.

43 utilizando secuencialmente el sintetizador 483 de forma de onda, el reproductor 484 PWM y el controlador 485 de LED para generar el flujo 497 de control de LED . A diferencia de los métodos de la técnica anterior, la activación de LED en el sistema PBT distribuido divulgado se genera completamente dentro de una almohadilla LED mientras se mantienen ventajosamente todas las bibliotecas de tratamiento y el control del sistema PBT en un controlador PBT común , separado y distinto de la almohadilla o almohadillas LED . El proceso de generación de formas de onda utiliza un reloj de sistema de frecuencia 0sys producido dentro del LED para realizar sus tareas, eliminando así la necesidad de distribuir relojes de alta velocidad en largas líneas. Para asegurar la sincronización del reproductor PWM 484 y el controlador LED 485 con el sintetizador de forma de onda 483, el reloj del sistema 0sys se divide utilizando contadores de software o hardware para producir el reloj de referencia 0 ref. Como tal, la reproducción de LED dentro de una almohadilla de LED determinada es totalmente sincronizada. Si bien tanto el sintetizador de forma de onda 493 como el reproductor PWM 484 emiten señales PWM digitales que comprenden transiciones repetidas entre estados digitales 0 y 1 de duración variable, la salida del controlador LED es analógica capaz de impulsar el brillo del LED con cualquier forma de onda, incluidas, entre otras , ondas cuadradas, ondas sinusoidales, acordes de ondas sinusoidales, ondas triangulares, ondas de diente de sierra, muestras de audio de música acústica o electrónica, muestras de audio de sonidos de platillos y otras fuentes de ruido y en cualquier frecuencia dentro del espectro de audio de 20 Hz a 20 kHz, es decir, del 0th a la 9th octava musical. También produce conducción LED moduladora en el rango de infrasonidos, es decir, en la -1 st y -2 nd octavas, por ejemplo, hasta 0,1 Hz, o para activar LED con corriente continua (0 Hz), es decir, proporcionando funcionamiento de onda continua (CW).

Cabe señalar que dado que cada pad se comunica de forma independiente de forma asincrónica con el controlador PBT y dado que cada pad LED genera su propia referencia de tiempo interna para la reproducción del LED, estrictamente hablando, el PBT distribuido divulgado es un sistema asincrónico. Dicho esto, debido a las altas velocidades de reloj, las referencias de tiempo de precisión y la red de comunicación de alta velocidad, la falta de coincidencia de tiempo entre las almohadillas LED está en el rango de microsegundos, es imperceptible en el control de la interfaz de usuario y la respuesta de la UX y no tiene ningún impacto en la eficacia de PBT.

Síntesis de Formas de Onda en Sistemas PBT Distribuidos

En PBT distribuidos sistemas, un controlador de PBT de control s muchas almohadillas LED inteligente, por ejemplo, 3, 6 o más. Debido a la cantidad de almohadillas LED inteligentes que se requieren, las consideraciones económicas exigen limitar la complejidad de las almohadillas LED, específicamente el costo y la potencia de procesamiento de la almohadilla ^P 339. Asimismo, para administrar los costos de los productos, la memoria total dentro de una almohadilla LED también debe ser limitada. Limitado en potencia de cálculo y memoria, la síntesis de formas de onda dentro de una almohadilla LED en un sistema PBT distribuido requiere que se cumplan varios criterios:

• La cantidad de datos transferidos o almacenados en la almohadilla LED debe ser limitada.

• Los cálculos realizados en la almohadilla LED deben comprender preferiblemente cálculos aritméticos simples como la suma y la resta, evitando procesos iterativos complejos como funciones, operaciones matriciales, etc., a menos que sea absolutamente inevitable e incluso entonces con poca frecuencia.

• Los cálculos deben realizarse en tiempo real con un consumo mínimo de energía o calefacción.

El funcionamiento detallado del sintetizador de forma de onda 483 se ilustra en la FIGURA. 44 donde un archivo de entrada que comprende los parámetros del sintetizador de forma de onda 486 una vez cargado en el sintetizador de forma de onda 483 selecciona un método de síntesis 550 utilizado para calcular una función f(t) 553, ya sea utilizando el generador de función de unidad 551 o el procesador de primitivas 487, todos realizados en sincronía con el reloj del sistema 0sys. En el caso de la síntesis de formas de onda, el procesador de primitivas 487 requiere acceso a descripciones detalladas de formas de onda, específicamente las primitivas de forma de onda 487. La función resultante f(t) 553 comprende pares cartesianos de tiempo t versus f(t) ilustrados gráficamente en la tabla de funciones 554. La tabla de funciones 554 se convierte luego en datos digitales que varían en el tiempo mediante el generador PWM 555 utilizando el proceso

[f (t)] para producir el archivo de salida de sintetizador 488. La salida de sintetizador 488 comprende un archivo PWM digital numéricamente equivalente a la tabla de salida de sintetizador 489 representada gráficamente como Gsynth (t) 490.

Síntesis de formas de onda con generador de funciones unitarias

El funcionamiento del generador de funciones unitarias 551 se ilustra en la FIGURA.

45 implica seleccionar una función matemática y luego calcular el valor de la función por una serie de veces para generar la tabla de funciones 554. Estas funciones se conocen como funciones de "unidad” porque tienen valores analógicos limitados a números reales entre 0.0000 y 1.0000. En el gráfico de 560 se muestra un ejemplo de una función unitaria en la función variante de tiempo f(t) = 1, o "constante". Otra función, un diente de sierra unitario que se muestra en el gráfico 561 se describe mediante la ecuación f(t) = MOD(tf, 1) donde (tf) es el argumento de la función de módulo y 1 es la base , lo que significa que la función es una fracción decimal lineal entre 0 y 1. Para cualquier número sobre un múltiplo de 1, la función de módulo devuelve el resto, por ejemplo si (tf ) = 2,4 entonces MOD(2,4) = 0,4. En un diente de sierra, las funciones aumentan a uno, luego vuelven a cero y se repiten. Otra función que acelera hasta uno y las rampas de vuelta hacia abajo a cero simétricamente es el triángulo de ondas mostrada en el gráfico 562 que está dada por la ecuación f(t) = 1 - 2 • ABS [ MOD (tf, 1) - 0,5].

La síntesis de una sola onda sinusoidal o una cuerda de tres o más ondas sinusoidales de frecuencias fa, fb, fc, y magnitudes relativas Aa, Ab, Ac, respectivamente, se pueden describir mediante la ecuación f (t) = Aa (0.5+ 0.5[Aa sin (2ntfa)+Ab sin (2ntfb)+Ac sin (2ntfc)]/[(Aa+Ab+Ac)]) 0.5(1-Aa).. Este proceso matemático mostrado en la FIGURA. 46 mezcla tres ondas sinusoidales 564, 565 y 566 con ganancia 580, 581 y 582 respectivamente, sumadas en un mezclador digital 583 usando una suma lineal de palabras digitales .

La suma digital, la suma aritmética de números binarios, octales o hexadecimales, es idéntica a la suma de números decimales, excepto que los números comprenden representaciones binarias o equivalentes binarias de números, es decir, base dos (b2), base ocho (b8) o base dieciséis (b16), en lugar de base diez (b10) . Aunque la suma digital se puede realizar utilizando dispositivos dedicados, la unidad aritmética lógica (ALU) residente dentro de la función de microcontrolador de la almohadilla LED puede realizar fácilmente las tareas requeridas en matemáticas binarias. Convertir números s en otra base, luego agregarlos en la base alternativa y convertirlos de nuevo a base 10 produce resultados idénticos. Este principio de equivalencia se muestra en la siguiente tabla de ejemplo para la suma de tres números en diferentes bases. En el contexto de la síntesis de formas de onda, los números que se suman representan los valores instantáneos de tres ondas sinusoidales en un momento dado, sumados para producir una suma digital de los tres números. Con fines ilustrativos, los valores de la onda sinusoidal se han aumentado diez veces, es decir, donde Axfx (0) y donde Ax = 10 para x = 1 a 3. Por ejemplo, en un momento específico t¹, el valor de las funciones fa (0)) = 1; fb (0)) = 0,5; y fc (0)) = 0.5. En un caso donde los factores de ganancia están ponderados uniformemente, es decir, donde Aa = 10, Ab = 10 y A c = 10, entonces la suma 10 ( I fx (0)) = 20. Para convertir este número en una función unitaria, la suma resultante se debe escalar a un número fraccionario entre un resultado entre 0,000 y 1,000, una tarea realizada por la función de rango automático 584.

Para cada punto de tiempo tx, dividir Ax ( I fx (tx)) por la suma de los multiplicadores de ganancia (Aa Ab Ac) proporciona un promedio del acorde combinado. En el caso de una ponderación uniforme, es decir, donde Ax = 10, la suma de estos factores de ganancia (Aa Ab Ac ) = 30. Aplicada a la suma anterior , la escala de rango automático convierte la suma de 20 en la número escalado de rango automático 20/30 = 0,666 , el mismo número que se obtiene promediando tres números que tienen valores instantáneos de 1,0; 0,5 y 0,5. La función de rango automático también funciona cuando las ondas sinusoidales se combinan con una ponderación no uniforme, donde uno o más componentes de frecuencia de la onda sinusoidal dominan la mezcla. Para examp le, una mezcla en la que Aa es 20% del total , Ab es 40% , y en la que Ac = 40% yields la siguiente mezcla de señales de la

En este caso (Aa+Ab+Ac) = 100 mientras que g(t) = 70, por lo que la salida de la función de rango automático es 0,7. La función de rango automático emplea un multiplicador positivo Aa > 0 se usa para escalar la señal para compensar la compresión de magnitud. Porque el escalar Aa cambia no solo la función sino que también cambia su valor promedio, el desplazamiento DC término de corrección 0.5 (1 - Aa) se añade a la suma de ondas sinusoidales para volver a centrar la espalda media de función hasta 0,5 .

FIGURA. 47 ilustra varias ondas sinusoidales y acordes de ondas sinusoidales hechos de acuerdo con el generador de funciones unitarias. En los ejemplos mostrados, se generan tres ondas sinusoidales separadas por una octava (es decir, fc = 2fb = 4fa) con varios factores de ganancia para producir una variedad de funciones complejas. Los factores de ganancia [Aa, Ab, Ac] controlan la mezcla o "combinación" de componentes de frecuencia. Debido a que los componentes se promedian, los factores de ganancia pueden ser cualquier número real positivo. Sin embargo, por conveniencia, los tres factores se pueden escalar en porcentajes. En algunos casos, los factores de ponderación son cero, lo que significa que la onda sinusoidal de frecuencia particular está ausente de la mezcla. Por ejemplo, en el gráfico 564, [Aa, Ab, Ac] = [1, 0, 0] de modo que solo está presente la sinusoide fa. De manera similar, en el gráfico 565 donde [Aa, Ab, Ac] = [0, 1, 0], solo está presente la sinusoide de octava media f b y en el gráfico 566 donde [Aa, Ab, Ac] = [0, 0, 1], solo está presente la sinusoide de octava más alta.

La figura también ilustra una variedad de acordes mezclados. El gráfico 567 muestra una combinación ponderada uniformemente de sinusoides de frecuencias fa y fb el gráfico 568 representa una combinación uniforme ponderada de sinusoides de frecuencias fa y fb y el gráfico 569 representa una combinación uniforme ponderada de sinusoides de frecuencias fb y fc. Mezclas de forma desigual mixtos de una onda senoidal condos 2/3rd ponderación de frecuencia fa y 1/3rd onda sinusoidal de frecuencia fb se muestran en el gráfico 570 . Tres mezclas de ondas sinusoidales incluyen el acorde 572 ponderado uniformemente y el acorde 571 de onda sinusoidal ponderado de manera desigual donde [Aa, Ab, Ac] = [0,2; 0,4; 0,4]. El cálculo algebraico de sin(0) donde 0 = fxt para x = a, b, c... requiere el cálculo de una serie de potencias [http://www2.clarku.edu/~djoyce/trig/compute.html] para cada evaluación sin(0)

(fat)3 (fat)5 (fat)7 (fat)9 (fat)11 (fat)13

sin(fat) = _(fat) 3! 5! 7! 9! 11! 13!

(fbt)3 _{, (fbt)5} (fbt)7 . (fbt)9 (fbt)11 . (fbt)13

sin(fbt) = (fbt) 3! 5! 7! 9! 11! 13!

(fct)3 , (fct)5 (fct)7 , (fct)9 (fct)11 , (fct)13

sin(fct) = (fct) * *

3! 5! - 7! 9! - 11! 13!

donde n! = n • (n - 1) • (n - 2) ... 3 • 2 • 1. Tenga en cuenta que se puede utilizar el mismo método para producir formas de onda de coseno, que no son más que desde que las ondas cambiaron de fase en 90°. Para producir una onda de tres sine acorde Ax ( I fx (tx)) con la frecuencia más alta de la onda sinusoidal en el 9 ° octava, aproximadamente 20 kHz, con 360 grados de precisión requiere que todos los cálculos anteriores a lo largo de generación PWM [f(t)] debe ocurrir a una velocidad de 7,2 MHz, es decir, dentro de 138 ns. Este enfoque es computacionalmente intensivo, desperdiciando ciclos de cómputo y quemando energía, especialmente cuando se sintetizan ondas de alta frecuencia.

Síntesis de Formas de Onda con rocesador de Primitivas

Un método alternativo, mucho menos intensivo desde el punto de vista computacional y mejor adaptado a la capacidad informática limitada de la almohadilla LED pP 339, es el uso de una consulta de tabla que evalúa una función. Para las funciones periódicas, el valor de la función en incrementos regulares del período, por ejemplo, en ángulos fijos o porcentajes fijos, puede calcularse previamente y cargarse en tablas denominadas aquí como "primitivas" de función. Por ejemplo, dado que el valor de un sin (0) depende del ángulo de su argumento 0 donde

sin0° = 0

sin 15° = (V6 - V2)/4

sin 30° = 1/2

sin 45° = V2/2

sin 60° = V3/2

sin 75° = (V6 V2)/4

sin 90° = 1

Dado que la función seno es periódica, no hay razón para recalcular los mismos valores cada vez que se requiera la evaluación sin(0). En tal caso, el uso de una tabla de consulta es potencialmente beneficioso.

Las tablas de búsqueda , sin embargo, enfrentan varios obstáculos fundamentales : por un lado, la tabla solo puede devolver un valor de la función en la misma condición de entrada para la que se calculó previamente, es decir, con el mismo argumento. J UST porque la tabla contiene el valor de sen (45°) no significa que conoce el valor de sen (22°). En una llamada de subrutina a una tabla de búsqueda, no es probable que el argumento de entrada coincida con sus argumentos disponibles, a menos que los dos se desarrollen conjuntamente para asegurar que emplean los mismos valores. Otro tema en el uso de búsqueda tablas es el problema de la ecuación rígida, la realización de alta - resolución de formas de onda de síntesis a través de lo largo de muchos ordenes de magnitud de la frecuencia. Por ejemplo, si una sinusoide 20 kHz (9th octava) se sintetiza utilizando métodos PWM con una precisión de 16 bits, la tasa de muestra requerido es (20,000 Hz) (162) = 1.310.726.000 Hz o aproximadamente 1,3 GHz. Si en la misma simulación, se agrega un patrón de excitación de infrasonido a 0.1Hz (-2nd octava) al acorde, el período del componente de onda de baja frecuencia es T = 1/f = 1/ (0,1 Hz) = 10 seg. Esto significa que para mantener la resolución requerida en la novena octava mientras se sintetiza una sola onda infrasónica de 10 segundos se requiere una tabla de (1,3GHz) (10sec) = 13 mil millones de puntos de datos. Una tabla de datos tan grande no solo requiere demasiado tiempo para la transferencia del controlador PBT al panel LED inteligente, sino que también requiere demasiada memoria.

Para resolver el problema de las cotizaciones rígidas mientras se aseguran los argumentos coincidentes entre las llamadas de subrutina y las tablas de búsqueda , un método inventivo que se describe en este documento utiliza primitivas de forma de onda periódicas predefinidas , como ondas sinusoidales o funciones lineales (escalares), combinadas con una serie de contadores. compartir una base numérica común, por ejemplo base 2. El término “primitivos” como se utiliza aquí significa tabular tiempo indepen dent descripción de una forma de onda - uno donde se describe la forma de onda usando argumentos especificados con relación al periodo de la función de T y no a tiempo absoluto . Por ejemplo, en funciones lineales como una onda de diente de sierra, ingresar un argumento rectilíneo (cartesiano) en la tabla de búsqueda devuelve un valor único. En una unidad lineal de diente de sierra que pasa de 0 a 1 durante un período T, la entrada p es sin unidad, donde al 25% de T la función "saw(p)" tiene un valor de 0,25, al 78% de T la función saw(p ) tiene un valor 0,78, etc. Para acomodar ciclos repetidos, es beneficioso expresar la entrada de argumento "p" usando la función de módulo MOD (argumento, límite) donde MOD(p, 1) para entradas positivas devuelve un valor acotado entre 0 y 1, es decir, el resto después de la división por el múltiplo entero más grande del límite. Por ejemplo MOD(0,78, 1) = 0,78, MOD (5,78, 1) = 0,78 y MOD (z.78, 1) = 0,78 para cualquier valor de z. Como tal, solo se requieren datos que cubran un período T para describir cualquier forma de onda repetida.

La misma función se aplica a las coordenadas polares. La evaluación de sin (MOD (0, 360 °)) produce una secuencia repetida de valores entre sin (0°) y sin(359,99... °). A 360° el ciclo completo se repite porque sin (MOD (360°, 360°)) = sin (0°). Tenga en cuenta que en el código real o en las hojas de cálculo, los argumentos de ángulo 0 de sin o cualquier otra función trigonométrica se expresan en radianes, no en grados, pero el principio de la función de módulo y su aplicación siguen siendo los mismos. U cantar la función de módulo de la manera descrita, el tamaño de un lookup mesa para cualquier función periódica puede estar limitado a un solo período de la reducción del tamaño de la tabla de forma espectacular. El número de pares de datos en cada tabla de búsqueda es, por tanto, igual a la resolución principal £ proporcionando una correspondencia uno a uno entre una entrada 0x a una tabla de búsqueda y su salida fx donde para cualquier octava x, la relación 0x = £x fx describe la transformación realizada por la llamada a la subrutina de la tabla de búsqueda .

Aunque estas primitivas de función comprenden una colección de estados independientes del tiempo que describen una función matemática, la síntesis de formas de onda requiere su combinación con osciladores que comprenden relojes digitales o analógicos para producir una forma de onda variable en el tiempo. Específicamente para funciones rectilíneas del período T, como el triángulo o las ondas de diente de sierra, el argumento x se puede expresar como x = t/T, y para ondas sinusoidales, cuerdas de ondas sinusoidales y otras funciones unitarias trigonométricas 0 = tf. En cualquier caso, se requiere una fuente de tiempo para transformar una forma de onda primitiva independiente del tiempo en una función variable en el tiempo. Una de estas implementaciones para generar un rango de fuentes de tiempo , representada algorítmicamente en la FIGURA. 48A, combina una serie de contadores digitales binarios (+ 2) 590 a 598 que generan diez frecuencias de reloj síncronas 0g a 00 partir de un reloj común, específicamente símbolo frecuencia de reloj 0sym tiene una frecuencia programable. Los relojes se utilizan luego para sintetizar funciones periódicas como ondas sinusoidales en el espectro de audio que tienen las frecuencias correspondientes fg en la novena octava hasta f⁰ en la octava cero y, según se desee, mezclarlas en varias combinaciones. Los mismos métodos, no mostrados, se pueden utilizar para generar infrasonidos, es decir, formas de onda oscilantes por debajo de 20 Hz, y también (siempre que se emplee un transductor adecuado) ultrasonidos que comprendan frecuencias superiores a 20 kHz.

Durante la síntesis, cada reloj se convierte en una forma de onda variable en el tiempo f (t) usando una tabla de búsqueda de la función periódica, por ejemplo, onda sinusoidal, cuerdas de onda sinusoidal, ondas triangulares, ondas de diente de sierra, etc. Cada reloj está emparejado con la forma de onda que crea, por ejemplo, 08 usa la tabla de búsqueda de onda sinusoidal 618 con resolución primitiva £8 para generar la frecuencia de onda sinusoidal f8, 03 usa la tabla de búsqueda de onda sinusoidal 613 con resolución primitiva ^£3 para generar la onda sinusoidal frecuencia f³ y ^{0 1} usa la tabla de búsqueda de onda sinusoidal 611 con resolución primitiva ^£1 para generar la frecuencia de onda sinusoidal 0 , donde

f8 = 08 / £8

f3 = 03 / ^£3

f1 = 01 / £1

y en general fx = 0x / £x. Entonces, en funcionamiento , el procesador 552 de primitivas de implementación de suma de formas de onda de 10 octavas usa nueve contadores binarios 598 a 590 para generar diez frecuencias de reloj que comprenden la entrada 09 = 0sym y los relojes 08 a ^{0 0} para impulsar las tablas de búsqueda de ondas sinusoidales correspondientes 619 a 610 para sintetizar ondas sinusoidales f⁹ a f⁰.

El proceso de mezcla implica seleccionar varias combinaciones de ondas sinusoidales utilizando conmutadores de datos de octava 609 a 600, mezclando los componentes de onda sinusoidal seleccionados en un nodo sumador de mezclador digital 630 donde los componentes se ponderan en porcentajes variables mediante amplificadores de ganancia digital 620 a 629. La suma combinada se escala mediante la función de rango automático 631 en el rango de 0,000 a 1,000. Aunque el procesador primitivas se puede implementar en hardware o con hardware controlado firmware, la función puede ser emulado por completo el uso de software donde mezclador 630 se ejecuta digitalmente usando adición binaria, y la función de rango automático 631 se puede realizar utilizando las matemáticas binarias de ejecución uno de varios algoritmos de división (https://en.wikipedia.org/wiki/Division_algorithm). Para evitar la realización de operaciones innecesarias, primitives- procesador 552 sólo ejecuta las operaciones en sele Cted octava interruptores 600-609.

Usando el método mostrado en la FIGURA. 48A y descrito anteriormente, la ejecución primitivas en el procesador 552 realiza la amplia anchura de banda de forma de onda de síntesis y acorde edificio de más de tres décadas de la frecuencia , es decir octavas diez, que abarcan una gama de frecuencias de 20 Hz a 20.000 Hz , utilizando solamente las operaciones de búsqueda tabla s y una serie de contadores. El método descrito es computacionalmente eficiente y requiere un mínimo de memoria o potencia de cálculo para ejecutarse y, a diferencia del generador de funciones unitarias 551 de la FIGURA. 44, no implica una evaluación en tiempo real de series de potencias . Una característica clave del sintetizador en la generación de formas de onda algorítmicas de ancho de banda amplio es el papel de la operación del contador. Juntos, los contadores 599 a 500 generan diez octavas de frecuencias de reloj que se utilizan como entradas que alimentan las tablas de búsqueda correspondientes 619 a 610. Debido a que cada octava es alimentada por su propia frecuencia de reloj específica, el número de puntos en la tabla correspondiente y la memoria requerida para realizar la La tabla está limitada a la precisión requerida de esa octava específica y no involucra datos usados en otras bandas de frecuencia. De esta manera, la combinación descrita de contadores y de búsqueda de tablas de superar s el mencionado problema de la ecuación rígido. Para minimizar aún más la intensidad computacional y evitar cálculos innecesarios, las llamadas a subrutinas de tablas de búsqueda se limitan solo a las tablas seleccionadas por los interruptores de octava .

Para evitar el aliasing y las distorsiones por desplazamiento de fase, la cascada del contador 698 a 590 se sincroniza con un reloj común llamado velocidad de símbolo 0 salida sym del sintonizador (contador) 599. Por conveniencia, la velocidad de símbolo is sym es equivalente a la señal de reloj ⁹ para síntesis de forma de onda de novena octava, pero esta relación es arbitraria. Cualquier tasa de símbolo superior a la resolución PWM de la frecuencia sintetizada más alta, donde 0sym s £sym fmax será suficiente. La cascada de contador se puede realizar mediante hardware o software. Aunque se puede utilizar un contador de ondulación, se prefiere un contador síncrono para evitar el cambio de fase del reloj. Un contador de ondulación es una cascada de contador donde la salida de cada etapa del contador está disponible instantáneamente al mismo tiempo que se ingresa a la siguiente etapa. Debido al retardo de propagación a través de cada etapa del contador, las salidas de los relojes de frecuencia más alta cambian de estado antes que los relojes de frecuencia más baja. Por lo tanto, el estado cambia "rizado s " hacia abajo en la cascada, donde el primer reloj ^{0 9} cambia de estado, seguido un momento después por 08 y luego ^{0 7} , 06, ^{0 5} , etc. ondulando como una ola que atraviesa la superficie de un estanque.

Por el contrario, un contador síncrono funciona sincrónicamente , donde aunque el contador digital tarda en ondular a través de la cadena del contador, las salidas solo cambian al mismo tiempo que un pulso de reloj de sincronización. De esta manera, la ondulación de la señal a través de la contra cascada es invisible para el usuario. Más específicamente, ya sea implementado en hardware o en software, un contador síncrono funciona como un contador de ondas pero con un flip-flop tipo D [https://en.wikipedia.org/wiki/Flipflop_(electronics)] salidas bloqueadas. El flip-flop D retiene su estado anterior hasta que se habilita mediante una señal de enclavamiento con la tabla de verdad correspondiente , es decir, el estado alto o bajo de la entrada de datos se copia a la salida del enclavamiento solo cuando el reloj de sincronización sube, después de lo cual el reloj de sincronización puede volver bajo y la salida del flip flop permanecerá bloqueada en cualquier estado en la entrada D en el momento del último pulso del reloj de sincronización hasta que se produzca el siguiente pulso de sincronización. Durante ese intervalo entre pulsos de reloj, la salida de cada etapa del contador puede cambiar sin que la transición aparezca en la salida del contador. Para evitar el desorden en el esquema, los contadores 599 a 590 pueden representar un contador síncrono sin explícita de picting la D del flip-flop picaporte o un ny sincronización entrada de reloj. Para asegurar que las transiciones de reloj se ondulen completamente a través de la cascada de contador antes de actualizar el estado de las salidas de reloj ^{0 9} a ^{0 0} , el pulso de reloj de sincronización se deriva de la transición de estado del reloj de frecuencia sintetizada más baja, en este ejemplo representado como ^{0 0}.

La velocidad de símbolo 0sym alimenta la cascada del contador se genera a partir de la frecuencia de reloj del sistema 0sys utilizando un “sintonizador” de contador programable 599. La frecuencia de reloj de símbolo 0sys se genera para producir una frecuencia de salida máxima fmax a una resolución £sym. El valor de la resolución primitiva £sym es una entrada programable al sintonizador 599 que puede cambiarse dependiendo de la síntesis de forma de onda que se esté realizando. La variable numérica £sym, a la que aquí se hace referencia como " resolución de símbolo primitivo " se define como la resolución de la frecuencia sintetizada más alta donde £sym = 0sym / fmax tiene un valor que puede oscilar entre 24 y 65.536 dependiendo de la precisión de síntesis requerida. Por ejemplo, seleccionar £sym = 96 en la síntesis de onda sinusoidal significa que p o la onda sinusoidal de tono más alto del sintetizador está relacionada con la frecuencia del reloj del símbolo por la relación 0sym = £sym fmax = 96 fmax donde 90 ° de arco usa 24 puntos, un punto cada 3,75 °. En operación s rocedimien t uner 599 produce el entero cascada de frecuencias derivadas de y sintonizados con el reloj de símbolo 0sym tasa. La resolución del £sym no necesita coincidir con la resolución de las tablas de búsqueda de octavas inferiores . Se pueden emplear diferentes niveles de precisión £x para las tablas de búsqueda 619 a 600 o, alternativamente, se puede emplear la misma tabla de búsqueda de precisión para generar algunos o todos los componentes de frecuencia requeridos. Alternativamente, se puede usar la misma tabla de búsqueda para cada onda sinusoidal generada. En tales casos, cada frecuencia de onda sinusoidal f x tiene una precisión idéntica £⁹ = £s = £⁷... £¹ = £⁰.

Debido a que toda la cascada del contador se maneja desde una frecuencia de reloj de símbolo común 0sym la relación de frecuencia exacta de las formas de onda sintetizadas se define con precisión por la frecuencia del contador 0x y la resolución de la tabla de búsqueda correspondiente Sx. Aunque esta relación se muestra usando contadores binarios (dividir por 2 ) , no hay restricción en cuanto a cuál puede ser el divisor del contador. Es conveniente dividir por dos porque equivale a reducir a la mitad la frecuencia, equivalente en escalas musicales a una octava o doce semitonos. Sin embargo, los contadores pueden utilizar cualquier combinación en cascada de contadores, cada uno con diferentes divisores. Alternativamente, se pueden emplear contadores programables, donde el conteo se carga en el contador . Además, dado que los contadores operan a velocidades de reloj fijas y completan un período de oscilación completo en cada points x puntos de datos, es decir, un ciclo completo de una tabla de búsqueda , entonces se conoce con precisión el tiempo relativo y la fase de dos funciones periódicas cualesquiera . Dado, por ejemplo, dos ondas sinusoidales que tienen frecuencias fx y fy donde

fx = 4>x / Sx

fy = 0y / Sy

entonces la relación de frecuencia de las formas de onda viene dada por

f x _ ^ x K y

fy ^ y K x

Esta relación es ilustrativa de que el escalado de frecuencia se puede realizar cambiando el reloj 0x o cambiando la resolución Sx de la tabla de búsqueda. Por ejemplo, si presentar una resolución constante de búsqueda se utiliza cuando Sx = Sy = 24, entonces la relación de frecuencias fx/fy de las ondas sinusoidales sintetizados depende sólo de la relación de velocidades de reloj 0x/ Oy

En tales casos, una relación de frecuencia de reloj 0x/ Oy = 4, los resultados en dos de onda sinusoidal de la misma nota pero dos octavas de diferencia, por ejemplo, la nota musical A en 1760 Hz en la 6th octava y la nota musical A en 440Hz en la 43 octava . FIGURA. 48B ilustra una onda dual sine ejemplo sumando donde sólo el 6 ° y 4 ° conmuta octava 606 y 604 están habilitados y se utiliza para acceder a los datos en las tablas de onda sinusoidal de búsqueda 616 y 614 cada forma de onda que tiene una resolución primitiva £ 6 = £ ⁴ = 24. Las salidas se amplificaron b ganancia digital y amplificadores 626 y 624 a continuación se mezclaron en nodo de suma digital de 630 para producir una mezcla ed forma de onda de salida. En funcionamiento, el sintonizador (contador) 599 genera reloj de símbolo 0 sym desde el reloj del sistema 0 sys . La cascada de ^2 contadores 598, 597, y 596 divide el símbolo de reloj 0sym para producir ⁶ th reloj octava 06 y por los contadores 595 y 594 para generar 4th reloj octava 04.

El acorde de 2 ondas sinusoidales resultante viene dado por la suma

g(t) = 0,5 0,5[Aa sin (f⁶ t) A⁴ sin f t)] = 0,5+0,5[Aa sin (0sym t/192) A⁴ sin (0sym t/768)]

El multiplicador 0,5 0,5 [expresión periódica] se usa para asustar la magnitud máxima de la onda sinusoidal de ±0.0 a ± 0,5 centrada en un valor promedio cero. El sumador 0,5 desplaza la curva hacia arriba en 0,5 para abarcar un rango positivo entre 0,000 y 1,000. Por permitiendo octava conmutador 601 como se muestra en la FIGURA. 48C, los componentes de la tabla de búsqueda 611 impulsada por el reloj ^{0 1} se agregan al acorde. Reloj ^{0 1} se genera a partir del reloj ^{0 4} utilizando los contadores 593, 592, y 591. El agregado 1 st componente de frecuencia de octava está dada por

y el acorde de 3 ondas sinusoidales resultante viene dado por la suma

g(t) = 0,5+0,5[A6 sin f t) A⁴ sin f t) A¹ sin ( f t)] = 0,5+0.5[A6 sin (0sym t/192) A⁴ sin (0sym t/768) A ¹ sin (0sym t/6144)]

Como se describe, el método de síntesis anterior utiliza una única forma de onda primitiva para generar simultáneamente dos o tres cuerdas de onda sinusoidal.

Los detalles adicionales del funcionamiento del procesador de primitivas se ilustran en la síntesis de un solo acorde primitivo ilustrado en la FIGURA. 49. Como se muestra, el sintonizador 599 comprende dos contadores: los contadores de reloj del sistema 640 y el contador de bloqueo del símbolo c 641. El contador de reloj del sistema es un contador que convierte el reloj del sistema pC que tiene una frecuencia 0sys en una frecuencia de reloj de referencia 0ref a una frecuencia fija conveniente (por ejemplo, 5 MHz). El contador de reloj de símbolo luego convierte 0ref a la frecuencia de reloj de símbolo 0sym usado para definir la frecuencia de referencia de la cascada de contador para la síntesis sinusoidal. En el ejemplo mostrado, los contadores 598 a 593 comprenden contadores binarios, que generan múltiples frecuencias sinusoidales cada una de las cuales se separa una octava, como se describe en la tabla anterior. Inspeccione más a fondo las revelaciones de iones en busca de una cascada de contador binario :

• La frecuencia de reloj 0x en cada octava es un múltiplo de 2 de la frecuencia de símbolo 0sym.

• La frecuencia fx de cada octava es un múltiplo de 2 de la frecuencia máxima sintetizada fmax que es, sin limitación, que se ilustra en el 9th octava de la escala musical.

• La relación entre la frecuencia de reloj de símbolo 0sym y la frecuencia máxima sintetizada fmax está determinada por £sym, la resolución de la forma de onda de frecuencia más alta sintetizada. El producto multiplicativo fmax £sym = 0sym establece la frecuencia de reloj más alta en la cascada del contador.

• La relación entre la frecuencia de reloj del símbolo 0x y la frecuencia sintetizada fx en cada octava x está determinada por £x la resolución primitiva de la forma de onda en esa octava.

Puesto que todas las relaciones entre las velocidades de reloj y frecuencias en una sola cascada de contador binario primitivo comprender proporciones precisas a otras frecuencias presentes en t él procesador primitiva, el establecimiento de la frecuencia y la resolución de cualquier uno sintetizado de forma de onda de la frecuencia fx y x automáticamente determina la frecuencia de cada frecuencia y reloj sintetizados en toda la cascada del contador, incluida la velocidad de símbolo 0sym y la frecuencia máxima fmax. La escala de frecuencia del proceso de primitivas se resume en la siguiente tabla:

A este respecto, el procesador primitivo revelado representa un sistema "afinado" en el que todo el sintetizador de varias octavas se establece en una sola frecuencia de "tecla" análoga a afinar un instrumento musical monofónico en una sola nota o tecla, por ejemplo, un instrumento afinado en la clave de A. Por esta razón, el funcionamiento del contador de reloj de símbolos 641 se establece mediante dos parámetros, a saber, selección de la tecla fkey 642 y la tabla de búsqueda 645 que tiene una resolución primitiva $sym. Como se muestra, la tabla de búsqueda 645, almacenada en la memoria volátil o no volátil dentro de la almohadilla LED, se selecciona mediante algún identificador como el código hexadecimal 643, o algún código binario equivalente 644 del mismo.

Dado que todo el sintetizador está sintonizado en múltiplos de octava, la elección de la entrada 642 de selección de la fkey es arbitraria. Para mayor comodidad, la sintonización digital se puede basar de acuerdo con los estándares internacionales de frecuencias para el tono. Por ejemplo, el tono "A" por encima del C medio en la cuarta octava tiene una frecuencia de 440 Hz. Este tono de 440 Hz se considera el estándar de afinación general para el tono musical [https://en.wikipedia.org/wiki/A440_(pitch_standard)]. Conocido como A440, A⁴ o el campo de Stuttgart, la Organización Internacional de Normalización lo clasifica como ISO-16. La adaptación de este standar d para la primitiva procesador, el sintetizador se describe está sintonizado a una tecla específica por s eligen una nota o frecuencia en la cuarta octava.

Específicamente, la entrada " key select" 642 establece la nota o frecuencia en la ⁴³ octava a la que se sintoniza todo el sintetizador. Si la se elige la frecuencia máxima sintetizada estar en el 9th octava del espectro de audio y arbitrariamente seleccionamos el 4th octava como el rango de entrada de frecuencia para sintonizar el sintetizador, entonces el 9 ° octava y la cuarta octava difieren en 5th octavas. Dado que 25 = 32, significa que fmax = f⁹ = 32f4 y ajuste de acuerdo con la tecla seleccione 642 la frecuencia máxima fmax = 32fkey . Dado 0sym = £sym fmax entonces 0sym = £sym (32fkey). Por ejemplo, s etting " tecla de selección ” a 440 Hz (A estándar por encima de C media) donde f⁴ = 440Hz y donde fmax = 32 fkey = 32(440Hz) = 14,080 Hz escala automáticamente todo el espectro de frecuencias sintetizadas disponibles hasta que f⁹ = 14,080 Hz, f8 = 7,040 Hz, fr = 3,520 Hz, fa = 1,760 Hz, f⁵ = 880 Hz, f⁴ = 4400 Hz, f³ = 220 Hz, f² = 110 Hz, fi = 55 Hz, f⁰ = 22.5 Hz, and f-i = 11.25 Hz. Si la tecla fkey se establece en D media, todas las frecuencias sintetizadas fx también serán múltiplos de D. O si la fkey se establece en A# central , todas las frecuencias sintetizadas binarias también serán múltiplos de A#. La síntesis de ondas sinusoidales distintas de los múltiplos de octava se discutirá más adelante en esta descripción.

Haciendo referencia nuevamente a la implementación del procesador primitivo de la FIGURA. 49, la tabla de búsqueda 645 comprende una n descripción primitiva ejemplar de una onda sinusoidal con una resolución de 24 puntos. Esta descripción primitiva tabular de una onda sin e es independiente del tiempo, y se basa únicamente en el argumento sin de sin(0) como entrada. Después de seleccionar la tecla fkey del procesador primitivo con la tecla, seleccione 642, por ejemplo, para que sea 440Hz, y la resolución £sym se establece seleccionando la tabla de formas de onda de primitivas 645 para que sea £sym = 24, luego la frecuencia de reloj del símbolo 0sym y el período correspondiente Tsym está dado por

Osym = Ssym (32fkey) = 24(32)(440 Hz) = 337,920 Hz,

Tsym = 1/ Osym = 1/(337,920 Hz) = 2.96 qs

Esta tasa de símbolo corresponde a una frecuencia máxima sintetizada fmax en la novena octava donde fmax = f⁹ = 0sym/£sym = (337.920 Hz)/24 = 14,080 Hz con un período correspondiente T⁹ = 1/f9 = 71.02 qs qs que también es equivalente a Tsym £sym = (2,9592... qs)(24) = 71.02 qs.

Al establecer una referencia de tiempo utilizada en la cascada del contador binario , la tabla de primitivas de seno independiente del tiempo 645 se transforma en una descripción basada en el tiempo de la función 646a, específicamente g(t). El mismo símbolo de reloj del reloj 0sym es la base de tiempo para la generación de relojes 06 y ^{0 4} usado para sintetizar 6th y 4th octava sinusoides 647a y 648a, específicamente

06 = 0sym /8 = (337,920 Hz)/8 = 42,240 Hz, having a period 1/06 = 1/(42,240 Hz) =23.67 qs

04 = 0sym /32 = (337,920 Hz)/32 = 10,560 Hz having a period 1/04 = 1/(10,560 Hz) = 94.79 qs

Estos relojes se utilizan para sintetizar dos ondas sinusoidales síncronas que tienen frecuencias f⁶ y f⁴ con las siguientes frecuencias

f⁶ = 06^6 = (42,240 Hz)/24 = 1,760 Hz with a corresponding period T⁶ = 1/f6 = 568 ps f⁴ = ^{0 4 ^ 4} = (10,560 Hz)/24 = 440 Hz with a corresponding period T⁴ = 1 f = 2,273 ps

De la manera prescrita , las ondas sinusoidales de igual resolución pero de diferente frecuencia se pueden sintetizar con un reloj común y una única forma de onda primitiva. En otras palabras, la tabla primitiva establece la forma de la onda mientras que la resolución £ y los relojes contadores determinan las frecuencias de las ondas sinusoidales generadas. La siguiente tabla ejemplar muestra la relación entre el argumento de la función sinusoidal ⁰ medida en grados (o en radianes), la función de onda sinusoidal unitaria normalizada 0,5 0,5sin(0), y los tiempos correspondientes a los estados de las sinusoides que oscilan a frecuencias fmax en la novena octava, f⁶ en la sexta octava y f⁴ en la cuarta octava.

Aunque la tabla revela un patrón detallado entre 0° y 90°, en aras de la brevedad, las descripciones detalladas de 15° de los otros tres cuadrantes son redundantes y se han excluido ( debido a que la sinusoide es una función simétrica, los cuatro cuadrantes se pueden construir a partir de la datos de un cuadrante). El tiempo requerido para completar el ciclo de 360° de una onda sinusoidal, es decir, el período T, depende de la frecuencia de la onda sinusoidal. Por ejemplo, de acuerdo con los cálculos anteriores, las ondas sinusoidales que tienen frecuencias f⁹ , f⁶ , and f⁴ comprenden períodos de 71 ps, 568 ps y 2273 ps respectivamente . Específicamente el valor de la función 0,5 0,5sin (0) = 1 cuando el argumento 0 = 90° = n / 2. El período de la onda sinusoidal T ocurre cuatro veces esta duración, cuando 0 = 360° = 2n. Por ejemplo, una onda sinusoidal de sexta octava sintonizada en la clave de A requiere 142 ps para completar un cuarto de su ciclo, por lo que su período es T⁶ = 4(142.05) = 569.2 ps.

FIGURA. 50 ilustra la síntesis de acordes descrita combinando dos ondas sinusoidales usando una sola primitiva de forma de onda, utilizando relojes generados a partir de un contador en cascada binario , la primitiva de forma de onda basada en el tiempo independiente del tiempo , en este ejemplo con una resolución £sym = £x = 24 (no se muestra ), se transforma en tablas de ondas sinusoidales basadas en el tiempo 647 y 648 en una clave de D que comprende frecuencias de f⁶ = 1,168 Hz y f⁴ = 292 respectivamente. Las ondas sinusoidales componentes son entonces aumentan o disminuyen en amplitud por ganancia digital amplificadores 626 y 624 que tienen ganancia multiplicadores A⁶ y A⁴ realizado aritméticamente usando operaciones de multiplicación digitales. Luego, las dos ondas sinusoidales se mezclan mediante el nodo sumador digital 630 para producir la suma g (t) donde ...

g(t) = A⁶ [0.5 0.5 sin(f⁶ t)] A⁴ [0.5 0.5 sin(f⁴ t)]

= 0.5[A⁶ + A4] 0.5 [A6 sin(f⁶ t) A4 sin(f⁴ t)]

El uso de un promedio ponderado con un divisor (A⁶ + A⁴ ) produce...

Durante promedio, el término [A⁶ + A⁴ ] no afecta al 0,5 compensado porque que aparece tanto en el numerador y el denominador de la fracción de la modificación del valor medio de la función. El segundo propósito de la función de rango automático , es decir, maximizar el componente seno por A a a escala completa, de hecho cambia el promedio de la función. Para evitar cambiar el valor promedio de 0,5, la función de rango automático descrita en este documento usa un factor de corrección aditivo 0.5 (1- Aa)

Auto Range [g(t)] = 0.5 ^0.5Aa [A f⁶ t) A⁴ sin(f

[A6+A4] ⁶ sin( ⁴ t)]

= A 0.5 ^0.5 [A Aa)

[A6+A4] ⁶ sin(f⁶ t) A⁴ sin(f⁴ t)] (0.5 - 0.5

0.5A,

OT [A sin(f t)] 0.5(1 - Aa) [A6+A4] ^{6 6} t) A⁴ sin(f⁴

= A g(t) 0.5(1-A a )

[A6 A4]

Como se describe, la suma g(t) se escala mediante la función de rango automático 631 mediante el escalar [Aa / (A⁶ + A⁴ )] que realiza un promedio ponderado de los componentes de la onda sinusoidal junto con la multiplicación digital por el factor de ganancia Aa. La forma de onda resultante variable en el tiempo f(t) 553 que se muestra en forma tabular 649 describe un acorde 655 de dos ondas sinusoidales de frecuencias f⁶ y f⁴ que tienen un valor promedio de 0,5 y la capacidad de maximizar la amplitud de la función periódica en el rango de 0,000 a 1,000 sin recorte de señal ni distorsión. El generador 555 de PWM procesa entonces f(t) mediante la transformación PWM 0 ^p [f(t)] produciendo datos 488 de salida de sintetizador que comprenden una cadena 499 de datos PWM, denominada sintetizador Gsynth (t). A diferencia de f (t) que es analógico, el sintetizador Gsynth (t) es digital en amplitud y cambia entre un estado ⁰ (bajo) y ¹ (alto) como una serie secuencial de pulsos, incorporando información analógica en sus anchos de pulso variables.

Un problema que surge del método de síntesis divulgado es el ruido de cuantificación. Aunque ninguna onda sinusoidal única no sufre este problema, cuando se agregan dos o más ondas sinusoidales, el ruido aparece en la forma de onda. Este origen del ruido se ilustra en la FIGURA. 51A, donde se utiliza una cascada de contadores binarios 596 a 593 para producir tres relojes 06, ^{0 5} , ^{0 4} , cada uno con la mitad de la frecuencia de su entrada. Usando una resolución primitiva fija de £ = 24, las ondas sinusoidales resultantes de frecuencias f⁶, f⁵ , y f⁴ se muestran en forma tabular en la tabla de datos 651. La inspección revela que aunque los datos para la frecuencia f⁶ tienen una única- a una correspondencia con la hora del reloj ^{0 6} , las otras frecuencias no cambian tan rápidamente. Por ejemplo, tanto para t = 0,1727 como para t = 0.1784, el valor de los datos de la onda sinusoidal f⁵ permanece constante en 0,7500 aunque la onda sinusoidal f⁶ cambie. De manera similar, para la onda sinusoidal de frecuencia más baja f⁴, la salida de datos durante el intervalo de t = 0,1427 a 0,2497 permanece constante en 0,6294, aunque los datos f⁶ cambian cuatro veces.

El impacto de usar una primitiva de resolución fija con diferentes velocidades de reloj se muestra en la FIGURA. 51 B, donde durante un intervalo de tiempo fijo se contrastan una variedad de curvas. Durante el tiempo que se muestra, la onda sinusoidal de frecuencia f⁶ que se muestra en el gráfico 652 no presenta ruido de digitalización. En contraste, la onda sinusoidal de frecuencia f ⁵ generada por 06 /2£ mostrada en el gráfico 653 exhibe un grado de ruido pequeño pero notable. La onda sinusoidal f ⁴ del gráfico 654 dos octavas por debajo de f⁶ , es decir, donde f⁴ = 06 / 4£ en £ = 24, muestra un ruido sustancial. El problema del ruido se manifiesta en la cuerda de dos senos del gráfico 655 que combina f⁶ y f⁵ y aún más exagerado en el gráfico 656 que ilustra la suma sinusoidal de las frecuencias f⁵ y f⁴.

Una solución a este problema se ilustra en la FIGURA. 52 A donde tres frecuencias diferentes f6 , f⁵ y f⁴ se generan a partir de una frecuencia de reloj común 06 . En lugar de escalar la frecuencia del reloj, se escala la resolución, utilizando primitivas de mayor resolución para generar frecuencias sinusoidales más bajas. Specifically en tabla de consulta 616, £6 = 24 mientras que en tabla de consulta 615 la resolución primitiva se duplica a ^£5 = 2£6 = 48 y de manera similar ^£4 = 4£6 = 96 en tabla de consulta 614. Las formas de onda resultantes tienen frecuencias

f6 = 06 /£6

f5 = 06 /£5 = 06 /(2£6)

f4 = 06 /£4 = 06 /(4£6)

Como tales, las frecuencias sinusoidales f6, f⁵ y f⁴ generadas a partir de un reloj común 06 son todos factores de dos entre sí como se muestra en la tabla 661. De esta manera, los pasos de tiempo son constantes para todas las frecuencias generadas. Las curvas resultantes mostradas en la FIGURA. 52B, incluidas las ondas sinusoidales 662, 623 y 624, así como los acordes 665 y 666, no muestran signos de errores de cuantificación a esta resolución. La relación de frecuencia de dos ondas sinusoidales cualesquiera que utilicen este método sigue siendo precisa porque los criterios previamente definidos

se mantiene cuando 0x = 0y.

Este método, denominado en el presente documento sumatoria primitiva escalada 660 se contrasta con una única suma primitiva 650 para un acorde que mezcla tres ondas sinusoidales sintetizadas en la FIGURA. 52C. En el diagrama de bloques de una sola suma primitiva 650, el aspecto de onda sinusoidal mesas 616, 615 y 614 son idénticos en su resolución £ = 24 pero son alimentados por tres relojes diferentes 06, 05 = 06/2, and 04 = 0 6/4, generado a partir de un contador de cascada binario. Un gráfico de tiempo del acorde 659 resultante muestra un ruido de digitalización significativo. En contraste, la suma primitiva escalada 660 emplea un reloj común 06 para manejar tres tablas de búsqueda de resolución diferentes 616, 615 y 614 con resoluciones crecientes £ x = 24, 48 y 96 para x = 6, 5 y 4 en el orden correspondiente . La forma de onda resultante 669 no muestra signos de ruido de digitalización a esta resolución.

Para limitar el tamaño máximo de las tablas de consulta primitivas, el espectro de audio se puede dividir en bandas, por ejemplo, escalas superior, media e inferior y también una banda infrasónica (es decir, por debajo de 20 Hz) para octavas cero y negativas. Tal enfoque se emplea en el diagrama de bloques de síntesis primitiva escalada de cuatro rangos que se muestra en la FIGURA. 53. En este procesador primitivo ejemplar, el sintonizador 599 incluye el contador de reloj del sistema 640 y el contador de reloj de símbolos 641 que convierte el reloj del sistema 0 sys en una frecuencia de referencia fija 0 ref, por ejemplo, 5 MHz, y donde el contador de símbolos produce una frecuencia de reloj donde 0 sym está definido por el ratio 0 sym/0 ref = (32£fkey) / (5 MHz) de acuerdo con la entrada de selección de tecla 642, una nota o tecla en la cuarta octava. En la cascada de contadores que comprende el sintonizador 590, y tres contadores de división por 8672, 673 y 674, se cogeneran cuatro frecuencias para producir los relojes 0 sym, 06 = 0 sym/8, 03 = 0 sym/64, and 00 = 0 sym/512. Aunque los contadores 672 a 6734 comprenden cada uno un contador en cascada binario de tres etapas , en aras de la brevedad se han representado como contadores simples ^8.

El reloj de frecuencia más alta de la cascada, el símbolo del reloj 0 sym, se utiliza para sintetizar ondas sinusoidales en cuatro bandas. En la banda superior 0 sym se usa para generar ondas sinusoidales f ⁹ , f8 y f ⁷ de acuerdo con los selectores 609, 608 y 607 respectivamente. Si se habilita un interruptor selector, el pulso de reloj para 0 sym se pasa a la tabla de búsqueda de onda sinusoidal correspondiente 699, 698 o 697 para producir ondas sinusoidales f ⁹ , f8 y f ⁷ según se desee.

Específicamente, la onda sinusoidal 699 con resolución £ ⁹ = 24, si está habilitada, produce una onda sinusoidal f ⁹ con una frecuencia f ⁹ = 0 sym / £ ⁹ . Esta onda sinusoidal tiene una frecuencia de 32 veces la fkey seleccionar la frecuencia de clave y 1/24th de la frecuencia símbolo 0 sym. En la misma escala superior, la onda sinusoidal 698 con resolución £8 = 48, si está habilitada, produce una onda sinusoidal f8 con una frecuencia f8 = 0 sym / £8 = 0 sym / (2 £ ⁹ ). Esta onda sinusoidal tiene una frecuencia de 16 veces la fkey seleccionar la frecuencia de clave y 1/48th de la frecuencia símbolo 0 sym. De manera similar, la onda sinusoidal 697 con resolución £ ⁷ = 96, si está habilitada, produce una onda sinusoidal f ⁷ con una frecuencia f ⁷ = 0 sym /£ ⁷ = 0 sym /(4 £ ⁹ ). Esta onda sinusoidal tiene una frecuencia de 8 veces la fkey seleccionar la frecuencia de clave y 1/96th de la frecuencia símbolo 0sym. Debido a que la generación de sinusoides con frecuencias f⁹, f8 y f⁷ proviene de la misma frecuencia de reloj 0sym su síntesis de forma de onda emplea los mismos incrementos de tiempo, evitando así el problema mencionado anteriormente del error de digitalización dentro de la escala superior .

El mismo reloj 0sym está también dividida por 8 en el contador 672 para producir un reloj de tasa de frecuencia más baja 06 utilizado para la síntesis de sinusoide de f6 , f⁵ , y f⁴ en la escala de rango medio. Si un interruptor selector de ny 606, 605 y 604 está habilitado, el pulso de reloj que comprende 06 = 0sym /8 se pasa a la tabla de búsqueda de onda sinusoidal correspondiente 696, 695 o 694 para producir ondas sinusoidales f6, f⁵ , y f⁴ como se desee. Específicamente, la onda sinusoidal 696 con resolución £6 = 24, si está habilitada, produce una onda sinusoidal f6 con una frecuencia f6 = 06 /£s = 0sym /(8£6). Esta si onda ne tiene una frecuencia cuatro veces la fkey seleccionar la frecuencia de llave y 1/192nd de la frecuencia símbolo 0sym. En la misma escala media, la onda sinusoidal 695 con resolución £⁵ = 48, si está habilitada, produce una onda sinusoidal f ⁵ con una frecuencia f⁵ = 06 /£⁵ = 0sym /(16£6). T su onda sinusoidal tiene una frecuencia de 2 veces las fkey de selección de la frecuencia fundamental y 1/384th de la frecuencia de símbolo 0sym. De manera similar, la onda sinusoidal 694 con resolución £⁴ = 96, si está habilitada, produce una onda sinusoidal f⁴ con una frecuencia f⁴ = 06 /£⁴ = 0sym /(32 £6). Esta onda sinusoidal tiene una frecuencia igual a la frecuencia de selección de la fkey y 1/768th de la frecuencia del símbolo 0sym. Debido a que la generación de sinusoides con frecuencias f6, f⁵ y f⁴ proviene de la misma frecuencia de reloj 06 = 0sym /8, la síntesis de forma de onda emplea los mismos incrementos de tiempo, por lo que dentro de la escala media se evita el problema mencionado anteriormente del error de digitalización.

Para generar la sinusoide f³ , f² , y f¹ en la escala inferior, el reloj 06 se divide por 8 en el contador 673 para producir un reloj de frecuencia más baja 03. Si cualquier interruptor selector 603, 602 y 601 está habilitado, el pulso de reloj que comprende 03 = 0sym /64 se pasa a la tabla de búsqueda de onda sinusoidal correspondiente 693, 692 o 691 para producir ondas sinusoidales f³ , f² y 0 como se desee. Específicamente, la onda sinusoidal 693 con resolución £³ = 24, si está habilitada, produce una onda sinusoidal f ³ con una frecuencia f³ = 03 /£³ = 0sym /(64£^í). Esta onda sinusoidal tiene una frecuencia f³ de 1/2th de la frecuencia de selección de la tecla fkey y 1/1536th de la frecuencia de símbolo 0sym. En la misma escala inferior, la onda sinusoidal 692 con resolución £² = 48, si está habilitada, produce una onda sinusoidal f² con una frecuencia f² = 03/£2 = 0sym/(128£3). Esta onda sinusoidal tiene una frecuencia de 1/4th la fkey tecla de selección de frecuencia y 1/3.072th de la frecuencia símbolo 0sym De manera similar, la onda sinusoidal 691 con resolución £¹ = 96, si está habilitada, produce 1/8th sinusoidal 0 con una frecuencia 0 = 03 /£ = 0sym/(256 £³). Esta onda sinusoidal tiene una frecuencia de 1/8th la fkey tecla de selección de frecuencia y 1/6.144th de la frecuencia símbolo 0sym. Debido a que la generación de sinusoides con frecuencias f³ , f² y 0

¹ proviene de la misma frecuencia de reloj 03 = 0sym /64, la síntesis de forma de onda emplea los mismos incrementos de tiempo, por lo que dentro de la escala inferior se evita el problema mencionado anteriormente del error de digitalización.

La contra cascada también se puede utilizar para generar una excitación infrasónica de los LED, es decir, ondas sinusoidales con frecuencias inferiores a 20 Hz. Como se muestra, la salida del contador de division-por-8674 que tiene una frecuencia de reloj 00 = 0sym /512, si se elige con el selector 600 produce una onda sinusoidal f ⁰ con una resolución £⁰ = 24 donde la frecuencia generada está dada por f⁰ = 00 / £⁰ = 0sym / (512^). Utilizando los principios anteriores, el concepto de escalado se puede ampliar para producir dos frecuencias infrasónicas más bajas f^-1 y f^-2 (según se desee) al incluir dos tablas de búsqueda sinusoidal adicionales con resoluciones respectivas 48 y 96 impulsadas por el reloj 00.

En la discusión anterior, el uso de incrementos de tiempo que comprenden intervalos constantes minimiza el ruido de cuantificación, pero requiere tablas de consulta de mayor resolución y mayor resolución que aumentan la capacidad de memoria requerida dentro de una almohadilla LED.

Siempre que una tabla de búsqueda tenga el número requerido de puntos de datos, se puede usar una sola tabla para generar múltiples octavas de datos a partir de un solo reloj. Por ejemplo, se puede usar una tabla de 24.576 puntos para sintetizar ondas sinusoidales que abarcan 11 octavas con una precisión de ángulo de 0.0146484375° por punto de datos. La combinación de un 337.920 Hz reloj con una tabla primitivo universal de 11 octava , las frecuencias pueden ser generadas , por ejemplo, en el key-de-A que van desde f⁹ = 0sym/£sym = 14.080 Hz en el 9th octava abajo a 13,75 Hz en la -1 st octava (incluida A a 440 Hz). Este ejemplo se ilustra en la 4th a columna de la tabla a continuación. Usando la misma tasa de reloj de símbolo, es decir, en la misma columna de la tabla, si el número de frecuencias sintetizadas se reduce a solo 7 octavas, el tamaño de la tabla de datos primitivos universales se reduce a 1.536 puntos de datos que abarcan un rango de 14.080 Hz en el 9th hacia abajo octava a f³ = 220 Hz.

Alternativamente, utilizando la misma tabla primitiva universal de 7 octavas, la banda de frecuencia cubierta se puede desplazar empleando una velocidad de reloj de símbolo más baja. Por ejemplo como se muestra en la 5th columna de la tabla siguiente, con el símbolo de tasa de reloj 0sym =168.960 Hz, un dato de 1.536 apuntan primitivo universal, puede cubrir un intervalo de 7.040 Hz en el 8th octava abajo a 110 Hz en el 2nd octava. Al reducir el tamaño de la tabla y disminuir el reloj de símbolos, también es posible un compromiso en el rango de frecuencia de la onda sinusoidal y el tamaño de la tabla de datos. Refiriéndose a la 6th columna de la tabla siguiente, una tasa de reloj de símbolos de 0sym = 42.240 Hz puede generar ondas sinusoidales de 1.760 Hz en el 6th octava a 55 Hz en el 1st octava usando una tabla de consulta con solamente 768 puntos de datos.

El proceso de síntesis de formas de onda usando síntesis primitiva universal se muestra en la FIGURA. 54 donde el sintonizador 599 genera un reloj de símbolos programable 0sym = Oref /(32 £ fkey) de acuerdo con la selección de tecla 642, transformando el reloj en una o más ondas sinusoidales que varían en frecuencia, p.ej. de f⁹ y fo usando universal tabla primitiva 677, luego combinada de acuerdo con los amplificadores de ganancia digital 678 con ganancias programables Ax y sumada en el mezclador 630 para producir g(t). Como se muestra para cada onda sintetizada sintetizada, la conversión del reloj 0sym a la tabla sinusoidal basada en el tiempo 679 depende de la entrada "£ Selección de Resolución” 675 y las opciones de resolución disponibles. La tabla 676 se muestra para, sin limitación, demostrar las resoluciones de tabla disponibles desde un mínimo de 12 puntos hasta una resolución de 16 bits con 65.536 puntos de datos. El número de puntos de datos en la tabla de consulta de onda sinusoidal 677 determina la resolución máxima disponible.

En la síntesis de formas de onda que utiliza una tabla primitiva universal, la misma tabla se emplea para generar cualquier onda sinusoidal con una precisión igual o menor que la precisión de la tabla. Por ejemplo, si la resolución de la tabla 677 es de 96 puntos, es decir, incrementos de 3,75 °, se puede utilizar la misma tabla para generar ondas sinusoidales con 48, 24 o 12 puntos, cuanto mayor sea la resolución, menor será la frecuencia sintetizada.

Se sintetizan varias ondas sinusoidales de frecuencia buscando los datos para cada ángulo o saltando ángulos sistemáticamente. Por ejemplo, en la siguiente tabla, el uso de un reloj de símbolo con una frecuencia 0sym = 224,256 Hz con filas 00, 04, 08, 0C, 10... da como resultado una onda sinusoidal de 5.672 Hz mientras que seleccionar cada fila en la tabla produce una onda sinusoidal de 1.168 Hz .

Selección de teclas y síntesis de forma de onda personalizada

Como se describió anteriormente, debido a que la generación periódica de formas de onda implica un contador en cascada con múltiplos de frecuencia fijos, el sintetizador de formas de onda está esencialmente "sintonizado" a una clave específica. La interfaz de usuario (UI) y la operación resultante (UX o experiencia de usuario ) se muestran en la FIGURA. 55A, donde un usuario selecciona el “ Elija una clave ” menú 701 que facilitan la selección de clave para varias “ escalas musicales”, “Physiological” (informó frecuencias médicos) escalas, “C escalas ustom”, incluyendo la entrada manual, y “Other” escamas. También incluye una disposición para volver a la configuración de la balanza "predeterminada". Al seleccionar el ajuste "musical", aparece el menú "INTRODUCIR UNA TECLA" 702. La elección de una nota selecciona una escala predefinida que se cargará en el panel LED en la entrada 641 de "selección de tecla fkey " que va desde el C medio a 261,626 Hz hasta el B medio 493.883 Hz. como se almacena en la tabla 703. Si se selecciona un medio, entonces 703 transferirá el valor de “A” 440 Hz en el contador de reloj de símbolos 642 en accordanc e con 0 sym/Oref = (32 £ fkey)/(5 MHz) generando una velocidad de símbolo Osym = (32 £ fkey) a partir de la cual se sintetizan varias ondas sinusoidales de frecuencia basadas en esta escala , por ejemplo, f ⁹ = 0 sym / £ ⁹ . A continuación se muestra una tabla de frecuencias ejemplares por octava para una variedad de afinaciones que se muestran a continuación para las teclas musicales de C a F (https://en.wikipedia.org/wiki/Scientific_pitch_notation). Las escalas que se muestran se denominan afinación de "temperamento igual".

A continuación se muestra una tabla de frecuencias ejemplares por octava para una variedad de afinaciones para las teclas musicales de F# / Gk a B. Las escalas que se muestran se denominan “temperamento igual”.

Otra opción en el menú de la interfaz de usuario 701 es la selección "Otro" , se pueden usar otras escalas para modular los LED . Estas escalas, incluidas Pythagorean, Just Major, Mean-tone y Werckmeister, que se muestran en la siguiente tabla, comparten la frecuencia del Do medio a 261.626 Hz con la escala de temperamento uniforme, pero difieren en la relación de frecuencia relativa s entre los doce semitonos que abarcan un octava. Por ejemplo, en una escala de temperamento uniforme, el tono de A⁴ por encima del C medio se establece en 440 Hz, pero en otras escalas varía de 436,05 Hz a 441,49 Hz.

En modo personalizado, la interfaz de usuario (UI) y la operación resultante (experiencia de usuario UX) se muestran en la FIGURA. 55B, donde un usuario selecciona el menú "ELEGIR UNA TECLA" 701 y selecciona "OTROS" abriendo el menú "ELEGIR UNA ESCALA" 700. El usuario luego selecciona una afinación alternativa del menú - Pitágoras, Solo mayor, Tono medio, y Werckmeister, abriendo el submenú 702 titulado ENTER A KEY. Una vez que se selecciona la tecla (nota), la frecuencia se selecciona de la tabla de sintonización a continuación y se carga en el registro de teclas 641 "Selección de tecla de fkey", que posteriormente se transfiere a la almohadilla LED y finalmente se carga en el contador de reloj de símbolos 642. Por ejemplo, la tecla "A" se selecciona de la escala de Werckmeister, luego el valor de "A" a 437.05 Hz se cargará en el contador de reloj de símbolos 642 de acuerdo con 0sym / 0ref = (32 £ fkey) / (5 MHz). En consecuencia, el contador de símbolos genera una velocidad de símbolo 0sym = (32 £ fkey) a partir de la cual se sintetizan varias ondas sinusoidales de frecuencia basadas en esta escala, por ejemplo, fg = 0sym / £⁹. Puesto que la frecuencia fundamental fkey se utiliza para generar entonces 0 sym entonces toda la escala de nueve octava se ajusta en consecuencia. Por ejemplo, si la fkey = f⁴ se establece en 437.05 Hz, entonces f⁵ = 2f4 = 874.1 Hz, f6 = 4f4 = 1,748.2 Hz, etc.

Y aunque las escalas varían a lo largo de la octava, todas coinciden entre sí para la frecuencia C. Por ejemplo, las frecuencias C⁵ de la quinta octava mostradas en la tabla de abajo se muestran con fines comparativos, todas coinciden en f⁵ = 525,25 Hz = ² f⁴. La notación utilizada por las escalas pitagórica, solo mayor y de tono medio difiere ligeramente de las de Werckmeister y las escalas de temperamento uniforme en el uso de sostenidos # y bemoles k A pesar de las diferencias exactas de afinación en la eficacia PBT no están bien caracterizadas, los estudios científicos han confirmado que la eficacia terapéutica de los tratamientos con PBT depende claramente de la frecuencia. Si en el menú 701 de la interfaz de usuario, se selecciona el elemento "Fisio", las escalas de frecuencia informadas en estos estudios médicos como terapéuticamente beneficiosas se utilizan para el valor de la fkey. De lo contrario, en su lugar, el botón Personalizado que se muestra en la FIGURA. 56 se selecciona en el menú 701, aparecerá una respuesta UX que comprende el menú 704 personalizado “INTRODUZCA UNA TECLA”. Al ingresar un número en el teclado, por ejemplo, 444 Hz como se muestra, y presionar el botón HECHO, el registro de selección de la fkey 641 se carga con el valor de tecla personalizado 444 Hz y se transfiere al generador de reloj de símbolos 642. Este valor se usa luego para calcule la frecuencia de reloj de símbolo usando el contador de reloj de símbolo 642 de acuerdo con la relación 0 sym / Oref = (32 £ fkey) / (5 MHz) para producir una salida 0 sym = (32 £ fkey).

El sistema PBT descrito también es capaz de generar patrones de excitación que comprenden un acorde de tres frecuencias dentro de la misma octava, es decir, una tríada, y opcionalmente con una frecuencia adicional como una séptima o una octava más alta que la nota fundamental del acorde. Un diagrama de bloques de un constructor de acordes algorítmico se muestra en la FIGURA. 57A, donde el sintonizador 590 configurado de acuerdo con la tecla f selección 642 produce un reloj de símbolo con frecuencia 0 sym = (32 £ fkey)que se alimenta al algoritmo de construcción de acordes 680. El constructor de acordes, a su vez, utiliza relaciones matemáticas conocidas para generar los componentes de frecuencia de varios tipos de acordes comunes de acuerdo con la entrada "Selección de octava, acorde y mezcla" 681 seleccionado del menú del constructor de acordes 688. Los acordes de tríada incluyen la selección de la octava de la nota fundamental en la que se construirá el acorde y el tipo de acorde que se implementará , es decir, mayor, menor, disminuido, aumentado o personalizado. Acordes Quad incluyen un 7th, un menor de edad 7th, un importante 7th o alguna de las tríadas antes mencionados con un agregado nota una octava por encima de la raíz. La amplitud relativa o “mezcla” de las frecuencias componentes también se especifican en la tabla 688 que comprende el volumen de nota fundamental del acorde, su tercera, quinta , y opcionalmente un 7th o una nota una octava por encima de la raíz .

En funcionamiento, el algoritmo de construcción de acordes 680 utiliza una fracción escalada del reloj de símbolo 0 sym para impulsar cuatro tablas de consulta 682b, 684, 683 y 682a para sintetizar cuatro ondas sinusoidales con una raíz fundamental en la frecuencia fjf, una tercera en una frecuencia fj ³ , una quinta a una frecuencia fj ⁵ y una nota superior ya sea una séptima o una nota una octava más alta que la raíz (dependiendo de la selección) con una frecuencia fjt. Las tres o cuatro frecuencias se combinan luego de acuerdo con los amplificadores de ganancia digital 685A, 686, 687 y 685B con ganancias Ajf, Aj³ , Aj⁵ y Ajt t respectivamente, y se mezclan en el nodo sumador 630 para crear g(t).

Las frecuencias exactas de las notas en el acorde dependen del valor de la octava seleccionada 681 y del valor de la fkey seleccionar 642, es decir, la afinación o clave de los contadores en cascada binarios. Juntos, estos ajustes del sintetizador determinan la frecuencia o la nota fundamental, también conocida como la fundamental del acorde. Las notas restantes en el acorde se calculan como una relación a la frecuencia fundamental del acorde de acuerdo con la siguiente tabla que describe la relación de frecuencia de los acordes musicales comunes ( https://pages.mtu.edu/~suits/chords.html ):

Aunque el constructor de acordes puede ser un elemento de biblioteca usado en tratamientos y sesiones predefinidos, los acordes también se pueden crear usando un menú de IU tal como se muestra en el ejemplo de la FIGURA. 57B donde un acorde se puede seleccionar entre ELEGIR UN ACORDE menú 705 incluyendo mayor, menor, disminuido, aumentado, disminuido, a medida, 7th, menor de 7th y los 7th acordes. Al seleccionar un acorde personalizado se abre el menú CONSTRUIR UN ACORDADO 706 donde el usuario puede seleccionar la octava del acorde, la nota fundamental del acorde, la nota del 3rd, es decir, la siguiente nota más alta, la nota del 5th, es decir la tercera nota más alta y, opcionalmente, si incluir una nota una octava por encima de la nota fundamental. Una vez que se selecciona la nota fundamental, los 3rd, 5th , y 1 notas de octava están dispuestas monotónicamente en frecuencia ascendente, incluso si las notas se extienden en la siguiente octava superior. La segunda y tercera inversión de cualquier acorde debe ingresarse como un acorde personalizado usando la nota de tono más bajo como la nota fundamental del acorde. Las notas se ponderan uniformemente en volumen a menos que se ajuste de otra manera con las flechas hacia arriba y hacia abajo. Una vez que se ingresan los parámetros, después de un período de tiempo de espera o como se indica por otros medios, como un toque de pantalla doble, los parámetros se formatean en la tabla de datos 688 y finalmente se transfieren al bloque de algoritmo de construcción de acordes 680 dentro de las almohadillas LED inteligentes donde la onda sinusoidal Consulte las tablas 677, las etapas de ganancia digital 678 y el mezclador 630 crean g(t). En el caso de que se seleccione otro elemento de menú del menú 705 ELEGIR UN ACORDE, se abrirá un submenú diferente (no mostrado) que permitirá al usuario seleccionar la octava y la mezcla de amplitud relativa de los componentes de frecuencia constituyentes. El submenú, sin embargo, no permite al usuario cambiar las notas ya que las frecuencias relativas presentes en un acorde menor, mayor, disminuido, etc. están definidas con precisión.

Volviendo al diagrama de bloques del sintetizador de la FIGURA. 44 , independientemente de la forma de onda sintetizada o de cómo se creó, la forma de onda g(t) debe procesarse para crear f(t) 553 limitando su rango entre 0,000 y 1,000 para que el generador 555 de PWM realice el valor en función de PWM transformación del factor [f(t)] requerido para crear el archivo de salida de sintetizador 488. Dado que el factor de trabajo máximo de un pulso modulado PWM es 100%, es decir, uno para el ciclo de reloj completo, entonces una representación PWM de datos superiores a 1.000 no es posible. Como tal, la transformación PWM está limitada a 0% < ^ ^p [f(t)] < 100%, y por lo tanto 0,000 < f (t) < 1,000. Los AutoRange operación 584 promedios la función g(t), mientras que limiting el intervalo de los datos y f(t) a la de función de la unidad, es decir, entre 0,000 y 1,000.

Un ejemplo de esta función se ilustra en la FIGURA. 58A, la suma de las ondas sinusoidales 662, 663 y 664 da como resultado el acorde 669. Aunque cada una de las ondas sinusoidales extiende el rango completo de 0.000 a 1.000, la suma de las ondas sinusoidales en el acorde 669 no abarca la extensión completa de una función de unidad. Como tal, el promedio matemático del acorde, específicamente 0,5, permanece constante pero la función periódica variable en el tiempo no extiende el rango completo de 0,5 ± 0,5. Como se muestra en la FIGURA. 58B, el acorde 669 solo se extiende de 0,13 a 0,87 representando el 74,4% del rango completo. Para aumentar la amplitud del componente variable en el tiempo, la función de promedio se amplifica mediante el escalar Aa. Al establecer Aa = 1.344, la curva 669 aumenta al rango completo como se muestra en el acorde 689. Para evitar un cambio en el valor promedio de la función, se incluye el término de corrección 0,5 (1 - Aa) para mantener la función centrada en 0.5 para evitar recorte. El resultado es una función unitaria f(t) que tiene un valor medio de 0,5 con una función periódica a escala completa que tiene los mismos componentes dinámicos de frecuencia variable en el tiempo que la forma de onda sintetizada g(t).

FIGURA. 59 ilustra el proceso mediante el cual la función del generador de PWM 555 convierte la función de unidad f(t) 553 en el archivo de salida de sintetizador 488 que describe la forma de onda de PWM sintetizador Gsynth (t) 490. Como se muestra, la tabla de funciones 554 contiene una descripción del tiempo to frente al valor de la función f (t) en cada incremento de tiempo. Por ejemplo, en to = 5 ps la función f (t) = 0.5 y permanece en ese valor hasta que en t ⁰ = 10 ps el valor de la función cambia a f(t) = 0.8. La salida de la transformación 0 ^p [f (t)] cambia esta tabla dependiente del tiempo en una tabla PWM 489 donde en el tiempo ton = 5,00 ps el estado pasa a alto, es decir, los LED se encienden y el tiempo to = 5,10 ps los LED apagar hasta que en el momento to = 5.20 los LED se enciendan nuevamente. Dado que los LED estuvieron encendidos desde el tiempo 5.00 hasta 5.10 por una duración de 0.10 ps y el período T = 1 /0x hasta que los LED se encienden nuevamente es de 5,00 a 5,20, o una duración de 0,20 ps, entonces el factor de trabajo del pulso en D = A to / T = 10 ps / 20 ps = 0,50 o 50%, entonces el factor de trabajo es igual a la función f(t) = 0,5 durante este intervalo y hasta el tiempo to = 10 ps cuando el factor de trabajo cambia a 0,8 o el 80%. El archivo de salida de sintetizador resultante 488 se ilustra gráficamente en la cadena de impulsos PWM 675.

Se muestran ejemplos de la salida 490 de PWM que usa la transformación 0 ^p [f (t)] para una variedad de funciones no sinusoidales en la FIGURA. 60 incluyendo el flujo de bits PWM 670 para una función constante 560 donde f (t) = 1,000, el flujo de bits PWM 671 para una función de diente de sierra 561 y el flujo de bits PWM 672 para una función triangular 562. La misma transformación PWM 0 ^p [f(t)] se puede utilizar para codificar muestras de audio de cualquier muestra de audio, incluidos tonos simples como un triángulo, cuerdas como una guitarra o un violín, tonos complejos como un cymbol crash o música.

Operación del reproductor PWM

Revisando el diagrama de bloques de la FIGURA. 43, la salida sintetizador Gsynth (t) = 0 ^p [f(t)] del sintetizador de forma de onda 483 es la entrada del reproductor PWM 484. El reproductor PWM luego combina el intetizador Gsynth(t) con la forma de onda Gpulse(t) 492 para producir una cadena de pulsos 493. La función del reproductor PWM es doble:

• Para generar una cadena de pulsos PWM de espectro de audio Gpulse(t) con un factor de trabajo D^pwm controlado dinámicamente.

• Para realizar una "puerta" dinámica, es decir, para bloquear o pasar el contenido de Gsynth (t) en función del estado de Gpulse(t).

La tabla de verdad para la función anterior se puede describir como pseudocódigo lógico como

If Gpulse (t) = 1

Then PWM Player OUT = Gsynth (t)

Else PWM Player OUT = 0

Dado que Gpulse (t) comprende una cadena de pulsos PWM, la forma de onda alterna entre estados lógicos alto y bajo. Específicamente, siempre que la función Gpulse(t) = 1, es decir, el pulso PWM 492 está en su estado alto o lógico "1", el estado digital del sintetizador Gsynth (t) se reproduce con precisión en la salida del reproductor PWM 484. Por ejemplo cuando Gpulse (t) = 1 entonces si Gsynth(t) = 1 la salida del reproductor PWM 484 es alta y si Gsynth(t) = 0 entonces la salida del reproductor PWM 484 es baja. Sin embargo, siempre que la función Gpulse (t) = 0, es decir, el pulso PWM 492 esté en su estado bajo o lógico "0", el estado digital del Gsynth (t) se fuerza a cero, ignorando el estado de la entrada. Gsynth (t). Lógicamente, esta función es la misma que la puerta AND. Matemáticamente, es equivalente a una multiplicación digital donde la salida del reproductor PWM 492 viene dada por el producto Gsynth (t) • Gpulse (t). La implementación real del reproductor 492 de PWM puede lograrse en hardware, software / firmware o alguna combinación de los mismos.

I llustrated esquemáticamente en la FIGURA. 61A, el reproductor PWM 484 comprende el contador de reloj PWM 710, el modulador de ancho de pulso 711, los inversores digitales 712A y 712b y la puerta lógica AND 713. Las entradas al reproductor 491 de PWM incluyen referencia de reloj 0 ret, salida de sintetizador 488 y parámetros 491 del reproductor PWM . En funcionamiento , el reloj de referencia 0 ret = 5 MHz proporciona una referencia de tiempo con un período Tref = 0,20 ps como entrada al contador PWM 710, generando un reloj 0 ^pwm = 20 kHz . W i-ésima de un período T ^pwm = 5 ps, 250 veces más que el reloj de referencia 0ret período, el pulso modulador de anchura de 711 genera una secuencia de PWM pulsos 492 duración variable ton = D^pwmT^pwm hace de acuerdo con la tabla 714 se define en la PWM entrada paramétrica del reproductor 491. Por ejemplo, en la tabla 714 de 0 a 180 segundos, el Gpulse (t) se pulsa a una frecuencia de 2.836 Hz con un factor de trabajo del 60%, después de lo cual la frecuencia del pulso cambia a 584 Hz. En el tiempo t = 360 seg, la frecuencia del pulso vuelve a 2.836 Hz. En términos de la cadena de pulsos 492, durante el intervalo de 0 a 180 segundos, el período T^pwm = 0.43 ms y el tiempo de activación, la porción del período en que el pulso está en su estado alto, está dada por ton = D^pwmT^pwm = (60%)(0.43 ms) = 0.26 ms.

La porción de apagado del pulso viene dada por toff = T^pwm - ton = (0.43 ms) - (0.26 ms) = 17 ms. Cuando la frecuencia del pulso cambia a 584 Hz, el período aumenta a 1,712 ms con un tiempo de activación de 1,027 ms. Como tal, la cadena de impulsos 492 es generada dinámicamente por el modulador de ancho de impulsos 711 de acuerdo con las condiciones dinámicas especificadas en la tabla 491. La salida del reproductor PWM 484 mostrada como una cadena de impulsos PWM con compuerta 493 incluye la salida de forma de onda 494 incorporada desde el sintetizador de forma de onda.

El funcionamiento del modulador de ancho de pulso 711 comprende esencialmente dos contadores secuenciales , uno para contar el tiempo de encendido y el otro para contar el tiempo de apagado, donde Gpulso (t) = 1 durante el intervalo ton y Gpulso (t) = 0 durante el intervalo toff . En pseudocódigo lógico, el funcionamiento del modulador de ancho de pulso 711 se puede describir definiendo la siguiente subrutina.

Inicie el bucle de la subrutina "Modulador de Ancho de pulso":

Registros de carga Modulador de ancho de pulso [At, T^pwm, ton]

Contadores claros

Inicio del recuento de pulsos (1/0ref)

Inicio de bucle

Si Count (1/ 0ref) > At, salga de la subrutina

Más

Defina toff = (T ^pwm — ton)

Establecer Gpulse = 1

Contar pulsos (1/0^pwm) hasta ton

Restablecer Gpulse = 0

Contar pulsos (1/0^pwm) para toff

Loop end

La subrutina anterior titulada "Modulador de ancho de pulso" es una descripción de pseudocódigo de software que realiza la misma función que el bloque 711, es decir, ejecutar un bucle para un intervalo At que comprende pulsos digitales alternos en el estado lógico 1 durante la duración ton y un 0 lógico estado por una duración (T^pwm — ton) repetidamente hasta que el conteo del reloj Tref = 1/Or exceda At. Las variables [At, T^pwm, ton] se cargan en la subrutina a partir de la secuencia definida en la tabla 714 o los parámetros del reproductor pwM 49 como se muestra en el siguiente pseudocódigo ejecutable ejemplar donde las consultas de tabla se especifican mediante el valor en el par (fila, columna), es decir, tabla (fila, columna) donde Fila es una variable definida :

Código ejecutable "Tratamiento del dolor de espalda"

Cargar tabla [PWM Player Parametrics]

Establecer fila = 0

Inicio de bucle

Establecer At = tabla ((Fila 1), 1) - tabla (Fila, 1)

Establecer T^pwm = tabla (Fila, 4)

Establecer ten = tabla (Fila, 5)

Si T^pwm = 1

Luego

Ejecución Terminada

Más

Llamar al modulador de ancho de pulso de subrutina [At, T^pwm, ton] Incrementar fila en 1

Final de bucle

Como se describe, el pseudocódigo ejecutable anterior lee repetidamente la tabla 714 cargando datos en la subrutina llamada Modulador de ancho de pulso con los argumentos para su duración At, el período de pulso T^pwm, y el pulso PWM en tiempo ton, incrementando la fila número después de completar cada ciclo. Por ejemplo, al comenzar Fila = 0, entonces At se calcula por la diferencia del tiempo en la segunda fila y las entradas de la primera fila en la primera columna de la tabla, es decir, donde la tabla (2,1) = 180 segundos y donde la tabla (1,1 ) = 0, por lo tanto At = 180 seg en el primer bucle del código. Del mismo modo, en la primera fila y 4th columna, los datos para el período PWM es T^pwm = mesa (1,4) = 0,43 ms, y en la primera fila y 5th columna, los datos para el PWM una vez es t encendido = tabla (1, 5) = 0,26 ms. Al final del ciclo, el número de fila se incrementa de 1 a 2, por lo que los nuevos datos se leen desde la segunda fila donde At = [tabla (3,1) - tabla (2,1)] = [360 s - 180 s] = 180 s, T^pwm = tabla (2, 4) = 1,712 ms, y ten = tabla (2, 5) = 1,027 ms. Este proceso continúa hasta que se encuentra una entrada nula para T^pwm, es decir, T^pwm = tabla (Fila, 4) = 0. En ese punto, concluye la ejecución del programa. Por tanto, como se ha demostrado, las funciones del PWM Player 484 y el modulador de ancho de pulso 711 pueden ejecutarse utilizando software o hardware, o en alguna combinación de los mismos.

Por ejemplo, la función de PWM Player 484 se representa esquemáticamente en la FIGURA. 61B compuesto por flip-flop set/reset o pestillo S/R 720, contadores ton y W 721 y 722, puertas AND 723 y 724, inversor 725, resistencia de arranque 733, así como registros ton y toff 726 y 727. En funcionamiento, la resistencia de arranque 733 se activa en la entrada S del pestillo S/R 720 que establece la salida Q en un estado lógico alto o "1". El flanco ascendente de esta transición lógica de 0 a 1 activa la función de carga de ten el contador 721 copiando los datos de ten el registro 726 en el contador. El estado lógico alto de la salida Q también es una entrada a la puerta Y 723, y su estado inverso, la salida del inversor 725, presenta una entrada lógica "0" a la puerta Y 724.

Como tales, los pulsos de reloj del reloj 0 ^pwm se encaminan a través de la puerta Y 723 a ten el contador 721 pero bloqueados por la puerta Y 724 para que no lleguen al contador toff 722. Por consiguiente, ten el contador 721 cuenta hacia atrás durante un tiempo ton. Durante su cuenta regresiva, la salida de ten el contador 721 permanece en un estado lógico "0" y no tiene ningún efecto en el pestillo S/R 720. Al mismo tiempo, al faltar una entrada de reloj, se suspende la operación del contador toff 722. Haciendo referencia a los diagramas de temporización asociados, durante este intervalo de Tx a (Tx ton ), reloj PWM 0 ^pwm 728 continúa contando, señal de reinicio 729 que comprende la entrada R a S/R pestillo 720 sigue siendo baja, señal de conjunto 730 que comprende la entrada S al pestillo S/R 720 permanece baja (excepto por un pulso de arranque no mostrado ), y el Gpulse (t) de salida 731 permanece alto.

Una vez que ton contador 721 completa su cuenta regresiva del intervalo ton, la salida del contador sube momentáneamente como se muestra por el pulso de reinicio 734. El flanco ascendente en la entrada R del pestillo S/R 720 restablece la salida Q a "0" lógico y desactiva el reloj 0 ^pwm para que pase a través de la puerta AND 723 y accione ton el contador de cierre 721. Al mismo tiempo, el flanco descendente del Q La salida produce un flanco ascendente en la salida del inversor 725 activando una carga de datos del registro toff 727 en el contador toff 722. La entrada lógica alta a la puerta AND 724 habilita el enrutamiento del reloj 0 ^pwm al contador toff 722. Refiriéndose a la diagramas de tiempo asociados, durante este intervalo de (Tx ton) a (Tx T^pwm), el reloj 0 ^pwm 728 continúa contando, la señal de reinicio 729 que comprende la entrada R al pestillo S/R 720 permanece baja (excepto por reiniciar el pulso 734 al comienzo del intervalo), la señal de ajuste 730 que comprende la entrada S al enclavamiento S/R 720 permanece baja, y la salida Gpulso (t) 731 permanece baja. Una vez que el contador toff cuenta regresivamente hasta cero después de un intervalo de toff , su salida genera un pulso de ajuste corto 732 que cambia la salida Q del pestillo S/R 720 de nuevo a un estado lógico "1", cargando el valor actual de ton registrar 726 en ton el contador 721 y reiniciar todo el proceso.

Como se muestra, la salida de Gpulse 731 alterna entre un estado lógico alto durante un tiempo ton = D^pwm T^pwm a un estado lógico bajo durante un tiempo toff = (1 - D^pwm )T^pwm. Cada vez que se activa un pulso 732 establecido, el valor actual de ton el registro 726 se carga en el contador ton 721. De manera similar, cada vez que se activa un pulso 734 de reinicio, el valor actual del registro t off 727 se carga en el toff contador 722. De esta manera, el archivo 491 de parámetros del reproductor PWM puede cambiar dinámicamente la frecuencia y el factor de trabajo del reproductor PWM produciendo una forma de onda idéntica a su implementación equivalente de software. Tenga en cuenta que la resistencia 733 utilizada para tirar de la entrada S al pestillo S/R 720 alto durante el inicio tiene una alta resistencia y no puede superar la salida lógica de estado bajo del contador toff 722 una vez que se concluye el inicio y se ha estabilizado la alimentación a los circuitos .

En conclusión, en el reproductor PWM, la frecuencia fPWM y un factor de trabajo correspondiente D^pwm cambian con el tiempo de acuerdo con un archivo de reproducción específico, definiendo así una secuencia PWM de pulsos de diferentes duraciones de ton y W Tenga en cuenta que la frecuencia de pulso f ^pwm = 1/T^pwm del modulador de ancho de pulso es menor en frecuencia que el reloj 0 ^pwm = 20 kHz utilizado para controlar el modulador. Además, la frecuencia PWM fpwM está muy por debajo del reloj sobremuestreado 0sym usado por en el generador PWM ^ ^p [f(t)] en el bloque del sintetizador de forma de onda, es decir, 1/^sym >> 1/0PWM ^ f PWM .

Operación del controlador LED

La tercera etapa en un reproductor de LED de un sistema PBT distribuido es el circuito del controlador de LED. Refiriéndose a la FIGURA. 43 , la función si el controlador LED 485 es convertir su entrada Gsynth (t) • Gpulse (t) junto con una corriente de referencia dependiente del tiempo opcional 496 en una o más señales de control analógicas, es decir, flujo de impulsión LED 497 La señal agregada igual a aIref (t) • Gsynth (t) • Gpulso (t) es entonces nosotros ed para controlar la corriente en numerosas cadenas de LED tal como se ilustra por la forma de onda ejemplar 498.

En el diagrama de bloques del controlador 485 de LED en la FIGURA. 62, se muestra un mayor detalle del funcionamiento del controlador de LED. Aunque la ilustración muestra dos PWM entradas de string pulso IN¹493 y IN ²750 y sólo dos salidas para el accionamiento 743a y 743b LED cuerdas, se entenderá por los expertos en el arte de PBT que cualquier number de formas de onda sintetizadas, por ejemplo de es posible que se requieran de 1 a 16, y que el número de cadenas de LED puede variar de n = 1 a 36 cadenas (o incluso más en dispositivos grandes), aunque para las almohadillas de LED más pequeñas, la cantidad de cadenas probablemente variará de 8 a 24. También se entiende que el número de LED conectados en serie "m” puede variar de una cadena a otra durante tanto tiempo que la conexión en serie total no requiere voltajes superiores a V^led para funcionar correctamente.

Como se muestra, el controlador LED 485 contiene dos búferes por entrada, por ejemplo, donde IN¹ requiere inversores 744a y 744b e IN² requiere inversores 745a y 745b, además de contar con un contador de reloj PWM 710, un controlador de almohadilla LED 747, varios canales de salidas I^led1 , I^{led 4} ,... donde cada canal incluye una fuente o sumidero de corriente controlada, y opcionalmente incluye un convertidor D/A y un registro de datos I ref asociado. Por ejemplo, la salida I^ledi como se muestra incluye un sumidero de corriente controlado 740 que acciona una cadena de LED 743a, un convertidor D/A 741a que produce la corriente de referencia lren , y un registro de datos lren asociado 742a. De manera similar, la salida I^led4 incluye un sumidero de corriente controlado 740d que conduce una cadena de LED 743d, un convertidor D/A 741d que produce la corriente de referencia I f , y un registro de datos I f asociado 742d. La matriz de puntos cruzados opcional 746 se utiliza para asignar dinámicamente, es decir, mapear, entradas IN¹ , IN² , etc. a las salidas I^led1 , I^led2 , I^led3 , I^led4 , l ^led5... según sea necesario. Aparte de sus entradas de forma de onda PWM, Gsynth (t) • El controlador LED 485 de Gpulse (t) también requiere el archivo de parámetros del controlador LED 749 y el reloj de referencia 0 ref.

En funcionamiento, las formas de onda de entrada se asignan a los canales de salida que controlan dinámicamente la corriente para las cadenas de LED asignadas. Por ejemplo, la forma de onda 493 se introduce en IN¹ y luego se asigna a través del conmutador de punto de cruce 746 a la entrada digital En al sumidero de corriente 740a ya otros canales (no mostrados). Como se detalla en la leyenda adjunta, el círculo ennegrecido en el interruptor de punto de cruce indica un interruptor cerrado, es decir, una conexión, mientras que un círculo abierto indica que no hay conexión, es decir, un circuito abierto. De forma similar, la forma de onda 750 se introduce en IN ² y luego se mapea a través del conmutador de punto de cruce 746 a la entrada digital En² al sumidero de corriente 740d ya otros canales (no mostrados). Al mismo tiempo, según lo sincronizado por el reloj PWM 0 ^pwm , la señal analógica lren se suministra al sumidero de corriente 740a y la señal analógica I f se suministra al sumidero de corriente 740d. C urrent s I ren y yo ref⁴ se establece por el valor digital s cargado en a I^ref1 y yo I^ref4 registro 742a y 742d y por los correspondientes convertidor D/A s 741a y 741d . Las formas de onda 748A resultante y 748d de control de las corrientes I^led1 = alren y yo I^led4 = alref⁴. El diseño, implementación y operación de sumideros de corriente (o alternativamente fuentes de corriente ) se describen en los ejemplos de las FIGURAs. 20A a 23C. La función LED Driver también se puede especificar y ejecutar usando software en dos pasos, primero mapeando las entradas a las salidas, p.ej.

Establezca "Asignación de E/S" donde

En¹ = IN²

En4= IN¹

En5 = IN ²

Aunque es posible cambiar este mapeo de forma dinámica, es más probable que el mapeo se ejecute solo una vez por tratamiento y no se modifique durante todo el tratamiento. En muchos casos, solo se utiliza una entrada. El código ejecutable para la corriente actual de cada canal se puede fijar a un valor constante

Establezca "Corrientes de salida" donde

I^{led i} = 20 m A

I^led4 = 20 mA

I^led5 = 20 mA

Durante la calibración de fabricación, un término de error o la curva Icalib se almacena en la memoria no volátil para cada canal, por ejemplo, donde Icalib¹ = 1.04 mA, Icalib⁴ = -0.10 mA, I calib⁴ = 0.90 mA. La almohadilla LED también almacena un valor de la relación de espejo a, por ejemplo, donde a = 1 /p = 1.000.000 lo que significa que una corriente de salida de miliamperios requiere una corriente de referencia de microamperios correspondiente. Antes de comenzar la reproducción, el pad |^jC calcula y almacena los valores de I ref para cada canal donde

Los valores Iref se almacenan en la forma digital equivalente en los registros Iref 742a, 742d, 742e, etc. en la memoria volátil antes de la ejecución del programa. Si el valor de la corriente del LED de destino cambia, el valor del registro se puede sobrescribir antes de la ejecución del programa, o dinámicamente "sobre la marcha" a medida que avanza el tratamiento. Por ejemplo, utilizando un pseudocódigo ejecutable, la unidad LED dinámica puede comprender

Código ejecutable "Tratamiento del dolor de espalda"

Tabla de carga "unidad" [LED Drive Parametrics]

Cargar tabla "calib" [Calibración LED]

Establecer a = Configuración de LED [fila, columna]

Establecer fila = 0

Inicio de bucle

Establecer At = tabla "unidad" ((Fila 1), 1) - tabla "unidad" (Fila, 1)

Si At = 0

Luego

Terminar ejecución

Más

Conjunto

I ref¹ = [tabla "drive" (Fila, 2) tabla "calib" (1,1)] / a

I ref⁴ = [tabla "drive" (Fila, 5) tabla "calib" (4,1)] / a

I ref⁴ = [tabla "drive" (Fila, 6) tabla "calib" (5,1)] / a Cuente (1 / 0 ^pwm ) pulsos a la mesa "unidad" ((Fila 1), 1) Incrementar fila en 1

Final de bucle

Durante la ejecución, el valor de Iref para cada canal se establece mediante un [I^led + Icalib ] / a donde I^led1 = “drive” (Fila, 2), I^led4 = “drive” (Fila, 5), etc. y donde la columna 2 células contienen los datos de accionamiento actuales LED para I^led2, columna 5 contiene I^led4 datos, etc. El valor de fila se utiliza para definir varios intervalos para un tratamiento, por ejemplo de hasta 540 seg realización de 20 mA y a partir de entonces llevar 23 mA.

Si todos los canales llevan la misma corriente, las columnas específicas del canal se pueden eliminar de la tabla y reemplazarlas por una sola columna, como se muestra a continuación.

El programa también puede invocar una función en lugar de una tabla , por ejemplo, en el ejemplo de Tratamiento de dolor de cabeza

Código ejecutable "Tratamiento del dolor de cabeza"

Cargar tabla "calib" [Calibración LED]

Establecer a = Configuración de LED [fila, columna]

Establecer fLED = 5.5

Inicio del recuento de pulsos (1/0ref )

Establecer t = 0

Inicio de bucle

Establecer t = t (1/ 0ef )

Si t > tfinal

Luego

Establecer Iref = 0

Más

Ajuste I^led (t) = [20mA] [0,5 0,5sin (2nfLED t)]

Establecer "Corrientes de referencia por canal"

Iref ¹ = [I^led (t) tabla "calib" (1,1)] / a

Iref ⁴ = [I^led (t) tabla "calib" (4,1)] / a

Iref ⁴ = [I^led (t) tabla "calib" (5,1)] / a

Final de bucle

En el ejemplo anterior, la onda sinusoidal de 20 mA se genera mediante una función matemática para la corriente de referencia I^led (t) con una frecuencia definida, por ejemplo, 5,5 Hz, usando el reloj Iref (u opcionalmente un múltiplo del mismo). La corriente de salida deseada I^led (t) en cada instancia se corrige canal por canal por los datos de la tabla de calibración antes de convertirse por la relación de espejo a en los registros de corriente de referencia Iren correspondientes 742a, 742, 742e, etc. Según la instrucción “Set t = t (1/0ref)”, cada bucle en el tiempo t se incrementa en una duración (1/0ef ) y la suma se almacena en la variable t, sobrescribiendo así el valor anterior. Como tal, la variable t actúa como un reloj que se incrementa con cada ciclo del programa. El reloj continúa contando y genera repetidamente la onda sinusoidal con una periodicidad fija de T^led = 1/E^ed hasta que se cumple la condición terminal t > tfinal .

Reproductor LED en sistema PBT distribuido

En la operación de reproducción de LED de la FIGURA. 43 , la secuencia del sintetizador de forma de onda 483, el reproductor PWM 484 y el controlador de LED 485 produce el flujo de unidad de LED 497. En la operación de reproducción, la síntesis de la forma de onda se realiza a una frecuencia de reloj 0sym significativamente por encima del espectro de frecuencia de audio, es decir, donde 0sym > > 20 kHz, mientras que el reloj PWM 0 ^pwm usado por el reproductor PWM 484 y el reloj LED O^led usado por el reproductor LED 485 operan en el espectro de audio donde 0 ^pwm ^ 20 kHz y 0 ^led^ 20 kHz. En resumen, las operaciones del reproductor LED implican

• Generar una función de unidad analógica dependiente del tiempo f (t) ya sea matemáticamente usando un generador de función de unidad o usando un procesador primitivo basado en una tabla de consulta sobremuestreada .

• Conversión de la función de unidad f (t) en un flujo de pulsos PWM usando la transformación Gsynth (t) = 0 ^p [f (t)] .

• Generación de una cadena de impulsos PWM de espectro de audio G pulse (t).

• Gating, es decir, realizar un AND lógico, del sintetizador Gsynth (t) con la cadena de pulsos PWM Gpulso (t) para producir una salida de función de unidad multiplicativa sintetizador Gsynth (t) • G pulso (t).

• LEDs de conducción con un tiempo que varía analógico actual aI ref (t) pulsadas por la salida función de la unidad del reproductor de LED mediante el cual el I LED = aIref (t) • Gsynth (t) • Gpulso (t).

Las figuras 63 a través de 65 ilustran ejemplos que demuestran la versatilidad del jugador LED descrito para una variedad de formas de onda.

FIGURA. 63A ilustra una función constante f(t) = 1761 que da como resultado una forma de onda de sintetizador Gsynth invariante en el tiempo constante 762 donde 0 ^p [f (t)] = 100%. La constante 0 ^p [f (t)] se multiplica entonces por la cadena de impulsos PWM 773a con D = 50% que produce la cadena de impulsos 774a que comprende Gsynth (t) • Gpulso (t). Multiplicado por una referencia constante 781a para generar 20 mA, la forma de onda resultante I^led = aIref (t) • Gsynth (t) • Gpulso (t) comprende una onda cuadrada de pico de 20 mA 802a con un factor de trabajo del 50% y un corriente media de 10 mA.

FIGURA. 63B ilustra una función f(t) = 1 constante 761 que da como resultado una forma de onda de sintetizador Gsynth invariante en el tiempo constante 762 donde 0 ^p [f (t)] = 100%. La constante 0 ^p [f (t)] se multiplica entonces por la cadena de impulsos PWM 773b con D = 20% que produce la cadena de impulsos 774b que tiene un valor sintetizador Gsynth (t) • Gpulso (t). Multiplicado por una constante ref 781b rencia para generar 50 mA, T él resultante forma de onda I^led = aIref (t) • Gsynth (t) • Gpulse (t) comprende una 20 mA pico 802b de onda cuadrada con un factor de trabajo del 20% y una corriente media de 10 mA.

FIGURA. 63 C ilustra una función f(t) = 1 constante 761 que da como resultado una forma de onda de sintetizador Gsynth invariante en el tiempo constante 762 donde 0 ^p [f (t)] = 100%. La constante 0 ^p [f (t)] se multiplica luego por la cadena de impulsos PWM 773c con D = 95% que produce la cadena de impulsos 774c que comprende Gsynth(t) • Gpulso (t). Multiplicado por una constante se refiere 781C para generar 10,6 mA, t forma de onda que resulta I^led = aIref (t) • Gsynth (t) • Gpulso (t) comprende un 10,6 mA pico 802C onda cuadrada con 95 factor de trabajo % y una corriente media de 10 mA.

FIGURA. 63 D ilustra una función f (t) = 1 constante 761 que da como resultado una forma de onda de sintetizador Gsynth invariante en el tiempo constante 762 donde ^ ^p [f (t)] = 100%. La constante ^ ^p [f (t)] se multiplica entonces por la cadena de impulsos PWM 773a con D = 50% produciendo la cadena de impulsos 774a con un valor Gsynth (t) • Gpulse (t). Multiplicada por un paso de referencia 781d para generar 20 mA intensificación de 25% a 25 mA., T él resultante forma de onda I^led = aI ref (t) • G synth (t) • Gpulse (t) comprende un cuadrado 20 mA pico onda 802c con un factor de trabajo del 50% y una corriente promedio de 10 mA aumentando hasta una onda cuadrada máxima de 25 mA con un factor de trabajo del 50% y una corriente promedio de 112,5 mA.

FIGURA. 63 E ilustra una función f (t) = 1 constante 761 que da como resultado una forma de onda de sintetizador Gsynth invariante en el tiempo constante 762 donde ^ ^p [f (t)] = 100%. La constante ^ ^p [f (t)] se multiplica entonces por un valor constante 771 con D = 100% produciendo un valor constante 772 donde Gsynth (t) • Gpulso (t) = 100% . Multiplicado por referencia pulsada 782 para generar una 20 mA onda cuadrada, T él resultante forma de onda I^led = aIref (t) • Gsynth (t) • Gpulse (t) comprende una 802a de onda cuadrada 20 mA pico con el factor de trabajo del 50% y una corriente media de 10 mA.

FIGURA. 63 F ilustra una función f (t) = 1 constante 761 que da como resultado una forma de onda de sintetizador Gsynth invariante en el tiempo constante 762 donde ^ ^p [f (t)] = 100%. La constante ^ ^p [f (t)] se multiplica entonces por un valor constante 771 con D = 100% produciendo un valor constante 772 donde Gsynth (t) • Gpulse (t) = 100%. Multiplicado por la referencia sinusoidal 783 para generar una onda sinusoidal de 20 mA. La forma de onda resultante I^led = aI ref (t) • Gsynth (t) • Gpulse (t) comprende una onda sinusoidal de 20 mA 803a con una corriente promedio de 10 mA.

FIGURA. 63 G ilustra una función f (t) = 1 constante 761 que da como resultado una forma de onda de sintetizador Gsynth invariante en el tiempo constante 762 donde ^ ^p [f (t)] = 100%. La constante ^ ^p [f (t)] se multiplica por un valor constante 771 con D = 100% produciendo un valor constante 772 donde Gsynth (t) • Gpulse (t) = 100%. Multiplicado por la muestra 784a de analógico a digital para generar una cuerda de guitarra punteada con un valor máximo de 20 mA. La forma de onda resultante I^led = aIref (t) • Gsynth(t) • Gpulse (t) comprende una muestra de 20 mA 804 a con una corriente promedio de 10 mA.

FIGURA. 63H ilustra una función f(t) = 1 constante 761 que da como resultado una forma de onda de sintetizador Gsynth invariante en el tiempo constante 762 donde ^ ^p [f (t)] = 100%. La constante ^ ^p [f (t)] se multiplica por un valor constante 771 con D = 100% produciendo un valor constante 772 donde Gsynth (t) • Gpulse (t) = 100%. Multiplicado por la muestra 784b de analógico a digital para generar un sonido de platillo con un valor máximo de 20 mA, la forma de onda resultante I^led = aI ref (t) • Gsynth (t) • Gpulse (t) comprende un 20 muestra de mA 804b con una corriente promedio de 10 mA.

FIGURA. 64A ilustra una función 763 sinusoidal de f (t) = sin (ft) que da como resultado un sintetizador Gsynth = ^ ^p [f(t)] como una forma de onda 764 de cadena de pulsos PWM que varía continuamente con un sintetizador T de período definido. La cadena PWM ^ ^p [f (t)] se multiplica por un valor constante 771 con D = 100% produciendo una cadena de pulsos digitales que comprende Gsynth (t) • Gpulse (t) que comprende una representación PWM 775 de una onda sinusoidal. Multiplicado por una referencia constante 781a para generar 20 mA, la forma de onda resultante I^led = aI ref (t) • Gsynth (t) • Gpulso (t) comprende una onda sinusoidal máxima de 20 mA 803 a con 50% de corriente promedio de 10 mamá.

FIGURA. 64B ilustra una función 763 sinusoidal donde f (t) = sin (f t), resultando en Gsynth = ^ ^p [f(t)] como una forma de onda 764 de cadena de pulsos PWM que varía continuamente con un sintetizador T de período definido. La cadena PWM ^ ^p [f (t)] se multiplica por un valor constante 771 con D = 100% produciendo cadena de pulsos digitales Gsynth (t) • Gpulse (t) que comprende una representación PWM 775 de una onda sinusoidal. Multiplicada por un paso de referencia 781d para generar 20 mA intensificación de 25% a 25 mA., La forma de onda resultante I^led = aIref (t) • Gsynth (t) • Gpulse (t) comprende un 803b de onda sinusoidal 20 mA pico con 50% de corriente promedio de 10 mA aumentando hasta una onda sinusoidal máxima de 25 mA con 50% de corriente promedio de 112,5 mA.

FIGURA. 64 C ilustra un acorde de sinusoides 763 transformado por Gsynth = ^ ^p [f (t)] en una forma de onda de cadena de pulsos PWM continuamente variable 764 con un sintetizador T de período definido . La cadena PWM ^ ^p [f (t)] se multiplica por un valor constante 771 con D = 100% produciendo cadena de pulsos digitales Gsynth (t) • Gpulse (t) que comprende una representación PWM 776 de un acorde de seno ola s. Multiplicado por una referencia constante 781a para generar 20 mA, la forma de onda resultante I^led = aIref (t) • Gsynth (t) • Gpulse (t) comprende una cuerda de 20 mA de ondas sinusoidales 803c con 50% de corriente promedio de 10 mA.

FIGURA. 64 D ilustra una onda de diente de sierra 763 transformada por Gsynth = ^ ^p [f (t)] en una forma de onda de cadena de pulsos PWM que varía periódicamente 767 con un sintetizador T de período definido. La cadena PWM ^ ^p [f (t)] se multiplica por un valor constante 771 con D = 100% produciendo cadena de pulsos digitales Gsynth(t) • Gpulse (t) que comprende una representación PWM 777 de una onda de diente de sierra. Multiplicado por una referencia constante 781a para generar 20 mA, la forma de onda resultante I^led = aIref (t) • Gsynth(t) • Gpulse (t) comprende una onda de diente de sierra de 20 mA 804 con 50% de corriente promedio de 10 mA.

FIGURA. 64 E ilustra una muestra de audio de una cuerda de guitarra 768a transformada por Gsynth = ^ ^p [f (t)] en una forma de onda de cadena de pulsos PWM que varía periódicamente 769a con un sintetizador Tsynth de período definido. La cadena PWM ^ ^p [f (t)] se multiplica por un valor constante 771 con D = 100% produciendo cadena de pulsos digitales Gsynth (t) • Gpuiso (t) que comprende una representación PWM 779a de una onda de diente de sierra. Multiplicado por una referencia constante 781a para generar 20 mA, la forma de onda resultante I^led = aI ref (t) • Gsynth (t) • Gpuls (t) comprende una muestra de audio de 20 mA 805a con 50% de corriente promedio de 10 mA.

FIGURA. 64F ilustra una muestra de audio de una cuerda de guitarra 768a transformada por Gsynth = ^ ^p [f (t)] en una forma de onda de cadena de pulsos PWM que varía periódicamente 769a con una duración definida. La cadena PWM ^ ^p [f(t)] se multiplica por un valor constante 771 con D = 100% produciendo una cadena de pulsos digital Gsynth (t) • Gpulso (t) que comprende una representación PWM 779a de una cuerda de guitarra. Multiplicado por una referencia constante 781a para generar 20 mA, la forma de onda resultante I^led = aIref (t) • Gsynth(t) • Gpulse (t) comprende una muestra de audio de 20 mA 805a con 50% de corriente promedio de 10 mA.

FIGURA. 64G ilustra una muestra de audio de un crash de platillos 768b transformado por Gsynth = ^ ^p [f (t)] en una forma de onda de cadena de pulsos PWM que varía periódicamente 769b con una duración definida. La cadena PWM ^ ^p [f (t)] se multiplica por un valor constante 771 con D = 100% produciendo una cadena de pulsos digitales Gsynth(t) • Gpulso (t) que comprende una representación PWM 779b de un choque de platillos. Multiplicado por una referencia constante 781a para generar 20 mA, la forma de onda resultante I^led = aIref (t) • Gsynth (t) • Gpulso (t) comprende una muestra de audio de 20 mA 805b con 50% de corriente promedio de 10 mA.

FIGURA. 65 ilustra una función 763 sinusoidal donde f (t) = sin (ft), dando como resultado Gsynth = ^ ^p [f (t)] como una forma de onda 764 de cadena de pulsos PWM continuamente variable con un sintetizador Tsynth de período definido . La cadena PWM ^ ^p [f (t)] se multiplica por un pulso PWM 77 1d de un período fijo con D = 67 % que produce una cadena de pulsos digital Gsynth (t) • Gpulse (t) que comprende una representación PWM cortada 778 de una onda sinusoidal cerrada por un pulso PWM de frecuencia más baja. Multiplicada por un const 781a referencia hormiga para generar 30 mA, la forma de onda resultante I^led = aIref (t) • Gsynth (t) • Gpulse (t) comprende un 30 mA acorde de ondas sinusoidales 803e con una corriente media de 10 mA.

Me n para ejecutar tratamientos PBT, primero el jugador LED se descarga desde el controlador de PBT en la almohadilla del LED, seguido por el archivo de reproducción LED específico para ser ejecutado. Una vez que se descarga el reproductor LED, no es necesario volver a cargar el reproductor LED cada vez que se selecciona un nuevo tratamiento. Los nuevos archivos de reproducción se pueden cargar repetidamente y se pueden ejecutar nuevos tratamientos o sesiones siempre que el reproductor permanezca en la memoria volátil del panel LED. Sin embargo, al apagar el sistema PBT o desconectar una almohadilla LED del controlador PBT, se borra el software del reproductor LED de la memoria volátil de la almohadilla LED y se debe volver a instalar en la almohadilla antes de que se pueda ejecutar un archivo de reproducción LED y el tratamiento o la sesión. comenzar. A pesar de que el programa limpie problema puede evitarse mediante el almacenamiento del archivo de jugador LED en la memoria no volátil, por motivos de seguridad, es preferible a escribir el programa en la memoria volátil, tal como SRAM o DRAM en lugar de en la memoria EEPROM no volátil o el flash . De esa manera, cualquier intento de aplicar ingeniería inversa al contenido del programa se pierde con una interrupción del suministro eléctrico y los esfuerzos del pirata informático por extraer el programa se ven frustrados por la pérdida inmediata del código ejecutable.

Como se muestra en la FIGURA. 66 , el archivo de reproducción LED 830 que contiene datos de carga útil 831 se transfiere a la memoria volátil 832. La carga útil se descomprime para extraer las primitivas de forma de onda 487 y los parámetros de sintetizador de forma de onda 486 cargados en el sintetizador de formas de onda 833, los parámetros de reproducción PWM 491 cargados en el reproductor PWM 834 y LED los parámetros del controlador 749 cargados en el controlador LED 835. Un ejemplo del contenido de los datos de carga útil 831 se muestra en la FIGURA. 67 incluyendo el contenido de primitivas 487 de forma de onda, parámetros 486 del sintetizador de forma de onda, parámetros 491 del reproductor PWM y parámetros 749 del controlador LED. Los parámetros 486 del sintetizador de forma de onda comprenden la información necesaria para ejecutar un tratamiento o sesión específicos , es decir, un archivo de instrucciones. El archivo de instrucciones generales para la síntesis de formas de onda incluye lo siguiente:

• El método de síntesis de forma de onda empleado por el archivo, es decir, síntesis de función o síntesis primitiva .

• La sintonización (clave) del programa, es decir, la configuración del registro de la tecla fkey para la síntesis. Teclas disponibles de PBT síntesis comprenden predefinidos múltiplos binarios de un 4th nota octava , los múltiplos armónicos generados que abarca el espectro de audio desde el 9th a los -1 st octavas . Las escalas incluyen predeterminadas, musicales, fisiológicas, otras y personalizadas. Mientras que las escalas predeterminadas y musicales son equilibradas; la “Other ” submenú incluye afinaciones alternativas tales como Werckmeister, Pitágoras, Just-Major y significados escalas de tonos. La escala fisiológica "fisio" se basa en escalas derivadas empíricamente derivadas de la observación. La interfaz de usuario / experiencia de usuario “ personalizada ” permite al usuario establecer manualmente el valor de la tecla fkey como una frecuencia de 4th octava (ingresada en hercios en lugar de por nota) y pasa esta frecuencia al registro de la tecla fkey .

• La secuencia de forma de onda que se va a sintetizar, incluida la duración de cada "paso” de forma de onda en la síntesis. Se incluye un código de terminación al final del programa para indicar que el tratamiento o la sesión se ha completado

• Si se usa la síntesis de funciones, la expresión matemática de cada función y su frecuencia f . Las formas de onda periódicas disponibles que utilizan la síntesis de funciones incluyen onda sinusoidal constante, de diente de sierra, triangular y de frecuencia única .

• Si se utiliza la síntesis primitiva, cada llamada de subrutina primitiva incluye la frecuencia fx y la resolución de la subrutina de reproducción de la primitiva. Las llamadas a subrutinas de formas de onda basadas en primitivas disponibles incluyen constantes, dientes de sierra, triángulos, ondas sinusoidales o muestras de audio. La síntesis de acordes sinusoidales basada en primitivas también está disponible utilizando una subrutina de "constructor de acordes".

• Las subrutinas del constructor de acordes incluyen especificar el método de construcción del acorde y las octavas y notas presentes. Los algoritmos de construcción de acordes incluyen síntesis "octave ” y síntesis de acordes "tri/quad”.

• En la síntesis de octavas, cualquier acorde se puede describir por los números de su componente de octava "Oct" (un número del 1 al 9 que describe la frecuencia fx hecha de acuerdo con la configuración del registro de la tecla fkey) junto con la resolución primitiva correspondiente de cada octava £x y mezclar Ax. En un constructor de acordes tri/quad, se pueden combinar tres o cuatro notas de onda sinusoidal de resolución fija que abarcan una sola octava utilizando amplitud ajustable establecida por ganancia Ax. Las tríadas de acordes disponibles incluyen mayor, menor, disminuida, aumentada, cada una de las cuales incluye una cuarta opcional nota 1 octava por encima de la nota fundamental del acorde. Alternativamente cuarta nota puede ser añadido para formar un 7th acorde, específicamente un acorde quad nota que tiene un 7th , mayor 7th , y menor 7th construcción. Un acorde " personalizado " permite la generación de cualquier acorde de tres notas que abarque una octava, incluso en disonancia, con una opción para una cuarta nota 1 octava por encima de la nota fundamental del acorde.

• Todas las salidas del constructor de acordes se pueden escalar para aumentar la amplitud periódica del acorde mediante la ganancia digital Aa sin cambiar el valor medio de 0,5 de la función de la unidad.

• Todas las salidas del sintetizador de forma de onda representan funciones unitarias, es decir, tienen valores analógicos entre 0,000 y 1,000 convertidos en cadenas de pulsos PWM con un factor de trabajo entre 0% y 100%. Cualquier forma de onda sintetizada fuera de este rango será trucada.

En funcionamiento, sólo las primitivas 486 de forma de onda requeridas por un archivo de reproducción especificado por los paramétricos 487 del sintetizador de forma de onda se descargan en una almohadilla LED. La biblioteca 487 de primitivas descargables incluye una selección de primitivas de onda sinusoidal en varias resoluciones £, por ejemplo usando una resolución de 24, 46, 96, 198 o 360 puntos o 16 bits. En la biblioteca ejemplar, también incluye descripciones de 24 puntos de formas de onda triangulares y de diente de sierra, aunque se pueden incluir otras resoluciones sin limitación. Otros componentes de la biblioteca, por ejemplo, con £ = 96, involucran acordes que incluyen acordes de doble o ctava que comprenden dos ondas sin e una octava de separación f y 2f, dos octavas de separación f y 4f, o posiblemente cuatro octavas de distancia en f y 16f, o cinco octavas aparte en f y 32f.

Otras opciones incluyen acordes de tres octavas como [f, 2f, 4f] que abarcan dos octavas; [f, 2f, 8f] o [f, 4f, 8f] que abarcan tres octavas, o por ejemplo, cuatro octavas con [f, 2f, 16f], [f, 4f, 16f] o [f, 8f, 16f] . Otras tríadas incluyen acordes mayores, menores, disminuidos y aumentados, por ejemplo, [ f , 1.25f , 1.5f], [ f , 1.2f , 1.5f ], [f , 1.2 f , 1.444f]. Las tríadas se pueden modificar en acordes cuádruples incluyendo una nota una octava por encima de la raíz.

El archivo 491 de parámetros del reproductor PWM incluye configuraciones para el modo constante o de pulso. En el modo de pulso, el archivo de reproducción comprende una secuencia de frecuencias PWM fpwM y un factor de trabajo correspondiente D^pwm frente al tiempo de reproducción, definiendo así una secuencia PWM de pulsos de duraciones variables ton y W Tenga en cuenta que la frecuencia de pukse fpwM del modulador de ancho de puse es menor en frecuencia que el reloj 0 ^pwm = 20 kHz utilizado para impulsar el modulador. Para concluir, en el funcionamiento del reproductor PWM, la frecuencia PWM fpwM no está fijada por varía con el programa de reproducción especificado en el archivo de paramétricos PWM 491. Aunque la frecuencia fpWM puede ser tan alta como el reloj 0 ^pwm en la mayoría de los casos es menor, por lo que que fpWM ^ 0 ^pwm . Además, la frecuencia fpWM está en el espectro de audio, muy por debajo del reloj sobremuestreado 0sym en el rango supersónico utilizado por en el generador PWM ^p [f(t)] en el bloque del sintetizador de forma de onda , es decir, matemáticamente como fpwM^ 0 ^pwm << 1/0sym .

En la paramétrica 749 del controlador de LED, las entradas PWM digitales de función de unidad INx se mapean con la habilitación de sumidero actual Eny . Por ejemplo, la entrada IN¹ se asigna a la habilitación de sumidero de corriente del canal 4 En⁴ , la entrada IN² se asigna a la habilitación de sumidero de corriente En¹ y En⁵ (no se muestra) para los canales 1 y 5, etc. El control de corriente LED comprende una reproducción archivo de alref versus tiempo. El valor de Iref para cada canal se establece mediante la salida de cada convertidor D/A correspondiente , que puede comprender una constante, una función periódica o una muestra de audio. Alternativamente, se puede usar un convertidor D/A para suministrar la corriente de referencia de todos los canales de salida con la misma función o valor constante.

Inicio de la reproducción en sistemas PBT distribuidos

Después de descargar el reproductor de LED y el archivo de reproducción de LED en una almohadilla de LED, la reproducción se habilita mediante una señal de inicio 840 y un control de temporización del sistema PBT que puede implementarse en software o usando el circuito ejemplar de la FIGURA. 68 incluyendo el pestillo de arranque / parada 842 que comprende un flip-flop de tipo set / reset o S/R, pestillo de interrupciones 843, contador de reloj del sistema PBT 640, arranque único 848, puertas lógicas AND 845 y 846, y puertas lógicas OR 846 y 847. La puerta Y de dos entradas 845 actúa como un reloj del sistema que habilita el oscilador 0osc al reproductor LED, cerrada por las señales de inicio y control 840 y 841, y de una variedad de interrupciones, específicamente un tiempo de espera de temporizador intermitente 844, un temporizador de vigilancia tiempo de espera 845, o un indicador de sobrecalentamiento 846.

Al inicio, un disparo 848 genera un pulso que impulsa inmediatamente la salida de la puerta OR 846 a nivel alto. Al mismo tiempo el tiro si gnal desencadenantes del conjunto de entrada S de interrupciones pestillo 843 y su salida Q alta . Cuando la entrada del usuario “s tarta ” 840 se selecciona genera una configuración de impulsos en sentido positivo la salida Q de inicio / parada de pestillo 846 a alta. Con las salidas Q del pestillo de arranque / parada 846 y el pestillo de interrupciones 843 en alto, entonces la puerta AND 845 está habilitada . Como tal, el oscilador 0osc se envía al reproductor PWM como reloj 0sys, y se divide por el contador 640 como reloj de referencia 0 ref.

La selección de "pausa" 841 genera un pulso que restablece la salida del pestillo de inicio / parada 842 a cero y suspende la reproducción. La reproducción permanece bloqueada hasta que se selecciona “inicio” 840 cancelando el comando de pausa. Como tal, el pestillo de inicio / parada 842 inicia y detiene la ejecución del programa. En el inventar que se produce una interrupción por cualquier razón, es decir, si cualquiera de las entradas a la puerta O 647 go alta, la de puerta PR salida también irán alta de ese modo rese tting la salida Q de interrupciones pestillo 843 a cero. Con su bajo salida Q la salida s de las puertas Y 846 y 845 también van bajo, desconectar cl ock 0osc desde el reproductor de LED y tratamiento de suspensión. Esta situación persistirá hasta que se solucione la causa de la interrupción, las entradas a la puerta O 647 se restablezcan a bajo y se envíe un pulso de restauración del sistema a la entrada S del pestillo de interrupciones 843. Por ejemplo, si ocurre una condición de sobretemperatura, el el indicador de temperatura se elevará 846 y desactivará el funcionamiento de la almohadilla LED hasta que regresen las temperaturas normales y se restablezca el indicador de falla.

Una característica de seguridad única del sistema PBT distribuido divulgado es el temporizador de parpadeo. Este temporizador funciona dentro de la propia almohadilla LED inteligente y no depende del controlador PBT. A intervalos regulares en la almohadilla pC, por ejemplo, cada 20 o 30 segundos, el contador del programa interrumpe la operación para ejecutar una rutina de servicio de interrupción (ISR). Durante este intervalo, el indicador de tiempo de espera de parpadeo se establece en lógica 1 mientras el software LightPadOS ejecuta una verificación de seguridad con respecto a las conexiones eléctricas de la almohadilla LED, cualquier mensaje de prioridad o actualización de archivos, verificaciones de paridad de archivos, etc.Una vez que la rutina de interrupción de parpadeo se ha completado, el parpadeo el tiempo de espera se restablece a cero, el temporizador de vigilancia de hardware se restablece y la ejecución del programa vuelve a la rutina principal. Después de completar el ISR, la almohadilla pC genera un pulso de restauración del sistema para interrumpir el pestillo 843 y se reinicia la operación del programa. Si el software se ha congelado por alguna razón, el programa no reanudará su funcionamiento y las franjas LED del pad permanecerán apagadas. De lo contrario, la almohadilla LED reanudará su funcionamiento después de un intervalo definido, por ejemplo, 2 segundos.

Otro modo de falla involucra el software congelado mientras los LED están encendidos y emitiendo luz. Si la condición persiste, los LED pueden sobrecalentarse y presentar un riesgo de quemaduras para el paciente. Para evitar que surjan condiciones peligrosas, un temporizador de vigilancia de hardware (cuya operación no depende del software) realiza una cuenta regresiva en paralelo al contador del programa de software. Si el temporizador de software se congela en un estado de encendido, el temporizador de vigilancia no se reiniciará y el temporizador de vigilancia se agotará generando una interrupción de tiempo de espera de parpadeo 844 y interrumpiendo la operación del sistema PBT hasta que se resuelva la condición de falla.

De esta manera, el sistema PBT distribuido descrito puede usarse para controlar el funcionamiento de la almohadilla LED de forma remota. Además, los métodos descritos en este documento se pueden adaptar para controlar múltiples almohadillas LED inteligentes simultáneamente desde un controlador PBT común.

Comunicación de componentes a través de sistemas PBT distribuidos

La implementación de la comunicación requerida entre los componentes en un sistema PBT distribuido requiere una red de comunicación compleja y un protocolo dedicado diseñado para adaptarse a la combinación de transferencias de datos en tiempo real y basadas en archivos, algunas de las cuales están vinculadas a sistemas de seguridad. De acuerdo con las regulaciones de la FDA, la seguridad es una consideración importante en el diseño de dispositivos médicos. En los sistemas distribuidos, esta preocupación se ve agravada por el funcionamiento autónomo de los componentes. En el caso de que la comunicación entre dispositivos en el PBT distribuido falle o se interrumpa, los sistemas de seguridad no pueden funcionar mal. El tema de la comunicación, la seguridad, la detección y la biorretroalimentación se discute con mayor detalle en una patente relacionada titulada "Dispositivos, métodos y protocolos de comunicación de terapia de fotobiomodulación distribuida", presentada al mismo tiempo como una solicitud de continuación en parte (CIP) de esta patente.

Como se describió, la entrega de paquetes de datos LightOS en un sistema PBT distribuido se puede lograr utilizando un protocolo de comunicación de 4 capas ejecutado sobre un bus cableado como USB, I2C, SMBus, FireWire, Lightening y otros medios de comunicación cableados. Sin embargo, si la comunicación del sistema PBT distribuido se realiza a través de Ethernet, WiFi, telefónicamente a través de redes celulares (como 3G/LTE, 4G o 5G), o si los datos se pasan a través de un enrutador público, la comunicación no se puede realizar exclusivamente a través de la dirección MAC, es decir, una pila de comunicación de capa 1 y capa 2 no es suficiente para ejecutar el enrutamiento de datos a través de la red.

Por ejemplo, la FIGURA. 69, el controlador PBT 1000 se comunica a través de Ethernet 1002 a la almohadilla LED inteligente 1003 utilizando una pila de comunicación compatible con OSI de 7 capas, específicamente donde la pila de comunicación 1005 del controlador PBT 1000 incluye PHY Layer-1 y Data Link Layer-2 ejecutando el protocolo de comunicación Ethernet sobre Señales diferenciales de Ethernet 1004; capa de red-3 y capa de transporte-4 que ejecutan la comunicación de red de acuerdo con TCP/IP (protocolo de comunicación de transferencia sobre la red de protocolo de Internet), y capas de aplicaciones definidas por el sistema operativo LightOS que comprenden la capa de sesión-5 para autenticación, la capa de presentación-6 para seguridad ( cifrado / descifrado) y la capa de aplicación 7 para el control y la terapia del sistema PBT. La pila de comunicación 1006 de la almohadilla de luz LED 1006 incluye los correspondientes protocolos capa-1 y capa-2 para Ethernet y capa-3 y capa-4 para TCP/IP, junto con la capa 5 a 7 definida por LightPadOS. En comunicación punto a punto, es decir, para comunicaciones que no involucran un enrutador IP, la conexión Ethernet 1002 opera como una red privada sobre la capa de red 3. El sistema operativo de la almohadilla LED inteligente LightPadOS es un subconjunto de LightOS y, por lo tanto, puede comunicarse entre sí como una sola máquina virtual (VM) a pesar de estar físicamente separados entre sí.

Usando la pila de comunicación OSI de 7 capas descrita, la comunicación de red en el sistema PBT descrito se puede adaptar fácilmente a la comunicación inalámbrica WiFi. En el sistema PBT distribuido mostrado en la FIGURA. 70, el controlador PBT habilitado para WiFi 1010 alimentado por la fuente de alimentación 1011 se comunica mediante la señal WiFi 1012 a la almohadilla LED inteligente 1013 utilizando señales de radio OFDM 1015 de acuerdo con los estándares IEEE para 802.11. Los protocolos de comunicación WiFi pueden incluir 802.11a, 802.1b, 802.11g, 8012.11n o 802.11ac u otras versiones relacionadas, dependiendo de los conjuntos de chips empleados en el panel LED inteligente 1013. El controlador PBT 1090 puede admitir el superconjunto de todos los protocolos WiFi estándar. Debido a que WiFi no puede transportar energía, la almohadilla LED inteligente 1093 debe recibir energía a través del cable USB 1014b alimentado por un convertidor de CA / CC y una fuente de alimentación de CC (bloque) 1014a o una batería de almacenamiento USB (no se muestra). La comunicación WiFi se produce a través de la pila de comunicación OSI de 7 capas completa 10 16 presente en el controlador PBT 101 0 conectado a la pila de comunicación 101 7 presente en la almohadilla LED inteligente 101 3.

En funcionamiento, una radio WiFi mostrada en la FIGURA. 71A convierte el enlace de comunicación por cable 1025 (p.ej., PCI, USB, Ethernet) en radio de microondas 1024 traduciendo el acceso MAC 1020a al punto de acceso de radio 1020b utilizando circuitos de interfaz y firmware relacionado 1022. En funcionamiento, las señales del enlace de comunicación 1108 pasan pila de comunicación 1021a como señales PHY 1119 a donde el formato es convertido por la interfaz 1022 a señales PHY 1119 b en la pila de comunicación WiFi 1021b y en las radios 1026a a 1026n que operan en varias frecuencias de radio transmitidas por una matriz de antenas multibanda para microondas comunicación 1024. En funcionamiento, la pila de comunicación 1021a transfiere los datos 1023a de acuerdo con el protocolo de comunicación de enlace "data link” capa-2 donde el circuito de interfaz y el firmware relacionado 1022 los convierte en datos WiFi 1023b de acuerdo con el data link capa-2 de la pila de comunicación 1021b formateado para radios 1026a a 1026n. Esta radio WiFi a su vez se conecta al controlador PBT 131 a 135 también conectado a Ethernet 2017 y USB 1028.

En la FIGURA. 71B la misma radio WiFi 1024 se comunica con la almohadilla LED inteligente 337 a través del enlace de datos por cable 1030 usando protocolos PCI, USB o Ethernet a la interfaz de comunicación 338. Esta interfaz también puede conectarse a otros dispositivos o sensores a través de USB 1033 y Ethernet 1032. Un ejemplo de una red de comunicación PBT distribuida se muestra en la FIGURA. 72 donde el enrutador WiFi 1052 se comunica con las almohadillas LED inteligentes 1053, 1054 y 1055 mediante enlaces WiFi 1012a, 1012b y 102c, y con la pantalla LCD UI/UX de control central 1050 con ventana de control del sistema 1051a y ventana del paciente 1051b a través del enlace WiFi 1012b. El sistema también incluye un componente inventivo, control remoto WiFi PBT 1056, útil para que una enfermera comience un tratamiento en la habitación de un paciente sin la necesidad de volver a la pantalla LCD UI/UX de control central 1050.

Con la conectividad inalámbrica, el controlador PBT puede reemplazarse por un programa de aplicación que se ejecuta en un dispositivo móvil, como un teléfono celular, tableta o computadora portátil. Por ejemplo, en la FIGURA. 73 teléfono celular 1100 que ejecuta el software de aplicación del controlador PBT ( por ejemplo, PBT “Light app”) se conecta a la torre celular 1705 a través de la red celular 1704 , por ejemplo, 3G/LTE, 4G y 5G . Antena de telefonía móvil 1705 i n a su vez se conecta a Internet 1706 por Ethernet, fibra, u otros medios. El teléfono celular 1700 que ejecuta la aplicación Light antes mencionada también se conecta a la almohadilla LED inteligente 1701 usando WiFi 1702, donde la almohadilla LED inteligente 1701 se alimenta mediante el adaptador de CA 1703a y el cable 1703 b. La pila de comunicación OSI de 7 capas 1714 de la torre de radio 1707 utiliza paquetes de datos de red móvil para conectarse con la pila de comunicación 1709 de la aplicación Light que se ejecuta en el teléfono celular 1700. A su vez, la aplicación Light también utiliza la pila de comunicación de 7 capas 1709 para conectarse a almohadilla LED inteligente 1701 que comprende la pila de comunicación 1708 . Como se muestra , la pila de comunicación PBT 1709 mezcla dos pilas de comunicación de 7 capas, una para el diálogo con la pila de comunicación 1707 de la torre de telefonía celular 1705 y a través del enrutador a Internet 1706 y a un servidor basado en la nube (no se muestra), y otro para conectarse a la almohadilla LED inteligente 1701 y la pila de comunicación 1708 , donde solo la capa 7 de aplicación de luz une a las dos. De esta manera, el teléfono móvil 1700 que ejecuta la aplicación Light antes mencionada funciona como un controlador PBT que se comunica por separado con un servidor informático basado en la nube (no mostrado) a través de Internet 1706 y con la almohadilla LED inteligente 1708 pero sin renunciar al control local.

Debido a que PHY capa-1 y Data Link capa-2 no se comparten para la comunicación a través de capa-1 a capa- 6, la pila de comunicación de la torre celular 1707 no puede acceder directamente a la pila de comunicación de la almohadilla LED inteligente 1708 . En cambio, solo la capa de Aplicación-7 dentro de la pila de comunicación 1709 une las dos redes de comunicación. La aplicación puede comprender una aplicación Light dedicada, que al igual que LightPadOS, funciona como una versión de conjunto de instrucciones reducido del sistema operativo LightOS utilizado en los controladores PBT de hardware dedicados descritos anteriormente. En esencia, la aplicación Light emula el funcionamiento de LightOS al facilitar la funcionalidad de control PBT y su control basado en pantalla táctil UI/UX. La aplicación Light se realiza como un software diseñado para operar en el sistema operativo utilizado en el dispositivo móvil correspondiente. Por ejemplo, en teléfonos inteligentes y tabletas, la aplicación Light se crea para ejecutarse en Android o iOS mientras que en portátiles, la aplicación Light se crea para ejecutarse en MacOS, Windows, Linux o UNIX. La conversión del código fuente, la lógica básica y la función de la aplicación Light, en un código ejecutable adaptado para ejecutarse sobre una plataforma específica es un proceso de conversión denominado "compilador".

La traducción del código fuente en código compilado es, por lo tanto, específica de la plataforma, lo que significa que se deben distribuir múltiples versiones del software cada vez que se produce una revisión, parche o nueva versión del software. El funcionamiento de un sistema PBT distribuido basado en un dispositivo móvil se muestra en la FIGURA. 74 , donde el dispositivo móvil 1100 aloja la aplicación Light con interfaz UI/UX de control 1130 para controlar las almohadillas LED inteligentes 1119a y 1119b a través de WiFi 1102. El dispositivo móvil también puede conectarse a Internet y redes celulares mediante el enlace celular 1104, por ejemplo, mediante 3G / Protocolos LTE, 4G y 5G.

Un ejemplo de control de software del funcionamiento del sistema PBT se muestra en la pantalla de ejemplo 1120 en la FIGURA. 75, donde la pantalla UI / UX titulada "elegir una sesión" incluye el menú de tratamiento 1121 junto con botones para una "sesión extendida" 1122 para aumentar el tiempo de un tratamiento PBT. “Seleccione una almohadilla LED” 1122 se utiliza para emparejar el dispositivo móvil con almohadillas LED inteligentes específicas. Como se muestra, al seleccionar el tratamiento De-Stress se abre una segunda pantalla 1130 “Running” para monitorear un tratamiento en curso que muestra el nombre 1131 del tratamiento, para cancelar 1132 o pausar 1133 un tratamiento. La ventana también muestra el tiempo 1134 que queda en el tratamiento, la barra de progreso del paso 1135, la barra de progreso del tratamiento 1136 y la biorretroalimentación 1137.

Impulsar otros componentes distribuidos

El controlador PBT se puede utilizar para controlar otros dispositivos de terapia que no sean los LED. Estos componentes periféricos pueden incluir varitas y sistemas láser PBT, almohadillas LED autónomas programadas sobre un sistema PBT distribuido, almohadillas y varillas de magnetoterapia, máscaras LED, tapas LED, auriculares LED para oídos y nariz, y más. Las mascarillas LED, las gorras para la cabeza y las camas LED son simplemente sistemas PBT multizona que utilizan sistemas de entrega LED únicos. Por tanto, el control eléctrico es idéntico al sistema PBT mencionado anteriormente como se describe. En términos generales, el sistema PBT distribuido antes mencionado no se limita a la activación de LED, sino que se puede utilizar para activar cualquier emisor de energía colocado junto a un paciente con el fin de inyectar energía en el tejido vivo, incluida una luz coherente de un láser, o la emisión de energía magnética variable en el tiempo. campos (magnetoterapia), microcorrientes eléctricas (electroterapia), energía ultrasónica, infrasonido, radiación electromagnética infrarroja lejana o cualquier combinación de los mismos.

Debido a que los sistemas terapéuticos distribuidos como el láser PBT, la termoterapia, la magnetoterapia y la terapia de ultrasonido utilizan emisores de energía diferentes a los LED, requieren algunas modificaciones para activar los emisores de energía utilizando el controlador PBT descrito. A continuación se describen algunos ejemplos de adaptación del sistema PBT divulgado para terapias alternativas:

Sistemas láser PBT- FIGURA. 76 ilustra un dispositivo PBT portátil o "varita" útil para la terapia PBT con láser . Como se muestra, la varilla de mano 1150 incluye un brazo cilíndrico 1153 con LCD1160 y botones de control 1161a y 1162b. La parte inferior del mango del cilindro también incluye un puerto USB 1162 necesario para cargar la batería 1166. El mango del cilindro se conecta a un cardán 1152 al cabezal PBT 1151 con placa frontal transparente 1154 que contiene la placa de circuito impreso PCB 1155 con láseres 1156 y 1157 junto con sensores 1158. Una característica inventiva es una cuchilla conductora circular 1159 que se usa para detectar el contacto con la piel para evitar la iluminación de los láseres a menos que la unidad esté en contacto con tejido.

El diagrama de bloques del diagrama de bloques de la terapia PBT portátil de la FIGURA. 77 incluye pad pC 1181, reloj 1183, memoria volátil 1185, memoria no volátil 1184 e interfaz de comunicación 1182 y Bluetooth 1190. Pad pC se comunica por bus de datos 1187 para controlar UI 1177 con botones 1161a y 1161b, controlador de pantalla UX 1176 con LCD 1160 , controlador láser 1174 y sistema de seguridad. Como se muestra, el controlador láser 1174 acciona los diodos láser 1156 y 1157. Al mismo tiempo, la interfaz 1175 del sistema de seguridad utiliza la señal de hoja de contacto 1188 y las señales del sensor de temperatura 1189. El controlador láser 1174 funciona con una fuente de alimentación láser 1173 con una batería de iones de litio 1172 mediante cargador de batería y regulador 1171 alimentado por entrada USB 1186.

Los detalles de los sensores de seguridad se muestran en la FIGURA. 78 incluyen la medición del calor 1200 con el diodo PN 1202 (terminales A y K) y las hojas de contacto 1159 con los condensadores 1201a y 120b que forman un circuito cerrado que conduce corriente alterna a través del tejido de un paciente a través de los terminales C y C'. FIGURA. 79 ilustra un sistema de seguridad portátil PBT láser que incluye el oscilador 1220, los condensadores de sensor de contacto 1201a y 1201b y la resistencia de detección 1221 junto con el amplificador diferencial 1222, el filtro de paso bajo 1223, el comparador 1225 y la referencia de voltaje 1224. En funcionamiento, el oscilador 1220 de voltaje Vosc inyecta una frecuencia fosc en la serie en el divisor de voltaje formado entre la resistencia 1221 y la conexión en serie de los capacitores 1201a y 1201b y una resistencia 1221. A la frecuencia de conmutación fosc, los capacitores conectados en serie exhiben una impedancia equivalente Z y caen un voltaje voltaje de la red entre los nodos C y C' de V^z = (Z^c • lave) mientras que la caída de voltaje a través de la resistencia 1221 es V^r = R • lave . Igualando las dos ecuaciones V^r = Vosc R / (R Z^c) es decir, cuando el sensor de hoja de contacto 1159 no está en contacto con la piel del paciente, el valor de Z ^c es grande y V ^r se acerca a cero. En tal caso, la salida del amplificador diferencial es menor que Vref , el voltaje de referencia de voltaje independiente de la temperatura 1224. Como tal, la salida del comparador de seguridad ocular 1225 está en tierra y el controlador de láser está inhibido. Si la hoja del sensor entra en contacto con la piel, la impedancia de CA Z^c cae significativamente donde, después de eliminar la señal de CA mediante el filtro de paso bajo 1223, el voltaje de CC promedio a través de la resistencia 1221 es mayor que V ref , por lo que la salida del comparador de seguridad ocular cambia a un lógica alta y enviando una señal de habilitación de detección de contacto 1228 al láser pC. De manera similar, el sensor de temperatura 1202 es procesado por el circuito de protección de temperatura 1231a. Si se produce una condición de sobrecalentamiento, el indicador de sobretemperatura 1232 se envía al láser pC y la entrada a la lógica y la puerta baja, desactivando el controlador de láser 1174. En ausencia de una condición de sobrecalentamiento, entonces se confirma la detección de contacto 1228 proporcionada y luego la puerta lógica 1226 pasará el valor digital de la salida del controlador PWM 493, es decir, el controlador láser 1174 está habilitado.

FIGURA. 80 ilustra un esquema ejemplar de un controlador láser de dos canales. Como se muestra, el control láser PBT 1240 es similar al controlador LED antes mencionado que comprende el láser pC 1181, la interfaz de comunicación 1182, el reloj 1183, la memoria no volátil 1184 y la memoria volátil 1185. Las funciones de protección incluyen protección contra sobrecalentamiento 1131a con sensor 1202 junto con protección ocular 1131b. Las señales de falla y la salida del reproductor PWM del láser pC se ingresan en las puertas lógicas y 1228a y 1228b, luego se almacenan en búfer mediante dos pares de inversores en serie 1247 y 1246. La salida se alimenta a las entradas digitales de los sumideros de corriente digitales 1256 y 1257 en el controlador láser 1174. El convertidor D/A 1245 de doble salida también se utiliza para controlar el valor analógico de las corrientes lLaser¹ e kaser² cuando los sumideros de corriente son conductores.

El sumidero de corriente controlado 1256 se usa para impulsar la cadena de láseres 1156a a 1156n con longitud de onda A¹. El disipador de corriente controlado 1257 se utiliza para impulsar la cadena de láseres 1157a a 1157n con longitud de onda A² en la matriz de láser 1242. Las cadenas de láser son alimentadas por la tensión de alimentación V^hv de salida del regulador de conmutación de tipo boost 1241 que comprende el condensador de entrada 1265 Controlador PWM 1260, DMOSFET 1262 de baja potencia, inductor 1261, rectificador Schottky 1263 y condensador de salida 1264 con retroalimentación de voltaje al controlador PWM 1260. La entrada a la fuente de alimentación láser 1241 es suministrada por la batería de iones de litio 1172 y el cargador de batería 1171 de Entrada de alimentación USB. A espués 2. 5 - salida de tensión V regulado es también la salida de cargador de batería 1171 y condensador de filtro 1266 a la alimentación de los componentes del circuito de control de PBT láser 1240. Si se requiere una tensión más alta, la V^hv salida de alimentación utiliza para conducir la matriz de láser también puede usarse para suministrar el control de PBT del láser después de que el convertidor elevador esté funcionando.

Almohadillas LED autónomas para terapia de fotobiomodulación : otro periférico compatible con el sistema PBT distribuido son las almohadillas LED autónomas que se utilizan en aplicaciones cuando un controlador PBT o un teléfono celular no está disponible o es inconveniente para administrar tratamientos de emergencia, por ejemplo, en un campo de batalla o en un accidente de avión en un lugar montañoso. En funcionamiento, un solo botón ubicado en la almohadilla LED autónoma se utiliza para seleccionar el tratamiento. En general, no hay una pantalla UX disponible para información. A Nd A unque almohadillas LED autónomas operan "autónoma” (es decir, por sí mismos) durante los tratamientos de terapia, durante la fabricación que están conectados a parte de un sistema PBT distribuido a cargar sus programas aplicables y para confirmar su operación exitosa.

Los programas de software PBT cargados en las almohadillas LED varían según los mercados y las aplicaciones para los que están destinados. Por ejemplo, los programas de tratamiento cargados en las almohadillas LED en una estación de esquí pueden incluir tratamientos para la conmoción cerebral (una lesión común en el esquí), mientras que los utilizados por los paramédicos pueden centrarse en el tratamiento de heridas como laceraciones o quemaduras. En las instalaciones deportivas y los clubes de tenis, las almohadillas LED autónomas para el dolor muscular y articular pueden ser más comunes. En aplicaciones militares, la principal aplicación de campo es ralentizar o prevenir la propagación de la infección en una herida de bala o metralla.

El diseño eléctrico del LED inteligente 337 de la FIGURA. 14 es una operación LED autónoma igualmente aplicable, excepto por la adición de un botón para controlar el encendido / apagado y la selección de programas. Durante la programación, todo el sistema PBT está presente, incluido el bloque de alimentación 132, el controlador PBT 131, el cable USB 136 y la almohadilla LED inteligente autónoma 337. En la programación, el controlador PBT configura la almohadilla LED cargando datos de fabricación y descargando un reproductor PBT y los archivos de reproducción LED de precarga según sea necesario. También se puede usar un sistema de programación portátil para reprogramar las almohadillas una vez vendidas o implementadas en el campo, lo que permite al cliente reutilizar su inventario para adaptarse a varios tipos de desastres, por ejemplo, congelación en el invierno, tratamientos antivirales en un brote de enfermedad o pandemia. , daño pulmonar por la liberación de un agente nervioso de un terrorista, etc.

El factor importante en una almohadilla LED autónoma es que el costo debe controlarse utilizando un diseño estándar, es decir, usando un flujo de fabricación común y una lista de materiales (construcción de materiales) del producto para todas las aplicaciones y mercados, y luego usar descargas de software para personalizar el producto genérico. en una versión específica de la aplicación. En la FIGURA. 1 se muestra un ejemplo de una almohadilla de uso general. FIGURA. 81A que comprende un autónomo pre-programado almohadilla inteligente LED se muestra con la vista superior 1281, u nderside ver 1284 , y vista lateral que incluye un único zócalo de USB 1198. Cross sección 1280 incluye rígido PCB 1288; PCB flexible 1289, LED 1991 y 1292, sensor 1290 e interruptor de control 1299. La cubierta de la almohadilla polimérica LED 1281 incluye las aberturas 1295 y la cavidad 1296, la parte delgada 1288 para el interruptor 1298 y el plástico transparente protector 1287. La almohadilla LED 1280 incluye la cubierta superior de polímero flexible 1281 con saliente 1283, polímero flexible inferior 1284 con saliente 1285.

Como se describe, las almohadillas LED autónomas no utilizan una pantalla, un enlace de radio o un control remoto y, por lo tanto, ofrecen un número limitado de programas de tratamiento precargados, generalmente de una a cinco opciones como se ilustra en la FIGURA. 81B. Como se muestra, una almohadilla LED autónoma en su estado apagado 1257a cambiará al estado 1257b después de presionar el interruptor 1293 una vez. Después de seleccionar este estado después de un breve período de tiempo, el tratamiento comenzará utilizando el programa "Tratamiento 1". Si presiona el botón por segunda vez, el programa avanzará al estado 1257c y comenzará el "Tratamiento 2". De manera similar, cada vez que se presiona el botón, el programa avanza al siguiente tratamiento 3, 4 y 5 mostrado como los estados correspondientes 1257d, 1257e y 1257f. Al presionar el interruptor 1293 por sexta vez, la almohadilla LED autónoma vuelve al estado 1297a apagado.

Termoterapia con LED pulsados: de manera similar a la luz visible y el infrarrojo cercano en la terapia de fotobiomodulación, la termoterapia es la aplicación de infrarrojo lejano , que generalmente comprende longitudes de onda de 1 pm a 100 pm. La termoterapia incluye spas, almohadillas térmicas y envolturas corporales calefactoras. Según Wikipedia, los efectos terapéuticos del calor incluyen “aumentar la extensibilidad de los tejidos de colágeno; disminución de la rigidez articular; reducir el dolor; aliviar los espasmos musculares; reducir la inflamación, el edema y las ayudas en la fase de curación posaguda; y aumento del flujo sanguíneo. El aumento del flujo sanguíneo al área afectada proporciona proteínas, nutrientes y oxígeno para una mejor curación ". También acelera la entrega de desechos metabólicos y dióxido de carbono. La terapia de calor también es útil para mejorar los espasmos musculares, mialgia, fibromialgia, contracturas, bursitis,

Si bien las afirmaciones terapéuticas se superponen a las ofrecidas por PBT, el mecanismo físico de la termoterapia es considerablemente diferente. A diferencia del PBT, que imparte fotones absorbidos por moléculas para estimular reacciones químicas que de otro modo no ocurrirían, es decir, la fotobiomodulación, en la termoterapia, el calor absorbido por los tejidos y el agua acelera las tasas de vibración molecular para acelerar las reacciones químicas en curso. Sin embargo, dado que de acuerdo con la relación de Einstein E = hc / A la energía de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda, la energía de la radiación infrarroja lejana de 3 pm es solo del 20% al 20% de la del rojo y del NIR PBT. Esta diferencia de energía es significativa, ya que la energía más baja es insuficiente para romper enlaces químicos o transformar la estructura molecular. Como tal, la termoterapia generalmente se considera un alivio sintomático sin la manifestación de curación acelerada asociada en el PBT. Las profundidades de penetración para fuentes de infrarrojo lejano de menos de 3 pm (es decir, IR tipo B) exhiben mayores profundidades de penetración que longitudes de onda más largas y, por lo tanto, se prefieren a las fuentes de longitud de onda larga .

El sistema PBT mencionado anteriormente se puede adaptar para termoterapia reemplazando la luz visible y los LED NIR por LED en el espectro IR lejano. Los LED están generalmente limitados a longitudes de onda de 12 pm o menos como se describe en "Radiación infrarroja lejana (FIR): sus efectos biológicos y aplicaciones médicas” ,

^{Photonics Lasers M e d} ., Vol. 1, no. 4, noviembre de 2012, págs. 255-266: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3699878/ por F. Vatansever y MR Hamblin. Al ajustar la estructura cristalina de los semiconductores compuestos de superrejilla compuesta III-V para anchos de banda más pequeños, los LED que operan en un espectro de IR lejano se han logrado a longitudes de onda de hasta 8,6 pm ( consulte " Diodo emisor de luz de superrejilla InAs / GaSb con emisión máxima a una longitud de onda de 8,6 pm ”, IEEE J. Quant. Elect., vol. 47, núm. 1, enero de 2011, págs. 5-54) . Por lo tanto, el sistema PBT utilizado para activar los LED NIR que se describen en este documento se puede adaptar fácilmente para adaptarse a los LED FIR simplemente intercambiando los LED NIR por sus contrapartes de longitud de onda más larga. El circuito de buceo se puede utilizar de manera idéntica utilizando formas de onda pulsadas o sinusoidales. Debido a las longitudes de onda largas, las frecuencias de excitación por debajo de 100 Hz son más adecuadas para asegurar una emisión uniforme de radiación infrarroja lejana. Incluso a frecuencias más bajas, por ejemplo, por debajo de 10 Hz, los LED FIR en una almohadilla se pueden escanear fila por fila para producir un masaje como una onda ondulante a través de cada almohadilla, estimulando sucesivamente la vasodilatación en un patrón sistemático a través del tejido tratado. Opcionalmente, los LED de infrarrojo cercano para PBT y el LED de infrarrojo lejano para termoterapia se pueden combinar en una almohadilla inteligente y se pueden activar de forma simultánea o alterna en el tiempo.

^{M a g n e to te ra p ia} - Magnetoterapia (MT) es un n terapia de medicina alternativa en la que el tejido lesionado se somete al campo magnético s. La influencia de los campos magnéticos fijos en el tejido es dudosa y, en general se considera pseudo-medicina, pseudomedicina, medicina marginal e incluso la charlatanería, la FDA de Estados Unidos algunos estudios han concluido las reclamaciones médicas de imán permanente magnetoterapia son totalmente soportado por los resultados de la Ciencia y la estudios clínicos y prohíbe la comercialización de cualquier producto de magnetoterapia utilizando afirmaciones médicas (https://en.wikipedia.org/wiki/Magnet therapy). Las afirmaciones contradictorias sugieren que los campos magnéticos pulsados exhiben un efecto terapéutico porque el tejido vivo contiene una gran cantidad de iones libres e incluso moléculas eléctricamente balanceadas (como el agua), que actúan como dipolos debido a la dirección de sus cargas. Cuando se someten a un campo magnético oscilante, las moléculas son repelidas y atraídas de acuerdo con su carga eléctrica de una manera similar a las imágenes realizadas por imágenes magneto-resonantes (MRI), excepto que la excitación se produce a frecuencias más bajas. Este tipo de terapia magnética se conoce comúnmente como magnetoterapia pulsada o PMT.

Los efectos notificados de la PMT son en gran parte analgésicos, incluida la relajación muscular, mejora de la circulación sanguínea local y vasodilatación; efectos antiinflamatorios ; el alivio del dolor a través de la liberación local de en dorphins ; y efectos beneficiosos sobre celular potencial de acción de membrana s . Se cree que el mecanismo de acción es principalmente electroquímico en lugar de térmico, y en esencia actúa de manera catalítica al acelerar las velocidades de reacción química en curso. Las frecuencias de pulso de PMT reportadas varían en todo el espectro de audio e infrasonido desde 20 kHaz sembrados hasta menos de 1 Hz. A partir de la literatura publicada, es imposible determinar la exactitud de estas afirmaciones informadas o determinar la eficacia del tratamiento de la magnetoterapia pulsada. Además, PMT conlleva ciertos riesgos. En particular, la PMT está contraindicada en el caso de tumores y tiene un riesgo de seguridad de afectar el funcionamiento del marcapasos.

De acuerdo con esta invención, se puede realizar un sistema de magnetoterapia pulsada reutilizando el sistema PBT descrito reemplazando los componentes ópticos con electroimanes y adaptando el circuito de activación contenido en la almohadilla o varilla inteligente. Opcionalmente, los LED para PBT se pueden activar en combinación con emisores magnéticos, ya sea de forma simultánea o alterna en el tiempo. En el caso de impulsar una matriz de electroimanes, la matriz de electroimán debe montarse en una placa de circuito impreso tridimensionalmente flexible (o PCB 3D) similar a la que se utiliza aquí para matrices de LED y se describe en la solicitud de USPTO número 14 / 919.594 titulada " 3D flexible Placa de circuito impreso con interconexiones redundantes ”, incorporada aquí como referencia. El PCB rígido - flexible es necesario para ajustar la orientación de numerosos electroimanes a un ángulo de 90 ° (es decir, un ángulo recto) al tejido del paciente que se está tratando sin dañar mecánicamente las juntas de soldadura entre el PCB flexible y los electroimanes rígidos. La PCB rígida y flexible proporciona una solución perfecta para lograr una flexibilidad 3D confiable.

FIGURA. 82 ilustra un PCB rígido-flexible con interconexiones de cobre sin protección. Como se muestra, la PCB flexible comprende una capa aislante 1303 intercalada por capas metálicas 1301 y 1302 que comprenden típicamente cobre modelado. En algunas partes de la sección transversal mostrada y en otras partes (no mostradas en esta sección transversal específica), esta PCB flexible está intercalada en el medio de una PCB rígida que comprende capas aislantes 1304 y 1305 y laminada con capas metálicas estampadas 1311 y 1312. En general, las capas flexibles 1301 y 1302 de metal para PCB son más delgadas que las capas rígidas de metal para PCB 1311 y 1312. La sección transversal es para fines ilustrativos. El patrón exacto de cada capa en una sección transversal depende de la ubicación y del circuito que se implementa. Como se muestra, el metal a través de 1307 se usa para conectar las capas de metal 1301 a 1311 y a través de 1308 se usa para conectar las capas de metal 1302 a 1312. Se usa un completamente enterrado a través de 1306 para conectar las capas de metal flexible 1301 y 1302.

Se utilizan capas protectoras que comprenden un revestimiento de poliimida, silicona u otro material de protección contra rayones para sellar las partes rígidas y flexibles de la PCB. Como se muestra, el aislante 1304 protege la capa de metal 1301 y el aislante 1305 protege la capa de metal 1302 sellando completamente la PCB flexible de la humedad y el riesgo de rayones inducidos mecánicamente. En la parte rígida de la PCB, la capa aislante con patrón 1313 protege una parte de la capa metálica 1311 y la capa aislante sin patrón 1314 protege completamente la capa metálica 1312. Algunas partes de las capas metálicas 1311 permanecen desprotegidas con el fin de soldar componentes sobre la PCB rígida.

Como se muestra , la interconexión eléctrica de las diversas capas de metal dentro de un PCB rígido dado, entre PCB rígidos y dentro de PCB flexibles se puede lograr sin la necesidad de cables, conectores o juntas de soldadura, utilizando vías conductoras 1306, 1307 y 1308 . Estas vías conductoras comprenden columnas conductoras de metal u otros materiales de baja resistencia formados perpendiculares a las diversas capas de metal y pueden penetrar dos o más capas de metal para facilitar la conectividad multinivel y topologías eléctricas no planas, es decir, circuitos donde los conductores deben cruzarse entre sí sin volverse eléctricamente. cortocircuitado.

En las almohadillas PMT, la función de la parte rígida de la PCB rígida-flexible descrita se puede utilizar de diversas formas. En un caso, se pueden montar pilas discretas electromagnéticas, de imanes permanentes y de imanes permanentes / electroimán en la parte rígida de la PCB rígida-flexible. Alternativamente, las interconexiones de PCB se pueden usar para formar un toroide que cuando se combina con material magnético de orificio pasante forma una estructura magnética plana. Una disposición ejemplar de un toroide magnético plano se ilustra en el diagrama de explosión de la FIGURA. 83 donde las capas conductoras de metal 1311, 1301, 1302 y 1312 forman un toroide circular que rodea un núcleo magnético 1316. Cada conductor circular en una capa dada se gira en comparación con la capa de metal debajo de ella de modo que las vías de metal 1307, 1306 y 1308 son capaces de interconectar las capas de una manera en la que la corriente fluye en sentido antihorario en cada capa ubicada en cada plano de la PCB, por ejemplo, en el plano que cruza la PCB rígida 1320. Esta estructura se detalla más en la FIGURA. 84 en el que el PCB rígido-flex forma las capas de la toroide que rodea núcleo magnético 1316. Para evitar cortocircuitos entre las capas conductoras y la iro n núcleo magnético, el núcleo magnético 1316 puede estar aislado de capas conductoras 1311, 1301, 1302, y 1302 por aislante 1315. La vista superior resultante se muestra en la FIGURA. 85 en la sección transversal plana que cruza la PCB rígida 1320 y la PCB flexible de interconexión 1321. Como se ilustra, el conductor 1302 de forma circular rodea el núcleo magnético 1316 mientras se conecta a una capa conductora superpuesta a través de la vía 1306 y también se conecta a una capa conductora subyacente a través de una vía 1308.

Un ejemplo de circuito utilizado para impulsar el PMT se ilustra en la FIGURA. 86 que comprende el controlador PMT 1340; controlador de electroimán 1341; fuente de alimentación de electroimán 1363; y matriz de electroimán 1350; junto con el cargador de batería 1360, la batería Li-Ion 1361 y un conector USB. Similar a una almohadilla LED inteligente o un circuito de varilla láser, el controlador PMT 1340 incluye PMT pC 1181, reloj 1183, memoria no volátil 1134, memoria volátil 1135, interfaz de comunicación 1182 y enlace de radio Bluetooth o WiFi 1190. La salida de pulso digital de PMT los pC 1181 están activados por las puertas AND lógicas 128a, 1228b y, opcionalmente, otras (no mostradas) para facilitar la protección 1131a contra sobrecalentamiento. Las salidas de las puertas Y se almacenan en búfer mediante cadenas de inversores duales 1346 y 1347 para activar la entrada digital de los sumideros de corriente programables 1342 y 1343, respectivamente. Los sumideros de corriente controlados 1342 y 1343 controlan la magnitud y la forma de onda de las corrientes electromagnéticas I^em1 e I^em2 que fluyen a través de los electroimanes 1352 y 1353 en respuesta a sus entradas digitales y también controladas por la corriente de referencia analógica derivada de las salidas del convertidor D/A 1345 .

Se incluyen diodos de rueda libre 1354 y 1355 para evitar picos de alto voltaje siempre que los sumideros de corriente se apaguen rápidamente recirculando la corriente del inductor hasta que se consuma la energía almacenada del electroimán E^l = 0,5LI 2 o hasta que el sumidero de corriente vuelva a conducir la corriente. Los condensadores 1356 y 1357 se utilizan para filtrar el ruido de conmutación o, opcionalmente, para formar intencionalmente un circuito de tanque con la inductancia de la bobina y oscilar a una frecuencia resonante de fLC = 1 / (2n SQRT (LC)). La energía para impulsar los electroimanes V^em se deriva de la conmutación del circuito de suministro de energía, ya sea un convertidor elevador para aumentar el voltaje o un convertidor Buck para reducirlo. Alternativamente, dado que los sumideros de corriente 1343 y 1343 controlan la corriente del inductor de todos modos, el regulador de voltaje puede eliminarse.

Aunque el funcionamiento de un regulador de conmutación es bien conocido en la técnica, aquí se incluye un convertidor elevador ejemplar como fuente de alimentación de electroimán 1363 con fines ilustrativos. En funcionamiento, el controlador PWM 1365 enciende el MOSFET 1366 de potencia permitiendo que la corriente en el inductor de refuerzo 1369 aumente durante una fracción fija de un período de conmutación después del cual el MOSFET 1366 de potencia se apaga. La interrupción de la conducción en el MOSFET hace que el voltaje de drenaje del MOSFET 1366 de potencia se eleve instantáneamente, polarizando hacia adelante el diodo Schottky 1367 y cargando el capacitor 1368 a un voltaje V^em. Una señal de retroalimentación del voltaje del capacitor se "retroalimenta" entonces al controlador PWM 1365 permitiendo al controlador determinar si el voltaje de salida está por debajo o por encima de su voltaje objetivo.

Si el voltaje está por debajo del objetivo, el ancho de pulso en el tiempo se alarga para ser un porcentaje mayor D = tencendido / (tencendido tapagado) = (tencendido / T^pwm ) del siguiente período de reloj T PWM , es decir, D aumenta permitiendo que la corriente promedio en el inductor 1369 aumente e impulsando el voltaje de salida V^em más alto. Si, por otro lado, el voltaje de salida es demasiado alto, el factor de trabajo D, es decir, el tiempo de activación del MOSFET 1366 se reducirá, lo que permitirá que la corriente en el inductor 1369 disminuya gradualmente durante varios ciclos de conmutación y, por lo tanto, permita que el voltaje de salida disminuya. Al ajustar continuamente su factor de trabajo D y el ancho de pulso (el tiempo de encendido del MOSFET 1366), el voltaje de salida se regula a un valor constante en virtud de la retroalimentación de voltaje. Por lo tanto, el proceso de regulación de un regulador de conmutación que opera a una frecuencia de conmutación y un período T^pwm se denomina PWM, que significa modulación de ancho de pulso. La función del condensador de salida 1368 es filtrar la tensión de salida mientras que el condensador de entrada 1364 se utiliza para evitar la retroinyección de ruido en la fuente de alimentación y estabilizar la red de alimentación. Como se muestra, el voltaje de salida del convertidor de conmutación y el regulador es más alto que su entrada, es decir, V^em > Vbat, por lo que el convertidor se denomina convertidor elevador. Sin embargo, si el voltaje del controlador del electroimán deseado es menor que el voltaje de la batería VEM < Vbat , entonces se requiere un convertidor reductor o reductor. Topológicamente, realizar un convertidor Buck requiere solo una modificación menor en el circuito del convertidor elevador reorganizando los mismos componentes girando los tres componentes conectados al nodo común a la derecha, es decir, reemplazando el diodo Schottky 1367 con el inductor 1369, reemplazando el MOSFET 1366 de potencia con Schottky 1367, y reemplazando el inductor 1369 con el MOSFET de potencia 1366.

Alternativamente, en lugar de emplear Magnetics planas para realizar el electroimán, un pre - ensamblado o discreta electroimán módulo puede ser empleado. Como se muestra en la FIGURA. 87, de montaje en superficie discreta electroimán 1351 incluyendo núcleo magnético 1376 y herida cable de la bobina 1375 se adjunta como un componente de montaje superficial a la parte rígida de un PCB rígido-flex por soldadura de metal feet1 1359A y 1359b a dos distintos segmentos de capa conductora y aislados eléctricamente 1311a y 1311b de la misma capa conductora de cobre. Como se ilustra, los segmentos conductores aislados 1311a conectan entonces la capa conductora inferior 1312 a través de las vías modeladas 1309a, 1306a y 1310a. De esta manera, se puede colocar un electroimán discreto separado encima de cada PCB rígido para formar una matriz tal como se muestra en la sección transversal de la FIGURA. 88 A, específicamente donde el electroimán discreto 1351a está montado en una PCB rígida 1348a, que se conecta a una PCB rígida 1348b a través de la porción de PCB flexible 1349a; el electroimán discreto 1351b está montado en una PCB rígida 1348b, que se conecta a una PCB rígida 1348c a través de la parte de PCB flexible 1349b; y donde el electroimán discreto 1351c está montado en una PCB rígida 1348c, que se conecta a otras PCB rígidas (no mostradas) a través de la porción de PCB flexible 1349c.

Como tal diseño, cada imán 1351a, 1351b, 1351c, etc. de la matriz es un electroimán y se puede controlar electrónicamente para variar su campo magnético de acuerdo con el circuito PMT anterior en respuesta a la reproducción de PMT generada desde el controlador 1340 de PMT. Las formas de onda pueden producir variaciones continuas, pulsadas o sinusoidales en el campo magnético de todos los electroimanes de la matriz o, alternativamente, pueden implicar la activación de los electroimanes individualmente y en alguna secuencia para formar un patrón especial o una onda magnética a través de la almohadilla PMT, por ejemplo, generar un imán ondulado. onda de campo fila por fila a lo largo de la almohadilla oa lo largo de una serie de almohadillas. En otros casos, algunos electroimanes pueden estar polarizados para producir un campo magnético constante, mientras que otros se modulan para producir un campo magnético variable en el tiempo.

En una realización alternativa, algunos electroimanes pueden ser reemplazados por electroimanes para combinar una mezcla de campos magnéticos constantes y variables en el tiempo. Por ejemplo, en la FIGURA. 88B, previamente electroimán 13511b (mostrado anteriormente en la FIGURA. 88A) se sustituye por un imán permanente 1370 una unida a 1348b PCB rígido mientras electroimanes 1351a y 1351c permanecen sin cambios. En la FIGURA. 88 C, PCB rígido 1348b acciona una pila de un electroimán 1351d y un imán permanente subyacente 1370b o alternativamente en la FIGURA. 88D, PCB rígido 1348b acciona una pila de un electroimán 1351e y un imán permanente superpuesto 1370c. En tales casos, el funcionamiento del electroimán mejora (o alternativamente reduce el campo magnético producido por el imán permanente apilado).

El aparato PMT también se puede adaptar para su uso como dispositivo de magnetoterapia portátil o varita 1450 como se muestra en la FIGURA. 89 compuesto por un mango cilíndrico 1458 con pantalla UX 1460, pulsadores 1461b para controlar el funcionamiento y la selección de programas, botón de encendido / apagado 1461a, batería 1643 y conector USB 1462. El mango cilíndrico 1458 se conecta a la unidad de cabezal magnético 1453 a través del cardán móvil 1452. Cabezal magnético la unidad 1453 incluye un electroimán 1455 que comprende un núcleo de ferrita 1457 y una bobina 1556 montada en la PCB 1454 junto con los circuitos de control. Si se opera como parte de un sistema distribuido, el enlace de comunicación de la varilla de magnetoterapia portátil 1450 a un controlador PBT puede realizarse a través de USB, WiFi o posiblemente Bluetooth. Como dispositivo autónomo, el conector USB 1462 se utiliza para programar la varita durante la fabricación conectándola a un controlador PBT.

^{B o q u illa L E D P B T p e rio d o n ta l} : aunque la PBT se puede realizar a través de las mejillas para tratar la enfermedad de las encías, otra opción es inyectar luz directamente en la boca del paciente utilizando láseres o LED en el espectro cercano, infrarrojo y azul. Este dispositivo es pequeño y debe caber cómodamente en la boca. Como dispositivo de terapia autónomo, el dispositivo debe utilizar un cliente de software liviano capaz de ejecutar solo unos pocos algoritmos preprogramados. Alternativamente, el dispositivo puede emplear la transmisión de datos desde un módulo de control de usuario utilizando una conexión por cable, Bluetooth o WiFi 802.11ah de baja potencia. El módulo de control de usuario se comunica con el controlador PBT y funciona igual que el controlador de una almohadilla LED inteligente, excepto que su salida no activa los LED dentro de una almohadilla, sino que se transmite a la boquilla LED como una señal eléctrica pasiva para que no se procese ningún procesamiento. PE rformed dentro de la boquilla.

Un ejemplo de un aparato PBT periodontal de este tipo se muestra en el dibujo en perspectiva de tres dimensiones de la FIGURA. 90 que comprende una boquilla moldeada 1500 que incluye una parte en forma de herradura que cubre los dientes y las encías 1503, dos LED de diferentes longitudes de onda 1504 y 1505 que recubren la parte en forma de herradura (donde las ubicaciones 1506 identifican la posición de los LED no visibles en el dibujo en perspectiva 3D), cable eléctrico 1501 y unidad de control 1502 con conector para alimentación u opcionalmente para comunicación por bus. La sección transversal correspondiente revela una sección transversal en forma de U que rodea el diente 1510 que comprende un conjunto de PCB rígido y flexible con PCB flexible 1513, base rígida de PCB 1515 y LED 1513. En lugar de intentar limpiar los dientes, la boquilla está diseñada para colocar LED 1513 para ubicarse cerca de las encías 1512 adyacentes al diente 1511. Los LED pueden comprender LED rojos, infrarrojos, azules o violetas para combatir la inflamación y la enfermedad periodontal. El conjunto en forma de U está contenido dentro de una boquilla de silicona delgada moldeada alrededor de la PCB rígida y flexible.

La fabricación de la boquilla con una sección transversal en forma de U diseñada para cubrir y tratar una única mandíbula (ya sea la mandíbula superior o la inferior pero no ambas) se muestra en la FIGURA. 91 que comprende una parte 1513 de PCB rígida y alas 1514 de PCB flexible. Como se muestra inmediatamente después de la fabricación de SMT, los LED 1513a se montan en alas flexibles 1514 y, opcionalmente, el LED 1513z se monta en PCB rígido 1515. Durante el ensamblaje de la tecnología de montaje en superficie de PCB (SMT), el PCB rígido-flexible debe adaptarse al ensamblaje automatizado de alto volumen que requiere componentes recoger y colocar y uniformar los perfiles de temperatura de soldadura durante el reflujo. Es importante que la placa de circuito impreso se mantenga plana durante el montaje del SMT. Aunque las partes rígidas y flexibles de la PCB están aseguradas en el mismo plano durante la selección y colocación, la PCB rígida-flexible no necesita ser lineal, sino que se puede colocar en un diseño en forma de herradura en forma de goma , de modo que no se produce una flexión innecesaria de la placa de circuito impreso flexible ni se agrega tensión que luego puede causar roturas. Después del montaje de la superficie, las alas flexibles 1514 se doblan perpendicularmente a la base rígida 1515 de la PCB en forma de U y luego se moldean en una boquilla de silicona transparente 1516 que cubre la PCB rígidaflexible.

El mismo proceso se puede adaptar para fabricar una boquilla en forma de H útil para usar simultáneamente PBT tre en las mandíbulas superior e inferior. El método mostrado en la FIGURA. 92A utiliza el mismo proceso de fabricación que se describe para la boquilla en forma de U antes mencionada, excepto que después del montaje de la PCB, dos piezas separadas se unen eléctrica y físicamente para producir la boquilla en forma de H. Como se muestra, dos PCB, uno que comprende PCB rígido 1515a, PCB flexible 1514a, LED 1513a y LED opcionales 1513z, y un segundo que comprende PCB rígido 1515b, PCB flexible 1514b, LED 1513b y LED opcionales 1513y están unidos entre sí. En el proceso de unión, las PCB rígidas 1515a y 1515b se sueldan juntas para formar eléctrica y mecánicamente una PCB 1517 de múltiples capas como se muestra en la FIGURA. 92B. Como tal, la boquilla puede tratar las encías superior e inferior simultáneamente.

La unión de los PCB rígidos 1515a y 1515b se muestra en la FIGURA. 93 que ilustran las superficies conductoras 1518b y 1518d encima de la PCB rígida 1515b están soldadas a las correspondientes superficies conductoras 1518a y 1518c debajo de la PCB rígida 1515a para establecer conectividad eléctrica entre las PCB superior e inferior y para proporcionar soporte mecánico y rigidez a la boquilla. Opcionalmente, el orificio pasante a través de s 1519a y 1519b relleno con pasta de soldadura de plata se puede fundir para formar un orificio pasante continuo extendiéndose a través de la PCB rígida superior 1515a y la PCB rígida inferior 1515b.

El circuito para la boquilla periodontal PBT se muestra en la FIGURA. 94. Dado que no se permiten altos voltajes en la boca del paciente, el voltaje de entrada V ⁱⁿ debe reducirse se regula a un voltaje más bajo V ^led mediante el regulador lineal de baja caída LDO 1520. Los condensadores de filtro 1521 y 1522 se incluyen para estabilizar el regulador y para filtrar los transitorios de entrada y salida respectivamente. Bajo el control del microcontrolador 1535 de la unidad que ejecuta programas almacenados en la memoria volátil y no volátil 1536a y 1526b de acuerdo con el reloj 1534 y la referencia de tiempo 1531, las señales del microcontrolador se utilizan para impulsar de forma independiente las fuentes de corriente programables 1524a y 1524b con las señales de control 1537a y 1537b.

Las señales se pueden utilizar para encender y apagar digitalmente los LED o, alternativamente, para programar la corriente conducida o sintetizar una forma de onda periódica, como una onda sinusoidal. La corriente de la fuente de corriente 1524a se refleja en el transistor bipolar NPN 1525a para controlar la corriente en el transistor bipolar NPN 1526a y, por lo tanto, la corriente en los LED 1504a y 1504b y controlar de forma idéntica la corriente en los LED 1504c y 150d, todo de acuerdo con la ejecución del programa del microcontrolador 1535. De manera similar, la corriente de la fuente de corriente 1524b se refleja en el transistor bipolar NPN 1525b para controlar la corriente en el transistor bipolar NPN 1526b y, por lo tanto, la corriente en los LED 1505a y 1505b y de manera similar en los LED 1505c y 1505d de acuerdo con la ejecución del programa del microcontrolador 1535. De esta manera, la corriente del LED se puede controlar utilizando un número mínimo de componentes para ahorrar espacio. Por lo tanto, los circuitos del controlador miniaturizado pueden alojarse en el recinto 1502 mostrado en la FIGURA. 90.

Terapia de Ultrasonido - T que distribuye sistema de PBT, como se describe también es aplicable de conducir transductores piezoeléctricos a ultrasonidos productos en la gama de frecuencias de la gama de 100 kHz a 4 MHz. El mecanismo de acción terapéutica dominante para la terapia de ultrasonido es vibratorio , bueno para romper el tejido cicatricial y causar calentamiento con buena penetración profunda. Los algoritmos de activación pueden ser similares a los utilizados en la activación sinusoidal de los LED descritos en el presente documento, incluida la activación digital (pulsada) y sinusoidal. El PBY distribuido descrito es capaz de realizar terapia ultrasónica de forma independiente o en combinación con PBT. Usando el sistema descrito, los transductores de ultrasonido también se pueden combinar con matrices de LED para romper el tejido cicatricial usando ultrasonido, y para eliminarlo usando fagocitosis acelerada PBT.

En la FIGURA. 1 se muestra una implementación de un sistema de terapia PBT por ultrasonidos combinados o almohadilla USPBT. FIGURA. 95 que comprende el microcontrolador 1557 que ejecuta programas almacenados en la memoria volátil y no volátil 1558a y 1558b de acuerdo con el reloj 1556 y la referencia de tiempo 1553 , las señales del microcontrolador se utilizan para impulsar de forma independiente un puente H que comprende MOSFET de canal N de lado bajo 1563a y 1563b y MOSFET de canal P de lado alto 1564a y 1564b que accionan el transductor de ultrasonido piezoeléctrico 1562. El puente en H es alimentado por un voltaje de suministro regulado V ^pz generado por el convertidor CC / CC 1550 con capacitor de entrada 1551, capacitor de salida 1552, y opcionalmente un inductor (no mostrado).

Los MOSFET de lado alto 1564a y 1564b son impulsados por circuitos de controlador de cambio de nivel 1566a y 1566b. De manera similar , los MOSFET de lado bajo 1563a y 1563b son impulsados por amortiguadores de lado bajo 1565a y 1565b. En funcionamiento, el medio puente formado por el MOSFET 1564a del canal N del lado bajo y el canal P 1563a del lado alto se desfasa con el medio puente formado por el MOSFET 1564b del canal N del lado bajo y el P- del lado alto. canal 1563b. W del lado de alta uando P-canal 1564a MOSFET está encendido y la realización, a continuación del lado de baja 1563a de canal N está apagado y Vx = V^pz . Al mismo tiempo, el MOSFET 1564b del canal P del lado alto está apagado, luego el canal N 1563b del lado bajo está encendido y conduciendo, por lo que Vy = 0 durante el cual la corriente fluye de V x a V y . En el siguiente medio ciclo, el flujo de corriente se invierte de Vy a Vx . En funcionamiento, los dos semipuentes son desfasados por el inversor 1567 en respuesta a la salida de la almohadilla qC 1557. La salida del semipuente es bidireccional y tiene una magnitud absoluta ±V^pz. La salida de la almohadilla qC 1557 también se usa para impulsar una matriz de LED 1561 a través del controlador de LED 1560 descrito anteriormente.

En una realización alternativa mostrada en la FIGURA. 96, una matriz programable de sumideros de corriente reemplaza el medio puente en la activación de múltiples transductores piezoeléctricos. Como se muestra, la almohadilla pC 1557 envía una magnitud digital al convertidor D/A 1573 usado para controlar la corriente conducida por los sumideros de corriente 1576 y 1575 a través de los correspondientes transductores piezoeléctricos 1562a y 1562b, respectivamente. Las corrientes piezoeléctricas I^pz1 y P^z2 se pulsan digital por convertidores 1571 y 1572 para controlar la frecuencia del ultrasonido generado.

Un ejemplo de una almohadilla USPBT se muestra en la FIGURA. 97 que comprende una almohadilla LED inteligente mostrada con una vista superior 1581, una vista inferior 1584 y una vista lateral que incluye un solo conector USB 1598. La sección transversal 1580 incluye PCB rígido 1588; PCB flexible 1589, LED 1591, sensor 1590 y transductores piezoeléctricos 1592a y 1592b. La cubierta de almohadilla polimérica LED 1581 incluye las aberturas 1595 y la cavidad 1596, y el plástico transparente protector 1587. La almohadilla LED 1580 incluye la parte superior c sobre polímero flexible 1581 con saliente 1583, polímero flexible inferior 1684 con saliente 1585.

Opcionalmente, los LED para PBT se pueden activar en combinación con los emisores piezoeléctricos ultrasónicos, ya sea de forma simultánea o alterna en el tiempo. La aplicación combinada de terapia ultrasónica y de fotobiomodulación (en este documento denominada USPBT) es útil para romper el tejido cicatricial usando ultrasonidos y usando PBT para acelerar la eliminación de las células muertas.

Terapia de infrasonidos: la terapia de infrasonidos es análoga al masaje tisular, excepto que se produce a frecuencias muy bajas por debajo del espectro de audio, por lo general desde 20 Hz hasta 1 Hz o menos. El actuador para crear bajas frecuencias debe ser relativamente grande, por ejemplo, de 10 cm de diámetro y, por lo tanto, es muy adecuado para su inclusión en una varilla similar a la de la FIGURA. 89 excepto que el electroimán es reemplazado por un controlador de bobina de voz similar a un altavoz, excepto que la parte móvil se adhiere a un émbolo o membrana que empuja el tejido tratado a frecuencias muy bajas. Por tanto, el sistema PBT descrito es directamente compatible para soportar periféricos de ultrasonido. Infrasound proporciona un masaje profundo a los tejidos y frecuencias bajas útiles para mejorar el rango de movimiento y la elasticidad muscular. Opcionalmente, los LED para PBT pueden activarse en combinación con el actuador de bobina móvil infrasónica, ya sea de forma simultánea o alterna en el tiempo.

PBT LED Buds para la nariz / Ears - Aunque PBT se puede realizar transcraneal, otra opción es inyectar la luz directamente en la nariz o los oídos que utilizan láser o LED en el espectro cercano, infrarrojo, y azul. Tal como dispositivo es pequeño. Como autónoma dispositivo de terapia, el dispositivo debe utilizar un cliente de software liviano capaz de ejecutar sólo unos pocos pre - pro programados algoritmos. Alternativamente, el dispositivo puede emplear la transmisión de datos desde un módulo de control de usuario usando una conexión por cable, Bluetooth o WiFi 802.11ah de baja potencia. El módulo de control de usuario es un dedo del pie de comunicación, el controlador PBT funciona de manera idéntica al controlador de una almohadilla LED inteligente, excepto que su salida no activa los LED dentro de una almohadilla, sino que se transmite a los botones LED como una señal eléctrica pasiva para que no se realice ningún procesamiento. dentro de los brotes. Por lo tanto, el sistema PBT descrito es directamente compatible para admitir botones LED PBT para tratamientos de nariz y oídos. Otro beneficio de la PBT intranasal e intraaural (es decir, en el oído) es su capacidad para matar patógenos y bacterias que infectan las cavidades sinusales.

^{P u n to s L E D P B T p a ra a c u p u n tu ra} : otra fuente LE D de tamaño pequeño es un pequeño LED o "punto” láser, una almohadilla del tamaño de una moneda que se coloca en el cuerpo sobre los puntos de acupuntura. Este dispositivo es pequeño y no tiene espacio para la energía de la batería. El dispositivo puede emplear la transmisión de datos desde un módulo de control de usuario mediante una conexión por cable, Bluetooth o WiFi 802.11ah de baja potencia. El módulo de control de usuario es un dedo del pie de comunicación, el controlador PBT funciona igual que el controlador de una almohadilla LED inteligente, excepto que su salida no activa los LED dentro de una almohadilla, sino que se transmite a los puntos LED / láser como una señal eléctrica pasiva para que no el procesamiento se realiza dentro de las manchas. Por lo tanto, el sistema PBT descrito es directamente compatible para admitir botones LED PBT para puntos LED de acupuntura.

^{A u ric u la re s B lu e to o th} : aunque no son médicamente terapéuticos, en aplicaciones de relajación, la música puede transmitirse a los auriculares a través de Bluetooth sincronizado con las formas de onda del tratamiento PBT. Dada la capacidad de síntesis de formas de onda del sistema PBT divulgado, es capaz de admitir música sincronizada y tratamientos PBT.

RECLAMACIÓN (ES

1. Un sistema de fototerapia que comprende:

una primera cadena de diodos emisores de luz (LED), comprendiendo dicha primera cadena de LED una pluralidad de LED adaptados para generar radiación electromagnética (EMR) que incluye radiación de una primera longitud de onda A1;

un primer controlador de canal acoplado a dicha primera cadena de LED para controlar una corriente eléctrica a través de dicha primera cadena de LED;

un primer microcontrolador que comprende una biblioteca de patrones, dicha biblioteca de patrones almacena al menos un algoritmo, dicho al menos un algoritmo define una secuencia de proceso para controlar dicha primera cadena de LED, especificando dicho algoritmo una frecuencia f1 de pulsos de EMR emitidos por dicha pluralidad de LED, un factor de trabajo de dichos pulsos de EMR emitidos por dicha pluralidad de LED y una magnitud de dicha corriente a través de dicha primera cadena de LED; y

una almohadilla que comprende dicha primera cadena de LED, dicha primera cadena de LED está colocada en dicha almohadilla para permitir que dicho EMR sea irradiado hacia un organismo vivo cuando dicha almohadilla se coloca adyacente a dicho organismo vivo, comprendiendo dicha almohadilla un segundo microcontrolador para controlar autónomamente dicho primera cadena de LED.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de fototerapia que comprende:

una primera cadena de diodos emisores de luz, LEDs, comprendiendo dicha primera cadena de LEDs una pluralidad de LEDs adaptados para generar radiación electromagnética, EMR, que incluye radiación de una primera longitud de onda A ¹ ; un primer controlador de LEDs acoplado a dicha primera cadena de LEDs para controlar una corriente eléctrica a través de dicha primera cadena de LEDs;

un controlador de fotobioterapia, PBT, dicho un controlador de PBT comprendiendo un microcontrolador principal, una interfaz de comunicación y un reloj digital, dicho controlador PBT almacenando una biblioteca de patrones, dicha biblioteca de patrones comprendiendo uno o más algoritmos, donde cada algoritmo define una secuencia de proceso para controlar dicha primera cadena de LEDs, especificando dicho algoritmo una frecuencia f ¹ de pulsos de EMR emitidos por dicha pluralidad de LEDs , un factor de trabajo de dichos pulsos de EMR emitidos por dicha pluralidad de LEDs y una magnitud de dicha corriente a través de dicha primera cadena de LEDs; y

una almohadilla que comprende dicha primera cadena de LEDs, dicho primer controlador de LEDs, un microcontrolador de almohadilla y una memoria de almohadilla, dicha primera cadena de LEDs está colocada en dicha almohadilla para permitir que dicho EMR sea irradiado hacia un organismo vivo cuando dicha almohadilla se coloca adyacente a dicho organismo vivo, estando conectado dicho microcontrolador de almohadilla con la memoria de almohadilla y con dicho primer controlador de LEDs, almacenando dicha memoria de almohadilla al menos uno de los dichos algoritmos para el uso por dicho microcontrolador de almohadilla en el control de manera autónoma de dicha primera cadena de LEDs.

2. El sistema según la reivindicación 1, donde el microcontrolador de almohadilla es capaz de controlar una corriente en cada cadena de LEDs.

3. El sistema según la reivindicación 2, donde almohadilla comprende una matriz de LEDs, dicha matriz de LEDs comprendiendo una primera cadena de LEDs y una segunda cadena de LEDs, la primera cadena de LEDs y la segunda cadena de LEDs comprendiendo un grupo de LEDs conectados en serie, y en donde los LEDs en una primera cadena de LED son capaces de emitir luz de una primera longitud de onda y los LEDs en una segunda cadena de LED son capaces de emitir luz de una segunda longitud de onda, donde dicha segunda longitud de onda es diferente de la primera longitud de onda.

4. El sistema según la reivindicación 3, que además comprende un segundo controlador de LEDs acoplado con dicha segunda cadena de LEDs, y donde cada primer y segundo controlador de LEDs comprende un MOSFET, un sensor de corriente y un elemento de control, cada uno de dicho MOSFET, sensor de corriente y elemento de control está conectado en serie con los LEDs en dicha cadena de LED, dicho sensor de corriente y elemento de control están conectados a una fuente de pulsos de habilitación para encender y apagar dicho MOSFET y a una fuente de corriente de referencia para controlar un nivel de dicha corriente en dicho MOSFET cuando dicho MOSFET está encendido.

5. El sistema según la reivindicación 4, donde dicha fuente de una corriente de referencia para una primera cadena de LEDs comprende un primer MOSFET de referencia y una fuente de una corriente de referencia para una segunda cadena de LEDs comprende un segundo MOSFET de referencia, cada uno de dichos primer y segundo MOSFET de referencia están conectados en una disposición de espejo de corriente con un tercer MOSFET conectado al umbral.

6. El sistema según la reivindicación 5, que además comprende una red de ajuste conectada a dicho tercer MOSFET conectado al umbral.

7. El sistema según la reivindicación 5, que además comprende un convertidor digital-analógico, D/A, una salida de dicho convertidor D/A que controla la magnitud de una corriente en dicho tercer MOSFET conectado al umbral.

8. El sistema según la reivindicación 1, que además comprende un enlace de comunicación entre dicho controlador PBT y dicho convertidor D/A, donde el enlace de comunicación comprende un cable USB u otro medio de comunicación por cable.

9. El sistema según la reivindicación 8, donde el enlace de comunicación comprende un conductor para suministrar energía a la almohadilla de LED.

10. El sistema según la reivindicación 1, donde el controlador de PBT comprende un primer reloj y la almohadilla de LED comprende un segundo reloj, dicho segundo reloj no está sincronizado con dicho primer reloj.

11. El sistema según la reivindicación 1, donde el LED comprende un registro de identificación del dispositivo, dicho registro de identificación del dispositivo se almacena en una memoria no volátil y comprende datos para que el controlador PBT los utilice para autenticar la identidad de la almohadilla de LED.

12. El sistema según la reivindicación 1, donde la almohadilla de LEDs comprende una memoria que contiene datos para controlar los controladores LEDs de acuerdo con un tratamiento PBT seleccionado.