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JP7740878B2 - Distributed photobiomodulation therapy systems and methods - Google Patents
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JP7740878B2 - Distributed photobiomodulation therapy systems and methods - Google Patents

Distributed photobiomodulation therapy systems and methods

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JP7740878B2 JP2020554839A JP2020554839A JP7740878B2 JP 7740878 B2 JP7740878 B2 JP 7740878B2 JP 2020554839 A JP2020554839 A JP 2020554839A JP 2020554839 A JP2020554839 A JP 2020554839A JP 7740878 B2 JP7740878 B2 JP 7740878B2
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Description

(関連出願の相互参照)
この出願は、2018年4月6日に出願された「分散型光生体変調治療システムと方法」と題された米国仮出願第62/653846の優先権を主張している。この出願は、以下の出願に関連している:2015年2月12日に出願された「正弦波駆動システムおよび光線療法のための方法」と題された国際出願番号PCT/US2015/015547;2016年10月21日に出願された「冗長相互接続を備えた3D曲げ可能なプリント回路基板」と題された国際出願番号PCT/US2016/058064。および米国特許出願第16/377192、名称「Photobiomodulationセラピー分散ための装置および方法、バイオフィードバック、そして通信プロトコル」提出2019年4月6日。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 62/653,846, entitled "Distributed Photobiomodulation Therapy System and Method," filed April 6, 2018. This application is related to the following applications: International Application No. PCT/US2015/015547, entitled "Sinusoidal Drive System and Method for Phototherapy," filed February 12, 2015; International Application No. PCT/US2016/058064, entitled "3D Bendable Printed Circuit Board with Redundant Interconnects," filed October 21, 2016; and U.S. Patent Application No. 16/377,192, entitled "Apparatus and Method for Distributed Photobiomodulation Therapy, Biofeedback, and Communication Protocol," filed April 6, 2019.

前述の出願および特許のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。 Each of the foregoing applications and patents is incorporated herein by reference in its entirety.

本発明は、光生体調節、光療法、および光生体調節療法(PBT)を含む、医療および健康用途のためのバイオテクノロジーに関する。 The present invention relates to biotechnology for medical and health applications, including photobiomodulation, phototherapy, and photobiomodulation therapy (PBT).

関連アートの議論 Related art discussion

バイオフォトニクスは、光子、つまり光の電子制御、および生細胞や組織との相互作用に関連する生物医学分野です。バイオフォトニクスには、外科手術、イメージング、バイオメトリクス、疾患検出、およびフォトバイオモジュレーション(PBM)が含まれます。光生体変調治療(PBT)又は光線治療と呼ばれ、光子の制御アプリケーションです。光線療法としても知られる光生体変調療法(PBT)は、光子(通常は赤外線、可視光線、紫外線)を制御および適用して、医療治療目的で光生体変調を引き起こします。PBTのアプリケーションには、怪我、病気、痛み、免疫系の苦などの医療治療目的が含まれます。より具体的には、PBTは、処理を受けている細胞および組織を、連続的または繰り返される不連続パルスのいずれかで特定の波長の光の光子の流れにさらして、生細胞および組織のエネルギ伝達および吸収挙動を制御することを含む。 Biophotonics is a biomedical field related to the electronic control of photons, or light, and their interaction with living cells and tissues. Applications of biophotonics include surgery, imaging, biometrics, disease detection, and photobiomodulation (PBM). Photobiomodulation therapy (PBT), also known as phototherapy, is the controlled application of photons. Photobiomodulation therapy (PBT), also known as phototherapy, involves the controlled application of photons (usually infrared, visible, or ultraviolet) to induce photobiomodulation for medical therapeutic purposes. Applications of PBT include the treatment of injury, illness, pain, and immune system ailments. More specifically, PBT involves exposing cells and tissues undergoing treatment to a stream of photons of specific wavelengths of light, either continuously or in repeated discrete pulses, to control the energy transfer and absorption behavior of living cells and tissues.

図1は、連続またはパルス光動作が可能なPBTシステムの要素を示している。PBTシステムは、患者の組織5を照明するLEDパッド2から放出される光子3の源としてLEDを制御および駆動するLEDドライバ1を含む。人間の脳は組織5として示されていますが、任意の臓器、組織、または生理学的システムはPBTを使用して治療できます。治療前、治療後、または治療中に、医師または臨床医7は、彼らの観察に従ってLEDドライバ1の設定を制御することによって治療を調整することができます。 Figure 1 shows the elements of a PBT system capable of continuous or pulsed light operation. The PBT system includes an LED driver 1 that controls and drives an LED as a source of photons 3 emitted from an LED pad 2 that illuminates a patient's tissue 5. While the human brain is shown as tissue 5, any organ, tissue, or physiological system can be treated using PBT. Before, after, or during treatment, a physician or clinician 7 can adjust the treatment by controlling the settings of the LED driver 1 according to their observations.

多くの潜在的なメカニズムが存在するが、図2に示されるように、赤色光と赤外光を使用したPBT治療中の光生体変調に関与する主要な光生物学的プロセス22は、鳥、哺乳類、馬、人間を含む植物と動物の両方を含むすべての真核細胞20に存在するオルガネラであるミトコンドリア21内で発生することが一般的に認められています。現在の理解に、光生物学的プロセス22は、光子23衝突を伴う上シトクロムcオキシダーゼ(CCO)分子をふくみ、それらはアデノシン一リン酸(AMP)をより高いエネルギのアデノシン二リン酸(ADP)分子への形質転換、又はADP分子をさらに高エネルギのアデノシン三リン酸(ATP)分子に変換することにより細胞のエネルギ含有量を増加させる充電器として機能します。AMPからADP、ATPへのシーケンス25で蓄積されたエネルギを増加させる過程で、シトクロムcオキシダーゼ分子24はバッテリ充電器として、ATP分子26エネルギを蓄える細胞バッテリとして機能し、動物の「光合成」と見なすことができるプロセスです。シトクロムシトクロムcオキシダーゼ分子24は、ATP充電シークエンス25で食物の消化から生じるグルコースからのエネルギを燃料に、又はまたは消化と光合成の組み合わせを介してエネルギを変換することができます。細胞代謝を促進するために、ATP26分子はATPからADP、AMPへの放電プロセス28を通じてエネルギ29を放出することができます。エネルギ29は、触媒、酵素、DNAポリメラーゼの形成を含むタンパク質合成を促進するためおよび他の生体分子に使用されます。 While many potential mechanisms exist, it is generally accepted that the primary photobiological process 22 involved in photobiomodulation during PBT treatment using red and infrared light, as shown in Figure 2, occurs within mitochondria 21, organelles present in all eukaryotic cells 20, including both plants and animals, including birds, mammals, horses, and humans. Current understanding suggests that the photobiological process 22 involves photon 23 collisions with cytochrome c oxidase (CCO) molecules, which act as a charger to increase the cellular energy content by transforming adenosine monophosphate (AMP) into the higher-energy adenosine diphosphate (ADP) molecule, or by converting ADP molecules into the higher-energy adenosine triphosphate (ATP) molecule. The cytochrome c oxidase molecule 24 acts as a battery charger, storing energy in the cellular battery, increasing the stored energy in the AMP-to-ADP-to-ATP sequence 25, a process that can be considered "photosynthesis" in animals. The cytochrome cytochrome c oxidase molecule 24 can convert energy from glucose resulting from food digestion into fuel through an ATP charging sequence 25, or through a combination of digestion and photosynthesis. To fuel cellular metabolism, the ATP 26 molecule can release energy 29 through a discharge process 28 from ATP to ADP and AMP. Energy 29 is used to drive protein synthesis, including the formation of catalysts, enzymes, DNA polymerases, and other biomolecules.

光生物学的プロセス22の別の側面は、チトクロームcオキシダーゼ分子24が、ニューロンの伝達および血管新生、新しい動脈および毛細血管の成長における重要なシグナル伝達分子である一酸化窒素(NO)分子27のスカベンジャーであることである。PBT中に処理された細胞内のチトクロームcオキシダーゼ分子24の照明は、損傷または感染した組織の近くにNO分子27を放出します。放出されたNOは、治療された組織への血流と酸素供給を増加させ、治癒、組織修復、および免疫反応を加速します。 Another aspect of the photobiological process 22 is that cytochrome c oxidase molecules 24 are scavengers of nitric oxide (NO) molecules 27, a key signaling molecule in neuronal communication and angiogenesis, the growth of new arteries and capillaries. Illumination of cytochrome c oxidase molecules 24 within cells treated during PBT releases NO molecules 27 near damaged or infected tissue. The released NO increases blood flow and oxygen delivery to the treated tissue, accelerating healing, tissue repair, and immune response.

PBTを実行し、チトクロームcオキシダーゼ分子(CCO)24を刺激して光子23からエネルギを吸収するために、光源と光を吸収する組織との間に介在する組織は、光を遮断または吸収することができません。図3に示されるように、ヒト組織の電磁放射(EMR)分子吸収スペクトルは、電磁放射λの波長(nmで測定される)に対する吸収係数のグラフ40に示されています。図3は、ある相対的吸収係数S酸素化ヘモグロビン(曲線44a)の、deoxygenatedヘモグロビン(曲線44b)、シトクロムc(曲線41A、41b)、水(曲線42)及び脂肪及び脂質(曲線43)の光の波長の関数を示しています。図示のように、脱酸素化ヘモグロビン(曲線44b)および酸素化ヘモグロビン、すなわち血液(曲線44a)は、(特に650nmより短い波長について)可視スペクトルの赤色部分の光を強く吸収します。スペクトルの赤外線部分のより長い波長では、スペクトルの赤外線部分におけるより長い波長、950nmを超えるEMRは、水(H2Oに吸収される)として曲線42として示されています。透明な光学窓45によって示されるように。650nm~950nmの波長では、人間の組織は本質的に透明です。 To perform PBT and stimulate cytochrome c oxidase molecules (CCO) 24 to absorb energy from photons 23, intervening tissues between the light source and the light-absorbing tissue cannot block or absorb the light. As shown in Figure 3, the molecular absorption spectrum of electromagnetic radiation (EMR) in human tissue is plotted as a graph 40 of absorption coefficients versus wavelength of electromagnetic radiation λ (measured in nm). Figure 3 shows the relative absorption coefficients S of oxygenated hemoglobin (curve 44a), deoxygenated hemoglobin (curve 44b), cytochrome c (curves 41A and 41b), water (curve 42), and fat and lipids (curve 43) as a function of light wavelength. As shown, deoxygenated hemoglobin (curve 44b) and oxygenated hemoglobin, i.e., blood (curve 44a), strongly absorb light in the red portion of the visible spectrum (especially for wavelengths shorter than 650 nm). At longer wavelengths in the infrared portion of the spectrum, EMR above 950 nm is absorbed by water (H2O) as shown by curve 42, as shown by the transparent optical window 45. At wavelengths between 650 nm and 950 nm, human tissue is essentially transparent.

脂肪および脂質による吸収(曲線43)とは別に、透明な光学窓45内に波長λの光子23を含むEMRは、シトクロムcオキシダーゼによって直接吸収されます(曲線41a、41b)。具体的には、シトクロムcオキシダーゼ分子24は、水または血液によって妨げられることなく、曲線41bによって表されるスペクトルの赤外線部分を吸収します。可視スペクトルの赤い部分の光で照らされているシトクロムcオキシダーゼ(曲線41a)用の二次吸収テールは、脱酸素化ヘモグロビン(曲線44b)の吸収特性によって遮断され、深部組織の光生物学的反応を制限しますが、上皮組織および細胞では活性化されます。したがって、図3は、皮膚、内臓および組織に対するPBTが、それらに対して赤および赤外線の異なる処理および光波長を必要とすることを示している。 Aside from absorption by fat and lipids (curve 43), EMR containing photons 23 of wavelength λ within the transparent optical window 45 is directly absorbed by cytochrome c oxidase (curves 41a and 41b). Specifically, cytochrome c oxidase molecules 24 absorb the infrared portion of the spectrum, represented by curve 41b, without interference from water or blood. The secondary absorption tail for cytochrome c oxidase illuminated with light in the red portion of the visible spectrum (curve 41a) is blocked by the absorption characteristics of deoxygenated hemoglobin (curve 44b), limiting photobiological responses in deeper tissues but activating them in epithelial tissues and cells. Thus, Figure 3 shows that PBT for skin, internal organs, and tissues requires different treatments and light wavelengths for red and infrared light.

現在のフォトニックデリバリーシステム Current photonic delivery systems

PBT中に組織への最大のエネルギ結合を達成するために、一貫して均一に光子で組織を照らすための一貫した送達システムを考案することが重要です。初期の試みではフィルター付きランプを使用していましたが、ランプは非常に高温で患者にとって不快であり、患者や医師を火傷させる可能性があります。ランプは、長時間の治療中に均一な照明を維持することは非常に困難です。ランプの寿命も短く、希薄ガスを使用して構築された場合、定期的に交換するのにも費用がかかる可能性があります。フィルターがあるため、合理的な治療期間で効率的な治療を実現するために必要な光子束を実現するには、ランプを非常に高温で動作させる必要があります。太陽のようなフィルタリングされていないランプは、実際にはスペクトルが広すぎて、フォトンの効率を制限します。特に電磁スペクトルの紫外線部分で、広いスペクトルの光は有益な化学反応と望ましくない化学反応の両方を同時に刺激します。紫外線はDNAに損傷を与えるため、紫外線に長時間さらされると癌にかかるリスクが高まることも知られています。赤外線スペクトルでは、遠赤外線の電磁放射と熱に長時間さらされると、皮膚が乾燥し、エラスチンとコラーゲンが破壊されて早期老化を引き起こす可能性があります。 To achieve maximum energy coupling to the tissue during PBT, it is important to devise a consistent delivery system to consistently and uniformly illuminate the tissue with photons. Early attempts used filtered lamps, but these lamps were very hot, uncomfortable for the patient, and could potentially cause burns to the patient and physician. Maintaining uniform illumination during prolonged treatments is extremely difficult. Lamps also have a short lifespan and, if constructed using dilute gases, can be expensive to replace periodically. Filters require lamps to operate at very high temperatures to achieve the photon flux necessary to achieve efficient treatment over a reasonable treatment period. Unfiltered lamps, like the sun, actually have a spectrum that is too broad, limiting the efficiency of the photons. Broad-spectrum light, especially in the ultraviolet portion of the electromagnetic spectrum, simultaneously stimulates both beneficial and undesirable chemical reactions. Because ultraviolet light damages DNA, prolonged exposure to UV light is also known to increase the risk of cancer. In the infrared spectrum, prolonged exposure to far-infrared electromagnetic radiation and heat can dry out the skin and destroy elastin and collagen, leading to premature aging.

別の方法として、レーザはPBTを実行するために使用されており、今後も使用されます。これは一般に、低レベルレーザ治療の頭字語であるLLLTという用語で呼ばれます。ランプとは異なり、レーザは熱ではなく、組織を強力な集中光パワーにさらすことによって、患者を火傷させる危険性があります。これは、アブレーションとしても知られています。この問題を防ぐために、レーザ光の出力が制限され、危険な光レベルを生成する過度の大電流が誤って発生しないように特別な注意を払う必要があります。2番目のより実際的な問題は、レーザの小さな「スポットサイズ」、照射領域から発生します。レーザは小さな焦点領域を照らすため、大きな臓器、筋肉、または組織を治療することは困難であり、圧倒的な状態が発生するのははるかに簡単です。 Alternatively, lasers have been and continue to be used to perform PBT. This is commonly referred to by the term LLLT, an acronym for Low-Level Laser Therapy. Unlike lamps, lasers pose a risk of burning the patient not by heat but by exposing tissue to intense, concentrated light power, also known as ablation. To prevent this problem, the output of laser light is limited, and special care must be taken to avoid accidentally generating excessively high currents that would produce dangerous light levels. A second, more practical problem arises from the laser's small "spot size," or area of irradiation. Because lasers illuminate a small focal area, it is difficult to treat large organs, muscles, or tissues, and it is much easier to become overwhelmed.

レーザ光の別の問題はレーザビームの拡散を防ぐ「コヒーレンス」により、治療中に広い領域をカバーすることがより困難になることです。研究によると、コヒーレント光を使用したPBTには固有の追加の利点はありません。最初に、細菌、植物、動物の生命は、コヒーレント光が既知の光源から自然に発生しないため、コヒーレント光ではなく散乱光を進化させて自然に吸収します。次に、上皮組織の最初の2層は、すでに光コヒーレンスを破壊しているので、入射レーザビームのコヒーレント特性は、人間または動物の組織に吸収されるとすぐに失われます。レーザメーカーは、後方散乱から生じる「スペックル」と呼ばれるレーザ光の光干渉パターンが治療効果を高めるという前提を推進していますが、そのようなマーケティングに動機付けられた主張を裏付ける科学的証拠は提供されていません。 Another problem with laser light is that "coherence," which prevents the laser beam from spreading, makes it more difficult to cover large areas during treatment. Research has shown that PBT with coherent light offers no inherent additional benefits. First, bacterial, plant, and animal life have evolved and naturally absorb scattered light rather than coherent light, since coherent light does not naturally occur from any known light source. Second, the first two layers of epithelial tissue already destroy optical coherence, so the coherent properties of an incident laser beam are quickly lost upon absorption by human or animal tissue. Laser manufacturers promote the premise that optical interference patterns in laser light, called "speckle," resulting from backscattering, enhance therapeutic effects, but no scientific evidence has been provided to support such marketing-motivated claims.

さらに、レーザの光学スペクトルは狭すぎて、高効率のPBTを達成するために必要なすべての有益な化学的および分子的遷移を完全に励起することはできません。レーザのスペクトルが限られているため、通常はレーザの中心波長値から±1nmの範囲であるため、PBTに必要なすべての有益な化学反応を適切に励起することは困難です。狭い帯域幅の光源で周波数範囲をカバーすることは困難です。例えば、再び図3を参照すると、化学反応の発色団(光吸収分子)に関与するCCO吸収スペクトラム(曲線41bは)である吸収テール(曲線41a)を生じる反応よりも明らかに異なります。両方の領域の吸収スペクトルが有益であることが示されていると仮定すると、2nm幅の波長スペクトルに制限された光源でこの広い範囲をカバーすることは困難です。 Furthermore, the optical spectrum of a laser is too narrow to fully excite all the beneficial chemical and molecular transitions necessary to achieve highly efficient PBT. Because a laser's spectrum is limited, typically within a ±1 nm range from the laser's central wavelength, it is difficult to adequately excite all the beneficial chemical reactions required for PBT. Covering a frequency range with a narrow-bandwidth light source is difficult. For example, referring again to Figure 3, the CCO absorption spectrum (curve 41b) associated with the chromophore (light-absorbing molecule) in the chemical reaction is clearly different from the reaction that produces the absorption tail (curve 41a). Assuming that both regions of the absorption spectrum are shown to be beneficial, it is difficult to cover this wide range with a light source limited to a 2 nm-wide wavelength spectrum.

太陽光は非常に広い波長スペクトルを持ち、多くのEMR波長との多くの競合する化学反応を光生物学的に刺激します。対照的に、レーザ光の波長スペクトルは狭すぎて、完全な光線療法効果を提供するのに十分な化学反応を刺激しません。この主題は、ウィリアムズらによる「プログラム可能な波形を備えた動的LEDドライバを含む光線療法システムおよびプロセス」と題された関連アプリケーションでより詳細に議論されています。(米国出願第14/073,371号)、現在は米国特許第9,877,361号、2018年1月23日発行、これは参照により本明細書に組み込まれる。 Sunlight has a very broad wavelength spectrum, stimulating many competing chemical reactions photobiologically with many EMR wavelengths. In contrast, the wavelength spectrum of laser light is too narrow to stimulate enough chemical reactions to provide a full phototherapy effect. This subject is discussed in more detail in a related application entitled "Phototherapy System and Process Including a Dynamic LED Driver with Programmable Waveforms" by Williams et al. (U.S. Application No. 14/073,371), now U.S. Patent No. 9,877,361, issued January 23, 2018, which is incorporated herein by reference.

透明光学窓45内の全波長範囲、すなわち、約650nmから950nmまでの全幅を励起することによってPBTを送達するために、たとえ範囲を広げるために4つの異なる波長の光源が使用されている場合でも、各光源にはほぼ80nm幅の帯域幅が必要です。これは、レーザ光源の帯域幅よりも1桁以上広いです。この範囲は、レーザが実用的な方法でカバーするには広すぎます。今日、LEDは、電磁スペクトルの深赤外線から紫外線部分までの幅広い光スペクトルを放射するために市販されています。±30nmから±40nmの帯域幅では、中心周波数が赤、長い赤、短い近赤外線(NIR)、およびスペクトルの中間NIR部分(たとえば670nm、750nm、810nm、および880nm)にあるため、目的のスペクトルをカバーするのがはるかに簡単です。 To deliver PBT by exciting the entire wavelength range within the transparent optical window 45, i.e., the entire width from approximately 650 nm to 950 nm, each light source requires a bandwidth of approximately 80 nm, even if four different wavelength light sources are used to extend the range. This is more than an order of magnitude wider than the bandwidth of a laser light source. This range is too wide for lasers to cover in a practical manner. Today, LEDs are commercially available to emit a wide range of light, from the deep infrared to the ultraviolet portion of the electromagnetic spectrum. With a bandwidth of ±30 nm to ±40 nm, it is much easier to cover the desired spectrum, as center frequencies lie in the red, long red, short near-infrared (NIR), and mid-NIR portions of the spectrum (e.g., 670 nm, 750 nm, 810 nm, and 880 nm).

光生体変調療法(PBT)は、光光学療法とは明確に区別できます。図4Aに示すように、PBTは、LEDパッド2から放出された光子3による組織5の直接刺激を伴います。組織5は、眼とは無関係であり、腎臓、肝臓、腺、リンパ節などの内分泌および免疫系に関連する器官、または筋骨格システム、などの筋肉、腱、靭帯、さらには骨を含む場合があります。PBTはまた、末梢神経、脊髄、(示されているように)脳5および脳幹を含むニューロンを直接治療および修復します。PBT経頭蓋治療は頭蓋骨に浸透し、脳震盪の回復と軽度の外傷性脳損傷(mTBI)による損傷の修復において重要かつ迅速な治療効果を示します。言い換えれば、PBTエネルギは視神経に関連しない細胞の発色団によって吸収されます。対照的に、光光学療法は、色のついた光や画像で網膜を刺激して、認知的または感情的な反応を引き起こしたり、体の概日リズムを周囲に同期させたりすることに基づいています。このような場合、光源12からの画像12は、眼11の視神経を刺激して、電気信号、すなわち神経インパルスを脳5に送ります。 Photobiomodulation therapy (PBT) can be clearly distinguished from photo-optical therapy. As shown in Figure 4A, PBT involves the direct stimulation of tissue 5 with photons 3 emitted from an LED pad 2. Tissue 5 is unrelated to the eye and may include organs related to the endocrine and immune systems, such as the kidney, liver, glands, and lymph nodes, or the musculoskeletal system, including muscles, tendons, ligaments, and even bones. PBT also directly treats and repairs neurons, including peripheral nerves, the spinal cord, and (as shown) the brain 5 and brainstem. PBT transcranial treatment penetrates the skull and demonstrates significant and rapid therapeutic effects in concussion recovery and repair of damage caused by mild traumatic brain injury (mTBI). In other words, PBT energy is absorbed by chromophores in cells not associated with the optic nerve. In contrast, photo-optical therapy is based on stimulating the retina with colored light or images to elicit cognitive or emotional responses or synchronize the body's circadian rhythm to the surroundings. In this case, the image 12 from the light source 12 stimulates the optic nerve in the eye 11, sending electrical signals, or nerve impulses, to the brain 5.

いくつかの基本的なテストは、PBTと光光学療法の間の多くのそして大きな違いを強調しています。一つには、光光学療法は目にのみ作用しますが、PBTは内臓や脳細胞を含むあらゆる細胞に影響を及ぼします。光光学療法では、光は光を知覚する細胞に向けられ(光伝達)、その結果、脳に運ばれる電気信号が生成されます。一方、PBTは脳へのシグナル伝達を必要とせずに、処理された細胞および組織内の化学変換、イオン、電子、および熱輸送を刺激します。効果は、脳の助けなしに局所的かつ全身的です。たとえば、盲目の患者はPBTに反応しますが、光光学療法には反応しません。図4Bは、光光学療法とPBTとの間の別の区別を示しています。視覚、すなわち光光学刺激または視覚の場合、眼11によって受信されたときに光源14によって放出される赤色光15Aおよび青色光15bの組み合わせは、電気信号9を脳5に送り、衝突する光の色を紫色として認識します。実際には、紫/紫の光は、青または赤の光よりもはるかに短い波長を有し、そのため、赤の光15aまたは青の光15bよりも高いエネルギを有する光子を含見ます。PBTの場合には、細胞16およびそこに含まれるミトコンドリア17は、あたかもそれが赤色光15aおよび青色光15bを放出しているかのように光源14に光化学的に応答するでしょう、そして紫色の光が存在するかのように応答しません。紫色または紫外線光源から放出された真の短波長紫色光のみが、紫色光に対する光生体変調応答を生成できます。言い換えれば、ミトコンドリアと細胞は、目と脳のように異なる色の光をブレンドすることによって「だまされる」ことはありません。結論として、光光学刺激は光生体変調とは非常に異なります。そのため、光光学療法の技術と開発は、PBTに適用可能または関連すると見なすことはできません。 Some basic tests highlight the many significant differences between PBT and phototherapy. For one, phototherapy only affects the eyes, while PBT affects all cells, including those in internal organs and the brain. In phototherapy, light is directed at light-perceiving cells (phototransduction), resulting in the generation of electrical signals that are carried to the brain. PBT, on the other hand, stimulates chemical transformations and ion, electron, and heat transport within treated cells and tissues without the need for brain signaling. The effects are local and systemic, without the brain's assistance. For example, blind patients respond to PBT but not to phototherapy. Figure 4B illustrates another distinction between phototherapy and PBT. In the case of vision, i.e., photooptical stimulation or vision, the combination of red light 15A and blue light 15B emitted by a light source 14, when received by the eye 11, sends an electrical signal 9 to the brain 5, causing the brain to perceive the color of the impinging light as purple. In reality, violet/violet light has a much shorter wavelength than blue or red light and therefore contains photons with higher energy than red light 15a or blue light 15b. In the case of PBT, cells 16 and the mitochondria 17 contained therein will photochemically respond to the light source 14 as if it were emitting red light 15a and blue light 15b, and will not respond as if violet light were present. Only true short-wavelength violet light emitted from a violet or ultraviolet light source can generate a photobiomodulation response to violet light. In other words, mitochondria and cells cannot be "fooled" by blending different colors of light, as the eye and brain can. In conclusion, photo-optical stimulation is very different from photobiomodulation. Therefore, photo-optical therapy technologies and developments cannot be considered applicable or relevant to PBT.

語源的には、命名法のあいまいさにより、研究者は「光線療法」またはPBTという用語を放棄して、より明確な用語「光生体変調」やPBTを使用するようになりました。光線療法という用語(i)視覚刺激を伴う光光学療法、(ii)細胞調節を伴う光生体調節療法またはPBT、および(iii)化学反応を促進するために注入された化学物質または適用された軟膏を光で活性化する光線力学療法またはPDTは治療用途を意味するために一般的に使用されました。同様に広い用語、光によって刺激される化学反応である「光化学」も、前述の処理のすべてを曖昧に指します。したがって、光化学と光線療法は今日広い意味を持っていますが、PBT、PDT、および光線光学療法には、特定の重複しない解釈があります。 Etymologically, nomenclature ambiguity led researchers to abandon the term "phototherapy" or PBT in favor of the more specific term "photobiomodulation" or PBT. The terms phototherapy (i) phototherapy involving visual stimulation, (ii) photobiomodulation therapy or PBT involving cell modulation, and (iii) photodynamic therapy or PDT, in which light activates injected chemicals or applied ointments to promote a chemical reaction, were commonly used to refer to therapeutic applications. The similarly broad term "photochemistry," a chemical reaction stimulated by light, also vaguely refers to all of the aforementioned treatments. Thus, while photochemistry and phototherapy have broad meanings today, PBT, PDT, and phototherapy have specific, non-overlapping interpretations.

別の混乱の原因として、LLLTという用語は元々、低出力レベルで動作するレーザ(一般的なプレスでは「コールド」レーザと呼ばれることもあります)を組織切除および手術のために高出力で動作するレーザと区別するための「低レベルレーザ治療」を意味することを意図していました。LEDベースの治療法の出現により、一部の著者は、レーザベースおよびLEDベースの治療法の命名法を同じ頭字語LLLTを持つ「低レベル光線療法」に混同しました。この不幸な行動は、公開されたアートに多くの混乱を引き起こし、2つの非常に異なるフォトニックデリバリーシステムの区別を無差別に曖昧にしました。「低レベル」レーザは、低レベルで動作しているという理由だけで、目と火傷に安全です。冷たい場合は、レーザが故意または誤って高いレベルにパワーアップされ、それはもはや「コールド」ではないの、ミリ秒単位で重度の火傷や失明を引き起こす可能性があります。対照的に、LEDは常に低レベルで動作し、高い光パワー密度で動作することはできません。電力レベルがない場合、LEDは失明を引き起こす可能性があります。また、LEDは長時間電流を流しすぎると過熱する可能性がありますが、最後のように瞬間的な火傷や組織の切除を引き起こすことはできません。そのため、低レベルの光という用語は、LEDに関しては意味がありません。したがって、このアプリケーション全体を通して、頭字語LLLTは低レベルレーザ治療を意味するレーザPBTのみを指し、LEDPBTを指すために使用されることはありません。 Another source of confusion is that the term LLLT was originally intended to mean "low-level laser therapy" to distinguish lasers operating at low power levels (sometimes referred to in the popular press as "cold" lasers) from lasers operating at higher powers for tissue ablation and surgery. With the advent of LED-based therapies, some authors have confused the nomenclature of laser- and LED-based therapies into "low-level light therapy," both of which share the same acronym: LLLT. This unfortunate behavior has caused much confusion in the published art and indiscriminately blurred the distinction between two very different photonic delivery systems. "Low-level" lasers are safe for eyes and burns simply because they operate at low levels. Cold lasers can cause severe burns and blindness within milliseconds of a laser being intentionally or accidentally powered up to a high level and no longer "cold." In contrast, LEDs always operate at low levels and cannot operate at high optical power densities. Without high power levels, LEDs can cause blindness. Also, although LEDs can overheat if exposed to too much current for too long, they cannot cause instantaneous burns or tissue ablation as in the last example. Therefore, the term low-level light has no meaning when it comes to LEDs. Therefore, throughout this application, the acronym LLLT will refer only to Laser PBT, which stands for Low Level Laser Therapy, and will never be used to refer to LED PBT.

現在の光生体変調治療システム Current photobiomodulation therapy systems

例によって示される現在の最先端の光生体変調治療システム、システム50において図5は、二組のLEDパッドに電気的に接続されたコントローラ51を含む。具体的には、コントローラ51の出力Aは、ケーブル53aによって、電気的に相互接続されたLEDパッド52bを含む第1のLEDパッドセットに接続されている。LEDパッド52aおよび52は、オプションで電気ジャンパー54aおよび54bによってLEDパッド52bに接続され、600を超えるLEDを含む単一のLEDパッドとして動作する第1のLEDパッドセットを作成する。パッドセットは、600cmを超える治療領域をカバーします。同様に、コントローラ51の出力Bは、ケーブル53bによって、電気的に相互接続されたLEDパッド52eを含む第2のLEDパッドセットに接続されている。LEDパッド52dおよび52fは、オプションで、電気ジャンパー54cおよび54dによってLEDパッド52dに接続され、600を超えるLEDを含み、600cmを超える治療領域をカバーする単一のLEDパッドとして動作する第2のLEDパッドセットを作成する。 A current state-of-the-art photobiomodulation therapy system, system 50, shown in FIG. 5, includes a controller 51 electrically connected to two sets of LED pads. Specifically, output A of controller 51 is connected by cable 53a to a first LED pad set including electrically interconnected LED pads 52b. LED pads 52a and 52f are optionally connected to LED pad 52b by electrical jumpers 54a and 54b, creating a first LED pad set operating as a single LED pad including over 600 LEDs. The pad set covers a treatment area of over 600 cm2 . Similarly, output B of controller 51 is connected by cable 53b to a second LED pad set including electrically interconnected LED pads 52e. LED pads 52d and 52f are optionally connected to LED pad 52d by electrical jumpers 54c and 54d, creating a second LED pad set operating as a single LED pad including over 600 LEDs and covering a treatment area of over 600 cm2 .

示されているシステムでは、コントローラ51は、パッド内のLEDを制御するための信号を生成するだけでなく、LEDを駆動するための電源も提供する。コントローラ51からLEDパッドに供給される電力はかなりのものであり、通常それぞれ3つのパッドの2つのセットに対して12Wである。システムの例示的な電気回路図が図6Aに示されています。コントローラは61、スイッチモード電源220VAC電源64少なくとも二つの調整されたDC電圧源、つまり5制御とロジック用V、およびより高い電圧源に120Vへ変換電力に使用される65SMPSを含み,+VLEDはLEDパッドのLEDのストリングに電力を供給するために使用されます。+VLEDの標準的な電圧は、直列に接続されたLEDの数に応じて、24V~40Vの範囲です。アルゴリズム制御を容易にするために、マイクロコントローラ(μC)67は、タッチスクリーンLCDパネル66に入力されたユーザコマンドに応答して専用ソフトウェアを実行します。その結果、ロジックバッファ68aおよび68bからの出力Aに交互にパターンで出力される一連のパルスが独立して使用されます。出力Aに接続されたLEDパッドの赤および近赤外(NIR)LEDを制御します。独自の専用ロジックバッファを使用して出力Bにも同様の配置が含まれますが、μC67はA出力とB出力の両方を同時に管理および制御できます。 In the system shown, controller 51 not only generates signals to control the LEDs in the pads, but also provides power to drive the LEDs. The power delivered to the LED pads by controller 51 is significant, typically 12 W for two sets of three pads each. An exemplary electrical schematic of the system is shown in Figure 6A. The controller 61 includes a switched-mode power supply 220 VAC power supply 64, at least two regulated DC voltage sources: 5 V for control and logic, and 65 SMPS used to convert power to 120 V for a higher voltage source; +VLED is used to power the strings of LEDs in the LED pads. Typical voltages for +VLED range from 24 V to 40 V, depending on the number of LEDs connected in series. To facilitate algorithmic control, microcontroller (μC) 67 executes dedicated software in response to user commands entered into touchscreen LCD panel 66. The resulting alternating pulse sequence at Output A from logic buffers 68a and 68b is used independently to control the red and near-infrared (NIR) LEDs in the LED pads connected to Output A. A similar arrangement is included for output B, using its own dedicated logic buffer, but the μC67 can manage and control both the A and B outputs simultaneously.

次に、出力A上の信号は、高電流電力線接地GND69a、5V供給線69b、および+VLED供給線69c、ならびにLED制御信号線70aを含むシールドケーブル63を介して一つまたは複数のLEDパッド62にルーティングされる。また、NIRLED71a~71mの導通を制御するためのLED制御信号線70a、および赤色LED72a~72mの導通を制御するためのLED制御信号線70bも同様です。それぞれ、バイポーラ接合トランジスタ73aおよび73bのベース端子を駆動し、これらのトランジスタは、対応するLEDのストリングをオンおよびオフにパルスするためのスイッチとして動作する。いずれかのバイポーラトランジスタへの入力が低い場合、つまりグランドにバイアスされている場合、ベース電流もコレクタ電流も流れず、LEDストリングは暗いままです。いずれかのバイポーラトランジスタへの入力が高い場合、つまり5Vにバイアスされている場合、ベース電流が流れ、対応する方法でコレクタ電流が流れ、対応するLEDストリングのLEDが点灯します。LED電流の流れは、LEDターンオン電圧および電流制限抵抗器74aまたは74bによって設定されます。抵抗を使用してLEDの明るさを設定することは、製造の確率的変動または動作中の温度の変化によるLED電圧の変動が、LEDの輝度の変化をもたらすため、好ましくありません。その結果、LEDパッド全体、LEDパッドからLEDパッド、およびある製造バッチから次の製造バッチへのLED輝度の均一性が低下します。図6Bに示すように、抵抗器74aおよび74bを固定値の定電流源またはシンク75aおよび75bと交換することにより、LED輝度の均一性を維持することの改善を得ることができる。 The signal on Output A is then routed to one or more LED pads 62 via a shielded cable 63 including a high-current power line ground GND 69a, a 5V supply line 69b, and a +VLED supply line 69c, as well as an LED control signal line 70a. This also includes an LED control signal line 70a for controlling the conduction of NIR LEDs 71a-71m and an LED control signal line 70b for controlling the conduction of red LEDs 72a-72m. Each drives the base terminal of a bipolar junction transistor 73a or 73b, which acts as a switch to pulse the corresponding string of LEDs on and off. If the input to either bipolar transistor is low, i.e., biased to ground, no base or collector current flows, and the LED string remains dark. If the input to either bipolar transistor is high, i.e., biased to 5V, the base current flows and corresponding collector current flows, lighting up the LEDs in the corresponding LED string. The LED current flow is set by the LED turn-on voltage and current-limiting resistor 74a or 74b. Using a resistor to set the LED brightness is undesirable because variations in LED voltage due to manufacturing stochastic variations or temperature changes during operation result in variations in LED brightness. This results in poor uniformity of LED brightness across the LED pad, from LED pad to LED pad, and from one manufacturing batch to the next. Improvements in maintaining LED brightness uniformity can be achieved by replacing resistors 74a and 74b with fixed-value constant current sources or sinks 75a and 75b, as shown in FIG. 6B.

シールドケーブル63を介したPBTコントローラ61とLEDパッド62の間の物理的接続は、7層オープンソースイニシアチブまたは7層OSIモデルの用語で2つの相互作用する通信スタックとして説明することもできます。図7に示すように、PBTコントローラ61は表すことができ、アプリケーション層を含む積層体80として-7、PBTコントローラのオペレーティングシステムはLightOSv1に称される。動作中、アプリケーション層は、ロジックバッファを含むレイヤ1物理層またはPHY層にデータを転送します。スタック80は、電気信号82を、パッシブLEDパッド62の通信スタック81内のPHYレイヤ-1、すなわち、LEDストリングドライバに一方向に送信する。 The physical connection between the PBT controller 61 and the LED pad 62 via the shielded cable 63 can also be described as two interacting communication stacks in terms of the Seven-Layer Open Source Initiative, or seven-layer OSI model. As shown in Figure 7, the PBT controller 61 can be represented as a stack 80 that includes an application layer, and the PBT controller's operating system is referred to as LightOSv1. In operation, the application layer transfers data to the Layer 1 physical layer, or PHY layer, which includes logic buffers. The stack 80 then transmits electrical signals 82 unidirectionally to the PHY layer 1, i.e., the LED string driver, within the passive LED pad 62's communication stack 81.

電気信号は単純なデジタルパルスを含むため、ケーブル63の寄生インピーダンスは、通信信号の完全性およびLEDパッドの動作に影響を与える可能性がある。図8に示されるように、送信された方形波電気信号82は、振幅および持続時間84aの減少、遅い立ち上がり時間84b、電圧スパイク84c、振動84d、および信号のグランドバウンス84eに影響を与えるグランドループ89を含む受信波形83に著しく歪められ得る可能性がある。に影響を与える接地ループ89が含まれ得る。これらの歪みの原因となるケーブルの寄生要素には、電力線の直列抵抗87a~87c、インダクタンス86a~86c、および導体間容量85a~85eが含まれます。他の効果には、接地ループ伝導89およびアンテナ効果88が含まれます。 Because the electrical signal contains simple digital pulses, parasitic impedances in the cable 63 can affect the integrity of the communication signal and the operation of the LED pads. As shown in FIG. 8, the transmitted square-wave electrical signal 82 can be significantly distorted into a received waveform 83, including reduced amplitude and duration 84a, slow rise time 84b, voltage spikes 84c, oscillations 84d, and ground loops 89 that affect the signal's ground bounce 84e. Parasitic elements in the cable that contribute to these distortions include power line series resistance 87a-87c, inductance 86a-86c, and inter-conductor capacitance 85a-85e. Other effects include ground loop conduction 89 and antenna effects 88.

PBTコントローラ61とLEDパッドとの間に単純な電気信号接続を使用することの別の欠点は、ケーブル63に接続された周辺機器が実際に適格なLEDパッドであるか無効な負荷であるかをPBTシステムが確認できないことである。例えば、不適切なLED構成はPBTコントローラに一致していない、図9アイコンは、電気負荷のクラスを表すことを目的としていますが、特定の回路と見なすべきではありません。対照的に、アイコン92に示されているように、直列接続されたLEDが少なすぎると、過電流、過熱、および患者の火傷のリスクが発生する可能性があります。 Another drawback of using a simple electrical signal connection between the PBT controller 61 and the LED pads is that the PBT system cannot verify whether the peripheral device connected to cable 63 is actually a qualified LED pad or an invalid load. For example, an improper LED configuration will not match the PBT controller. The icons in Figure 9 are intended to represent classes of electrical loads but should not be considered specific circuits. In contrast, connecting too few LEDs in series, as shown in icon 92, can result in overcurrent, overheating, and the risk of patient burns.

PBTコントローラ61から非LED負荷に電力を供給することは、無効な周辺機器、コントローラ、またはその両方を損傷する可能性がある。これは、PBTコントローラの出力の1つのピンが20V以上の高電圧を供給し、ほとんどの半導体の定格5Vを超え、ICに恒久的な損傷を与えるため、特に問題があります。アイコン94で表される誘導性負荷は、コントローラを損傷する可能性のある過電圧電圧スパイクを引き起こす可能性があります。ディスクドライブやファンなどのモータを含む負荷は、過度の損傷を与える突入電流につながる可能性があります。アイコン93で示されているように、ケーブルの短絡または電気負荷の短絡は、火災を引き起こす可能性があります。PBTコントローラに電池を接続する61は、図示のようにすることにより、アイコン96、電子ために生じる可能性が過剰電流及び火災の危険を。過充電または施す化学セルをする過電圧も激しい火災、あるいは爆発を引き起こす可能性があります。未知の電気負荷、アイコン95で示されるが、不特定のリスクを表します。特に問題となるのは、PBTコントローラ61と、発電機、カーバッテリ、またはUPSなどの電源との間の接続であり、その結果、システムが完全に破壊され、極端な火災の危険が生じる可能性がある。図9では、アイコンは、電気負荷のクラスを表すことを目的としていますが、特定の回路と見なすべきではありません。 Powering non-LED loads from the PBT controller 61 can damage ineffective peripherals, the controller, or both. This is particularly problematic because one pin on the PBT controller's output supplies high voltages (over 20V), exceeding the 5V rating of most semiconductors and causing permanent damage to the integrated circuit. Inductive loads, represented by icon 94, can cause overvoltage spikes that can damage the controller. Loads including motors such as disk drives and fans can lead to excessive and damaging inrush currents. A shorted cable or shorted electrical load, as shown by icon 93, can cause a fire. Connecting a battery to the PBT controller 61, as shown by icon 96, can result in excessive current and fire hazards. Overcharging or overvoltageing chemical cells can also cause severe fires or explosions. Unknown electrical loads, represented by icon 95, represent unspecified risks. Of particular concern is the connection between the PBT controller 61 and a power source such as a generator, car battery, or UPS, which could result in complete destruction of the system and extreme fire hazard. In Figure 9, the icons are intended to represent classes of electrical loads but should not be considered specific circuits.

不一致のLEDパッドが同じ出力に接続されている場合、他の問題が発生します。例えば、図10では、共通ケーブル63によって電力が供給される2つの異なるLEDパッド62および79は、接地69a、5V電源69b、高電圧+VLED電源69c、可視光LEDv制御信号70aおよび近赤外線LEDnir制御信号70bへの接続を共有します。示されるように、LEDパッド62は、電流シンク75aおよび75bと、可視光波長λを有する対応するLED71a~71mおよび近赤外波長λnirを有するLED72a~72mを駆動するスイッチ73aおよび73bを含む。あるいは、LEDパッド79は、同じ電流シンク75aおよび75bとスイッチ73aおよび73bを含むが、異なる波長のLED、具体的には、可視光波長λv2を有するLED76a~76mおよび近赤外波長λnir2を有するLED77a~77mを駆動する。同様に、LEDnir信号70aによって駆動される810nmおよび880nmのLEDの並列接続は、1つの波長のNIRLEDの処理が、不注意に異なる波長を駆動する可能性があることを意味する。動作中、LEDv信号70aによって駆動される赤と青のLEDの並列接続は、赤の光の処理が誤って青の光を駆動する可能性があることを意味します。同様に、LEDnir信号70aによって駆動される810nmおよび880nmLEDの並列接続は、ある波長のNIRLEDの処理が誤って異なる波長を駆動する可能性があることを意味します。 Other problems arise when mismatched LED pads are connected to the same output. For example, in FIG. 10, two different LED pads 62 and 79, powered by a common cable 63, share connections to ground 69a, a 5V power supply 69b, a high-voltage +V LED power supply 69c, a visible LED (v) control signal 70a, and a near-infrared LED ( nir) control signal 70b. As shown, LED pad 62 includes current sinks 75a and 75b and switches 73a and 73b that drive corresponding LEDs 71a-71m having a visible wavelength λv and LEDs 72a-72m having a near-infrared wavelength λnir . Alternatively, LED pad 79 includes the same current sinks 75a and 75b and switches 73a and 73b, but drives LEDs of different wavelengths, specifically, LEDs 76a-76m having a visible wavelength λv2 and LEDs 77a-77m having a near-infrared wavelength λnir2 . Similarly, the parallel connection of 810 nm and 880 nm LEDs driven by LED nir signal 70a means that processing NIR LEDs of one wavelength may inadvertently drive a different wavelength. In operation, the parallel connection of red and blue LEDs driven by LEDv signal 70a means that processing red light may inadvertently drive blue light. Similarly, the parallel connection of 810 nm and 880 nm LEDs driven by LED nir signal 70a means that processing NIR LEDs of one wavelength may inadvertently drive a different wavelength.

図11Aに示すように、2つ以上のLEDパッドが両方のLED出力に同時に接続される場合、別の問題が発生する。示されるように、PBTコントローラ51は、二つの出力、出力Aおよび出力Bを有する。これらの出力は、別個のセットのLEDパッドを駆動することを目的としている。示されるように、出力Aは、ケーブル53aを介してLEDパッド52dに接続する。出力Bはケーブル53bを介してLEDパッド52eに接続し、ジャンパー54dを介してLEDパッド52fにも接続します。しかしながら、偶然にも、ジャンパ54cは、LEDパッド52eをLED52dに接続し、それにより、出力Aを出力Bに短絡させる。出力AおよびBを一緒に短絡することの電気的影響は、実行される治療プログラムによって異なります。図11Bは、バッファ100の出力AおよびBの両方が赤/可視光出力を駆動している場合、具体的には、バッファ101aおよび101cが同時にアクティブである場合を示している。導電体102aを介してLEDパッド105aに、コネクタ104aを介してLEDパッド105bに、そして最終的にはコネクタ103aを介して短絡される。動作中、2つの出力の周波数とパルスパターンは非同期です。つまり、高出力バイアスと低出力バイアスの任意の組み合わせが発生する可能性があります。プルアップトランジスタが強すぎると、出力バッファが別のバッファを破壊する可能性があります。そうでない場合、交互のオン信号により、LEDが高いデューティファクタでオンのままになり、過熱を引き起こし、患者の火傷のリスクを引き起こす可能性があります。 Another problem arises when two or more LED pads are connected to both LED outputs simultaneously, as shown in FIG. 11A. As shown, PBT controller 51 has two outputs, Output A and Output B. These outputs are intended to drive separate sets of LED pads. As shown, Output A connects to LED pad 52d via cable 53a. Output B connects to LED pad 52e via cable 53b and also to LED pad 52f via jumper 54d. However, by coincidence, jumper 54c connects LED pad 52e to LED 52d, thereby shorting Output A to Output B. The electrical impact of shorting Outputs A and B together depends on the treatment program being executed. FIG. 11B illustrates the case where both Outputs A and B of buffer 100 are driving the red/visible light output, specifically when buffers 101a and 101c are simultaneously active. It is connected to LED pad 105a via conductor 102a, to LED pad 105b via connector 104a, and finally shorted via connector 103a. During operation, the frequencies and pulse patterns of the two outputs are asynchronous, meaning any combination of high and low output bias can occur. If the pull-up transistor is too strong, one output buffer could destroy another. Otherwise, the alternating on signals could cause the LED to remain on at a high duty factor, causing overheating and risking burns to the patient.

図11Cでは、出力Aのバッファ101aは、LEDパッド105aおよび105bの赤色LEDに電力を供給し、一方、出力Bのバッファ101dは、LEDパッド105aおよび105bのNIRLEDにも電力を供給している。赤とNIRLEDの両方の独立した動作は電気的な問題を表すものではありませんが、赤とNIRLEDの両方が同時に導通すると、LEDパッドが過熱し、パッドが損傷し、患者が火傷する可能性があります。この過電力状態は、図11Dに示される波形によって示されるここで、波形110によって示される導電性可視LEDの電力Pは、平均電力舗装113を有し、波形111によって示されるNIRLEDsの電力Pnirは、平均電力Pave114を有する。合わせて、総電力波形112は、マグニチュード2Paveの平均電力115を有する。 In FIG. 11C, buffer 101a at output A powers the red LEDs on LED pads 105a and 105b, while buffer 101d at output B also powers the NIR LEDs on LED pads 105a and 105b. While independent operation of both the red and NIR LEDs does not represent an electrical problem, simultaneous conduction of both the red and NIR LEDs can cause the LED pads to overheat, potentially damaging the pads and potentially causing burns to the patient. This overpower condition is illustrated by the waveforms shown in FIG. 11D, where the power Pv of the conductive visible LEDs, represented by waveform 110, has an average power Pave 113, and the power Pnir of the NIR LEDs, represented by waveform 111, has an average power Pave 114. Combined, the total power waveform 112 has an average power 115 of magnitude 2Pave .

今日のLEDパッドでは、温度保護がないため、何らかの理由で過熱することが問題になります。図12に示されるように、LEDパッド109が温度感知を有していても、ケーブル63内の一方向データフロー82では、LEDパッド109がPBTコントローラ61に過熱状態を通知したり、動作を一時停止したりする方法はありません。 With today's LED pads, overheating for any reason is an issue because they lack thermal protection. As shown in Figure 12, even if the LED pad 109 has temperature sensing, the unidirectional data flow 82 in the cable 63 does not provide a way for the LED pad 109 to notify the PBT controller 61 of an overheating condition or suspend operation.

上記で説明したように、の模造品の今日のPBTシステムは、上記の影響を与える、数多くあるPBTシステムユーティリティ、機能性、安全性、および拡張性を。これらの制限には、次の問題が含まれます。
・LEDパッドへの電気的「信号」通信-PBTコントローラからLEDパッドへの信号は単純なデジタルパルスであり、バストランシーバペア間の差動通信ではありません。これらの信号は、LEDの動作を制御するパルスの大きさと持続時間に影響を与えるコモンモードノイズとグランドループに敏感です。単純な電気パルスとして、システムにはエラーチェック機能もないため、誤動作を修正したり、検出したりすることはできません。
・PBTコントローラからLEDパッドへの単方向信号フロー-単方向データフローでは、PBTコントローラは、出力に接続されているLEDパッドを認証できません。また、一度接続すると、パッドの動作状態を監視できません。一方向データは、LEDパッドのステータスのフィードバックや他のパッド情報のホストPBTコントローラへの報告も防ぎます。
・マルチパッドの誤接続短絡を検出できない-ユーザエラーにより、PBTコントローラの2つの出力が同じLEDパッドに誤接続する、つまり、誤って2つの出力を短絡すると、両方の出力が同じLEDストリングを駆動していることを意味します。この誤接続エラーは、LEDドライバ回路を損傷し、LEDの過熱、患者の火傷の危険を引き起こし、火災の可能性があります。
・承認されたLEDパッドまたは認定されたメーカーを特定できない-LEDパッドの血統を識別する機能がないため、PBTシステムは、違法、偽造、または模造品のLEDパッドを含め、接続されているLEDを無意識のうちに駆動します。システム指定者または製造元によって製造または認定されていない駆動パッドは、機能の喪失や有効性の低下から安全上のリスクに至るまで、未知の結果をもたらします。商業的には、偽造および模倣LEDパッドの商品化と販売も、IPライセンスのPBTデバイス販売者から法定収入を奪っています。
・接続されたデバイスを識別することができないLEDパッドだ-PBT制御出力に接続されたデバイスは、(むしろ等スピーカ、電池、モータ、などの周辺全く無関係より)LEDパッドであるかどうかを確認する能力なしに、許可されていない電気負荷をPBTシステムの出力に接続すると、アクセサリ、PBTコントローラ、またはその両方が必ず損傷します。未知の電気負荷を駆動する場合、動作中にコントローラの出力ピンに高電圧が存在すると、火災の危険もあります。
・電源を識別できない-PBTコントローラが出力の電源(AC電源アダプタ、バッテリ、自動車の電力、発電機など)への接続を識別できないことは、実際の安全上のリスクを表します。PBTコントローラは外部電源と競合します。2つの異なる電源を相互接続すると、過剰な電流、電圧、電力損失、または制御されていない発振が発生し、外部電源、PBTコントローラ、またはその両方が損傷する可能性があります。
・ドライバの出力電流を制御または制限できない-パッドの損傷、ワイヤの短絡、または突入電流が大きい負荷(モータなど)などの短絡負荷の接続は、電流リスクが高く、火災の危険がある可能性があります。ソレノイドなどの誘導性負荷も、低電圧コンポーネントに損傷を与える過剰な電圧を瞬間的に生成する可能性があります。
・PBTシステムの出力に接続されているバッテリを検出できない-バッテリパックをPBTシステムの出力に接続すると、バッテリパックが損傷し、誤って間違った充電条件でバッテリが充電され、過電圧、過電流が発生する可能性があります。または電気化学セルの過熱状態。ウェットケミストリーまたは酸性バッテリの不適切な充電は、酸または電解液の漏れの可能性があります。リチウムイオン電池の不適切な充電は、過熱、火災、さらには爆発を引き起こす可能性があります。
・LEDパッドの過熱状態を検出できない-LEDパッドの過熱は、患者の不快感や火傷、パッドの損傷、極端な場合には火災の可能性のリスクがあります。
・LEDパッド内のLED構成を識別できない-LEDパッド内のLEDの直並列アレイ構成を識別できない場合、PBTコントローラは、パッドがPBTシステムと互換性があるかどうか、またはLED操作が可能かどうかを判別できません。たとえば、直列接続されたLEDが少なすぎると、電圧が高すぎるLEDが損傷する可能性があります。直列に接続されたLEDが多すぎると、照明が暗くなるか、まったく点灯しません。LEDの並列ストリングが多すぎると、パッドの総電流が過剰になり、結果として過熱するだけでなく、相互接続全体の電圧降下が大きくなり、LEDパッド全体の光の均一性が低下し、PCBの導電性トレースが損傷する可能性があります。
・LEDパッドに含まれるLEDのタイプを識別できない-パッド内のどの波長のLEDを検出できないため、PBTシステムには、治療プログラムをLEDアレイに一致させたり、治療プロトコルの特定の波形ごとに適切な波長のLEDを選択したりする手段がありません。
・PBTコントローラの出力はそれぞれ固定数の制御信号に制限されます-出力ごとに1つまたは2つの制御信号しかないため、今日のPBTコントローラは、同じパッド内で異なる励起パターンで3つ、4つ、またはそれ以上の異なる波長のLEDを駆動することができません。
・可動性の制限-現在の医療グレードのPBTシステムでは、中央のPBTコントローラをLEDパッドに接続するにはケーブル接続が必要で。このようなテザーPBTシステムは、病院のアプリケーション(および場合によっては臨床現場)で一般的に受け入れられますが、消費者、救急医療、および軍事アプリケーションでは、ケーブルまたはワイヤで移動を制限することは有用ではありません。
・波形合成ができない-PBTシステムには、方形波パルス以外の波形でLEDを駆動する技術がありません。方形波パルス動作は、LED照明パターンを一度に1つの周波数の動作に制限します。パルス周波数は特定の組織タイプへのエネルギ結合に影響を与えるため、単一周波数PBTシステムは、一度に1つの組織タイプのみを最適に治療でき、必要な治療時間と患者/保険費用を延長します。分析はまた、方形波パルスはエネルギを無駄に明らかに、治療に必ずしも有益ではない高調波をオフ製造します。正弦波、弦、三角波、のこぎり波、ノイズバースト、またはオーディオサンプルを使用するLEDドライブでは、LEDパッド内で複雑な波形合成が必要です。ホストPBTコントローラは、そのような波形を合成するのに十分な計算機能を備えている必要がありますが、大きな波形歪みを被ることなく信号を長いケーブルで配信できないため、この機能は有益ではありません。残念ながら、LEDパッドはタスクを実行できません。安価なディスクリートコンポーネントを使用すると、現在のLEDパッドは、合成された波形をリモートで選択または変更するために必要な通信プロトコルが存在しないことは言うまでもなく、波形合成を実行できません。
・新しいLEDドライバアルゴリズムの配布-現在のPBTシステムには、データベースまたはサーバからソフトウェアの更新をダウンロードして、ソフトウェアのバグを修正したり、新しい治療アルゴリズムをインストールしたりする機能がありません。
・リアルタイムの患者バイオメトリックデータをキャプチャして記録できない-現在のPBTシステムには、治療中に脳波、血圧、血糖、血中酸素、その他のバイオメトリックなどのバイオメトリックデータを収集する機能、またはこの収集されたデータをに埋め込む機能がありません。治療ファイルの記録。
・治療領域のリアルタイム画像を収集できない-現在のPBTシステムには、治療中に組織の画像を測定または作成する手段がありません。システムには、静止画像とビデオ画像を保存したり、画像をPBTセッションの治療時間に一致させたりする機能もありません。
・ユーザ(医師)が新しい治療アルゴリズムを作成できない-現在のPBTシステムには、医師や研究者などのユーザが新しいアルゴリズムを作成したり、既存の治療をつなぎ合わせて複雑な治療固有の治療を形成したりする機能がありません。たとえば、活性化のための励起シーケンスを最適化する注入された幹細胞(拒絶反応のリスクを減らしながら幹細胞の分化を促進するのに役立ちます。)
・ドキュメントの電子配布-現在のPBTシステムは、ドキュメントを電子的に配布および更新することができません。FDAの勧告または判決の配布、ならびにPBTの操作および治療マニュアル、治療ガイド、およびその他の文書の誤りと更新をすべてのPBTシステムユーザに電子的に提供できれば有益です。このような機能は、現在どの医療機器でも利用できません。
・治療の追跡-現在のPBTシステムは、治療の使用履歴を追跡したり、システムの使用を治療ログに記録したり、治療ログをサーバにアップロードしたりすることができません。ネットワーク接続を介したリアルタイムの治療ログがないため、医師、病院、診療所、およびスパによるPBTシステムの広範な商業的採用には問題があります。アップロードされた使用ログがないと、貸手は借手のシステム使用を確認できないため、現在のPBTシステムは収益分配リースビジネスモデルをサポートできません。同様に、病院や診療所は、保険監査や不正防止のためのPBTシステムの使用を確認できません。Pay-to-UseSaaS(サービスとしてのソフトウェア)支払いモデルでは、PBTサービスエージェントはクライアントの使用履歴を確認できません。
・電子処方箋-PBTシステムを含む今日の物理療法装置は、医師の処方箋を医療機器に安全に転送および配布することができません。
・リモート無効化-現在のPBTシステムでは、支払いがない場合や盗難の場合にデバイスの操作を無効にして闇市場での取引を停止することはできません。
・位置追跡-今日のPBTシステムでは、盗まれたPBTシステムの位置を追跡して泥棒を追跡することはできません。
・安全な通信-今日のPBTシステムはパケットベースの通信ではなく電気信号を使用してLEDパッドを制御しているため、ホストPBTシステムとLEDパッド間の通信のハッキングと直接測定は簡単であり、セキュリティがまったくありません。さらに、今日のPBTシステムには、コンテンツのハッキングを防止し、HEPA規制に準拠してIDの盗難を阻止するために必要なインターネット通信とセキュリティ方法の規定がありません。将来的には、暗号化だけではインターネットを介したデータ通信を保護するには不十分であると予想されます。このような場合、プライベートハイパーセキュアネットワークへの接続も必要になります。
As discussed above, there are numerous limitations to today's PBT systems that impact PBT system utility, functionality, safety, and scalability. These limitations include the following issues:
Electrical "signal" communication to the LED pads - The signals from the PBT controller to the LED pads are simple digital pulses, not differential communication between bus transceiver pairs. These signals are susceptible to common-mode noise and ground loops, which affect the magnitude and duration of the pulses that control the LED's operation. As simple electrical pulses, the system also has no error checking capabilities, so malfunctions cannot be corrected or detected.
Unidirectional signal flow from the PBT controller to the LED pads - Unidirectional data flow prevents the PBT controller from authenticating the LED pads connected to its outputs, and from monitoring the operational status of the pads once connected. Unidirectional data also prevents feedback of the LED pad status or reporting of other pad information to the host PBT controller.
- Inability to detect multi-pad misconnection/short circuit - Due to user error, two outputs of the PBT controller are misconnected to the same LED pad, meaning that if the two outputs are accidentally shorted together, both outputs will be driving the same LED string. This misconnection error can damage the LED driver circuit, cause the LEDs to overheat, risking burns to the patient and potentially causing a fire.
Inability to Identify Approved LED Pads or Certified Manufacturers - Lacking the ability to identify the lineage of LED pads, PBT systems unknowingly drive any connected LED, including illegal, counterfeit, or imitation LED pads. Driven pads not manufactured or certified by the system specifier or manufacturer can have unknown consequences, ranging from loss of function or reduced effectiveness to safety risks. Commercially, the commercialization and sale of counterfeit and imitation LED pads also deprives IP-licensed PBT device sellers of legal revenue.
LED Pads Cannot Identify Connected Devices - Connecting unauthorized electrical loads to the outputs of a PBT system without the ability to determine if the device connected to the PBT control output is an LED pad (rather than something completely unrelated to the surroundings, such as a speaker, battery, motor, etc.) will inevitably damage the accessory, the PBT controller, or both. Driving unknown electrical loads can also pose a fire hazard if high voltage is present on the controller's output pins during operation.
Inability to Identify Power Sources - The inability of a PBT controller to identify its connection to an output power source (such as an AC power adapter, battery, car power, or generator) represents a real safety risk. The PBT controller will compete with the external power source. Interconnecting two different power sources can result in excessive current, voltage, power loss, or uncontrolled oscillations, potentially damaging the external power source, the PBT controller, or both.
Inability to control or limit the driver's output current - Damaged pads, shorted wires, or connection of shorted loads such as motors with high inrush currents can create a high current risk and a fire hazard. Inductive loads such as solenoids can also momentarily generate excessive voltages that can damage low-voltage components.
Inability to detect batteries connected to the output of a PBT system - Connecting a battery pack to the output of a PBT system can damage the battery pack and accidentally charge the battery under incorrect charging conditions, resulting in overvoltage, overcurrent, or overheating of electrochemical cells. Improper charging of wet-chemistry or acid batteries can result in acid or electrolyte leakage. Improper charging of lithium-ion batteries can cause overheating, fire, or even explosion.
Inability to detect LED pad overheating - Overheating of the LED pad can cause patient discomfort, burns, damage to the pad, and in extreme cases, the risk of fire.
Inability to Identify LED Configuration within an LED Pad - If the series-parallel array configuration of LEDs within an LED pad cannot be identified, the PBT controller cannot determine whether the pad is compatible with the PBT system or whether LED operation is possible. For example, too few LEDs connected in series can damage the LEDs by drawing too much voltage. Too many LEDs connected in series can result in dim lighting or no illumination at all. Too many parallel strings of LEDs can not only cause excessive total current through the pad, resulting in overheating, but also increase voltage drop across the interconnects, reducing light uniformity across the LED pad and potentially damaging the PCB's conductive traces.
Inability to identify the type of LEDs contained in the LED pad - Because the PBT system cannot detect which wavelength LEDs are in the pad, it has no way to match the treatment program to the LED array or select the appropriate wavelength LED for each specific waveform in the treatment protocol.
PBT controller outputs are limited to a fixed number of control signals each - with only one or two control signals per output, today's PBT controllers cannot drive three, four, or more different wavelength LEDs with different excitation patterns within the same pad.
Limited mobility - Current medical-grade PBT systems require a cable connection to connect the central PBT controller to the LED pads. While such tethered PBT systems are generally acceptable in hospital applications (and sometimes clinical settings), in consumer, emergency care, and military applications, restricting movement with cables or wires is not useful.
Inability to Synthesize Waveforms - PBT systems lack the technology to drive LEDs with waveforms other than square-wave pulses. Square-wave pulse operation limits LED illumination patterns to one frequency of operation at a time. Because pulse frequency affects energy coupling to specific tissue types, single-frequency PBT systems can only optimally treat one tissue type at a time, extending the required treatment time and patient/insurance costs. Analysis also shows that square-wave pulses waste energy and produce off-harmonics that are not necessarily beneficial to treatment. LED drives using sine waves, chords, triangle waves, sawtooth waves, noise bursts, or audio samples require complex waveform synthesis within the LED pad. The host PBT controller would need sufficient computational power to synthesize such waveforms, but this capability is not beneficial because signals cannot be distributed over long cables without incurring significant waveform distortion. Unfortunately, LED pads are not up to the task. Using inexpensive discrete components, current LED pads cannot perform waveform synthesis, not to mention the lack of the communication protocols necessary to remotely select or change synthesized waveforms.
Distribution of new LED driver algorithms - Current PBT systems do not have the ability to download software updates from a database or server to fix software bugs or install new treatment algorithms.
Inability to capture and record real-time patient biometric data – Current PBT systems lack the capability to collect biometric data such as EEG, blood pressure, blood glucose, blood oxygen, and other biometrics during treatment, or to embed this collected data into the treatment file record.
Inability to collect real-time images of the treatment area – Current PBT systems do not provide a means to measure or create images of the tissue during treatment. The systems also lack the ability to store still and video images or match images to the treatment time of the PBT session.
Users (physicians) cannot create new treatment algorithms – Current PBT systems lack the ability for users (physicians, researchers, etc.) to create new algorithms or string together existing treatments to form complex, treatment-specific treatments, such as optimizing the excitation sequence for activation of infused stem cells (which helps promote stem cell differentiation while reducing the risk of rejection).
Electronic Distribution of Documentation - Current PBT systems are not capable of distributing and updating documents electronically. It would be beneficial to provide electronic distribution of FDA recommendations or rulings, as well as errors and updates to PBT operating and treatment manuals, treatment guides, and other documentation, to all PBT system users. Such functionality is not currently available in any medical device.
Treatment Tracking - Current PBT systems cannot track treatment usage history, record system usage in a treatment log, or upload the treatment log to a server. The lack of real-time treatment logs via a network connection poses challenges to widespread commercial adoption of PBT systems by doctors, hospitals, clinics, and spas. Without uploaded usage logs, lessors cannot verify lessees' system usage, making current PBT systems unable to support revenue-sharing leasing business models. Similarly, hospitals and clinics cannot verify PBT system usage for insurance audits or fraud prevention. In the pay-to-use SaaS (Software as a Service) payment model, PBT service agents cannot verify clients' usage history.
Electronic Prescriptions - Today's physical therapy devices, including PBT systems, are unable to securely transfer and distribute doctor prescriptions to medical devices.
Remote Disablement - Current PBT systems do not allow for device operation to be disabled to stop black market transactions in the event of non-payment or theft.
Location Tracking - Today's PBT systems do not allow you to track the location of a stolen PBT system to track the thief.
Secure Communications - Today's PBT systems use electrical signals rather than packet-based communications to control the LED pads, making communication between the host PBT system and the LED pads easy to hack and directly measure, and completely lacking security. Furthermore, today's PBT systems lack the necessary internet communications and security measures to prevent content hacking and comply with HEPA regulations to thwart identity theft. In the future, encryption alone will likely be insufficient to protect data communications over the internet. In these cases, connection to a private hyper-secure network will also be necessary.

要約すると、現在のPBTシステムのアーキテクチャは完全に時代遅れであり、光生体変調療法を提供するための効果的で柔軟性があり、用途が広く、安全なソリューションを促進するために、まったく新しいシステムアーキテクチャ、新しい制御方法、および新しい通信プロトコルが必要です。 In summary, current PBT system architectures are completely outdated, and entirely new system architectures, new control methods, and new communication protocols are needed to facilitate effective, flexible, versatile, and safe solutions for delivering photobiomodulation therapy.

本発明の光生体変調療法(PBT)プロセスにおいて、1つまたは複数の波長、または波長のスペクトルバンドを有する電磁放射(EMR)の定義されたパターン(例えば、方形波パルス、正弦波、またはそれらの組み合わせのシーケンス)、バスまたはトランシーバを使用して通信し、構成コンポーネント間または構成コンポーネント間で命令またはファイルを送信する2つ以上の分散コンポーネントまたは「ノード」を含む分散システムを使用して生物(例えば、人間または動物)に導入される。放射線は通常、EMRスペクトルの赤外線または可視部分の範囲内にありますが、紫外線が含まれる場合もあります。 In the photobiomodulation therapy (PBT) process of the present invention, a defined pattern (e.g., a sequence of square wave pulses, sine waves, or combinations thereof) of electromagnetic radiation (EMR) having one or more wavelengths, or spectral bands of wavelengths, is introduced into a living organism (e.g., a human or animal) using a distributed system including two or more distributed components or "nodes" that communicate using a bus or transceiver to transmit instructions or files between or among the constituent components. The radiation is typically in the infrared or visible portion of the EMR spectrum, but may also include ultraviolet radiation.

単一波長のEMRを使用することができ、またはパターンは、2つ、3つ、またはそれ以上の波長を有するEMRを含み得る。EMRは、単一波長の放射で構成されるのではなく、放射のスペクトルバンドを含む場合があります。これは、中心波長を中心とする波長範囲、たとえばλ±Δλとして表されることがよくあります。パルスまたは波形は、放射が生成されないギャップによって分離され得るか、1つのパルスまたは波形の立ち下がりエッジが次のパルスの立ち上がりエッジと時間的に一致するか、またはパルスが重なり合って2つ以上の波長の放射が生じる可能性がある。(または波長のスペクトルバンド)を同時に生成することができます。 A single wavelength of EMR can be used, or the pattern may include EMR with two, three, or more wavelengths. Rather than being composed of radiation at a single wavelength, EMR may include a spectral band of radiation. This is often expressed as a wavelength range centered around a central wavelength, e.g., λ±Δλ. Pulses or waveforms may be separated by gaps where no radiation is generated, or the falling edge of one pulse or waveform may coincide in time with the rising edge of the next pulse, or pulses may overlap, resulting in radiation at two or more wavelengths (or spectral bands of wavelengths) being generated simultaneously.

一実施形態では、分散型PBTシステムのコンポーネントは、PBTコントローラと、データ、ファイル、指示、または実行可能コードをPBTコントローラからインテリジェントLEDパッドに送信する一方向シリアルデータバスを使用して通信する1つまたは複数のインテリジェントLEDパッドで構成されています。第2の実施形態では、分散PBTシステムの構成要素は、PBTコントローラと、双方向データバスまたはトランシーバを使用して通信する1つまたは複数のインテリジェントLEDパッドとを含み、それにより、PBTコントローラは、データ、ファイル、指示、または実行可能コードをインテリジェントLEDに送信することができる。パッドと逆に、インテリジェントLEDパッドは、パッドの動作ステータスまたはLEDパッド構成データ、プログラムステータス、障害状態、皮膚温度、またはその他のセンサデータを含む患者の状態を含むデータをPBTコントローラに返すことができます。他のセンサは、二次元温度マップ、二次元または三次元超音波画像を含み得るか、またはpH、湿度、血中酸素、血糖、または皮膚インピーダンスなどの生物測定データを含み得る、これらは任意選択で、治療条件を変更します。つまり、閉じたバイオフィードバックループで動作します。 In one embodiment, the components of the distributed PBT system consist of a PBT controller and one or more intelligent LED pads that communicate using a unidirectional serial data bus that transmits data, files, instructions, or executable code from the PBT controller to the intelligent LED pads. In a second embodiment, the components of the distributed PBT system consist of a PBT controller and one or more intelligent LED pads that communicate using a bidirectional data bus or transceiver, allowing the PBT controller to transmit data, files, instructions, or executable code to the intelligent LEDs. Conversely, the intelligent LED pads can return data to the PBT controller, including pad operational status or patient status, including LED pad configuration data, program status, fault conditions, skin temperature, or other sensor data. Other sensors may include two-dimensional temperature maps, two-dimensional or three-dimensional ultrasound images, or biometric data such as pH, humidity, blood oxygen, blood glucose, or skin impedance, which optionally alter treatment conditions, i.e., operate in a closed biofeedback loop.

一実施形態では、EMRは、共通の電源に接続された直列の「ストリング」に配置された発光ダイオード(LED)によって生成される。各LEDストリングは、定義された一定または時間変化する電流に応答して、単一の波長または波長の帯域の放射を生成するように設計されたLEDを含み得る。LEDは、人体の皮膚表面にぴったりとフィットするように設計された柔軟なパッドに埋め込まれ、標的組織または臓器を均一なパターンの放射線に曝すことができます。電力は、LEDパッドをPBTコントローラに接続するケーブルから各インテリジェントパッドに供給されるか、あるいは個別の電源からLEDに供給されます。代替実施形態では、半導体レーザダイオードをアレイに構成されたLEDの代わりに使用して、均一なパターンの放射線を作成するか、あるいはハンドヘルドワンドに取り付けて、スポットまたは小さな領域の集中放射線を作成することができる In one embodiment, EMR is generated by light-emitting diodes (LEDs) arranged in a series "string" connected to a common power source. Each LED string may contain LEDs designed to generate radiation at a single wavelength or band of wavelengths in response to a defined, constant, or time-varying current. The LEDs are embedded in flexible pads designed to fit snugly against the skin surface of the human body, exposing the target tissue or organ to a uniform pattern of radiation. Power is supplied to each intelligent pad through a cable connecting the LED pad to a PBT controller, or to the LEDs from a separate power source. In an alternative embodiment, semiconductor laser diodes may be used in place of the arrayed LEDs to create a uniform pattern of radiation, or may be attached to a handheld wand to create a spot or small area of focused radiation.

本明細書に開示される分散型PBTシステムでは、各LEDストリングは、LEDドライバによって制御され、LEDドライバは、次に、インテリジェントLEDパッド内に含まれるマイクロコントローラによって制御される。LEDパッドのマイクロシステムは、通信バスを介してPBTコントローラを構成する別のマイクロコンピューターまたはコンピューターと通信します。通信バスには、USB、RS232、HDMI(登録商標)、I2C、SMB、イーサネット(登録商標)などの有線接続、または独自の形式と通信プロトコルが含まれる場合があります。あるいは、Bluetooth、WiFi、WiMax、2G、3G、4G/LTE、または5Gプロトコルを使用するセルラー無線、またはその他の独自の通信方法を含むワイヤレスメディアおよびプロトコルを含みます。 In the distributed PBT system disclosed herein, each LED string is controlled by an LED driver, which is in turn controlled by a microcontroller contained within the intelligent LED pad. The LED pad microsystem communicates with another microcomputer or computer comprising the PBT controller via a communication bus. The communication bus may include a wired connection such as USB, RS232, HDMI, I2C, SMB, Ethernet, or a proprietary format and communication protocol. Alternatively, it may include wireless media and protocols, including cellular radio using Bluetooth, Wi-Fi, WiMax, 2G, 3G, 4G/LTE, or 5G protocols, or other proprietary communication methods.

医師または臨床医は、PBTコントローラに接続されたディスプレイ、キーボード、またはその他の入力デバイスを使用して、治療中の状態または疾患に適した特定のアルゴリズム(プロセスシーケンス)を選択できます。次に、指示は有線または無線データバスを介してPBTコントローラから1つ以上のインテリジェントLEDパッドに伝達され、パッドのマイクロコントローラにPBT処理を開始または一時停止するタイミングと、実行する処理を指定するように指示します。 Using a display, keyboard, or other input device connected to the PBT controller, a physician or clinician can select a specific algorithm (process sequence) appropriate for the condition or disease being treated. Instructions are then transmitted from the PBT controller via a wired or wireless data bus to one or more intelligent LED pads, instructing the pad's microcontroller when to start or pause PBT treatment and which actions to perform.

データストリーミングと呼ばれる一実施形態では、PBTコントローラは、LEDが電流を伝導するように指示されるタイミングおよび伝導される電流の大きさを含む、LED駆動波形を指定するデータパケットのストリームを送信する。コントローラによって送信されるストリーミング命令は、アルゴリズムの「パターンライブラリ」から選択されます。各アルゴリズムは、LEDストリングによって生成されるEMRのパルスまたは波形の特定のプロセスシーケンスを定義します。データバスを介してデータパケットを受信すると、インテリジェントLEDパッドは指示をメモリに保存し、ストリーミングデータファイルの「再生」を開始します。つまり、受信した指示に従ってLEDを駆動します。ストリーミング再生中に、PBTコントローラからインテリジェントLEDパッドへのバス通信が中断され、システムの安全性チェックに対応したり、インテリジェントLEDパッドがそのステータスを報告したりセンサデータをPBTコントローラにアップロードしたりできるようになります。 In one embodiment, called data streaming, the PBT controller sends a stream of data packets specifying the LED drive waveforms, including when the LEDs are instructed to conduct current and the magnitude of the current being conducted. The streaming instructions sent by the controller are selected from a "pattern library" of algorithms. Each algorithm defines a specific process sequence for the EMR pulses or waveforms produced by the LED string. Upon receiving the data packets over the data bus, the intelligent LED pad stores the instructions in memory and begins "playing" the streaming data file—that is, driving the LEDs according to the received instructions. During streaming playback, bus communication from the PBT controller to the intelligent LED pad is interrupted to accommodate system safety checks and to allow the intelligent LED pad to report its status or upload sensor data to the PBT controller.

従来技術のPBTシステムとは異なり、開示された分散PBT系PBTコントローラは、常にインテリジェントLEDパッドに指示を送信しません。バスを聞くか、インテリジェントLEDパッドからデータを受信するなど、PBTコントローラがサイレントである間、各インテリジェントLEDパッドは、PBTコントローラおよび同じデータバスまたは通信に接続されている他のLEDパッドから自律的かつ独立して動作する必要があります。つまり、PBTコントローラはインテリジェントLEDパッドに十分なデータを送信して、パッドのメモリバッファに保存し、次のデータファイルが配信されるまで中断のないLED再生操作をサポートする必要があります。 Unlike prior art PBT systems, the disclosed distributed PBT-based PBT controller does not constantly send instructions to the intelligent LED pads. While the PBT controller is silent, such as listening to the bus or receiving data from the intelligent LED pads, each intelligent LED pad must operate autonomously and independently from the PBT controller and other LED pads connected to the same data bus or communication. In other words, the PBT controller must send enough data to the intelligent LED pads to store in the pad's memory buffer and support uninterrupted LED playback operation until the next data file is delivered.

別の実施形態では、PBTコントローラは、PBT処理またはセッションの実行シーケンス全体を定義するインテリジェントLEDパッドに完全な再生ファイルを配信する。この方法では、ファイルは再生を開始する前、つまり処理を実行する前に配信されます。ファイルがインテリジェントLEDパッドのメモリにロードされるとすぐに、パッド内のローカルマイクロコントローラはファイルの指示に従って行われた再生を実行できます。転送再生ファイルは、LEDプレーヤソフトウェアを含む実行可能なコードによって解釈される治療期間及び設定を定義(i)の波形命令を駆動する全てのLEDの全体を含む実行可能コードファイル、(ii)LEDプレーヤソフトウェアを含む実行可能コードによって解釈される治療期間と設定を定義するパッシブ再生ファイル、又は(iii)波形プリミティブを含むデータファイルはLED照明パターンを制御し、PBT処理またはセッションを実行するためのLEDパッドのマイクロコントローラによってその後、所定の方法で結合される。 In another embodiment, the PBT controller distributes a complete playback file to the intelligent LED pad that defines the entire execution sequence of a PBT treatment or session. In this method, the file is distributed before starting playback, i.e., before executing the treatment. As soon as the file is loaded into the memory of the intelligent LED pad, the local microcontroller in the pad can execute the playback performed according to the file's instructions. The transmitted playback file can be (i) an executable code file containing the entire set of all LED driving waveform instructions that define the treatment duration and settings interpreted by executable code including LED player software; (ii) a passive playback file that defines the treatment duration and settings interpreted by executable code including LED player software; or (iii) a data file containing waveform primitives that control LED lighting patterns and are then combined in a predetermined manner by the LED pad's microcontroller to execute the PBT treatment or session.

後者の2つの例では、再生ファイルを解釈するために必要な実行可能コード、つまりLEDプレーヤを、再生を開始する前にインテリジェントLEDにロードする必要があります。このLEDプレーヤは、ユーザがPBTコントローラに治療を開始するように指示したときにインテリジェントLEDパッドにロードできます。または、製造中や製造時にLEDパッドがプログラムされた場合など、前日にインテリジェントパッドにロードできます。PBTコントローラがオンになり、インテリジェントLEDパッドがコントローラのローカルエリアネットワークに接続されていることを確認します。LEDプレーヤファイルは以前にインテリジェントLEDパッドにロードされ、長期間不揮発性メモリに保存されている場合、分散PBTシステムには、ロードされたソフトウェアがまだ最新であるか、または廃止されているかどうかを確認するためのプロビジョニングを含める必要があります。システムがLEDプレーヤが最新であることを検出すると、LEDの再生をすぐに開始できます。あるいは、PBTコントローラがLEDプレーヤが廃止されている、期限切れ、または単に最新ではないことを検出した場合、PBTコントローラは新しいLEDプレーヤの実行可能コードをすぐにまたは最初にユーザの承認を得ることによってダウンロードできます。場合によっては、破棄されたLEDプレーヤの実行可能なコードを使用して処理を実行すると、不適切な再生やシステムの誤動作を生じる可能性があります。このような場合、インテリジェントパッドのLEDプレーヤは、ソフトウェアのダウンロードと更新が実行されるまで、PBTコントローラによって強制的に操作が中断される場合があります。 In the latter two examples, the executable code required to interpret the playback file, i.e., the LED player, must be loaded into the intelligent LED pad before playback can begin. This LED player can be loaded into the intelligent LED pad when the user instructs the PBT controller to begin treatment. Or, it can be loaded into the intelligent LED pad the day before, such as during manufacturing or if the LED pad was programmed at the time of manufacture. Ensure the PBT controller is turned on and the intelligent LED pad is connected to the controller's local area network. If the LED player file has previously been loaded into the intelligent LED pad and stored in non-volatile memory for an extended period of time, the distributed PBT system must include provisions to check whether the loaded software is still up-to-date or has become obsolete. If the system detects that the LED player is up-to-date, it can immediately begin LED playback. Alternatively, if the PBT controller detects that the LED player is obsolete, out-of-date, or simply not up-to-date, the PBT controller can download new LED player executable code, either immediately or with first obtaining user approval. In some cases, running a treatment using discarded LED player executable code may result in improper playback or system malfunction. In such cases, the Intelligent Pad LED Player may be forced to suspend operation by the PBT Controller until a software download and update is performed.

LEDパッドが定義された期間、独立して自律的に機能する機能は、パッシブLEDパッドと比較してLEDパッドを「インテリジェント」として区別します。対照的に、パッシブLEDパッドは、PBTコントローラから送信されたリアルタイム信号にのみ応答するように制限されており、通信が中断すると、LEDパッドの動作がすぐに中断され、LEDパルス列または波形に影響します。言い換えると、PBTコントローラと1つ以上のインテリジェントLEDパッド間のバス通信は、パケット交換ローカルエリアネットワーク(LAN)と見なすことができます。 The ability of an LED pad to function independently and autonomously for a defined period of time distinguishes it as "intelligent" compared to passive LED pads. In contrast, passive LED pads are limited to responding only to real-time signals sent from the PBT controller; any interruption in communication immediately interrupts the operation of the LED pad, affecting the LED pulse train or waveform. In other words, the bus communication between the PBT controller and one or more intelligent LED pads can be considered a packet-switched local area network (LAN).

開示された分散PBTシステムの別の重要な機能は、特徴はあるその自律安全システム-保護及び安全機能は、各インテリジェントLEDパッドで動作PBTコントローラの独立。特にネットワーク接続された専門医療機器では、ネットワーク接続が失われた場合でも、安全システムは確実に動作し続ける必要があります。本発明の重要な特徴として、動作中、各インテリジェントLEDパッドは、ソフトウェアが正常に動作し、危険な状態が存在しないことを保証するために、安全関連のサブルーチンを定期的に実行する。SEインテリジェントLEDパッド埋め込まれた保護機能が含まれ、「点滅タイマ関連のソフトウェア」サブルーチン、ウォッチドッグタイマ、過電圧保護、LED電流のバランス、および過温度保護を。自律安全機能には、不揮発性メモリに格納され、各インテリジェントLEDパッド内に存在する組み込みマイクロコントローラによって実行されるインテリジェントLEDパッドのローカルオペレーティングシステム(ここではLightPadOSと呼ばれる)を構成するファームウェアが含まれます。 Another key feature of the disclosed distributed PBT system is its autonomous safety system—protection and safety functions operate in each intelligent LED pad independently of the PBT controller. Particularly in networked specialized medical devices, the safety system must continue to operate reliably even if network connectivity is lost. As a key feature of the invention, during operation, each intelligent LED pad periodically executes safety-related subroutines to ensure that the software is operating correctly and that no hazardous conditions exist. Embedded protection features in the intelligent LED pad include a "blink timer-related software" subroutine, a watchdog timer, overvoltage protection, LED current balancing, and overtemperature protection. The autonomous safety features include firmware that constitutes the intelligent LED pad's local operating system (referred to herein as LightPadOS), stored in non-volatile memory and executed by an embedded microcontroller residing within each intelligent LED pad.

治療を開始するように指示を受けると、特定のパッドのLightPadOSはソフトウェアタイマを開始し、同時にマイクロコントローラのハードウェアカウンタをリセットして開始します。次に、LightPadOSは実行可能コードを起動して、ストリーミングデータファイルまたはLEDプレーヤ(特定の再生ファイルの再生)として実行されるPBT処理を、進行中のプログラムカウンタと同期して実行します。プログラムカウンタは、共有システムクロック、または1つまたは複数のインテリジェントLEDパッドに固有の正確な時間基準のいずれかによって定義された周波数で進みます。このような時間基準は、RC緩和発振器、RLC共振タンク発振器、水晶発振器、またはマイクロメカニカルマシンベースの発振器を使用して確立できます。このようにして、ナノ秒の精度のパルスを使用して、方形波パルス、正弦波、および周波数と持続時間が変化するその他の波形を合成できます。合成された波形は、定義されたアルゴリズムに従って、選択されたパターンでさまざまな波形LEDのストリングを駆動するために使用されます。 Upon receiving an instruction to begin treatment, the LightPadOS for a particular pad starts a software timer, simultaneously resetting and starting the microcontroller's hardware counter. The LightPadOS then launches executable code to execute PBT processing, either as a streaming data file or as an LED player (playing a specific playback file), synchronized with the ongoing program counter. The program counter advances at a frequency defined by either a shared system clock or a precise time reference specific to one or more intelligent LED pads. Such a time reference can be established using an RC relaxation oscillator, an RLC resonant tank oscillator, a crystal oscillator, or a micromechanical machine-based oscillator. In this way, nanosecond-accurate pulses can be used to synthesize square wave pulses, sine waves, and other waveforms of varying frequency and duration. The synthesized waveform is then used to drive a string of different waveform LEDs in a selected pattern according to a defined algorithm.

プログラムの実行中、ソフトウェアの点滅タイマとハードウェアベースのウォッチドッグタイマの両方が、プログラムカウンタのタイムベースと同期してカウントを続けます。点滅タイマが特定の事前定義された時間(ここでは点滅間隔と呼ばれる)、たとえば30秒に達すると、ソフトウェアタイマは、パッドのローカルコントロールLightPadOSに送信される割り込み信号を生成します。これにより、治療のプログラムカウンタが一時停止され、割り込みサービスルーチンまたはISRが開始されます。次に、ISRはハウスキーピング機能を実行します。これには、インテリジェントLEDパッド内の1つ以上のセンサの温度の読み取り、トランシーバを介した温度データのPBTコントローラへの送信、および同時に測定された最高温度と定義された範囲の比較が含まれます。温度が警告レベルを超えると、警告フラグも生成され、システムに何らかのアクションを実行するように要求するためにPBTコントローラに伝達されます。たとえば、LEDデューティーファクタ(サイクルあたりの時間)を下げてパッドの温度を下げる、または治療を中断します。 While the program is running, both the software blink timer and the hardware-based watchdog timer continue counting, synchronized with the program counter's time base. When the blink timer reaches a certain predefined time (referred to here as the blink interval), for example 30 seconds, the software timer generates an interrupt signal that is sent to the pad's local control, LightPadOS. This pauses the treatment's program counter and initiates an interrupt service routine, or ISR. The ISR then performs housekeeping functions, including reading the temperature of one or more sensors within the intelligent LED pad, transmitting the temperature data via a transceiver to the PBT controller, and simultaneously comparing the maximum measured temperature with a defined range. If the temperature exceeds a warning level, a warning flag is also generated and communicated to the PBT controller to request the system to take some action, such as reducing the LED duty factor (time per cycle) to reduce pad temperature or interrupting treatment.

ただし、測定された最高温度が所定の安全しきい値を超えると、インテリジェントLEDパッドはすぐに治療プログラムの実行を一時停止し、同時にトランシーバを介してPBTコントローラにメッセージを送信します。PBTがプログラムを再起動しない限り、過熱しているインテリジェントLEDパッドは無期限にオフのままになります。このように、PBTコントローラが使用できないか誤動作しているときに過熱状態が発生した場合、またはネットワークまたは通信バスが忙しいか使用できない場合、デフォルトの状態は治療を停止することです。 However, if the maximum measured temperature exceeds a predetermined safety threshold, the Intelligent LED Pad immediately pauses the execution of the therapy program and simultaneously sends a message via the transceiver to the PBT Controller. Unless the PBT restarts the program, the overheating Intelligent LED Pad will remain off indefinitely. Thus, if an overheating condition occurs while the PBT Controller is unavailable or malfunctioning, or if the network or communication bus is busy or unavailable, the default state is to stop therapy.

ISR中に、インテリジェントLEDパッドは他の安全性テストを実行できます。たとえば、電源の故障による過剰な入力電圧、内部パッドの短絡による過剰な電流のチェック、内部パッドの短絡に起因する過電流、または、インテリジェントLEDパッドに接触する汗や水に起因する過度の湿気を検出します。これにより、患者とLEDパッドの間に衛生バリアがないか不適切に適用されている可能性があります。いずれの場合も、誤動作しているインテリジェントLEDパッドは最初に動作を一時停止し、次に分散システムに障害を通知するメッセージをPBTコントローラに送信します。このような場合、他のLEDパッドは独立して動作し続けるか(1つのパッドが動作を停止した場合でも)、あるいはすべてのインテリジェントLEDパッドを同時にシャットダウンすることができます(PBTコントローラまたは直接パッド間通信を介して)。ISRが完了すると、プログラムカウンタを再起動し、ソフトウェアの点滅タイマを再起動し、ウォッチドッグタイマを再起動することにより、PBT処理の実行に制御が戻ります。 During an ISR, the Intelligent LED Pad can perform other safety tests. For example, it can check for excessive input voltage due to a power supply failure, excessive current due to an internal pad short, or excessive moisture due to sweat or water coming into contact with the Intelligent LED Pad. This may indicate a missing or improperly applied hygienic barrier between the patient and the LED Pad. In either case, the malfunctioning Intelligent LED Pad first suspends operation and then sends a message to the PBT Controller notifying the distributed system of the fault. In such a case, other LED Pads can continue to operate independently (even if one pad has stopped operating), or all Intelligent LED Pads can be shut down simultaneously (via the PBT Controller or direct pad-to-pad communication). Once the ISR is complete, control returns to PBT processing execution by restarting the program counter, restarting the software blink timer, and restarting the watchdog timer.

LED再生実行可能コードまたはISRサブルーチンのいずれかでソフトウェア実行エラーが発生した場合、プログラムカウンタは動作を再開せず、点滅タイマはリセットおよび再起動されません。ウォッチドッグタイマがリセットされずに(たとえば31秒で)フルカウントに達した場合は、ソフトウェアの実行に失敗したことを意味します。ウォッチドッグタイマのタイムアウトにより、割り込みフラグが即座に生成され、問題のあるLEDパッドでのプログラムの実行が一時停止され、障害メッセージがPBTコントローラおよびオプションで他のLEDパッドに送信されます。そのため、ソフトウェア障害は、ネットワーク接続がない場合でも患者の安全を確保するために、誤動作しているLEDパッドのデフォルトで常に非動作状態になります。 If a software execution error occurs in either the LED regeneration executable code or the ISR subroutine, the program counter will not resume operation and the blink timer will not be reset and restarted. If the watchdog timer reaches its full count (for example, in 31 seconds) without being reset, it indicates a software execution failure. A watchdog timer timeout immediately generates an interrupt flag, suspends program execution on the problematic LED pad, and sends a fault message to the PBT controller and, optionally, other LED pads. Therefore, a software failure will always default to a non-operational state for the malfunctioning LED pad to ensure patient safety, even in the absence of network connectivity.

自律安全機能とは別に、別の実施形態では、開示された分散PBTシステムは、PBTコントローラによって管理されるネットワーク化されたコンポーネントの集中保護を含みます。具体的には、本明細書でLightOSと呼ばれる、PBTコントローラで動作するPBTオペレーティングシステムは、ネットワークまたは通信バスに接続されたコンポーネントが許可されたコンポーネントであるか不正であるかどうかを検出する機能など、いくつかの保護機能を含が含まれています。ユーザがライトパッドまたはその他のコンポーネントを、所定の認証プロセスに通過することができないPBTコントローラのネットワークに接続しようとすると、そのコンポーネントはネットワークへのアクセスを拒否されます。PBTコントローラのLightOSオペレーティングシステムは、問題のあるデバイスが除去されるまで、分散システム全体をシャットダウンする、不正なデバイスのIPアドレスにデータパケットの送信をしない、または許可されていないコンポーネントが確認できない様にコマンドを暗号化するなど、さまざまな方法で不正禁止することができます。 Aside from autonomous safety features, in another embodiment, the disclosed distributed PBT system includes centralized protection of the networked components managed by the PBT controller. Specifically, the PBT operating system running on the PBT controller, referred to herein as LightOS, includes several protection features, such as the ability to detect whether a component connected to a network or communication bus is authorized or unauthorized. If a user attempts to connect a light pad or other component to the PBT controller's network that fails to pass the required authentication process, the component is denied access to the network. The PBT controller's LightOS operating system can enforce various methods of tamper prevention, such as shutting down the entire distributed system until the offending device is removed, not sending data packets to the IP address of the unauthorized device, or encrypting commands so that unauthorized components cannot see them.

開示された分散型PBTシステムで多層の安全な通信を実現するため、PBTコントローラ(LightOS)のオペレーティングシステムとインテリジェントLEDパッド(LightPadOS)のオペレーティングシステムは、デバイスオペレーター、ハッカー、または権限のない開発者が認識できない一貫したプロトコルと共有シークレットを使用したパラレル通信スタックで構成されます。そのため、分散型PBTシステムは、データリンク層2、ネットワーク層3、トランスポート層4、セッション層5、プレゼンテーション層6、またはアプリケーション層7を含む任意の数の通信層でセキュリティを実行する機能を備えた保護された通信ネットワークとして動作します。 To achieve multi-layered secure communication in the disclosed distributed PBT system, the operating system of the PBT controller (LightOS) and the operating system of the intelligent LED pad (LightPadOS) are composed of parallel communication stacks using consistent protocols and shared secrets that are unrecognizable to device operators, hackers, or unauthorized developers. As such, the distributed PBT system operates as a protected communication network with the ability to enforce security at any number of communication layers, including data link layer 2, network layer 3, transport layer 4, session layer 5, presentation layer 6, or application layer 7.

たとえば、PBTコントローラとインテリジェントLEDパッドの両方にインストールされ、暗号で隠されている数値コード、つまり共有シークレットを使用すると、キー自体を漏らすことなく、ネットワークに接続されたインテリジェントLEDパッドの信頼性を確認できます。データリンク層2で実行されるLEDパッド検証の一つの方法では、PBTコントローラはネットワークまたは通信バスを介して乱数をインテリジェントLEDパッドに渡します。それに応じて、LEDパッド内のマイクロコントローラは、共有シークレット(数値コード)のコピーを復号化し、受信した乱数とマージしてから、連結された番号に対して暗号化ハッシュ操作を実行します。次に、インテリジェントLEDパッドは、同じトランシーバリンクを介して暗号化ハッシュ値をオープンに返します。 For example, a cryptographically hidden numeric code, or shared secret, installed in both the PBT controller and the intelligent LED pad can be used to verify the authenticity of a network-connected intelligent LED pad without revealing the key itself. In one method of LED pad verification, performed at Data Link Layer 2, the PBT controller passes a random number to the intelligent LED pad over the network or communications bus. In response, the microcontroller within the LED pad decrypts its copy of the shared secret (numeric code), merges it with the received random number, and then performs a cryptographic hash operation on the concatenated number. The intelligent LED pad then openly returns the cryptographic hash value over the same transceiver link.

同時に、PBTコントローラは、共有シークレット(数値コード)の独自のコピーを復号化する同一の操作を実行し、LEDパッドに送信した生成された乱数とマージしてから、連結された番号に対して暗号化ハッシュ操作を実行します。次に、PBTコントローラは、受信したハッシュ値とローカルで生成されたハッシュ値を比較します。二つの数字が一致した場合にパッドが本物です。つまり、ネットワークへの接続が「許可」されています。前述の認証アルゴリズムは、USB、イーサネット、WiFi、またはセルラー無線接続を含む任意のデータバスまたはパケット交換ネットワークを介した任意のPHYレイヤ1および、またはデータリンクレイヤ2接続で実行できます。WiFi接続の際、データリンクはWiFi保護アクセスプロトコルWPA2を使用して確立することもできます。 At the same time, the PBT controller performs an identical operation to decrypt its own copy of the shared secret (a numerical code), merge it with the generated random number sent to the LED pad, and then perform a cryptographic hash operation on the concatenated number. The PBT controller then compares the received hash value with a locally generated hash value. If the two numbers match, the pad is authentic, i.e., it is "authorized" to connect to the network. The aforementioned authentication algorithm can be performed over any PHY Layer 1 and/or Data Link Layer 2 connection over any data bus or packet-switched network, including USB, Ethernet, Wi-Fi, or cellular wireless connections. In the case of a Wi-Fi connection, the data link can also be established using the Wi-Fi Protected Access Protocol (WPA2).

「管理」目的及びセキュリティ追跡のために、認証コンポーネントの承認日時(および利用可能な場合はGPSの位置)は不揮発性メモリに保存され、必要に応じてサーバにアップロードされます。分散PBTシステムで接続されているすべてのコンポーネントの安全な通信とAAA(認証、承認、管理)検証を採用することの利点は、認証されていない、潜在的に安全でない詐欺師デバイスの意図的な接続からの安全性と保護を確保するために重要です。このように、詐欺師のデバイスは分散型PBTシステムによって駆動することはできません。AAA検証は、リチウムイオンバッテリパック、未承認の電源、スピーカー、ディスクドライブ、モータドライバ、高出力のクラスIIIおよびクラスIVレーザなど、PBTシステムの一部としての動作を目的としないデバイスの偶発的な接続からの保護、およびPBTシステムに無関係なその他の潜在的な危険からも保護します。 For "management" purposes and security tracking, the authorization date and time (and GPS location, if available) of authenticated components are stored in non-volatile memory and uploaded to a server as needed. The benefits of employing secure communication and AAA (Authentication, Authorization, and Administration) verification of all connected components in a distributed PBT system are critical to ensuring safety and protection from the intentional connection of unauthorized and potentially insecure imposter devices. In this way, imposter devices cannot be powered by the distributed PBT system. AAA verification also protects against the accidental connection of devices not intended to operate as part of the PBT system, such as lithium-ion battery packs, unauthorized power supplies, speakers, disk drives, motor drivers, high-power Class III and Class IV lasers, and other potential hazards unrelated to the PBT system.

パケット交換ネットワーク(イーサネットやWiFiなど)を使用する分散PBTシステムのセキュリティは、ネットワークレイヤ3での動的アドレス指定とデータトランスポートレイヤ4での動的ポート割り当てを使用して強化することもできます。接続されていないPBTコントローラの動作中PBTコントローラは、インターネットまたはその他のローカルエリアネットワークに対して、動的IPアドレスと動的ポートアドレスを生成し、次にインテリジェントLEDパッドが独自の動的IPアドレスと独自の動的ポートアドレスで応答する他のネットワーク接続デバイスにアドレスをブロードキャストします。分散PBTシステムがルータまたはインターネットに接続している場合は、動的ホスト構成プロセッサ(DHCP)を使用して動的IPアドレスを割り当てます。同様に、リモートプロシージャコール(RPC)を使用して、動的なポート番号の割り当てを実行します。デバイスがネットワークに接続されるたびに動的IPアドレスと動的ポートが変更されるため、サイバー攻撃対象領域が減少します。TLSの「トランスポート層セキュリティ」、IPSecセキュリティプロトコル、またはその他のプロトコルを使用して、追加のレイヤ4セキュリティを追加できます。 Security for distributed PBT systems using packet-switched networks (such as Ethernet or Wi-Fi) can also be enhanced through the use of dynamic addressing at Network Layer 3 and dynamic port assignment at Data Transport Layer 4. When an unconnected PBT controller is operating, it generates a dynamic IP address and dynamic port address for the Internet or other local area network, then broadcasts the address to other network-connected devices, which respond with their own dynamic IP address and unique dynamic port address. When a distributed PBT system is connected to a router or the Internet, it assigns dynamic IP addresses using Dynamic Host Configuration Processor (DHCP). Similarly, it assigns dynamic port numbers using Remote Procedure Call (RPC). Because the dynamic IP address and dynamic port change each time a device connects to the network, the cyber attack surface is reduced. Additional Layer 4 security can be added using TLS "Transport Layer Security," IPSec security protocols, or other protocols.

分散PBTシステムのコンポーネントがレイヤ2認証、及びレイヤ3とレイヤ4のネットワークとポートアドレスの割り当てによって確立されると、分散PBTシステムは処理を実行する準備が整います。PBTコントローラがユーザの「開始」コマンドを受信すると、PBT処理はPBTコントローラとネットワーク接続されたインテリジェントLEDパッド間で暗号化キーまたはデジタル証明書を交換してレイヤ5セッションを確立することから始まります。セッションが開かれると、PBTコントローラとインテリジェントLEDパッドは、治療が完了するか終了するまで、ファイルとコマンドの交換中に安全なリンクを維持します。追加のネットワークセキュリティは、プレゼンテーションレイヤ6またはアプリケーションレイヤ7で暗号化を使用して実行できます。 Once the components of a distributed PBT system are established through Layer 2 authentication and Layer 3 and Layer 4 network and port address assignment, the distributed PBT system is ready to perform processing. When the PBT Controller receives the user's "Start" command, PBT processing begins by establishing a Layer 5 session between the PBT Controller and the networked Intelligent LED Pads through the exchange of encryption keys or digital certificates. Once the session is opened, the PBT Controller and Intelligent LED Pads maintain a secure link during the exchange of files and commands until treatment is complete or terminated. Additional network security can be achieved using encryption at Presentation Layer 6 or Application Layer 7.

開示されているように、ネットワーク接続された分散型PBTシステムは、複数のインテリジェントLEDパッドを使用して光生体変調療法を確実かつ安全に実行できる単一の統合仮想マシン(VM)として機能します。
・ケーブルの寄生による波形の歪みはありません
・PBTコントローラとインテリジェントLEDパッド間の双方向通信
・能力マルチパッド誤接続の短絡を検出します
・承認されたLEDパッドまたは認定メーカーを識別する機能
・接続されたデバイスをインテリジェントLEDパッドとして識別する機能
・動力源を識別するための機能、及びそれらの動作電圧を制御します
・ドライバのLED電流を制御および制限する機能
・バッテリを検出し、PBTシステムの出力への接続を防止する機能
・LEDパッドに過熱状態を検出する機能
・LEDパッド内のLEDの構成を識別するための機能
・インテリジェントLEDパッドに含まれるLEDのタイプと構造を識別する機能
・複数の出力を独立して制御する機能
・インテリジェントLEDパッド内で歪みのない波形合成を実行する機能
・新しいLEDドライバアルゴリズムをインテリジェントLEDパッドに配布する機能
・リアルタイムの患者生体認証データをキャプチャして記録をする機能
・治療領域のリアルタイム画像を収集する機能
・ユーザ(医師)が新しい治療アルゴリズムを作成する機能をサポートする
・ドキュメントの電子配布をサポートする機能
・治療追跡を実行する機能
・電子処方箋の配布を管理する機能
・ネットワークに接続されたリモートコントロールをサポートする機能
・PBTシステムの位置追跡を実行する機能
・コンポーネント間の安全な通信を実行する機能
As disclosed, the networked, distributed PBT system functions as a single, unified virtual machine (VM) capable of reliably and safely delivering photobiomodulation therapy using multiple intelligent LED pads.
- No waveform distortion due to cable parasitics - Bidirectional communication between the PBT controller and the intelligent LED pad - Capability - Detects short circuits in multi-pad misconnections - Ability to identify approved LED pads or certified manufacturers - Ability to identify connected devices as intelligent LED pads - Ability to identify power sources and control their operating voltage - Ability to control and limit the LED current in the driver - Ability to detect batteries and prevent their connection to the output of the PBT system - Ability to detect overheating conditions in the LED pad - Ability to identify the configuration of LEDs in the LED pad - Ability to identify the type and structure of LEDs contained in the intelligent LED pad - Ability to control multiple outputs independently - Ability to perform distortion-free waveform synthesis within the intelligent LED pad - Ability to distribute new LED driver algorithms to the intelligent LED pad - Ability to capture and record real-time patient biometric data - Ability to collect real-time images of the treatment area - Ability for users (doctors) to create new treatment algorithms - Ability to support electronic distribution of documents - Ability to perform treatment tracking - Ability to manage the distribution of electronic prescriptions - Ability to support networked remote control - Ability to perform location tracking of the PBT system - Ability to perform secure communication between components

別の実施形態では、開示される分散PBTシステムは、デジタル波形合成、PWMパルス生成、および方形波、三角波、のこぎり波、および正弦波波形を生成することができる動的多重化マルチチャネルLEDドライバを含む3段階波形生成を含む。波形は、単一の周期関数または複数の周波数成分の弦で構成されます。 In another embodiment, the disclosed distributed PBT system includes three-stage waveform generation including digital waveform synthesis, PWM pulse generation, and a dynamically multiplexed multi-channel LED driver capable of generating square, triangular, sawtooth, and sine waveforms. The waveforms may consist of a single periodic function or a chord of multiple frequency components.

別の実施形態では、開示された波形発生器は、所定のキーおよび周波数スケールに基づいて和音生成することができる、例えば、ノイズフィルタリングを含む2つ、3つ、または4つの異なる周波数を含む和音を生成することができる。LED駆動波形は、オーディオサンプルから、またはさまざまな解像度と周波数のスケーラブルなオーディオプリミティブ波形のコードを組み合わせることによって生成することもできます。波形は、波形シンセサイザのパラメトリック、PWM波形、およびメジャー、マイナー、ディミニッシュ、オーグメントコード、オクターブ、インバージョンなどのPWMコードに基づいてライブラリに保存できます。ソフトウェア制御のLEDドライバには、I/Oマッピング(多重化)、動的電流制御、およびさまざまな動的にプログラム可能な電流リファレンスが含まれています。 In another embodiment, the disclosed waveform generator can generate chords based on a predetermined key and frequency scale, for example, chords containing two, three, or four different frequencies with noise filtering. LED drive waveforms can also be generated from audio samples or by combining codes of scalable audio primitive waveforms of various resolutions and frequencies. Waveforms can be stored in libraries based on waveform synthesizer parametric, PWM waveforms, and PWM codes such as major, minor, diminished, augmented chords, octave, and inversion. Software-controlled LED drivers include I/O mapping (multiplexing), dynamic current control, and various dynamically programmable current references.

別の実施形態では、分散型PBTシステムは、集中型マルチチャネルPBT制御ステーションから制御されるインテリジェントLEDパッドの複数のセットを含む。オプションのWiFiPBTリモコンが含まれており、ローカルの開始-開始および一時停止の制御が容易になります。さらに別の実施形態では、PBTコントローラは、インテリジェントLEDパッドを制御するモバイルデバイスまたはスマートフォン上で実行されるアプリケーションを含む。モバイルアプリケーションには、直感的なUI/UXコントロールとバイオフィードバック表示が含まれています。アプリは、治療データベースとしてインターネットまたはPBTサーバに接続することもできます。別の実施形態では、PBTシステムは、ネットワーク上でプログラムされた完全に自律的なLEDパッドセットを含む。 In another embodiment, a decentralized PBT system includes multiple sets of intelligent LED pads controlled from a centralized multi-channel PBT control station. An optional WiFi PBT remote control is included to facilitate local start-start and pause control. In yet another embodiment, the PBT controller includes an application running on a mobile device or smartphone that controls the intelligent LED pads. The mobile application includes intuitive UI/UX controls and biofeedback display. The app can also connect to the internet or a PBT server as a treatment database. In another embodiment, the PBT system includes a fully autonomous set of LED pads programmed over the network.

分散型PBTシステムは、マウスピースに取り付けられたLEDを制御して歯肉炎や歯周病に対抗したり、鼻や耳に挿入されたイヤフォンに取り付けられた個々のLEDを駆動して、副鼻腔の細菌感染を殺したりするためにも使用できます。個々のLEDのつぼみのバリエーションは、鍼治療のポイントに配置される「スポット」として使用できます。 Distributed PBT systems can also be used to control LEDs attached to a mouthpiece to combat gingivitis and periodontal disease, or to drive individual LEDs attached to earbuds inserted in the nose or ear to kill bacterial infections in the sinuses. A variation of the individual LED buds can be used as "spots" to be placed on acupuncture points.

前述の分散型PBTシステムは、LEDの駆動に限定されませんが、レーザからのコヒーレント光や時変磁場の放出など、生体組織にエネルギを注入するために、患者に隣接して配置されたエネルギエミッタを駆動するために使用できます。(磁気療法)、微小電流(電気療法)、超音波エネルギ、赤外線、遠赤外線電磁放射、またはそれらの任意の組み合わせ。 The aforementioned distributed PBT system is not limited to driving LEDs, but can be used to drive energy emitters placed adjacent to a patient to inject energy into biological tissue, such as the emission of coherent light from a laser or time-varying magnetic fields (magnetic therapy), microcurrents (electrotherapy), ultrasound energy, infrared, far-infrared electromagnetic radiation, or any combination thereof.

そのような一実施形態では、LEDまたはレーザハンドヘルドワンドは、大面積ヘッドユニットおよびピボットハンドル、一体型温度センサ、バッテリ充電器、ステップアップ(ブースト)電圧レギュレータ、および近接検出器としての一体型安全システムを備える。さらに別の実施形態では、磁気治療装置は、時間変化する磁場を生成するために使用される多層プリント回路基板実装コイルを含む。磁気治療装置は、パッドまたはワンドに実装することができる。炎症及や関節痛を減少させるために使用される磁気療法は、独立して、またはPBTと組み合わせて実施することができます。 In one such embodiment, an LED or laser handheld wand includes a large-area head unit and pivoting handle, an integrated temperature sensor, a battery charger, a step-up (boost) voltage regulator, and an integrated safety system such as a proximity detector. In yet another embodiment, the magnetic therapy device includes a multilayer printed circuit board-mounted coil used to generate a time-varying magnetic field. The magnetic therapy device can be mounted on a pad or wand. Magnetic therapy, used to reduce inflammation and joint pain, can be performed independently or in combination with PBT.

別のハンドヘルドワンドバージョンには、マッサージ療法と同様ですが、より深く浸透する、超音波周波数、つまり10Hz未満で筋肉や組織に圧力を加えるバイブレーターとして動作する変調ボイスコイルが含まれています。筋肉の弛緩を減らし、柔軟性と可動域を改善するために使用される超低周波音療法は、独立して、またはPBTと組み合わせて行うことができます。 Another handheld wand version contains a modulated voice coil that acts as a vibrator to apply pressure to muscles and tissues at ultrasonic frequencies, i.e., less than 10 Hz, similar to massage therapy but with deeper penetration. Used to reduce muscle relaxation and improve flexibility and range of motion, infrasound therapy can be used independently or in combination with PBT.

別の実施形態では、n個の超音波治療装置は、20kHzのから4MHzのために超音波帯域に変調された一つ以上の圧電変換器を有する屈曲可能なPCBを含みます。圧電変換器を備えたパッドはまた、オーディオスペクトルのパルスによって変調されたLEDを含み得る。超音波-LED複合デバイスの1つのアプリケーションでは、超音波を使用して、循環を改善し、その後死んだ細胞を除去するために使用されるPBTで瘢痕組織を破壊します。 In another embodiment, an ultrasound therapy device includes a flexible PCB with one or more piezoelectric transducers modulated in the ultrasound band from 20 kHz to 4 MHz. The pads with piezoelectric transducers may also include LEDs modulated with pulses in the audio spectrum. One application of an ultrasound-LED combination device uses ultrasound to improve circulation and destroy scar tissue with PBT, which is then used to remove dead cells.

セラピストの制御下で動作するPBTシステムを示している。1 shows a PBT system operating under the control of a therapist. ミトコンドリアの光生体調節を示している。Demonstrating mitochondrial photobiomodulation. 様々な生体材料の光吸収スペクトルを示している。1 shows the optical absorption spectra of various biomaterials. 光光学療法と光生体変調療法の違いを対比している。Contrasts the differences between photooptical therapy and photobiomodulation therapy. ブレンド波長による細胞内小器官ミトコンドリアの光化学的刺激を示す。1 shows photochemical stimulation of intracellular organelles, mitochondria, with blended wavelengths. アクティブLEDパッドを備えた分散型PBTシステムを表す。1 shows a distributed PBT system with active LED pads. 電流制限抵抗を使用するパッシブLEDパッドを備えたPBTシステムの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a PBT system with passive LED pads using current-limiting resistors. 電流制御を用いたパッシブLEDパッドを備えたPBTシステムの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a PBT system with passive LED pads using current control. 物理(PHY)レイヤ1通信のみを使用するアクティブLEDパッドを備えたPBTシステムのネットワーク記述である。1 is a network description of a PBT system with active LED pads that uses only physical (PHY) Layer 1 communication. 通信ケーブルの等価回路と電気信号への影響である。The equivalent circuit of a communication cable and its effect on electrical signals. 光生体変調療法システムと、資格のないまたは不適切な電気付属品やLEDパッドとの相互接続の表現である。This is a representation of the interconnection of a photobiomodulation therapy system with unqualified or inappropriate electrical accessories or LED pads. 共通の電気信号のセットで異なるLEDパッドを駆動する光生体変調療法システムを示している。1 illustrates a photobiomodulation therapy system in which a common set of electrical signals drives different LED pads. 2つのLEDシステム出力の一つの共通LEDパッドへの不適切な「短絡出力」接続を示している。Shows an improper "short output" connection of one of the two LED system outputs to a common LED pad. 複数の競合する制御信号で赤色LEDストリングを駆動する短絡された出力接続を示している。1 shows a shorted output connection driving a red LED string with multiple competing control signals. 重複または同時制御信号と同時に同一のLEDパッドにNIR及び赤色LEDの両方を駆動する短絡出力接続を示している。A shorted output connection is shown driving both NIR and red LEDs into the same LED pad simultaneously with overlapping or simultaneous control signals. 同時に重複または同時制御信号と同一のLEDパッドにNIR及び赤色LEDの両方を駆動する出力短絡接続するための電源出力波形を示している。10 shows the power supply output waveforms for an output short connection driving both NIR and red LEDs to the same LED pad simultaneously with overlapping or simultaneous control signals. 温度感知、保護、またはフィードバックを欠くPBTシステムである。It is a PBT system that lacks temperature sensing, protection, or feedback. アクティブLEDパッドを備えた分散型PBTシステムを表す。1 shows a distributed PBT system with active LED pads. インテリジェント(アクティブ)LEDパッドを備えた分散型PBTシステムの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a distributed PBT system with intelligent (active) LED pads. 3層OSIスタックを使用するインテリジェント(アクティブ)LEDパッドを備えたPBTシステムのネットワーク図である。FIG. 1 is a network diagram of a PBT system with intelligent (active) LED pads using a three-layer OSI stack. LEDパッド認証シーケンスのフローチャートである。10 is a flowchart of an LED pad authentication sequence. 識別データレジスタを備えたアクティブLEDパッドのブロック図を示している。1 shows a block diagram of an active LED pad with an identification data register. LED構成レジスタを備えたアクティブLEDパッドのブロック図を示している。FIG. 1 shows a block diagram of an active LED pad with LED configuration registers. 3個の波長のLEDを含む例示的なLEDアレイおよび可動電子機器の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary LED array including three wavelength LEDs and movable electronics. NチャネルMOSFETと、基準電流入力Irefを備えた電流検出ゲートバイアス回路とを備える電流シンクタイプのスイッチドローサイドLEDドライバの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a current sink type switched low-side LED driver with an N-channel MOSFET and a current sensing gate bias circuit with a reference current input I ref . NチャネルMOSFETと基準電流入力Irefを備えた電流検出ゲートバイアス回路を備えた電流シンクタイプのスイッチドローサイドLEDドライバの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a current sink type switched low-side LED driver with an N-channel MOSFET and a current sensing gate bias circuit with a reference current input I ref . 電流ミラーセンサ、基準電流入力Irefを備えたトランスコンダクタンス増幅器バイアス回路、およびデジタル入力を備えた伝送ゲートを含む、例示的な電流シンクタイプのローサイドスイッチドLEDドライバ実装の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary current sink type low-side switched LED driver implementation including a current mirror sensor, a transconductance amplifier bias circuit with a reference current input I ref , and a transmission gate with a digital input. DAC抵抗器電流トリムを備えた例示的なマルチチャネル電流基準発生器の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example multi-channel current reference generator with DAC resistor current trim. DACMOSFETゲート幅電流トリムを備えた例示的なマルチチャネル電流基準発生器の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example multi-channel current reference generator with DACMOSFET gate width current trim. DACおよび電流較正およびターゲット基準入力電流を含む算術論理演算ユニット計算入力を備えた例示的なマルチチャネル電流基準発生器の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary multi-channel current reference generator with a DAC and an arithmetic logic unit calculation input including current calibration and target reference input currents. 「m」LEDを含む一連のLEDを駆動するハイサイドスイッチ電流制御要素または「電流源」の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a high-side switch current control element or “current source” driving a string of LEDs including “m” LEDs. PチャネルMOSFETと基準電流入力(-Iref)を備えた電流検出ゲートバイアス回路を備えた電流源タイプのスイッチドハイサイドLEDドライバの概略図です。Schematic diagram of a current source type switched high-side LED driver with a P-channel MOSFET and a current-sensing gate bias circuit with a reference current input (-I ref ). 電流ミラーセンサ、基準電流入力(-Iref)を備えたトランスコンダクタンス増幅器バイアス回路、およびデジタル入力を備えた伝送ゲートを含む、例示的な電流源タイプのスイッチドハイサイドLEDドライバ実装の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary current source type switched high-side LED driver implementation including a current mirror sensor, a transconductance amplifier bias circuit with a reference current input (−I ref ), and a transmission gate with a digital input. ハイサイド電流制御素子又は有効ローサイドNチャネルMOSFETデジタルと「m」のLEDを含むLEDの直列ストリングを駆動する「電流源」の概略図である。1 is a schematic diagram of a high-side current control element or "current source" driving a series string of LEDs including an effective low-side N-channel MOSFET digital and "m" LEDs. PチャネルMOSFETを備えた電流源型ハイサイドLEDドライバの概略図とローサイドNチャネルMOSFETデジタルイネーブルと直列にLEDのストリングを駆動する基準電流入力(-Iref)を備えた電流検出ゲートバイアス回路である。Schematic diagram of a current source type high-side LED driver with a P-channel MOSFET and current sensing gate bias circuit with a reference current input (-I ref ) driving a string of LEDs in series with a low-side N-channel MOSFET digital enable. 電流ミラーセンサを含む例示的な電流源タイプのハイサイドLEDドライバの実装の概略図、ローサイドNチャネルMOSFETデジタルイネーブルを備えた一連の直列接続されたLEDを駆動する基準電流入力(-Iref)を備えた相互コンダクタンスアンプバイアス回路である。1 is a schematic diagram of an exemplary current source type high-side LED driver implementation including a current mirror sensor, transconductance amplifier bias circuit with a reference current input (−I ref ) driving a string of series-connected LEDs with a low-side N-channel MOSFET digital enable. マスタースレーブ、データストリーミングベースのLEDドライブを説明するフローチャートである。1 is a flowchart illustrating a master-slave, data streaming based LED drive. USBを介したパケット転送を使用したLEDパッドへのリアルタイムストリーミングデータ転送を示している。1 shows real-time streaming data transfer to an LED pad using packet transfer over USB. ストリームベースのLEDドライブのジャストインタイムまたは「JIT」シーケンシャルデータ転送方法を示している。1 illustrates a just-in-time or "JIT" sequential data transfer method for a stream-based LED drive. ストリームベースのLEDドライブの転送先シフト方式を示しています。This shows the destination shifting method for stream-based LED driving. JITをLEDドライブの転送-前方-および-シフト方式と比較します。Compare JIT to the forward-and-forward method of LED driving. 暗号化されていないファイルを使用したLEDパッド自律パッド再生のフローチャートである。10 is a flowchart of LED pad autonomous pad playback using unencrypted files. アクティブLEDパッドにおける実行可能コードファイルの記憶を示している。1 illustrates the storage of executable code files in active LED pads. それぞれが3つの連続した治療アルゴリズムを構成する3つのPBT「セッション」を含む例示的な治療プロトコルを示す。An exemplary treatment protocol is shown that includes three PBT "sessions," each comprising three sequential treatment algorithms. 例示的な処理を示し、それぞれが、オンおよびオフの表彰および持続時間のLED制御シーケンスを示している。An exemplary process is shown, each showing an LED control sequence for on and off indications and durations. PBTのアーント-シュルツ二相性用量応答モデルを示している。1 shows the Arndt-Schultz biphasic dose-response model of PBT. 4層シリアルバスベースのLightOS通信プロトコルスタックを示している。1 shows a four-layer serial bus-based LightOS communication protocol stack. PBT処理ファイルの暗号化されたパケット準備を示している。10 shows the encrypted packet preparation of a PBT processing file. PBTセッションファイルの暗号化されたパケット準備を示している。10 shows the encrypted packet preparation of a PBT session file. 着信暗号化パケットのアクティブLEDパッド復号化および記憶を示している。13 shows active LED pad decoding and storage of an incoming encrypted packet. 転送後ファイル復号化を使用したLEDパッド自律パッド再生のフローチャートである。10 is a flowchart of LED pad autonomous pad playback using post-transfer file decoding. アクティブなLEDパッドにおける暗号文ファイルの記憶を示している。10 shows the storage of a ciphertext file in an active LED pad. 再生中にオンザフライ復号化を使用するLEDパッド自律パッド再生のフローチャートである。10 is a flowchart of LED pad autonomous pad playback using on-the-fly decoding during playback. 再生前のバルクファイル復号化と再生中のオンザフライ復号化とのファイル比較である。File comparison of bulk file decoding before playback and on-the-fly decoding during playback. LEDプレーヤからLEDパッドへのファイルのダウンロードを示している。Illustrates downloading a file from an LED player to an LED pad. 「波形シンセサイザ」モジュールの動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating the operation of the "Waveform Synthesizer" module. 「PWMプレーヤ」モジュールの動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating the operation of the "PWM player" module. 「LEDドライバ」モジュールの動作について説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating the operation of the "LED driver" module. 波形シンセサイザ、PWMプレーヤ、およびLEDドライバモジュールを使用した波形生成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating waveform generation using a waveform synthesizer, a PWM player, and an LED driver module. ユニット機能ジェネレータまたはプリミティブプロセッサのいずれかによる合成を含む波形シンセサイザ動作の詳細を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing details of the waveform synthesizer operation, including synthesis by either a unit function generator or a primitive processor. 定数、のこぎり波、三角関数、正弦波形、および正弦弦波形を含む、単位関数によって生成された波形の例を示している。Examples of waveforms generated by identity functions are shown, including a constant, a sawtooth wave, a trigonometric function, a sine wave, and a sine-sine wave. 波形合成で使用されるシンセサイザ加算ノードおよびオートレンジ動作の機能的説明である。1 is a functional description of the synthesizer summing nodes and auto-ranging operation used in waveform synthesis. 様々な周波数の正弦波およびそれらのブレンドされた和音の例を示している。Shows examples of sine waves of various frequencies and their blended chords. 独立した重み付けおよびオートレンジ機能を備えた10オクターブにわたる和音をブレンドすることができるカウンタベースの正弦波合成システムを示している。A counter-based sine wave synthesis system capable of blending chords across 10 octaves with independent weighting and auto-ranging is presented. カウンタベースの正弦波合成システムを使用する2正弦波コードの合成を示します。We demonstrate the synthesis of a two-sine wave code using a counter-based sine wave synthesis system. カウンタベースの正弦波合成方式を採用三正弦波コードの合成を示します。Demonstrates the synthesis of three sine wave codes employing a counter-based sine wave synthesis method. 24点の角度分解能を備えた単一の正弦プリミティブを使用する、カウンタベースの正弦波コードシンセサイザのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a counter-based sinusoidal code synthesizer using a single sine primitive with 24-point angular resolution. 単一の固定解像度プリミティブを使用した2つの正弦波コード合成の例です。An example of two sinusoidal code synthesis using a single fixed resolution primitive. 単一の固定解像度の正弦プリミティブを使用した3つの正弦波コード合成の例です。An example of three sine wave code synthesis using a single fixed resolution sine primitive. 量子化ノイズを強調する単一の固定解像度の正弦プリミティブを使用した、例示的な正弦波とブレンドされたコードを示しています。Shows an example sine wave and blended code using a single fixed-resolution sine primitive to highlight quantization noise. 複数のスケーリングされた解像度の正弦プリミティブを使用した3つの正弦波コード合成の例です。Here is an example of three sine wave code synthesis using multiple scaled resolution sine primitives. 量子化ノイズを完全に排除するために、複数のスケーリングされた解像度の正弦プリミティブを使用した例示的な正弦波とブレンドされたコードを示しています。It shows an example sine wave and blended code using sine primitives of multiple scaled resolutions to completely eliminate quantization noise. 3正弦波混合コードの固定解像度とスケーリングされた解像度の正弦波合成の比較です。Comparison of fixed resolution and scaled resolution sine wave synthesis for three sine wave mixing codes. スケーリングされた解像度の正弦プリミティブおよび4つのクロックスケール範囲を使用する、カウンタベースの正弦波コードシンセサイザのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a counter-based sine wave code synthesizer using scaled resolution sine primitives and four clock scale ranges. 任意の解像度の正弦波プリミティブに適用可能なユニバーサルプリミティブ正弦波コードシンセサイザのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a universal primitive sinusoidal code synthesizer applicable to sinusoidal primitives of any resolution. 偶数調の音階と4オクターブの音階ベースのキーに基づいてサインとコードを合成するためのグローバルキーを設定するためのUI/UXインターフェースを示しています。Shows the UI/UX interface for setting global keys for synthesizing signs and chords based on even-toned scales and four-octave scale-based keys. 他の音階に基づいてサインとコードを合成するためのグローバルキーと、4オクターブのノートベースのキーを設定するためのUI/UXインターフェースを示しています。It shows a global key for synthesizing signs and chords based on other scales, and a UI/UX interface for setting four octave note-based keys. カスタマイズされた周波数に基づいて正弦波および弦合成のためのグローバルキーを設定するためのUI/UXインターフェースを示している。10 shows a UI/UX interface for setting global keys for sine and string synthesis based on customized frequencies. メジャー、マイナー、増三和音、減七の和音を含む、音楽コードの三和音/クワッド合成(オプションで+1オクターブ音符付き)用のアルゴリズムコードビルダーのブロック図です。Block diagram of an algorithmic chord builder for triad/quad synthesis of musical chords (with optional +1 octave note), including major, minor, augmented triads and diminished seventh chords. オプションの+1オクターブノートを備えたカスタムトライアドコードビルダーのUI/UXインターフェースを示しています。Shows the UI/UX interface for a custom triad chord builder with optional +1 octave note. オートレンジ機能なし三正弦加算合成信号の圧縮を示します。Shows compression of a three sine sum composite signal without autoranging. オートレンジ増幅なし三正弦加算合成された波形とを比較します。Compare with the waveform synthesized by adding three sine waves without auto-ranging amplification. 波形シンセサイザで使用されるPWM発生器機能の機能図である。FIG. 1 is a functional diagram of a PWM generator function used in a waveform synthesizer. 非正弦波で生成された波形およびそれらに対応するPWM表現の例を示している。1 shows examples of non-sinusoidally generated waveforms and their corresponding PWM representations. PWMプレーヤのチョッピング機能の動作を示す図です。This is a diagram showing the operation of the chopping function of the PWM player. PWMプレーヤで使用されるパルス幅変調器の概略的な機能的等価物を示します。Shows the rough functional equivalent of the pulse width modulator used in a PWM player. LEDドライバ動作のブロック図を示している。1 shows a block diagram of the LED driver operation. 50%のデューティファクタおよび10mA平均LED電流の方形波を生成したPWMプレーヤの構成の波形を示します。The waveforms shown are for a PWM player configuration that produced a square wave with a 50% duty factor and 10mA average LED current. 20%のデューティファクタおよび10mA平均LED電流の方形波を生成したPWMプレーヤの構成の波形を示します。The waveforms shown are for a PWM player configuration that generated a square wave with a 20% duty factor and 10mA average LED current. 95%のデューティファクタおよび10mA平均LED電流の方形波を生成したPWMプレーヤの構成の波形を示します。The waveforms shown are for a PWM player configuration that produced a square wave with a 95% duty factor and 10mA average LED current. 50%のデューティファクタおよび10mAの平均LED電流がその後13mAにステップアップされた、PWMプレーヤによって生成された方形波の構成波形を示している。1 shows the constituent waveforms of a square wave generated by a PWM player with a 50% duty factor and an average LED current of 10 mA, which is then stepped up to 13 mA. 50%のデューティファクタおよび10mA平均LED電流がLEDドライバ生成する方形波の構成の波形を示します。The waveforms shown are for a square wave configuration generated by an LED driver with a 50% duty factor and 10mA average LED current. 10mAの平均LED電流でLEDドライバADC(アナログ-デジタル変換器)によって生成された正弦波の構成波形を示している。The constituent waveforms of a sine wave generated by the LED driver ADC (analog-to-digital converter) at an average LED current of 10 mA are shown. 10mAの平均LED電流でギターの弦を弾くLEDドライバADC(アナログ-デジタルコンバータ)で生成されたオーディオサンプルの構成波形を示しています。It shows the constituent waveforms of audio samples generated by an LED driver ADC (analog-to-digital converter) plucking a guitar string with an average LED current of 10mA. 10mA平均LED電流とシンバルクラッシュのオーディオサンプルを生成したLEDドライバADC(アナログ-デジタル変換器)の構成の波形を示します。Shown are waveforms of an LED driver ADC (analog-to-digital converter) configuration that generated 10mA average LED current and an audio sample of a cymbal crash. PWMの構成波形が10mA平均LED電流を正弦波を合成示します。The PWM waveform is a composite sine wave that generates an average LED current of 10mA. その後13mAに昇圧10mA平均LED電流とPWM合成正弦波の構成の波形を示します。Then we will show the waveform of the 10mA average LED current boosted to 13mA and the PWM composite sine wave configuration. 10mA平均LED電流の正弦波コードを含むPWM合成オーディオサンプルの構成の波形を示します。The waveforms shown are for a sample PWM synthesized audio composition containing a sine wave code for a 10mA average LED current. 平均LED電流が10mAのPWM合成三角波の構成波形を示しています。This shows the waveform of a PWM composite triangular wave with an average LED current of 10mA. 10mA平均LED電流でギターの弦むしれを含むPWM合成オーディオサンプルの構成の波形を示します。The waveforms shown are for a PWM synthesized audio example containing a guitar string being plucked at 10mA average LED current. 10mA平均LED電流でシンバルクラッシュを含むPWM合成オーディオサンプルの構成の波形を示します。The waveforms shown are for a sample PWM synthesized audio composition containing a cymbal crash at 10mA average LED current. PWMで合成された正弦波の構成波形を示しています。平均LED電流は10mAで、その後PWMプレーヤによって13mAにステップアップされます。The component waveforms of a PWM synthesized sine wave are shown. The average LED current is 10mA, and then stepped up to 13mA by the PWM player. 再生ファイルのLEDパッドへのダウンロードを示している。Illustrates downloading of playback files to LED pads. 再生ファイルID、シンセサイザパラメータファイル、プリミティブファイル、PWMプレーヤファイル、LEDドライバファイル、およびそれらの構成要素を含むLED再生データファイルを示す。1 shows the LED playback data file including the playback file ID, synthesizer parameter file, primitive file, PWM player file, LED driver file, and their components. PWMプレーヤクロックΦrefを制御するために使用されるファームウェアの概略アナログ図である。FIG. 10 is a schematic analog diagram of the firmware used to control the PWM player clock Φ ref . イーサネットベースの分散PBTシステムの通信スタックで構成されています。It consists of a communication stack for an Ethernet-based distributed PBT system. WiFiベースの分散型PBTシステムの通信スタックを構成します。This paper configures the communication stack for a WiFi-based distributed PBT system. 分散型PBTシステム用のWiFi通信対応PBTコントローラのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a WiFi communication-enabled PBT controller for a distributed PBT system. 分散型PBTシステム用のWiFi通信対応LEDパッドのブロック図です。This is a block diagram of a Wi-Fi communication-enabled LED pad for a distributed PBT system. マルチユーザ分散型PBTシステムおよび通信ネットワークです。A multi-user distributed PBT system and communication network. 携帯電話ベースの分散型PBTシステムの通信スタックで構成されています。It consists of a communication stack for a mobile phone-based distributed PBT system. 携帯電話アプリおよびWiFiベースの制御を使用する分散型PBTシステムを示している。1 shows a distributed PBT system using a mobile phone app and WiFi-based control. モバイルデバイスアプリケーションプログラムを使用したPBT制御用のUI/UXメニューです。UI/UX menu for PBT control using mobile device application programs. LEDまたはレーザ治療用のハンドヘルドPBTワンドの断面図、上面図、および下面図である。1A-1C are cross-sectional, top, and bottom views of a handheld PBT wand for LED or laser treatment. LEDまたはレーザ治療用のハンドヘルドPBTワンドのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a handheld PBT wand for LED or laser treatment. 静電容量式接触感知を利用するレーザPBT用のPBTワンドアイ安全システムの断面図および下面図である。1A-1C are cross-sectional and bottom views of a PBT wand eye safety system for laser PBT utilizing capacitive touch sensing. 静電容量式接触感知を利用するレーザPBTのための眼の安全システムの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an eye safety system for laser PBT utilizing capacitive touch sensing. 分散システムレーザPBT駆動回路の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a distributed systems laser PBT driver circuit. ある断面、上面図、及び側面図自律統合スイッチを有するインテリジェントLEDパッド。1A and 1B show cross-sectional, top, and side views of an intelligent LED pad with an autonomous integrated switch. 自律インテリジェントLEDパッドのプログラムスイッチシーケンスを説明するフローチャートである。1 is a flowchart illustrating a program switch sequence of an autonomous intelligent LED pad. リジッドフレックスPCBの断面図です。This is a cross section of a rigid-flex PCB. 磁気療法パッドで使用される平面磁気の分解図である。FIG. 1 is an exploded view of the planar magnet used in the magnetic therapy pad. 平面磁気を備えた磁気療法パッドの側面図である。FIG. 1 is a side view of a magnetic therapy pad with planar magnets. 平面磁気を備えた磁気療法パッドの上面図である。FIG. 1 is a top view of a magnetic therapy pad with planar magnets. 分散システム磁気療法駆動回路の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a distributed system magnetic therapy drive circuit. 個別の磁気を使用する磁気療法パッドの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic therapy pad using individual magnets. 電磁石のアレイを含む磁気療法パッドである。A magnetic therapy pad that includes an array of electromagnets. 電磁石および永久磁石のアレイを含む磁気療法パッドである。A magnetic therapy pad that includes an array of electromagnets and permanent magnets. 電磁石のアレイと積み重ねられたハイブリッド電磁石永久磁石を含む磁気療法パッドです。It is a magnetic therapy pad that contains an array of electromagnets and stacked hybrid electromagnet-permanent magnets. 電磁石のアレイと積み重ねられたハイブリッド永久磁石電磁石で構成される磁気治療パッドです。It is a magnetic therapy pad that consists of an array of electromagnets and stacked hybrid permanent magnet electromagnets. 分散システム互換のハンドヘルド磁気療法装置です。A distributed system compatible handheld magnetic therapy device. U字型PBT歯周マウスピースの平面図および断面図である。1A and 1B are plan and cross-sectional views of a U-shaped PBT periodontal mouthpiece. U字形のPBT歯周マウスピースを製造する際の製造工程の側面図である。1A-1C are side views of the manufacturing process for producing a U-shaped PBT periodontal mouthpiece. H字型PBT歯周マウスピースを製造する際の製造工程の側面図である。1A-1C are side views of the manufacturing process for producing an H-shaped PBT periodontal mouthpiece. 製造されたH字型の歯周PBTマウスピースのサイドビューです。This is a side view of the manufactured H-shaped periodontal PBT mouthpiece. H字型PBT歯周マウスピースの製造における結合プロセスを示している。1 shows the bonding process in the manufacture of an H-shaped PBT periodontal mouthpiece. 歯周PBTマウスピースの回路図を示している。1 shows a schematic diagram of a periodontal PBT mouthpiece. Hブリッジドライブを備えた超音波PBTパッドの組み合わせの回路図を示している。1 shows a circuit diagram of an ultrasonic PBT pad combination with an H-bridge drive. 電流シンクドライブを備えた超音波PBTパッドの組み合わせの回路図を示している。1 shows a circuit diagram of an ultrasonic PBT pad combination with a current sink drive. 超音波PBTパッドの組み合わせの斜視図。FIG. 1 is a perspective view of an ultrasonic PBT pad combination.

既存世代のPBTシステムが直面する前述の制限を克服するために、完全に新しいシステムアーキテクチャが必要です。具体的には、正弦波を組み合わせた正弦波とコードの生成は、ケーブル接続による重大な波形歪みを回避するために、駆動されるLEDの非常に近くで発生する必要があります。このような設計基準では、波形合成を再配置し、PBTコントローラからLEDパッドに移動する必要があります。この一見マイナーな機能の再パーティション化を実現するには、実際には重要な設計変更であり、LEDパッドをパッシブコンポーネントからアクティブシステムまたは「インテリジェント」LEDパッドに変換する必要があります。パッシブLEDパッドには、LED、電流源、およびスイッチのアレイのみが含まれますが、インテリジェントLEDパッドには、マイクロコントローラ、揮発性および不揮発性メモリ、通信トランシーバまたは通信インターフェース、LEDドライブ電子機器、およびLEDアレイを統合する必要があります。長いケーブル配線またはワイヤレス操作が必要なため、マイクロコントローラの時間基準もLEDパッドに再配置する必要があります。基本的に、各インテリジェントLEDパッドは小さなコンピューターになり、指示されると、LED励起パターンを個別に生成できます。 To overcome the aforementioned limitations faced by existing-generation PBT systems, an entirely new system architecture is required. Specifically, the generation of the combined sine wave and code must occur very close to the driven LEDs to avoid significant waveform distortion due to cabling. Such design criteria require waveform synthesis to be relocated and moved from the PBT controller to the LED pad. Achieving this seemingly minor repartitioning of functionality is actually a significant design change, transforming the LED pad from a passive component into an active system or "intelligent" LED pad. While a passive LED pad contains only an array of LEDs, current sources, and switches, an intelligent LED pad must integrate a microcontroller, volatile and nonvolatile memory, a communications transceiver or interface, LED drive electronics, and an LED array. Due to the need for long cabling or wireless operation, the microcontroller's time base must also be relocated to the LED pad. Essentially, each intelligent LED pad becomes a small computer that, when instructed, can independently generate LED excitation patterns.

そのため、パッシブLEDパッドに電気信号を生成して配信する集中型PBTコントローラを使用するのではなく、新しいアーキテクチャは「分散型」であり、集中化されたリアルタイム制御を欠く自律的に動作する電子コンポーネントのネットワークで構成されます。この種の最初の分散型PBTシステムは、インテリジェントLEDパッドの発明を必要とします。これは、LEDパッドが動的LED励起パターンを生成し、それに応じてLEDドライブを安全に実行するために必要なすべての計算を実行する治療用光送達システムです。分散型PBT操作では、PBTコントローラの役割はUI/UXインターフェースの役割に劇的に減少し、ユーザは利用可能なプロトコルライブラリから治療またはセッションを選択し、治療を開始、一時停止、または終了できます。ISO13485、IEC、およびFDAの規制では、安全上の理由から常にハードウェアの制御性が要求されているため、この中央ハードウェア制御の欠如は、医療機器では事実上前例のないものです。そのため、分散型ハードウェア医療機器に効果的な安全システムを実装するには、安全機能をローカルで実行し、システム全体に伝達する必要があるため、新しく革新的なアプローチが必要です。このような安全プロトコルは、FDAの設計規則および国際安全基準に従って指定、設計、検証、検証、および文書化する必要があります。 Therefore, rather than using a centralized PBT controller that generates and distributes electrical signals to passive LED pads, the new architecture is "distributed," consisting of a network of autonomously operating electronic components lacking centralized real-time control. The first distributed PBT system of its kind requires the invention of an intelligent LED pad—a therapeutic light delivery system in which the LED pad generates dynamic LED excitation patterns and performs all the necessary calculations to safely drive the LEDs accordingly. With distributed PBT operation, the role of the PBT controller is dramatically reduced to that of a UI/UX interface, allowing the user to select a treatment or session from an available protocol library and start, pause, or terminate treatment. This lack of central hardware control is virtually unprecedented in medical devices, as ISO 13485, IEC, and FDA regulations have always required hardware controllability for safety reasons. Therefore, implementing effective safety systems in distributed hardware medical devices requires new and innovative approaches, as safety functions must be executed locally and communicated throughout the system. Such safety protocols must be specified, designed, verified, validated, and documented in accordance with FDA design rules and international safety standards.

インテリジェントLEDパッドを備えた分散型PBTシステムのもう1つの意味は、電気信号通信をデータパケットを含むコマンドベースの命令に置き換えることです。このようなコマンドベースの通信には、分散システムのコンポーネント間のパケット交換プライベート通信ネットワークの設計と開発が含まれ、医療機器制御の固有の厳しい要件を満たすようにデジタル通信を適応させます。パケットルーティング、セキュリティ、およびデータペイロードは、ハッキングやシステムの誤動作を防ぐように設計する必要があり、必要なすべてのPBT操作を実行するために必要なすべての情報を伝達する必要があります。 Another implication of a distributed PBT system with intelligent LED pads is the replacement of electrical signal communication with command-based instructions containing data packets. Such command-based communication involves the design and development of a packet-switched private communications network between components of the distributed system, adapting digital communications to meet the unique and stringent requirements of medical device control. Packet routing, security, and data payload must be designed to prevent hacking and system malfunctions and must convey all the information necessary to perform all required PBT operations.

インテリジェントLEDパッドを使用して分散型PBTシステムを実装するには、相互に関連する2つのイノベーションが必要です。このアプリケーションでは、ストリーミングまたはファイル転送によって配信される時間ベースのLED励起パターンを含むインテリジェントLEDパッドの動作が開示されます。この開示はまた、波形合成、PWMプレーヤ操作、および動的LED駆動の3段階プロセス、ならびに必要な安全機能を使用した波形のパッド内生成を考慮している。関連する米国出願番号16/377192、名称「分散型光生体変調治療装置および方法、バイオフィードバック、およびそれらの通信プロトコル」では、データ通信階層スタック及び制御プロトコルが開示されています。 Implementing a distributed PBT system using intelligent LED pads requires two interrelated innovations. This application discloses the operation of an intelligent LED pad, including time-based LED excitation patterns delivered via streaming or file transfer. This disclosure also considers in-pad generation of waveforms using a three-stage process of waveform synthesis, PWM player operation, and dynamic LED drive, as well as necessary safety features. Related U.S. application Ser. No. 16/377,192, entitled "Distributed Photobiomodulation Therapy Apparatus and Method, Biofeedback, and Communication Protocol Therefor," discloses a data communication hierarchy stack and control protocol.

分散PBTシステムは本明細書に開示され、LEDの再生が使用して制御することができるいずれかの時間ベースの命令列(ストリーミングと呼ばれる)、またはコマンドベースの波形生成及び合成による。いずれの場合も、データパケットはペイロードでLED励起パターンをデジタルで伝送します。動作中、ユーザまたはセラピストはグラフィカルインターフェースを介してPBT治療または治療セッションを選択し、治療を開始することに同意します。次に、コマンドはパケット化されます。つまり、準備、フォーマット、圧縮され、通信パケットに詰め込まれ、シリアルペリフェラル通信バス、LAN、ブロードバンド接続、WiFi、ファイバー、またはその他のメディアを介して1つ以上のインテリジェントLEDパッドに配信されます。各データパケットで運ばれるペイロードデータは、オクテットまたは16進ワードとして編成されたビットを含むデジタルですが、実際の通信媒体はアナログであり、差動アナログ信号、電波、または変調光を含みます。 In the distributed PBT system disclosed herein, LED regeneration can be controlled using either a time-based instruction sequence (called streaming) or by command-based waveform generation and synthesis. In either case, data packets digitally carry the LED excitation patterns in their payload. In operation, a user or therapist selects a PBT treatment or therapy session through a graphical interface and agrees to begin treatment. The commands are then packetized—that is, prepared, formatted, compressed, and packed into communication packets—and delivered to one or more intelligent LED pads via a serial peripheral communication bus, LAN, broadband connection, Wi-Fi, fiber, or other media. While the payload data carried in each data packet is digital, containing bits organized as octets or hexadecimal words, the actual communication medium is analog and includes differential analog signals, radio waves, or modulated light.

有線通信では、通信バスは通常シンボルレートまたはボーレート(https://en.wikipedia.org/wiki/symbol_rate)と呼ばれる指定されたレートで変調されたアナログ差動波形を含む電気信号を使用します。各シンボルは、定義された期間の頻度またはコードを含むことができます。各シーケンシャルシンボルの検出は、ケーブル内の反応性寄生要素またはノイズ源によって引き起こされる歪みの影響を受けないため、従来のPBT実装におけるデジタルパルス信号伝送に関連するすべての問題を克服します。WiFi通信では、着信シリアルデータが分割され、OFDMと呼ばれる複数の周波数サブバンドにわたって小さなパケットで送信されます。つまり、直交周波数分割多重化により、高いシンボルレートと低いビットエラーレートが実現されます。同様の周波数分割方法がファイバチャネルおよびDOCSIS通信で使用され、高いシンボルレートを実現します。送信される各シンボルは複数のデジタル状態を表すことができるため、シリアルバスビットのデータレートはメディアのシンボルレートよりも高くなります。50MB/秒を超える最も一般的なシリアルおよびワイヤレス通信プロトコルのいくつかの実効ビットデータレート(https://en.wikipedia.org/wiki/list_of_device_bit_rates)を以下に要約します。 In wired communications, communication buses typically use electrical signals consisting of analog differential waveforms modulated at a specified rate, called the symbol rate or baud rate (https://en.wikipedia.org/wiki/symbol_rate). Each symbol can contain a frequency or code of a defined duration. Detection of each sequential symbol is unaffected by distortions caused by reactive parasitic elements or noise sources in the cable, thus overcoming all problems associated with digital pulse signal transmission in traditional PBT implementations. In Wi-Fi communications, incoming serial data is divided and transmitted in small packets across multiple frequency subbands, known as OFDM. This technique, orthogonal frequency division multiplexing, achieves high symbol rates and low bit error rates. Similar frequency division methods are used in Fibre Channel and DOCSIS communications to achieve high symbol rates. Because each transmitted symbol can represent multiple digital states, the data rate of the serial bus bits is higher than the symbol rate of the medium. Below is a summary of effective bit data rates (https://en.wikipedia.org/wiki/wiki/list_of_device_bit_rates) for some of the most common serial and wireless communication protocols that exceed 50MB/s:

PBTコントローラは、ユーザのコマンドに応答して、命令を通信データパケットに変換します。このパケットは、接続され、認定されたすべてのLEDパッドに送信されます。LEDのパッドは、それに応じて、命令および応答を受信し、治療セッションを開始するか、他のタスクを実行します。高帯域幅通信のため、PBTシステムのユーザエクスペリエンスは、処理が瞬時に行われます。つまり、システムの操作が実際には一連のデバイス間通信として実行されたとしても、ユーザはリアルタイムのUI/UX応答を認識します。 In response to user commands, the PBT controller converts instructions into communication data packets that are then sent to all connected and authorized LED pads. The LED pads receive the commands and responses, and initiate a therapy session or perform other tasks accordingly. Due to high-bandwidth communication, the user experience of the PBT system is instantaneous. This means that the user perceives real-time UI/UX responses, even though system operations are actually performed as a series of device-to-device communications.

開示された分散型PBTシステムは、複数の相互作用するコンポーネントを含み、それらのそれぞれは、分散型システム内で専用の機能を実行する。システムに統合された固有のコンポーネントの数は、システムの全体的な複雑さに影響を与え、通信プロトコル、つまりデバイス間通信で使用される「言語」の洗練度に影響を与えます。開示された分散型PBTシステムの様々な構成要素は、以下を含み得る:
・UI/UXベースのコマンドを実行し、通信ネットワークを介して命令をディスパッチするために使用される中央PBTコントローラまたはモバイルアプリケーションで構成されるユーザインターフェース。
・局所的なパッド内励起パターン生成と波形合成、およびオプションで統合センサまたはイメージング機能を備えた動的光生体変調療法治療を実行するインテリジェントLEDパッド。
・コンピュータサーバ、インターネット上でアクセスまたは保持のために使用するプライベート通信ネットワークやPBTトリートメント、セッション、およびプロトコルを配布、またはアップロードのための患者の応答、ケーススタディ、あるいは臨床試験データと関連ファイル(例えばMRIの、X線、血液テスト)。
・レーザワンドや超音波治療パッドなどのオプションの治療用アクセサリ。
・患者のサンプルまたはリアルタイムデータのキャプチャとアップロードに使用されるオプションの生体認証センサ(たとえば、EEGセンサ、ECGモニター、血中酸素、血圧、血糖など)。
・高解像度ディスプレイやタッチスクリーン、キーボード、マウス、スピーカー、ヘッドホンなどを含むコンピューター周辺機器。
The disclosed distributed PBT system includes multiple interacting components, each of which performs a dedicated function within the distributed system. The number of unique components integrated into the system affects the overall complexity of the system and influences the sophistication of the communication protocol, i.e., the "language" used for device-to-device communication. Various components of the disclosed distributed PBT system may include:
A user interface consisting of a central PBT controller or mobile application used to execute UI/UX based commands and dispatch instructions over a communications network.
• Intelligent LED pads delivering dynamic photobiomodulation therapy treatments with localized in-pad excitation pattern generation and waveform synthesis, and optional integrated sensor or imaging capabilities.
A computer server, or private communications network used for accessing or maintaining over the Internet, PBT treatments, sessions, and protocols, or for distributing or uploading patient response, case study, or clinical trial data and related files (e.g., MRIs, X-rays, blood tests).
-Optional treatment accessories such as laser wands and ultrasound therapy pads.
- Optional biometric sensors used to capture and upload patient samples or real-time data (e.g., EEG sensors, ECG monitors, blood oxygen, blood pressure, blood glucose, etc.).
- Computer peripherals, including high-resolution displays and touchscreens, keyboards, mice, speakers, headphones, etc.

PBTシステムのさまざまなコンポーネントを組み合わせたり除外したりすることで、病院や診療所をカバーする幅広いユーザに合わせてさまざまなパフォーマンスとシステムコストを調整し、個々のユーザや消費者、スパ、エステティシャン、スポーツトレーナー、アスリートなどに拡張できます。救急医療、警察、または軍のフィールドドクター向けのプロフェッショナルなモバイルアプリケーションも同様です。PBTコンポーネントは5Vを超える電圧を使用するため、開示されている設計では、ユーザが誤ってUSB周辺機器を高電圧(12V~42V)接続またはバスに接続しないように注意が払われています。 By combining or excluding various components of the PBT system, different performance and system costs can be tailored to suit a wide range of users covering hospitals and clinics, as well as individual users and consumers, spas, aestheticians, sports trainers, athletes, etc., as well as professional mobile applications for emergency medical, police, or military field doctors. Because PBT components use voltages above 5V, care has been taken in the disclosed design to prevent users from accidentally connecting USB peripherals to high-voltage (12V-42V) connections or buses.

分散型PBTシステムのLED制御 LED control for distributed PBT systems

図13に示される分散型PBTシステムの1つの基本的な実装は、PBTコントローラ120-コンポーネント、電源121、および介在するUSBケーブル122を備えた単一のインテリジェントLEDパッド123、の3つのコンポーネントが含まれます。図14は、PBTコントローラとバストランシーバ131、上のE以上のインテリジェントLEDパッド337、USBケーブル136、及び外部電源『ブリック』132を含む例示的な分散PBTシステム実装のブロック図を示している。図では電源ブリック132は個別のコンポーネントとして示されていますが、PBTコントローラとバストランシーバ131がインテリジェントLEDパッド337への有線接続を使用するシステムでは、電源使は個別に使用するのではなく、PBTコントローラとトランシーバの内部に電源を含めることができます。示されるように、PBTコントローラとバス送受信機131は、メインマイクロコントローラμC含む又はMPU134、タッチスクリーンLCD133、不揮発性メモリ128、揮発性メモリ129、インタフェースバス135、およびレートΦsysでシステムクロック197で動作するクロック124を含む。クロック要素とメモリ要素は、それらの機能を表すためにメインMPU134とは別に示され、特定の実現またはコンポーネントの分割を説明することを意図したものではありません。RTCリアルタイムクロック(表示なし)もまた、PBTコントローラ131に含まれ得る。RTCは非常に低消費電力であり、継続的に実行され、可能な場合は常に国際時間標準またはネットワーク時間に同期します。 One basic implementation of a distributed PBT system, shown in Figure 13, includes three components: a PBT controller 120-component, a power supply 121, and a single intelligent LED pad 123 with an intervening USB cable 122. Figure 14 shows a block diagram of an exemplary distributed PBT system implementation, including a PBT controller and bus transceiver 131, one or more intelligent LED pads 337, a USB cable 136, and an external power "brick" 132. While the power brick 132 is shown as a separate component in the figure, in systems where the PBT controller and bus transceiver 131 use a wired connection to the intelligent LED pad 337, the power supply can be included internal to the PBT controller and transceiver rather than being a separate power supply. As shown, the PBT controller and bus transceiver 131 includes a main microcontroller μC or MPU 134, a touchscreen LCD 133, non-volatile memory 128, volatile memory 129, an interface bus 135, and a clock 124 running on a system clock 197 at a rate Φ sys . The clock and memory elements are shown separately from the main MPU 134 to illustrate their functionality and are not intended to illustrate any particular implementation or division of components. An RTC real-time clock (not shown) may also be included in the PBT controller 131. The RTC is very low power, runs continuously, and synchronizes to an international time standard or network time whenever possible.

メインMPU134の構築は、完全に統合されたシングルチップマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサベースのモジュールを含み得、任意選択で、メインシステムクロック124、通信インターフェース135、および不揮発性メモリ128および揮発性メモリ129の一部を含む。任意の数のパーティションが可能である。複数のシリコン集積回路(IC)、システムオンチップ(SOC)統合、システムインパッケージ(SIP)、またはモジュールとしての使用を含みます。例えば、揮発性メモリ129は、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、またはスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)を含み得る。このメモリは、メインMPU134内に全部または一部統合され得るか、または別個の集積回路によって実現され得る。同様に、不揮発性メモリ128は、電気的に消去可能なプログラム可能なランダムアクセスメモリ(EPROM)または「フラッシュ」メモリを含み得、これらは、全部または一部、MPU111内に統合され得る。PBTコントローラ131内の大容量不揮発性。データストレージは、光ディスク(CD/DVD)などの移動メディアストレージを使用して、磁気ハードディスクドライブ(HDD)によって、さらにはクラウドストレージへのネットワーク接続を介して実現することもできます。 The main MPU 134 architecture may include a fully integrated single-chip microcontroller or microprocessor-based module, optionally including the main system clock 124, communications interface 135, and portions of nonvolatile memory 128 and volatile memory 129. Any number of partitions are possible, including multiple silicon integrated circuits (ICs), system-on-chip (SOC) integration, system-in-package (SIP), or modular use. For example, the volatile memory 129 may include dynamic random access memory (DRAM) or static random access memory (SRAM). This memory may be integrated in whole or in part within the main MPU 134 or realized by a separate integrated circuit. Similarly, the nonvolatile memory 128 may include electrically erasable programmable random access memory ( E2PROM ) or "flash" memory, which may be integrated in whole or in part within the MPU 111. High-capacity nonvolatile memory within the PBT controller 131. Data storage can also be achieved using mobile media storage such as optical discs (CD/DVD), by magnetic hard disk drives (HDD), or even via network connections to cloud storage.

PBTコントローラ131内の不揮発性データストレージ128の役割は、本明細書ではLightOSと呼ばれるメインオペレーティングシステムのストレージを含む多目的であり、セキュリティ上の理由から一般的に暗号化された形式で保存されるPBT治療及びセッションのプログラムライブラリーを保持します。不揮発性メモリ128はまた、治療ログを捕捉し、センサデータをアップロードし、そして場合によっては治療メタデータを保持するために使用され得る。不揮発性の対応物とは対照的に、PBTコントローラ131における揮発性メモリ129の役割は、主にスクラッチパッドメモリの役割であり、計算の実行中にデータを一時的に保持します。たとえば、一連の個別のPBT処理を含むPBTセッションを準備する場合、暗号化された処理アルゴリズムを最初に復号化し、PBTセッションにアセンブルし、再暗号化してから、ネットワーク転送の準備ができた通信パケットにアセンブルする必要があります。揮発性メモリは、通信パケットの組み立てプロセス中にデータコンテンツを保持します。 The role of non-volatile data storage 128 in the PBT controller 131 is multipurpose, including storage for the main operating system, referred to herein as LightOS, and holding PBT treatment and session program libraries, which are typically stored in encrypted form for security reasons. Non-volatile memory 128 may also be used to capture treatment logs, upload sensor data, and possibly hold treatment metadata. In contrast to its non-volatile counterpart, the role of volatile memory 129 in the PBT controller 131 is primarily that of scratchpad memory, temporarily holding data while calculations are performed. For example, when preparing a PBT session containing a series of individual PBT processes, encrypted processing algorithms must first be decrypted, assembled into a PBT session, re-encrypted, and then assembled into communication packets ready for network transfer. The volatile memory holds the data content during the communication packet assembly process.

分散型PBTシステムでのもう1つの考慮事項は、PBTコントローラとLEDパッドに電力を供給するために必要な配電です。オプションは次のとおりです。
・内部電源を使用してPBTコントローラに電力を供給し、通信バスを介してLEDパッドに電力を供給します。
・外部電源(ブリック)を使用してPBTコントローラに電力を供給し、通信バスを介してLEDパッドに電力を供給します。
・内部電源を使用してPBTコントローラに電力を供給し、専用の外部電源または電源(ブリック)を使用してLEDパッドに電力を供給します。
・外部電源(ブリック)を使用してPBTコントローラに電力を供給し、専用の外部電源(ブリック)を使用してLEDパッドに電力を供給します。
Another consideration with a distributed PBT system is the power distribution required to power the PBT controller and LED pads. Options include:
Uses an internal power supply to power the PBT controller, which in turn powers the LED pads via the communication bus.
Use an external power supply (brick) to power the PBT controller, which in turn powers the LED pads via the communication bus.
Use the internal power supply to power the PBT controller and a dedicated external power supply or power supply (brick) to power the LED pads.
Use an external power supply (brick) to power the PBT controller and a dedicated external power supply (brick) to power the LED pads.

示されている例では、外部電源ブリック132は、PBTシステム全体に電力を供給し、集積回路に5Vを提供し、LEDのストリングに+VLEDを提供する。USBケーブル136は、PBTコントローラのバストランシーバ135とバストランシーバ131からLEDパッド337の通信インターフェース338にトランシーバシンボルデータを伝送します。USBケーブル136も電力を供給します。具体的には,グランド(GND),5V,および+VLEDをインテリジェントLEDパッド337に接続します。これらは通常、ケーブルの信号線よりも太い低抵抗の銅導体で伝送されます。各LEDパッド337は、パッドμC339、通信インターフェース338、RAM揮発性メモリ(例えば、SRAMまたはDRAM)334a、NV-RAM不揮発性メモリ(例えば、EEPROMまたはフラッシュ)334b、時間基準クロック333、LEDドライバ335、およびLEDアレイ140。LEDドライバは、スイッチド電流シンク140、141、および他(図示せず)、通常、LEDの各ストリングに対して1つの電流シンクを含む。LEDアレイ140は、波長λの光を生成するための一連の直列接続されたLED142aから142m、および波長λの光を生成するための一連の直列接続されたLED143aから143m、および典型的には他の一連のLED(図示せず)を含む。 In the example shown, an external power brick 132 powers the entire PBT system, providing 5V to the integrated circuits and +VLED to the LED strings. A USB cable 136 carries transceiver symbol data from the PBT controller's bus transceiver 135 and bus transceiver 131 to the communication interface 338 of the LED pads 337. The USB cable 136 also provides power. Specifically, it connects ground (GND), 5V, and +VLED to the intelligent LED pads 337. These are typically carried by low-resistance copper conductors thicker than the cable's signal lines. Each LED pad 337 is connected to a μC pad 339, a communication interface 338, a RAM volatile memory (e.g., SRAM or DRAM) 334a, a NV-RAM nonvolatile memory (e.g., EEPROM or flash) 334b, a time reference clock 333, an LED driver 335, and an LED array 140. The LED driver includes switched current sinks 140, 141, and others (not shown), typically one current sink for each string of LEDs. LED array 140 includes a series of series-connected LEDs 142a through 142m for producing light of wavelength λ 1 , and a series of series-connected LEDs 143a through 143m for producing light of wavelength λ 2 , and typically other series of LEDs (not shown).

揮発性メモリ334aと揮発性メモリ334bの両方を含むLEDパッド337内のメモリは、総容量をより小さくすることを除いて、PBTコントローラ131で使用される半導体メモリのメモリと同様である。壊れやすいデータストレージをLEDパッド337に統合するために機械的衝撃や移動媒体ストレージの破損のリスクがあるため、LEDパッド337のメモリは半導体ソリューションを構成する必要があります。具体的には、LEDパッド337内の揮発性メモリ334a(ラベル付きRAM)は、パッドμC339内に全部または部分的に統合され得るダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)またはスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)を含み得る。LEDパッドでは、揮発性メモリは、使用中以外は保持する必要のないデータを保持するのに役立ちます。LEDストリーミングファイル、LEDプレーヤファイル、LED再生ファイルとして。(治療のライブラリ全体ではなく)現在のPBT治療を実行するために必要な実行可能コードのみを一時的に保持することの利点は、LEDパッド337内のメモリの容量およびコストが、PBTコントローラ131のものと比較して大幅に削減できることである。また、LEDパッド337から電源が切断されるとすべてのデータが失われるため、リバースエンジニアリングと治療プログラムのコピーがより困難になるという利点もあります。 The memory within the LED pad 337, including both volatile memory 334a and volatile memory 334b, is similar to the semiconductor memory used in the PBT controller 131, except for its smaller overall capacity. Because integrating fragile data storage into the LED pad 337 poses risks of mechanical shock and damage to moving media storage, the memory within the LED pad 337 must be a semiconductor solution. Specifically, the volatile memory 334a (labeled RAM) within the LED pad 337 may include dynamic random access memory (DRAM) or static random access memory (SRAM), which may be fully or partially integrated within the pad μC 339. In the LED pad, volatile memory is useful for storing data that does not need to be retained unless it is in use, such as LED streaming files, LED player files, and LED playback files. The advantage of temporarily storing only the executable code required to execute the current PBT treatment (rather than the entire treatment library) is that the memory capacity and cost within the LED pad 337 can be significantly reduced compared to that of the PBT controller 131. Another benefit is that if power is removed from LED Pad 337, all data is lost, making reverse engineering and copying the treatment program more difficult.

不揮発性メモリ334bは、電気的に消去可能なプログラム可能なランダムアクセスメモリ(EPROM)または「フラッシュ」メモリを含み、これらはパッドμC339内に全部または部分的に統合できます。頻繁に変更されないファームウェアを保持するために、不揮発性メモリ334b(NV-RAM標識)を使用することが好ましく、パッド識別データ、すなわちLEDパッドIDレジスタを含む製造データ、および製造関連のLED構成データとともに本明細書でにおいてLightPadOSと呼ばれるLEDのパッドのためのオペレーティングシステムなどです。不揮発性メモリ334bはまた、どのような治療が実行されたかのユーザログを保持するために使用され得る。1つのPBTコントローラが複数のLEDパッド(システムあたり最大6または8)とともに販売されることが多いため、LEDパッドの低コスト設計はもう1つの重要な経済的考慮事項です。全体的なメモリコストを低下させるには、メモリ、特に不揮発性メモリを、デバイスが1つしかないPBTコントローラに集中させ、システムごとに複数のインスタンスで発生する各LEDパッド内に含まれるメモリを最小限に抑えることが有益です。 Nonvolatile memory 334b includes electrically erasable programmable random access memory ( E2PROM ) or "flash" memory, which can be fully or partially integrated within the Pad μC 339. Nonvolatile memory 334b (designated NV-RAM) is preferably used to hold firmware that does not change frequently, pad identification data, manufacturing data including an LED Pad ID register, and the operating system for the LED pad, referred to herein as LightPadOS, along with manufacturing-related LED configuration data. Nonvolatile memory 334b can also be used to maintain a user log of what treatments have been performed. Because a single PBT controller is often sold with multiple LED pads (up to six or eight per system), low-cost design of the LED pad is another important economic consideration. To lower overall memory costs, it is beneficial to centralize memory, especially nonvolatile memory, in the PBT controller, where there is only one device, and minimize the memory contained within each LED pad, which occurs in multiple instances per system.

動作中、PBTコントローラ131のタッチスクリーンLCD133に入力されたユーザコマンドは、メインMPU134によって解釈され、メインMPU134は、それに応じて、不揮発性メモリ128に格納された処理ファイルを取得し、これらのファイルをUSB通信インターフェース135を介して転送します。USBケーブル136を介してインテリジェントLEDパッド337内の通信インターフェース338に接続します。処理ファイルは、転送されると、一時的に揮発性メモリ338aに記憶されます。パッドμC339は、不揮発性メモリ334bに格納されたLightPadOSオペレーティングシステムに従って動作し、次に、RAM揮発性メモリ334aに格納された処理を解釈し、選択された処理のLED励起パターンに従ってLEDドライバ335を制御する。アレイ336は、様々な波長のLEDのストリングを所望の方法で照明する。PBTコントローラ131とLEDパッド337が自分専用のクロック297と299を使用して動作するので、分散PBTシステムは、2つの異なるクロック周波数、具体的にはそれぞれΦsysとΦpadで非同期動作する。 During operation, user commands entered into the touchscreen LCD 133 of the PBT controller 131 are interpreted by the main MPU 134, which in response retrieves operation files stored in the nonvolatile memory 128 and transfers them via the USB communication interface 135 to the communication interface 338 within the intelligent LED pad 337 via a USB cable 136. Once transferred, the operation files are temporarily stored in volatile memory 338a. The pad μC 339 operates according to the LightPadOS operating system stored in nonvolatile memory 334b, which then interprets the operations stored in the RAM volatile memory 334a and controls the LED driver 335 according to the selected operation's LED excitation pattern. The array 336 illuminates a string of LEDs of various wavelengths in the desired manner. Since the PBT controller 131 and the LED pad 337 operate using their own dedicated clocks 297 and 299, the distributed PBT system operates asynchronously at two different clock frequencies, specifically Φ sys and Φ pad , respectively.

2つのシステムは異なるクロックレートで動作するため、PBTコントローラ131とLEDパッド337の間の通信は非同期で、つまり共通の同期クロックなしで行われます。非同期通信は、示されているUSB136、またはイーサネット、WiFi、3G/LTE、4G、およびDOCSIS-3を含む幅広いシリアルバス通信プロトコルと互換性があります。分散PBTシステムの同期クロックバージョン、つまり共有クロックを備えたバージョンは技術的には可能ですが、同期操作では、非同期操作に比べてパフォーマンスや有効性の利点はありません。さらに、長いケーブルを介した高周波クロックの分配は、クロックスキュー、位相遅延、パルス歪みなどの問題を抱えています。 Because the two systems operate at different clock rates, communication between the PBT controller 131 and the LED pads 337 is asynchronous, that is, without a common synchronous clock. Asynchronous communication is compatible with a wide range of serial bus communication protocols, including USB 136 as shown, or Ethernet, WiFi, 3G/LTE, 4G, and DOCSIS-3. While a synchronous-clock version of a distributed PBT system, i.e., one with a shared clock, is technically possible, synchronous operation offers no performance or effectiveness advantages over asynchronous operation. Furthermore, distribution of a high-frequency clock over long cables is subject to issues such as clock skew, phase delay, and pulse distortion.

2つ以上のマイクロコントローラまたはコンピュータの「頭脳」を有する分散PBTシステムを含む図14は、そうでなければ一般に一体型コントローラを備えたオールインワンパッドまたはパッシブLEDパッドを駆動するアクティブPBTコントローラのいずれかを含むPBTシステムの基本的なアーキテクチャ変更を表す。PBTコントローラは、別個のハードウェアデバイスである代わりに、ノートブックまたはデスクトップパーソナルコンピュータ、コンピュータサーバ、タブレットまたはスマートフォンなどのモバイルデバイス上で実行されるアプリケーションプログラムを代替的に含み得ることを当業者に知っておくべきである。またはビデオゲームコンソールなどのコンピュータソフトウェアを実行できるその他のホストデバイス、およびIoTデバイス以上。そのような代替の実施形態の例は、本出願を通して示されている。 Figure 14, which includes a distributed PBT system with two or more microcontrollers or computer "brains," represents a fundamental architectural variation of PBT systems that otherwise typically include either an all-in-one pad with an integrated controller or an active PBT controller driving passive LED pads. Those skilled in the art should recognize that instead of being a separate hardware device, the PBT controller may alternatively include an application program running on a notebook or desktop personal computer, a computer server, a mobile device such as a tablet or smartphone, or other host device capable of running computer software such as a video game console, and/or an IoT device. Examples of such alternative embodiments are provided throughout this application.

図15に示すようにPBT操作は、ハードウェア操作を制御するために使用される一連の通信として解釈できます。オープンシステムの実装またはOSI表現を使用して、PBTコントローラ120は、アプリケーション層7、データリンクレイヤ2と、物理レイヤ1を含む通信スタック147が含まれている。PBTコントローラ120内では、アプリケーションレイヤ-7は、本明細書でLightOSと呼ばれる光生体変調用にカスタマイズされたオペレーティングシステムを使用して実装されます。LightOSユーザが称賛する命令は、レイヤ2のデータリンク層に渡され、PHYレイヤ1と共に、USB差動信号332を使用して、USBプロトコルを使用してインテリジェントLEDパッド123内の通信スタックの148の対応するPHYレイヤ1と通信します。したがって、電気信号はレイヤ1通信を構成しますが、USBのデータ構造は、PBTコントローラとインテリジェントLEDパッドがレイヤ2で、USBデータ「フレーム」として時間内に配置されたパケットと通信しているように動作します。通信スタック148がUSBパケットを受信すると、情報は、本明細書でライトパッドOSと呼ばれるLEDパッド常駐オペレーティングシステムによって実行されるアプリケーションレイヤ7まで転送されます。PBTコントローラのLightOSとインテリジェントLEDパッドのオペレーティングシステムLightPadOSが、自己矛盾のない方法で命令を通信および実行するように設計されている場合、通信スタック147と148の間の双方向リンクは、アプリケーション層で仮想マシンとして機能します。デバイスは、単一のハードウェアであるかのように動作します。 As shown in Figure 15, PBT operations can be interpreted as a series of communications used to control hardware operations. Using the Open Systems Implementation or OSI representation, the PBT controller 120 includes a communications stack 147, including an application layer 7, a data link layer 2, and a physical layer 1. Within the PBT controller 120, the application layer 7 is implemented using an operating system customized for photobiomodulation, referred to herein as LightOS. LightOS user-supplied commands are passed to the data link layer at layer 2, which, along with PHY layer 1, communicates using USB differential signaling 332 to the corresponding PHY layer 1 of the communications stack 148 within the intelligent LED pad 123 using the USB protocol. Thus, while electrical signals constitute Layer 1 communications, the USB data structure operates as if the PBT controller and intelligent LED pad are communicating at Layer 2 with packets arranged in time as USB data "frames." When communications stack 148 receives a USB packet, the information is transferred up to application layer 7, which is executed by the LED pad's resident operating system, referred to herein as LightPadOS. If the PBT controller's LightOS and the intelligent LED pad's operating system, LightPadOS, are designed to communicate and execute instructions in a self-consistent manner, the bidirectional link between communications stacks 147 and 148 acts as a virtual machine at the application layer. The devices behave as if they were a single piece of hardware.

確保するための構成要素が情報を交換し、高い抽象レベルで命令を実行することができ、あるアプリケーション層で、上2つのオペレーティングシステムのLightOSとLightPadOSが同じ暗号化およびセキュリティ方法を使用して、並列構造で開発されること、および任意の層のプロトコルが重要です。この基準には、共通の共有シークレットの採用、事前定義された検証シーケンスの実行(コンポーネントがシステムのプライベートネットワークに参加するために必要)、共通の暗号化アルゴリズムの実行などが含まれます。 It is important that components can exchange information and execute instructions at a high level of abstraction, and that at some application layer, the two operating systems, LightOS and LightPadOS, are developed in parallel, using the same encryption and security methods and protocols at any layer. These criteria include adopting a common shared secret, executing a predefined verification sequence (required for components to join the system's private network), and running a common encryption algorithm.

2つの成分が通信を開始し、タスクを実行できる様にするには、PBTのコントローラは、最初にLEDパッドが実際にメーカー承認のシステム検証済みコンポーネントであるかどうかを確立する必要があります。「認証」と呼ばれるこの試験は、図16のフローチャートに示されている。1つは「ホスト」として動作するLightOS内で発生し、もう1つは「クライアント」として動作するLightPadOS内で発生する2つの並列シーケンスで示されます。示されるように、物理的なUSB接続の確立、すなわち挿入150の確立が完了すると、コントローラのLightOSオペレーティングシステムは「ライトパッド設置」と呼ばれるサブルーチン151aを開始し、同時にLEDパッドのLightPadOSオペレーティングシステムはサブルーチン151bを開始する。クライアントが電源であるかどうかを判断するために使用される最初のステップ152aで(電源である場合は拒否します)、PBTコントローラはチェック158を実行して、USBD+とD-ピンが短絡されているかチェックします。これらのデータピンが短絡した場合、USB規格によれば、周辺装置はLEDパッドではなく電源であり、システムは接続を拒否し、認証を終了し、LightOS周辺機器が有効なコンポーネントではないことをユーザに通知します。すぐにプラグを抜いてください。ピンが短絡していない場合は、LightPadOS、インストール承認プロセスが続行される場合があります。 Before the two components can begin communicating and perform tasks, the PBT controller must first establish whether the LED pad is, in fact, a manufacturer-approved, system-verified component. This test, called "authentication," is illustrated in the flowchart of Figure 16. It is shown in two parallel sequences: one occurring within LightOS, acting as the "host," and the other occurring within LightPadOS, acting as the "client." As shown, once the physical USB connection is established, i.e., insertion 150, the controller's LightOS operating system initiates subroutine 151a called "LightPad Placement," while the LED pad's LightPadOS operating system simultaneously initiates subroutine 151b. In the first step 152a, used to determine whether the client is a power source (and rejecting it if it is), the PBT controller performs check 158 to determine whether the USB D+ and D- pins are shorted. If these data pins are shorted, according to the USB standard, the peripheral is a power source, not an LED pad, and the system will reject the connection, terminate authentication, and notify the user that the LightPadOS peripheral is not a valid component. Unplug it immediately. If the pins are not shorted, the LightPadOS installation and authorization process may continue.

ステップ153aおよび153bにおいて、2つのデバイスは、それぞれが理解し、確実に通信することができる最大データレートをネゴシエートする。通信データレートが確立されると、対称認証プロセス154a及び154bが開始される。対称認証中、ステップ154aで、LightOSは最初にLightPadOSにクエリを実行し、LEDパッドIDデータレジスタ144に格納されているデータをチェックすることにより、LEDパッド123が有効な製造元承認デバイスであるかどうかを判断します。ステップ154bのミラー認証プロセスでは、LEDパッド123は、PBTコントローラがLEDパッド123での使用が承認された有効な製造IDを持つ有効なデバイスであることを確認します。この交換では、特定の暗号化されたセキュリティ資格情報と、シリアル番号、製造コード、GUDID番号などの製造元の識別データが変更され、PBTコントローラ120とインテリジェントLEDパッド123の両方が同じ製造元からのものである(または承認済みとしてライセンスされている)ことが保証されます。認証が失敗すると、ホストLightOSは、LEDパッドがシステムでの使用を承認されていないことをユーザに通知し、LEDパッドを取り外すように指示します。LightOSがLEDパッド123を認証できない場合、PBTコントローラ120は周辺機器との通信を停止します。逆に、周辺機器のライトパッドOSがPBTコントローラ120の真正性を決定できない場合、LEDパッド123は、PBTコントローラ120の命令を無視する。対称認証が確認された場合にのみ、動作を続行することができる。 In steps 153a and 153b, the two devices negotiate the maximum data rate that each understands and can reliably communicate at. Once the communication data rate is established, the symmetric authentication process 154a and 154b begins. During symmetric authentication, in step 154a, LightOS first queries LightPadOS to determine whether the LED Pad 123 is a valid manufacturer-approved device by checking the data stored in the LED Pad ID data register 144. In the mirror authentication process of step 154b, the LED Pad 123 verifies that the PBT Controller is a valid device with a valid manufacturer ID approved for use with the LED Pad 123. This exchange involves the exchange of certain encrypted security credentials and manufacturer identification data, such as serial number, manufacturing code, and GUDID number, ensuring that both the PBT Controller 120 and the intelligent LED Pad 123 are from (or are licensed as approved by) the same manufacturer. If authentication fails, the host LightOS notifies the user that the LED Pad is not authorized for use with the system and instructs them to remove the LED Pad. If LightOS cannot authenticate the LED Pad 123, the PBT Controller 120 stops communicating with the peripheral. Conversely, if the peripheral LightPad OS cannot determine the authenticity of the PBT Controller 120, the LED Pad 123 ignores the PBT Controller 120's commands. Operation can only continue if symmetric authentication is confirmed.

プライベートネットワークを確立し、プライベートネットワークへのデバイスの接続を承認するために、任意の数の認証方法を実行できます。これらの方法には、対称または非対称の暗号化と鍵交換、デジタルCA証明書の交換による「認証局」ベースのID確認の採用、または暗号化ハッシュデータを交換して、デバイスが同じ共有秘密を保持していることを確認することが含まれます。つまり、認定メーカーによって製造されたものです。たとえば、PBTコントローラとインテリジェントLEDパッドの両方にインストールされ、暗号で隠されている数値コード、つまり共有シークレットを使用すると、キー自体を漏らすことなく、ネットワークに接続されたインテリジェントLEDパッドの信頼性を確認できます。データリンク層2で実行されるLEDパッド検証のそのような方法の1つでは、PBTコントローラはネットワークまたは通信バスを介して乱数をインテリジェントLEDパッドに渡します。それに応じて、LEDパッド内のマイクロコントローラは、共有シークレット(数値コード)のコピーを復号化し、受信した乱数とマージしてから、連結された番号に対して暗号化ハッシュ操作を実行します。次に、インテリジェントLEDパッドは、同じトランシーバリンクを介して暗号化ハッシュ値をオープンに返します。 Any number of authentication methods can be implemented to establish a private network and authorize device connection to it. These methods include symmetric or asymmetric encryption and key exchange, employing "certificate authority"-based identity verification through the exchange of digital CA certificates, or exchanging cryptographic hash data to verify that devices possess the same shared secret—i.e., were manufactured by a certified manufacturer. For example, a cryptographically hidden numeric code—i.e., a shared secret—installed in both the PBT controller and the intelligent LED pad can be used to verify the authenticity of an intelligent LED pad connected to a network without revealing the key itself. In one such method of LED pad verification, performed at Data Link Layer 2, the PBT controller passes a random number to the intelligent LED pad over the network or communications bus. In response, the microcontroller within the LED pad decrypts its copy of the shared secret (the numeric code), merges it with the received random number, and then performs a cryptographic hash operation on the concatenated number. The intelligent LED pad then openly returns the cryptographic hash value over the same transceiver link.

同時に、PBTコントローラは、共有シークレット(数値コード)の独自のコピーを復号化する同一の操作を実行し、LEDパッドに送信した生成された乱数とマージしてから、連結された番号に対して暗号化ハッシュ操作を実行します。次に、PBTコントローラは、受信したハッシュ値とローカルで生成されたハッシュ値を比較します。二つの数字が一致した場合パッドは本物である、つまり、それはネットワークへの接続が「許可」されています。前述の認証アルゴリズムは、USB、イーサネット、WiFi、またはセルラー無線接続を含む任意のデータバスまたはパケット交換ネットワークを介した任意のPHY層1および/またはデータリンク2接続で実行できます。WiFi接続の場合、データリンクはWiFi保護アクセスプロトコルWPA2を使用して確立することもできます。 At the same time, the PBT controller performs an identical operation to decrypt its own copy of the shared secret (a numerical code), merge it with the generated random number sent to the LED pad, and then perform a cryptographic hash operation on the concatenated number. The PBT controller then compares the received hash value with the locally generated hash value. If the two numbers match, the pad is authentic, i.e., it is "authorized" to connect to the network. The aforementioned authentication algorithm can be performed over any PHY Layer 1 and/or Data Link 2 connection over any data bus or packet-switched network, including USB, Ethernet, WiFi, or cellular wireless connections. In the case of a WiFi connection, the data link can also be established using the WiFi Protected Access Protocol (WPA2).

「管理」目的およびセキュリティ追跡のために、認証されたコンポーネントの認証日時(および利用可能な場合はGPS位置)は不揮発性メモリに保存され、オプションでサーバにアップロードされます。分散PBTシステムで接続されているすべてのコンポーネントの安全な通信とAAA(認証、許可、管理)検証を採用することの利点は、認証されていない、潜在的に安全でない詐欺師のデバイスの意図的な接続からの安全性と保護を確保するために重要です。このように、詐欺師のデバイスは分散型PBTシステムによって駆動することはできません。AAA検証は、リチウムイオンバッテリパック、未承認の電源、スピーカー、ディスクドライブ、モータドライバ、高出力のクラス-IIIおよびクラスIVレーザなど、PBTシステムの一部としての動作を目的としないデバイスの偶発的な接続からも保護します。PBTシステムにとは関係のない潜在的な危険があります。 For "management" purposes and security tracking, the authentication date and time (and GPS location, if available) of authenticated components are stored in non-volatile memory and optionally uploaded to a server. The benefits of employing secure communication and AAA (Authentication, Authorization, and Administration) verification of all connected components in a distributed PBT system are critical to ensure safety and protection from the intentional connection of unauthorized and potentially insecure fraudster devices. In this way, fraudster devices cannot be powered by the distributed PBT system. AAA verification also protects against the accidental connection of devices not intended to operate as part of the PBT system, such as lithium-ion battery packs, unauthorized power supplies, speakers, disk drives, motor drivers, and high-power Class III and Class IV lasers, which pose potential hazards unrelated to the PBT system.

パケットスイッチネットワーク(イーサネットやWiFiなど)を使用する分散PBTシステムのセキュリティは、ネットワークレイヤ3での動的アドレス指定とデータトランスポートレイヤ4での動的ポート割り当てを使用して強化することもできます。インターネットまたはその他のローカルエリアネットワークに接続されていないPBTコントローラの動作では、PBTコントローラは動的IPアドレスと動的ポートアドレスを生成し、インテリジェントLEDパッドが応答する他のネットワーク接続デバイスにアドレスをブロードキャストします。独自の動的IPアドレスと独自の動的ポートアドレスで対応します。分散PBTシステムがルータまたはインターネットに接続している場合は、動的ホスト構成プロセッサ(DHCP)を使用して動的IPアドレスを割り当てます。同様に、リモートプロシージャコール(RPC)を使用して、動的なポート番号の割り当てを実行します。デバイスがネットワークに接続されるたびに動的IPアドレスと動的ポートが変更されるため、サイバー攻撃対象領域が減少します。追加のレイヤ4セキュリティは、TLSトランスポート層セキュリティ、IPSecセキュリティプロトコル、またはその他のプロトコルを使用して追加できます。インテリジェントLEDパッドがネットワークに接続されると、LED構成データなどの追加情報を交換して、コンポーネントが分散PBTシステムの一部として動作することを許可できます。 Security for distributed PBT systems using packet-switched networks (such as Ethernet or Wi-Fi) can also be enhanced using dynamic addressing at Network Layer 3 and dynamic port assignment at Data Transport Layer 4. When the PBT Controller operates without being connected to the Internet or other local area network, it generates a dynamic IP address and a dynamic port address and broadcasts the address to other network-connected devices, to which the intelligent LED pad responds with its own dynamic IP address and its own dynamic port address. When the distributed PBT system is connected to a router or the Internet, it assigns dynamic IP addresses using Dynamic Host Configuration Processor (DHCP). Similarly, it uses Remote Procedure Call (RPC) to perform dynamic port assignment. The dynamic IP address and dynamic port change each time the device connects to the network, reducing the cyber attack surface. Additional Layer 4 security can be added using TLS Transport Layer Security, IPSec security protocol, or other protocols. When the intelligent LED pad is connected to a network, additional information, such as LED configuration data, can be exchanged to allow the component to operate as part of the distributed PBT system.

ステップ155aにおいて、LightOSは、LEDパッドのLED構成に関する情報を要求する。ステップ155bにおいて、LightPadOSはLEDパッド123の構成レジスタ145内の情報をPBTコントローラ120に中継することにより応答する。構成ファイルには、LEDアレイの詳細な説明が含マレているだけでなく、アレイのLEDストリングに電力を供給するために必要な最大、最小、およびターゲット電圧に関するメーカーの使用も指定されています。構成ファイルには、LEDの駆動に必要な最小電流も指定されています。出力に複数のパッドが接続されている場合、LightOSの勧誘は、接続されている全てのLEDパッドから同じ情報を受信します。つまり、接続されたデバイスのネットワーク全体を分析します。 In step 155a, LightOS requests information about the LED configuration of the LED pad. In step 155b, LightPadOS responds by relaying the information in the configuration register 145 of the LED pad 123 to the PBT controller 120. The configuration file not only contains a detailed description of the LED array, but also specifies the manufacturer's specifications for the maximum, minimum, and target voltages required to power the LED strings in the array. The configuration file also specifies the minimum current required to drive the LEDs. If multiple pads are connected to an output, the LightOS solicitation receives the same information from all connected LED pads, meaning it analyzes the entire network of connected devices.

ステップ156aで、LightOSは各パッドの電圧要件を検査し、その値を高電圧電源の出力電圧範囲と比較します。固定出力電圧+Vが可能な高電圧電源を使用するPBTコントローラでは、LightOSオペレーティングシステムは、この電圧がVminからVmaxまでの各LEDパッドの指定された電圧範囲内にあることを確認します。システムは、すべての「n」個のLEDストリングに必要な合計電流が電源の定格電流を超えていないことも確認します(これは一般的に問題ではありませんが、電力が制限された低コストの消費者向けPBT装置設計をサポートするために現在のチェックが含まれています)。 In step 156a, LightOS checks the voltage requirement of each pad and compares it to the output voltage range of the high-voltage power supply. For PBT controllers using high-voltage power supplies capable of a fixed output voltage +V, the LightOS operating system verifies that this voltage is within each LED pad's specified voltage range, from Vmin to Vmax . The system also verifies that the total current required for all "n" LED strings does not exceed the power supply's rated current (this is generally not an issue, but the current check is included to support power-limited, low-cost consumer PBT device designs).

ステップ156aにおいて、電源の出力が、接続されている全てのLEDパッドの動作範囲、つまりVmin≦+VLED≦Vmaxを満たしている場合、PBTコントローラ120は高電圧源+VLEDを有効にします。オプションとしてステップ156bにおいて、PBTコントローラ120は、不揮発性メモリ334bに記憶される選択された供給電圧をLEDパッド123に通知し、LEDパッドに供給された最後の電源電圧の最後の文書化することができる(品質問題や検査する際に役立ちます)。PBTコントローラ120がプログラム可能な電圧電源を採用している場合、LightOSオペレーティングシステムは、パッドのLED構成レジスタ145に格納されているLEDパッド123の動作Vtargetに基づいて最適な電圧を選択します。ターゲット電圧が一致しない場合、LightOSオペレーティングシステムは、報告された様々なターゲット電圧の妥協点として+VLEDの電圧を選択します。この文脈での「高電圧」という用語は、最小19.5Vから最大42Vの間の電圧を意味します。一般的な電源電圧には、20V、24V、または36Vが含まれます。+VLEDが有効になった後でも、治療が選択されて治療が開始されるまで、この高電圧は出力ソケットに接続されたり、LEDパッドに供給されたりしません。 In step 156a, if the power supply output meets the operating range of all connected LED pads, i.e., Vmin ≤ + VLEDVmax , the PBT controller 120 enables the high-voltage supply +VLED. Optionally, in step 156b, the PBT controller 120 notifies the LED pad 123 of the selected supply voltage, which is stored in non-volatile memory 334b, allowing for final documentation of the last power supply voltage applied to the LED pad (useful for quality issues and inspection). If the PBT controller 120 employs a programmable voltage supply, the LightOS operating system selects the optimal voltage based on the LED pad 123's operating Vtarget , which is stored in the pad's LED configuration register 145. If the target voltages do not match, the LightOS operating system selects a voltage for +VLED as a compromise between the various reported target voltages. The term "high voltage" in this context means a voltage between a minimum of 19.5V and a maximum of 42V. Common power supply voltages include 20V, 24V, or 36V. Even after +VLED is enabled, this high voltage is not connected to the output socket or applied to the LED pads until a therapy is selected and therapy begins.

認証プロセス中およびユーザからの問い合わせの場合、PBTコントローラ120は、LEDパッドの製造に関する情報を求める必要があります。このデータは、トレーサビリティに関する医療機器規制への準拠、品質や現場での障害のデバッグ、または返品承認(RMA)の処理に役立ちます。図17は、LEDパッドの不揮発性メモリ334bに格納された「LEDパッド識別データレジスタ」144に含まれる製品製造情報のタイプの例を示している。このデータには、製造元の部品番号、製造元の名前、ユニットのシリアル番号、製造履歴または血統の特定の説明にリンクされた製造コード、米国FDA指定のグローバル一意デバイス識別データベース(GUDID)番号が含まれる場合があります。このデータには、製造元の部品番号、製造元の名前、ユニットのシリアル番号、特定のユニットの製造履歴または血統の説明にリンクされた製造コード、USFDA指定のグローバル一意デバイス識別データベース(GUDID)番号[https://accessgudid.nlm.nih.gov/about-gudid]、および該当する場合は関連する510(k)番号。レジスターには、オプションで、デバイスをインポートするための国固有のコードや、輸出許可番号や自由貿易証明書などの他の税関関連情報を含めることもできます。このレジスタは、製造中に不揮発性メモリ334bに記憶される。LEDパッド識別データレジスタ144はまた、認証プロセスで使用されるセキュリティ資格情報(暗号化キーなど)を含む。セキュリティ資格情報は、製造時にインストールされたまま静的であるか、LEDパッドが認証されるたびに動的に書き換えられるか、または指定された数の有効な認証の後に書き換えられます。 During the authentication process and in case of user inquiries, the PBT controller 120 may need to request information regarding the manufacture of the LED pad. This data can be useful for complying with medical device regulations regarding traceability, debugging quality or field failures, or processing return material authorizations (RMAs). Figure 17 shows an example of the type of product manufacturing information contained in the "LED Pad Identification Data Register" 144 stored in the LED pad's non-volatile memory 334b. This data may include the manufacturer's part number, the manufacturer's name, the unit's serial number, a manufacturing code linked to a specific description of the manufacturing history or pedigree, and the USFDA-designated Global Unique Device Identification Database (GUDID) number. This data may include the manufacturer's part number, the manufacturer's name, the unit's serial number, a manufacturing code linked to a specific description of the manufacturing history or pedigree, and the USFDA-designated Global Unique Device Identification Database (GUDID) number [https://accessgudid.nlm.nih. gov/about-gudid], and associated 510(k) numbers, if applicable. The register may also optionally contain a country-specific code for importing the device and other customs-related information, such as an export license number or free trade certificate. This register is stored in non-volatile memory 334b during manufacturing. LED pad identification data register 144 also contains security credentials (e.g., encryption keys) used in the authentication process. The security credentials may be static, remaining installed at manufacturing, dynamically rewritten each time the LED pad is authenticated, or rewritten after a specified number of valid authentications.

説明したように、認証プロセス中に、PBTコントローラ120は、接続されたすべてのLEDパッドのLED構成に関する情報を収集する。図18に示されるように、パッドのLED構成情報は、パッドの製造プロセス中に書き込まれた「LED構成レジスタ」145内のLEDパッドの不揮発性メモリ334bに格納される。レジスタは多数のLEDストリング「n」は、特定の情報LEDの波長λと各文字列の直列接続されたLEDの数「m」を含む文字列内のLEDの説明。動作中、このLEDストリング情報は、LED処理を特定のタイプのLEDパッドに一致させるために使用されます。たとえば、青色または緑色のLEDを含むLEDパッドが取り付けられている場合、赤色LEDの駆動専用に設計された処理は機能しません。ユーザのUI/UX、つまりPBTコントローラのタッチスクリーンのメニュー選択は、システムに接続されているLEDパッドに応じて調整されます。対応するLEDパッドが取り付けられていない場合、そのタイプのパッドを必要とするメニュー選択は非表示またはグレー表示されます。 As described, during the authentication process, the PBT controller 120 collects information regarding the LED configuration of all connected LED pads. As shown in FIG. 18, the pad's LED configuration information is stored in the LED pad's non-volatile memory 334b in an "LED configuration register" 145, written during the pad's manufacturing process. The register contains a number of LED strings "n," including specific information about the LEDs in the string, including the wavelength λ of the LEDs and the number of series-connected LEDs in each string, "m." During operation, this LED string information is used to match LED processing to a specific type of LED pad. For example, processing designed specifically to drive red LEDs will not function if an LED pad containing blue or green LEDs is installed. The user's UI/UX, i.e., menu selections on the PBT controller's touchscreen, are adjusted according to the LED pads connected to the system. If the corresponding LED pads are not installed, menu selections requiring that type of pad will be hidden or grayed out.

LED構成レジスタ145は、本質的に、LEDパッドの回路図の表形式の説明である。LEDコントローラ回路160および電流シンク161a~161cを備えたLEDドライバ335を含むLEDパッドの一部を示す図19の概略図を参照すると、それにより、
・文字列#1 LED構成レジスタ145は、電流ILED1を運ぶ電流シンク161aによって駆動される波長λ=810nmの6つの直列接続された近赤外線LEDを含むストリング162aを説明している。
・文字列#2 LED構成レジスタ145は、電流ILED2を運ぶ電流シンク161bによって駆動される波長λ=635nmの4つの直列接続された赤色LEDを含むストリング163aを説明している。
・文字列#3 LED構成レジスタ145は、電流ILED2を運ぶ電流シンク161cによって駆動される波長λ=450nmの4つの直列接続された青色LEDを含むストリング164aを説明している。
・文字列#4 LED構成レジスタ145は、電流ILED4=ILED1を運ぶ電流シンク161aによって駆動される波長λ=810nmの6つの直列接続された近赤外線LEDを含むストリング164bを説明している。
・文字列#5 LED構成レジスタ145は、電流ILED5=ILED2を運ぶ電流シンク161bによって駆動される波長λ=635nmの4つの直列接続された赤色LEDを含むストリング164bを説明している。
・文字列#6 LED構成レジスタ145は、電流ILED6=ILED3を運ぶ電流シンク161bによって駆動される波長λ=450nmの4つの直列接続された青色LEDを含むストリング164bを説明している。
The LED configuration register 145 is essentially a tabular description of the circuit diagram of the LED pad. Referring to the schematic diagram of Figure 19, which shows a portion of an LED pad including an LED driver 335 with an LED controller circuit 160 and current sinks 161a-161c,
String #1 LED configuration register 145 describes string 162a including six series-connected near-infrared LEDs of wavelength λ 1 =810 nm driven by current sink 161a carrying current I LED1 .
String #2 LED configuration register 145 describes string 163a including four series-connected red LEDs of wavelength λ 2 =635 nm driven by current sink 161b carrying a current I LED2 .
String #3 LED configuration register 145 describes string 164a including four series-connected blue LEDs of wavelength λ 3 =450 nm driven by current sink 161c carrying a current I LED2 .
String #4 The LED configuration register 145 describes a string 164b including six series-connected near-infrared LEDs of wavelength λ 1 =810 nm driven by a current sink 161a carrying a current I LED4 =I LED1 .
String #5 The LED configuration register 145 describes a string 164b including four series-connected red LEDs of wavelength λ 2 =635 nm driven by a current sink 161b carrying a current I LED5 =I LED2 .
String #6 The LED configuration register 145 describes a string 164b including four series-connected blue LEDs of wavelength λ 3 =450 nm driven by a current sink 161b carrying a current I LED6 =I LED3 .

上記は、特定の設計を表すものではなく、LED構成レジスタ145およびそれに対応する同等の回路図のデータフォーマットを例示することを意図しているが、これらに限定されない。特に、LEDパッド内に含まれる特定のストリング「m」に直列に接続されたLEDストリング「n」の数およびLEDの数は、この例に示される数を超える可能性が高い。実際には、さまざまなストリングのLEDの数は同じである場合もあれば、ストリングごとに異なる場合もあります。例えば、LEDパッドは、直列の14個のLEDを含む15個のストリング、または210個のLEDを含み得る。これらのLEDは、それぞれ5つのLEDストリングからなる3つのグループに配置できます。3分の1のNIR、3分の1の赤、および3分の1の青。各LEDタイプは、5つの並列ストリングと14の直列接続されたLED、つまり3つの14s5pアレイで構成できます。 The above is not intended to represent a specific design, but rather to illustrate, but not limit, the data format of the LED configuration register 145 and its corresponding equivalent circuit diagram. In particular, the number of LED strings "n" and the number of LEDs connected in series to a particular string "m" contained within an LED pad will likely exceed the numbers shown in this example. In practice, the number of LEDs in various strings may be the same or may vary from string to string. For example, an LED pad may contain 15 strings of 14 LEDs in series, or 210 LEDs. These LEDs can be arranged in three groups of five LED strings each: one-third NIR, one-third red, and one-third blue. Each LED type can be configured with five parallel strings and 14 series-connected LEDs, i.e., three 14s5p arrays.

LED構成レジスタ18はまた、LEDパッドの最小および最大動作電圧を含む。LEDを適切に動作させるには、電源電圧+VLEDがLEDパッドの最小電圧仕様Vminを超えて均一な照明を保証する必要がありますが、過度の電圧や熱による損傷を避けるために、電源電圧は指定された最大電圧Vminを超えない様にする必要があります。言い換えると、LEDパッドに電力を供給するために許容できる供給電圧の値は、基準Vmin<+VLED≦Vminを満たす必要があります。LED構成レジスタ145に保存されているメーカー指定のVmin値は、統計的にLEDパッド内のLEDの最高電圧ストリングを超えて、Vmin<+VLEDの基準が維持される限りパッドの最高電圧ストリングを保証する必要があります。動作中も完全に点灯します。Vmin電圧の指定が低すぎると、一部のLEDパッドでは、治療中に個々のLEDストリングが他のストリングよりも暗くなる場合があります。輝度の均一性が悪いと、PBT治療のピークおよび平均パワーが制限され、治療の総エネルギ(線量)が低下するため、治療効果に悪影響を及ぼします。 The LED configuration register 18 also contains the minimum and maximum operating voltages for the LED pad. For proper LED operation, the power supply voltage +VLED must exceed the LED pad's minimum voltage specification, Vmin , to ensure uniform illumination, but the power supply voltage must not exceed the specified maximum voltage, Vmin , to avoid damage from excessive voltage or heat. In other words, the acceptable supply voltage value for powering the LED pad must satisfy the criterion Vmin < + VLEDVmin . The manufacturer-specified Vmin value stored in the LED configuration register 145 must statistically exceed the highest voltage string of LEDs in the LED pad, ensuring that the highest voltage string of the pad remains fully illuminated during operation as long as the Vmin < +VLED criterion is maintained. Specifying a Vmin voltage that is too low may result in individual LED strings in some LED pads being dimmer than others during treatment. Poor brightness uniformity limits the peak and average power of PBT treatment, reducing the total energy (dose) of the treatment and negatively impacting treatment efficacy.

LEDパッドの最高電圧ストリングは、LED製造における設計と確率的電圧変動の両方によって決定されます。各LEDストリングは、m個の直列接続されたLEDで構成され、各LEDには独自の順方向伝導電圧Vfxがあり、xは1からmまで変化し、ストリング電圧の合計はこれらの個々のLED電圧ΣVfxの合計です。最高電圧は、より高い電圧の直列接続されたLEDの数が少ないストリングで発生する可能性があります。または、より低い順方向電圧LEDの数が多いストリングで発生する可能性があります。LEDパッドの製造元は、LEDストリング電圧がVminの指定値を超えて製造されていないことを保証するために、ロットごとにLED順方向電圧の統計的サンプリングデータを使用する必要があります。 The highest voltage string in an LED pad is determined by both design and stochastic voltage variations in LED manufacturing. Each LED string consists of m series-connected LEDs, each with its own forward conduction voltage, Vfx , where x varies from 1 to m, and the total string voltage is the sum of these individual LED voltages, ΣVfx . The highest voltage may occur in a string with a small number of higher-voltage series-connected LEDs, or in a string with a large number of lower-forward-voltage LEDs. LED pad manufacturers must use statistical sampling data of LED forward voltages for each lot to ensure that LED string voltages are not manufactured to exceed the specified Vmin value.

精度は劣りますが、電源装置は特定の色(波長)のすべてのLEDを一度に点灯するために必要な最小平均電流Iminを供給できる必要があります。一般に、2波長LEDパッドでは、n個のLEDストリングの50%が同時に導通している可能性があります。3色のLEDパッドでは、過熱を避けるために3つのLED波長のうち1つだけが一度に点灯する可能性がありますが、最悪の場合、nストリングの2/3または67%の仮定を使用して最大電流を計算できます。連続操作で伝導LEDのピーク電流は、最悪の場合、ストリング当たり30mAを超えません。つまり、ILED≦30mAです。この最悪の場合の仮定を使用すると、n=30、ストリングの2/3が一度に点灯し、ILED≦30mAのパッドには、Imin=30(2/3)・(30mA)=600mAの値が必要になります。 Although less accurate, the power supply must be able to provide the minimum average current, I min , required to light all LEDs of a particular color (wavelength) at once. Generally, in a two-wavelength LED pad, 50% of the n LED strings may be conducting simultaneously. In a three-color LED pad, only one of the three LED wavelengths may be on at a time to avoid overheating, but the worst-case assumption of 2/3 or 67% of the n strings can be used to calculate the maximum current. In continuous operation, the peak current of the conducting LEDs will not exceed 30 mA per string in the worst case, i.e., I LED ≤ 30 mA. Using this worst-case assumption, a pad with n = 30, 2/3 of the strings on at once, and I LED ≤ 30 mA would require a value of I min = 30(2/3) * (30 mA) = 600 mA.

LED構成レジスタ145で指定されたIminの値は、LEDに流れる最大電流の説明ではなく、パッドの導電性トレースの50%デューティファクタでの最大安全電流の説明です。この電流は、LEDパッドの中に流れる電流自身のLEDストリングを加えた任意の電流が別のLEDパッドにLEDのパッドを介してバス接続しました。この仕様は、LEDパッドの電力線で大幅な電圧降下が発生し、加熱、誤動作、エレクトロマイグレーション、または金属融着が発生するパッドの動作を防止するために含まれています。LEDパッドのプリント回路基板(PCB)の1つの可能な設計ガイドラインは、定格電流の2倍以上を流すことができる銅導体を利用することです。つまり、パッドは自身の電流と別のLEDの電流を同時に安全に運ぶことができます。δ=25%の追加の設計ガードバンドが安全マージンとして含まれています。たとえば、Imin=600mAの場合、25%のガードバンドを使用すると、Imin=2Imin(1+δ)=1,500mAになります。構成レジスタ145はまた、関係ILED=αIrefに従って、基準電流IrefをLEDストリング電流ILEDに(またはその逆に)変換するために使用されるミラー比αを含みます。チャネルごとに異なる比率を使用する場合には、それに応じてテーブルを変更して、α、α、α...を含めることができます。これにより、ILED1=αref1、ILED2=αref2などになります。 The I min value specified in LED configuration register 145 does not describe the maximum current that can flow through the LED, but rather the maximum safe current at a 50% duty factor for the pad's conductive trace. This current is the current flowing through the LED pad itself plus any current bused through the LED pad to another LED. This specification is included to prevent operation of the pad that could cause a significant voltage drop in the LED pad's power line, resulting in overheating, malfunction, electromigration, or metal fusion. One possible design guideline for the LED pad's printed circuit board (PCB) is to utilize copper conductors capable of carrying at least twice the rated current. This means that the pad can safely carry its own current and the current of another LED simultaneously. An additional design guard band of δ = 25% is included as a safety margin. For example, if I min = 600 mA, using a 25% guard band results in I min = 2I min (1 + δ) = 1,500 mA. Configuration register 145 also contains the mirror ratio α used to convert the reference current I ref to the LED string current I LED (and vice versa) according to the relationship I LED = αI ref . If different ratios are used for different channels, the table can be modified accordingly to include α 1 , α 2 , α 3 , etc., so that I LED1 = α 1 I ref1 , I LED2 = α 2 I ref2 , etc.

再び図19を参照、各NIRLEDストリング内の電流ILED1は、専用の直列接続された電流シンク161aによって制御され、Iref1に比例してオン状態の電流を伝導します。各赤色LEDストリングの電流ILED2は、専用の直列接続された電流シンク161bによって制御され、Iref2に比例してオン状態の電流を流します。各青色LEDストリングの電流ILED3は、専用の直列接続された電流シンク161cによって制御され、Iref3に比例してオン状態の電流を流します。各LEDストリングと直列に接続された電流制御デバイスは、電流「シンク」としてカソード側に接続されるか(図20Aに示されるように)、電流「ソース」としてLEDストリングのアノード側に接続され得る(図22Aに示されるように)。電流シンク161aおよび電流源200aの両方の実装において、電流制御デバイスおよびLEDストリング165または201にそれぞれ流れる電流ILEDは、アナログ基準電流IrefおよびデジタルイネーブルパルスEnによって制御される。分散PBTシステムにおけるこれら2つの信号の起源については、このアプリケーションの後半で説明します。(注:「電流源」および「電流シンク」という用語は、その大きさが構成要素の両端の電圧の大きさによって比較的影響を受けない電流を提供または受信する(「シンク」)構成要素を指すものとして当技術分野でよく知られている。) Referring again to FIG. 19, the current I LED1 in each NIR LED string is controlled by a dedicated series-connected current sink 161a and conducts an on-state current proportional to I ref1 . The current I LED2 in each red LED string is controlled by a dedicated series-connected current sink 161b and conducts an on-state current proportional to I ref2 . The current I LED3 in each blue LED string is controlled by a dedicated series-connected current sink 161c and conducts an on-state current proportional to I ref3 . The current control device connected in series with each LED string can be connected either as a current “sink” on the cathode side (as shown in FIG. 20A) or as a current “source” on the anode side of the LED string (as shown in FIG. 22A). In both the current sink 161a and current source 200a implementations, the current I LED flowing through the current control device and LED string 165 or 201, respectively, is controlled by an analog reference current I ref and a digital enable pulse En. The origin of these two signals in a distributed PBT system will be discussed later in this application. (Note: The terms "current source" and "current sink" are well known in the art to refer to components that provide or receive ("sink") a current whose magnitude is relatively unaffected by the magnitude of the voltage across the component.)

図20Bは、NチャネルMOSFET167のゲートを駆動する電流感知および制御要素166を示す理想化された電流シンク161aのブロック図表を示す。MOSFET(またはバイポーラ接合トランジスタ)は、ドレイン-ソース端子間の電圧を維持しながら、された電流を維持します。ゲートバイアスは、ドレイン-ソース間電圧の変動にもかかわらず一定の電流を維持するために、電流検出および制御要素166によって提供される。図20Cは、Nチャネル電流ミラーMOSFET168a及び168bが電流ILEDを感知する、記載された低電流シンクの1つの実装を示す。MOSFET168bのゲート幅とMOSFET168aのゲート幅の比βは1未満です。つまり、カレントミラーMOSFET168bの電流が、カレントミラーMOSFET168a(ILED)の負荷電流のごく一部ですが、正解な比率であることを意味します。この測定された電流は、ゲート幅Wpが一致するPチャネルMOSFET169a及び169bを含むユニティカレントミラーによって反射され、センス電流をグランド基準電流から大きβILEDの5V電源基準電流に変換します。次に、IrefとβILEDとの間の差を含む差動「エラー」信号ΔIerrは、相互コンダクタンス増幅器170によって増幅され、電圧VGに比例して変換され、電流制御要素、すなわち、MOSFET167のゲートに供給され、閉ループフィードバックパスを形成する。動作中、相互コンダクタンスのゲインGmにより、ゲートバイアスVが発生し、エラー信号ΔIerrがゼロになり、Iref=βILEDが強制あれます。便宜上、β=1/αを再定義します。これにより、電流源の伝達関数をILED=αIrefとして表現することができ。同じLEDパッド内のすべてのLEDストリングに同じ基準電流が分配され、すべてのLEDで均一な輝度が保証されます。 FIG. 20B shows a block diagram of an idealized current sink 161a, showing current sense and control element 166 driving the gate of N-channel MOSFET 167. The MOSFET (or bipolar junction transistor) maintains a controlled current while maintaining a voltage across its drain-source terminals. Gate bias is provided by current sense and control element 166 to maintain a constant current despite variations in the drain-source voltage. FIG. 20C shows one implementation of the described low current sink, in which N-channel current mirror MOSFETs 168a and 168b sense the current I LED . The ratio β of the gate width of MOSFET 168b to the gate width of MOSFET 168a is less than 1, meaning that the current in current mirror MOSFET 168b is a small, but significant, fraction of the load current in current mirror MOSFET 168a (I LED ). This measured current is reflected by a unity current mirror, consisting of P-channel MOSFETs 169a and 169b with matched gate widths Wp, converting the sense current from a ground-referenced current to a 5V supply reference current with a large βI LED . A differential "error" signal, ΔI err , containing the difference between I ref and βI LED is then amplified by transconductance amplifier 170, converted proportionally to voltage VG, and fed to the gate of the current control element, i.e., MOSFET 167, forming a closed-loop feedback path. During operation, the transconductance gain Gm creates a gate bias, V, that nulls the error signal ΔI err and forces I ref = βI LED . For convenience, we redefine β = 1/α, which allows us to express the current source transfer function as I LED = αI ref . The same reference current is distributed to all LED strings in the same LED pad, ensuring uniform brightness across all LEDs.

電流シンク、切り替えにデジタルインバータ171と、PチャネルMOSFET172及び接地を含むアナログ伝送ゲートは、NチャネルMOSFETを接続173は、デジタルEn入力の機能を有効に行う、Nチャネル電流シンクMOSFET167のゲートを制御します。具体的には、有効な信号Enが高い時、インバータ171の出力は地上にあり、PチャネルMOSFETトランスミッションゲート172をオンにし、NチャネルMOSFET173をオフにする。Pチャネルは接地されたゲートを有するので、完全にオンの状態、すなわちその線形領域にバイアスされ、抵抗器のように振る舞い、アナログ電圧VGを相互コンダクタンス増幅器170の出力からNチャネル電流シンク167のゲートに渡します。逆に、イネーブル信号Enがロー(デジタル0)の場合、Pチャネル伝送ゲートMOSFET172に接続されたインバータ171の出力は5Vにバイアスされ、Pチャネルはオフにされ、Nチャネル電流シンクMOSFET167のゲートを相互コンダクタンス増幅器170の出力から切り離す。同時に、NチャネルMOSFET172がオンになり、電流シンクMOSFET167のゲートをグランドに引き、電流シンクMOSFET167をオフにします。つまり、ILED=0です。結論、図20Cの回路は、スイッチ制御電流シンクを実装するための1つの回路を表します。電流シンクが有効になっているとき(Enデジタル=1)、電流シンクは導通し、制御荒れた電流を流しますILED=αIref。電流シンクが無効になっている場合(Enデジタル=0)、電流シンクはオフで、ILED=0です。 An analog transmission gate, including digital inverter 171, P-channel MOSFET 172, and grounded N-channel MOSFET 173, controls the gate of N-channel current sink MOSFET 167, which performs the function of the digital E n input. Specifically, when enable signal E n is high, the output of inverter 171 is grounded, turning on P-channel MOSFET transmission gate 172 and turning off N-channel MOSFET 173. Because the P-channel has its gate grounded, it is biased fully on, i.e., in its linear region, and acts like a resistor, passing the analog voltage V g from the output of transconductance amplifier 170 to the gate of N-channel current sink 167. Conversely, when enable signal E n is low (digital 0), the output of inverter 171, connected to P-channel transmission gate MOSFET 172, is biased to 5 V, turning off the P-channel, disconnecting the gate of N-channel current sink MOSFET 167 from the output of transconductance amplifier 170. At the same time, N-channel MOSFET 172 turns on, pulling the gate of current sink MOSFET 167 to ground and turning current sink MOSFET 167 off. That is, I LED = 0. In conclusion, the circuit in Figure 20C represents one circuit for implementing a switch-controlled current sink. When the current sink is enabled (En digital = 1), the current sink conducts and passes a controlled current, I LED = αI ref . When the current sink is disabled (En digital = 0), the current sink is off and I LED = 0.

同様の方法で、図22Aの電流源200aは、Pチャネル電流ミラーMOSFETを使用して+5V電源からLEDストリング201のアノードに制御された電流を供給することによって実現することができる。図22Bは、PチャネルMOSFET203ザMOSFETのゲート駆動電流感知および制御要素202を示し、この理想的な電流源200aのブロック図で示す203維持しながら制御された電流を維持する(あるいはバイポーラ接合トランジスタ)ドレインからソースへの端子間の電圧。ゲートバイアスは、ドレイン-ソース間電圧の変動にもかかわらず一定の電流を維持するために、電流検出および制御要素202によって提供される。 In a similar manner, current source 200a of FIG. 22A can be realized by using a P-channel current mirror MOSFET to provide a controlled current to the anode of LED string 201 from a +5V supply. FIG. 22B shows a block diagram of this ideal current source 200a, showing a P-channel MOSFET 203 (or bipolar junction transistor) gate drive current sense and control element 202 that maintains a controlled current while maintaining a constant voltage across its drain-to-source terminals. Gate bias is provided by current sense and control element 202 to maintain a constant current despite variations in drain-to-source voltage.

図22Cは、説明された定電流源の1つの実装を示し、ここで、Pチャネル電流ミラーMOSFET204aおよび204bは、負荷電流ILEDを感知する。MOSFET204bのゲート幅とMOSFET204aのゲート幅の比率はβです。ここでβ<1は、ミラーMOSFET204bの電流がLED負荷電流のごく一部ですが、正確な比率であることを意味します。次に、大きさβILEDの+VLED高電圧供給基準電流を表すこの測定電流は、差動トランスコンダクタンス増幅器206に入力され、基準電流Irefと比較され、電流は、+VLED高電圧供給レールにもミラーリングされる。次に、IrefとβILEDとの間の差を含む差動「エラー」信号ΔIerrは、相互コンダクタンス増幅器206によって増幅され、比例して電圧-VGに変換され、電流制御要素、Pチャネル電流源MOSFET203のゲートに供給され、閉ループフィードバックパス。動作中、相互コンダクタンス増幅器206の利得Gmは、そのエラー信号ΔIerrをゼロに駆動するゲートバイアス-VGをもたらし、それにより、Iref=βILEDを強制する。便宜上、β=1/αを再定義します。これにより、電流源の伝達関数をILED=αIrefとして表すことができます。同じLEDパッド内のすべてのLEDストリングに同じ基準電流が分配され、すべてのLEDで均一な輝度が保証されます。 FIG. 22C shows one implementation of the described constant current source, in which P-channel current mirror MOSFETs 204a and 204b sense the load current I LED . The ratio of the gate width of MOSFET 204b to the gate width of MOSFET 204a is β, where β<1 means that the current in mirror MOSFET 204b is a small fraction, but an accurate fraction, of the LED load current. This measured current, representing a +V LED high-voltage supply reference current of magnitude βI LED , is then input to a differential transconductance amplifier 206 and compared with a reference current I ref , which is also mirrored to the +V LED high-voltage supply rail. A differential “error” signal ΔI err , containing the difference between I ref and βI LED , is then amplified by transconductance amplifier 206, proportionally converted to a voltage −VG, and fed to the gate of the current control element, P-channel current source MOSFET 203, forming a closed-loop feedback path. In operation, the gain Gm of the transconductance amplifier 206 provides a gate bias −VG that drives its error signal ΔIerr to zero, thereby forcing Iref = βILED . For convenience, we redefine β = 1/α, which allows us to express the current source transfer function as ILED = αIref . The same reference current is distributed to all LED strings in the same LED pad, ensuring uniform brightness across all LEDs.

示されるスイッチド電流源の実装では、デジタルインバータ211aおよび211b、ならびにPチャネルMOSFET207および+VLED接続されたPチャネルMOSFET208を含むアナログ送信ゲートは、En入力のデジタルイネーブル機能を実行し、Pチャネル電流源MOSFET203のゲートを制御する。具体的に、イネーブル信号Enがハイのとき、インバータ211aの出力は地面にあり、インバータ211bの出力は5Vであり、高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210aをオンにし、高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210bをオフにする。高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210aがオン状態の場合、電流は抵抗器209aを介して伝導され、PチャネルMOSFETトランスミッションゲート207のゲートをグランド近くの電圧まで引き下げ、トランジスタをオンにします。PチャネルMOSFET207のゲートはグランド近くにバイアスされているため、デバイスは線形領域で動作します。つまり、完全にオンになり、抵抗のように動作し、相互コンダクタンス増幅器206の出力からのアナログ電圧-VGをPチャネル電流源MOSFET203のゲートに渡します。同時に、以降の高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210bオフであり、抵抗209bに電流が流れない、及びMOSFET208までのPチャネルプルのゲートの電圧は、そのソースに接続され、ある+VLED、およびトランジスタはオフです。したがって、Pチャネル電流源MOSFET203がオンのときはいつでも、PチャネルプルアップMOSFET208はオフであり、PチャネルMOSFET電流源203のゲート電圧に影響を与えません。 In the switched current source implementation shown, digital inverters 211a and 211b, as well as an analog transmission gate including P-channel MOSFET 207 and +VLED-connected P-channel MOSFET 208, perform the digital enable function of the En input and control the gate of P-channel current source MOSFET 203. Specifically, when enable signal En is high, the output of inverter 211a is at ground and the output of inverter 211b is at 5 V, turning on high-voltage level-shifting N-channel MOSFET 210a and turning off high-voltage level-shifting N-channel MOSFET 210b. When high-voltage level-shifting N-channel MOSFET 210a is on, current is conducted through resistor 209a, pulling the gate of P-channel MOSFET transmission gate 207 to a voltage near ground and turning the transistor on. Because the gate of P-channel MOSFET 207 is biased near ground, the device operates in its linear region. That is, it is fully on, acting like a resistor and passing the analog voltage -VG from the output of transconductance amplifier 206 to the gate of P-channel current-source MOSFET 203. At the same time, subsequent high-voltage level-shift N-channel MOSFET 210b is off, no current flows through resistor 209b, and the voltage at the gate of P-channel pull-up MOSFET 208, connected to its source, is +VLED, and the transistor is off. Therefore, whenever P-channel current-source MOSFET 203 is on, P-channel pull-up MOSFET 208 is off and has no effect on the gate voltage of P-channel MOSFET current source 203.

逆に、有効信号Enがロー(デジタル0)のとき、インバータ211b出力は高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210aをオフにするグランドにバイアスされる。高電圧レベルシフトNチャネルMOSFET210aがオフであるため、抵抗209aに電流は流れず、Pチャネル伝送ゲートMOSFET207のゲートの電圧は+VLEDにバイアスされ、Pチャネル伝送ゲートがオフになります。MOSFET207とトランスコンダクタンスアンプ205の出力をPチャネル電流源203のゲートから切断します。同時に、NチャネルMOSFET210bがオンになり、抵抗209bに電流を流し、PチャネルプルアップMOSFET208のゲートを引きます。地面近くでダウンし、MOSFET208をオンにします。PチャネルプルアップMOSFET208がオン状態の場合、Pチャネル電流源203のゲートは+VLEDにバイアスされ、それによって電流源はオフにバイアスされ、ILED=0。結論として、図22Cの回路はスイッチ制御電流源を実装するための1つの回路を表します。電流シンクが有効になっている場合(Enデジタル=1)、電流シンクは導通し制御された電流ILED=αIrefを流します。電流シンクが無効になっている場合(Enデジタル=0)、電流シンクはオフで、ILED=0です。 Conversely, when enable signal En is low (digital 0), the output of inverter 211b is biased to ground, turning off high-voltage level-shifting N-channel MOSFET 210a. Because high-voltage level-shifting N-channel MOSFET 210a is off, no current flows through resistor 209a, and the voltage at the gate of P-channel transmission gate MOSFET 207 is biased to +VLED, turning the P-channel transmission gate off. This disconnects MOSFET 207 and the output of transconductance amplifier 205 from the gate of P-channel current source 203. Simultaneously, N-channel MOSFET 210b turns on, conducting current through resistor 209b and pulling the gate of P-channel pullup MOSFET 208 down near ground, turning MOSFET 208 on. With P-channel pullup MOSFET 208 on, the gate of P-channel current source 203 is biased to +VLED, thereby biasing the current source off and ILED = 0. In conclusion, the circuit of Figure 22C represents one circuit for implementing a switch-controlled current source. When the current sink is enabled (En digital = 1), it conducts and draws a controlled current I LED = αI ref . When the current sink is disabled (En digital = 0), it is off and I LED = 0.

図20Cの電流シンク回路の実装は、以下のことに留意されたい。本質的に、低電圧回路です。高電圧LED供給+VLEDに耐えることができる仕様を必要とする唯一の構成要素は、Nチャネル電流シンクMOSFET167である。これは、図22Cの電流源回路には当てはまらない、高いオフ状態のドレイン-ソース間ブロッキング機能を備えたMOSFET、特に、制御された電流を伝導すると同時に高電圧を維持する必要があるPチャネル電流源MOSFET203、つまり電流源MOSFETを必要とします。二次故障(スナップバック)やホットキャリアの信頼性の懸念がない、広い安全な動作領域を示します。特に懸念されるのは、PチャネルMOSFET207および208の最大ゲート-ソース間電圧定格、つまりVGSp(max)(最大)です。これらのデバイスのゲート酸化物の損傷を回避するために、抵抗209aおよび209bの値は、デバイスのVGSp(max)(最大)を超えるオン状態のゲートドライブを生成しないように注意深く選択する必要があります。予防措置として、最大ゲートバイアスを安全なレベルにクランプするために、それぞれMOSFET207および208のゲートからソース端子の両端にゼナーダイオードを含めることができます。一部の集積回路プロセスでは、製造された高電圧Pチャネルトランジスタは、オプションでより厚い「高電圧」ゲートを利用できますが、このオプションは、ICの製造に使用されるウェーハファウンドリによって異なります。 Note that the current sink circuit implementation of Figure 20C is inherently a low-voltage circuit. The only component that requires specifications capable of withstanding the high-voltage LED supply +V LED is N-channel current sink MOSFET 167. This requires MOSFETs with high off-state drain-to-source blocking capability, which is not the case with the current source circuit of Figure 22C, particularly P-channel current source MOSFET 203, which must conduct a controlled current while simultaneously sustaining a high voltage. It exhibits a wide safe operating region without secondary failure (snapback) or hot carrier reliability concerns. Of particular concern is the maximum gate-to-source voltage rating, or V GSp (max), of P-channel MOSFETs 207 and 208. To avoid gate oxide damage to these devices, the values of resistors 209a and 209b must be carefully selected to avoid generating on-state gate drive that exceeds the V GSp (max) of the devices. As a precaution, Zener diodes may be included across the gate to source terminals of MOSFETs 207 and 208, respectively, to clamp the maximum gate bias to a safe level. In some integrated circuit processes, fabricated high voltage P-channel transistors may optionally utilize thicker "high voltage" gates, but this option varies depending on the wafer foundry used to fabricate the IC.

図23Aは、スイッチ電流源を達成するための別の方法示している。この場合、アナログ電流制御回路はデジタルイネーブル機能から分離され、それによってLEDストリング201が制御電流源200aと接地されたNチャネルイネーブルMOSFET212との間に直列接続される。図23Bに示されるこの回路のブロック図、理想的な電流源の実現には、電流感知および制御回路202および高電圧Pチャネル電流源MOSFET203が含まれることを示す。「ローサイドスイッチド」電流源の回路実装は、図22Cの完全に統合されたスイッチド電流源のそれよりもかなり単純である。電流検出は変化しないままで、この実施形態では206増幅器PチャネルMOSFET204a及び204b、電流基準ミラー含むPチャネルMOSFET205aと205bとの差動入力相互コンダクタンスを含む電流感知ミラーを使用して、すべて高電圧レベルシフト、伝送ゲート、およびゲートプルアップ回路は完全に排除され、低電圧ゲート駆動インバータ221aおよび211bによって駆動される単一の接地されたNチャネルMOSFET212に置き換えられている。 FIG. 23A shows another way to achieve a switched current source. In this case, the analog current control circuitry is separated from the digital enable function, whereby LED string 201 is connected in series between controlled current source 200a and grounded N-channel enable MOSFET 212. A block diagram of this circuit, shown in FIG. 23B, illustrates that an ideal current source realization includes current sense and control circuitry 202 and high-voltage P-channel current source MOSFET 203. The circuit implementation of a "low-side switched" current source is significantly simpler than that of the fully integrated switched current source of FIG. 22C. Current sensing remains unchanged; in this embodiment, amplifier 206 uses P-channel MOSFETs 204a and 204b, a current sense mirror including the differential input transconductance of P-channel MOSFETs 205a and 205b, and a current reference mirror. All high-voltage level shifting, transmission gate, and gate pull-up circuitry has been completely eliminated and replaced with a single grounded N-channel MOSFET 212 driven by low-voltage gate drive inverters 221a and 221b.

図22Cおよび図23Cの両方の高電圧電流源回路において、必要な基準電流は、接地基準電流シンク電流-Irefです。ほとんどの電流はシンクではなくソース電流を参照するため、ソースからシンクへのカレントミラーが必要です。このミラーは、NチャネルMOSFET213bによってミラーリングされた電流基準入力Irefを備えたしきい値接続されたNチャネルMOSFET213aによって表され、電流シンク基準電流-Irefを生成して+VLED基準Pチャネル電流ミラーMOSFET205bに電力を供給します。図23Cに示される回路の逆であることを理解されたい。イネーブル機能に高電圧PチャネルMOSFETとレベルシフト回路を使用し、電流制御に接地電流シンクを使用します。しかし、一般的に、ハイ-サイドスイッチド電流シンクは、図20Cに示される完全に統合されたスイッチド電流シンクに勝る特別な利点を持たないため、このアプリケーションでは説明していません。 In both the high-voltage current source circuits of Figures 22C and 23C, the required reference current is a ground-referenced current sink current, −I ref . Because most currents are referenced to the source current rather than the sink, a source-to-sink current mirror is required. This mirror is represented by threshold-connected N-channel MOSFET 213a with the current reference input, I ref , mirrored by N-channel MOSFET 213b, which generates the current-sink reference current, −I ref , to power +VLED-referenced P-channel current mirror MOSFET 205b. Note that this is the inverse of the circuit shown in Figure 23C, using a high-voltage P-channel MOSFET and level shift circuit for the enable function and a grounded current sink for current control. However, high-side switched current sinks generally offer no special advantages over the fully integrated switched current sink shown in Figure 20C and are therefore not discussed in this application.

前述のすべての回路で、LED電流制御は共通の基準電流に依存します。LEDの輝度を制御するために必要な精度を達成するために、基準電流Irefは、製造中にアクティブなトリミングを必要とします。抵抗を使用して基準電流をトリミングする一つの方法を図21Aに示します。基準電流Iref0は、抵抗器181と直列に接続されたしきい値接続されたpチャネルMOSFET180aによって決定されます。スレッショルド接続とは、VGS=VDSである2端子デバイスを作成するためにゲートがドレインに接続されたMOSFETを指します。「しきい値」という用語は、デバイスのしきい値電圧Vtpに近い電圧、つまりVGS=VDSVt(~は近似値を表す。以下同じ)で、ドレイン電流の急激な増加が発生する電圧を表すために使用されます。したがって、PチャネルMOSFET180aの電流は約Iref0 (5V-Vtp)/Rです。この基準電流は、共有ゲート接続によって同じ構造およびゲート幅の他のMOSFET180b~180eにミラーリングされ、複数の整合した基準電流Iref1、Iref2、Iref3、Iref4などを生成します。ゲート幅WのWp0=Wp1=Wp2=Wp3=Wp4などの不一致は、集積回路抵抗器181の比較の抵抗Rの変動性と比較して、変動制の重要な原因ではない。製造上の差異を修正するために回路を電子的にトリミングするため、Iref抵抗器トリム回路182は、対応する抵抗器R、R・・・Rを有するスイッチド抵抗器185a、185b...185nのアレイ含み、NチャネルMOSFET184a、184b...184nがそれかどうかに応じて抵抗181と電気的に接続することができる(またはしない)。ゲートドライバ185a、185b...185nによってそれぞれ導通状態にバイアスされます。起動されたトランジスタごとに、対応する抵抗が抵抗181と並列に配置され、実効抵抗Rが減少し、電流Iref0の大きさが増加します。このようなトリミング方法は、抵抗を一方向にトリミングし、電流を増やすことです。つまり、初期値が最大の抵抗と最小の電流になります。製造において、LED電流が測定され、調整レジスタ186の内容が不揮発性メモリに書き込まれる目標電流に達するまで、デジタル値較正レジスタ186を変更することによって、トリムMOSFETがオンオフされる組み合わせが調整されます。スイッチドパラレル抵抗を説明するこの方法は1つの抵抗トリム方法を表していますが、別の方法では、MOSFETを導通させることによって短絡された直列接続された抵抗が含まれます。この直列トリム方式では、すべてのMOSFETがオフの状態での抵抗値は、最小の電流で最大値から始まり、トリムが進み、MOSFETがオンになると、より多くの抵抗が短絡します。 In all of the circuits described above, LED current control relies on a common reference current. To achieve the precision necessary to control the LED brightness, the reference current I ref requires active trimming during manufacturing. One method of trimming the reference current using a resistor is shown in Figure 21A. The reference current I ref0 is determined by a threshold-connected p-channel MOSFET 180a in series with resistor 181. Threshold-connected refers to a MOSFET with its gate connected to its drain to create a two-terminal device where VGS = VDS. The term "threshold" is used to describe the voltage at which a rapid increase in drain current occurs near the device's threshold voltage, Vtp , i.e., VGS = VDS ~ Vt (~ denotes an approximation; the same applies below). Therefore, the current of P-channel MOSFET 180a is approximately I ref0 ~ (5V - Vtp )/ R0 . This reference current is mirrored by shared gate connections to other MOSFETs 180b-180e of the same structure and gate width to generate multiple matched reference currents Iref1 , Iref2 , Iref3 , Iref4 , etc. Mismatches in gate width W, such as Wp0 = Wp1 = Wp2 = Wp3 = Wp4 , are an insignificant source of variability compared to the variability in the comparative resistance R0 of integrated circuit resistor 181. To electronically trim the circuit to correct for manufacturing variations, Iref resistor trim circuit 182 includes an array of switched resistors 185a, 185b...185n with corresponding resistances R1 , R2 ... Rn , which may be electrically connected (or not) to resistor 181 depending on whether N-channel MOSFETs 184a, 184b...184n are selected. Each transistor is biased into a conducting state by gate drivers 185a, 185b,...185n. For each activated transistor, a corresponding resistor is placed in parallel with resistor 181, decreasing the effective resistance R0 and increasing the magnitude of current Iref0 . This trimming method trims the resistance in one direction and increases the current; that is, the initial values are maximum resistance and minimum current. During manufacturing, the LED current is measured, and the combination of trim MOSFETs that are turned on and off is adjusted by changing digital value calibration register 186 until the target current is reached, the contents of which are written to nonvolatile memory. While this method of accounting for switched parallel resistors represents one resistor trimming method, another method involves series-connected resistors shorted out by conducting MOSFETs. In this series trimming method, the resistance value starts at its maximum with all MOSFETs off and at minimum current, and as the trim progresses and MOSFETs are turned on, more resistance is shorted out.

図21Bは、スケーリング幅MOSFETのゲートを使用して別のトリミング方法を示す図です。図21Aの抵抗基準回路のように示されるように、この基準回路において、閾値接続されたPチャネルMOSFET180aによって伝導される基準電流Iref0は、同じサイズのMOSFET180bから180eを介して複数の出力にミラーリングされる。しかしながら、前の場合とは異なり、出力Vbandgapを備えたバンドギャップ参照回路190は、参照電流を生成します。バンドギャップ電圧は、直列抵抗によって電流に変換され、ゲート幅Wnのしきい値接続カレントミラーNチャネルMOSFET192aによってミラーリングされ、ゲート幅γWnのMOSFET192bをミラーリングして、基準電流Iref0を生成します。バンドギャップ電圧基準190の温度依存出力電圧Vbandgap(T)は、抵抗器191の温度変化を大幅に相殺するように設計することができ、それにより、γ[Vbandgap(T)/R(T)]=Iref0であり、Iref0は温度に対して一定になります。トリミングは、しきい値接続されたMOSFET193a、193b...193nの任意の数を並列することによりPチャネルMOSFET180aの実効的なゲート幅を変化させることにより発生します。それぞれのゲート幅Wを有するWpx1,Wpx2...Wpxnをオン・オフデジタルに従ってPチャネルのMOSFET194a、194b...194nスイッチ、されているデジタルインバータ195a、195b...195nにより制御されます。たとえば、MOSFET194bがインバータ195bによってオンにされた場合、MOSFET193bは基本的にPチャネルMOSFET180aと並列になり、電流ミラーのゲート幅はWp0からより大きくなります(Wp0+Wpx2)。スレッショルド接続されたMOSFETペアのゲート幅が大きいということは、同じリファレンス電流を流すために必要な電圧が少なくて済むため、出力リファレンス電流の電流が減少することを意味します。言い換えると、たとえば、Iref0とIref3の間のカレントミラー比は、比[Wp3/Wp0]から小さい比[Wp3/(Wp0+Wpx2)]に変化します。これは、アクティブなトリミングによって出力電流が減少することを意味します。そのため、トリムは単方向であり、トリムMOSFETがオフのときに最大の出力電流から始まり、より多くのトランジスタが並列に接続されると減少します。製造において、LED電流が測定され、目標電流に到達するまで、調整レジスタ186の内容が不揮発性に書き込まれ、デジタル値較正レジスタ186を変更することによってトリムMOSFETがオンおよびオフされる組み合わせが調整されます。 FIG. 21B illustrates another trimming method using gates of scaled-width MOSFETs. As shown in the resistive reference circuit of FIG. 21A, in this reference circuit, a reference current I ref0 conducted by threshold-connected P-channel MOSFET 180a is mirrored to multiple outputs via identically sized MOSFETs 180b through 180e. Unlike the previous case, however, a bandgap reference circuit 190 with output V bandgap generates the reference current. The bandgap voltage is converted to a current by a series resistor and mirrored by threshold-connected current-mirror N-channel MOSFET 192a with gate width Wn, which mirrors MOSFET 192b with gate width γWn to generate the reference current I ref0 . The temperature-dependent output voltage Vbandgap (T) of bandgap voltage reference 190 can be designed to largely offset the temperature variation of resistor 191, so that γ[ Vbandgap (T)/ R0 (T)] = Iref0 , and Iref0 remains constant over temperature. Trimming occurs by varying the effective gate width of P-channel MOSFET 180a by paralleling any number of threshold-connected MOSFETs 193a , 193b , ... 193n. P-channel MOSFETs 194a, 194b, ... 194n , each with a gate width W, are digitally switched on and off by digital inverters 195a, 195b, ... 195n. For example, when MOSFET 194b is turned on by inverter 195b, MOSFET 193b is essentially in parallel with P-channel MOSFET 180a, and the gate width of the current mirror changes from Wp0 to a larger value ( Wp0 + Wpx2 ). The larger gate width of the threshold-connected MOSFET pair means that less voltage is required to drive the same reference current, resulting in a smaller output reference current. In other words, the current mirror ratio between Iref0 and Iref3 , for example, changes from [ Wp3 / Wp0 ] to a smaller ratio [ Wp3 /( Wp0 + Wpx2 )]. This means that the output current decreases due to active trimming. Therefore, the trim is unidirectional, starting with a maximum output current when the trim MOSFET is off and decreasing as more transistors are connected in parallel. In production, the LED current is measured and the contents of the adjustment register 186 are written non-volatilely and the combination in which the trim MOSFETs are turned on and off is adjusted by changing the digital value calibration register 186 until the target current is reached.

基準電流とそれによってLED電流を動的に変化させるために、基準の値電流がキャリブレーションを上書きすることによってデジタル的に変更することができる動的データは、LEDの明るさを調整又は調節して186を登録する、しかし、そうすることは、製造中にキャリブレーション基準トリムによって達成される精密度が失われるため不利になります。この問題は、図21Cの動的にプログラム可能な基準回路によって克服される2つの基準電流レジスタ-前述のIref較正レジスタ186、および特定のPBT治療に固有の別個の動的ターゲット基準電流レジスタ199aを含む。動的ターゲット基準電流199aは時間とともに変化しますが、キャリブレーションテーブルは変化しません。これに関して、較正テーブル186のデータは、動的ターゲット基準電流レジスタ199aのデータに対する固定オフセットと見なすことができる。2つのレジスタは、算術論理演算装置ALU198によって実行される単純な減算を使用して簡単に結合され、補償された動的駆動電流レジスタ、具体的には「Iref入力ワード199b」を生成します。このデジタルワードは、デジタル入力の関数としてアナログ電圧を出力するデジタル-アナログコンバータ197であるデジタル-アナログ(D/A)コンバータ197を駆動するために使用されます。精度は、8ビットから24ビットの解像度の範囲ですが、多くのマイクロコントローラで一般的に利用可能な16ビットDACは、1024の組み合わせを生成します。これは必要な波形合成に十分な解像度です。示されているように、D/Aコンバータの出力電圧VDACは、抵抗器191によって電流に変換され、NチャネルMOSFET192aおよび192bによってミラーリングされて、基準電流Iref1を生成するここで、Iref1 β[(VDAC-Vtn)/R]。この基準電流は、スレッショルド接続されたPチャネルMOSFET180aおよび整合MOSFET180b、180c、180d、180eによってミラーリングされ、対応する電流基準出力Iref1,Iref2,Iref3,Iref4などを生成します。D/A変換器197はまた、電圧を生成する代わりにアナログ電流を生成する電流出力D/A変換器を含み得る。このような場合、抵抗器191の値は重要ではなく、排除することさえできる。 To dynamically vary the reference current and thereby the LED current, the value of the reference current can be digitally altered by overriding the calibration register 186 to adjust or regulate the LED brightness. However, doing so is disadvantageous because the precision achieved by the calibration reference trim during manufacturing is lost. This problem is overcome by the dynamically programmable reference circuit of FIG. 21C, which includes two reference current registers—the aforementioned I ref calibration register 186, and a separate dynamic target reference current register 199a specific to a particular PBT treatment. While the dynamic target reference current 199a changes over time, the calibration table does not. In this regard, the data in the calibration table 186 can be considered a fixed offset to the data in the dynamic target reference current register 199a. The two registers are easily combined using a simple subtraction performed by the arithmetic logic unit (ALU) 198 to generate the compensated dynamic drive current register, specifically, the "I ref input word" 199b. This digital word is used to drive digital-to-analog (D/A) converter 197, which outputs an analog voltage as a function of the digital input. Precision ranges from 8-bit to 24-bit resolution, but 16-bit DACs commonly available in many microcontrollers produce 1024 combinations, sufficient resolution for the required waveform synthesis. As shown, the D/A converter's output voltage, V DAC , is converted to a current by resistor 191 and mirrored by N-channel MOSFETs 192a and 192b to generate reference current I ref1 , where I ref1 β[(V DAC -V tn )/R 0 ]. This reference current is mirrored by threshold-connected P-channel MOSFET 180a and matching MOSFETs 180b, 180c, 180d, and 180e to generate corresponding current reference outputs I ref1 , I ref2 , I ref3 , I ref4 , etc. D/A converter 197 may also include a current-output D/A converter that produces an analog current instead of a voltage. In such cases, the value of resistor 191 is not critical and may even be eliminated.

分散型PBTシステムのコンポーネントが、レイヤ2認証、レイヤ3およびレイヤ4ネットワークとポートアドレスの割り当てによって確立され、LEDパッドの構成データが交換されると、分散型PBTシステムは処理を実行する準備が整います。PBTコントローラがユーザの「開始」コマンドを受信すると、PBT処理は、PBTコントローラとネットワーク接続されたインテリジェントLEDパッドとの間で暗号化キーまたはデジタル証明書を交換してレイヤ5セッションを確立することから始まります。セッションが開かれると、PBTコントローラとインテリジェントLEDパッドは、治療が完了するか終了するまで、ファイルとコマンドの交換中に安全なリンクを維持します。追加のネットワークセキュリティは、プレゼンテーションレイヤ6またはアプリケーションレイヤ7で暗号化を使用して実行できます。PBT処理の実行は、以下で説明するデータストリーミングまたはファイル再生方法のいずれかを使用して開始されます。 Once the components of the distributed PBT system have been established through Layer 2 authentication, Layer 3 and Layer 4 network and port address assignment, and LED pad configuration data has been exchanged, the distributed PBT system is ready to perform processing. When the PBT Controller receives the user's "Start" command, PBT processing begins by establishing a Layer 5 session between the PBT Controller and the networked intelligent LED Pads through the exchange of encryption keys or digital certificates. Once the session is opened, the PBT Controller and the intelligent LED Pads maintain a secure link during the exchange of files and commands until treatment is complete or terminated. Additional network security can be achieved using encryption at Presentation Layer 6 or Application Layer 7. PBT processing execution begins using either the data streaming or file playback methods described below.

分散型PBTシステムでのデータストリーミング Data streaming in a distributed PBT system

図18に示した様に、すべてのLED駆動回路を組み込むことによって、分散型PBTシステムのPBTコントローラは、パッドが特定のLEDストリングを選択する方法、LED電流を制御する方法、またはLEDの導通をパルスまたは変調するために使用される方法は関係する必要はありません。代わりに、PBTコントローラは、ユーザインターフェースのタスクを実行し、選択した治療のドライブ命令を準備します。これらの駆動命令は、2つの方法でPBTコントローラからLEDパッドに転送できます。1つの方法では、LEDプレーヤと呼ばれるソフトウェアが最初にパッドにインストールされ、後で治療の解釈と実行に使用されます。次に、再生ファイルと呼ばれる命令セットが転送され、LEDプレーヤの実行可能コードに何をするかが指示されます。別のアプローチは、PBTがストリーミングファイルを送信することです。 By incorporating all LED drive circuitry as shown in Figure 18, the PBT controller in a distributed PBT system does not need to be concerned with how the pads select specific LED strings, how they control LED current, or how they are used to pulse or modulate LED conduction. Instead, the PBT controller performs user interface tasks and prepares drive instructions for the selected treatment. These drive instructions can be transferred from the PBT controller to the LED pads in two ways. In one method, software called an LED player is first installed on the pad and later used to interpret and execute the treatment. Then, an instruction set called a play file is transferred, instructing the LED player's executable code on what to do. Another approach is for the PBT to send a streaming file.

マスタースレーブデータストリーミングでは、一連のLED命令が順次送信され、LEDにいつオンとオフを切り替えるかを指示します。オーディオストリーミングファイルと同様に、PBTコントローラからインテリジェントLEDパッドへのデータ転送は、特定のステップを実行する前に行う必要があります。連続して送信される着信命令パケットは、治療の実行よりも先に進んでいる必要がありますそうしないと、指示がないために治療が行き詰まります。このプロセスは、図24のフローチャートに示されている、PBTコントローラホストで発生するLightOS操作と、インテリジェントLEDパッドクライアントで並行して発生するLightPadOS操作を示しています。具体的には、治療セッション250を選択した後、コントローラおよびパッドオペレーティングシステムの両方が、選択されたセッション250の実行251aおよび251bを開始します。次に、ステップ252aにおいて、および時間tにおいて、LightOSは、第一の治療セグメントをLEDパッドに転送し、その後、ステップ252bにおいて、LightOSは、第1の治療セグメントを実行します。ステップ253aおよび、時間tにおいて、LightOSは、第2の治療セグメントをLEDパッドに転送し、その後、ステップ253bにおいて、LightPadOSは、第2の治療セグメントを実行する。ステップ254aおよび、時間tにおいて、LightOSは第3の治療セグメントをLEDパッドに転送し、その後、ステップ254bにおいて、LightPadOSは、第3の治療セグメントを実行する。最後に。ステップ256aにおいて、時間tnにおいて、LightOSは、n番目の治療セグメントをLEDパッドに転送し、その後、ステップ256bにおいて、LightPadOSは、n番目の治療セグメントを実行し、その後、セッション257aおよび257bの両方が終了する。 In master-slave data streaming, a series of LED instructions are sent sequentially, instructing the LEDs when to turn on and off. Similar to audio streaming files, data transfer from the PBT Controller to the intelligent LED Pad must occur before a specific step can be executed. The sequentially sent incoming instruction packets must stay ahead of the therapy execution, or the therapy will stall due to lack of instructions. This process, illustrated in the flowchart of FIG. 24, shows LightOS operations occurring on the PBT Controller host and LightPadOS operations occurring in parallel on the intelligent LED Pad client. Specifically, after selecting a therapy session 250, both the controller and pad operating systems begin execution 251a and 251b of the selected session 250. Next, in step 252a and at time t1 , LightOS transfers the first therapy segment to the LED Pad, after which, in step 252b, LightOS executes the first therapy segment. In step 253a and at time t2 , LightOS transfers the second treatment segment to the LED pad, after which in step 253b the LightPad OS performs the second treatment segment. In step 254a and at time t3 , LightOS transfers the third treatment segment to the LED pad, after which in step 254b the LightPad OS performs the third treatment segment. Finally, in step 256a, at time tn, LightOS transfers the nth treatment segment to the LED pad, after which in step 256b the LightPad OS performs the nth treatment segment, after which both sessions 257a and 257b end.

マスタースレーブストリーミング中のUSBデータパケット転送および命令実行の例が図25に示されています。治療命令260aの準備は、赤いLEDがオフの間に行われ、サンプルの「ターンオンLED」命令を表す16進コードによって表されるLED命令261から始まる。次に、命令261は、ペイロードとしてUSBパケットに埋め込まれ、ペイロード、命令261をヘッダ262と組み合わせる。次に、ステップ263において、パケットは、PBTコントローラからLEDパッドに送信される。次に、命令261が抽出され、ビット264にデコードされて、どのLEDがオンにされ、どのLEDがオンにされないかを記述する。次に、ビットはLEDレジスタ265にロードされ、赤いLED電流がオフからオンに変化する時間266で実行され、タイマを開始して、すべてのLEDをオフにする次の命令を準備およびロードする。赤いLEDの切り替えは、図25の下部のグラフにおいて、オフからオンへの遷移267aおよびオンからオフへの遷移267bによって示されている。 An example of USB data packet transfer and command execution during master-slave streaming is shown in Figure 25. Preparation of treatment command 260a occurs while the red LED is off and begins with LED command 261, represented by hexadecimal code representing a sample "turn on LED" command. Command 261 is then embedded as the payload into a USB packet, combining the payload, command 261, with header 262. Next, in step 263, the packet is sent from the PBT controller to the LED pad. Command 261 is then extracted and decoded into bits 264 describing which LEDs are turned on and which are not. The bits are then loaded into LED register 265, which is executed at time 266 when the red LED current changes from off to on, starting a timer to prepare and load the next command to turn all LEDs off. The red LED switching is indicated in the bottom graph of Figure 25 by off-to-on transition 267a and on-to-off transition 267b.

ストリーミング命令の実行は、ジャストインタイム(JIT)シーケンシャル転送方式と転送先シフト方式の2つの手法を使用して実行できます。図26Aに示されるJITシーケンシャル転送方法では、PBTコントローラからインテリジェントLEDパッドに送信されるシリアルパケットデータストリーム272は、復号テーブル271に従ってデコーダ270によって解釈され、カラーシフトレジスタ279aへの2つの出力およびタイムシフトをもたらす。それぞれ279bを登録します。各連続間隔には、間隔のオンとオフ時間が含まれます。経過時間は、シフトレジスタが順次進むにつれて、一度に1間隔ずつ計算されます。たとえば、t=t+(ton4+toff4)です。このプロセスは、先入れ先出しアルゴリズムを使用して実行され、先入れ先出しシフトレジスタデータフレーム277のみがLEDドライバ278を駆動する。後続のすべてのフレームおよびキューで待機している前のすべてのフレームは、一度実行されると破棄される。データフレーム277内の対応するカラーシフトレジスタは、どのLEDがLEDドライバ278によって照明されるかを指定する。例えば、レジスタ[|青|赤NIR1|NIR2]はビット列0100を有する1000のみ赤駆動し、青いLEDのみを点灯しLED、および0011は、NIR1とNIR2の両方のLEDを駆動します。結果として得られる光出力は、赤いパルス275a、青いパルス275b、NIR1パルス275c、およびNIR2パルス275d、ならびに同時NIR1およびNIR2パルス275eの両方を含む。この方法では、シフトレジスタは可変速度で進み、tonとtoffの値に基づいて速度を上下します。 Streaming instruction execution can be performed using two techniques: just-in-time (JIT) sequential transfer and destination shifting. In the JIT sequential transfer method shown in Figure 26A, a serial packet data stream 272 sent from the PBT controller to the intelligent LED pad is interpreted by a decoder 270 according to a decoding table 271, resulting in two outputs to color shift register 279a and time shift register 279b, respectively. Each successive interval includes the on and off time of the interval. The elapsed time is calculated one interval at a time as the shift register advances sequentially. For example, t5 = t4 + ( ton4 + toff4 ). This process is performed using a first-in, first-out algorithm, with only the first-in, first-out shift register data frame 277 driving the LED driver 278. All subsequent frames and all previous frames waiting in the queue are discarded once executed. The corresponding color shift register in data frame 277 specifies which LEDs are illuminated by LED driver 278. For example, register [|Blue|Red NIR1|NIR2] has the bit string 0100, 1000 drives only the red and blue LEDs, and 0011 drives both the NIR1 and NIR2 LEDs. The resulting light output includes a red pulse 275a, a blue pulse 275b, an NIR1 pulse 275c, and an NIR2 pulse 275d, as well as both simultaneous NIR1 and NIR2 pulses 275e. In this manner, the shift register advances at a variable rate, speeding up or slowing down based on the values of t_on and t_off .

図26Bに示される転送先シフト法では、デコーダ270は、固定レートクロックに対してクロックされる赤、青、NIR1、およびNIR2LEDを駆動するための4つの別個のビットストリング275a、275b、275c、および275dを同時に出力する。LEDの照明の持続時間を延長するために、オン状態ビットがオン持続時間全体にわたって繰り返されます。転送先シフト方式では、照明パターンを含むファイルがLEDパッドに転送され、LED再生の前にデコードされます。 In the shift-destination method shown in FIG. 26B, decoder 270 simultaneously outputs four separate bit strings 275a, 275b, 275c, and 275d to drive the red, blue, NIR1, and NIR2 LEDs clocked relative to a fixed-rate clock. To extend the duration of the LED illumination, the on-state bit is repeated for the entire on-duration. In the shift-destination method, a file containing the lighting pattern is transferred to the LED pad and decoded before LED playback.

図26Cは、JITシーケンシャル転送方式と転送先シフト方式を対比しています。JIT方式は4つのLEDカラーレジスタ279を復号し、カラーレジスタが変化するまで指定された間隔でそれらを駆動するが、転送先シフト方式では、転送は連続して4ビットシーケンスにデコードされ、保存されてからメモリから順番に再生されます。どちらの方法でも、データストリーミングには、LEDパッドが治療データの保存に重要なメモリを必要としないという利点があります。ストリーミングには、PBTコントローラからLEDパッドへの安定したデータフローが必要であるという欠点があります。 Figure 26C contrasts the JIT sequential transfer method with the destination shifting method. The JIT method decodes the four LED color registers 279 and drives them at specified intervals until the color register changes, while the destination shifting method continuously decodes the transfer into a 4-bit sequence, stores it, and then plays it back sequentially from memory. Either way, data streaming has the advantage that the LED pad does not require significant memory to store the treatment data. Streaming has the disadvantage of requiring a steady flow of data from the PBT controller to the LED pad.

別のアプローチは、LED治療を開始する前に、再生ファイル全体をPBTコントローラからインテリジェントLEDパッドに転送することです。図27のフローチャートに示されているこの操作には二つの並列操作が含まれます。一つはPBTコントローラホスト内のLightOSオペレーティングシステムによって実行され、もう一つはLEDパッドクライアント内のLightPadOSによって実行されます。示されているように、転送プログラムをファイルした後、実行はPBTコントローラの介入なしにLEDパッド内で自律的に行にわれます。ステップ300でプログラムが選択された後、LEDシーケンスを駆動するための再生ファイルがホストからクライアントに転送されます。LEDのパッドはステップ302でファイル転送わ受信し、次にステップ303でファイルを解凍し、ヘッダー、チェックサムビットなどのファイルのレイヤ2MACデータを取り除きます。ペイロードデータを抽出し、スタティックRAMなどの揮発性メモリにロードします。このプロセスは、図28のグラフで示されています。ここで、着信USBパケット310は、USBなどの物理メディアを介してインテリジェントLEDパッド337の通信インターフェース338に送信されます。受信すると、ペイロード311が抽出され、次にアンパックされ(ステップ312)、実行可能コード313を作成するために必要な減圧またはファイルフォーマットを作成します。その後、実行可能コード313は、揮発性メモリ334aに格納されます。実行可能コード313は、LEDパッドのオペレーティングシステム以外の他のファイルやサブルーチンを必要とせずに、LightPadOSオペレーティングシステムの上で実行するのに十分であり、単一の治療またはPBTセッション全体のいずれかで、PBT療法で使用されるアルゴリズム314のハードコードされたデータを含む。このコードは、たとえば、C++またはその他の一般的なプログラミング言語で実現できます。 Another approach is to transfer the entire playback file from the PBT controller to the intelligent LED pad before initiating LED therapy. This operation, shown in the flowchart of Figure 27, involves two parallel operations: one executed by the LightOS operating system in the PBT controller host and the other executed by LightPadOS in the LED pad client. As shown, after file transfer, execution occurs autonomously within the LED pad without intervention from the PBT controller. After a program is selected in step 300, the playback file for driving the LED sequence is transferred from the host to the client. The LED pad receives the file transfer in step 302 and then decompresses the file in step 303, removing the file's Layer 2 MAC data, such as the header and checksum bits. The payload data is extracted and loaded into volatile memory, such as static RAM. This process is illustrated graphically in Figure 28, where an incoming USB packet 310 is sent over a physical medium, such as USB, to the communication interface 338 of the intelligent LED pad 337. Upon receipt, payload 311 is extracted and then unpacked (step 312), creating the necessary decompression or file formatting to create executable code 313. Executable code 313 is then stored in volatile memory 334a. Executable code 313 is sufficient to run on the LightPadOS operating system without requiring any other files or subroutines beyond the LED pad's operating system, and includes hard-coded data for algorithms 314 used in PBT therapy, either for a single treatment or for an entire PBT session. This code can be implemented, for example, in C++ or other common programming languages.

図27に戻る、ステップ303で再生ファイルが開梱されてRAMに格納されると、ステップ304bで、LightPadOSは、セッションを開始する準備ができていることをホストPBTコントローラに通知する。ユーザが治療開始ボタン309を選択することによって準備ができていることを確認すると、ステップ304aにおいて、セッション開始コマンドがLEDパッドに送信されるステップ305aから開始して、セッション実行命令が有効になる。治療が進むにつれて、LEDパッドは、時折、そのステータス(ステップ306b)を、時間、温度、または他の関連するプログラムステータス情報を含むホストPBTコントローラに報告し、PBTコントローラは、ステップ306aで表示することができる。LEDパッドで障害状態が発生した場合、LightPadOSの割り込みサービスルーチン307bとLightOSの307aが通信し、割り込みの原因となった状態について何をすべきかをネゴシエートする可能性があります。たとえば、セッション中にLEDパッドが抜かれ、誤って再接続された場合、セッションは一時停止し、接続エラーをユーザに通知し、障害を修正する方法をユーザに通知します。障害が修正されると、割り込みルーチンが閉じられ、ステップ308bでLEDパッドがホストPBTコントローラに治療プログラムが完了したことを通知するまで治療が再開されます。それに応答して、セッション終了ステップ308aにおいて、PBTコントローラは、セッションまたは治療が完了したことをユーザに通知する。 Returning to FIG. 27, once the playback file has been unpacked and stored in RAM in step 303, the LightPad OS notifies the host PBT controller in step 304b that it is ready to begin a session. Once the user confirms readiness by selecting the Start Therapy button 309, the session execution instructions are put into effect in step 304a, beginning with step 305a, in which a start session command is sent to the LED pad. As therapy progresses, the LED pad occasionally reports its status (step 306b) to the host PBT controller, including time, temperature, or other relevant program status information, which the PBT controller can display in step 306a. If a fault condition occurs in the LED pad, the LightPad OS's interrupt service routine 307b and the LightOS's 307a may communicate and negotiate what to do about the condition that caused the interrupt. For example, if the LED pad is unplugged and accidentally reconnected during a session, the session pauses, notifies the user of the connection error, and informs the user how to correct the fault. Once the fault is corrected, the interrupt routine closes and therapy resumes until, in step 308b, the LED pad notifies the host PBT controller that the therapy program is complete. In response, in session termination step 308a, the PBT controller notifies the user that the session or therapy is complete.

この議論では、用語「治療」は、単一の治療手順として定義されていて、通常、持続時間は20分で、特定の組織タイプまたは臓器で光生体変調を呼び出すように設計されています。さらに、「セッション」は、一連の治療で構成されます。図29に示すように例えば、傷害から回復するための治療プロトコル(例えば、自転車事故からの捻挫および切断された足首の治療)は、3つの「傷害」セッション315a、315b、および315cを1日おきに連続して実施し、各セッションは、光の波長、電力レベル、変調周波数、および持続時間を変化させる異なるアルゴリズムを含む3つの連続した治療の連続治療を含みます。例えば、「炎症」と呼ばれるPBTセッション315aは、治癒過程の炎症段階を加速する(しかし排除しない)ことによって治癒を促進することを目的としている。セッション315aは、それぞれアルゴリズム23、43、および17を含む3つのステップ314a、314f、および314bのシーケンスを含む。図29に示される「感染」と題されたセッション315bは、それぞれアルゴリズム49、17、および66を含む3つのステップ314c、314b、および314gのシーケンスを含む。アルゴリズム17を含む治療314bが、炎症および感染セッションの両方で利用されたことにご留意ください。「ヒーリング」と題されたセッション315cは、それぞれアルゴリズム66、12、および66を含む3つのステップ314g、314h、および314gのシーケンスを含む。治療アルゴリズム66は、感染セッション315bで1回、治癒セッション315cで2回利用されたことに留意されたい。 For purposes of this discussion, the term "treatment" is defined as a single treatment procedure, typically 20 minutes in duration, designed to invoke photobiomodulation in a specific tissue type or organ. Furthermore, a "session" consists of a series of treatments. For example, as shown in FIG. 29, a treatment protocol for injury recovery (e.g., treating a sprained and severed ankle from a bicycle accident) might involve three "injury" sessions 315a, 315b, and 315c, conducted consecutively on alternate days, with each session involving three consecutive treatment sequences containing different algorithms that vary the light wavelength, power level, modulation frequency, and duration. For example, PBT session 315a, called "Inflammation," aims to promote healing by accelerating (but not eliminating) the inflammatory phase of the healing process. Session 315a includes a sequence of three steps 314a, 314f, and 314b, each containing algorithms 23, 43, and 17, respectively. Session 315b, titled "Infection," shown in FIG. 29, includes a sequence of three steps, 314c, 314b, and 314g, each including algorithms 49, 17, and 66, respectively. Note that treatment 314b, including algorithm 17, was utilized in both the inflammation and infection sessions. Session 315c, titled "Healing," includes a sequence of three steps, 314g, 314h, and 314g, each including algorithms 66, 12, and 66, respectively. Note that treatment algorithm 66 was utilized once in infection session 315b and twice in healing session 315c.

炎症、感染、および治癒のためのセッションを実行するステップシーケンスは、最初に線維芽細胞およびコラーゲンの足場、細胞アポトーシス、および食作用を含む治癒の炎症段階を加速し、次に日和見的にコロニーを形成しようとする二次微生物感染と戦うことにより、一緒にけがプロトコル316を作成します。最後に、炎症が治まり、すべての感染が除去された後、けがプロトコルの最後のステップは、健康な組織の再生を供給するために必要な熱力学とエネルギ供給を改善することにより、創傷の治癒を促進します。けがプロトコル316は、毎日の治療セッションを採用していませんが、意図的に最初の3つのセッションを5日間に広げます。毎日の治療ではなく、休みの間に介在する必要性は、図30に示されるグラフ317によって説明されており、Arndt-Schultz[https://en.wikipedia.org/wiki/Arndt%E2%80%93Schulz_rule]の作業に従って、一般化された二相性用量反応モデルについて説明しています。ウィキペディアによると「アルント-シュルツのルールやシュルツの法則があるnは観測された様々な濃度で薬理学の影響に関する法律です。それはすべての物質について次のように述べています:少量が刺激します。適度な用量は抑制します;大量に殺します。薬理学には多くの例外があります。たとえば、少量の薬で何も起こらない場合など、理論は現代の対応する「ホルメシス」に進化しましたが、根本的な原則は同じであり、医学では最適な治療法があります。それを超えると治療効果が低下するか、回復が実際に阻害される可能性があります。 The step sequence of implementing sessions for inflammation, infection, and healing together creates Injury Protocol 316 by first accelerating the inflammatory phase of healing, including fibroblast and collagen scaffolding, cellular apoptosis, and phagocytosis, and then combating opportunistic colonizing secondary microbial infections. Finally, after inflammation subsides and all infection is eliminated, the final step of Injury Protocol 316 promotes wound healing by improving the thermodynamics and energy supply necessary to provide healthy tissue regeneration. Injury Protocol 316 does not employ daily treatment sessions but purposefully spreads the first three sessions over five days. The need for intervening periods of rest rather than daily treatment is illustrated by graph 317, shown in Figure 30, which describes a generalized biphasic dose-response model following the work of Arndt-Schultz [https://en.wikipedia.org/wiki/Arndt%E2%80%93Schulz_rule]. According to Wikipedia, "The Arndt-Schultz rule or Schultz's law is a law concerning the effects of various observed concentrations in pharmacology. It states for all substances: small doses stimulate; moderate doses inhibit; large doses kill. There are many exceptions in pharmacology - for example, when small doses of a drug do nothing - and the theory has evolved into its modern counterpart, "hormesis", but the underlying principle remains the same: in medicine, there is an optimum therapeutic dose, beyond which the therapeutic effect may be reduced or recovery may actually be inhibited."

薬理学的研究の結果に関する論争にもかかわらず、「エネルギ医学」の二相性モデルは、癌腫の放射線療法から光生体変調までの多くの研究によって再確認されています。たとえば、癌治療では、少量の放射線量では癌細胞を適切に殺すことができませんが、大量の放射線量は毒性があり、癌を治療せずに放置するよりもはるかに速く患者を死に至らす可能性があります。二相モデルを光生体変調に適合させると、グラフ317はPBT状態の疑似3D表現を表し、軸は治療時間を表します。正射影y軸はでPBT処理尺度の電力密度説明W/cm、及び垂直軸J/cmまたはeV/cmに有効なエネルギ量を測定する2又は電子ボルトであり、パワーの積および時間と光生体変調の観察された大きさによってスケーリングされ、そうでなければ観察された治療効果です。地形的には、グラフは2つの海岸、山脈と内部の谷として表示されます。サブスレッショルド線量として知られる低線量治療で示されているように、治療には、何でもするための不十分な力、つまりエネルギ供給の速度があります。同様に、非常に短い期間では、電力レベルに関係なく、光生体変調を呼び出すのに十分なエネルギが供給されません。言い換えれば、エネルギが速すぎたり少なすぎたりしても、光生体変調は引き起こされません。 Despite controversy surrounding the results of pharmacological studies, the biphasic model of "energy medicine" has been reaffirmed by numerous studies, from cancer radiotherapy to photobiomodulation. For example, in cancer treatment, small doses of radiation may not adequately kill cancer cells, while large doses are toxic and can kill the patient much faster than leaving the cancer untreated. Applying the biphasic model to photobiomodulation, graph 317 presents a pseudo-3D representation of the PBT state, with the axes representing treatment time. The orthogonal y-axis describes the power density of the PBT treatment scale in W/ cm² , and the vertical axis measures the amount of energy available in J/ cm² or eV/ cm² , or electron volts, scaled by the product of power and time and the observed magnitude of photobiomodulation, otherwise known as the observed treatment effect. Topographically, the graph appears as two coasts, a mountain range, and an interior valley. As demonstrated by low-dose treatments, known as subthreshold doses, the treatment has insufficient power, or rate of energy delivery, to do anything. Similarly, very short periods of time will not provide enough energy to invoke photobiomodulation, regardless of power level. In other words, applying too little energy too quickly will not trigger photobiomodulation.

中程度の電力密度と持続時間の組み合わせでは、刺激が発生し、電力密度またはこのレベルを超える総エネルギ線量のピーク応答曲線が得られ、有益なPBT応答と治療効果が急速に低下し、治癒を阻害することさえあります。もちろん、過度に強力なレベルのレーザは、火傷、組織の損傷、および切除(切断)を引き起こす可能性があります。また、LEDはレーザの出力密度に対応していませんが、それでも大電流で駆動して過熱を引き起こす可能性があります。ただし、これらの処理条件はグラフに示されている電力レベルとエネルギ線量をはるかに超えて発生します。ケーススタディ[1]の右側のグラフは、PBTの有効性の用量(フルエンス)依存性が実際に二相性であり、1J/cmでの最小応答、2J/cmでのピーク応答、10J/cmでの利益の減少、および50J/cmでの抑制を確認しています。抑制とは、PBT治療の影響が何もしないよりも悪かったことを意味します。したがって、この理由から安全性と患者の快適性に関する懸念とともに、PBT治療は時間の経過とともに広がり、出力と投与量(期間)を制限する必要があります。 Moderate power density and duration combinations result in irritation, resulting in a peak response curve for power densities or total energy doses above this level, where beneficial PBT responses and treatment effects rapidly decline and may even inhibit healing. Of course, excessively powerful laser levels can cause burns, tissue damage, and ablation (cutting). And while LEDs are not compatible with laser power densities, they can still be driven at high currents and cause overheating. However, these treatment conditions occur far beyond the power levels and energy doses shown in the graph. The graph on the right of the case study [1] confirms that the dose (fluence) dependence of PBT efficacy is indeed biphasic, with a minimal response at 1 J/ cm² , a peak response at 2 J/ cm² , diminishing benefits at 10 J/ cm² , and suppression at 50 J/cm². Suppression means that the effects of PBT treatment were worse than doing nothing. Therefore, for this reason, along with concerns about safety and patient comfort, PBT treatments should be spread out over time and limited in power and duration.

分散PBTシステムのデータセキュリティ Data security in distributed PBT systems

開示された分散型PBTシステムにおいて多層の安全な通信を実現するために、PBTコントローラのオペレーティングシステム(LightOS)およびインテリジェントLEDパッドのオペレーティングシステム(LightPadOS)は、一貫したプロトコルおよび共有秘密を使用した並列通信スタックは、デバイスのオペレーター、ハッカー、または権限のない開発者には認識されません。そのため、分散PBTシステムは、保護された通信ネットワークとして動作し、データリンク層2、ネットワーク層3、セットアップ中のトランスポート層4、およびセッション層5、プレゼンテーションレイヤ6、または操作中のアプリケーションレイヤ7を含む任意の数の通信層でセキュリティを実行できます。 To achieve multi-layered secure communication in the disclosed distributed PBT system, the PBT controller's operating system (LightOS) and the intelligent LED pad's operating system (LightPadOS) use parallel communication stacks with consistent protocols and shared secrets that are imperceptible to device operators, hackers, or unauthorized developers. As such, the distributed PBT system operates as a protected communications network, enforcing security at any number of communication layers, including data link layer 2, network layer 3, transport layer 4 during setup, and session layer 5, presentation layer 6, or application layer 7 during operation.

開示されているように、「治療は、セッション、及びプロトコル」LED波長、変調パターンと周波数、治療期間、LED強度(明るさ)などの光励起パターンと動作パラメータのシーケンスを定義し、瞬間電力、平均電力、治療線量(総エネルギ)、そして最終的には治療効果を決定します。コピーや複製を防ぐために、これらのシーケンスは、暗号化やその他の方法を使用して、安全に保存および通信する必要があります。いくつかのデータセキュリティ方法および関連するセキュリティ証明書は、アプリケーションの一部として実行することができますが、LightOSおよびLightPadOSでは、PBTコントローラホストおよびネットワークに接続されたインテリジェントLEDパッドクライアントの通信スタックに「プレゼンテーション」のレイヤ-5を含めることで、セキュリティのレベルを高めることができます。 As disclosed, "treatment, session, and protocol" define sequences of light excitation patterns and operating parameters, such as LED wavelength, modulation pattern and frequency, treatment duration, and LED intensity (brightness), which determine instantaneous power, average power, treatment dose (total energy), and ultimately treatment efficacy. To prevent copying and duplication, these sequences must be stored and communicated securely using encryption and other methods. While several data security methods and associated security certificates can be implemented as part of an application, LightOS and LightPadOS provide an additional level of security by including a "presentation" Layer 5 in the communication stack of the PBT controller host and networked intelligent LED pad clients.

プレゼンテーションレイヤは、図31に概略的に表されています。PBTコントローラ120は、アプリケーションレイヤ6、プレゼンテーションレイヤ5、データリンクレイヤ-2、および物理レイヤ1を含むOSI通信スタック330を含む。前に述べたように、PBTコントローラ120では、アプリケーションレイヤ6は、LightOSと呼ばれるPBT固有のオペレーティングシステムを使用して実装されます。動作中、レイヤ6LightOSプログラムの実行により、インテリジェントLEDパッドへの通信を必要とするアクションが発生します。これらのアクションは、プレゼンテーションレイヤ5で暗号化された後、暗号化された形式、つまり暗号文として下位レベルの通信層に渡されます。具体的には、レイヤ2データリンク層に渡された暗号テキストはパケット化されます。つまり、USB、I2C、FireWireなどの特定の通信プロトコルに従って、暗号化されていないヘッダーと暗号テキストペイロードを含む一連の通信パケットに変換され、物理PHYレイヤ1を介してLEDパッドに通信されます。例えば、PHY層1は、UV差動信号332を使用するUSBプロトコルを使用して、インテリジェントLEDパッド123内に常駐する通信スタック331の対応するPHY層1と通信することができる。したがって、電気信号はレイヤ1通信を構成しますが、USBのデータ構造は、PBTコントローラとインテリジェントLEDパッドがレイヤ2で、USBデータ「フレーム」として時間内に配置されたパケットと通信しているように動作します。 The presentation layer is represented diagrammatically in Figure 31. The PBT controller 120 includes an OSI communications stack 330, which includes an application layer 6, a presentation layer 5, a data link layer 2, and a physical layer 1. As previously mentioned, in the PBT controller 120, application layer 6 is implemented using a PBT-specific operating system called LightOS. During operation, Layer 6 LightOS programs execute to generate actions that require communication to the intelligent LED pad. These actions are encrypted in presentation layer 5 and then passed to the lower-level communications layers in encrypted form, or ciphertext. Specifically, the ciphertext passed to the Layer 2 data link layer is packetized—that is, converted into a series of communications packets containing an unencrypted header and ciphertext payload according to a specific communications protocol, such as USB, I2C, or FireWire, and communicated to the LED pad via the physical PHY layer 1. For example, PHY Layer 1 may communicate with a corresponding PHY Layer 1 of the communications stack 331 residing within the intelligent LED pad 123 using the USB protocol using UV differential signaling 332. Thus, while the electrical signals constitute Layer 1 communications, the USB data structure operates as if the PBT controller and intelligent LED pad are communicating at Layer 2 with packets arranged in time as USB data "frames."

通信スタック331がUSBパケットを受信すると、抽出された暗号テキストペイロードがプレゼンテーションレイヤ5に転送され、そこで復号化されてプレーンテキストに変換されます。次に、プレーンテキストファイルはアプリケーションレイヤ6に渡され、LEDパッドのオペレーティングシステムLightPadOSによって実行されます。PBTコントローラのLightOSとインテリジェントLEDパッドのオペレーティングシステムLightPadOSを通信し、自己矛盾のない方法で命令を実行するように設計されていれば、通信スタック330と331の間の双方向リンクはアプリケーションレイヤ7で仮想マシンとして機能します、つまり、分散デバイスは単一のハードウェアであるかのように動作し、プレゼンテーション層で暗号化と復号化を双方向に実行します。このようにして、PBTコントローラとインテリジェントLEDパッドの間でデータを転送できます。ただし、ソースコードのコピーを防ぐために、処理のライブラリは暗号化された形式で保存されます。セキュリティを強化するために、暗号化キーは、アルゴリズムを記憶するために使用される通信に用いる鍵とは別です。したがって、治療ファイルを安全に通信する前に、まず復号化する必要があります。 When the communications stack 331 receives a USB packet, it forwards the extracted ciphertext payload to the presentation layer 5, where it is decrypted and converted to plaintext. The plaintext file is then passed to the application layer 6 for execution by the LED pad's operating system, LightPadOS. Designed to communicate and execute instructions in a self-consistent manner between the PBT controller's LightOS and the intelligent LED pad's operating system, the bidirectional link between communications stacks 330 and 331 functions as a virtual machine at the application layer 7, meaning the distributed devices behave as if they were a single piece of hardware, performing encryption and decryption bidirectionally at the presentation layer. In this way, data can be transferred between the PBT controller and the intelligent LED pad. However, to prevent source code copying, the processing library is stored in encrypted form. For added security, the encryption key is separate from the communication key used to store the algorithm. Therefore, the treatment file must first be decrypted before it can be securely communicated.

暗号化された処理を準備、通信し、および実行するためのプロセスは、グラフィカルUI341を介して、図32に概略的に表されている。ユーザはライブラリ暗号化アルゴリズム340から治療342を選択する。次に、暗号化されたアルゴリズム17は、暗号文を平文に変換し、暗号化されていない処理344を復元するシステム鍵343を使用して復号化される。暗号化プロセス345において、アルゴリズム17の平文ファイルは、インテリジェントLEDパッドクライアントと交換された暗号化キー346を使用して再暗号化される。次に、再暗号化されたアルゴリズム17を含む結果として得られる暗号文347は、パケット化348され、UVまたは別の適切な通信媒体を使用して送信349される。 The process for preparing, communicating, and executing an encrypted operation is represented diagrammatically in FIG. 32 via a graphical UI 341. A user selects an operation 342 from a library encryption algorithm 340. The encrypted algorithm 17 is then decrypted using a system key 343, which converts the ciphertext to plaintext and recovers the unencrypted operation 344. In an encryption process 345, the plaintext file of the algorithm 17 is re-encrypted using an encryption key 346 exchanged with the intelligent LED pad client. The resulting ciphertext 347, containing the re-encrypted algorithm 17, is then packetized 348 and transmitted 349 using UV or another suitable communication medium.

治療データに加えて、同じ方法を使用して、PBTセッションデータを準備し、PBTコントローラからLEDパッドに転送することができます。このプロセスは、図33の概略図に示され、グラフィカルUI351を通して、ユーザは、暗号化されたアルゴリズム340のライブラリから構築されたセッション352を選択し、この例では、3つの暗号化されたアルゴリズムを含む。次に、システム暗号化キーを使用して、暗号文が復号化され、暗号文が平文に変換されます。次に、3つの平文ファイルがマージされ354され、次いで、インテリジェントLEDパッドクライアントと交換される暗号化キー356を使用して暗号化される。そして、暗号化されマージされたアルゴリズムを含む結果として得られる暗号文357は、USBまたは別の適切な通信媒体を使用してパケット化された358および359に送信される。 In addition to therapy data, the same method can be used to prepare and transfer PBT session data from the PBT controller to the LED pad. This process is shown in the schematic diagram of Figure 33, where, through a graphical UI 351, the user selects a session 352 constructed from a library of encrypted algorithms 340, which in this example includes three encrypted algorithms. The ciphertext is then decrypted and converted to plaintext using a system encryption key. The three plaintext files are then merged 354 and then encrypted using an encryption key 356 exchanged with the intelligent LED pad client. The resulting ciphertext 357, containing the encrypted and merged algorithms, is then transmitted packetized 358 and 359 using USB or another suitable communication medium.

図34に示すように、LEDパッド337の通信インターフェースによって受信された着信データパケット359は、最初に処理されて、ペイロード360を抽出するパケットヘッダーが削除されます。次に、パッドμC339は、361を減圧して、暗号化されたマージアルゴリズム362を抽出します。次に、暗号文は、鍵交換を使用して復号化され、処理アルゴリズム、またはセッションファイルの場合はマージされたアルゴリズムを含むプレーンテキストファイル364を抽出する。実行可能コードを含むアルゴリズムまたはマージされた実行可能コード365を揮発性メモリ334aに含むアルゴリズム366。処理はRAMに保存されるため、電源が遮断されるとファイルが消去され、暗号化されていない実行可能コードのコピーが困難になります。図35に示すように転送後(再生前)の一括復号化を使用したPBTシーケンスの自律パッド再生には、セッション300のユーザ選択が含まれます。これには、LEDパッドによって受信された302暗号化ファイルが復号化され390、RAMにロードされます。ステップ304bで、LightPadOSはホストPBTコントローラにセッションを開始する準備ができている事を通知します。ユーザが治療開始ボタン309を選択することによって準備ができていることを確認すると、ステップ304aにおいて、セッション開始コマンドがLEDパッドに送信されるステップ305aから開始して、セッション実行命令が有効化される。LightPadOSは、処置アルゴリズム314を実行することによって処置を開始することによってステップ305bで応答する。処置が進行するにつれて、LEDパッドは、時間、温度、または他の関連するプログラム状態情報、およびどのPBTコントローラが使用できるかを含むその状態306bをホストPBTコントローラに時々報告するステップ305aで表示する。LEDパッドで障害状態が発生した場合、LightPadOSの割り込みサービスルーチン307bとLightOSの307aが通信し、割り込みの原因となった状態について何をすべきかをネゴシエートする可能性があります。障害が修正されると、割り込みルーチンが閉じられ、ステップ308bでLEDパッドがホストPBTコントローラに治療プログラムが完了したことを通知するまで治療が再開されます。それに応答して、セッション終了ステップ308aにおいて、PBTコントローラは、セッションまたは治療が完了したことをユーザに通知する。 As shown in FIG. 34, incoming data packets 359 received by the LED pad's 337 communications interface are first processed to remove the packet header, extracting the payload 360. The pad μC 339 then decompresses 361 to extract the encrypted merge algorithm 362. The ciphertext is then decrypted using key exchange to extract a plaintext file 364 containing the processing algorithm, or, in the case of a session file, the merged algorithm. The algorithm 366 containing executable code or the merged executable code 365 is stored in volatile memory 334a. The processing is stored in RAM, so that the file is erased upon power interruption, making copying the unencrypted executable code difficult. Autonomous pad playback of PBT sequences using bulk decryption after transfer (before playback), as shown in FIG. 35, involves user selection of a session 300. This involves decrypting 390 the encrypted file 302 received by the LED pad and loading it into RAM. In step 304b, the LightPad OS notifies the host PBT controller that it is ready to begin a session. Once the user confirms readiness by selecting the Start Therapy button 309, the session execution instructions are enabled in step 304a, beginning with step 305a, in which a Start Session command is sent to the LED Pad. The LightPad OS responds in step 305b by initiating treatment by executing a treatment algorithm 314. As treatment progresses, the LED Pad displays its status 306b, including time, temperature, or other relevant program state information, and which PBT controllers are available, to the host PBT controller in step 305a. If a fault condition occurs in the LED Pad, the LightPad OS's interrupt service routine 307b and the LightOS's 307a may communicate and negotiate what to do about the condition that caused the interrupt. Once the fault is corrected, the interrupt routine is closed and therapy resumes until the LED pad notifies the host PBT controller that the therapy program is complete in step 308b. In response, in session end step 308a, the PBT controller notifies the user that the session or therapy is complete.

アルゴリズムを暗号化された形式でLEDパッドに保存することにより、さらに高いセキュリティを実現できます。図36に示されるように、LEDパッド337内の通信インターフェース338によって受信された着信パケット359は、ペイロード360を抽出するために処理され、続いて減圧された361、次に、揮発性メモリ334aに暗号文368として格納される。ファイルは、ユーザがセッションを開始したときに、ファイルの実行時、つまり自律再生中に、再生中にファイルを復号化して再生されます。「オンザフライ」復号化再生として知られるこのプロセスは、図37のフローチャートに示されている。このプロセスは、LEDパッドがシーケンスファイル302を受信した後、次のステップが単に減圧し、必要に応じてファイル303を減圧するが、それを解凍しないことを除いて、図35に示すバルク復号化プロセスフローのプロセスと同じである。ステップ391の再生中に、暗号文は、SRAM揮発性メモリから読み取られ、オンザフライで、すなわち、再生が進むにつれて実行される。 Even greater security can be achieved by storing the algorithm in encrypted form in the LED pad. As shown in FIG. 36, incoming packets 359 received by the communications interface 338 in the LED pad 337 are processed to extract the payload 360, which is subsequently decompressed 361 and then stored as ciphertext 368 in volatile memory 334a. Files are played back when a user initiates a session, at file run-time, i.e., during autonomous playback, by decrypting the file as it plays. This process, known as "on-the-fly" decryption playback, is illustrated in the flowchart of FIG. 37. This process is identical to that of the bulk decryption process flow shown in FIG. 35, except that after the LED pad receives the sequence file 302, the next step simply decompresses and, if necessary, decompresses the file 303, but does not decompress it. During playback in step 391, the ciphertext is read from the SRAM volatile memory and executed on the fly, i.e., as playback progresses.

図38は、一括割引とオンザフライ再生方法を対比しています。一括復号化では、暗号文に格納された再生ファイル368全体が揮発性メモリから読み取られ、ファイル全体を再生するために実行された平文命令セット365を抽出するために復号化されます。対照的に、オンザフライ再生の復号化では、格納された再生ファイルの部分368aが読み取られ、復号化され365a、次に、新しい平文命令を再生バッファに追加することによって392aが実行される。その間に、暗号文368aの別のセクションが揮発性メモリから読み取られ、復号化363して平文実行可能ファイル165bを回復し、次にこのファイルをプレイリストの最後に追加することによって392bを実行する。 Figure 38 contrasts the bulk decryption and on-the-fly playback methods. In bulk decryption, the entire playback file 368 stored in ciphertext is read from volatile memory and decrypted to extract a set of plaintext instructions 365 that are executed to play the entire file. In contrast, in on-the-fly playback decryption, a portion 368a of the stored playback file is read and decrypted 365a, then executed 392a by adding new plaintext instructions to the playback buffer. Meanwhile, another section of ciphertext 368a is read from volatile memory and decrypted 363 to recover plaintext executable file 165b, then executed 392b by adding this file to the end of the playlist.

LEDパッドプレーヤを備えた分散型PBTシステム Distributed PBT system with LED pad player

LEDドライブ制御用のJITまたは転送先シフトベースのデータストリーミングは、分散PBTシステムのLEDパッドを制御するために使用できますが、より高度なアルゴリズムが必要な場合、PBTコントローラと1つ以上のLEDパッドを接続する通信ネットワークを介したリアルタイムデータの配信が問題になります。高帯域幅の通信が利用できる場合でも、クロック信号またはマルチMHzデジタルデータのストリーミングは、特に医療機器などの安全性を重視するアプリケーションでは、疑わしいコマンドおよび制御方法を表します。開示された分散型PBTシステムによって可能になった代替案は、LEDを駆動するための2段階プロセスを採用することであり、最初に「LEDプレーヤ」をLEDパッドにダウンロードし、次に特定のPBT処理を定義する「LED再生ファイル」をダウンロードする。または実行するPBTセッション。開示されるこの方法では、LED駆動の実行は、PBTコントローラからのコマンドに基づいて、インテリジェントパッド内で自律的に実行される。LEDドライバはLEDパッド内でローカルであるため、波形合成や正弦波駆動などの高度な機能を実現できます。複数の処理またはセッションを実行する場合は、新しい「LED再生」ファイルのみを新たにダウンロードする必要があります。元のLEDプレーヤを保持できます。 While JIT or shift-to-source-based data streaming for LED drive control can be used to control LED pads in a distributed PBT system, delivering real-time data over the communications network connecting the PBT controller and one or more LED pads becomes problematic when more advanced algorithms are required. Even when high-bandwidth communications are available, streaming clock signals or multi-MHz digital data represents a questionable command and control method, especially in safety-critical applications such as medical devices. An alternative enabled by the disclosed distributed PBT system is to employ a two-stage process for driving LEDs: first, downloading an "LED player" to the LED pad, and then downloading an "LED playback file" that defines the specific PBT operation or PBT session to be executed. With this disclosed method, LED drive execution is performed autonomously within the intelligent pad based on commands from the PBT controller. Because the LED driver is local within the LED pad, advanced functionality such as waveform synthesis and sine wave drive can be realized. Running multiple operations or sessions requires only a new "LED playback" file to be newly downloaded; the original LED player can be retained.

インテリジェントLEDパッド再生の最初のステップは、LEDプレーヤをPBTコントローラからLEDパッドにダウンロードすることです。図36に示されるストリーミングファイルの転送プロセスと同様の方法で,に示されるダウンロードプロセスは、図39に示されている暗号化された再生ファイル480をPBTコントローラからインテリジェントLEDパッドに転送することを含む。ダウンロードプロセスは、暗号化されたLEDプレーヤファイル480aがシステムキーで復号化され363、次いでLEDパッド(クライアント)キー356で再暗号化され370、暗号化されたLEDプレーヤファイル480bを作成することを含みます。次に、この暗号文はインテリジェントLEDパッドに送信され、そこでペイロードが抽出および361の減圧、次に363の復号化、そして揮発性メモリ482に格納されます。ダウンロードされたLEDプレーヤのコンテンツは、波形シンセサイザ483、PWMプレーヤ484、LEDドライバ485を含む。 The first step in intelligent LED pad playback is downloading the LED player from the PBT controller to the LED pad. In a manner similar to the streaming file transfer process shown in FIG. 36, the download process shown in FIG. 39 involves transferring the encrypted playback file 480 shown in FIG. 39 from the PBT controller to the intelligent LED pad. The download process involves the encrypted LED player file 480a being decrypted 363 with the system key and then re-encrypted 370 with the LED pad (client) key 356 to create the encrypted LED player file 480b. This ciphertext is then sent to the intelligent LED pad, where the payload is extracted and decompressed 361, then decrypted 363, and stored in volatile memory 482. The downloaded LED player content includes a waveform synthesizer 483, a PWM player 484, and an LED driver 485.

波形合成は、正弦波や正弦波の弦などの励起パターンをアルゴリズムで生成するものですが、三角波やのこぎり波を生成したり、オーディオサンプルを再生したりすることもできます。図40に示される波形シンセサイザ483の動作は、波形シンセサイザ483がその入力、波形パラメトリックファイル486をシステムクロックΦsysで変換して、シンセ出力データテーブル489として表される、すなわち、機能テーブルf(t)を含むシンセ波形f(t)を生成することを含む。経過時間tに対してペアになります。次に、PWMジェネレータ555は、機能テーブルを高周波PWMパルス列490に変換して、PWM出力490内に埋め込まれた合成波形491を含む合成ファイル488を生成する。アルゴリズムに応じて、波形シンセサイザ483はまた、波形プリミティブ487を利用することができる。シンセサイザはハードウェアで実現できますが、最大20kHzの波形、つまりオーディオ範囲内では、ソフトウェアを使用して簡単に実装できます。たとえば、0.5~1.0ms秒の場合、f(t)=0.6545の値です。プロセスΨP[f(t)]は、関数f(t)をオン時間とオフ時間のPWMパルス列に変換します、ここで、出力は指定された間隔の65.45%のハイ(オン)状態になります0.500-0.827msであり、0.827-1.000msのロー(オフ)状態です。したがって、持続時間ton=0.827-0.500ms=0.327ms、オフ持続時間toff=0.500-0.327ms=0.173msです。言い換えると、値f(t)は、期間中のデューティファクタD=ton/TPWMでありTPWM=ton+toffです。 Waveform synthesis algorithmically generates excitation patterns such as sine waves and sinusoidal chords, but can also generate triangle and sawtooth waves or play audio samples. The operation of the waveform synthesizer 483, shown in Figure 40, involves the waveform synthesizer 483 converting its input, a waveform parametric file 486, with a system clock Φ sys to generate a synthesized waveform f(t), represented as a synth output data table 489, i.e., a function table f(t) paired with respect to elapsed time t. The PWM generator 555 then converts the function table into a high-frequency PWM pulse train 490 to generate a synthesis file 488, which contains a synthesized waveform 491 embedded within the PWM output 490. Depending on the algorithm, the waveform synthesizer 483 may also utilize waveform primitives 487. While the synthesizer can be realized in hardware, waveforms up to 20 kHz, i.e., within the audio range, can be easily implemented using software. For example, for the period between 0.5 and 1.0 ms, the value of f(t) = 0.6545. The process ΨP[f(t)] converts the function f(t) into a PWM pulse train with on and off times, where the output is in the high (on) state 65.45% of the specified interval (0.500 - 0.827 ms) and the low (off) state 0.827 - 1.000 ms. Therefore, the duration t on = 0.827 - 0.500 ms = 0.327 ms, and the off duration t off = 0.500 - 0.327 ms = 0.173 ms. In other words, the value f(t) is the duty factor during the period D = t on /T PWM , where T PWM = t on + t off .

デューティファクタDは0%から100%の間に制限されたアナログ値であるため、便宜上、f(t)は0.0000から1.0000の間の任意の値に制限されます。f(t)が1.000を超えることが許可されている場合、値は関数の最大値、つまりf(t)=[f(t)unscaled/f(t)max]でスケーリングする必要があります。そうしないと、波形は次のようにクリップされます。プロセスによって値1.000ΨP[f(t)]。シンボルレートクロックΦsymと呼ばれるPWMクロック周波数は、Φsym=1/TPWMで与えられます。シンボルレートはシステムクロックΦsysから導出され、合成される最高周波数波形f(t)を超えるか、数学的にΦsys>Φsym>f(t)として記述される必要があります。次の表は、t=(x-1)TPWMが各500ミリ秒間隔を開始時間t(on)とt(off)に分割する時間間隔を示しています。 Because the duty factor D is an analog value limited between 0% and 100%, for convenience, f(t) is limited to any value between 0.0000 and 1.0000. If f(t) is allowed to exceed 1.000, the value must be scaled by the function's maximum value, i.e., f(t) = [f(t) unscaled / f(t) max ]. Otherwise, the waveform will be clipped to the value 1.000ΨP[f(t)] by the process. The PWM clock frequency, called the symbol rate clock Φsym , is given by Φsym = 1/T PWM . The symbol rate is derived from the system clock Φsys and must exceed the highest frequency waveform f(t) to be synthesized, or written mathematically as Φsys > Φsym > f(t). The following table shows the time interval tx = (x-1)T PWM divides each 500 ms interval into start times tx (on) and tx (off).

LEDプレーヤにおける第2のプロセスは、図41に示されるPWMプレーヤ機能484である、その入力PWMパラメトリック491および基準クロックΦrefに応答して、シンセ出力データファイル488を処理して、PWMプレーヤ出力493aおよび493bを生成する。動作中、PWMプレーヤ484は代数積Gsynth(t)・Gpulse(t)を含むパルス幅変調(PWM)パルス列492Gpulse(t)を生成します。Gpulse(t)の波形は、持続時間ton=DTPWMで構成され、持続時間toff=(1-D)TPWMでオフになる繰り返しパルスで構成されます。 The second process in the LED player is PWM player function 484, shown in Figure 41, which processes synth output data file 488 in response to its input PWM parametric 491 and reference clock Φ ref to generate PWM player outputs 493a and 493b. In operation, PWM player 484 generates a pulse-width modulated (PWM) pulse train 492, Gpulse (t), which comprises the algebraic product Gsynth (t) · Gpulse (t). The waveform of Gpulse (t) consists of repeating pulses made up of on duration t on = DT PWM and off duration t off = (1-D)T PWM .

PWMプレーヤ機能はハードウェアで実行できますが、ソフトウェアで簡単に実行できます。高速カウンタとx(各ループでインクリメント)の観点から論理擬似コードで記述されている場合、次のようになります。 The PWM player function can be performed in hardware, but is easily implemented in software. Written in logical pseudocode in terms of a high-speed counter and x (incremented each loop), it looks like this:

これは、時間xTPWM≦t<(xTPWM+DTPWM)からの持続時間TPWMの各サイクルで、PWMプレーヤの出力の大きさが入力(オン状態)と等しく、間隔(xTPWM+DTPWM)≦t<(x+1)TPWMのPWMプレーヤの出力は接地され、デジタル「0」です。入力Gsynth(t)をPWMパルスGpulse(t)でチョッピングすることにより、出力493aの波形は、Gsynth(t)・Gpulse(t)と同等の値でデジタル化されます。基礎となる波形は、PWM信号494の上に重ねて表示されます。通常、PWMプレーヤ484は単一のデジタル波形のみを出力しますが、必要に応じて複数の出力を生成できます。たとえば、示されている例では、出力493aには2つのPWMパルスの乗法の組み合わせが含まれていますが、出力493bはGpulse(t)と同じであり、Gsynth(t)=1を意味します。PWMプレーヤ484は一定の時不変値を出力することもできますGsynth(t)・Gpulse(t)=1。 This means that for each cycle of duration T PWM from time xT PWM ≦ t < (xT PWM + DT PWM ), the magnitude of the PWM player's output is equal to the input (on state), and for the interval (xT PWM + DT PWM ) ≦ t < (x + 1)T PWM , the PWM player's output is grounded and is a digital "0." By chopping the input G synth (t) with the PWM pulse G pulse (t), the waveform at output 493a is digitized with a value equal to G synth (t) · G pulse (t). The underlying waveform is superimposed on top of PWM signal 494. Typically, PWM player 484 outputs only a single digital waveform, but it can generate multiple outputs if desired. For instance, in the example shown, output 493a contains the multiplicative combination of two PWM pulses, while output 493b is the same as G pulse (t), meaning G synth (t) = 1. PWM player 484 can also output a constant time-invariant value: G synth (t) · G pulse (t) = 1.

LEDプレーヤ操作の3番目のステップは、LEDドライバ485です。図42に示すように示されるように、基準クロックΦrefに同期されたLEDドライバ485は、ドライバパラメトリック495をPWMプレーヤ484の出力と組み合わせて、LED駆動ストリーム497を生成する。デジタル信号を出力する波形シンセサイザ483およびPWMプレーヤ484とは異なり、LEDドライバ485の出力はアナログである。ドライバパラメトリック495を使用して、プログラム可能な基準電流496が大きさαIref(t)で生成され、PWMプレーヤ484の出力で乗算される。具体的には、Gsynth(t)・Gpulse(t)は、αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)で構成される出力497を生成します。グラフ498に示されている出力波形ILEDは、時間変化する波形、具体的には正弦波、デジタルパルス、および時間の経過とともに変化する電流を示します。PWMプレーヤ484は、LEDドライバ485への入力として単一の出力を出力することができるが、必要に応じて、2つ以上の異なる出力を提供することも可能である。このようなケースは、たとえば、体の各部分を一意に、つまり組織の特異性を高めるために多くのゾーンが必要な大規模なPBTシステムで役立つ可能性があります。 The third step in LED player operation is the LED driver 485. As shown in FIG. 42, the LED driver 485, synchronized to a reference clock Φ ref , combines a driver parametric 495 with the output of the PWM player 484 to generate an LED drive stream 497. Unlike the waveform synthesizer 483 and PWM player 484, which output digital signals, the output of the LED driver 485 is analog. Using the driver parametric 495, a programmable reference current 496 is generated with magnitude αI ref (t) and multiplied by the output of the PWM player 484. Specifically, G synth (t) · G pulse (t) generates an output 497 composed of αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t). The output waveform I shown in graph 498 is a time-varying waveform, specifically a sine wave, a digital pulse, and a current that varies over time. The PWM player 484 can output a single output as input to the LED driver 485, but it can also provide two or more different outputs if desired. This could be useful, for example, in a large PBT system where many zones are required to uniquely target each body part, thus increasing tissue specificity.

LED再生の全プロセスは、図43の例に要約されている,波形シンセサイザ483、PWMプレーヤ484、およびLEDドライバ485を順次利用して、LED駆動ストリーム497を生成する。従来技術の方法とは異なり、開示された分散型PBTシステムのLEDドライブは、LEDパッドとは別個の別個の共通のPBTコントローラ内のすべての治療ライブラリおよびPBTシステム制御を有利に維持しながら、完全にLEDパッド内で生成される。波形生成プロセスは、LED内で生成された周波数Φsysのシステムクロックを利用してタスクを実行するため、長いラインに高速クロックを分散させる必要がありません。PWMプレーヤ484およびLEDドライバ485と波形シンセサイザ483との同期を保証するために、システムクロックΦsysは、ソフトウェアまたはハードウェアカウンタを使用して分割されて、基準クロックΦrefを生成する。そのため、特定のLEDパッド内でのLEDの再生は完全に同期しています。波形シンセサイザ493とPWMプレーヤ484はどちらも、さまざまな持続時間のデジタル0状態と1状態の間の繰り返し遷移を含むデジタルPWM信号を出力しますが、LEDドライバの出力はアナログであり、正弦波を含むがこれらに限定されない任意の波形でLED輝度を駆動できます。正弦波、正弦波の弦、三角形の波、鋸歯状の波、音響または電子音楽のオーディオサンプル、シンバルクラッシュおよびその他のノイズソースのオーディオサンプル、および20Hz~20kHzのオーディオスペクトル内の任意の周波数。0番目から9番目の音楽オクターブまで。また、周波音の範囲でLED伝導を調節製造され、ある-1位および-2番目のオクターブを、例示のために0.1Hzまでダウン、または直流(0Hz)でLEDを駆動することで、連続的波を提供します(CW)操作。 The entire LED regeneration process, summarized in the example of FIG. 43, sequentially utilizes a waveform synthesizer 483, a PWM player 484, and an LED driver 485 to generate an LED drive stream 497. Unlike prior art methods, the LED drive of the disclosed distributed PBT system is generated entirely within the LED pad, advantageously keeping all therapy libraries and PBT system control in a common PBT controller separate and distinct from the LED pad. The waveform generation process utilizes a system clock with a frequency Φ sys generated within the LED pad to perform its tasks, eliminating the need for high-speed clocks distributed over long lines. To ensure synchronization between the PWM player 484 and LED driver 485 and the waveform synthesizer 483, the system clock Φ sys is divided using software or a hardware counter to generate a reference clock Φ ref . Therefore, the regeneration of LEDs within a particular LED pad is fully synchronized. While the waveform synthesizer 493 and PWM player 484 both output digital PWM signals containing repeated transitions between digital 0 and 1 states of varying duration, the LED driver output is analog and can drive LED brightness with any waveform, including, but not limited to, sine waves, sinusoidal chords, triangle waves, sawtooth waves, audio samples of acoustic or electronic music, audio samples of cymbal crashes and other noise sources, and any frequency within the audio spectrum from 20 Hz to 20 kHz, from the 0th to the 9th musical octaves. Additionally, LED conduction can be tailored to a range of frequencies, including the -1st and -2nd octaves, down to 0.1 Hz for example, or by driving the LED with direct current (0 Hz) to provide continuous wave (CW) operation.

各パッドは独立してPBTコントローラと非同期的に通信し、各LEDパッドはLED再生のための独自の内部時間基準を生成するので、厳密に言えば、開示された分散PBTは非同期システムであることに留意されたい。とはいえ、高いクロックレート、正確な時間基準、および高速通信ネットワークにより、LEDパッド間のタイミングの不一致はマイクロ秒の範囲であり、UI制御とUX応答では認識できず、PBTの有効性に影響を与えません。 Note that strictly speaking, the disclosed distributed PBT is an asynchronous system, since each pad independently communicates asynchronously with the PBT controller and each LED pad generates its own internal time reference for LED playback. That said, due to the high clock rate, precise time reference, and high-speed communication network, timing discrepancies between LED pads are in the microsecond range, are imperceptible to UI control and UX response, and do not affect the effectiveness of the PBT.

分散型PBTシステムにおける波形合成 Waveform synthesis in distributed PBT systems

分散型PBTシステムでは、1つのPBTコントローラが3、6、またはそれ以上などの多くのインテリジェントLEDパッドを制御します。必要なインテリジェントLEDパッドの数のため、経済的考慮により、LEDパッドの複雑さ、特にパッドμP339のコストと処理能力を制限することが義務付けられています。同様に、製品コストを管理するには、LEDパッド内の合計メモリも制限する必要があります。計算能力とメモリが限られているため、分散型PBTシステムのLEDパッド内で波形を合成するには、いくつかの基準を満たす必要があります。
・LEDパッドに転送または保存されるデータの量を制限する必要があります。
・LEDパッドで実行される計算は、絶対に避けられない場合やまれでない限り、関数や行列演算などの複雑な反復プロセスを避けて、加算や減算などの単純な算術計算を含むことが望ましいです。
・計算は、最小限の電力消費または加熱でリアルタイムに行う必要があります。
In a distributed PBT system, one PBT controller controls many intelligent LED pads, such as three, six, or even more. Due to the number of intelligent LED pads required, economic considerations mandate limiting the complexity of the LED pads, particularly the cost and processing power of the μP339 pads. Similarly, to control product costs, the total memory within the LED pads must also be limited. Due to limited computing power and memory, several criteria must be met to synthesize waveforms within the LED pads of a distributed PBT system.
- The amount of data transferred or stored on the LED pad should be limited.
Calculations performed on the LED pad should preferably involve simple arithmetic operations such as addition and subtraction, avoiding complex repetitive processes such as function or matrix operations, unless absolutely unavoidable or rare.
Calculations must be done in real time with minimal power consumption or heating.

波形シンセサイザ483の詳細な動作が図44に示されている入力ファイル合成方法550は、関数f(t)553を計算するために使用される波形シンセサイザにロード483選択すると、波形シンセサイザパラメトリック486を含む、いずれかの利用ユニット関数発生器551又はプリミティブ・プロセッサ487のすべてのシステムクロックΦsysに同期実行。波形合成の場合、プリミティブプロセッサ487は、詳細な波形記述、具体的には波形プリミティブ487へのアクセスを必要とする。結果として生じる関数f(t)553は、関数表554に図式的に示される時間t対f(t)のデカルトペアを含む。次に、機能テーブル554は、PWMジェネレータ555によって時間変化するデジタルデータに変換されるプロセスΨP[f(t)]を使用して、シンセ出力ファイル488を生成します。シンセサイザ出力488は、シンセ出力テーブル489と数値的に同等のデジタルPWMファイルを含むGsynth(t)490としてグラフィカルに表されます。 The input file synthesis method 550, the detailed operation of which is shown in FIG. 44, loads 483 into the waveform synthesizer used to calculate the function f(t) 553. Upon selection, any utilization unit, function generator 551, or primitive processor 487, including the waveform synthesizer parametric 486, all executes synchronously to the system clock Φ sys . For waveform synthesis, the primitive processor 487 requires access to a detailed waveform description, specifically waveform primitives 487. The resulting function f(t) 553 contains a Cartesian pair of f(t) versus time t, shown diagrammatically in function table 554. Function table 554 then generates the synth output file 488 using the process ΨP[f(t)], which is converted to time-varying digital data by PWM generator 555. The synthesizer output 488 is represented graphically as G synth (t) 490 which contains the synth output table 489 and the numerically equivalent digital PWM file.

単位関数発生器による波形合成 Waveform synthesis using a unit function generator

ユニット関数発生器551の動作が図45に示されている、数学関数を選択し、関数の値を一連の時間計算して関数テーブル554を生成することを含む。これらの関数は、0.0000から1.0000までの実数に制限されたアナログ値を有するため、「ユニット」関数と呼ばれる。時変関数f(t)=1、つまり「定数」の単位関数の一例を560のグラフに示します。別の関数であるグラフ561に示す単位鋸歯は、式で表されますf(t)=MOD(tf,1)ここで,(tf)はモジュラス関数の引数で、1は底です。つまり、関数は0から1までの線形10進分数です。1の倍数を超える任意の数値の場合、モジュラス関数は残り、たとえば(tf)=2.4の場合、MOD(2,4)=0.4。のこぎり歯では、関数は1まで上昇し、その後0に戻って繰り返されます。一つにランプアップ別の機能及びランプはバックダウンゼロに対称的には、式fで与えられるグラフ562に示す三角波であるf(t)=1-2・ABS[MOD(tf,1)-0.5]。 The operation of the unit function generator 551, shown in Figure 45, involves selecting a mathematical function and calculating the function's values over a series of time periods to generate the function table 554. These functions are called "unit" functions because they have analog values limited to real numbers between 0.0000 and 1.0000. An example of a time-varying function, f(t) = 1, or a "constant" unit function, is shown in graph 560. Another function, the unit sawtooth, shown in graph 561, is represented by the formula f(t) = MOD(tf,1), where (tf) is the argument of the modulus function and 1 is the base. That is, the function is a linear decimal fraction between 0 and 1. For any number greater than a multiple of 1, the modulus function remains constant; for example, if (tf) = 2.4, then MOD(2,4) = 0.4. In a sawtooth, the function rises to 1, then returns to 0 and repeats. The ramp-up function is one, and the ramp is symmetrical to back down to zero. The equation f is a triangular wave shown in graph 562, given by f(t) = 1-2*ABS[MOD(tf,1)-0.5].

周波数f,f,fおよび相対的な大きさA,A,Aのそれぞれの単一の正弦波または3つ以上の正弦波のコードの合成は、式f(t)=Aα(0.5+0.5[Asin(2πtf)+Asin(2πtf)+Asin(2πtf)]/[(A+A+A)])+0.5(1-Aα)。図46に示されるこの数学的プロセスは3つの正弦波564、565、および566をそれぞれ利得580、581、および582で混合し、デジタルワードの線形合計を使用してデジタルミキサ583で合計される。 The composition of a single sine wave or a code of three or more sine waves, each of frequencies f , f , and f and relative magnitudes A , Ab , and A , is expressed by the formula f(t) = (0.5 + 0.5[ sin(2πtfα ) + Ab sin(2πtfβ ) + Ac sin(2πtfβ ) ]/[( + Ab + Ac )]) + 0.5(1- ). This mathematical process, shown in Figure 46, mixes three sine waves 564, 565, and 566 with gains 580, 581, and 582, respectively, and is summed in digital mixer 583 using linear summation of digital words.

デジタル加算、2進数、8進数、16進数の算術加算は、数字は、数字のバイナリまたはバイナリ同等の表現を含むことを除いて進数の加算と同じである、ベース2(b2)、ベース8(b8)、または10ベース(b10)ではなく16ベース(b16)。デジタル加算は専用デバイスを使用して実行できますが、LEDパッドのマイクロコントローラ機能内にある算術論理演算装置(ALU)は、バイナリ数学で必要なタスクを簡単に実行できます。数値sを別の基数に変換してから、それらを代替基数に追加し、基数10に戻すと、同じ結果が得られます。この等価原理は、異なる基数で3つの数値を加算するための以下の表の例に示されています。波形合成のコンテキストでは、追加される数値は、任意の時点での3つの正弦波の瞬時値を表し、3つの数値のデジタル合計を生成するために合計されます。ための例示的な目的、正弦波の値は、によって拡大されている10倍、である場合,A(t)とここで、A=10,x=1-3のための特定の時間tにおける例えば、関数の値f(t)=1,f(t)=0.5、およびf(t)=0.5。ゲイン係数が均等に加重される場合、すなわち、ここで、A=10,A=10、そしてA=10、次いで合計10(Σf(t))=20。この数値を単位関数に変換するには、結果の合計を0.000~1.000の結果の間の小数にスケーリングする必要があります。これは自動範囲関数584によって実行されるタスクです。 Digital addition—binary, octal, and hexadecimal arithmetic—is the same as adding octal numbers, except that the numbers involve the binary or binary equivalent representation of the numbers: base 2 (b2), base 8 (b8), or base 16 (b16) rather than base 10 (b10). While digital addition can be performed using dedicated devices, the arithmetic logic unit (ALU) within the LED Pad's microcontroller functions can easily perform tasks required in binary mathematics. Converting the numbers s to another base, then adding them to the alternative base and converting them back to base 10, produces the same result. This principle of equivalence is illustrated in the example table below for adding three numbers in different bases. In the context of waveform synthesis, the numbers being added represent the instantaneous values of three sine waves at any given time and are summed to produce the digital sum of the three numbers. For illustrative purposes, if the value of a sine wave is scaled by a factor of 10, say A x f x (t 1 ) where A x = 10, and x = 1-3 at a particular time t, the function values f a (t 1 ) = 1, f b (t 1 ) = 0.5, and f c (t 1 ) = 0.5. If the gain factors are weighted equally, i.e., where A a = 10, A b = 10, and A c = 10, then the sum 10(Σf x (t 1 )) = 20. To convert this number to a unit function, the resulting sum must be scaled to a decimal between 0.000 and 1.000. This is the task performed by auto-range function 584.

各時点tについて、A(Σf(t))をゲイン乗数の合計(A+A+A)で割ると、ブレンドされたコードの平均が得られます。均等な重み付けの場合、つまりAx=10の場合、これらのゲイン係数の合計(A+A+A)=30です。上記の合計に適用すると、自動範囲スケーリングは20の合計を変換します。自動範囲スケーリングされた数値20/30=0.666に対して、1.0、0.5、および0.5の瞬時値を持つ3つの数値を平均して得られた数値と同じです。オートレンジ機能は、正弦波が不均一な重み付けでブレンドされている場合にも機能します。この場合、1つまたは複数の正弦波周波数成分が混合を支配します。たとえば、A=20%、A=40%、A=40%のブレンドでは、次のような信号の組み合わせが生成されます。 For each time instant tx , dividing Ax ( Σfx ( tx )) by the sum of the gain multipliers ( Aa + Ab + Ac ) yields the average of the blended code. For equal weighting, i.e., Ax = 10, the sum of these gain factors ( Aa + Ab + Ac ) = 30. When applied to the above sum, auto-range scaling transforms the sum of 20 into an auto-range scaled number of 20/30 = 0.666, the same number obtained by averaging three numbers with instantaneous values of 1.0, 0.5, and 0.5. The auto-range feature also works when sinusoids are blended with uneven weighting. In this case, one or more sinusoidal frequency components dominate the mix. For example, a blend of Aa = 20%, Ab = 40%, and Ac = 40% produces the following signal combination:

この場合、((A+A+A)=100、g(t)=70であるため、オートレンジ関数の出力は0.7になります。オートレンジ機能は正の乗数を使用します。Aα>0を使用して信号をスケーリングし、振幅の圧縮を補正します。なぜならスカラーAαシフト機能だけでなく、そのシフト平均値を、DCオフセット補正項0.5(1-Aα)が正弦波の合計に追加され、関数の平均が0.5に戻されます。 In this case, (A a +A b +A c ) = 100, g(t) = 70, so the output of the autorange function is 0.7. The autorange function uses a positive multiplier; A α > 0 is used to scale the signal to compensate for the amplitude compression. Because we not only shift the scalar A α function, but also its shifted average value, a DC offset correction term, 0.5(1 - A α ), is added to the sine wave sum to bring the function back to a mean of 0.5.

図47は、単位関数発生器に従って作成された、いくつかの正弦波および正弦波コードを示している。示されている例では、それぞれ1オクターブ離れた3つの正弦波(つまり、f=2f=4f)がさまざまなゲイン係数で生成され、さまざまな複雑な関数が生成されます。利得係数[A,A,A]は、周波数成分の混合または「ブレンド」を制御します。コンポーネントは平均化されているため、ゲイン係数は任意の正の実数にすることができます。ただし、便宜上、3つの要素をパーセンテージでスケーリングできます。場合によっては、重み係数がゼロであり、特定の周波数の正弦波がミックスに存在しないことを意味します。例えば、グラフ564において、[A,A,A]=[1,0,0]であるため、正弦波faのみ存在します。同様に、[A,A,A]=[0,1,0],であるグラフ565では,中央のオクターブ正弦波fのみが存在し、であるグラフ566では[A,A,A]=[0,0,1]、最も高いオクターブ正弦波のみが存在します。 Figure 47 shows several sine waves and sinusoidal chords created according to the identity function generator. In the example shown, three sine waves, each an octave apart (i.e., fc = 2fb = 4fa ), are generated with various gain factors to produce various complex functions. The gain factors [ Aa , Ab , Ac ] control the mixing or "blending" of the frequency components. Because the components are averaged, the gain factors can be any positive real number. However, for convenience, the three components can be scaled by percentages. In some cases, the weighting factor is zero, meaning that a sine wave of a particular frequency is not present in the mix. For example, in graph 564, [ Aa , Ab , Ac ] = [1, 0, 0], so only the sine wave fa is present. Similarly, in graph 565 where [A a , A b , A c ] = [0, 1, 0], only the middle octave sine wave f b exists, and in graph 566 where [A a , A b , A c ] = [0, 0, 1], only the highest octave sine wave exists.

この図は、さまざまな混合ブレンドコードも示しています。グラフ567は、周波数fの正弦波の均等加重ミックスブレンド示すfとfを、グラフ568は、周波数の正弦波の均等加重ミックスブレンド示すfとf、グラフ569は、周波数の正弦波の均等加重ミックスブレンドを示しますfとf。2/3番目を有する2つの正弦波の不均一混合ブレンド周波数fの重み付けおよび1/3番目周波数fの正弦波f、グラフ570に示されています。3つの正弦波ミックスには、均等に重み付けされたコード572と不均等に重み付けされた正弦波コード571が含まれます。ここで[A,A,A]=[0.2,0.4,0.4]です。sin(θ)の代数計算ここでx=a,b,c...のθ=ft、は各sin(θ)評価について級数の計算が必要です。[http://www2.clarku.edu/~djoyce/trig/compute.html] This diagram also shows various mixed blend chords. Graph 567 shows an evenly weighted mixed blend of sinusoids of frequency f, f a and f b . Graph 568 shows an evenly weighted mixed blend of sinusoids of frequencies f b and f c . Graph 569 shows an evenly weighted mixed blend of sinusoids of frequencies f b and f c . A non-uniform mixed blend of two sinusoids with 2/3rd weighting of frequency f and a sinusoid of 1/3rd frequency f, f b , is shown in graph 570. A three-sinusoid mix includes an evenly weighted chord 572 and an unevenly weighted sinusoidal chord 571, where [A a , A b , A c ] = [0.2, 0.4, 0.4]. The algebraic calculation of sin(θ), where θ = f x t, for x = a, b, c..., requires the calculation of a series for each sin(θ) evaluation. [http://www2.clarku.edu/~djoyce/trig/compute.html]

ここでn!=n・(n-1)・(n-2)...3・2・1。同じ方法を使用して余弦波形を生成できることに注意してください。これは、波の位相が90°シフトしているためです。正弦波9番目で最も高い波数の正弦波を持つ3つの正弦波コードAx(Σf(t))を生成するには、約20kHz、360度の精密、PWM生成に沿ったすべての前述の計算が必要です。ΨP[f(t)]は、7.2MHzのレート、つまり138ns以内で発生する必要があります。このアプローチは、特に高周波を合成する場合、計算量の多い計算サイクルの浪費と消費電力です。 Here, n = n (n-1) (n-2)...3 2 1. Note that the same method can be used to generate a cosine waveform, but with a 90° phase shift. Generating the three-sine code Ax ( Σfx ( tx )), with the ninth and highest frequency sine wave, requires approximately 20 kHz, 360-degree precision, and all the aforementioned calculations along with PWM generation. ΨP[f(t)] must occur at a rate of 7.2 MHz, or within 138 ns. This approach is computationally intensive, wasting computing cycles and power consumption, especially when synthesizing high frequencies.

プリミティブプロセッサを使用した波形合成 Waveform synthesis using primitive processors

計算量がはるかに少なく、LEDパッドμP339の限られた計算能力によりよく一致する代替方法は、関数を評価するテーブルルックアップの使用です。周期関数の場合、たとえば固定角度または固定パーセンテージでの周期の規則的な増分での関数の値を事前に計算して、本明細書で関数「プリミティブ」と呼ばれるテーブルにロードすることができる。たとえば、sin(θ)の値はその引数の角度θに依存するため、ここで An alternative method that is much less computationally intensive and better matches the limited computing power of the LED Pad μP339 is to use a table lookup to evaluate the function. For periodic functions, the values of the function at regular increments of the period, e.g., at a fixed angle or a fixed percentage, can be pre-calculated and loaded into a table, referred to herein as function "primitives." For example, the value of sin(θ) depends on its argument, the angle θ, so here

正弦関数は周期的であるためsin(θ)の評価が必要になるたびに同じ値を再計算する理由はありません。 Because the sine function is periodic, there is no reason to recalculate the same value every time you need to evaluate sin(θ).

ただし、ルックアップテーブルは、いくつかの基本的なハードルに直面しています。たとえば、テーブルは、以前に計算されたのと同じ入力条件、つまり同じ引数でのみ関数の値を返すことができます。テーブルにsin(45°)の値が含まれているからといって、sin(22°)の値を知っているとは限りません。ルックアップテーブルへのサブルーチン呼び出しでは、入力引数が使用可能な引数と一致することを保証することは、2つが同じ値を使用することを保証するために共同開発されない限り、ありそうにありません。ルックアップテーブルの使用のおけるもう一つの問題は、硬い方程式の問題であり、数桁の周波数にわたって高解像度の波形合成を実行します。例えば、20kHzの正弦波(9番目オクターブ)が16ビット精度のPWMメソッドを使用して合成される場合、必要なサンプルレートは(20,000Hz)(162)=1,310,726,000Hzまたは約1.3GHzです。同じシミュレーションで、0.1Hz(-2位オクターブ)の超低周波音励起パターンが弦に追加された場合、低周波成分の周期はT=1/f=1/(0.1Hz)=10秒です。これは、単一の10秒超低周波音を合成しながら、9オクターブで必要な解像度を維持するには、(1.3GHz)(10秒)=130億データポイントのテーブルが必要であることを意味します。このような巨大なデータテーブルは、PBTコントローラからインテリジェントLEDパッドへの転送に時間がかかりすぎるだけでなく、メモリも多く必要になります。 However, lookup tables face some fundamental hurdles. For example, a table can only return the value of a function under the same input conditions—i.e., the same arguments—as previously calculated. Just because a table contains the value of sin(45°) does not necessarily mean it knows the value of sin(22°). In a subroutine call to a lookup table, it is unlikely to guarantee that the input arguments match the available arguments unless the two are co-developed to ensure they use the same values. Another issue with using lookup tables is the stiff equation problem of performing high-resolution waveform synthesis across several orders of magnitude of frequency. For example, if a 20 kHz sine wave (9th octave) is synthesized using a PWM method with 16-bit precision, the required sample rate is (20,000 Hz)(162) = 1,310,726,000 Hz, or approximately 1.3 GHz. If, in the same simulation, a 0.1 Hz (-2nd octave) infrasound excitation pattern is added to the string, the period of the low-frequency component is T = 1/f = 1/(0.1 Hz) = 10 seconds. This means that to synthesize a single 10-second infrasound tone while maintaining the required resolution at 9 octaves, a table of (1.3 GHz) (10 seconds) = 13 billion data points would be required. Such a large data table would not only take too long to transfer from the PBT controller to the intelligent LED pad, but would also require a lot of memory.

サブルーチン呼び出しとルックアップテーブル間の一致する引数を保証しながら、硬い方程式の問題を解決するには、本明細書に開示される本発明の方法は、共通の数値ベース、例えば基数2を共有する一連のカウンタと組み合わせて、正弦波またはリニア(スカラー)関数などの事前定義された周期波形プリミティブ」を使用する。ここで使用される「プリミティブ」という用語は、波形の表形式の時間に依存しない記述を意味します。波形は、絶対時間ではなく、関数の周期Tに関連して指定された引数を使用して記述されます。たとえば、のこぎり波などの一次関数では、ルックアップテーブルに直線(デカルト)引数を入力すると、一意の値が返されます。期間Tにわたって0から1に傾斜する線形単位鋸歯では、入力pは単位がなく、Tの25%で関数「saw(p)」の値は0.25、Tの78%で関数saw(p)の値は0.78などになります。繰り返しサイクルに対応するには、モジュラス関数MOD(引数、制限)を使用して引数入力「p」を表すと便利です。正の入力のMOD(p,1)は値を返します。0と1との間に囲まれ、すなわち、限界の最大の整数倍で割った余りです。たとえば、任意のzの値に対して、MOD(0.78,1)=0.78,MOD(5.78,1)=0.78とMOD(z.78,1)=0.78です。そのため、繰り返し波形を記述するために必要なのは、1周期Tをカバーするデータのみです。 To solve stiff equation problems while ensuring matching arguments between subroutine calls and lookup tables, the inventive method disclosed herein uses predefined periodic waveform primitives, such as sine waves or linear (scalar) functions, in combination with a set of counters that share a common numeric base, e.g., base 2. As used herein, the term "primitive" means a tabular, time-independent description of a waveform. The waveform is described using arguments specified relative to the function's period T, rather than absolute time. For example, for a linear function such as a sawtooth wave, entering a linear (Cartesian) argument into a lookup table will return a unique value. For a linear unit sawtooth that ramps from 0 to 1 over period T, the input p is unitless, so that at 25% of T the function "saw(p)" has a value of 0.25, at 78% of T the function "saw(p)" has a value of 0.78, and so on. To accommodate repeating cycles, it is convenient to represent the argument input "p" using the modulus function MOD(argument, limit). For a positive input, MOD(p,1) returns a value. It is bounded between 0 and 1, i.e., the remainder when divided by the largest integer multiple of the limit. For example, for any value of z, MOD(0.78,1) = 0.78, MOD(5.78,1) = 0.78, and MOD(z.78,1) = 0.78. Therefore, to describe a repeating waveform, only data covering one period T is needed.

同じ関数が極座標にも適用されます。sin(MOD(θ,360°)を評価すると、sin(0°)とsin(359.99...°).の間で値の繰り返しシーケンスが生成されます。360°では、sin(MOD(360°,360°))=sin(0°)であるため、サイクル全体が繰り返されます。実際のコードまたはスプレッドシートでは、sinまたはその他の三角関数の角度引数θは度ではなくラジアンで表されますが、モジュラス関数の原理とその適用は同じままであることに注意してください。開示された方法でモジュラス関数を使用すると、任意の周期関数のルックアップテーブルのサイズを単一の期間に制限して、テーブルのサイズを劇的に減らすことができます。したがって、各ルックアップテーブルのデータペアの数は、主解像度ξに等しく、ルックアップテーブルへの入力Φとその出力fの間に1対1の対応を提供します。ここで、任意のオクターブxに対して、関係Φ=ξは、ルックアップテーブルサブルーチン呼び出しによって実行される変換を表します。 The same function applies to polar coordinates. Evaluating sin(MOD(θ,360°) produces a repeating sequence of values between sin(0°) and sin(359.99...°). At 360°, the entire cycle repeats because sin(MOD(360°,360°)) = sin(0°). Note that in actual code or spreadsheets, the angle argument θ to sin or other trigonometric functions would be expressed in radians rather than degrees, but the principles of the modulus function and its application remain the same. Using the modulus function in the disclosed manner can limit the size of a lookup table for any periodic function to a single period, dramatically reducing the size of the table. Thus, the number of data pairs in each lookup table is equal to the principal resolution ξ , providing a one-to-one correspondence between the input to the lookup table Φx and its output fx . Here, for any octave x, the relationship Φx = ξxfx represents the transformation performed by the lookup table subroutine call.

これらの関数プリミティブは、数学関数を記述する時間に依存しない状態のコレクションで構成されますが、波形合成では、時間変化する波形を生成するために、デジタルクロックまたはアナログクロックのいずれかを含む発振器と組み合わせる必要があります。特に、三角波や鋸歯状波などの周期Tの直線関数の場合、引数xはx=t/Tとして表すことができ、正弦波、正弦波コード、およびその他の三角関数の単位関数の場合はθ=tfです。いずれの場合も、時間に依存しない波形プリミティブを時間変化関数に変換するには、時間のソースが必要です。図48Aにアルゴリズム的に表される、時間源の範囲を生成するためのそのような実装の1つは、一連のバイナリ(÷2)デジタルカウンタ590から598を組み合わせて、共通クロックから10個の同期クロック周波数ΦからΦ、具体的には、プログラム可能な周波数を持つシンボルクロックレートΦsymです。次に、クロックを使用して、9オクターブの対応する周波数9Fからオクターブゼロのfまでの対応する周波数を持つオーディオスペクトルの正弦波などの周期関数を合成し、必要に応じてさまざまな組み合わせで混合します。図示されていない同じ方法を使用して、超低周波音、すなわち、20Hz未満の振動波形、および(適切なトランスデューサーが使用されている場合)20kHzを超える周波数を含む超音波を生成することができます。 While these function primitives consist of a collection of time-independent states that describe mathematical functions, waveform synthesis requires them to be combined with oscillators, including either digital or analog clocks, to generate time-varying waveforms. In particular, for linear functions with period T, such as triangle waves or sawtooth waves, the argument x can be expressed as x = t/T, while for sine waves, sinusoidal chords, and other trigonometric identity functions, θ = tf. In either case, a time source is required to convert a time-independent waveform primitive into a time-varying function. One such implementation for generating a range of time sources, algorithmically represented in Figure 48A, combines a series of binary (÷2) digital counters 590 through 598 to generate ten synchronous clock frequencies Φ9 through Φ0 from a common clock—specifically, a symbol clock rate Φsym with programmable frequency. The clocks are then used to synthesize periodic functions, such as audio-spectral sine waves with corresponding frequencies from 9F in the octave to f0 in the octave zero, mixed in various combinations as desired. The same method, not shown, can be used to generate infrasound, i.e., vibration waveforms below 20 Hz, and ultrasound, including frequencies above 20 kHz (if a suitable transducer is used).

合成中、各クロックは、周期関数のルックアップテーブルを使用して、時間変化する波形f(t)に変換されます。たとえば、正弦波、正弦波コード、三角波、鋸歯状波などです。各クロックは、それが作成する波形とペアになります。たとえば、Φはプリミティブ解像度ξの正弦波ルックアップテーブル618を使用して正弦波周波数fを生成し、Φはプリミティブ解像度ξの正弦波ルックアップテーブル613を使用して正弦波周波数fを生成します。プリミティブ解像度ξの正弦波ルックアップテーブル611を使用して、正弦波周波数fを生成します。 During synthesis, each clock is converted into a time-varying waveform f(t) using a periodic function lookup table. For example, sine waves, sinusoidal codes, triangle waves, sawtooth waves, etc. Each clock is paired with the waveform it creates. For example, Φ 8 uses sine wave lookup table 618 with primitive resolution ξ 8 to generate sine wave frequency f 8 , Φ 3 uses sine wave lookup table 613 with primitive resolution ξ 3 to generate sine wave frequency f 3 , and sine wave lookup table 611 with primitive resolution ξ 1 to generate sine wave frequency f 1 .

そして一般的にf=Φ/ξ。したがって、動作中、10オクターブ波形加算実装プリミティブプロセッサ552は、9つのバイナリカウンタ598~590を使用して、入力Φ=ΦsymおよびクロックΦ~Φを含む10個のクロック周波数を生成し、対応する正弦波ルックアップテーブル619~610を駆動して、正弦波f~fを合成する。 And generally, f xxx . Thus, in operation, the 10-octave waveform summation implementation primitive processor 552 uses nine binary counters 598-590 to generate ten clock frequencies, including input Φ 9sym and clocks Φ 8 through Φ 0 , to drive corresponding sine wave lookup tables 619-610 to synthesize sine waves f 9 through f 0 .

混合プロセスは、オクターブデータスイッチ609から600を使用して正弦波の様々な組み合わせを選択し、選択された正弦波成分をデジタルミキサ加算ノード630で混合し、成分がデジタル利得増幅器620から629によって様々なパーセンテージで重み付けされることを含む。ブレンドされた合計は、自動範囲関数631によって0.000~1.000の範囲にスケーリングされます。プリミティブ・プロセッサは、ハードウェアまたはファームウェア制御ハードウェアで実現することができるが、機能は完全にミキサ630は2進加算を使用してデジタル的に実行されるソフトウェアを使用してエミュレートすることができ、自動範囲関数631は、いくつかの除算アルゴリズムの1つを実行するバイナリ数学を使用して実行できます(https://en.wikipedia.org/wiki/Division_algorithm)。不必要な操作の実行を回避するために、プリミティブプロセッサ552は、選択されたオクターブスイッチ600から609に対してのみ操作を実行する。 The mixing process involves selecting various combinations of sine waves using octave data switches 609-600, mixing the selected sine wave components in digital mixer summing node 630, and weighting the components by various percentages using digital gain amplifiers 620-629. The blended sum is scaled to the range 0.000 to 1.000 by auto-range function 631. While the primitive processor can be implemented in hardware or firmware-controlled hardware, the functionality can be fully emulated using software, with mixer 630 being implemented digitally using binary addition, and auto-range function 631 being implemented using binary mathematics, performing one of several division algorithms (https://en.wikipedia.org/wiki/Division_algorithm). To avoid performing unnecessary operations, primitive processor 552 only performs operations on the selected octave switches 600-609.

図48Aに示す方法を使用して、実装プリミティブプロセッサ552は、30年以上の周波数で広帯域幅の波形合成とコード構築を実行し、つまり、ルックアップテーブルと一連のカウンタのみを使用して、20Hzから20,000Hzの周波数範囲にまたがる10オクターブです。開示された方法は、最小限のメモリを必要とする計算効率が高く、実行する電力を計算し、図44のユニット関数発生器551とは異なり、べき級数のリアルタイム評価を含みません。広帯域幅のアルゴリズム波形生成におけるシンセサイザの重要な機能は、カウンタ操作の役割です。カウンタ599~500を合わせて、対応するルックアップテーブル619~610に供給する入力として使用される10オクターブのクロック周波数を生成します。各オクターブは独自の専用クロック周波数によって供給されるため、対応するテーブルのポイント数と、テーブルは、その特定のオクターブに必要な精度に制限されており、他の周波数帯域で使用されるデータは含まれていません。このようにして、開示されたカウンタとルックアップテーブルの組み合わせは、前述の硬い方程式の問題を克服する。計算強度をさらに最小限に抑え、不要な計算を回避するために、ルックアップテーブルのサブルーチン呼び出しは、オクターブスイッチによって選択されたテーブルのみに制限されます。 Using the method shown in FIG. 48A, the implementation primitive processor 552 performs wide-bandwidth waveform synthesis and code construction at frequencies over 30 years, i.e., 10 octaves spanning a frequency range of 20 Hz to 20,000 Hz, using only lookup tables and a series of counters. The disclosed method is computationally efficient, requiring minimal memory and calculation power to execute, and, unlike the unit function generator 551 of FIG. 44, does not involve real-time evaluation of a power series. A key function of the synthesizer in wide-bandwidth algorithmic waveform generation is the role of the counter operation. Counters 599-500 together generate 10 octave clock frequencies used as inputs to corresponding lookup tables 619-610. Because each octave is fed by its own dedicated clock frequency, the number of points in the corresponding table and the table are limited to the precision required for that particular octave and do not include data used in other frequency bands. In this way, the disclosed combination of counters and lookup tables overcomes the stiff equation problem discussed above. To further minimize computational intensity and avoid unnecessary calculations, lookup table subroutine calls are restricted to only the tables selected by the octave switch.

エイリアシングと位相シフトの歪みを回避するために、カウンタカスケード698~590は、チューナ(カウンタ)599から出力されるシンボルレートΦsymと呼ばれる共通クロックに同期されます。便宜上、シンボルレートΦsymは9オクターブ波形合成のクロック信号Φと同等ですが、この関係は任意です。最高合成周波数のPWM分解能よりも高いシンボルレート、Φsym≧ξsymminで十分です。カウンタカスケードは、ハードウェアまたはソフトウェアを使用して実現できます。リップルカウンタを使用することもできますが、クロックの位相シフトを防ぐために同期カウンタが推奨されます。リップルカウンタは、各カウンタステージの出力が次のステージに入力されると同時にすぐに利用できるカウンタカスケードです。各カウンタステージを通過する伝搬遅延のため、高周波数クロックの出力は、低周波数クロックよりも前に状態が変化します。したがって、状態はカスケードを「波打つ」ように変化し、最初のクロックΦが状態を変化させ、しばらくしてΦ、次にΦ、Φ、Φなどが池の表面を横切る波のように波打つように波打ちます。 To avoid aliasing and phase-shift distortion, counter cascades 698-590 are synchronized to a common clock, called Φsym , output from tuner (counter) 599. For convenience, the symbol rate Φsym is equivalent to the 9-octave waveform synthesis clock signal Φ9 , but this relationship is arbitrary. A symbol rate higher than the PWM resolution of the highest synthesis frequency, Φsymξsymfmin , is sufficient. Counter cascades can be implemented using hardware or software. Ripple counters can also be used, but synchronous counters are recommended to prevent clock phase shift. A ripple counter is a counter cascade in which the output of each counter stage is available as soon as it enters the next stage. Due to propagation delays through each counter stage, the output of the high-frequency clock changes state before the low-frequency clock. Thus, states change "ripple" through the cascade, with the first clock Φ 9 changing state, and some time later Φ 8 , then Φ 7 , Φ 6 , Φ 5 , etc. rippling like waves across the surface of a pond.

対照的に、同期カウンタは同期的に動作します。デジタルカウントがカウンタチェーンをリップルするのに時間がかかりますが、出力は同期クロックパルスと同時にのみ変化します。このようにして、カウンタカスケードを介した信号リップルはユーザには見えません。より具体的には、ハードウェアに実装されているかソフトウェアに実装されているかにかかわらず、非同期カウンタはリップルカウンタのように動作しますが、D型フリップフロップ[https://en.wikipedia.org/wiki/flip-flop_(electronics)]ラッチ出力を備えています。Dフリップフロップは、対応する真理値表を持つラッチ信号によって有効になるまで前の状態を保持します。つまり、同期クロックがハイになったときにのみ、データ入力のハイまたはロー状態がラッチ出力にコピーされます。同期クロックはローに戻ることができ、フリップフロップ出力は、次の同期パルスが発生するまで、最後の同期クロックパルスの時点でD入力にあった状態でラッチされたままになります。クロックパルス間のその間隔の間に、各カウンタステージの出力は、カウンタの出力に遷移が表示されることなく変化する可能性があります。回路図の乱雑さを回避するために、カウンタ599から590は、Dフリップフロップラッチまたは同期クロック入力を明示的に描写することなく、同期カウンタを表すことができる。クロック出力ΦからΦの状態を更新する前に、クロック遷移がカウンタカスケードを介して完全にリップルすることを保証するために、同期クロックパルスは、最も低い合成周波数クロックの状態遷移から導出されます。この例では、Φとして表されます。 In contrast, synchronous counters operate synchronously. While the digital count takes time to ripple through the counter chain, the output changes only simultaneously with the synchronous clock pulse. In this way, signal ripple through the counter cascade is invisible to the user. More specifically, whether implemented in hardware or software, asynchronous counters operate like ripple counters, but with D-type flip-flops [https://en.wikipedia.org/wiki/flip-flop_(electronics)] with latching outputs. D flip-flops retain their previous state until enabled by a latch signal with a corresponding truth table. This means that the high or low state of the data input is copied to the latch output only when the synchronous clock goes high. The synchronous clock can then return low, and the flip-flop output will remain latched in the state it was at the D input at the time of the last synchronous clock pulse until the next synchronous pulse occurs. During the interval between clock pulses, the output of each counter stage can change without a transition appearing at the counter's output. To avoid cluttering the circuit diagram, counters 599 through 590 can represent synchronous counters without explicitly depicting D flip-flop latches or synchronous clock inputs. To ensure that the clock transitions ripple completely through the counter cascade before updating the state of clock outputs Φ9 through Φ0 , the synchronous clock pulses are derived from the state transitions of the lowest synthesized frequency clock, represented in this example as Φ0 .

カウンタカスケードに供給するシンボルレートΦsymは、プログラマブルカウンタ「チューナ」599を使用してシステムクロックレートΦsysから生成されます。シンボルクロックレートΦsymは、分解能ξsym。で最大出力周波数fminを生成するために生成されます。プリミティブ解像度ξsym。の値は、実行されている波形合成に応じて変更できるチューナ599へのプログラム可能な入力です。本明細書で「プリミティブシンボル解像度」と呼ばれる数値変数ξsymは、最高の合成周波数の解像度として定義され、ここで、ξsym=Φsym/fminは、必要な合成精度に応じて24から65,536の範囲の値を有する。例えば、正弦波合成手段でξsym=96を選択すると、シンセサイザの最高ピッチの正弦波は、Φsym=ξsymmin=96fminの関係によってシンボルクロックレートに関連付けられます。ここで、アークの90°は24ポイントを使用し、3.75°ごとに1ポイントです。動作設定では、チューナ599は、シンボルクロックレートΦsymから導出され、それに調整された周波数のカスケード全体を生成します。ξsymの解像度は、より低い下オクターブのルックアップテーブルと一致する必要はありません。異なる精度レベルξために使用することができるルックアップテーブル600から619または代替的に同一の精度ルックアップテーブルは、一部またはすべての必要な周波数成分を生成するために使用されてもよいです。または、生成されたすべての正弦波に同じルックアップテーブルを使用できます。このような場合、すべての正弦波周波数fの精度は同じですξ=ξ=ξ...ξ=ξ The symbol rate Φ sym that feeds the counter cascade is generated from the system clock rate Φ sys using a programmable counter "tuner" 599. The symbol clock rate Φ sym is generated to produce a maximum output frequency f min with a resolution ξ sym . The value of the primitive resolution ξ sym is a programmable input to tuner 599 that can be changed depending on the waveform synthesis being performed. The numeric variable ξ sym , referred to herein as the "primitive symbol resolution," is defined as the resolution of the highest synthesis frequency, where ξ sym = Φ sym /f min has a value ranging from 24 to 65,536 depending on the synthesis precision required. For example, if ξ sym = 96 is selected for the sine wave synthesis means, the synthesizer's highest pitched sine wave is related to the symbol clock rate by the relationship Φ sym = ξ sym f min = 96f min , where 90° of arc uses 24 points, one point every 3.75°. In an operational configuration, tuner 599 generates an entire cascade of frequencies derived from and tuned to the symbol clock rate Φ sym . The resolution of ξ sym does not need to match the lower octave lookup table. Lookup tables 600 through 619 can be used for different precision levels of ξ x , or alternatively, identical precision lookup tables may be used to generate some or all of the desired frequency components. Alternatively, the same lookup table can be used for all generated sine waves. In such a case, all sinusoidal frequencies f x have the same precision ξ 987 ...ξ 10 .

カウンタカスケード全体が共通のシンボルクロックレートΦsymから駆動されるため、合成された波形の正確な周波数関係は、カウンタ周波数Φとそれに対応するルックアップテーブルの分解能ξによって正確に定義されます。この関係は、バイナリ(2で除算)カウンタを使用して示されていますが、カウンタの除数に制限はありません。2で割ると、周波数が半分になり、音階では1オクターブまたは12半音に相当するので便利です。ただし、カウンタは、それぞれが異なる除数を持つカウンタのカスケードの組み合わせを利用できます。あるいは、カウントがカウンタにロードされるプログラム可能なカウンタを使用することができる。さらに、カウンタは固定クロックレートで動作し、すべてのξデータポイントで1つの完全な発振周期、つまりルックアップテーブルの1つの完全なサイクルを完了するため、任意の2つの周期関数の相対的なタイミングと位相が正確にわかります。たとえば、周波数fとfを持つ2つの正弦波が与えられます。 Because the entire counter cascade is driven from a common symbol clock rate, Φ , the exact frequency relationship of the synthesized waveform is precisely defined by the counter frequency, Φ , and the corresponding lookup table resolution, ξ . This relationship is illustrated using a binary (divide-by-two) counter, but the counter divisor is not limited. Dividing by two is convenient because it halves the frequency, which corresponds to one octave or 12 semitones in the musical scale. However, a cascade of counters, each with a different divisor, can be used. Alternatively, a programmable counter can be used, where the count is loaded into the counter. Furthermore, because the counters run at a fixed clock rate and complete one full oscillation period—that is, one full cycle of the lookup table—at every ξ data point, the relative timing and phase of any two periodic functions are precisely known. For example, given two sine waves with frequencies f and f, the divisors are:

次に、波形の周波数比は次の式で与えられます。 Then, the waveform frequency ratio is given by the following formula:

この比率は、クロックΦを変更するか、ルックアップテーブルの解像度ξを変更することによって周波数スケーリングを実行できることを示しています。たとえば、ξ=ξ=24で一定の解像度のルックアップテーブルが使用される場合、合成された正弦波の周波数比f/fは、クロックレートΦ/Φの比のみに依存します。 This ratio shows that frequency scaling can be achieved by changing the clock Φ x or by changing the lookup table resolution ξ x . For example, if a lookup table of constant resolution is used, with ξ x = ξ y = 24, the frequency ratio f x /f y of the synthesized sine wave depends only on the ratio of the clock rates Φ xy .

そこのような場合、クロック周波数比Φ/Φ=4の結果、同じ音符の2つの正弦波が2オクターブ離れます。たとえば、6番目の1,760Hzの音符Aと、4番目の440Hzの音符Aです。図48Bは、6番目と4番目のオクターブスイッチ606および604のみが有効化され、正弦波ルックアップテーブル616および614のデータにアクセスするために使用されます。各波形はプリミティブ解像度ξ=ξ=24です。出力は、デジタルゲインアンプ626と624によって増幅され、次いで、デジタル加算ノード630で混合されて、混合波形出力を生成する。動作中、チューナ(カウンタ)599は、システムクロックΦsysからシンボルクロックΦsymを生成する。÷2カウンタ598、597、および596のカスケードは、シンボルクロックΦsymを除算して6オクターブクロックΦを生成し、カウンタ595および594で除算して4オクターブクロックΦを生成します。 In such a case, the clock frequency ratio Φ xy = 4 results in two sine waves of the same note two octaves apart. For example, note A at 1,760 Hz at the sixth note and note A at 440 Hz at the fourth note. Figure 48B shows only the sixth and fourth octave switches 606 and 604 enabled and used to access data in sine wave lookup tables 616 and 614. Each waveform has a primitive resolution ξ 6 = ξ 4 = 24. The outputs are amplified by digital gain amplifiers 626 and 624 and then combined in digital summing node 630 to produce a combined waveform output. In operation, tuner (counter) 599 generates a symbol clock Φ sym from the system clock Φ sys . A cascade of ÷2 counters 598, 597, and 596 divides the symbol clock Φ sym to generate the 6-octave clock Φ 6 , which is divided by counters 595 and 594 to generate the 4-octave clock Φ 4 .

結果として得られる2つの正弦波弦は、合計によって与えられます。 The resulting two sine waves are given by their sum:

乗数[0.5+0.5・(周期式)]は、ゼロ平均値を中心とする正弦波のピークの大きさを±1から±0.5まで怖がらせるために使用されます。加算器0.5は、曲線を+0.5だけ上にシフトして、0.000~1.000の正の範囲にまたがります。図48Cに示されるようにオクターブスイッチ601を有効にすることによって、クロックΦによって駆動されるルックアップテーブル611の構成要素1は、コードに追加されます。クロックΦは、カウンタ593、592、および591を使用してクロックΦから生成されます。追加された1オクターブ周波数成分は次の式で与えられます。 The multiplier [0.5 + 0.5 * (period)] is used to increase the magnitude of the sine wave peaks centered around the zero mean value from ±1 to ±0.5. The adder 0.5 shifts the curve up by +0.5 to span the positive range of 0.000 to 1.000. By enabling the octave switch 601 as shown in Figure 48C, component 1 of lookup table 611 driven by clock Φ is added to the code. Clock Φ 1 is generated from clock Φ 4 using counters 593, 592, and 591. The added one-octave frequency component is given by the following equation:

得られた3正弦波コードを加算することによって与えられます。 This is obtained by adding the three resulting sine wave codes.

上記のように、上記の合成方法は、単一の波形プリミティブを利用して、2つまたは3つの正弦波コードを同時に生成します。 As mentioned above, the above synthesis methods utilize a single waveform primitive to generate two or three sinusoidal codes simultaneously.

プリミティブプロセッサ動作の追加の詳細は、図49に示される単一のプリミティブコード合成に示されている。示されるように、チューナ599は、2つのカウンタ-システムクロックカウンタ640およびシンボルクロックカウンタ641を備える。システムクロックカウンタは、周波数ΦsysのμCシステムクロックを、便利な固定周波数(たとえば、5MHz)の基準クロック周波数Φrefに変換するカウンタです。シンボルクロックカウンタ次いで変換ΦrefのシンボルクロックレートΦsymのに正弦合成用カウンタカスケードの基準周波数を定義するために使用されます。示されている例では、カウンタ598から593はバイナリカウンタを含み、上記の表に記載されているように、それぞれ1オクターブ離れた複数の正弦波周波数を生成する。さらに検査すると、バイナリカウンタカスケードがないことがわかります。
・Φは、クロックレートすべてのオクターブにはシンボルレートΦsym用の2の倍数である。
・すべてのオクターブの周波数fは、最大合成周波数fminの2の倍数であり、これは、音階の9番目のオクターブに示されていますが、これに限定されません。
・シンボルクロックレートΦsymと最大合成周波数fminの関係は、合成される最高周波数波形の分解能であるξsymによって決定されます。F乗法製品fminξsym=Φsymカウンタカスケードにおける最高クロックレートを設定します。
・シンボルクロックレートΦと各オクターブxの合成周波数fの関係は、そのオクターブの波形の基本的な解像度であるξによって決定されます。
Additional details of the primitive processor operation are shown in the single primitive code synthesis shown in Figure 49. As shown, tuner 599 comprises two counters—a system clock counter 640 and a symbol clock counter 641. The system clock counter converts the μC system clock, at frequency Φ sys , to a reference clock frequency Φ ref of a convenient fixed frequency (e.g., 5 MHz). The symbol clock counter then converts Φ ref to the symbol clock rate Φ sym, which is used to define the reference frequency of the counter cascade for sine synthesis. In the example shown, counters 598 through 593 comprise binary counters, generating multiple sine wave frequencies, each an octave apart, as listed in the table above. Further inspection reveals that there is no binary counter cascade.
Φ x is the clock rate, which is a multiple of 2 for all octaves and for the symbol rate Φ sym .
All octave frequencies f x are multiples of two of the maximum resultant frequency f min , which is shown in, but not limited to, the ninth octave of the musical scale.
The relationship between the symbol clock rate Φ sym and the maximum synthesis frequency f min is determined by ξ sym , the resolution of the highest frequency waveform to be synthesized. The F-power product f min ξ sym = Φ sym sets the maximum clock rate in the counter cascade.
The relationship between the symbol clock rate Φ x and the composite frequency f x of each octave x is determined by ξ x , which is the fundamental resolution of the waveform of that octave.

単一のプリミティブバイナリカウンタカスケード内のクロックレートと周波数の間のすべての関係は、プリミティブプロセッサに存在する他の周波数に対する正確な比率を含むため、周波数fとξの任意の1つの合成波形の周波数と分解能を設定すると、シンボルレートΦsymと最大周波数fminを含む、カウンタカスケード全体のすべての合成周波数とクロックの周波数が自動的に決定されます。プリミティブプロセスの周波数スケーリングは、次の表に要約されています。 All relationships between clock rates and frequencies within a single primitive binary counter cascade include precise ratios to other frequencies present in the primitive processor, so setting the frequency and resolution of any one composite waveform at frequencies fx and ξx automatically determines the frequencies of all composite frequencies and clocks throughout the counter cascade, including the symbol rate Φsym and maximum frequency fmin . The frequency scaling of the primitive processes is summarized in the following table:

この点に関して、開示されたプリミティブプロセッサは、モノフォニック楽器を単一の音符またはキーに調整するのと同様に、マルチオクターブシンセサイザ全体が単一の「キー」周波数に設定される「調整」システムを表す。たとえば、Aのキーでチューニングされた楽器。この理由のため、操作シンボルクロックカウンタ641は、すなわちfkey、二つのパラメータによって設定され、642と、ルックアップテーブル645は、プリミティブ解像度ξsym有する選択キー。示されているように、ルックアップテーブル645は、LEDパッド内の揮発性または不揮発性メモリのいずれかに格納され、それは16進コード643などの識別子またはその2進等価コード644によって選択されます。 In this regard, the disclosed primitive processor represents a "tuning" system in which an entire multi-octave synthesizer is set to a single "key" frequency, similar to tuning a monophonic musical instrument to a single note or key. For example, an instrument tuned in the key of A. For this reason, an operational symbol clock counter 641, namely f key , is set by two parameters, 642, and a lookup table 645, which selects a key with a primitive resolution ξ sym . As shown, the lookup table 645 is stored in either volatile or non-volatile memory within the LED pad, which is selected by an identifier, such as a hexadecimal code 643, or its binary equivalent 644.

全体シンセサイザをオクターブの倍数に調整されているので、fkeyの選択キーの選択入力642は任意です。便宜上、デジタルチューニングはピッチの国際周波数規格に準拠することができます。例えば、ピッチ「A」中央C上記第四のオクターブ内に有する周波数440ヘルツ。この440Hzのトーンは、音楽ピッチの一般的なチューニング標準と見なされています[https://en.wikipedia.org/wiki/A440_(pitch_standard)]。A440、A4、またはシュトゥットガルトピッチと呼ばれる国際標準化機構は、ISO-16として分類しています。この標準をプリミティブプロセッサに適合させると、開示されているシンセサイザは、4オクターブの音符または周波数を選択することによって特定のキーに調整されます。 Since the entire synthesizer is tuned to multiples of an octave, the f key selection input 642 is arbitrary. For convenience, digital tuning can conform to an international frequency standard for pitch. For example, pitch "A" has a frequency of 440 Hz, located within the fourth octave above middle C. This 440 Hz tone is considered a common tuning standard for musical pitches [https://en.wikipedia.org/wiki/A440_(pitch_standard)]. Also known as A440, A4, or Stuttgart pitch, the International Organization for Standardization classifies it as ISO-16. Adapting this standard to a primitive processor allows the disclosed synthesizer to be tuned to a specific key by selecting notes or frequencies within the four octaves.

具体的には、入力「キー選択」642は、シンセサイザ全体がチューニングされる4番目オクターブの音符または周波数を設定します。最大合成周波数がオーディオスペクトルの9番目のオクターブになるように、そしてシンセサイザをチューニングするための周波数入力範囲として、任意に4オクターブを選択されている場合、9番目のオクターブと4番目のオクターブは5オクターブ異なります。2=32なので、fmax=f=32fであり、キー選択642に従って最大周波数fmax=32fkeyを設定することを意味します。Φsym=ξsymminが与えられるとΦsym=ξsym(32fkey)になります。例えば、「キーを選択」を440Hz(中央Cより上の標準A)に設定すると、f=440Hzのとfmax=32fkey=32(440Hz)=14,080Hzで、利用可能な合成周波数スペクトル全体が自動的にスケーリングされ、f=14,080Hz,f=7,040Hz、f=3,520Hz、f=1,760Hz、f=880Hz、f=4400Hz、f=220Hz、f=110Hz、f=55Hz、f=22.5Hz、とf-1=11.25Hzになります。fkeyが中央のDに設定されている場合、すべての合成周波数fもDの倍数になります。またはfキーが中央のA設定されている場合、すべてのバイナリ合成周波数もA倍数になります。オクターブ倍数以外の正弦波の合成については、本開示の後半で説明します。 Specifically, the "Key Select" input 642 sets the note or frequency in the fourth octave to which the entire synthesizer is tuned. If four octaves are arbitrarily selected as the frequency input range for tuning the synthesizer, so that the maximum synthesis frequency is in the ninth octave of the audio spectrum, then the ninth and fourth octaves are five octaves apart. Since 25 = 32, fmax = f9 = 32f4 , which means that Key Select 642 sets the maximum frequency fmax = 32fkey. Given Φsym = ξsym and fmin , then Φsym = ξsym ( 32fkey ). For example, if you set Select Key to 440 Hz (standard A above middle C), then f4 = 440 Hz and fmax = 32fkey = 32 (440 Hz) = 14,080 Hz, automatically scaling the entire available synthesis frequency spectrum to: f9 = 14,080 Hz, f8 = 7,040 Hz, f7 = 3,520 Hz, f6 = 1,760 Hz, f5 = 880 Hz, f4 = 4400 Hz, f3 = 220 Hz, f2 = 110 Hz, f1 = 55 Hz, f0 = 22.5 Hz, and f-1 = 11.25 Hz. If the fkey is set to middle D, all synthesis frequencies fx will also be multiples of D. Or if the f key is set to middle A # , all binary synthesis frequencies will also be A # multiples. Synthesis of sine waves other than octave multiples will be discussed later in this disclosure.

図49のプリミティブプロセッサの実装を再び参照するに示されるように、ルックアップテーブル645は、24ポイントの解像度を有する正弦波の典型的なプリミティブ記述を含む。正弦波のこの表形式のプリミティブ記述は、入力としてのsin(θ)の引数θのみに基づいて、時間に依存しません。キーfkeyプリミティブプロセッサは、642を選択キーで選択され、例えば、440Hzのあること、及び解像度ξsym選択することによって確立されたプリミティブをするテーブル645を波形ξsym=24、次いでシンボルクロックレートΦsymと対応周期Tsymはによって与えられます。 Referring again to the implementation of the primitive processor in Figure 49, as shown, lookup table 645 contains an exemplary primitive description of a sine wave with a resolution of 24 points. This tabular primitive description of a sine wave is time-independent, based solely on the argument θ of sin(θ) as input. The key f primitive processor is selected with selection key 642, and the table 645 is populated with primitives established by selecting a waveform ξ sym = 24, e.g., 440 Hz, and a resolution ξ sym , where the symbol clock rate Φ sym and corresponding period T sym are given by:

このシンボルレートは、9オクターブの合成最大周波数fminに対応します。ここで、fmax=f=Φsym/ξsym=(337,920Hz)/24=14,080Hzに対応する周期T=1/f=71.02μsであり、これもTsymξsym=(2.9592...μs)(24)=71.02μs.に相当します。 This symbol rate corresponds to a synthetic maximum frequency f min of 9 octaves, where f max = f 9 = Φ symsym = (337,920 Hz)/24 = 14,080 Hz, corresponding to a period T 9 = 1/f 9 = 71.02 μs, which also corresponds to T sym ξ sym = (2.9592...μs)(24) = 71.02 μs.

バイナリカウンタカスケードを使用して時間参照を確立することにより、時間に依存しない正弦プリミティブテーブル645は、関数646a、具体的にはg(t)の時間ベースの記述に変換される。同じクロックシンボルクロックΦsymは6番目と4番目のオクターブ正弦波647a及び648aを合成するために使用されるクロックΦ及びΦを生成するためのタイムスペースです。 By establishing a time reference using a binary counter cascade, the time-independent sine primitive table 645 is converted into a time-based description of a function 646a, specifically g(t). The same clock symbol clock Φ sym is used in time space to generate clocks Φ 6 and Φ 4 , which are used to synthesize sixth and fourth octave sine waves 647a and 648a.

これらのクロックは、周波数fおよびfを持ち、次の周波数を持つ2つの同期正弦波を合成するために使用されます。 These clocks have frequencies f6 and f4 and are used to synthesize two synchronous sine waves with the following frequencies:

所定の方法で、解像度は等しいが周波数が異なる正弦波を、共通のクロックと単一の波形プリミティブを使用して合成できます。言い換えると、プリミティブテーブルは波形の形状を設定し、解像度ξとカウンタクロックは生成される正弦波の周波数を決定します。次の例の表は、度(またはラジアン)で測定された正弦関数θの引数、正規化された単位正弦波関数0.5+0.5sin(θ)、および周波数で振動する正弦波の状態に対応する時間の関係を示しています。9オクターブでfmax、6オクターブでf、および4オクターブでf In a given way, sine waves of equal resolution but different frequencies can be synthesized using a common clock and a single waveform primitive. In other words, the primitive table sets the shape of the waveform, while the resolution ξ and counter clock determine the frequency of the generated sine wave. The following example table shows the relationship between the argument of the sine function θ measured in degrees (or radians), the normalized unit sine wave function 0.5 + 0.5 sin(θ), and the corresponding times for states of a sine wave oscillating at frequencies fmax in the 9th octave, f6 in the 6th octave, and f4 in the 4th octave.

この表は0°から90°の間の詳細なパターンを示していますが、簡潔にするために、他の3つの象限の詳細な15°の説明は冗長であり、除外されています(正弦波は対称関数であるため、4つの象限すべてを1象限のデータ)。正弦波の360°サイクルを完了するのに必要な時間、つまり周期Tは、正弦波の周波数によって異なります。たとえば、前述の計算と一致して、周波数f、f、fの正弦波はそれぞれ71μs、568μs、および2,273μsの周期を含みます。具体的には、引数θ=90°=π/2の場合の関数0.5+0.5sin(θ)=1の値。正弦波Tの周期は、θ=360°=2πの場合、この持続時間の4倍で発生します。たとえば、Aのキーに調整された6オクターブの正弦波は、そのサイクルの4分の1を完了するのに142μsを必要とするため、その周期はT=4(142.05)=569.2μsです。 This table shows the detailed pattern between 0° and 90°, but for brevity, the detailed 15° descriptions for the other three quadrants are redundant and omitted (since sine waves are symmetrical functions, all four quadrants are shown in one quadrant). The time required to complete a 360° cycle of a sine wave, or its period, T, varies with the frequency of the sine wave. For example, consistent with the previous calculation, sine waves with frequencies f9 , f6 , and f4 have periods of 71 μs, 568 μs, and 2,273 μs, respectively. Specifically, the value of the function 0.5 + 0.5 sin(θ) = 1 when the argument θ = 90° = π/2. The period of the sine wave, T, occurs in four times this duration when θ = 360° = 2π. For example, a six-octave sine wave tuned to the key of A requires 142 μs to complete one-quarter of its cycle, so its period is T 6 = 4(142.05) = 569.2 μs.

図50記載示すコード合成ブレンドする2つの正弦波を用いてプリミティブ単一の波形を使用してクロック生成バイナリカスケードカウンタから、時間独立した時間ベースこの例では、プリミティブ波形の分解能はξsym=ξ=24(図示せず)を含むDのキーで時間ベースの正弦波テーブル647および648に変換されるの周波数f=1,168Hz及びはそれぞれf=292Hzです。次に、成分正弦波は、デジタル乗算演算を使用して算術的に実行される利得乗数A6およびA4を有するデジタル利得増幅器626および624によって振幅が増加または減少される。次に、2つの正弦波は、デジタル加算ノード630によって混合されて、加算g(t)を生成し、ここで Figure 50 illustrates a code synthesis using a binary cascade counter to generate a single waveform primitive with independent time bases, f(t) = 1,168 Hz and f(t) = 292 Hz, respectively, which are converted to time-based sine wave tables 647 and 648 in a key of D with a resolution of ξ sym = ξ x = 24 (not shown). The component sine waves are then increased or decreased in amplitude by digital gain amplifiers 626 and 624 with gain multipliers A6 and A4, which are implemented arithmetically using digital multiplication operations. The two sine waves are then mixed by digital summing node 630 to produce the sum g(t), where

除数(A+A)で加重平均を使用すると、次のようになります。 Using weighted average with divisor (A 6 +A 4 ), we get:

平均化中、[A6+A4]という用語は、関数の平均値を変更する分数の分子と分母の両方に表示されるため、0.5オフセットに影響を与えません。オートレンジ機能の第二の目的は、ある正弦最大化することによって成分をAαフルスケールには、関数の平均の実際の変化でありません。0.5の平均値のシフトを回避するために、ここに開示されている自動範囲関数は、加法補正係数0.5(1-Aα)を使用します。 During averaging, the term [A6 + A4] appears in both the numerator and denominator of a fraction that changes the mean value of the function, and therefore does not affect the 0.5 offset. A secondary objective of the auto-range function is to maximize the sinusoidal component to full scale, without any actual change in the mean of the function. To avoid a 0.5 mean value shift, the auto-range function disclosed herein uses an additive correction factor of 0.5(1- ).

説明したように、合計g(t)は、ゲイン係数Aαによるデジタル乗算とともに正弦波成分の加重平均を実行するスカラー[Aα/(A6+A4)]によるオートレンジ機能631によってスケーリングされます。表形式649に示される結果として生じる時間変化波形f(t)553は、平均値が0.5であり、範囲にわたって周期関数の振幅を最大化する能力を有する周波数fおよびfの2つの正弦波の弦655を表す0.000から1.000まで、信号のクリッピングや歪みはありません。次に、PWMジェネレータ555は、PWM変換ΨP[f(t)]によってf(t)を処理し、Gsynth(t)と呼ばれるデータ499のPWM文字列を含むシンセ出力データ488を生成する。 As explained, the sum g(t) is scaled by auto-ranging function 631 by the scalar [ /(A6+A4)], which performs a weighted average of the sinusoidal components along with digital multiplication by gain factor . The resulting time-varying waveform f(t) 553, shown in tabular form 649, represents two sinusoidal chords 655 at frequencies f6 and f4 , with a mean value of 0.5 and the ability to maximize the amplitude of the periodic function over the range 0.000 to 1.000, without clipping or distortion of the signal. PWM generator 555 then processes f(t) through the PWM transformation ΨP[f(t)], producing synth output data 488, which includes a PWM string of data 499 referred to as G synth (t).

開示された合成方法から生じる1つの問題は、量子化ノイズである。単一の正弦波でもこの問題は発生しませんが、2つ以上の正弦波を追加すると、波形にノイズが発生します。このノイズの発生源を図51Aに示します。ここでは、バイナリカウンタ596~593のカスケードを使用して、入力周波数の半分の3つのクロックΦ,ΦとΦを生成しています。ξ=24の固定プリミティブ解像度用いて、f,f,及びfの結果の正弦波データテーブル651に表形式で示されています。調べてみると、周波数fのデータは、クロック時間Φに1対1で一意に対応していますが、他の周波数はそれほど急速には変化していませんたとえば、t=0.1727とt=0.1784の両方の場合、正弦波fが変化しても、正弦波fのデータ値は0.7500で一定のままです。同様に、低周波数の正弦波fの場合、fデータが4回変化しても、t=0.1427から0.2497までの間隔で出力されるデータは0.6294で一定のままです。 One issue arising from the disclosed synthesis method is quantization noise. While a single sine wave does not present this problem, adding two or more sine waves introduces noise into the waveform. The source of this noise is shown in Figure 51A. Here, a cascade of binary counters 596-593 is used to generate three clocks, Φ6 , Φ5 , and Φ4 , at half the input frequency. Using a fixed primitive resolution of ξ=24, the resulting sine wave data for f6 , f5 , and f4 are tabulated in table 651. Upon inspection, we see that the data for frequency f6 corresponds uniquely, one-to-one, to clock time Φ6 , while the other frequencies do not change as rapidly. For example, at both t=0.1727 and t=0.1784, the data value for sine wave f5 remains constant at 0.7500 as sine wave f6 changes. Similarly, for the low frequency sine wave f4 , the data output for the interval t = 0.1427 to 0.2497 remains constant at 0.6294 even though the f6 data changes four times.

異なるクロックレートで固定解像度プリミティブを使用することの影響が図3に示されている。図51Bでは、一定の時間間隔で、様々な曲線が対比されている。図示持続時間、周波数fの正弦波グラフに652点の展示示さないデジタル化雑音を。周波数fのコントラスト正弦波でΦ/2ξによって生成されたグラフ653点の展示ノイズの小さいが顕著度を示します。fの2オクターブ下のグラフ654のf正弦波,つまり、ξ=24でf=Φ/4ξの場合、かなりのノイズが見られます。イズの問題は、fとfを組み合わせたグラフ655の2正弦波コードで顕著であり、周波数fとfの正弦波の合計を示すグラフ656ではさらに誇張されています。 The impact of using fixed-resolution primitives at different clock rates is illustrated in Figure 3. In Figure 51B, various curves are contrasted over a fixed time interval. For the duration shown, graph 652 shows no digitization noise for a sine wave of frequency f6 . A contrasting sine wave of frequency f5 , generated by Φ6 /2ξ, graph 653, exhibits a small but noticeable degree of noise. For the f4 sine wave of graph 654, two octaves below f6 , i.e., f4 = Φ6 /4ξ at ξ = 24, significant noise is evident. The noise problem is evident in the two-sine code of graph 655, combining f6 and f5 , and is further exaggerated in graph 656, showing the sum of sine waves of frequencies f5 and f4 .

この問題に対する1つの解決策が図52Aに示されている。三つの異なる周波
数f、f、及びfは、共通のクロック周波数Φから生成される。クロック周波数をスケーリングするのではなく、解像度をスケーリングし、より高い解像度のプリミティブを使用して、より低い正弦波周波数を生成します。具体的には、ルックアップテーブル616では、ξ=24であり、ルックアップテーブル615では、プリミティブ解像度は2倍のξ=2ξ=48になり、同様に、ルックアップテーブル614ではξ=4ξ=96になります。
One solution to this problem is shown in Figure 52A. Three different frequencies f6 , f5 , and f4 are generated from a common clock frequency Φ6 . Rather than scaling the clock frequency, the resolution is scaled and higher resolution primitives are used to generate the lower sinusoidal frequencies. Specifically, in lookup table 616, ξ6 = 24, and in lookup table 615, the primitive resolution is doubled to ξ5 = 2ξ6 = 48; similarly, in lookup table 614, ξ4 = 4ξ6 = 96.

したがって、共通クロックΦから生成される正弦波周波数f、f、およびf
は、表661に示すように、すべて互いに2の因数です。このように、時間ステップは生成されたすべての周波数に対して一定です。図52Bに示される結果の曲線は、正弦波662、623、および624、ならびにコード665および666を含むは、この解像度では量子化エラーの兆候を示していません。この方法を使用した任意の2つの正弦波の周波数比は、以前に定義された基準があるため、正確なままです。
Therefore, the sinusoidal frequencies f 6 , f 5 , and f 4 generated from the common clock Φ 6
are all factors of two relative to one another, as shown in Table 661. Thus, the time step is constant for all frequencies generated. The resulting curves shown in Figure 52B, including sine waves 662, 623, and 624, as well as codes 665 and 666, show no signs of quantization error at this resolution. The frequency ratio of any two sine waves using this method remains accurate due to the previously defined criteria.

場合維持されるΦ=Φ If Φ xy it holds.

本明細書でスケーリングされたプリミティブ総和660と呼ばれるこの方法は、図52Cの3つの合成された正弦波をブレンドする弦の単一のプリミティブ総和650とは対照的である。これにおいて単一のプリミティブ総和650、テーブル616,615及び614まで正弦波ルックのブロック図は、それらの解像度ξ=24で同一であるが、3つの異なるクロックによって供給されるΦ、Φ=Φ/2、およびΦ=Φ/4バイナリカスケードカウンタから生成されました。結果として得られるコード659の時間グラフは、重大なデジタル化ノイズを示しています。対照的に、スケーリングされたプリミティブ加算660は、共通のクロックΦを使用して、3つの異なる解像度ルックアップテーブル616、615、および614を、対応する順序でx=6,5,および4に対して増加する解像度ξ=24,48,および96で駆動する。結果として得られる波形669は、この解像度ではデジタル化ノイズの兆候を示していません。 This method, referred to herein as scaled primitive summation 660, contrasts with the single primitive summation 650 of chords blending three composite sine waves in FIG. 52C. In this, the block diagram of the sine wave lookup tables 616, 615, and 614 are identical at their resolution ξ = 24, but generated from Φ 6 , Φ 5 = Φ 6 /2, and Φ 4 = Φ 6 /4 binary cascade counters fed by three different clocks. The time graph of the resulting code 659 shows significant digitization noise. In contrast, scaled primitive summation 660 uses a common clock Φ 6 to drive three different resolution lookup tables 616, 615, and 614 at increasing resolution ξ x = 24, 48, and 96 for x = 6, 5, and 4, respectively. The resulting waveform 669 shows no signs of digitization noise at this resolution.

プリミティブルックアップテーブルの最大サイズを制限するために、オーディオスペクトルをバンドに分割できます。たとえば、上、中、下の音階、およびゼロオクターブと負のオクターブの超低周波音帯(つまり、20Hz未満)。このようなアプローチは、図53に示される4レンジスケーリングされたプリミティブ合成ブロック図で採用されている。このにおける模範プリミティブプロセッサ、チューナ599は、システムクロックカウンタ640及びシンボルクロックカウンタ641を含む変換システムクロックΦsysのその固定基準周波数にΦref、例えば5MHzで、どこシンボルカウンタがΦsymクロック周波数生成定義されていることにより、を比Φsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)第オクターブにおける鍵選択入力642、音符またはキーに応じました。チューナ590であって、カウンタのカスケードに三8分周カウンタ672、673及び674は、4つの周波数はクロックを生成する共生成れるΦsym,Φ=Φsym/8,Φ=Φsym/64,そしてΦ=Φsym/512。カウンタ672を通るが6734それぞれ含む三段バイナリカスケードカウンタ、簡潔のために単一÷8つのカウンタとして示されています。 To limit the maximum size of the primitive lookup table, the audio spectrum can be divided into bands. For example, the upper, middle, and lower musical scales, and the infrasonic band (i.e., below 20 Hz) of the zero and negative octaves. Such an approach is employed in the four-range scaled primitive synthesis block diagram shown in FIG. 53. The exemplary primitive processor in this example, tuner 599, includes a system clock counter 640 and a symbol clock counter 641 that converts the system clock Φ sys to its fixed reference frequency Φ ref , e.g., 5 MHz, where the symbol counter generates the Φ sym clock frequency defined by the ratio Φ symref = (32ξf key )/(5 MHz) in response to a key selection input 642, a note or key in the octave. In tuner 590, a cascade of counters, 3 divide-by-8 counters 672, 673, and 674, co-generate four frequency clocks: Φ sym , Φ 6 = Φ sym /8, Φ 3 = Φ sym /64, and Φ 0 = Φ sym /512. Counters 672 through 673 each contain three-stage binary cascade counters, shown as single divide-by-8 counters for simplicity.

カスケードの最高周波数クロック、シンボルクロックΦsymは、その後、4つのバンドに正弦波を合成するために使用されます。上位帯域では、Φsymを使用して、セレクタ609、608、および607に従って、それぞれ正弦波f,f及びfを生成します。セレクタスイッチが有効になっている場合、Φsymのクロックパルスが対応する正弦波ルックアップテーブル699、698、または697に渡され、必要に応じて正弦波f,fおよびfが生成されます。 The highest frequency clock in the cascade, the symbol clock Φ sym , is then used to synthesize sine waves for the four bands. In the upper bands, Φ sym is used to generate sine waves f9 , f8 , and f7 , respectively, according to selectors 609, 608, and 607. When the selector switches are enabled, the clock pulses of Φ sym are passed to the corresponding sine wave lookup tables 699, 698, or 697 to generate sine waves f9 , f8 , and f7 as needed.

具体的には、分解能ξ=24の正弦波699を有効にすると、周波数f9=Φsym/ξの正弦波fが生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の32倍で、シンボル周波数Φsymの1/24番目です。同じ上部音響で、分解能ξ=48の正弦波698を有効にすると、周波数f=Φsym/ξ=Φsym/(2ξ)の正弦波fが生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の16倍で、シンボル周波数Φsymの1/48番目です。同様に、分解能ξ=96の正弦波697を有効にすると、周波数f=Φsym/ξ=Φsym/(4ξ)の正弦波fが生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の8倍で、シンボル周波数Φsymの1/96番目です。周波数f,f及びfの正弦波の生成は、同じクロック周波数Φsymから行われるため、それらの波形合成は同じ時間増分を使用し、それによって、前述の上部音響内のデジタル化エラーの問題を回避します。 Specifically, activating sine wave 699 with resolution ξ 9 = 24 generates sine wave f 9 with frequency f 9 = Φ sym9. The frequency of this sine wave is 32 times the selected frequency of the f key and 1/24th of the symbol frequency Φ sym . For the same upper acoustic, activating sine wave 698 with resolution ξ 8 = 48 generates sine wave f 8 with frequency f 8 = Φ sym8 = Φ sym / (2ξ 9 ). The frequency of this sine wave is 16 times the selected frequency of the f key and 1/48th of the symbol frequency Φ sym . Similarly, activating sine wave 697 with resolution ξ7 = 96 generates sine wave f7 with frequency f7 = Φsym / ξ7 = Φsym /( 4ξ9 ). The frequency of this sine wave is eight times the fkey selection frequency and 1/96th of the symbol frequency Φsym . Because the sine waves of frequencies f9 , f8 , and f7 are generated from the same clock frequency Φsym , their waveform synthesis uses the same time increments, thereby avoiding the problem of digitization errors in the upper acoustics mentioned above.

同じクロックΦsymもカウンタ672で8で除算され、中間範囲スケールでのf,f及びfの正弦波合成に使用される低周波数レートのクロックΦを生成します。セレクタスイッチ605、606及び604のいずれかが有効にされる場合、Φ=(Φsym/8)を含むクロックパルスが対応する正弦波ルックアップテーブル696、695、または694に渡され、必要に応じて正弦波f,f,fを生成する。具体的には、分解能ξ=24の正弦波696を有効にすると、周波数f=Φ/ξ6=Φsym/(8ξ)の正弦波fが生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の4倍で、シンボル周波数Φsymの1/192です。同じ中音響で、分解能ξ=48の正弦波695を有効にすると、周波数f=Φ/ξ=Φsym/(16ξ)の正弦波fが生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の2倍で、シンボル周波数Φsymの1/384です。同様に、分解能ξ=96の正弦波694を有効にすると、周波数f=Φ/ξ=Φsym/(32ξ)の正弦波fが生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数とシンボル周波数Φsymの1/768に等しくなります。周波数を有する正弦波を生成するため,f,f,f同一のクロック周波数から来るΦ=(Φsym/8)波形合成は、それにより、同一の時間増分を採用中間スケール内でデジタル化誤差の前述の問題を回避します。 The same clock Φ sym is also divided by 8 in counter 672 to generate a low-frequency rate clock Φ sym used to synthesize the sine waves f 6 , f 5 , and f 4 at the mid-range scale. When any of selector switches 605, 606, and 604 is enabled, a clock pulse containing Φ sym /8 is passed to the corresponding sine wave lookup table 696, 695, or 694 to generate the sine waves f 6 , f 5 , and f 4 as needed. Specifically, enabling sine wave 696 with resolution ξ 6 =24 generates sine wave f 6 with frequency f 6sym /ξ 6 =Φ sym /(8ξ 6 ). The frequency of this sine wave is four times the f key selection frequency and 1/192 of the symbol frequency Φ sym . For the same medium sound, activating sine wave 695 with resolution ξ5 = 48 generates sine wave f5 with frequency f5 = Φ6 / ξ5 = Φsym / ( 16ξ6 ). The frequency of this sine wave is twice the fkey selection frequency and 1/384 of the symbol frequency Φsym . Similarly, activating sine wave 694 with resolution ξ4 = 96 generates sine wave f4 with frequency f4 = Φ6 / ξ4 = Φsym / ( 32ξ6 ). The frequency of this sine wave is equal to the fkey selection frequency and 1/768 of the symbol frequency Φsym . To generate sine waves with frequencies f6 , f5 , and f4 coming from the same clock frequency Φ6 = ( Φsym /8), the waveform synthesis employs identical time increments, thereby avoiding the aforementioned problem of digitization errors within the intermediate scale.

正弦波F生成するf,f,fより低い規模で、クロックΦをれるカウンタ673に8で除算Φ低周波数レートクロックを生成する。任意選択スイッチであれば603、602、及び601がイネーブルされ、クロックパルス前記Φ=(Φsym/64)対応するに渡されるテーブル693,692,または691まで丁正弦波ルックfの正弦波を生成するためにf,f,f望まれます。具体的には、分解能でξ=24の正弦波693を有効にすると、周波数f=Φ/ξ=Φsym/(64ξ)の正弦波fが生成されます。この正弦波の周波数fは、fkeyキーの選択周波数の1/2番目であり、シンボル周波数Φsymの1/1,536です。同じ低いスケールで、分解能ξ=48の正弦波692を有効にすると、周波数f=Φ/ξ=Φsym/(128ξ)の正弦波fが生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の1/4番目で、シンボル周波数Φsymの1/3,072です。同様に分解能ξ=96の正弦波691を有効にすると、周波数f=Φ/ξ=Φsym/(256ξ)の正弦波fが生成されます。この正弦波の周波数は、fkeyキーの選択周波数の1/8番目であり、シンボル周波数Φsymの1/6,144です。周波数f,f、およびfの正弦波の生成は、同じクロック周波数Φ=Φsym/64から行われるため、波形合成は同じ時間増分を使用し、それによって、前述のデジタル化エラーの問題を回避する低音響内になります。 To generate sine waves f3 , f2 , and f1 at a lower scale than clock Φ6 , counter 673 divides the clock Φ3 by 8 to generate a low-frequency rate clock. If optional switches 603, 602, and 601 are enabled, the clock pulse Φ3 = ( Φsym /64) is passed to the corresponding sine wave lookup table 693 , 692, or 691 to generate the desired sine wave for f3 , f2 , and f1 . Specifically, enabling sine wave 693 with resolution ξ3 = 24 generates a sine wave f3 with frequency f3 = Φ3 / ξ3 = Φsym /( 64ξ3 ). The frequency of this sine wave, f3 , is 1/2 the selected frequency of the f key , and 1/1,536 of the symbol frequency Φ sym . At the same low scale, activating sine wave 692 with resolution ξ 2 = 48 generates sine wave f2 with frequency f2 = Φ 32 = Φ sym / (128ξ 3 ). The frequency of this sine wave is 1/4 the selected frequency of the f key , and 1/3,072 of the symbol frequency Φ sym . Similarly, activating sine wave 691 with resolution ξ 1 = 96 generates sine wave f1 with frequency f1 = Φ 31 = Φ sym / (256ξ 3 ). The frequency of this sine wave is 1/8 of the selected frequency of the f key and 1/6,144 of the symbol frequency Φ sym . Because the generation of sine waves of frequencies f 3 , f 2 , and f 1 occurs from the same clock frequency Φ 3 = Φ sym /64, the waveform synthesis uses the same time increments, thereby resulting in low acoustics that avoids the digitization error problem mentioned above.

カウンタカスケードを使用して、LEDの超低周波音励起、つまり20Hz未満の周波数の正弦波を生成することもできます。示されるように、クロック周波数Φ=Φsym/512を有する8分周カウンタ674の出力、セレクタ600で選択すると、分解能ξ=24で正弦波fが生成されます。ここで、生成される周波数はf=Φ/ξ=Φsym/(512ξ)で与えられます。上記の原則を使用して、スケーリングの概念を拡張して、クロックΦによって駆動されるそれぞれの解像度48および96の2つの追加のサインルックアップテーブルを含めることにより、2つのより低い超低周波音周波数f-1およびf-2(必要に応じて)を生成できます。前述の説明では、一定の間隔で構成される時間増分を使用すると、量子化ノイズが最小限に抑えられますが、より大きな高解像度のルックアップテーブルが必要になり、LEDパッド内で必要なメモリ容量が増加します。 A counter cascade can also be used to generate infrasound excitation of an LED, i.e., a sine wave with a frequency less than 20 Hz. As shown, the output of a divide-by-8 counter 674 with a clock frequency Φ 0 = Φ sym /512, when selected by a selector 600, generates a sine wave f 0 with a resolution ξ 0 = 24. Here, the generated frequency is given by f 0 = Φ 00 = Φ sym /(512ξ 0 ). Using the above principle, the scaling concept can be extended to generate two lower infrasound frequencies f-1 and f-2 (if desired) by including two additional sine lookup tables with resolutions of 48 and 96, respectively, driven by the clock Φ 0. As discussed above, using time increments consisting of fixed intervals minimizes quantization noise, but requires larger, higher-resolution lookup tables, increasing the memory required within the LED pad.

ルックアップテーブルに必要な数のデータポイントがある場合、単一のテーブルを使用して、単一のクロックから複数のオクターブのデータを生成できます。たとえば、24,576ポイントのテーブルを使用して、データポイントあたり0.0146484375°の角度精度で11オクターブにまたがる正弦波を合成できます。合成337,920Hzのクロックを用いて11オクターブユニバーサルプリミティブテーブル、周波数を発生させることができ、例えば、キー個の中オブから範囲Af=Φsym/ξsym=14,080Hz,9番目のオクターブ下に13.75ヘルツ-1番目のオクターブ(440HzのAを含む)。この例は、以下の表の4番目の列に示されています。同じシンボルクロックレートを使用する、つまり、同じテーブル列に、合成された周波数の数がわずか7オクターブに減少した場合、ユニバーサルプリミティブデータテーブルのサイズは、9オクターブの14,080Hzからf=220Hzまでの範囲にわたる1,536データポイントに縮小されます。 If your lookup table has enough data points, you can use a single table to generate multiple octaves of data from a single clock. For example, a 24,576-point table can be used to synthesize a sine wave spanning 11 octaves with an angular precision of 0.0146484375° per data point. Using a 337,920 Hz clock to synthesize an 11-octave universal primitive table, you can generate frequencies, for example, from the middle of the key range Af 9 = Φ symsym = 14,080 Hz, 13.75 Hz below the ninth octave (including the A at 440 Hz). This example is shown in the fourth column of the table below. Using the same symbol clock rate, i.e., the same table columns, if the number of synthesized frequencies is reduced to only seven octaves, the size of the universal primitive data table is reduced to 1,536 data points spanning the nine-octave range from 14,080 Hz to f 3 = 220 Hz.

あるいは、同じ7オクターブのユニバーサルプリミティブテーブルを使用して、より低いシンボルクロックレートを使用することにより、カバーされる周波数帯域をシフトすることができます。たとえば、次の表の5番目に示されているように、シンボルクロックレートΦsym=168,960Hz、1,536データポイントのユニバーサルプリミティブ、8オクターブの7,040Hzから2オクターブの110Hzまでの範囲をカバーできますテーブルサイズを縮小し、シンボルクロックを小さくすることにより、正弦波周波数範囲とデータテーブルサイズの妥協も可能です。以下の表の6番目を参照すると、Φsym=42,240Hzのシンボルクロックレートは、768個のデータポイントしかないルックアップテーブルを使用して、6オクターブの1,760Hzから1オクターブの55Hzまでの正弦波を生成できます。 Alternatively, using the same seven-octave universal primitive table, the frequency band covered can be shifted by using a lower symbol clock rate. For example, as shown in item 5 of the following table, a symbol clock rate of Φ sym = 168,960 Hz and a universal primitive with 1,536 data points can cover a range from 7,040 Hz for eight octaves to 110 Hz for two octaves. A compromise between sine wave frequency range and data table size can also be achieved by reducing the table size and the symbol clock. Referring to item 6 of the table below, a symbol clock rate of Φ sym = 42,240 Hz can generate sine waves from 1,760 Hz for six octaves to 55 Hz for one octave using a lookup table with only 768 data points.

ユニバーサルプリミティブ合成を使用する波形合成のプロセスを図54に示します。ここで、チューナ599は、キー選択642に従ってプログラム可能なシンボルクロックΦsym=Φref/(32ξfkey)を生成し,クロックを周波数が変化する1つまたは複数の正弦波に変換します。たとえば、ユニバーサルプリミティブテーブル677を使用してfからfに変換し、デジタルゲインアンプ678に従ってプログラム可能なゲインAxとブレンドし、ミキサ630で合計してg(t)を生成します。合成された各正弦波について示されているように、クロックΦsymから時間ベースの正弦波テーブル679への変換は、「ξ解像度選択」入力675と利用可能な解像度の選択に依存します。表676は、限定されないが、最小12ポイントから65,536データポイントを有する16ビット解像度までの利用可能なテーブル解像度を示すことが示されている。正弦波ルックアップテーブル677のデータポイントの数によって、使用可能な最大解像度が決まります。 The process of waveform synthesis using universal primitive synthesis is shown in Figure 54. Here, a tuner 599 generates a programmable symbol clock Φ = Φ /(32ξf key ) according to key selection 642 and converts the clock into one or more sine waves of varying frequency. For example, a universal primitive table 677 is used to convert from f9 to f0 , blended with a programmable gain Ax according to digital gain amplifier 678, and summed in mixer 630 to produce g(t). As shown for each synthesized sine wave, the conversion from clock Φ to time-based sine wave table 679 depends on the "ξ Resolution Select" input 675 and the available resolution selection. Table 676 is shown to indicate available table resolutions, ranging from a minimum of 12 points to 16-bit resolution with 65,536 data points, but is not limited to this. The number of data points in the sine wave lookup table 677 determines the maximum available resolution.

ユニバーサルプリミティブテーブルを使用した波形合成では、同じテーブルを使用して、テーブルの精度と同じかそれより低い精度で正弦波を生成します。たとえば、テーブル677の解像度が96ポイント、つまり3.75°の増分である場合、同じテーブルを使用して48、24、または12ポイントの正弦波を生成できます。解像度が高いほど、合成周波数は低くなります。 Waveform synthesis using universal primitive tables uses the same table to generate sine waves with the same or lower precision than the table's precision. For example, if Table 677 has a resolution of 96 points, or 3.75° increments, the same table can be used to generate 48, 24, or 12 point sine waves. The higher the resolution, the lower the synthesized frequency.

さまざまな周波数の正弦波は、すべての角度のデータを検索するか、角度を体系的にスキップすることによって合成されます。たとえば、次の表では、周波数Φsym=224,256Hzのシンボルクロックを行00、04、08、0C、10...で使用すると、5,672Hzの正弦波になり、表のすべての行を選択すると、1,168Hzの正弦波になります。 Sine waves of various frequencies can be synthesized by searching through all angles or by systematically skipping angles. For example, in the following table, using a symbol clock with frequency Φ sym = 224,256 Hz in rows 00, 04, 08, 0C, 10... results in a 5,672 Hz sine wave, while selecting all rows of the table results in a 1,168 Hz sine wave.

キー選択とカスタム波形合成 Key selection and custom waveform synthesis

前述のように、周期的な波形生成には固定周波数倍数のカスケードカウンタが含まれるため、波形シンセサイザは基本的に特定のキーに「調整」されます。ユーザインターフェース(UI)および結果として生じる操作(UXまたはユーザエクスペリエンス)が図55Aに示されている、ユーザが「CHOOSEAKEY」メニュー701を選択すると、さまざまな「音楽」スケール、「生理学的」(報告された医療頻度)スケール、手動入力を含む「カスタム」スケール、および「その他」のキー選択が容易になります。また、「デフォルト」のスケール設定に戻るための規定も含まれています。LEDパッドにロードされる事前定義されたスケールノート選択を選ぶメニュー「Aキーを入力する」702が表示され設定「音楽」を選択時に「fkeyで261.626Hzの中央Cから中央Bの範囲の入力641をキーを選択」493.883Hz。中間Aが選択された場合、テーブル703に記憶されているように、次に703はに従ってにおけるシンボルクロックカウンタ642に440Hzの「A」の値を転送する電子とΦsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)を生成Φシンボルレートを様々な周波数の正弦波この尺度に基づいて合成され、例えばf=Φsym/ξ。オクターブによる模範周波数のテーブルは、チューニングの様々な下に示され、ここで下記に示されているため音楽キーのFを介してC(https://en.wikipedia.org/wiki/scientific_pitch_notation)。示されているスケールは「平均律」チューニングと呼ばれます。 As previously mentioned, periodic waveform generation involves cascaded counters with fixed frequency multiples, so the waveform synthesizer is essentially "tuned" to a specific key. The user interface (UI) and resulting operation (UX, or user experience) are shown in Figure 55A. When the user selects the "CHOOSEAKEY" menu 701, various "musical" scales, "physiological" (reported medical frequencies), "custom" scales including manual input, and "other" key selection are facilitated. Provision is also included for returning to the "default" scale setting. The "Enter A Key" menu 702 appears, allowing for predefined scale note selections to be loaded onto the LED pads. When the "Music" setting is selected, the "Enter A Key" menu 702 allows for the selection of a key ranging from middle C to middle B at 261.626 Hz in the f key to 493.883 Hz. If middle A is selected, as stored in table 703, then 703 transfers the 440 Hz "A" value to symbol clock counter 642 in accordance with Φ symref = (32ξf key ) / (5 MHz), generating Φ symbol rates. Sine waves of various frequencies are synthesized based on this scale, e.g., f 9 = Φ sym9 . A table of exemplary frequencies by octave is shown below for a variety of tunings, here shown below for the musical keys F through C (https://en.wikipedia.org/wiki/scientific_pitch_notation). The scale shown is called "equal tempered" tuning.

F#/G♭からBの調律のさまざまな調律について、オクターブごとの典型的な周波数の表を以下に示します。示されているスケールは「平均律」と呼ばれます。 Below is a table of typical frequencies per octave for various tunings from F#/G♭ to B. The scales shown are called "equal temperament."

UIメニュー701の別のオプションは、「その他」の選択であり、他のスケールを使用して、LEDを変調することができる。下の表に示されているピタゴラス、ジャストメジャー、中全音律、ヴェルクマイスター音階を含むこれらの音階は、261.626HzのミドルCの周波数を偶数の音階と共有していますが、オクターブにまたがる12の半音間の相対周波数関係が異なります。例えば、偶数焼戻しスケールで、Aのトーン4中央C以上が440Hzに設定されているが、他のスケールに436.05ヘルツから441.49Hzに変化します。 Another option in the UI menu 701 is the "Other" selection, which allows other scales to be used to modulate the LEDs. These scales, which include the Pythagorean, Just Major, Mean Tone, and Werckmeister scales shown in the table below, share the middle C frequency of 261.626 Hz with the even scales, but differ in the relative frequency relationships between the 12 semitones spanning the octave. For example, in the even tempered scale, the A tone 4 above middle C is set at 440 Hz, but varies from 436.05 Hz to 441.49 Hz in other scales.

カスタムモードでは、ユーザインターフェース(UI)とその結果の操作(UXユーザエクスペリエンス)が図55Bに示され、ユーザは「キーを選択」メニュー701を選択し、「その他」を選択して「スケールを選択」メニュー700を開きます。次に、ユーザはメニューから代替チューニングを選択する-ピタゴラス、ジャストメジャー、中全音律、ヴェルクマイスターは、「ENTERAKEY」というタイトルのサブメニュー702を開きます。キー(注)が選択されると、周波数は以下のチューニングテーブルから選択され、「fkeyキー選択」キーレジスタ641にロードされ、その後LEDパッドに転送され、最終的にシンボルクロックカウンタ642にロードされます。たとえば、キー「A」がヴェルクマイスター音階から選択された場合、次に、437.05Hzの「A」の値がΦsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)に従ってシンボルクロックカウンタ642にロードされます。したがって、シンボルカウンタはシンボルレートΦsym=(32ξfkey)を生成し、そこからこのスケールに基づくさまざまな周波数の正弦波が合成されます。たとえば、f=Φsym/ξ。キー周波数fkeyを使用してΦsymを生成するため、それに応じて9オクターブスケール全体が調整されます。たとえば、fkey=fが437.05Hzに設定されている場合、f=2f=874.1Hz,f=4f=1,748.2Hzなどです。 In custom mode, the user interface (UI) and resulting operation (UX user experience) are shown in FIG. 55B, where the user selects the "Select Key" menu 701 and then selects "Other" to open the "Select Scale" menu 700. The user then selects an alternate tuning from the menu—Pythagorean, Just Major, Meantone, or Werckmeister—to open a submenu 702 titled "ENTERAKEY." Once a key (note) is selected, a frequency is selected from the tuning table below and loaded into the "f key select" key register 641, which is then transferred to the LED pad and ultimately loaded into the symbol clock counter 642. For example, if the key "A" is selected from the Werckmeister scale, then the value for "A" of 437.05 Hz is loaded into the symbol clock counter 642 according to Φ symref = (32ξf key )/(5 MHz). Thus, the symbol counter generates a symbol rate Φ sym = (32ξf key ), from which sine waves of various frequencies based on this scale are synthesized. For example, f 9 = Φ sym9 . Since the key frequency f key is used to generate Φ sym , the entire nine-octave scale is adjusted accordingly. For example, if f key = f 4 is set to 437.05 Hz, then f 5 = 2f 4 = 874.1 Hz, f 6 = 4f 4 = 1,748.2 Hz, etc.

スケールはオクターブ全体で異なりますが、周波数Cではすべて一致しています。たとえば、比較のために示されているように、下の表に示されている5オクターブのC5周波数はすべて、f=525.25Hz=2fで一致します。ピタゴラス(Pythagorean)、ジャストメジャー(JustMajor)、および中全音律(Mean-tone)で使用される表記法は、シャープ#とフラット♭の使用においてヴェルクマイスター(Werckmeister)音階や中全音律とはわずかに異なります。PBTの有効性のチューニングの正確な違いは十分に特徴付けられていませんが、科学的研究PBT治療の治療効果は明らかに頻度に依存することが確認されています。Physioの場合、UIメニュー701、項目「生理」が選択され、周波数スケールは、治療的に有益であることが、これらの医療研究で報告fkeyの値のために使用される。それ以外の場合は、代わりに図56に示すカスタムボタンを使用する。メニュー701でが選択されると、カスタムの「キーを入力する」メニュー7704を含むUX応答が現れる。入ると、キーパッドの数字を例えば示すように444ヘルツ、及びDONEボタンを押す、fkeyキー641を選択レジスタカスタムキー値444ヘルツでロードされ、この値は、次に使用されるシンボルクロック発生器642に転送されます。次に、この値を使用して、Φsym/Φref=(32ξfkey)/(5MHz)の関係に従ってシンボルクロックカウンタ642を使用してシンボルクロックレートを計算し、出力Φsym=(32ξfkey)を生成します。 While scales vary across octaves, they all agree on the C frequency. For example, as shown for comparison, the C5 frequencies across the five octaves shown in the table below all agree at f5 = 525.25 Hz = 2f4 . The notation used in Pythagorean, Just Major, and Mean-tone scales differ slightly from the Werckmeister and Mean-tone scales in their use of sharp #s and flat bs. While the exact tuning differences in PBT effectiveness have not been fully characterized, scientific studies have confirmed that the therapeutic effects of PBT treatment are clearly frequency-dependent. For Physio, the UI menu 701, item "Physiology," is selected, and the frequency scale is used for the f key values reported in these medical studies to be therapeutically beneficial. Otherwise, use the custom button shown in Figure 56 instead. When a selection is made in menu 701, a UX response appears containing a custom "Enter Key" menu 7704. Upon entering, pressing the keypad digits, e.g., 444 Hz as shown, and the DONE button, the f key 641 is loaded with the selection register custom key value 444 Hz, which is then transferred to the symbol clock generator 642. This value is then used to calculate the symbol clock rate using the symbol clock counter 642 according to the relationship Φ symref = (32ξf key ) / (5 MHz), producing the output Φ sym = (32ξf key ).

開示されたPBTシステムはまた、同じオクターブ内の3つの周波数の和音、すなわち、三和音を含み、任意選択で、和音のルートノートより7番目または1オクターブ高い追加の周波数を有する励起パターンを生成することができる。アルゴリズムコードビルダーのブロック図を図57Aに示します。ここで、fkeyキー選択642に従って設定されたチューナ590は、周波数Φsym=(32ξfkey)のシンボルクロックを生成し、コード構築アルゴリズム680に供給されます。次に、コードビルダーは、よく知られている数学的関係を使用して、コードビルダーメニュー688から選択された「オクターブ、コード、ブレンド選択」入力681に従って、さまざまな一般的なコードタイプの周波数成分を生成します。トライアドコードには、コードが構築されるルートノートのオクターブの選択と、実装されるコードのタイプ(メジャー、マイナー、ディミニッシュ、オーグメント、またはカスタム)が含まれます。クワッドコードには、7番目、マイナー7番目、メジャー7番目、またはルートの1オクターブ上に音符が追加された前述のトライアドが含まれます。成分周波数の相対的な振幅または「ブレンド」も表688で指定されており、コードのルートノート、その3番目、5番目、およびオプションでルートの1オクターブ上の7番目またはノートのボリュームが含まれます。 The disclosed PBT system can also generate excitation patterns containing chords of three frequencies within the same octave, i.e., triads, with an optional additional frequency of a seventh or an octave above the root note of the chord. A block diagram of the algorithmic chord builder is shown in Figure 57A. Here, a tuner 590 configured according to an f key selection 642 generates a symbol clock of frequency Φ sym = (32ξf key ), which is fed to a chord construction algorithm 680. The chord builder then uses well-known mathematical relationships to generate frequency components for various common chord types according to an "octave, chord, blend selection" input 681 selected from a chord builder menu 688. Triad chords include the selection of the octave of the root note on which the chord is constructed and the type of chord implemented (major, minor, diminished, augmented, or custom). Quadruple chords include the aforementioned triads with an additional note added: a seventh, a minor seventh, a major seventh, or an octave above the root. The relative amplitudes or "blends" of the component frequencies are also specified in Table 688, including the volumes of the chord's root note, its third, fifth, and optionally the seventh or note one octave above the root.

動作中の和音構成アルゴリズム680の用途シンボルクロックΦsym用のスケーリングされた画分4つの正弦波を合成するテーブル682b、684、683および682a、最大4つのルックを駆動する周波数の基本ルートでf♪fは,周波数における第三のf♪3、周波数f♪5、および周波数f♪tのルートより1オクターブ高い音(選択に応じて)の7番目または1オクターブ上の音。次に、3つまたは4つの周波数は、デジタル利得増幅器685a,686,687,および685bに従って、それぞれ利得A♪f,A♪3,A♪5およびA♪tとブレンドされ、加算ノード630で混合されて、を生成するg(t)(♪は四分音符を表す)。 The chord construction algorithm 680 in operation uses tables 682b, 684, 683, and 682a to synthesize four scaled fractional sine waves for the symbol clock Φ sym , driving up to four look-ups: the fundamental root of frequency f♪f, the third in frequency f♪3, the frequency f♪5, and the seventh or one octave above the root of frequency f♪t (depending on selection). The three or four frequencies are then blended with gains A♪f, A♪3, A♪5, and A♪t, respectively, according to digital gain amplifiers 685a, 686, 687, and 685b, and mixed in summing node 630 to produce g(t) (where ♪ represents a quarter note).

コード内の音符の正確な周波数は、選択したオクターブ681の値と、fkeyのキー642を選択、つまり、バイナリカスケードカウンタのチューニングまたはキーによって異なります。これらのシンセサイザ設定は、コードの基本とも呼ばれる周波数またはルートノートを決定します。コードの残りの音符は、一般的な音楽コードの周波数比を説明する次の表(https://pages.mtu.edu/~suits/chords.html)に従って、コードの基本周波数に対する比として計算されます。 The exact frequencies of the notes in a chord depend on the value of the selected octave 681 and the selected key for the f key 642, i.e., the tuning or key of the binary cascade counter. These synthesizer settings determine the frequency or root note, also known as the fundamental of the chord. The remaining notes in the chord are calculated as ratios to the chord's fundamental frequency according to the following table (https://pages.mtu.edu/~suits/chords.html), which describes the frequency ratios of common musical chords.

コードビルダーは、事前定義された治療およびセッションで使用されるライブラリ要素であることができるが、コードはまた、図57Bの例に示されるようなUIメニューを使用して作成され得る。コードから選択することができるコード「コードを選択してください」メニュー705メジャー、マイナー、減少、増大、減少、カスタム、7番目を含む、マイナー7番目と主要7番目の和音。カスタムコードを選択すると、BUILDACHORDメニュー706が開き、ユーザはコードのオクターブ、コードのルートノート、3番目のノート、つまり次に高いノート、5番目のノートを選択できます。つまり、3番目に高い音符であり、オプションで、ルートの1オクターブ上の音符を含めるかどうかです。ルートノートが選択されると、ノートが次に高いオクターブに伸びている場合でも、3番目、5番目、および+1オクターブのノートが昇順の周波数で単調に配置されます。コードの2番目と3番目の反転は、コードのルートとして最も低いピッチの音符を使用して、カスタムコードとして入力する必要があります。上下の矢印を使用して調整しない限り、ノートの音量は均等に重み付けされます。パラメータが入力されると、タイムアウト期間の後、またはダブルスクリーンタップなどの他の手段によって通知されると、パラメータはデータテーブル688にフォーマットされ、最終的に正弦波が存在するインテリジェントLEDパッド内のコード構築アルゴリズムブロック680に転送されます。ルックアップテーブル677、デジタルゲインステージ678、およびミキサ630はg(t)を作成します。「和音を選ぶ」メニュー705から別のメニュー項目が選択された場合、別のサブメニュー(図示せず)が開き、ユーザは構成周波数成分のオクターブと相対振幅ミックスを選択できます。ただし、サブメニューでは、マイナー、メジャー、ディミニッシュなどのコードに存在する相対周波数が正確に定義されているため、ユーザはノートを変更できません。 While the Chord Builder can be a library element used in predefined treatments and sessions, chords can also be created using a UI menu, such as the example shown in Figure 57B. The "Select a Chord" menu 705 allows users to choose from major, minor, diminished, augmented, diminished, custom, and seventh chords, including minor seventh and major seventh chords. Selecting a custom chord opens the BUILDACHORD menu 706, allowing the user to select the chord's octave, root note, third note (i.e., the next highest note), fifth note (i.e., the third-highest note), and optionally, whether to include a note one octave above the root. Once the root note is selected, the third, fifth, and +1 octave notes are arranged monotonically in ascending frequency, even if the notes extend to the next higher octave. Chord inversions of the second and third chords must be entered as custom chords, using the lowest-pitched note as the chord's root. The volume of the notes is equally weighted unless adjusted using the up and down arrows. Once the parameters are entered, after a timeout period or signaled by other means such as a double screen tap, they are formatted into a data table 688 and transferred to the chord construction algorithm block 680 within the intelligent LED pad, where the sine wave ultimately resides. A lookup table 677, digital gain stage 678, and mixer 630 create g(t). If another menu item is selected from the "Choose Chord" menu 705, another submenu (not shown) opens, allowing the user to select the octave and relative amplitude mix of the constituent frequency components. However, the submenu does not allow the user to change the notes, as it precisely defines the relative frequencies present in the minor, major, diminished, etc. chord.

図44のシンセサイザブロック図に戻る、合成された波形またはそれがどのように作成されたかに関係なく、PWMジェネレータ555がPWMデューティに値を実行するためには、波形g(t)を処理してその範囲を0.000~1.000に制限することによりf(t)553を作成する必要があります。係数変換ΨP[f(t)]PWM変調パルスの最大デューティ比が100%であるため、ファイル488外シンセを作成するために必要であり、その後、完全なクロックサイクルに対して1つ、1.000を超えるデータのPWM表現不可能である。このようなPWM変換は、0%≦に限定されるようにΨP[f(t)]≦100%、したがって0.000≦f(t)≦1.000。オートレンジ操作584は、データの範囲およびf(t)を単位関数の範囲(つまり、0.000から1.000の間)に制限しながら、関数g(t)を平均化する。 Returning to the synthesizer block diagram in Figure 44, regardless of the synthesized waveform or how it was created, for the PWM generator 555 to implement a PWM duty cycle, it must process the waveform g(t) to create f(t) 553 by limiting its range from 0.000 to 1.000. The coefficient transformation ΨP[f(t)] is necessary to create the synthesizer file 488 because the maximum duty cycle of a PWM-modulated pulse is 100%, and therefore, one per full clock cycle, PWM representation of data greater than 1.000 is impossible. Such a PWM transformation ensures that ΨP[f(t)] ≤ 100%, and therefore 0.000 ≤ f(t) ≤ 1.000. The auto-ranging operation 584 averages the function g(t) while limiting the range of the data and f(t) to the unit function range (i.e., between 0.000 and 1.000).

この関数の例は、図58Aに示されています。正弦波662、663、および664の合計は、コード669になります。各正弦波は0.000から1.000までの全範囲に広がりますが、コード669の正弦波の合計は単位関数の全範囲に及びません。そのため、弦の数学的平均、具体的には0.5は一定のままですが、周期的な時変関数は0.5±0.5の全範囲に拡張されません。図58Bに示すように、コード669は0.13-0.87までしか伸びず、フルレンジの74.4%を再設定します。時間変動成分の振幅を増加させるために、平均化関数はスカラーAαによって増幅されます。Aα=1.344に設定すると、コード689に示すように、曲線669がフルレンジに増加します。関数の平均値のシフトを防ぐために、補正項0.5(1-Aα)が含まれ、クリッピングを防ぐために関数を0.5の中心に維持します。その結果、平均値が0.5の単位関数f(t)、合成された波形g(t)と同じ動的時間変化周波数成分を持つフルスケール周期関数が得られます。 An example of this function is shown in Figure 58A. The sum of sine waves 662, 663, and 664 results in code 669. While each sine wave spans the full range from 0.000 to 1.000, the sum of the sine waves for code 669 does not span the full range of the identity function. Therefore, while the mathematical mean of the chord, specifically 0.5, remains constant, the periodic, time-varying function does not extend to the full range of 0.5 ± 0.5. As shown in Figure 58B, code 669 extends only from 0.13 to 0.87, reestablishing 74.4% of its full range. To increase the amplitude of the time-varying component, the averaging function is amplified by the scalar A α . Setting A α = 1.344 increases curve 669 to its full range, as shown in code 689. To prevent a shift in the mean value of the function, a correction term, 0.5 (1 - A α ), is included to keep the function centered at 0.5 to prevent clipping. The result is a unit function f(t) with a mean value of 0.5, a full-scale periodic function with the same dynamic time-varying frequency content as the synthesized waveform g(t).

図59は、PWMジェネレータ機能555がユニット機能f(t)553を、PWM波形Gsynth(t)490を記述するシンセ出力ファイル488に変換するプロセスを示す。示されるように、関数表554は、時間tΦ対関数の値の記述を含む。各時間増分でのf(t)。たとえばtΦ=5μsでは関数f(t)=0.5であり,tΦ=10μsで関数の値がf(t)=0.8に変わるまでその値のままです。変換の出力ΨP[f(t)]は、時刻tにおけるPWMテーブル489には、この時間依存テーブルを変更状態がハイになるton=5.00μs、であり、LEDはオンにし、時間tΦ=5.10μsマイクロ秒時間tΦ=5.20になるまでLEDはオフになり、LEDは再びオンになります。0.10μsとT=1/Φ期間の持続時間5.00から5.10へのLEDので、その後LEDが再度オンされるまでは、5.00から5.20である、又は0.20マイクロ秒の持続時間でパルスのデューティ比D=(ΔtΦ/T)=(10μs/20μs)=0.50または50%、次いでデューティファクタは、関数に等しいf(t)=0.5このインターバルの間および時刻までtΦ=10μsのデューティ比が0.8に切り替わりまたは80%。結果として得られるシンセ出力ファイル488は、PWMパルスストリング675でグラフィカルに示されている。 FIG. 59 illustrates the process by which PWM generator function 555 converts unit function f(t) 553 into synth output file 488, which describes PWM waveform G synth (t) 490. As shown, function table 554 contains a description of the value of function f(t) versus time tΦ at each time increment. For example, at tΦ=5 μs, function f(t)=0.5 and remains at that value until tΦ=10 μs, where the function value changes to f(t)=0.8. The output of the conversion, ΨP[f(t)], is stored in PWM table 489 at time t. At =5.00 μs, the LED goes on, and at time tΦ=5.10 μs, the LED goes off, and then turns on again. For a duration of 0.10 μs and T = 1/Φ x the LED goes from 5.00 to 5.10, then from 5.00 to 5.20 until the LED is turned on again, or from 5.00 to 5.20, or 0.20 microsecond duration pulse duty ratio D = (ΔtΦ/T) = (10 μs/20 μs) = 0.50 or 50%, then the duty factor is equal to the function f(t) = 0.5 during this interval and until time tΦ = 10 μs the duty ratio switches to 0.8 or 80%. The resulting synth output file 488 is shown graphically by PWM pulse string 675.

変換用いてPWM出力490の例ΨP[f(t)]は、図60中の非正弦波関数の種々のために示されています定数関数560のためのPWMビットストリーム670を含むf(t)=1.000、鋸歯状関数561のためのPWMビットストリーム671、及び三角関数562のためのPWMビットストリーム672と同じPWM変換ΨP[f(t)]は、三角形のような単純なトーン、ギターやバイオリンのようなストリング、シンボルクラッシュなどの複雑なトーン、音楽など、あらゆるオーディオサンプルのオーディオサンプルをエンコードするために使用できます。 Examples of PWM output 490 using the transform ΨP[f(t)] are shown for a variety of non-sinusoidal functions in Figure 60, including a PWM bit stream 670 for a constant function 560, a PWM bit stream 671 for a sawtooth function 561, and a PWM bit stream 672 for a trigonometric function 562. The same PWM transform ΨP[f(t)] can be used to encode audio samples of any kind, including simple tones like triangles, strings like guitars or violins, complex tones like symbol crashes, and music.

PWMプレーヤの操作 PWM player operation

図43のブロック図を再検討する、出力Gsynth(t)=ΨP[f(t)]の波形シンセサイザ483の入力PWMプレーヤ484PWMプレーヤは、その後組み合わせているGsynth(t)との波形Gpulse(t)農産物に492パルス列493PWMプレーヤの機能は2つあります。
・オーディオスペクトルPWMパルス列Gpulse(t)を生成するを動的にして制御デューティ比DPWM。
・動的な「ゲーティング」を実行すること、つまり、Gsynth(t)の状態に基づいてGpulse(t)のコンテンツをブロックまたは渡すこと。
Reconsidering the block diagram of Figure 43, the output G synth (t) = ΨP[f(t)] of the waveform synthesizer 483 is input to the PWM player 484. The PWM player then combines G synth (t) with the waveform G pulse (t) to produce a pulse train 492. The function of the PWM player 493 is twofold.
Dynamically controlled duty cycle DPWM to generate the audio spectrum PWM pulse train G pulse (t).
Performing dynamic "gating", ie, blocking or passing the contents of G pulse (t) based on the state of G synth (t).

上記の関数の真理値表は、次のように論理擬似コードとして記述できます。
The truth table for the above function can be written as logical pseudocode as follows:

pulse(t)はPWMストリングのパルスで構成されているため、波形は高論理状態と低論理状態を交互に繰り返します。具体的には、機能Gpulse(t)=1、すなわち、PWMパルス492がそのハイまたは論理「1」状態にあるときはいつでも、Gsynth(t)のデジタル状態は、PWMプレーヤ484の出力で正確に再現される。たとえば、Gpulse(t)=1の場合、Gsynth(t)=1の場合、PWMプレーヤ484の出力は高くGsynth(t)=0の場合、PWMプレーヤ484の出力は低くなります。ただし、関数Gpulse(t)=0、つまりPWMパルス492がロー状態または論理「0」状態にあるときは常に、Gsynth(t)のデジタル状態は強制的にゼロになり、次の状態は無視されます。入力Gsynth(t)。論理的には、この関数は「AND」ゲートと同じです。数学的には、PWMプレーヤ492の出力が積Gsynth(t)・Gpulse(t)で与えられるデジタル乗算と同等です。PWMプレーヤ492の実際の実装は、ハードウェア、ソフトウェア/ファームウェア、またはそれらのいくつかの組み合わせで達成され得る。 Because G pulse (t) is composed of pulses in a PWM string, the waveform alternates between high and low logic states. Specifically, whenever function G pulse (t) = 1, i.e., whenever PWM pulse 492 is in its high or logic "1" state, the digital state of G synth (t) is exactly reproduced at the output of PWM player 484. For example, when G pulse (t) = 1, the output of PWM player 484 is high, and when G synth (t) = 0, the output of PWM player 484 is low. However, whenever function G pulse (t) = 0, i.e., whenever PWM pulse 492 is in its low or logic "0" state, the digital state of G synth (t) is forced to zero, and the next state is ignored. Input G synth (t). Logically, this function is the same as an "AND" gate. Mathematically, it is equivalent to a digital multiplication where the output of PWM player 492 is given by the product G synth (t) · G pulse (t). The actual implementation of PWM player 492 may be achieved in hardware, software/firmware, or some combination thereof.

図61Aに概略的に示されるように、PWMプレーヤ484は、PWMクロックカウンタ710、パルス幅変調器711、デジタルインバータ712aおよび712b、および論理積ゲート713を備える。PWMプレーヤ491への入力には、クロック基準Φref、シンセ出力488、およびPWMプレーヤパラメトリック491が含まれます。動作において、基準クロックΦref=5MHzは、PWMカウンタ710への入力として周期Tref=0.20μsの時間基準を提供し、PWMクロックΦPWM=20kHzを生成します。周期TPWM=5μsで、基準クロックΦref周期より250倍長いパルス幅変調器711は、PWMプレーヤパラメトリック入力491で定義された表714に従って作成された持続時間ton=DPWMPWMを変化させるPWMパルス492のシーケンスを生成します。たとえば、表714の0~180秒では、Gpulse(t)が2,836Hzの周波数で60%のデューティ係数でパルスされ、その後、パルス周波数が584Hzに変化します。時間t=360秒で、パルス周波数は2,836Hzに戻ります。パルス列492の観点から、180秒に0から間隔中の期間TPWM=0.43msオン時間、パルスがハイ状態にある期間の一部が、Tによって与えられ、ton=DPWMPWM=(60%)(0.43ms)=0.26ms。 As shown schematically in FIG. 61A, PWM player 484 comprises a PWM clock counter 710, a pulse width modulator 711, digital inverters 712a and 712b, and an AND gate 713. Inputs to PWM player 491 include clock reference Φ ref , synth output 488, and PWM player parametric 491. In operation, reference clock Φ ref =5 MHz provides a time reference with period T ref =0.20 μs as input to PWM counter 710, generating PWM clock Φ PWM =20 kHz. Pulse width modulator 711, with period T PWM =5 μs and 250 times longer than the reference clock Φ ref period, generates a sequence of PWM pulses 492 of varying duration t on =D PWM T PWM created according to table 714 defined in PWM player parametric input 491. For example, from 0 to 180 seconds in table 714, G pulse (t) is pulsed at a frequency of 2,836 Hz with a 60% duty factor, after which the pulse frequency changes to 584 Hz. At time t = 360 seconds, the pulse frequency returns to 2,836 Hz. From the perspective of pulse train 492, the period T PWM during the interval from 0 to 180 seconds = 0.43 ms on-time; the portion of the period during which the pulse is in the high state is given by T, t on = D PWM T PWM = (60%)(0.43 ms) = 0.26 ms.

パルスのオフ部分は、toff=TPWM-ton=(0.43ms)-(0.26ms)=17msで与えられます。パルス周波数が584Hzに変化すると、周期は1.712msに増加し、オン時間は1.027msになります。したがって、パルスストリング492は、表491に指定された動的条件に従って、パルス幅変調器711によって動的に生成される。ゲートPWMパルスストリング493として示されるPWMプレーヤ484の出力は、波形シンセサイザから出力される波形494が埋め込まれている。 The off portion of the pulse is given by t off = T PWM - t on = (0.43 ms) - (0.26 ms) = 17 ms. If the pulse frequency is changed to 584 Hz, the period increases to 1.712 ms and the on time becomes 1.027 ms. Thus, pulse string 492 is dynamically generated by pulse width modulator 711 according to the dynamic conditions specified in table 491. The output of PWM player 484, shown as gated PWM pulse string 493, has waveform 494 output from the waveform synthesizer embedded within it.

パルス幅変調器711の動作は、本質的に2つの連続したカウンタを含み、1つはオン時間をカウントするためのもので、もう1つはオフ時間をカウントするためのもので、ton間隔ではGpulse(t)=1、toff間隔ではGpulse(t)=0です。論理擬似コードでは、パルス幅変調器711の動作は、以下のサブルーチンを定義することによって記述することができる。 The operation of pulse width modulator 711 essentially involves two successive counters, one to count the on time and one to count the off time, with G pulse (t) = 1 for the t on interval and G pulse (t) = 0 for the t off interval. In logical pseudocode, the operation of pulse width modulator 711 can be described by defining the following subroutine:

「パルス幅変調器」と題された上記のサブルーチンは、ブロック711と同じ機能を実行する、すなわち、持続時間tonおよびaの間、論理1状態で交互のデジタルパルスを含む間隔Δtのループを実行するソフトウェア擬似コード記述である。クロックのカウントTref=1/ΦrefがΔtを超えるまで、論理0状態を継続時間(TPWM-ton)繰り返します。変数[Δt,TPWM,ton]は、テーブルルックアップが次の値で指定される次の例示的な実行可能擬似コードに示されているように、テーブル714またはPWMプレーヤパラメトリック49で定義されたシーケンスからサブルーチンにロードされます。(行、列)ペア、つまり早見(行、列)。ここで、行は定義済み変数です。 The above subroutine titled "Pulse Width Modulator" is a software pseudocode description that performs the same function as block 711, i.e., a loop of interval Δt containing alternating digital pulses at a logic 1 state for durations t on and a. It repeats a logic 0 state for a duration (T PWM -t on ) until the clock count T ref = 1/Φ ref exceeds Δt. The variables [Δt, T PWM , t on ] are loaded into the subroutine from a sequence defined in table 714 or PWM Player Parametric 49, as shown in the following exemplary executable pseudocode, where the table lookup is specified by the following values: (row, column) pair, i.e., (row, column), where row is a defined variable:

説明したように、上記の実行可能な擬似コードは、テーブル714を繰り返し読み取り、その持続時間Δt、PWMパルス周期TPWM、およびPWMパルスオン時間tonの引数を使用して、サブルーチン呼び出しパルス幅変調器にデータをロードし、行をインクリメントします。各ループが完了した後の番号。たとえば、行=0を開始する場合、Δtは、テーブルの最初の列の2番目の行と最初の行のエントリの時間の差によって計算されます。つまり、早見(2,1)=180秒、早見(1,1)=0、したがって、コードの最初のループでΔt=180秒。同様に、最初の行と4番目の列では、PWM期間のデータはTPWM=早見(1,4)=0.43msであり、最初の行と5番目の列では、PWMの1回のデータはtです。ton=早見(1,5)=0.26ms。ループの終わりに、行番号が1から2にインクリメントされるため、新しいデータが2番目の行から読み取られます。ここでΔt=[早見(3,1)-早見(2,1)]=[360秒-180秒]=180秒、TPWM=早見(2,4)=1.712ms、およびton=早見(2,5)=1.027ms。このプロセスは、TPWMのヌルエントリが検出されるまで、つまりTPWM=早見(行,4)=0になるまで続きます。その時点で、プログラムの実行は終了します。したがって、示されるように、PWMプレーヤ484およびパルス幅変調器711の機能は、ソフトウェアまたはハードウェア、あるいはそれらのいくつかの組み合わせを使用して実行することができる。 As explained above, the executable pseudocode above repeatedly reads table 714 and uses its duration Δt, PWM pulse period T PWM , and PWM pulse on time t on arguments to load data into the pulse width modulator subroutine call, incrementing the row number after each loop. For example, if starting at row 0, Δt is calculated by the difference in time between the entries in the second and first rows of the first column of the table. That is, T PWM (2,1) = 180 seconds, T PWM (1,1) = 0, so for the first loop of the code, Δt = 180 seconds. Similarly, in the first row and fourth column, the PWM period data is T PWM = T PWM (1,4) = 0.43 ms, and in the first row and fifth column, the PWM period data is t on = T on (1,5) = 0.26 ms. At the end of the loop, the row number is incremented from 1 to 2, so new data is read from the second row. Here, Δt = [Hyper(3,1) - Hyper(2,1)] = [360 s - 180 s] = 180 s, T PWM = Hyper(2,4) = 1.712 ms, and t on = Hyper(2,5) = 1.027 ms. This process continues until a null entry for T PWM is detected, that is, T PWM = Hyper(row,4) = 0. At that point, program execution terminates. Thus, as shown, the functions of PWM player 484 and pulse width modulator 711 can be implemented using software or hardware, or some combination thereof.

例えば、PWMプレーヤ484の機能は、セット/リセットフリップフロップまたはS/Rラッチ720を含む図61Bに概略的に表されている。tonおよびtoffカウンタ721および722、およびゲート723および724、インバータ725、始動抵抗器733、ならびにtonおよびtoffレジスタ726および727。動作中、始動抵抗器733は、Q出力を論理上または「1」状態に設定するS/Rラッチ720のS入力を引き上げる。この0から1への論理遷移の立ち上がりエッジは、カウンタ721のtonのロード機能をトリガーし、tonレジスタ726からカウンタにデータをコピーする。Q出力の論理ハイ状態もまた、ANDゲート723への入力であり、その逆状態は、インバータ725の出力が、ANDゲート724への論理「0」入力を提示する。 For example, the functionality of PWM player 484 is represented schematically in FIG. 61B, which includes set/reset flip-flop or S/R latch 720, t on and t off counters 721 and 722, and gates 723 and 724, inverter 725, start-up resistor 733, and t on and t off registers 726 and 727. In operation, start-up resistor 733 pulls up the S input of S/R latch 720, which sets the Q output to a logic-on or "1" state. The rising edge of this 0-to-1 logic transition triggers the load function of t on of counter 721, copying data from t on register 726 into the counter. The logic-high state of the Q output is also an input to AND gate 723, and its inverse state, the output of inverter 725, presents a logic "0" input to AND gate 724.

そのようなものとして、クロックΦPWMからのクロックパルスは、ANDゲート723を通ってトンカウンタ721にルーティングされるが、ANDゲート724によってタフカウンタ722に到達するのをブロックされる。したがって、トンカウンタ721は、持続時間トンの間カウントダウンする。そのカウントダウンの間、トンカウンタ721の出力は論理「0」状態のままであり、S/Rラッチ720に影響を及ぼさない。同時に、toffカウンタ722のクロック入力動作の欠如が中断されます。関連するタイミング図を参照すると、Tから(T+ton)までのこの間隔の間、PWMクロックΦPWM728はカウントを継続し、S/Rラッチ720へのR入力を含むリセット信号729はローのままであり、S入力を含むセット信号730はS/Rラッチ720はローのままであり(起動パルスは示されていない)、出力Gpulse(t)731はハイのままである。 As such, clock pulses from clock Φ PWM are routed through AND gate 723 to ton counter 721 but are blocked from reaching toff counter 722 by AND gate 724. Thus, toff counter 721 counts down for duration t. During that countdown, the output of toff counter 721 remains in a logic "0" state and has no effect on S/R latch 720. Simultaneously, the lack of clock input activity of toff counter 722 suspends it. Referring to the associated timing diagram, during this interval from Tx to ( Tx + ton ), PWM clock Φ PWM 728 continues counting, reset signal 729 comprising the R input to S/R latch 720 remains low, set signal 730 comprising the S input to S/R latch 720 remains low (activation pulse not shown), and output G pulse (t) 731 remains high.

onカウンタ721が間隔tonのカウントダウンを完了すると、リセットパルス734によって示されるように、カウンタの出力は瞬間的にハイになる。同時に、Q出力の立ち下がりエッジは、インバータ725の出力に立ち上がりエッジを生成し、toffレジスタ727データのタフカウンタ722へのロードをトリガーする。ANDゲート724へのロジックハイ入力により、ΦPWMクロックをタフカウンタ722にルーティングすることができます。関連するタイミング図を参照すると(T+ton)から(T+TPWM)までのこの間隔の間、PWMクロックΦPWM728はカウントを継続し、S/Rラッチ720へのR入力を含むリセット信号729はローのままです(リセットパルスを除く)間隔の開始時に734)、S/Rラッチ720へのS入力を含む設定信号730はローのままであり、出力Gpulse(t)731はローのままである。カウンタがtoffの間隔の後にゼロにカウントダウンすると、その出力は、S/Rラッチ720のQ出力を論理「1」状態に切り替えてトンレジスタから現在の値をロードする短いセットパルス732を生成します726をtonカウンタ721に入れ、プロセス全体を再開する。 When t on counter 721 completes counting down the interval t on , the counter's output momentarily goes high, as indicated by reset pulse 734. Simultaneously, the falling edge of the Q output generates a rising edge at the output of inverter 725, triggering the loading of t off register 727 data into tough counter 722. A logic high input to AND gate 724 allows the Φ PWM clock to be routed to tough counter 722. Referring to the associated timing diagram, during this interval from (T x + t on ) to (T x + T PWM ), PWM clock Φ PWM 728 continues counting, reset signal 729, which includes the R input to S/R latch 720, remains low (except for reset pulse 734 at the beginning of the interval), set signal 730, which includes the S input to S/R latch 720, remains low, and output G pulse (t) 731 remains low. When the counter counts down to zero after an interval of t off , its output generates a short set pulse 732 which switches the Q output of S/R latch 720 to a logic "1" state and loads the current value from t register 726 into t on counter 721, restarting the whole process.

示されているように、Gpulse出力731は、持続時間ton=DPWMPWMの論理High状態から持続時間toff=(1-DPWM)TPWMの論理Low状態に切り替わります。設定パルス732がトリガーされるたびに、トンレジスタ726の現在の値がトンカウンタ721にロードされる。同様に、リセットパルス734がトリガーされるたびに、タフレジスタ727の現在の値がtoffカウンタ722にロードされる。このようにして、PWMプレーヤパラメトリックファイル491は、PWMプレーヤの周波数およびデューティファクタを動的に変更して、ソフトウェアと同等の実装と同じ波形。起動時にS入力をS/Rラッチ720にハイにプルするために使用される抵抗器733は高抵抗を有し、起動が終了して回路への電力が安定すると、タフカウンタ722からの論理ロー状態出力を克服できないことに留意されたい。 As shown, G pulse output 731 switches from a logic-high state of duration t on = D PWM T PWM to a logic-low state of duration t off = (1-D PWM ) T PWM . Each time set pulse 732 is triggered, the current value of ton register 726 is loaded into ton counter 721. Similarly, each time reset pulse 734 is triggered, the current value of tough register 727 is loaded into t off counter 722. In this way, PWM player parametric file 491 dynamically changes the PWM player frequency and duty factor to produce the same waveform as a software-equivalent implementation. Note that resistor 733, used to pull the S input to S/R latch 720 high during startup, has high resistance and is unable to overcome the logic-low state output from tough counter 722 once startup is complete and power to the circuit has stabilized.

結論として、PWMプレーヤでは、周波数fPWMと対応するデューティファクタDPWMが特定の再生ファイルに従って時間とともに変化し、それによってトンとタフの持続時間が変化するパルスのPWMシーケンスが定義されます。パルス幅変調器のパルス周波数fPWM=1/TPWMは、変調器の駆動に使用されるPWMクロックΦPWM=20kHzよりも周波数が低いことに注意してください。さらに、PWM周波数fPWMは、波形シンセサイザブロックのPWMジェネレータΨP[f(t)]で使用されるオーバーサンプリングされたクロックΦsymをはるかに下回っています。つまり、1/Φsym>>1/ΦPWM≧fPWM In conclusion, in a PWM player, the frequency f PWM and the corresponding duty factor D PWM vary over time according to a specific playback file, thereby defining a PWM sequence of pulses with varying tone and duty durations. Note that the pulse frequency f PWM = 1/T PWM of the pulse width modulator is lower than the PWM clock Φ PWM = 20 kHz used to drive the modulator. Furthermore, the PWM frequency f PWM is much lower than the oversampled clock Φ sym used by the PWM generator ΨP[f(t)] in the waveform synthesizer block. In other words, 1/Φ sym >> 1/Φ PWM ≥ f PWM .

LEDドライバの操作 LED driver operation

分散型PBTシステムのLEDプレーヤの第3段階は、LEDドライバ回路です。図43を参照すると、LEDドライバ485がその入力Gsynth(t)・Gpulse(t)をオプションの時間依存基準電流496とともに1つまたは複数のアナログ制御信号に変換する場合の機能、つまり、LEDドライブストリーム497次に、αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)に等しい集約信号を使用して、例示的な波形498に示すように多数のLEDストリングの電流を制御します。 The third stage of the LED player in a distributed PBT system is the LED driver circuit. Referring to Figure 43, this function is where the LED driver 485 converts its input G synth (t) · G pulse (t) along with an optional time-dependent reference current 496 into one or more analog control signals, i.e., LED drive stream 497. An aggregate signal equal to αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) is then used to control the current in multiple LED strings as shown in exemplary waveform 498.

LEDドライバの動作の詳細は、図62のLEDドライバ485のブロック図に示されています。この図は、2つのPWMパルスストリング入力IN1493及びIN2750と、LEDストリング743aおよび743bを駆動するための2つの出力のみを示していますが、PBTの当業者には、任意の数の合成波形が理解されます。たとえば、1~16が必要な場合があり、LEDストリングの数はn=1~36ストリング(または大型デバイスではさらに多く)まで変化する可能性がありますが、小さいLEDパッドの場合、ストリングの数は8~24の範囲になる可能性があります。直列接続されたLEDの「m」の数は、直列接続全体が適切に動作するために+VLEDを超える電圧を必要としない限り、ストリングごとに変化し得ることも理解されます。 Details of the LED driver's operation are shown in the block diagram of LED driver 485 in Figure 62. While this diagram shows only two PWM pulse string inputs, IN1493 and IN2750, and two outputs for driving LED strings 743a and 743b, those skilled in the art of PBT will understand that any number of composite waveforms can be used. For example, 1 to 16 may be required, and the number of LED strings can vary from n = 1 to 36 strings (or even more for larger devices), while for smaller LED pads, the number of strings could range from 8 to 24. It is also understood that the number of series-connected LEDs, "m," can vary from string to string, as long as the entire series connection does not require a voltage greater than +VLED to operate properly.

ドライバ485は、入力ごとに2つのバッファを含んでいるLED示すように、例えばIN1インバータ744a及び744bを必要とし、IN2インバータ745a及び745b、並びにPWMクロックカウンタ710を備え、LEDパッドコントローラ747、出力の複数のチャネルを必要とするILED1、ILED4、...各チャネルには制御された電流ソースまたはシンクが含まれ、オプションでD/Aコンバータと関連するIrefデータレジスタが含まれます。例えば、示されるように、ILED1出力は、LEDストリング743aを駆動する制御電流シンク740、基準電流Iref1生成するD/A変換器741、および関連するIref1データレジスタ742aを含む。同様に、ILED4出力は、制御電流シンク740d駆動LEDストリング743d、基準電流Iref4生成するD/A変換器741d、および関連するIref4データレジスタ742dを含む。オプションのクロスポイントマトリックス746は動的に割り当てるために使用されている、すなわち、必要に応じて、入力IN1とIN2などを出力ILED1,ILED2,ILED3,ILED4,ILED5...に割り当てる。PWM波形入力とは別に、Gsynth(t)・Gpulse(t)LEDドライバ485には、LEDドライバパラメトリックファイル749と基準クロックΦrefも必要です。 The LED driver 485 includes two buffers per input, e.g., IN1 inverters 744a and 744b, and IN2 inverters 745a and 745b, as well as a PWM clock counter 710, an LED pad controller 747, and multiple channels of outputs, ILED1 , ILED4 , ..., each channel including a controlled current source or sink, and optionally a D/A converter and associated Iref data register. For example, as shown, the ILED1 output includes a controlled current sink 740 driving LED string 743a, a D/A converter 741 generating reference current Iref1 , and an associated Iref1 data register 742a. Similarly, the ILED4 output includes a controlled current sink 740d driving LED string 743d, a D/A converter 741d generating reference current Iref4 , and an associated Iref4 data register 742d. An optional crosspoint matrix 746 is used to dynamically assign, i.e., assign inputs IN1 and IN2 etc. to outputs ILED1 , ILED2 , ILED3 , ILED4 , ILED5 , ... as needed. Apart from the PWM waveform inputs, the Gsynth (t) and Gpulse (t) LED drivers 485 also require an LED driver parametric file 749 and a reference clock Φref .

動作中、入力波形は、割り当てられたLEDストリングの電流を動的に制御する出力チャネルにマッピングされます。例えば、波形493は、IN1入力され、次に、クロスポイントスイッチ746を介して、電流シンク740aおよび他のチャネル(図示せず)へのデジタルEn1入力にマッピングされる。付随する凡例に詳述されているように、クロスポイントスイッチの黒丸は、閉じたスイッチ、つまり接続を示し、白丸は接続がない、つまり開回路を示します。同様に、波形750は、IN2入力され、次に、クロスポイントスイッチ746を介して、電流シンク740dへのデジタルEn2入力および他のチャネル(図示せず)にマッピングされる。同時に、PWMクロックΦPWMによって同期ように、アナログ信号Iref1、電流シンク740aに供給され、アナログ信号Iref4、電流シンク740dに供給されます。電流のIref1とIref4さによって設定されたデジタル値にロードにIref1とIref4742aおよびレジスタ742dに対応することによりD/A変換器の741aと741d。得られた波形748aと748d制御電流ILED1=αIref1とILED4=αIref4。電流シンク(または代わりに電流源)の設計、実装、および動作は、図20Aから図23Cの例に記載されている。LEDドライバ機能は、ソフトウェアを使用して2つのステップで指定および実行することもできます。たとえば、最初に入力を出力にマッピングします。 In operation, input waveforms are mapped to output channels that dynamically control the current in their assigned LED strings. For example, waveform 493 is input to IN1 and then mapped via crosspoint switch 746 to the digital En1 input to current sink 740a and other channels (not shown). As detailed in the accompanying legend, a filled circle on the crosspoint switch indicates a closed switch, or connection, while a hollow circle indicates no connection, or open circuit. Similarly, waveform 750 is input to IN2 and then mapped via crosspoint switch 746 to the digital En2 input to current sink 740d and other channels (not shown). Simultaneously, analog signal Iref1 is provided to current sink 740a and analog signal Iref4 is provided to current sink 740d, synchronized by PWM clock Φ PWM . The currents Iref1 and Iref4 are loaded into digital values set by Iref1 and Iref4 in registers 742a and 742d, respectively, by D/A converters 741a and 741d. The resulting waveforms 748a and 748d control currents ILED1 = αIref1 and ILED4 = αIref4 . The design, implementation, and operation of current sinks (or alternatively current sources) are described in the examples of Figures 20A through 23C. The LED driver function can also be specified and executed in two steps using software. For example, first map the inputs to the outputs.

このマッピングを動的に変更することは可能ですが、マッピングは治療ごとに1回だけ実行され、治療全体を通して変更されないままになる可能性が高くなります。多くの場合、単一の入力のみが使用されます。現在の各チャネルの現在の実行可能コードは、定数値に固定できます While it is possible to dynamically change this mapping, it is likely that the mapping will be performed only once per treatment and will remain unchanged throughout the treatment. Often, only a single input is used. The current executable code for each channel can be fixed to a constant value.

製造キャリブレーション中、エラー項または曲線Icalibは、各チャネルの不揮発性メモリに保存されます。たとえば、Icalib1=1.04mA,Icalib4=-0.10mA,Icalib4=0.90mAです。LEDパッドには、ミラー比αの値も格納されます。たとえば、α=1/β=1,000,1000の場合、mAの出力電流には対応するマイクロアンペアの基準電流が必要です。再生を開始する前に、パッドμCは各チャンネルのIrefの値を計算して保存します。 During manufacturing calibration, the error terms or curves Icalib are stored in non-volatile memory for each channel. For example, Icalib1 = 1.04 mA, Icalib4 = -0.10 mA, and Icalib5 = 0.90 mA. The LED pad also stores the value of the mirror ratio α. For example, if α = 1/β = 1,000,1,000, then an output current of mA requires a corresponding reference current of microamperes. Before playback begins, the pad μC calculates and stores the value of Iref for each channel.

ref値は、プログラム実行の前に、揮発性メモリ内のIrefレジスタ742a、742d、742eなどに同等のデジタル形式で格納される。ターゲットLED電流の値が変化した場合、プログラムの実行前にレジスタ値を上書きするか、治療の進行に合わせて動的に「オンザフライ」で上書きすることができます。例えば、実行可能な擬似コードを使用して、動的LEDドライブは、以下を含み得る。 The I ref value is stored in digital equivalent form in I ref registers 742a, 742d, 742e, etc. in volatile memory prior to program execution. If the value of the target LED current changes, the register value can be overwritten before program execution or dynamically overwritten "on the fly" as treatment progresses. For example, using executable pseudocode, a dynamic LED drive might include the following:

実行中、各チャネルのIrefの値は、[ILED+Icalib]αによって設定されます。ここで、ILED1=早見「ドライブ」(行,2)、ILED4=早見「ドライブ」(行,5)などで、列2のセルILED2のLED電流ドライブデータが含まれ、列5にはILED4データなどが含まれます。カラム2細胞はIのLED駆動電流のデータを含む場合とLED2、カラム5はI含まLED4の列の値は、治療のために様々な間隔を定義するために使用されるデータなど、たとえば最大540秒で20mAを有通し、その23mAを伝送します。 During runtime, the value of Iref for each channel is set by [ ILED + Icalib ]α, where ILED1 = 'Drive' (row, 2), ILED4 = 'Drive' (row, 5), etc. Column 2 contains the LED current drive data for ILED2 , column 5 contains the ILED4 data, etc. If column 2 contains the LED drive current data for ILED2 and ILED2, column 5 contains the ILED4 data. The column values for ILED4 and ILED3 contain the data used to define various intervals for treatment, e.g., delivering 20 mA for up to 540 seconds and then delivering 23 mA.

すべてのチャネルに同じ電流が流れている場合は、以下に示すように、チャネル固有の列をテーブルから削除して、単一の列に置き換えることができます。 If all channels have the same current, you can remove the channel-specific columns from the table and replace them with a single column, as shown below.

プログラムは、たとえば治療頭痛の例のように、テーブルではなく関数を呼び出すこともできます。 A program can also call a function instead of a table, as in the Treat Headache example.

上記の例では、20mAの正弦波は、定義された周波数の基準電流ILED(t)の数学関数によって生成されます。たとえば、Φrefクロック(またはオプションでその倍数)を使用した5.5Hz。所望の出力電流ILED(t)の各インスタンスでは、変換される前に、キャリブレーションテーブルデータによりチャネルごとに補正されたミラー比によってαに対応した基準電流Iref1の等レジスタ742a、742、742e,指示に従って「集合t=t+(1/Φref)」時刻tにおける各ループは、時間(1/Φrefをインクリメントさ)と合計は、それによって前の値を上書きし、変数tにバックを記憶します。そのため、変数tは、プログラムのループごとにインクリメントされるクロックとして機能します。クロックはカウントを続け、終端条件t≧tendが満たされるまで、TLED=1/fLEDの固定周期で正弦波を繰り返し生成します。 In the above example, a 20 mA sine wave is generated by a mathematical function of a reference current ILED (t) with a defined frequency, e.g., 5.5 Hz, using the Φref clock (or an optional multiple thereof). At each instance of the desired output current ILED (t), the reference current Iref1 , corresponding to α, is converted to equality by the mirror ratio α, corrected for each channel using the calibration table data, in registers 742a, 742b, and 742e, as instructed "set t = t + (1/ Φref )." Each loop at time t increments the time (1/ Φref ) and stores the sum back in variable t, thereby overwriting the previous value. Thus, variable t acts as a clock that is incremented with each loop of the program. The clock continues counting, repeatedly generating a sine wave with a fixed period of TLED = 1/fLED until the terminal condition t ≥ tend is met.

分散型PBTシステムのLEDプレーヤ Distributed PBT system LED player

図43のLED再生動作において、はT彼波形シンセサイザ483の配列、PWMプレーヤ484、及びLEDドライバ485は、再生動作時にLED駆動ストリーム497を生成するが、波形合成はクロック周波数Φsymので行われる、有意オーディオ周波数スペクトルの上であることをここでΦsym>>20kHzで、PWMクロックΦPWMながらPWMプレーヤ484によって使用され、LEDクロックΦLEDLEDプレーヤによって使用される485は、Φオーディオスペクトルで動作するPWM≦20キロヘルツとΦLED≦20kHz。要約すると、LEDプレーヤの操作には以下が含まれます。
・単位関数発生器を使用して数学的に、またはオーバーサンプリングされたルックアップテーブルベースのプリミティブプロセッサを使用して、時間依存のアナログ単位関数f(t)を生成します。
・変換G用いてPWMパルスストリームにユニット関数f(t)を変換Gsynth(t)=ΨP[f(t)]。
・可聴スペクトルPWMパルスストリングGpulse(t)を生成します。
・Gsynth(t)とPWMパルスストリングGpulse(t)のゲーティング、つまり論理ANDを実行して、乗法単位関数出力Gsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。
・アナログ電流αIref(t)の時間変化とともに駆動のLEDプレーヤのユニット関数出力によりパルスをれるILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)。
43, the arrangement of waveform synthesizer 483, PWM player 484, and LED driver 485 generates LED drive stream 497 during playback operation, but waveform synthesis is performed at a clock frequency Φ sym , which is significantly above the audio frequency spectrum, where Φ sym >> 20 kHz, while the PWM clock Φ PWM used by PWM player 484 and the LED clock Φ LED used by LED player 485 operate in the audio spectrum Φ PWM ≦ 20 kHz and Φ LED ≦ 20 kHz. In summary, the operation of the LED player includes the following:
Generate a time-dependent analog unit function f(t) mathematically using an unit function generator or using an oversampled lookup table-based primitive processor.
Transform the unit function f(t) into a PWM pulse stream using the transformation G: G synth (t) = ΨP[f(t)].
Generate an audible spectrum PWM pulse string G pulse (t).
• Gating, or logical ANDing, G synth (t) with the PWM pulse string G pulse (t) to produce the multiplicative identity function output G synth (t)·G pulse (t).
I LED =αI ref (t)·G synth (t)·G pulse (t) is generated by the unit function output of the driven LED player along with the time change of the analog current αI ref (t).

図63から図65は、波形の様々な開示されたLEDプレーヤの汎用性を実証する例を示します。 Figures 63 to 65 show examples demonstrating the versatility of the disclosed LED player with a variety of waveforms.

図63Aは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]にPWMパルス文字列773aを掛け、D=50%にして、Gsynth(t)・Gpulse(t)を含むパルス文字列774aを生成します。一定のリファレンス781aを掛けて20mAを生成すると、結果の波形波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、デューティファクタが50%で平均電流が10mAの20mAピーク方形波802aで構成されます。 Figure 63A shows a constant f(t) = 1 function 761, resulting in a constant time-invariant G synth waveform 762, where ΨP[f(t)] = 100%. The constant ΨP[f(t)] is then multiplied by a PWM pulse string 773a with D = 50% to generate a pulse string 774a containing G synth (t) · G pulse (t). When multiplied by a constant reference 781a to generate 20 mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) consists of a 20 mA peak square wave 802a with a 50% duty factor and an average current of 10 mA.

図63Bは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]にPWMパルス文字列773bを掛け、D=20%にして、値Gsynth(t)・Gpulse(t)を持つパルス文字列774bを生成します。一定のリファレンス781bを掛けて50mAを生成すると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、20%のデューティファクタと10mAの平均電流を持つ20mAのピーク方形波802bで構成されます。 Figure 63B shows a constant f(t) = 1 function 761, resulting in a constant time-invariant G synth waveform 762, where ΨP[f(t)] = 100%. The constant ΨP[f(t)] is then multiplied by a PWM pulse string 773b with D = 20% to produce a pulse string 774b with a value G synth (t) · G pulse (t). When multiplied by a constant reference 781b to produce 50 mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) consists of a 20 mA peak square wave 802b with a 20% duty factor and an average current of 10 mA.

図63Cは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]にPWMパルス文字列773cを掛け、D=95%で、Gsynth(t)・Gpulse(t)はを含むパルス文字列774cを生成します。一定のリファレンス781cを掛けて10.6mAを生成すると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、95%のデューティファクタと10mAの平均電流を持つ10.6mAのピーク方形波802cで構成されます。 Figure 63C shows a constant f(t) = 1 function 761, resulting in a constant time-invariant G synth waveform 762, where ΨP[f(t)] = 100%. The constant ΨP[f(t)] is then multiplied by a PWM pulse string 773c, with D = 95%, to produce a pulse string 774c containing G synth (t) · G pulse (t). Multiplying by a constant reference 781c to produce 10.6 mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) consists of a 10.6 mA peak square wave 802c with a 95% duty factor and an average current of 10 mA.

図63Dは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]にD=50%のPWMパルス文字列773aを掛けて、値Gsynth(t)・Gpulse(t)のパルス文字列774aを生成します。ステップリファレンス781dを掛けて、25%から25mAにステップアップする20mAを生成すると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、50%のデューティファクタを持つ20mAのピーク方形波802cで構成されます。平均電流10mAは、50%のデューティファクタと平均電流112.5mAで25mAのピーク方形波にステップアップします。 Figure 63D shows a constant f(t) = 1 function 761, resulting in a constant time-invariant G synth waveform 762, where ΨP[f(t)] = 100%. The constant ΨP[f(t)] is then multiplied by a PWM pulse string 773a with D = 50% to produce a pulse string 774a with value G synth (t) · G pulse (t). When multiplied by a step reference 781d to produce a 20 mA step up from 25% to 25 mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) consists of a 20 mA peak square wave 802c with a 50% duty factor. The 10mA average current is stepped up to a 25mA peak square wave with a 50% duty factor and an average current of 112.5mA.

図63Eは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で定数値772を生成します。ここで、Gsynth(t)・Gpulse(t)=100%です。パルスリファレンス782を掛けて、20mAの方形波を生成し結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、50%のデューティファクタと10mAの平均電流を持つ20mAのピーク方形波802aで構成されます。 Figure 63E shows a constant f(t) = 1 function 761, resulting in a constant time-invariant G synth waveform 762, where ΨP[f(t)] = 100%. The constant ΨP[f(t)] is then multiplied by a constant value 771 to produce a constant value 772 with D = 100%, where G synth (t) · G pulse (t) = 100%. It is then multiplied by a pulse reference 782 to produce a 20 mA square wave. The resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) consists of a 20 mA peak square wave 802a with a 50% duty factor and an average current of 10 mA.

図63Fは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で定数値772を生成します。ここで、Gsynth(t)・Gpulse(t)=100%です。正弦波リファレンス783を掛けて、20mAの正弦波を生成します。結果として得られる波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、平均電流10mAの20mA正弦波803aで構成されます。 Figure 63F shows a constant f(t) = 1 function 761, resulting in a constant, time-invariant G synth waveform 762, where ΨP[f(t)] = 100%. The constant ΨP[f(t)] is then multiplied by a constant value 771 to produce a constant value 772 with D = 100%, where G synth (t) · G pulse (t) = 100%. This is then multiplied by a sine wave reference 783 to produce a 20 mA sine wave. The resulting waveform, I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t), consists of a 20 mA sine wave 803a with an average current of 10 mA.

図63Gは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で定数値772を生成します。ここで、Gsynth(t)・Gpulse(t)=100%です。アナログ-デジタルサンプル784aを掛けて、ピーク値が20mAの撥弦楽器を生成します。結果として得られる波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、平均電流10mAの20mAサンプル804aで構成されます。 Figure 63G shows a constant f(t) = 1 function 761, resulting in a constant, time-invariant G synth waveform 762, where ΨP[f(t)] = 100%. The constant ΨP[f(t)] is then multiplied by a constant value 771, producing a constant value 772 with D = 100%, where G synth (t) · G pulse (t) = 100%. This is multiplied by analog-to-digital samples 784a to produce a plucked string with a peak value of 20 mA. The resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) consists of 20 mA samples 804a with an average current of 10 mA.

図63Hは一定のf(t)=1関数761を示しており、その結果、一定の時不変のGsynth波形762が得られ、ここで、ΨP[f(t)]=100%である。次に、定数ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で定数値772を生成します。ここで、Gsynth(t)・Gpulse(t)=100%です。アナログ-デジタルサンプル784bを掛けて、ピーク値が20mAのシンバルクラッシュを生成します。結果として得られる波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、平均電流10mAの20mAサンプル804bで構成されます。 Figure 63H shows a constant f(t) = 1 function 761, resulting in a constant, time-invariant G synth waveform 762, where ΨP[f(t)] = 100%. The constant ΨP[f(t)] is then multiplied by a constant value 771, producing a constant value 772 with D = 100%, where G synth (t) · G pulse (t) = 100%. This is multiplied by analog-to-digital samples 784b to produce a cymbal crash with a peak value of 20 mA. The resulting waveform, I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t), consists of 20 mA samples 804b with an average current of 10 mA.

図64Aは、f(t)=sin(ft)の正弦関数763を示しており、その結果、Gsynth=ΨP[f(t)]が、定義された周期Tsynthを有する連続的に変化するPWMパルスストリング波形764としてもたらされる。次に、PWM文字列ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で、正弦波のPWM表現775を含むGsynth(t)・Gpulse(t)を含むデジタルパルス文字列を生成します。一定の基準781aを掛けて20mAを生成すると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、平均電流10mAの50%の20mAピーク正弦波803aで構成されます。 Figure 64A shows a sine function 763, f(t) = sin(ft), resulting in G synth = ΨP[f(t)] as a continuously varying PWM pulse string waveform 764 with a defined period T synth . The PWM string ΨP[f(t)] is then multiplied by a constant value 771, with D = 100%, to generate a digital pulse string containing G synth (t) · G pulse (t), which contains a PWM representation of a sine wave 775. When multiplied by a constant reference 781a to generate 20 mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) consists of a 20 mA peak sine wave 803a at 50% of the 10 mA average current.

図64Bは、f(t)=sin(ft)である正弦関数763を示し、定義された周期Tsynthを有する連続的に変化するPWMパルスストリング波形764としてGsynth=ΨP[[f(t)]をもたらす。次に、PWM文字列ΨP[[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で、正弦波のPWM表現775を含むデジタルパルス文字列Gsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。ステップリファレンス781dを掛けて、25%から25mAにステップアップする20mAを生成し、結果として得られる波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、10mAの50%平均電流の20mAピーク正弦波803bを含み、112.5mAの50%平均電流の25mAピーク正弦波にステップアップします。 Figure 64B shows a sine function 763, where f(t) = sin(ft), resulting in G synth = ΨP[[f(t)] as a continuously varying PWM pulse string waveform 764 with a defined period T synth . The PWM string ΨP[[f(t)] is then multiplied by a constant value 771, with D = 100%, to produce a digital pulse string G synth (t) · G pulse (t), which contains a PWM representation of a sine wave 775. Multiplied by step reference 781d to produce 20mA stepped up by 25% to 25mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) comprises a 20mA peak sine wave 803b at 50% average current of 10mA, stepped up to a 25mA peak sine wave at 50% average current of 112.5mA.

図64Cは、f(t)=sin(ft)である正弦関数763を示し、定義された周期Tsynthを有する連続的に変化するPWMパルスストリング波形764としてGsynth=ΨP[f(t)]をもたらす。次に、PWM文字列ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で、正弦波のPWM表現776を含むデジタルパルス文字列Gsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。20mAを生成するために一定の基準781aを掛けると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、50%の平均電流が10mAの正弦波803cの20mAコードで構成されます。 Figure 64C shows a sine function 763, where f(t) = sin(ft), resulting in G synth = ΨP[f(t)] as a continuously varying PWM pulse string waveform 764 with a defined period T synth . The PWM string ΨP[f(t)] is then multiplied by a constant value 771, with D = 100%, to produce a digital pulse string G synth (t) · G pulse (t), which contains a PWM representation of a sine wave 776. When multiplied by a constant reference 781a to produce 20 mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) consists of a 20 mA code of a sine wave 803c with a 50% average current of 10 mA.

図64Dは、Gsynth=ΨP[f(t)]によって、定義された周期Tsynthを有する周期的に変化するPWMパルスストリング波形767に変換されたのこぎり波763を示している。PWM列ΨP[f(t)]はそしてD=100%製造デジタルパルス列と定数値771で乗算されたGsynth(t)・Gpulse(t)のこぎり波のPWM表現777を含む20mAを生成するために、一定の基準781aを乗じたが、得られた波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、10mAの50%の平均電流で20mA鋸歯状波804を含みます。 Figure 64D shows a sawtooth wave 763 converted into a periodically varying PWM pulse string waveform 767 having a period T synth defined by G synth = ΨP[f(t)]. The PWM string ΨP[f(t)] was then multiplied by a constant reference 781a to generate a 20 mA containing PWM representation 777 of the G synth (t) · G pulse (t) sawtooth wave, multiplied by a constant value 771 with D = 100% production digital pulse train; the resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) contains a 20 mA sawtooth wave 804 with an average current of 50% of 10 mA.

図64Eは、Gsynth=ΨP[f(t)]によって、定義された周期Tsynthを有する周期的に変化するPWMパルス弦波形768aのオーディオサンプルを示す。次に、PWM文字列ΨP[f(t)]に定数値771を掛け、D=100%で、のこぎり波のPWM表現779aを含むデジタルパルス文字列Gsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。20mAを生成するために一定の基準781aを掛けると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、50%の平均電流が10mAの20mAオーディオサンプル805aで構成されます。 Figure 64E shows an audio sample of a periodically varying PWM pulse sine waveform 768a with a period T synth defined by G synth = ΨP[f(t)]. The PWM string ΨP[f(t)] is then multiplied by a constant value 771 to produce a digital pulse string G synth (t) · G pulse (t) containing a PWM representation of a sawtooth wave 779a with D = 100%. When multiplied by a constant reference 781a to produce 20 mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) consists of a 20 mA audio sample 805a with a 50% average current of 10 mA.

図64Fは,Gsynth=ΨP[f(t)]によって、定義された持続時間で周期的に変化するPWMパルス弦波形769aに変換されたギター弦768aのオーディオサンプルを示している。次に、PWMストリングΨP[f(t)]に、D=100%の定数値771を掛けて、デジタルパルスストリングGsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。これは、ギターストリングのPWM表現779aで構成されます。一定の基準781aを掛けて20mAを生成すると、結果の波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、50%の平均電流が10mAの20mAオーディオサンプル805aで構成されます。 Figure 64F shows an audio sample of a guitar string 768a converted into a PWM pulsed string waveform 769a that varies periodically with a defined duration by G synth = ΨP[f(t)]. The PWM string ΨP[f(t)] is then multiplied by a constant value 771 of D=100% to generate a digital pulse string G synth (t) · G pulse (t), which consists of a PWM representation 779a of the guitar string. When multiplied by a constant reference 781a to generate 20 mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) consists of a 20 mA audio sample 805a with a 50% average current of 10 mA.

図65は正弦関数763を示し、ここで、763f(t)=sin(ft)であり、結果として、Gsynth=ΨP[f(t)]が、定義された周期Tsynthを有する連続的に変化するPWMパルスストリング波形764として生じる。次に、PWM文字列ΨP[f(t)]に、D=67%の固定周期のPWMパルス771dを乗算して、低周波数PWMパルスによってゲート制御された正弦波のチョップされたPWM表現778を含むデジタルパルス文字列Gsynth(t)・Gpulse(t)を生成します。30mAを生成するために一定のリファレンス781aを掛け、結果として得られる波形ILED=αIref(t)・Gsynth(t)・Gpulse(t)は、平均電流10mAの正弦波803eの30mAコードで構成されます。 Figure 65 shows a sine function 763, where 763f(t) = sin(ft), resulting in G synth = ΨP[f(t)] as a continuously varying PWM pulse string waveform 764 with a defined period T synth . The PWM string ΨP[f(t)] is then multiplied by a PWM pulse 771d of fixed period D = 67% to produce a digital pulse string G synth (t) · G pulse (t), which comprises a chopped PWM representation 778 of a sine wave gated by a low frequency PWM pulse. Multiplied by a constant reference 781a to produce 30 mA, the resulting waveform I LED = αI ref (t) · G synth (t) · G pulse (t) consists of a 30 mA code of a sine wave 803e with an average current of 10 mA.

PBT処理を実行するため、第1のLEDのプレーヤが実行される特定のLED再生ファイル続いLEDパッドにPBTコントローラからダウンロードされます。いったんLEDプレイヤがダウンロードされ、LEDのプレーヤは、新しい治療法が選択されるたびに再ロードする必要はありません。プレーヤがLEDパッドの揮発性メモリに留まる限り、新しい再生ファイルを繰り返しロードして、新しい処理またはセッションを実行できます。ただし、PBTシステムをオフにするか、LEDパッドをPBTコントローラから切断すると、LEDプレーヤソフトウェアがLEDパッドの揮発性メモリから消去されるため、LED再生ファイルを実行して治療またはセッションを行う前に、パッドに再インストールする必要があります。LEDプレーヤファイルを不揮発性メモリに保存することでプログラムワイプの問題を回避できますが、セキュリティ上の理由から、プログラムを不揮発性EEPROMやフラッシュではなくSRAMやDRAMなどの揮発性メモリに書き込むことをお勧めします。このようにして、プログラムの内容をリバースエンジニアリングしようとすると、電源が遮断され、実行可能コードがすぐに失われることでプログラムを抽出しようとするハッカーの試みは、実行可能コードの即時の喪失によって妨げられます。 To perform a PBT procedure, a specific LED playback file is first downloaded from the PBT controller to the LED pad, followed by the execution of the LED player. Once the LED player is downloaded, the LED player does not need to be reloaded each time a new treatment is selected. As long as the player remains in the LED pad's volatile memory, new playback files can be repeatedly loaded to perform new treatments or sessions. However, turning off the PBT system or disconnecting the LED pad from the PBT controller erases the LED player software from the LED pad's volatile memory and requires reinstallation on the pad before an LED playback file can be executed to perform a treatment or session. While storing LED player files in non-volatile memory avoids the program wipe issue, for security reasons, it is recommended that programs be written to volatile memory such as SRAM or DRAM rather than non-volatile EEPROM or flash. In this way, any attempt by a hacker to extract the program is thwarted by the immediate loss of executable code when power is shut off, as any attempt to reverse engineer the program's contents is thwarted by the immediate loss of executable code.

図66に示されるように、ペイロードデータ831を含むLED再生ファイル830は、ペイロードは、次に、波形プリミティブに487を抽出する非圧縮であり、揮発性メモリ832へ転送されるPWMの波形シンセサイザパラメトリック486は、波形シンセサイザ833にロードされたプレーヤパラメトリック491はPWMプレーヤ834、およびLEDにロードLEDドライバ835にロードされたドライバパラメトリック749。ペイロードデータ831の内容の例が図67に示されている波形プリミティブの内容487、波形合成パラメトリック486、PWMプレーヤパラメトリック491、及びLEDドライバのパラメトリック749を含む波形のサイザーパラメトリック486含む実行に必要な情報、特定の治療またはセッションを、ある命令ファイル。波形合成の一般的な命令ファイルには、次のものが含まれています。
・ファイルで採用されている波形合成方法、つまり関数合成またはプリミティブ合成のいずれか。
・プログラムのチューニング(キー)、つまり合成用のfkeyレジスタの設定。PBT合成で使用可能なキーは、4番目オクターブの音符の事前定義された2進倍数、9番目オクターブから1番目オクターブまでのオーディオスペクトルにまたがる生成された倍音で構成されます。デフォルトでは、音階は均一に調整されています。「他の」サブメニューのような変則チューニング含むヴェルクマイスター(Werckmeister)、ピタゴラス、ジャストメジャー及び二乗平均トーンスケール。生理学的スケール「フィジオ」は、観察から導き出された経験的に導き出されたスケールに基づいています。「カスタム」UI/UXを使用すると、ユーザはfkeyの値を4第オクターブ周波数(音符ではなくヘルツで入力)として手動で設定し、この周波数をキーレジスタに渡すことができます。
・合成の各波形「ステップ」の期間を含む、合成される波形シーケンス。プログラムの終了には、処理またはセッションが完了したことを示す終了コードが含まれています。
・関数合成を使用する場合、各関数の数式とその頻度f。関数合成を使用して利用可能な周期波形には、一定、のこぎり波、三角波、および単一周波数の正弦波が含まれます。
・プリミティブ合成が使用される場合、周波数fを含む各プリミティブサブルーチンコールX及び解像度ξプリミティブの再生サブルーチン。使用可能なプリミティブベースの波形サブルーチン呼び出しには、定数、のこぎり波、三角形、正弦波、またはオーディオサンプルが含まれます。正弦波コードのプリミティブベースの合成は、「コードビルダー」サブルーチンを使用して利用することもできます。
・コードビルダーのサブルーチンには、コードの作成方法と、存在するオクターブとノートの指定が含まれます。コードビルダーアルゴリズムには、「オクターブ」合成と「三/四」コード合成が含まれます。
・オクターブ合成では、任意のコードは、そのコンポーネントのオクターブ「オクターブ」番号(fレジスタ設定に従って作成された周波数fを表す-1から9までの番号)と、各オクターブの対応するプリミティブ解像度ξおよびブレンドAによって記述できます。三/四コードビルダーでは、ゲインAxで設定された調整可能な振幅を使用して、1オクターブにまたがる3つまたは4つの固定解像度の正弦波ノートをブレンドできます。使用可能なコードトライアドには、メジャー、マイナー、ディミニッシュ、オーグメントが含まれ、各トライアドには、コードのルートノートの+1オクターブ上にオプションの4番目のノートが含まれます。あるいは、4番目の音を追加して、7番目の和音、具体的には7番目、メジャー番目、およびマイナー7番目の構造を持つクワッドノートコードを形成することもできます。「カスタム」コードを使用すると、不協和音であっても1オクターブにまたがる3音のコードを生成でき、コードのルートノートから+1オクターブ上の4番目のノートを選択できます
・すべてのコードビルダー出力は、ユニット関数の0.5平均値をシフトすることなく、デジタルゲイAαによってコードの周期的振幅を増加させるようにスケーリングできます。
・波形シンセサイザのすべての出力は、単位関数を表します。つまり、0.000~1.000のアナログ値が、0%~100%のデューティファクタのPWMパルスストリングに変換されます。この範囲外の合成波形は切り捨てられます。
As shown in Figure 66, an LED playback file 830 containing payload data 831 is transferred to volatile memory 832 where the payload is then extracted into waveform primitives 487, uncompressed, PWM waveform synthesizer parametrics 486, loaded into waveform synthesizer 833, PWM player parametrics 491, and loaded into LED driver 835. An example of the contents of payload data 831 is shown in Figure 67. The contents of the waveform primitives 487, waveform synthesis parametrics 486, PWM player parametrics 491, and LED driver parametrics 749 are included in the waveform sizer parametrics 486, which include the information required to execute a particular treatment or session, which is an instruction file. A typical instruction file for waveform synthesis contains the following:
- The waveform synthesis method employed in the file, either functional synthesis or primitive synthesis.
Program tuning (key), i.e., setting the f key register for synthesis. Available keys for PBT synthesis consist of predefined binary multiples of notes in the fourth octave, and generated harmonics spanning the audio spectrum from the ninth octave to the first octave. By default, the scale is uniformly tuned. The "Other" submenu includes alternative tunings such as Werckmeister, Pythagorean, Just Major, and Mean Square Tone scales. The physiological scale "Physio" is based on empirically derived scales derived from observation. The "Custom" UI/UX allows users to manually set the f key value as a fourth octave frequency (entered in Hertz, not notes) and pass this frequency to the key register.
The waveform sequence to be synthesized, including the duration of each waveform "step" in the synthesis. The program exits with an exit code indicating the process or session is complete.
If using Function Synthesis, the mathematical formula for each function and its frequency f. Periodic waveforms available using Function Synthesis include constant, sawtooth, triangle, and single-frequency sine waves.
If primitive synthesis is used, each primitive subroutine calls X with frequency f and resolution ξ x . The primitive's playback subroutine. Available primitive-based waveform subroutine calls include constant, sawtooth, triangle, sine, or audio sample. Primitive-based synthesis of sine wave chords is also available using the "Chord Builder" subroutine.
Chord Builder subroutines include how to create chords and specify the octaves and notes that exist. Chord Builder algorithms include "octave" synthesis and "3/4" chord synthesis.
With octave synthesis, any chord can be described by its component octave "octave" numbers (a number between -1 and 9 representing the frequency fx created according to the fx register setting) and the corresponding primitive resolution ξx and blend Ax for each octave. The three-quarter chord builder allows blending of three or four fixed-resolution sinusoidal notes across an octave with adjustable amplitude set by the gain Ax. Available chord triads include major, minor, diminished, and augmented, and each triad includes an optional fourth note +1 octave above the chord's root note. Alternatively, a fourth note can be added to form a seventh chord, specifically a quad-note chord with a seventh, major, and minor seventh structure. "Custom" chords allow you to generate three-note chords that span an octave, even dissonant ones, and choose a fourth note +1 octave above the chord root note. All Chord Builder outputs can be scaled to increase the chord's periodic amplitude by a digital Gauss A alpha , without shifting the 0.5 mean value of the unit function.
All outputs of the waveform synthesizer represent the identity function, i.e., analog values between 0.000 and 1.000 are converted to a PWM pulse string with a duty factor between 0% and 100%. Synthesized waveforms outside this range are truncated.

動作中、波形シンセサイザパラメトリック487によって指定された再生ファイルによって必要とされる波形プリミティブ486のみがLEDパッドにダウンロードされる。ダウンロード可能なプリミティブライブラリ487は、例えば、24、46、96、198、または360ポイントまたは16ビットの解像度を使用する、様々な解像度ξでの正弦波プリミティブの選択を含む。エグザンプラライブラリには、三角形とのこぎり波の24ポイントの説明も含まれていますが、他の解像度も制限なく含まれる場合があります。他のライブラリコンポーネント、たとえばξ=96の場合、fと2fが1オクターブ離れた2つの正弦波、fと4fが2オクターブ離れた、またはfと16fが4オクターブ離れた、または5オクターブの2つの正弦波を含むコードが含まれます。fと32fで離れています。 During operation, only the waveform primitives 486 required by the playback file specified by the waveform synthesizer parametric 487 are downloaded to the LED pads. The downloadable primitive library 487 includes a selection of sine wave primitives at various resolutions ξ, using, for example, 24, 46, 96, 198, or 360 points or 16-bit resolution. The exemplar library also includes 24-point descriptions of triangle and sawtooth waves, although other resolutions may be included without limitation. Other library components, for example for ξ = 96, include code containing two sine waves spaced one octave apart by f and 2f, two octaves apart by f and 4f, or four octaves apart by f and 16f, or five octaves apart by f and 32f.

他のオプションには、2オクターブにまたがる[f、2f、4f]などの3オクターブコードが含まれます。[f、2f、8f]または[f、4f、8f]は3オクターブにまたがり、たとえば4オクターブにまたがって[f、2f、16f]、[f、4f、16f]、または[f、8f、16f]。他のトライアドには、メジャー、マイナー、ディミニッシュ、オーグメンテッドコードが含まれます。たとえば、[f、1.25f、1.5f]、[f、1.2f、1.5f]、[f、1.2f、1.444f]などです。トライアドは、ルートの1オクターブ上に音符を含めることでクワッドコードに変更できます。 Other options include three-octave chords, such as [f, 2f, 4f], which span two octaves; [f, 2f, 8f] or [f, 4f, 8f], which span three octaves; and [f, 2f, 16f], [f, 4f, 16f], or [f, 8f, 16f], which span four octaves. Other triads include major, minor, diminished, and augmented chords, such as [f, 1.25f, 1.5f], [f, 1.2f, 1.5f], or [f, 1.2f, 1.444f]. Triads can be changed into quad chords by including a note one octave above the root.

PWMプレーヤパラメトリックファイル491には、一定モードまたはパルスモードの設定が含まれています。パルスモードでは、再生ファイルは一連のPWM周波数fPWMと、対応するデューティファクタDPWM対再生時間で構成され、これにより、トンとタフの持続時間が変化するパルスのPWMシーケンスを定義します。パルス幅変調器のパルス周波数fPWMは、変調器の駆動に使用されるPWMクロックΦPWM=20kHzよりも周波数が低いことに注意してください。結論として、PWMプレーヤの動作では、PWM周波数fPWMは、PWMパラメトリックファイル491で指定された再生プログラムによって変化することによって固定されません。周波数fPWMはクロックΦPWMと同じくらい高くなる可能性がありますが、ほとんどの場合、周波数fPWMは低くなるため、fPWM≦ΦPWMになります。さらに、周波数fPWMは可聴スペクトルにあり、波形シンセサイザブロックのPWMジェネレータΨP[f(t)]で使用される超音速範囲のオーバーサンプリングされたクロックΦsymをはるかに下回っています。つまり、数学的にはfPWM≦ΦPWM
<<1/Φsymとなります。
The PWM player parametric file 491 contains settings for either constant or pulse mode. In pulse mode, the playback file consists of a series of PWM frequencies f PWM and corresponding duty factors D PWM versus playback time, thereby defining a PWM sequence of pulses of varying tone and duty duration. Note that the pulse width modulator pulse frequency f PWM is lower in frequency than the PWM clock Φ PWM = 20 kHz used to drive the modulator. Consequently, in PWM player operation, the PWM frequency f PWM is not fixed; it is varied by the playback program specified in the PWM parametric file 491. While the frequency f PWM can be as high as the clock Φ PWM , in most cases the frequency f PWM will be lower, so that f PWM ≤ Φ PWM . Furthermore, the frequency f PWM is in the audible spectrum, far below the supersonic range of the oversampled clock Φ sym used by the PWM generator ΨP[f(t)] in the Waveform Synthesizer block. This means that mathematically, f PWM ≦Φ PWM
<< 1/Φ sym .

LEDドライバパラメトリック749では、ユニット機能のデジタルPWM入力INxは、電流シンクイネーブルEnyに対してマッピングされます。たとえば、入力IN1はチャネル4の電流シンクイネーブルEn4にマップされ、入力IN2はチャネル1および5の電流シンクイネーブルEn1およびEn5(図示せず)にマップされます。各チャネルのIrefの値は、対応する各D/Aコンバータの出力によって設定されます。これには、定数、周期関数、またはオーディオサンプルが含まれます。あるいは、1つのD/Aコンバータを使用して、すべての出力チャネルの基準電流に同じ機能または定数値を供給することもできます。 In the LED Driver Parametric 749, the unit function digital PWM inputs INx are mapped to current sink enables Eny. For example, input IN1 maps to current sink enable En4 for channel 4, and input IN2 maps to current sink enables En1 and En5 (not shown) for channels 1 and 5. The value of I ref for each channel is set by the output of its corresponding D/A converter. This can include a constant, a periodic function, or audio samples. Alternatively, a single D/A converter can be used to supply the same function or constant value for the reference current of all output channels.

分散型PBTシステムでのPレイバックの開始 P layback begins in decentralized PBT system

LEDプレーヤおよびLED再生ファイルをLEDパッドにダウンロードした後、再生は、開始信号840およびPBTシステムタイミング制御によって可能になり、これらは、ソフトウェア、または図68の例示的な回路を使用して実装することができす。図68はセット/リセットまたはS/Rタイプのフリップフロップを含む開始/停止ラッチ842、割り込みラッチ843、PBTシステムクロックカウンタ640、起動ワンショット848、論理ANゲート845および846、および論理ORゲート846および847を含む。2つの入力ANDゲート845は、LEDプレーヤへの発振器Φoscのシステムクロックイネーブルとして機能し、開始信号と制御信号840および841によって、またさまざまな割り込みからゲートされます。具体的には、点滅タイマタイムアウト844、ウォッチドッグタイマタイムアウト845、または過熱フラグ846です。 After downloading the LED player and LED playback files to the LED pad, playback is enabled by a start signal 840 and PBT system timing controls, which can be implemented in software or using the example circuit of Figure 68. Figure 68 includes a start/stop latch 842, which includes a set/reset or S/R type flip-flop, an interrupt latch 843, a PBT system clock counter 640, a startup one-shot 848, logic AND gates 845 and 846, and logic OR gates 846 and 847. The two-input AND gate 845 serves as a system clock enable for the oscillator Φosc to the LED player and is gated by the start and control signals 840 and 841, as well as various interrupts, specifically the blink timer timeout 844, watchdog timer timeout 845, or overtemperature flag 846.

起動時に、ワンショット848は、ORゲート846の出力を直ちにハイに駆動するパルスを生成する。同時に、ワンショット信号は、割り込みラッチ843のセット入力Sおよびその出力Qをハイにトリガーする。ユーザ入力「スタート」840が選択されると、スタート/ストップラッチ846の出力Qをハイに設定する正方向のパルスを生成する。スタート/ストップラッチ846および割り込みラッチ843の両方のQ出力がハイに設定されると、ANDゲート845が有効になる。そのため、発振器ΦoscはクロックΦsysとしてPWMプレーヤに送られ、基準クロックΦrefとしてカウンタ640で除算されます。 Upon activation, one-shot 848 generates a pulse that immediately drives the output of OR gate 846 high. Simultaneously, the one-shot signal triggers the set input S of interrupt latch 843 and its output Q high. When user input "start" 840 is selected, it generates a positive-going pulse that sets the output Q of start/stop latch 846 high. When the Q outputs of both start/stop latch 846 and interrupt latch 843 are set high, AND gate 845 is enabled. Therefore, oscillator Φosc is sent to the PWM player as clock Φsys and divided by counter 640 as reference clock Φref .

「一時停止」841を選択すると、開始/停止ラッチ842の出力をゼロにリセットし、再生を一時停止するパルスが生成される。一時停止コマンドをキャンセルする「開始」840が選択されるまで、再生はラッチオフのままです。そのようなものとして、開始/停止ラッチ842は、プログラム実行を開始および停止する。何らかの理由で割り込みが発生した場合、つまり、ORゲート647への入力のいずれかがハイになると、ORゲートの出力もハイになり、割り込みラッチ843の出力Qがゼロにリセットされます。Q出力がローでANDゲート846ダウンロード845の出力がローの場合、クロックΦoscはLED出力から切断され、治療を一時停止します。この状況は、割り込みの原因が修正され、ORゲート647への入力がローにリセットされ、システム復元パルスが割り込みラッチ843のS入力に送信されるまで続きます。たとえば、過熱状態が発生した場合、温度フラグがハイになり846、常温に戻って障害フラグがリセットされるまでLEDパッドの動作を無効にします。 Selecting "Pause" 841 generates a pulse that resets the output of Start/Stop Latch 842 to zero, pausing playback. Playback remains latched off until "Start" 840 is selected, which cancels the pause command. As such, Start/Stop Latch 842 starts and stops program execution. If an interrupt occurs for any reason, i.e., if either input to OR Gate 647 goes high, the output of the OR Gate also goes high, resetting the output Q of Interrupt Latch 843 to zero. If the Q output is low and the output of AND Gate 846 Download 845 is low, the clock Φosc is disconnected from the LED output, pausing therapy. This situation continues until the cause of the interrupt is corrected, the input to OR Gate 647 is reset low, and a system restore pulse is sent to the S input of Interrupt Latch 843. For example, if an overtemperature condition occurs, the Temperature Flag 846 goes high, disabling operation of the LED pad until normal temperature returns and the fault flag is reset.

開示された分散型PBTシステムの独特の安全機能は、まばたきタイマである。このタイマはインテリジェントLEDパッド自体の中で動作し、PBTコントローラに依存しません。パッドμC内の一定の間隔で、たとえば20秒または30秒ごとに、プログラムカウンタが動作を中断して、割り込みサービスルーチン(ISR)を実行します。この間隔の間、LightPadOSソフトウェアがLEDパッドの電気接続、優先メッセージまたはファイルの更新、ファイルのパリティチェックなどに関する安全性チェックを実行している間、点滅タイムアウトフラグがロジック1に設定されます。点滅割り込みルーチンが完了すると、点滅タイムアウトがゼロにリセットされ、ハードウェアウォッチドッグタイマがリセットされ、プログラムの実行がメインルーチンに戻ります。ISRの完了後、パッドμCはシステム復元パルスを生成してラッチ843を中断し、プログラム操作を再開します。ソフトウェアが何らかの理由でフリーズした場合、プログラムは動作を再開せず、パッドのLEDストリングはオフのままになります。それ以外の場合、LEDパッドは定義された間隔(たとえば2秒)後に動作を再開します。 A unique safety feature of the disclosed distributed PBT system is the blink timer. This timer runs within the intelligent LED pad itself and is independent of the PBT controller. At regular intervals within the pad μC, for example, every 20 or 30 seconds, a program counter suspends operation to execute an interrupt service routine (ISR). During this interval, the blink timeout flag is set to logic 1 while the LightPadOS software performs safety checks on the LED pad's electrical connections, priority message or file updates, file parity checks, and so on. Upon completion of the blink interrupt routine, the blink timeout is reset to zero, the hardware watchdog timer is reset, and program execution returns to the main routine. After the ISR is completed, the pad μC generates a system restore pulse to interrupt latch 843, resuming program operation. If the software freezes for any reason, the program does not resume operation and the pad's LED string remains off. Otherwise, the LED pad resumes operation after a defined interval (for example, 2 seconds).

別の障害モードでは、LEDがオンで発光しているときに、ソフトウェアがフリーズします。状態が続く場合、LEDが過熱し、患者に火傷の危険をもたらす可能性があります。危険な状態が発生するのを防ぐために、ハードウェアウォッチドッグタイマ(動作はソフトウェアに依存しません)は、ソフトウェアプログラムカウンタと並行してカウントダウンします。ソフトウェアタイマがオン状態でフリーズした場合、ウォッチドッグタイマはリセットされず、ウォッチドッグタイマはタイムアウトして、点滅タイムアウト割り込み844を生成し、障害状態が解決されるまでPBTシステムの動作を停止します。 Another failure mode occurs when the software freezes while the LED is on and emitting light. If the condition persists, the LED may overheat, posing a risk of burns to the patient. To prevent a dangerous condition from occurring, a hardware watchdog timer (whose operation is independent of the software) counts down in parallel with the software program counter. If the software timer freezes in the on state, it will not reset the watchdog timer, which will time out and generate a blink timeout interrupt 844, halting operation of the PBT system until the fault condition is resolved.

このようにして、開示された分散型PBTシステムを使用して、LEDパッドの動作を遠隔制御することができる。さらに、本明細書に開示される方法は、共通のPBTコントローラから同時に複数のインテリジェントLEDパッドを制御するように適合させることができる。 In this manner, the disclosed distributed PBT system can be used to remotely control the operation of LED pads. Furthermore, the methods disclosed herein can be adapted to control multiple intelligent LED pads simultaneously from a common PBT controller.

コンポーネントの通信オーバーPBT分散システム Component communication over PBT distributed systems

分散PBTシステムのコンポーネント間で必要な通信を実装するには、複雑な通信ネットワークと、リアルタイムとファイルベースのデータ転送の組み合わせに対応するように設計された専用プロトコルが必要です。その一部は安全システムにリンクされています。FDAの規制に従い、安全性は医療機器の主要な設計上の考慮事項です。分散システムでは、この懸念はコンポーネントの自律動作によってさらに悪化します。分散型PBTのデバイス間通信に障害が発生したり、中断されたりした場合でも、安全システムが誤動作することはありません。通信、安全性、センシング、およびバイオフィードバックのトピックは、この特許の一部継続(CIP)アプリケーションとして同時に提出された「分散型光生体変調療法デバイス、方法、および通信プロトコル」というタイトルの関連特許で詳細に説明されています。 Implementing the necessary communications between components in a distributed PBT system requires complex communications networks and proprietary protocols designed to accommodate a combination of real-time and file-based data transfer, some of which are linked to safety systems. Pursuant to FDA regulations, safety is a primary design consideration for medical devices. In a distributed system, this concern is exacerbated by the autonomous operation of components. Even if inter-device communications in a distributed PBT fail or are interrupted, safety systems cannot malfunction. The topics of communications, safety, sensing, and biofeedback are described in detail in a related patent, titled "Distributed Photobiomodulation Therapy Device, Method, and Communication Protocol," which was filed simultaneously as a continuation-in-part (CIP) application to this patent.

説明したように、分散PBTシステムでのLightOSデータパケットの配信は、USB、I2C、SMBus、FireWire、Lightening、その他の有線通信メディアなどの有線バスを介して実行される4層通信プロトコルを使用して実現できます。しかし、分散PBTシステム通信は電話により(例えば、3G/LTE/4G又は5Gなどの)セルラネットワーク上で、イーサネット(登録商標)、無線LANを介して実行され、またはデータが公衆ルータを通過した場合、通信は、MACアドレスを使用して排他的に行うことができません。つまり、レイヤ1およびレイヤ2通信スタックは、ネットワークを介したデータルーティングを実行するのに十分ではありません。 As explained, delivery of LightOS data packets in a distributed PBT system can be achieved using a four-layer communication protocol running over a wired bus such as USB, I2C, SMBus, FireWire, Lightning, or other wired communication media. However, if distributed PBT system communication is performed over a cellular network (e.g., 3G/LTE/4G or 5G), Ethernet, or wireless LAN by telephone, or if the data passes through a public router, communication cannot be performed exclusively using MAC addresses. In other words, Layer 1 and Layer 2 communication stacks are not sufficient to perform data routing through the network.

例えば、図69は、PBTコントローラ1000は、7層OSI準拠の通信スタックを使用してイーサネット1002を介してインテリジェントLEDパッド1003と通信します。特に、PBTコントローラ1000の通信スタック1005には、イーサネット通信プロトコルを実行するPHYレイヤ1とデータリンクレイヤ2が含まれます。イーサネット差動信号1004;TCP/IP(インターネットプロトコルネットワークを介した転送通信プロトコル)に従ってネットワーク通信を実行するネットワーク層3およびトランスポート層4、および認証用のセッション層5、セキュリティ用のプレゼンテーション層6を含むLightOSオペレーティングシステム定義のアプリケーション層(暗号化/復号化)、およびPBTシステムの制御と治療のためのアプリケーション層7。LEDライトパッド1006の通信スタック1006には、イーサネット用の対応するレイヤ1およびレイヤ2プロトコル、TCP/IP用のレイヤ3およびレイヤ4、およびLightPadOSで定義されたレイヤ5~7が含まれます。ポイントツーポイント通信、である、IPルータを含まない通信のために、イーサネット接続1002は、ネットワークレイヤ3以上のプライベートネットワークとして動作します。インテリジェントLEDパッドのオペレーティングシステムLightPadOSはLightOSのサブセットであるため、物理的に分離されていても、単一の仮想マシン(VM)として相互に通信できます。 For example, Figure 69 shows a PBT controller 1000 communicating with an intelligent LED pad 1003 over Ethernet 1002 using a seven-layer OSI-compliant communications stack. Specifically, the communications stack 1005 of the PBT controller 1000 includes PHY Layer 1 and Data Link Layer 2, which implement the Ethernet communications protocol; Ethernet differential signaling 1004; Network Layer 3 and Transport Layer 4, which implement network communications according to TCP/IP (a communications protocol transmitted over an Internet Protocol network); and a LightPadOS operating system-defined application layer (encryption/decryption) including a session layer 5 for authentication, a presentation layer 6 for security, and an application layer 7 for PBT system control and management. The communications stack 1006 of the LED light pad 1006 includes the corresponding Layer 1 and Layer 2 protocols for Ethernet, Layers 3 and 4 for TCP/IP, and Layers 5-7 defined by LightPadOS. For point-to-point communication that does not involve IP routers, the Ethernet connection 1002 operates as a private network at network layer 3 or higher. The intelligent LED pad's operating system, LightPadOS, is a subset of LightOS, so even though they are physically separated, they can communicate with each other as a single virtual machine (VM).

説明した7層OSI通信スタックを使用して、開示されたPBTシステムのネットワーク通信をWiFiワイヤレス通信に簡単に適合させることができます。図70に示す分散型PBTシステムでは、電源1011によって電力を供給されるWiFi対応PBTコントローラ1010は、802.11のIEEE標準に従って、OFDM無線信号1015を使用して、WiFi信号1012によってインテリジェントLEDパッド1013と通信する。WiFi通信プロトコルには、インテリジェントLEDパッド1013で採用されているチップセットに応じて、802.11a、802.11b、802.11g、8012.11n、802.11ac、またはその他の関連バージョンが含まれます。PBTコントローラ1090は、すべての標準WiFiプロトコルのスーパーセットをサポートできます。WiFiは電力を運ぶことができないため、インテリジェントLEDパッド1093は、AC/DCコンバータとDC電源(ブリック)1014aまたはUSB蓄電池(図示せず)のいずれかから電力を供給されるUSBケーブル1014bを介して電力を受け取る必要があります。WiFi通信は、インテリジェントLEDパッド1013に存在する通信スタック1017に接続されたPBTコントローラ1010に存在する完全な7層OSI通信スタック1016を介して行われる。 Using the described seven-layer OSI communication stack, the network communication of the disclosed PBT system can be easily adapted to WiFi wireless communication. In the distributed PBT system shown in FIG. 70, a WiFi-enabled PBT controller 1010 powered by a power source 1011 communicates with an intelligent LED pad 1013 via WiFi signals 1012 using OFDM radio signals 1015 in accordance with the IEEE standard for 802.11. WiFi communication protocols include 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, or other related versions, depending on the chipset employed in the intelligent LED pad 1013. The PBT controller 1090 can support a superset of all standard WiFi protocols. Because WiFi cannot carry power, the intelligent LED pad 1093 must receive power via a USB cable 1014b, which is powered by either an AC/DC converter and DC power supply (brick) 1014a or a USB battery (not shown). WiFi communication occurs via a full 7-layer OSI communication stack 1016 present in the PBT controller 1010, which is connected to a communication stack 1017 present in the intelligent LED pad 1013.

動作中、図71Aに示されるWiFi無線機は、有線通信リンク1025(たとえば、PCI、USB、イーサネット)をマイクロ波無線1024に変換し、インターフェース回路と関連するファームウェア1022を使用してMACアクセス1020aを無線アクセスポイント1020bに変換します。動作中、通信リンク1108からの信号は、PHY信号1119aとして通信スタック1021aを通過し、ここで、フォーマットは、インターフェース1022によってPHY信号1119bに変換され、WiFi通信スタック1021bになり、マルチ通信で送信される様々な無線周波数で動作する無線1026a~1026nに変換される。マイクロ波通信用バンドアンテナアレイ1024.動作中、通信スタック1021aは、リンク通信データリンク層-2プロトコルに従ってデータ1023aを転送し、インターフェース回路および関連するファームウェア1022は、無線1026aから1026n用にフォーマットされた通信スタック1021bのデータリンク層-2に従ってWiFiデータ1023bに変換する。このWiFi無線は、イーサネット2017およびUSB1028にも接続されているPBTコントローラ131から135に接続します。 In operation, the WiFi radio shown in FIG. 71A converts a wired communication link 1025 (e.g., PCI, USB, Ethernet) to microwave radio 1024 and converts MAC access 1020a to wireless access point 1020b using interface circuitry and associated firmware 1022. In operation, signals from communication link 1108 pass through communication stack 1021a as PHY signal 1119a, where the format is converted by interface 1022 to PHY signal 1119b, which becomes WiFi communication stack 1021b and is converted to radios 1026a-1026n operating at various radio frequencies transmitted over a multi-band antenna array 1024 for microwave communication. In operation, communications stack 1021a transfers data 1023a according to the link communications Data Link Layer-2 protocol, and interface circuitry and associated firmware 1022 converts this to WiFi data 1023b according to the Data Link Layer-2 protocol of communications stack 1021b, formatted for radios 1026a through 1026n. The WiFi radios connect to PBT controllers 131 through 135, which are also connected to Ethernet 2017 and USB 1028.

図71Bでは、同じWiFi無線1024は、PCI、USB、またはイーサネットプロトコルを使用して有線データリンク1030を介してインテリジェントLEDパッド337と通信し、インターフェース338と通信します。このインターフェースは、USB1033およびイーサネット1032を介して他のデバイスまたはセンサに接続することもできます。分散型PBT通信ネットワークの例が図72に示されている。ここでWiFiルータ1052は、WiFiリンク1012a、1012b、および1012cによってインテリジェントLEDパッド1053、1054、および1055と通信するそして、WiFiリンク1012bを介して、システム制御ウィンドウ1051aおよび患者ウィンドウ1051bを備えた中央制御UI/UXLCDディスプレイ1050へ。このシステムはまた、看護師が中央制御UI/UXLCDディスプレイ1050に戻る必要なしに病室で治療を開始するのに有用な本発明の構成要素、WiFiPBT遠隔制御1056を含む。 In FIG. 71B, the same WiFi radio 1024 communicates with an intelligent LED pad 337 via a wired data link 1030 using PCI, USB, or Ethernet protocols, and with an interface 338. This interface can also connect to other devices or sensors via USB 1033 and Ethernet 1032. An example of a distributed PBT communication network is shown in FIG. 72, where a WiFi router 1052 communicates with intelligent LED pads 1053, 1054, and 1055 by WiFi links 1012a, 1012b, and 1012c, and via WiFi link 1012b to a central control UI/UX LCD display 1050 with a system control window 1051a and a patient window 1051b. The system also includes a WiFi PBT remote control 1056, a component of the present invention that is useful for nurses to initiate treatment in the patient room without having to return to the central control UI/UXLCD display 1050.

ワイヤレス接続を使用すると、PBTコントローラは、携帯電話、タブレット、ノートブックコンピューターなどのモバイルデバイスで実行されているアプリケーションプログラムに置き換えることができます。以下のための一例図73です携帯電話1100実行PBT制御アプリケーションソフトウェア(例えば、PBT「ライトアプリ」)に接続するセルタワー1705上セルラネットワーク1704、例えば、3G/LTE,4G,および5G。セルタワー1705はインターネット1706に接続し電源を入れ、イーサネット、ファイバー、または他の手段によって。前述のライトアプリを実行している携帯電話1700はまたWiFi1702を使用してインテリジェントLEDパッド1701に接続し、インテリジェントLEDパッド1701は、ACアダプタ1703aおよびコード1703bによって電力が供給される。7層OSI通信スタック1714無線塔1707の用途モバイルネットワーク用にデータパケット通信スタック1709を有するCT次に、携帯電話1700上で実行されているライトアプリの、光アプリは、使用し7層の通信スタック1709に接続します通信スタック1708を含むインテリジェントLEDパッド1701。示されるように、PBT通信スタック1709は、2つの7層通信スタックを混合し、1つは携帯電話塔1705の通信スタック1707との対話用であり、ルータを介してインターネット1706およびクラウドベースのサーバ(図示せず)に接続するためのものであり、インテリジェントLEDパッド1701と通信スタック1708に接続します。ここでは、アプリケーション層7のみが2つをブリッジします。このようにして、前述のライトアプリを実行する携帯電話1700は、ローカル制御を放棄することなくインターネット1706を介してクラウドベースのコンピュータサーバ(図示せず)およびインテリジェントLEDパッド1708と別々に通信するPBTコントローラとして動作する。 Using wireless connectivity, the PBT controller can be replaced by an application program running on a mobile device such as a cell phone, tablet, or notebook computer. Figure 73 shows an example of a cell phone 1100 running PBT control application software (e.g., a PBT "light app") connected to a cell tower 1705 over a cellular network 1704, e.g., 3G/LTE, 4G, and 5G. The cell tower 1705 connects to the Internet 1706 and provides power via Ethernet, fiber, or other means. The cell phone 1700 running the aforementioned light app also connects to an intelligent LED pad 1701 using Wi-Fi 1702, which is powered by an AC adapter 1703a and cord 1703b. The seven-layer OSI communications stack 1714 of the radio tower 1707 uses a data packet communications stack 1709 for mobile network use. The light app, in turn, uses the seven-layer communications stack 1709 to connect to the intelligent LED pad 1701, which includes communications stack 1708. As shown, the PBT communications stack 1709 blends two seven-layer communications stacks: one for interacting with the cell phone tower 1705's communications stack 1707 and another for connecting to the Internet 1706 and a cloud-based server (not shown) via a router, which then connects to the intelligent LED pad 1701 and communications stack 1708. Here, only the application layer 7 bridges the two. In this way, the mobile phone 1700 running the aforementioned light app acts as a PBT controller, separately communicating with the cloud-based computer server (not shown) and the intelligent LED pad 1708 via the Internet 1706 without relinquishing local control.

PHYレイヤ-1およびデータリンクレイヤ-2は、レイヤ-1からレイヤ-6にわたる通信のために共有されないため、セルタワー通信スタック1707は、インテリジェントLEDパッド通信スタック1708に直接アクセスすることができない。代わりに、通信スタック1709内のアプリケーション層7のみが2つの通信ネットワークをブリッジします。アプリケーションは、LightPadOSのように、前述の専用ハードウェアPBTコントローラで使用されるLightOSオペレーティングシステムの縮小命令セットバージョンとして動作する専用Lightアプリを含む場合があります。本質的に、Lightアプリは、PBT制御機能とそのUI/UXタッチスクリーンベースの制御を容易にするLightOSの操作をエミュレートします。Lightアプリは、対応するモバイルデバイスで使用されているオペレーティングシステムで動作するように設計されたソフトウェアとして実現されています。たとえば、スマートフォンやタブレットでは、LightアプリはAndroidまたはiOS上で実行するように作成され、ノートブックでは、LightアプリはMacOS、Window、Linux(登録商標)、またはUNIX(登録商標)で実行するように作成されます。Lightアプリの基本的なロジックと機能であるソースコードを、特定のプラットフォーム上で実行するように適合された実行可能コードに変換することは、「コンパイラ」と呼ばれる変換プロセスです。 Because PHY Layer 1 and Data Link Layer 2 are not shared for communication across Layers 1 through 6, the cell tower communication stack 1707 does not have direct access to the intelligent LED pad communication stack 1708. Instead, only Application Layer 7 within the communication stack 1709 bridges the two communication networks. Applications may include dedicated Light apps, such as LightPadOS, that operate as a reduced instruction set version of the LightOS operating system used in the dedicated hardware PBT controller described above. Essentially, the Light app emulates the operation of LightOS, facilitating PBT control functions and its UI/UX touchscreen-based control. The Light app is implemented as software designed to run on the operating system used in the corresponding mobile device. For example, on smartphones and tablets, Light apps are written to run on Android or iOS, while on notebooks, Light apps are written to run on MacOS, Windows, Linux, or UNIX. Converting a Light app's source code, which is its basic logic and functionality, into executable code adapted to run on a specific platform is a translation process called a "compiler."

したがって、ソースコードのコンパイル済みコードへの変換はプラットフォーム固有です。つまり、ソフトウェアのリビジョン、パッチ、または新しいリリースが発生するたびに、ソフトウェアの複数のバージョンを配布する必要があります。モバイルデバイスベースの分散型PBTシステムの動作が図74に示されている。1102モバイルデバイスは、また、細胞リンク1104を使用して、インターネットおよび携帯電話ネットワークに接続することができるモバイルデバイス制御UI/UXと1100台のホストライトアプリ1130インターフェースWiFi経由インテリジェントLEDパッド1119a及び1119bを制御するために、例えば,3G/LTE、4G、および5Gプロトコルを使用します。 Therefore, the conversion of source code to compiled code is platform-specific, meaning that multiple versions of the software must be distributed whenever a software revision, patch, or new release occurs. The operation of a mobile device-based distributed PBT system is shown in Figure 74. The mobile device 1102 also uses a mobile device control UI/UX 1100 and a host light app 1130 interface WiFi, which can connect to the Internet and cellular networks using a cellular link 1104, to control intelligent LED pads 1119a and 1119b using, for example, 3G/LTE, 4G, and 5G protocols.

PBTシステム動作のソフトウェア制御の例は、図75の例示的な画面1120に示されている。UI/UX面が「セッションを選択」と題する、PBT処理の時間を増加させる「拡張セッション」1122のためのボタンと一緒に処理メニュー1121が含まれます。「LEDパッドの選択」1122は、モバイルデバイスを特定のインテリジェントLEDパッドにペアリングするために使用されます。示されるように、ストレス解消治療を選択すると、第2の画面「実行中」1130が開き、治療名1131を示す進行中の治療を監視し、1132をキャンセルするか、または治療を一時停止1133する。ウィンドウはまた、治療に残っている時間1134、ステップ進行バー1135、治療進行バー1136、およびバイオフィードバック1137を示す。 An example of software control of PBT system operation is shown in the exemplary screen 1120 of FIG. 75. The UI/UX surface includes a treatment menu 1121 titled "Select Session," along with a button for "Extend Session" 1122, which increases the time of the PBT treatment. "Select LED Pad" 1122 is used to pair the mobile device to a specific intelligent LED pad. As shown, selecting a stress relief treatment opens a second screen, "Running" 1130, to monitor the ongoing treatment showing the treatment name 1131, cancel 1132, or pause 1133 the treatment. The window also shows the time remaining in treatment 1134, a step progress bar 1135, a treatment progress bar 1136, and biofeedback 1137.

他の分散コンポーネントの駆動 Driving other distributed components

PBTコントローラは、LEDパッド以外の他の治療装置を制御するために使用できます。これらの周辺コンポーネントは、レーザPBTワンドとシステム、分散型PBTシステム上にプログラムされた自律型LEDパッド、磁気療法パッドとワンド、LEDマスク、LEDキャップ、LED耳と鼻のつぼみなどで構成されます。LEDフェイスマスク、ヘッドキャップ、およびLEDベッドは、独自のLEDデリバリーシステムを使用した単純なマルチゾーンPBTシステムです。したがって、電気制御は、開示されている前述のPBTシステムと同一である。概して、前述の分散型PBTシステムは、LEDの駆動に限定されず、レーザからのコヒーレント光や時変磁気を放出するなど、生体組織にエネルギを注入するために、患者に隣接して配置されたエネルギエミッタを駆動するために使用できます。フィールド(磁気療法)、微小電流(電気療法)、超音波エネルギ、赤外線、遠赤外線電磁放射、またはそれらの任意の組み合わせ。 The PBT controller can be used to control other therapeutic devices besides LED pads. These peripheral components consist of laser PBT wands and systems, autonomous LED pads programmed on a distributed PBT system, magnetic therapy pads and wands, LED masks, LED caps, LED ear and nose buds, etc. The LED face masks, head caps, and LED beds are simple multi-zone PBT systems using a proprietary LED delivery system. Therefore, the electrical control is identical to the disclosed aforementioned PBT systems. In general, the aforementioned distributed PBT systems are not limited to driving LEDs but can also be used to drive energy emitters placed adjacent to the patient to inject energy into biological tissue, such as emitting coherent light from a laser or time-varying magnetic fields (magnetic therapy), microcurrents (electrotherapy), ultrasound energy, infrared, far-infrared electromagnetic radiation, or any combination thereof.

なぜなら分散治療システム、レーザPBT、温熱、磁気療法、超音波治療用の異なるエネルギエミッタとしてそれらがLEDよりも駆動するためにいくつかの変更を必要とする使用エネルギエミッタ開示されたPBTコントローラ。開示されたPBTシステムを代替療法に適応させるいくつかの例を以下に説明します。 Because distributed therapy systems use different energy emitters for laser, PBT, hyperthermia, magnetic therapy, and ultrasound therapy, they require some modifications to drive the disclosed PBT controller than LEDs. Some examples of adapting the disclosed PBT system to alternative therapies are described below.

レーザPBTシステム- Laser PBT System

図76は、ハンドヘルドPBTデバイスを示すまたは「ワンド」レーザPBTの治療のために有用。示されるように、ハンドヘルドワンド1150は、LDC1160および制御ボタン1161aおよび1162bを備えた円筒形アーム1153を含む。シリンダーハンドルの底部はまた、バッテリ1166を充電するために必要なUSBポート1162を含む。シリンダーハンドルは、センサ1158と共にレーザ1156および1157を備えた印刷回路基板PCB1155を含む透明なフェースプレート1154を備えたジンバル1152からPBTヘッド1151に接続する。1つの本発明の特徴は、ユニットが組織と接触していない限り、レーザの照明を防ぐために皮膚への接触を感知するために使用される円形の導電性ブレード1159である。 Figure 76 shows a handheld PBT device or "wand" useful for laser PBT treatment. As shown, the handheld wand 1150 includes a cylindrical arm 1153 with an LCD 1160 and control buttons 1161a and 1162b. The bottom of the cylinder handle also includes a USB port 1162 required for charging the battery 1166. The cylinder handle connects to the PBT head 1151 through a gimbal 1152 with a transparent faceplate 1154 containing a printed circuit board PCB 1155 with lasers 1156 and 1157 along with a sensor 1158. One inventive feature is a circular conductive blade 1159 used to sense contact with the skin to prevent illumination of the laser unless the unit is in contact with tissue.

図77のハンドヘルドPBT療法は、パッドμC1181、クロック1183、揮発性メモリ1185、不揮発性メモリ1184、通信インターフェース1182およびBluetooth1190が含まれます。パッドμCは、データバス1187によって通信し、ボタン1161aおよび1161bでUI1177を制御し、LCD付きディスプレイドライバUX1176を制御します1160、レーザドライバ1174、および安全システム。示されるように、レーザドライバ1174は、レーザダイオード1156および1157を駆動する。同時に、接触ブレード信号1188および温度センサ信号1189は、安全システムインターフェース1175によって使用される。レーザドライバ1174は、リチウムイオン電池1172によって電力を供給されるレーザ電源1173によって、充電器およびUSB入力1186によって電力を供給されるレギュレータ1171を介して電力を供給される。 The handheld PBT therapy device of Figure 77 includes a pad μC 1181, a clock 1183, volatile memory 1185, non-volatile memory 1184, a communication interface 1182, and Bluetooth 1190. The pad μC communicates via a data bus 1187, controls a UI 1177 with buttons 1161a and 1161b, controls a display driver UX 1176 with an LCD 1160, a laser driver 1174, and a safety system. As shown, the laser driver 1174 drives laser diodes 1156 and 1157. At the same time, a contact blade signal 1188 and a temperature sensor signal 1189 are used by the safety system interface 1175. The laser driver 1174 is powered by a laser power supply 1173 powered by a lithium-ion battery 1172 via a charger and regulator 1171 powered by a USB input 1186.

安全センサの詳細は図78Aに示され、PNダイオード1202(端子AおよびK)を用いた熱1200の測定、およびコンデンサ1201aおよび1201bを備えた接触ブレード1159を含み、これらは、端子CおよびC'を横切って患者の組織を通してAC電流を伝導する閉回路を形成する。図79は、発振器1220、接触センサコンデンサ1201aおよび1201b、ならびに差動増幅器1222、ローパスフィルタ1223、比較器1225および電圧基準1224とともに感知抵抗器1221を含むレーザPBTハンドヘルド安全システムを示す。動作中、電圧Vosc発振器1220。注入周波数fosc直列に抵抗器1221およびコンデンサ1201aと1201bと抵抗1221の直列接続との間に形成された分圧器にスイッチング周波数でfosc、直列接続されたコンデンサは、等価インピーダンスZを示し、電圧ドロップネットワーク電圧のノードCとC'の間の」VZ=ZC・Iaveの両端の電圧降下しながら、抵抗1221はVであり、VR=R・Iave。二つの式V等式VR=VoscR/(R+ZC)。すなわち、接触ブレードセンサ1159が患者の皮膚に接触していないとき、ZCの値は大きく、VRはゼロに近づく。このような場合、差動増幅器の出力は、温度に依存しない電圧基準1224の電圧であるVrefよりも低い。したがって、眼の安全比較器1225の出力は接地され、レーザドライバは抑制される。センサブレードが皮膚に接触すると、ACインピーダンスZC大幅に低下し、ローパスフィルター1223でAC信号を除去した後、抵抗1221の両端の平均DC電圧がVrefより大きくなり、目の安全コンパレータの出力がロジックハイで、接触検出イネーブル信号1228をレーザμCに送信します。同様に、温度センサ1202は、温度保護回路1231aによって処理される。過熱状態が発生すると、過熱フラグ1232がレーザμCに送信され、論理およびゲートへの入力がローになり、レーザドライバ1174が無効になります。過熱状態がない場合は、接触検出1228が確認されます。論理ゲート1226は、PWMドライバ493の出力のデジタル値を渡す、すなわち、レーザドライバ1174が有効にされる。 Details of the safety sensor are shown in Fig. 78A and include measurement of heat 1200 with PN diode 1202 (terminals A and K) and contact blade 1159 with capacitors 1201a and 1201b, which form a closed circuit that conducts AC current through the patient's tissue across terminals C and C'. Fig. 79 shows the laser PBT handheld safety system including oscillator 1220, contact sensor capacitors 1201a and 1201b, and sense resistor 1221 along with differential amplifier 1222, low pass filter 1223, comparator 1225 and voltage reference 1224. In operation, voltage Vosc oscillator 1220. At the switching frequency, fosc, a voltage divider formed between resistor 1221 and the series combination of capacitors 1201a and 1201b and resistor 1221 presents an equivalent impedance, Z, and the voltage drop across resistor 1221 is V, while the network voltage between nodes C and C' is V = ZC·Iave. The two equations for V are equal: VR = VoscR/(R + ZC). That is, when contact blade sensor 1159 is not in contact with the patient's skin, the value of ZC is large and VR approaches zero. In such a case, the output of the differential amplifier is lower than Vref , the voltage of temperature-independent voltage reference 1224. Therefore, the output of eye-safety comparator 1225 is grounded, and the laser driver is inhibited. When the sensor blade contacts the skin, the AC impedance ZC drops significantly. After filtering out the AC signal with low-pass filter 1223, the average DC voltage across resistor 1221 becomes greater than Vref . This causes the eye safety comparator output to be logic high, sending contact detection enable signal 1228 to the laser μC. Similarly, the temperature sensor 1202 is handled by temperature protection circuit 1231a. If an overtemperature condition occurs, an overtemperature flag 1232 is sent to the laser μC, causing the input to the logic gate to go low, disabling laser driver 1174. If there is no overtemperature condition, contact detection 1228 is confirmed. Logic gate 1226 passes the digital value of the output of PWM driver 493, i.e., laser driver 1174 is enabled.

図80は、デュアルチャネルレーザドライバの例示的な概略図を示している。示されるように、レーザPBT制御1240は、レーザμC1181、通信インターフェース1182、クロック1183、不揮発性メモリ1184、および揮発性メモリ1185を含む前述のLEDコントローラと同様である。保護機能には、目の保護1131bとにセンサ1202を備えた過熱保護1131aが含まれます。障害信号とレーザμCからのPWMプレーヤ出力は、論理ゲート1228aと1228bに入力され、2つの直列インバーターペア1247と1246によってバッファリングされます。出力はレーザドライバのデジタル電流シンク1256と1257のデジタル入力に供給されます。1174デュアル出力D/A変換器1245はまた、電流のアナログ値を制御するために使用されILaser1及びILaser2電流シンクが導通しています。 Figure 80 shows an example schematic diagram of a dual-channel laser driver. As shown, the laser PBT control 1240 is similar to the previously described LED controller, including a laser μC 1181, a communications interface 1182, a clock 1183, non-volatile memory 1184, and volatile memory 1185. Protection features include eye protection 1131b and over-temperature protection 1131a with sensor 1202. The fault signal and PWM player output from the laser μC are input to logic gates 1228a and 1228b and buffered by two series inverter pairs 1247 and 1246. The outputs are fed to the digital inputs of the laser driver's digital current sinks 1256 and 1257. The 1174 dual-output D/A converter 1245 is also used to control the analog values of the currents the ILaser1 and ILaser2 current sinks are conducting.

制御された電流シンク1256は、λの波長で1156nを介してレーザ1156aの列を駆動するために使用されるλ。制御された電流シンク1257は、λ波長で1157nを介してレーザ1157aの列を駆動するために使用されるλレーザ列は、電源電圧+VHVによって給電されるレーザアレイ1242内、入力コンデンサ1265を含む昇圧型スイッチングレギュレータ1241の出力PWMコントローラ1260、ローサイドパワーDMOSFET1262、インダクタ1261、ショットキー整流器1263、およびPWMコントローラ1260への電圧フィードバックを備えた出力コンデンサ1264。レーザ電源1241への入力は、Li-Ionバッテリ1172およびバッテリ充電器1171から供給されます。USB電源入力。後2.5-Vの電圧安定化出力は、レーザPBT制御回路1240の構成要素の電源に充電器1171とフィルタコンデンサ1266から出力される高電圧が必要な場合は、+VHV駆動するために使用される電源出力ブーストコンバータが動作した後、レーザアレイを使用してレーザPBT制御を供給することもできます。 Controlled current sink 1256 is used to drive an array of lasers 1156a through 1156n at wavelengths of λ 1. Controlled current sink 1257 is used to drive an array of lasers 1157a through 1157n at wavelengths of λ 2. The laser array is in laser array 1242 powered by power supply voltage +VHV, the output of boost switching regulator 1241 including input capacitor 1265, PWM controller 1260, low-side power DMOSFET 1262, inductor 1261, Schottky rectifier 1263, and output capacitor 1264 with voltage feedback to PWM controller 1260. The input to laser power supply 1241 is provided by a Li-Ion battery 1172 and battery charger 1171. USB power input. The 2.5-V voltage-regulated output can also be used to supply laser PBT control using a laser array after the power supply output boost converter used to drive the +VHV is operated if a high voltage output from the charger 1171 and filter capacitor 1266 is required to power the components of the laser PBT control circuit 1240.

光生体変調療法用の自律型LEDパッド-分散型PBTシステムと互換性のあるもう1つの周辺機器は、PBTコントローラまたは携帯電話が利用できない場合や、戦場や戦場などで緊急治療を行うのに不便な場合のアプリケーションで使用される自律型LEDパッドです。山岳地帯で飛行機が墜落した。動作中、自律型LEDパッドにある1つのボタンを使用して治療を選択します。一般に、情報に利用できるUXディスプレイはありません。また、自律型LEDパッドは、治療中に「自律的に」(すなわち、単独で)動作しますが、製造中、それらは分散PBTシステムの一部に接続され、該当するプログラムをロードして、正常に動作することを確認します。 Autonomous LED Pad for Photobiomodulation Therapy - Another peripheral compatible with the distributed PBT system is the autonomous LED pad, used in applications where a PBT controller or cell phone is unavailable or inconvenient to administer emergency treatment, such as on a battlefield or in a military setting. A plane crash in a mountainous area. During operation, a single button on the autonomous LED pad is used to select treatment. There is generally no UX display available for information. Also, while the autonomous LED pads operate "autonomously" (i.e., independently) during treatment, during manufacturing they are connected to a portion of the distributed PBT system and the appropriate program is loaded to ensure proper operation.

LEDパッドにロードされるPBTソフトウェアプログラムは、対象となる市場やアプリケーションによって異なります。例えば、治療プログラムは、LEDパッドにロードされたスキーリゾートでは、可能性が脳震盪のための治療を含み、(一般的なスキー傷害)一方、救急医療従事者が使用するものは、裂傷や火傷などの創傷の治療に焦点を当てている場合があります。スポーツ施設やテニスクラブでは、筋肉や関節の痛みのための自律型LEDパッドがより一般的かもしれません。軍事用途では、主なフィールド用途は、弾丸または榴散弾の傷の感染の拡大を遅らせるか、防ぐことです。 The PBT software programs loaded onto the LED pads vary depending on the target market and application. For example, a treatment program loaded onto an LED pad at a ski resort might include treatment for concussions (a common skiing injury), while one used by emergency medical personnel might focus on treating wounds such as lacerations and burns. In sports facilities or tennis clubs, autonomous LED pads for muscle and joint pain might be more common. In military applications, the primary field use is to slow or prevent the spread of infection in bullet or shrapnel wounds.

図14のインテリジェントLED337の電気的設計は、オン/オフおよびプログラム選択を制御するための押しボタンの追加を除いて、自律型LED動作に等しく適用可能である。プログラミング中、電源ブリック132、PBTコントローラ131、USBケーブル136、および自律インテリジェントLEDパッド337を含むPBTシステム全体が存在します。プログラミングでは、PBTコントローラは製造データをロードし、PBTプレーヤをダウンロードすることによってLEDパッドを構成します。必要に応じて、LED再生ファイルをプリロードします。ポータブルプログラミングシステムを使用して、販売またはフィールドに展開されたパッドを再プログラミングすることもできます。これにより、クライアントは在庫を再利用して、冬の霜に刺されたり、病気の発生時の抗ウイルス治療など、さまざまな種類の災害に適応したりできます。パンデミック、テロリストの神経剤放出による肺の損傷など。 The electrical design of the intelligent LED 337 in Figure 14 is equally applicable to autonomous LED operation, except for the addition of pushbuttons for controlling on/off and program selection. During programming, the entire PBT system, including the power brick 132, PBT controller 131, USB cable 136, and autonomous intelligent LED pad 337, is present. During programming, the PBT controller loads manufacturing data and configures the LED pad by downloading the PBT player. If desired, preload LED regeneration files. The portable programming system can also be used to reprogram pads that have been sold or deployed in the field. This allows clients to reuse inventory to adapt to different types of disasters, such as winter frost bites, antiviral treatments during disease outbreaks, pandemics, lung damage caused by terrorist nerve agent releases, etc.

自律型LEDパッドの重要な要素は、標準設計を利用してコストを制御する必要があることです。つまり、すべてのアプリケーションと市場に1つの共通の製造フローと製品BOM(材料のビルド)を使用し、ソフトウェアのダウンロードを使用して一般的な製品をアプリケーション固有のバージョンに変換します。1つの汎用パッドの例が図81Aに示され、上面図1281、下面図1284、および単一のUSBソケット1198を含む側面図で示される自己完結型の事前にプログラムされたインテリジェントLEDパッドを含む。断面1280には、リジッドPCB1288、フレックスPCB1289、LED1991および1292、センサ1290、および制御スイッチ1299が含まれます。LEDポリマーパッドカバー1281には、開口部1295およびキャビティ1296、スイッチ1298用の薄い部分1288、および保護用透明プラスチック1287が含まれます。LEDパッド1280には、上部カバーフレキシブルポリマー1281が含まれます。突起1283、突起1285を備えた下部フレキシブルポリマー1284を含む。 A key element of autonomous LED pads is the need to control costs by utilizing a standard design. This means using one common manufacturing flow and product BOM (build of materials) for all applications and markets, and using software downloads to convert the generic product into application-specific versions. An example of one generic pad is shown in Figure 81A, which includes a self-contained, pre-programmed intelligent LED pad shown in top view 1281, bottom view 1284, and a side view including a single USB socket 1198. Cross section 1280 includes rigid PCB 1288, flex PCB 1289, LEDs 1291 and 1292, sensor 1290, and control switch 1299. LED polymer pad cover 1281 includes opening 1295 and cavity 1296, thin section 1288 for switch 1298, and protective clear plastic 1287. LED pad 1280 includes a top cover flexible polymer 1281. Includes a lower flexible polymer 1284 with protrusions 1283 and 1285.

説明したように、自律型LEDパッドは、ディスプレイ、無線リンク、または遠隔制御を利用せず、したがって、限定された数のプリロードされた治療プログラムを提供し、一般に、図81Bに示されるように1から5の選択肢である。示されているように、オフ状態1257aの自律型LEDパッドは、スイッチ1293を1回押すと、状態1257bに変化します。短時間でこの状態を選択すると、プログラム「治療1」を使用して治療が開始されます。ボタンをもう一度押すと、プログラムが状態1257cに進み、「治療2」が開始されます。同様の方法で、ボタンが押されるたびに、プログラムは、対応する状態1257d、1257e、および1257fとして示される次の処理3、4、および5に進みます。スイッチ1293を6回押すと、自律型LEDパッドがオフ状態1297aに戻ります。 As discussed, the autonomous LED pad does not utilize a display, wireless link, or remote control, and therefore offers a limited number of preloaded treatment programs, generally selections 1 through 5, as shown in FIG. 81B. As shown, a single press of switch 1293 changes the autonomous LED pad in off state 1257a to state 1257b. Briefly selecting this state initiates treatment using program "Treatment 1." A second press of the button advances the program to state 1257c, which initiates "Treatment 2." In a similar manner, each subsequent button press advances the program to the next treatments 3, 4, and 5, shown as corresponding states 1257d, 1257e, and 1257f. Pressing switch 1293 a sixth time returns the autonomous LED pad to off state 1297a.

パルスLED温熱は-と同様にに可視光および近赤外光photobiomodulation療法、温熱療法は、遠赤外線のアプリケーションで典型的には100以上1μm以下の波長を含みます。温熱療法には、スパ、温湿布、ヒーターボディラップが含まれます。ウィキペディアによると、熱の治療効果には「コラーゲン組織の伸展性を高めること。関節のこわばりを減らす;痛みを軽減します。筋肉のけいれんを和らげます。炎症、浮腫を軽減し、治癒の急性期後の段階を支援します。血流を増やします。患部への血流の増加は、より良い治癒のためのタンパク質、栄養素、および酸素を提供します。」また、代謝廃棄物と二酸化炭素の配送を促進します。温熱療法は、筋肉のけいれん、筋肉痛、線維筋痛症、拘縮、滑液包炎の改善にも役立ちます。 Pulsed LED hyperthermia—as well as visible and near-infrared photobiomodulation therapy—is the application of far-infrared light, typically involving wavelengths above 100 and below 1 μm. Examples of hyperthermia include spa treatments, heated compresses, and heated body wraps. According to Wikipedia, the therapeutic effects of heat include "increasing collagen tissue compliance; reducing joint stiffness; alleviating pain; relieving muscle spasms; reducing inflammation and edema, and assisting in the post-acute phase of healing; and increasing blood flow. Increased blood flow to the affected area provides protein, nutrients, and oxygen for better healing." It also promotes the delivery of metabolic waste and carbon dioxide. Hyperthermia can also help improve muscle spasms, muscle pain, fibromyalgia, contractures, and bursitis.

治療上の主張はPBTによって提供される主張と重複していますが、温熱療法の物理的メカニズムはかなり異なります。分子に吸収された光子を与えて、他の方法では起こらない化学反応、つまり光生体変調を刺激するPBTとは異なり、温熱療法では、組織と水に吸収された熱が分子の振動速度を加速して、進行中の化学反応を促進します。ただし、アインシュタインの関係式E=hc/λによれば、光子のエネルギはその波長に反比例するため、3μmの遠赤外線のエネルギは赤およびNIRPBTのエネルギの20%から20%にすぎません。より低いエネルギは化学結合を切断したり分子構造を変換したりするには不十分であるため、このエネルギ差は重要です。そのような温熱療法は、一般に、PBTに関連する治癒の加速を伴わない症状の緩和と見なされます。3μmより短い遠赤外線源(つまり、IRタイプB)の侵入深さは、長波長よりも深い侵入深さを示すため、長波長源よりも優先されます。 While its therapeutic claims overlap with those offered by PBT, the physical mechanism of hyperthermia is quite different. Unlike PBT, which provides molecules with absorbed photons to stimulate chemical reactions that would not otherwise occur—i.e., photobiomodulation—hyperthermia uses heat absorbed by tissue and water to accelerate molecular vibrational rates, driving ongoing chemical reactions. However, because photon energy is inversely proportional to its wavelength according to Einstein's relationship E=hc/λ, the energy of 3 μm far-infrared light is only 20% to 20% of the energy of red and NIRPBT. This energy difference is significant because lower energies are insufficient to break chemical bonds or transform molecular structure. Such hyperthermia is generally viewed as symptom relief without the accelerated healing associated with PBT. The penetration depth of far-infrared sources shorter than 3 μm (i.e., IR Type B) exhibits greater penetration depth than longer wavelengths and is therefore preferred over longer wavelength sources.

前述のPBTシステムは、可視光とNIRLEDを遠赤外スペクトルのLEDに置き換えることにより、温熱療法に適合させることができます。LEDは通常、12μm以下の波長に制限されています"Farinfraredradiation(FIR):itsbiologicaleffectsandmedicalapplications",PhotonicsLasersMed.,vol.1,no.4,Nov.2012,pp.255-266:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3699878/ F. Vatansever, M.R.Hamblin.III-V化合物超格子化合物半導体の結晶構造をより狭い帯域幅に調整することにより、遠赤外スペクトルで動作するLEDが最大8.6μmの波長で実現されました("SuperlatticeInAs/GaSblight-emittingdiodewithpeakemissionatawavelengthof8.6μm,"IEEEJ.Quant.Elect.,vol.47,no.1,Jan2011,pp.5-54)。したがって、本明細書に開示されるNIRLEDを駆動するために使用されるPBTシステムは、NIRLEDをそれらのより長い波長の対応物と交換するだけで、FIRLEDに対応するように容易に後付けすることができる。ダイブ回路は、パルス波形または正弦波形を使用して同じように使用できます。波長が長いため、遠赤外線を均一に照射するには、100Hz未満の駆動周波数の方が適しています。さらに低い周波数、たとえば10Hz未満では、パッド内のFIRLEDを行ごとにスキャンして、各パッド全体に波が波打つようなマッサージを生成し、処理された組織全体に体系的なパターンで血管拡張を連続的に刺激できます。オプションで、PBT用の近赤外線LEDと温熱療法用の遠赤外線LEDを1つのインテリジェントパッドに組み合わせて、同時にまたは交互に駆動することができます。 The aforementioned PBT system can be adapted for hyperthermia therapy by replacing the visible and near-infrared LEDs with LEDs in the far-infrared spectrum. LEDs are typically limited to wavelengths below 12 μm. "Far infrared radiation (FIR): its biological effects and medical applications," PhotonicsLasersMed., vol. 1, no. 4, November 2012, pp. 255-266: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3699878/ F. Vatansever, M. R. Hamblin. By tuning the crystal structure of III-V compound superlattice semiconductors to narrower bandwidths, LEDs operating in the far-infrared spectrum have been realized with wavelengths up to 8.6 μm ("Superlattice InAs/GaS Bright-Emitting Diode with Peak Emission at Wavelength of 8.6 μm," IEEE J. Quant. Elect., vol. 47, no. 1, January 2011, pp. 5-54). Therefore, the PBT system used to drive the NIRLEDs disclosed herein can be easily retrofitted to accommodate FIRLEDs by simply replacing the NIRLEDs with their longer-wavelength counterparts. The drive circuit can be used equally well using pulsed or sinusoidal waveforms. Due to the longer wavelength, drive frequencies below 100 Hz are more suitable for uniform irradiation of far-infrared light. At even lower frequencies, say below 10Hz, the FIR LEDs within the pads can be scanned row by row to create a wave-like massage across each pad, stimulating vasodilation sequentially in a systematic pattern throughout the treated tissue. Optionally, near-infrared LEDs for PBT and far-infrared LEDs for heat therapy can be combined in one intelligent pad and driven simultaneously or alternately.

磁気療法-磁気療法(MT)は、損傷した組織が磁場にさらされる代替医療療法です。固定磁場が組織に及ぼす影響は疑わしく、一般に偽医療、疑似医療、フリンジ医療、さらには偽医療と見なされています。米国FDAのいくつかの研究は、永久磁石磁気療法の医学的主張は科学的および臨床的研究の結果によって完全に支持されていないと結論付けています。医学的主張を使用した磁気療法製品の販売を禁止します(https://en.wikipedia.org/wiki/Magnet_therapy)。矛盾する主張は、生体組織が多数の遊離イオンと、電荷の方向のために双極子として機能する電気的にバランスの取れた分子(水など)さえも含むため、パルス磁場が治療効果を示すことを示唆しています。振動磁場にさらされると、分子は、励起がより低い周波数で発生することを除いて、磁気共鳴画像法(MRI)によって実行される画像化と同様の方法で、電荷に従って反発および引き付けられます。このタイプの磁気療法は、一般にパルス磁気療法またはPMTと呼ばれます。 Magnetic Therapy - Magnetic therapy (MT) is an alternative medical treatment in which damaged tissue is exposed to a magnetic field. The effects of fixed magnetic fields on tissue are questionable and it is generally considered quasi-medicine, pseudo-medicine, fringe medicine, or even pseudo-medicine. Several U.S. FDA studies have concluded that the medical claims of permanent magnet magnetic therapy are not fully supported by the results of scientific and clinical research. The FDA prohibits the sale of magnetic therapy products using medical claims (https://en.wikipedia.org/wiki/Magnet_therapy). Conflicting claims suggest that pulsed magnetic fields exhibit therapeutic effects because biological tissue contains numerous free ions and even electrically balanced molecules (such as water) that act as dipoles due to the direction of their electric charge. When exposed to an oscillating magnetic field, molecules are repelled and attracted according to their charge, in a manner similar to the imaging performed by magnetic resonance imaging (MRI), except the excitation occurs at a lower frequency. This type of magnetic therapy is commonly referred to as pulsed magnetic therapy or PMT.

報告されているPMTの効果は、主に筋弛緩、局所的な血液循環と血管拡張の改善、抗炎症効果、エンドルフィンの局所放出による痛みの緩和、細胞膜活動電位に対する有益な効果です。作用メカニズムは、本質的に、進行中の化学反応速度を加速することによって触媒的に作用する熱的ではなく電気化学的であると主に考えられている。報告されているPMTパルス周波数は、20kHzの播種から1Hz未満までのオーディオおよびインフラサウンドスペクトル全体に及びます。公表された文献から、これらの報告された主張の正確さを決定すること、またはパルス磁気療法の治療効果を確認することは不可能です。さらに、PMTには特定のリスクが伴います。特にPMTは腫瘍の場合は禁忌であり、ペースメーカーの動作に影響を与える安全上のリスクがあります。 The reported effects of PMT are primarily muscle relaxation, improved local blood circulation and vasodilation, anti-inflammatory effects, pain relief through the local release of endorphins, and beneficial effects on cell membrane action potentials. The mechanism of action is primarily believed to be electrochemical in nature rather than thermal, acting catalytically by accelerating the rate of ongoing chemical reactions. Reported PMT pulse frequencies span the entire audio and infrasound spectrum, from 20 kHz seeding to less than 1 Hz. It is not possible from the published literature to determine the accuracy of these reported claims or to confirm the therapeutic effects of pulsed magnetic therapy. Furthermore, PMT carries certain risks. In particular, PMT is contraindicated in the case of tumors and poses safety risks due to its potential impact on pacemaker operation.

本発明によれば、パルス磁気療法システムは、開示されたPBTシステムを、光学部品を電磁石に置き換え、インテリジェントパッドまたはワンドに含まれる駆動回路を適合させることによって転用することによって実現することができる。オプションで、PBT用のLEDは、磁気エミッタと組み合わせて、同時にまたは時間的に交互に駆動できます。電磁石のアレイを駆動する場合、電磁石アレイは、本明細書でLEDアレイに使用され、USPTO出願番号14/919,594に開示されている「3D曲げ可能」と同様の3次元曲げ可能プリント回路基板(または3DPCB)に取り付ける必要があります。参照により本明細書に組み込まれる、冗長相互接続を備えたプリント回路基板。リジッドフレックスPCBは、フレックスPCBとリジッド電磁石の間のはんだ接合部を機械的に損傷することなく、治療対象の患者の組織に対して多数の電磁石の向きを90°の角度(つまり直角)に調整するために必要です。リジッドフレックスPCBは、信頼性の高い3D曲げ性を実現するための完璧なソリューションを提供します。 According to the present invention, a pulsed magnetic therapy system can be realized by repurposing the disclosed PBT system by replacing the optical components with electromagnets and adapting the driver circuitry included in the intelligent pad or wand. Optionally, LEDs for the PBT can be driven simultaneously or alternately in time in combination with magnetic emitters. When driving an array of electromagnets, the electromagnet array must be mounted on a three-dimensional bendable printed circuit board (or 3D PCB) similar to the "3D bendable" used for the LED array herein and disclosed in USPTO Application No. 14/919,594. This printed circuit board features redundant interconnects, which are incorporated herein by reference. The rigid-flex PCB is required to adjust the orientation of multiple electromagnets at a 90° angle (i.e., a right angle) relative to the patient's tissue being treated without mechanically damaging the solder joints between the flex PCB and the rigid electromagnets. The rigid-flex PCB provides a perfect solution for achieving reliable 3D bendability.

図82は、保護されていない銅の相互接続を備えたリジッドフレックスPCBを示しています。示されるように、フレックスPCBは、典型的にはパターン化された銅を含む金属層1301および1302によって挟まれた絶縁層1303を含む。示されている断面のいくつかの部分および他の部分(この特定の断面には示されていない)では、このフレックスPCBは、絶縁層1304および1305を含む剛性PCBの中央に挟まれ、パターン化された金属層1311および1312と積層される。一般に、フレックスPCB金属層1301および1302は、剛性PCB金属層1311および1312よりも薄い。断面は、例示を目的としている。断面の各層の正確なパターンは、場所と実装されている回路によって異なります。示されているように、金属ビア1307は、金属層1301から1311を接続するために使用され、ビア1308は、金属層1302から1312を接続するために使用される。完全に埋め込まれたビア1306は、フレックス金属層1301および1302を接続するために使用される。 Figure 82 shows a rigid-flex PCB with unprotected copper interconnects. As shown, the flex PCB includes an insulating layer 1303 sandwiched between metal layers 1301 and 1302, which typically include patterned copper. In some parts of the cross section shown, and in other parts (not shown in this particular cross section), this flex PCB is sandwiched in the middle of a rigid PCB including insulating layers 1304 and 1305, laminated with patterned metal layers 1311 and 1312. Generally, flex PCB metal layers 1301 and 1302 are thinner than rigid PCB metal layers 1311 and 1312. The cross section is for illustrative purposes only. The exact pattern of each layer in the cross section will vary depending on the location and the circuit being implemented. As shown, metal via 1307 is used to connect metal layers 1301 to 1311, and via 1308 is used to connect metal layers 1302 to 1312. A fully buried via 1306 is used to connect the flex metal layers 1301 and 1302.

PCBの剛性部分と屈曲部分の両方をシールするために、ポリイミド、シリコン、またはその他の引っかき傷防止材料のコーティングを含む保護層が使用されます。示されるように、絶縁体1304は金属層1301を保護し、絶縁体は金属層1302を保護し、フレックスPCBを湿気および機械的に誘発される引っかき傷のリスクから完全に密封する。PCBの剛性部分において、パターン化された絶縁層1313は金属層1311の一部を保護し、パターン化されていない絶縁層1314は金属層1312を完全に保護する。金属層1311のいくつかの部分は、剛性PCBにコンポーネントをはんだ付けする目的で保護されないままである。 Protective layers, including coatings of polyimide, silicone, or other scratch-resistant materials, are used to seal both the rigid and flex portions of the PCB. As shown, insulator 1304 protects metal layer 1301, which in turn protects metal layer 1302, completely sealing the flex PCB from moisture and the risk of mechanically induced scratches. In the rigid portion of the PCB, patterned insulating layer 1313 protects a portion of metal layer 1311, while unpatterned insulating layer 1314 completely protects metal layer 1312. Some portions of metal layer 1311 remain unprotected for the purpose of soldering components to the rigid PCB.

示されているように、所与のリジッドPCB内、リジッドPCB間、およびフレックスPCB内の様々な金属層の電気的相互接続は、導電性ビア1306、1307、および1308を使用して、ワイヤ、コネクタまたははんだ接合を必要とせずに達成することができる。これらの導電性ビアは、さまざまな金属層に垂直に形成された金属または他の低抵抗材料の導電性カラムを含み、2つ以上の金属層を貫通して、マルチレベルの接続性および非平面電気トポロジー、すなわち、導体が相互に交差しなければならない回路を容易にすることができる電気的に短絡します。 As shown, electrical interconnection of various metal layers within a given rigid PCB, between rigid PCBs, and within a flex PCB can be achieved without the need for wires, connectors, or solder joints using conductive vias 1306, 1307, and 1308. These conductive vias comprise conductive columns of metal or other low-resistivity material formed vertically in the various metal layers and can penetrate two or more metal layers to facilitate multi-level connectivity and non-planar electrical topologies, i.e., circuits in which conductors must cross each other to form an electrical short.

PMTパッドでは、開示されたリジッドフレックスPCBのリジッド部分の役割は、様々な方法で使用され得る。ある場合には、個別の電磁、永久磁石、および永久磁石/電磁石スタックをリジッドフレックスPCBのリジッド部分に取り付けることができます。あるいは、PCB相互接続を使用して、貫通孔磁性材料と組み合わせると平面磁気構造を形成するトロイドを形成することができます。平面磁気トロイドの1つの例示的なレイアウトが、図83の爆発図に示され、ここで、金属導電層1311、1301、1302、および1312は、磁気コア1316を取り囲む円形トロイドを形成する。所与の層上の各円形導体は、その下の金属層と比較して回転し、その結果、金属ビア1307、1306、および1308は、電流がの各平面上に位置するすべての層上で反時計回りに流れるように層を相互接続することができる。PCB、例えば、剛性PCB1320と交差する平面上この構造は、リジッドフレックスPCBが磁気コア1316を取り囲むトロイドの層を形成する図84でさらに詳細に説明されている。導電層と鉄磁気コアとの間の短絡を防止するために、磁気コア1316は、絶縁体1315によって導電層1311、1301、1302、および1302から絶縁され得る。得られた上面図は、剛性PCB1320と交差し、フレックスPCB1321を相互接続する平面断面図で図85に示されている。図示のように、円形導体1302は、ビア1306を介して上にある導電層に接続し、また、ビア1308を介して下にある導電層に接続しながら、磁気コア1316を取り囲む。 The role of the PMT pads in the rigid portion of the disclosed rigid-flex PCB can be utilized in a variety of ways. In some cases, separate electromagnets, permanent magnets, and permanent magnet/electromagnet stacks can be attached to the rigid portion of the rigid-flex PCB. Alternatively, PCB interconnects can be used to form toroids that, when combined with through-hole magnetic material, form a planar magnetic structure. One example layout of a planar magnetic toroid is shown in the exploded view of Figure 83, where metal conductive layers 1311, 1301, 1302, and 1312 form a circular toroid surrounding magnetic core 1316. Each circular conductor on a given layer is rotated relative to the metal layer below it, so that metal vias 1307, 1306, and 1308 can interconnect layers such that current flows counterclockwise on all layers located on each plane. This structure is illustrated in more detail in FIG. 84, where a rigid-flex PCB forms a layer of a toroid surrounding a magnetic core 1316. To prevent shorting between the conductive layers and the ferrous magnetic core, the magnetic core 1316 may be insulated from conductive layers 1311, 1301, 1302, and 1303 by insulator 1315. The resulting top view is shown in FIG. 85, in a plan cross-sectional view, intersecting rigid PCB 1320 and interconnecting flex PCB 1321. As shown, circular conductor 1302 surrounds magnetic core 1316, connecting to the overlying conductive layer through via 1306 and to the underlying conductive layer through via 1308.

PMTを駆動するために使用される例示的な回路が図86に示されている。PMTドライバ1340、電磁石ドライバ1341、電磁石電源1363、および電磁石アレイ1350、ならびに充電器1360、リチウムイオン電池1361、およびUSBコネクタからなるインテリジェントLEDパッドまたはレーザワンド回路と同様に、PMTドライバ1340には、PMTμC1181、クロック1183、不揮発性メモリ1134、揮発性メモリ1135、通信インターフェース1182、BluetoothまたはWiFi無線リンク1190が含まれます。PMTのデジタルパルス出力μC1181は、論理ゲート1228a、1228b、およびオプションで他のゲート(図示せず)によってゲートされ、過熱保護1131aを容易にします。次に、ゲートの出力は、デュアルインバータストリング1346および1347によってバッファリングされ、それぞれプログラム可能な電流シンク1342および1343のデジタル入力を駆動します。制御電流シンク1342および1343は、デジタル入力に応答して電磁石1352および1353を流れる電磁石電流IEM1およびIEM2の大きさと波形を制御し、D/Aコンバータ1345の出力から得られるアナログ基準電流によっても制御されます。 An exemplary circuit used to drive a PMT is shown in FIG. 86. The PMT driver 1340 includes a PMT μC 1181, a clock 1183, non-volatile memory 1134, volatile memory 1135, a communications interface 1182, and a Bluetooth or WiFi wireless link 1190, as well as an intelligent LED pad or laser wand circuit consisting of a PMT driver 1340, an electromagnet driver 1341, an electromagnet power supply 1363, and an electromagnet array 1350, as well as a charger 1360, a lithium-ion battery 1361, and a USB connector. The digital pulse output of the PMT μC 1181 is gated by logic gates 1228a, 1228b, and optionally other gates (not shown) to facilitate over-temperature protection 1131a. The outputs of the gates are then buffered by dual inverter strings 1346 and 1347, which drive the digital inputs of programmable current sinks 1342 and 1343, respectively. Control current sinks 1342 and 1343 respond to the digital inputs to control the magnitude and waveform of electromagnet currents IEM1 and IEM2 flowing through electromagnets 1352 and 1353, and are also controlled by an analog reference current derived from the output of D/A converter 1345.

電流シンクを急速電磁石蓄積エネルギのいずれかまで、インダクタ電流を再循環させることによってスイッチオフされるたびに、フリーホイーリングダイオード1354及び1355は、高電圧スパイクを防止するために含まれるEL=0.5LI2消費又は電流シンクまで再度電流を流しています。コンデンサ1356及び1357は、の共振周波数でコイルのインダクタンスと発振有するタンク回路を形成するために、意図的にノイズまたは必要に応じてスイッチングフィルタに使用されるfLC=1/(2πSQRT(LC)。電磁石+VEMを駆動するための電力は、電圧を上げるためのブーストコンバータまたは電圧を下げるためのバックコンバータのいずれかのスイッチング電源回路から得られます。あるいは、電流シンク1343および1343がインダクタ電流を制御するので、とにかく電圧レギュレータを排除することができます。 Whenever the current sink is switched off, the electromagnet stores energy by rapidly recirculating the inductor current until either EL = 0.5LI2 is consumed or the current sink is again conducting current. Freewheeling diodes 1354 and 1355 are included to prevent high voltage spikes. Capacitors 1356 and 1357 are intentionally used to filter noise or switching if necessary, to form a tank circuit that oscillates with the coil inductance at a resonant frequency of fLC = 1/(2πSQRT(LC)). Power to drive the electromagnet + VEM is derived from a switching power supply circuit, either a boost converter to step up the voltage, or a buck converter to step down the voltage. Alternatively, the voltage regulator can be eliminated anyway, since current sinks 1343 and 1343 control the inductor current.

スイッチングレギュレータの動作は当技術分野で周知であるが、例示的な目的のために、例示的なブーストコンバータが電磁石電源1363として本明細書に含まれる。動作中、PWMコントローラ1365はパワーMOSFET1366をオンにし、ブーストインダクタ1369の電流がスイッチング期間の一定の割合でランプアップし、その後パワーMOSFET1366がオフになります。MOSFETの導通を遮断すると、パワーMOSFET1366のドレイン電圧が瞬時に上昇し、ショットキーダイオード1367に順方向バイアスをかけ、コンデンサ1368を電圧+VEMに充電します。次に、コンデンサ電圧のフィードバック信号がPWMコントローラ1365に「フィードバック」され、コントローラが出力電圧がその目標電圧より低いか高いかを決定することを可能にする。 While the operation of switching regulators is well known in the art, for illustrative purposes, an exemplary boost converter is included herein as electromagnet power supply 1363. In operation, PWM controller 1365 turns on power MOSFET 1366, causing the current in boost inductor 1369 to ramp up at a fixed rate over the switching period, after which power MOSFET 1366 is turned off. When the MOSFET is turned off, the drain voltage of power MOSFET 1366 rises instantaneously, forward biasing Schottky diode 1367 and charging capacitor 1368 to a voltage +VEM. A capacitor voltage feedback signal is then "fed back" to PWM controller 1365, allowing the controller to determine whether the output voltage is lower or higher than its target voltage.

電圧が目標を下回っている場合、時間上のパルス幅が大きな割合であることが長くなるD=ton/(ton+toff)=(ton/TPWM)次のクロック周期のTPWM、であり、Dが増加すると、インダクタ1369の平均電流が増加し、出力電圧+VEM高くなります。一方、出力電圧が高すぎる場合、デューティ係数D、つまりMOSFET1366のオン時間が減少し、インダクタ1369の電流が数回のスイッチングサイクルにわたって徐々に減少し、それによって出力電圧が低下。デューティファクタDとパルス幅(パワーMOSFET1366のオン時間)を継続的に調整することにより、出力電圧は電圧フィードバックによって一定値に調整されます。したがって、スイッチ周波数および周期TPWM動作するスイッチングレギュレータの調整プロセスは、パルス幅変調を意味するPWMと呼ばれます。出力コンデンサ1368の役割は、出力電圧をフィルタリングすることであり、入力コンデンサ1364は、電源へのノイズの逆注入を防止し、電力ネットワークを安定させるために使用される。示されているように、スイッチングコンバータとレギュレータの出力電圧はその入力よりも高い、つまり+VEM>Vbatであるため、コンバータはブーストコンバータと呼ばれます。ただし、必要な電磁石ドライバ電圧がバッテリ電圧+VEM<Vbatよりも低い場合は、降圧または降圧コンバータが必要です。トポロジー的には、バックコンバータを実現するには、共通ノードに接続されている3つのコンポーネントを右に回転させて同じコンポーネントを再配置する、つまりショットキーダイオード1367をインダクタ1369に置き換え、パワーMOSFET1366を置き換えることにより、ブーストコンバータの回路にわずかな変更を加えるだけで済みます。ショットキー1367を使用し、インダクタ1369をパワーMOSFET1366に置き換えます。 If the voltage is below the target, the pulse width over time increases by a larger percentage (D = t on / (t on + t off ) = (t on / T PWM )), where T PWM is the time of the next clock cycle. As D increases, the average current in inductor 1369 increases, causing the output voltage + VEM to rise. On the other hand, if the output voltage is too high, the duty factor D, or the on-time of MOSFET 1366, decreases, gradually reducing the current in inductor 1369 over several switching cycles, thereby lowering the output voltage. By continuously adjusting the duty factor D and pulse width (the on-time of power MOSFET 1366), the output voltage is regulated to a constant value through voltage feedback. Therefore, the regulation process of a switching regulator that operates at a switching frequency and period T PWM is called PWM, for pulse-width modulation. The role of the output capacitor 1368 is to filter the output voltage, and the input capacitor 1364 is used to prevent noise from being injected back into the power supply and stabilize the power network. As shown, the output voltage of a switching converter and regulator is higher than its input, i.e., +V > V, so the converter is called a boost converter. However, if the required electromagnet driver voltage is lower than the battery voltage, +V < V, a buck or step-down converter is required. Topologically, a buck converter can be realized by making only a slight modification to the boost converter circuit by rotating the three components connected at the common node to the right and rearranging the same components, i.e., replacing Schottky diode 1367 with inductor 1369 and power MOSFET 1366. The Schottky diode 1367 is used, and inductor 1369 is replaced with power MOSFET 1366.

あるいは、代わりに電磁石を実現する平面磁気を用いる、プレ-組み立てまたは離散電磁石モジュールを使用することができます。図87に示すように、磁気コア1376および巻線コイル1375を含む個別の表面実装電磁石1351は、金属脚1359aおよび1359bを2つの別個の電気的に絶縁された導電層セグメントにはんだ付けすることにより、表面実装コンポーネントとしてリジッドフレックスPCBの剛性部分に取り付けられます。1311A及び1311Bの同じ銅導体層。図示のように、孤立した導電性セグメント1311aは、次に、パターン化されたビア1309a、1306a、および1310aを介して下部導電性層1312を接続する。このようにして、別個の個別の電磁石を各剛性PCBの上に配置して、図88Aの断面図に示されるようなアレイを形成することができる、特にディスクリート電磁石1351aがリジッドPCB1348aに取り付けられ、フレックスPCB部分1349aを介してリジッドPCB1348bに接続する場合。ディスクリート電磁石1351bは、リジッドPCB1348bに取り付けられ、リジッドPCB1348bは、フレックスPCB部分1349bを介してリジッドPCB1348cに接続する。ディスクリート電磁石1351cがリジッドPCB1348cに取り付けられ、フレックスPCB部分1349cを介して他のリジッドPCB(図示せず)に接続します。 Alternatively, a pre-assembled or discrete electromagnet module can be used, instead using planar magnetics to realize the electromagnet. As shown in FIG. 87, an individual surface-mounted electromagnet 1351, including a magnetic core 1376 and a wound coil 1375, is attached as a surface-mounted component to the rigid portion of a rigid-flex PCB by soldering metal legs 1359a and 1359b to two separate, electrically isolated conductive layer segments of the same copper conductor layer 1311A and 1311B. Isolated conductive segment 1311a then connects to the lower conductive layer 1312 through patterned vias 1309a, 1306a, and 1310a, as shown. In this manner, separate individual electromagnets can be placed on each rigid PCB to form an array as shown in the cross-sectional view of FIG. 88A, specifically where discrete electromagnet 1351a is attached to rigid PCB 1348a and connects to rigid PCB 1348b via flex PCB portion 1349a. Discrete electromagnet 1351b is attached to rigid PCB 1348b, which connects to rigid PCB 1348c via flex PCB portion 1349b. Discrete electromagnet 1351c is attached to rigid PCB 1348c and connects to another rigid PCB (not shown) via flex PCB portion 1349c.

そのような設計として、アレイ内のすべての磁石1351a、1351b、1351cなどは電磁石であり、PMTドライバ1340から生成されたPMT再生に応答して以前のPMT回路に従ってその磁場を変化させるように電子的に制御することができる。波形は、PMTのパッドを横切って特殊なパターン又は磁石波を形成するために個々に、いくつかのシーケンスで電磁石を駆動含み得る代わりに、アレイ内のすべての電磁石の磁場中で、連続的なパルス又は正弦波変形を生じさせるか、してもよい、例えば起伏を生成しますパッドを横切って、または一連のパッドの長さに沿って、列ごとに磁場波。他の場合には、一定の磁場を生成するためにバイアスをかけられる電磁石もあれば、時間変化する磁場を生成するように変調される電磁石もあります。 In such a design, all magnets 1351a, 1351b, 1351c, etc. in the array are electromagnets that can be electronically controlled to change their magnetic field according to the previous PMT circuit in response to PMT playback generated from PMT driver 1340. The waveform may involve driving the electromagnets individually and in several sequences to form a specific pattern or magnetic wave across the PMT pads; alternatively, it may produce a continuous pulse or sinusoidal variation in the magnetic field of all electromagnets in the array, or may generate undulating magnetic field waves, for example, row by row across a pad or along the length of a series of pads. In other cases, some electromagnets are biased to generate a constant magnetic field, while others are modulated to generate a time-varying magnetic field.

代替の実施形態では、いくつかの電磁石を電磁石に置き換えて、一定の磁場と時間的に変化する磁場の混合を組み合わせることができる。例えば、図88Aでは、以前に電磁石13511b(図において先に示した)は、永久磁石1370に置き換えられ電磁石1351A及び1351cは変わらないままリジッドPCBの1348bに取り付けられました。図88Cでは、図88Bでは、剛性PCB1348bは、電磁石1351dおよびその下にある永久磁石1370bのスタックを駆動するか、あるいは図88Dにおいて、剛性PCB1348bは、電磁石1351eとその上にある永久磁石1370cのスタックを駆動します。そのような場合、電磁石の動作は、積み重ねられた永久磁石によって生成される磁場を増強する(または代わりに減少させる)。 In alternative embodiments, some electromagnets can be replaced with electromagnets to combine a mix of constant and time-varying magnetic fields. For example, in FIG. 88A, electromagnet 13511b (shown earlier in the figure) was previously replaced with permanent magnet 1370, while electromagnets 1351A and 1351c remain unchanged and are attached to rigid PCB 1348b. In FIG. 88C, rigid PCB 1348b drives a stack of electromagnet 1351d and underlying permanent magnet 1370b, or in FIG. 88D, rigid PCB 1348b drives a stack of electromagnet 1351e and underlying permanent magnet 1370c. In such cases, the operation of the electromagnets enhances (or alternatively reduces) the magnetic field generated by the stacked permanent magnets.

PMT装置はまた、図89に示されるように、ハンドヘルド磁気療法装置またはワンド1450としての使用に適合させることができる円筒状のハンドルを含むUXディスプレイ1460と1458は、押しボタンは、制御動作とプログラム選択に1461b可動ジンバル1452、磁気ヘッドを介してボタン1461a/オフ、バッテリ1643、及び磁気ヘッドユニット1453に1462円筒ハンドル1458のコネクトUSBコネクタにユニット1453は、制御回路とともにPCB1454に取り付けられたフェライトコア1457およびコイル1556を含む電磁石1455を含む。分散システムの一部として操作される場合、ハンドヘルド磁気治療ワンド1450のPBTコントローラへの通信リンクは、USB、WiFi、または場合によってはブルートゥース(登録商標)を介して実行され得る。自律型デバイスとして、USBコネクタ1462は、PBTコントローラに接続することにより、製造中にワンドをプログラムするために使用されます。 The PMT device may also be adapted for use as a handheld magnetic therapy device or wand 1450, as shown in FIG. 89. The PMT device includes a cylindrical handle with a display 1460 and 1458, pushbuttons 1461b for controlling operation and program selection, a movable gimbal 1452, a magnetic head on/off button 1461a via a battery 1643, and a USB connector 1462 on the cylindrical handle 1458 to connect the magnetic head unit 1453 to the magnetic head unit 1453. The unit 1453 includes an electromagnet 1455 including a ferrite core 1457 and coil 1556 mounted on a PCB 1454 along with control circuitry. When operated as part of a distributed system, the communication link of the handheld magnetic therapy wand 1450 to the PBT controller may be via USB, Wi-Fi, or possibly Bluetooth. As an autonomous device, the USB connector 1462 is used to program the wand during manufacturing by connecting it to the PBT controller.

歯周PBTLEDマウスピース-PBTは頬を通して歯肉疾患を治療するために実行できますが、別のオプションは、レーザまたはLEDを使用して、近、赤外線、および青色のスペクトルで患者の口に直接光を注入することです。デバイスなどは小さく、口に快適にフィットする必要があります。自律治療装置として、装置は、いくつかの事前にプログラムされたアルゴリズムのみを実行できる軽量のソフトウェアクライアントを使用する必要があります。あるいは、デバイスは、有線接続、Bluetooth、または低電力WiFi802.11ahを使用したユーザ制御モジュールからのデータストリーミングを採用する場合があります。ユーザ制御モジュールは、インテリジェントLEDパッドのコントローラと同じように動作するPBTコントローラと通信しますが、その出力はパッド内のLEDを駆動せず、代わりにパッシブ電気信号としてLEDマウスピースにストリーミングされるため、処理は行われません。マウスピース内で実行されます。 Periodontal PBT LED Mouthpiece - While PBT can be performed to treat gum disease through the cheek, another option is to use a laser or LED to inject light directly into the patient's mouth in the near, infrared, and blue spectrums. The device must be small and fit comfortably in the mouth. As an autonomous treatment device, the device must use a lightweight software client capable of running only a few pre-programmed algorithms. Alternatively, the device may employ data streaming from a user control module using a wired connection, Bluetooth, or low-power Wi-Fi 802.11ah. The user control module communicates with a PBT controller, which operates similarly to the controller in an intelligent LED pad; however, its output does not drive LEDs in the pad; instead, it is streamed to the LED mouthpiece as a passive electrical signal, with no processing taking place within the mouthpiece.

そのような歯周PBT装置の例は、歯および歯茎1503を覆う馬蹄形の部分を含む成形されたマウスピース1500を含む、図90の3次元斜視図に示されており、馬蹄形の部分を裏打ちする2つの異なる波長のLED1504および1505(位置1506は、3D透視図では見えないLEDの位置を識別する)、電気ケーブル1501および制御ユニット1502は、電源用またはオプションでバス通信用のコネクタを含みます。対応する断面は、フレックスPCB1513、リジッドPCBベース1515、およびLED1513を備えたリジッドフレックスPCBアセンブリを含む、歯1510を取り囲むU字形の断面を明らかにしている。マウスピースは、歯をきれいにしようとするのではなく、歯1511に隣接する歯茎1512の近くに配置されるようにLED1513を配置するように設計されている。LEDは、炎症および歯周病と戦うために、赤、赤外線、青、または紫のLEDを含み得る。U字型のアセンブリは、リジッドフレックスPCBの周りに成形された薄いシリコーンマウスピース内に含まれています。 An example of such a periodontal PBT device is shown in the three-dimensional perspective view of FIG. 90, which includes a molded mouthpiece 1500 with a horseshoe-shaped portion covering the teeth and gums 1503. Two different wavelength LEDs 1504 and 1505 (location 1506 identifies the location of the LEDs not visible in the 3D perspective view) line the horseshoe-shaped portion. An electrical cable 1501 and control unit 1502 include connectors for power and, optionally, bus communication. A corresponding cross section reveals a U-shaped cross section surrounding the tooth 1510, including a flex PCB 1513, a rigid PCB base 1515, and a rigid-flex PCB assembly with LEDs 1513. The mouthpiece is designed to position the LEDs 1513 so that they are positioned near the gums 1512 adjacent to the tooth 1511, rather than attempting to clean the teeth. The LEDs may include red, infrared, blue, or purple LEDs to combat inflammation and periodontal disease. The U-shaped assembly is contained within a thin silicone mouthpiece molded around a rigid-flex PCB.

単一の顎(上顎または下顎のいずれか、両方ではない)を覆い、治療するように設計されたU字形の断面を有するマウスピースの製造が、剛性PCB部分1513および屈曲PCB翼1514を含む図91に示されている。SMT製造直後に示すように、LED1513aはフレックスウィング1514に取り付けられ、オプションでLED1513zはリジッドPCB1515に取り付けられます。PCB表面実装技術(SMT)アセンブリ中、リジッドフレックスPCBは、コンポーネントを必要とする大量の自動アセンブリに対応します。リフロー中のはんだ温度プロファイルを選択して配置し、均一にします。SMTの組み立て中は、PCBをしっかりと平らに保つことが重要です。PCBのリジッド部分とフレックス部分は、ピックアンドプレース時に同じ平面に固定されますが、リジッドフレックスPCBは直線である必要はなく、ガム型の馬蹄形の設計でレイアウトできるため、フレックスPCBの不必要な屈曲が発生するか、ストレスが加わり、後で破損する可能性があります。表面実装アセンブリの後、フレックスウィング1514は、リジッドPCBベース1515に対して垂直にU字形に曲げられ、次いで、リジッドフレックスPCBを覆う透明なシリコーンマウスピース1516に成形される。 Manufacture of a mouthpiece with a U-shaped cross section designed to cover and treat a single jaw (either the upper or lower jaw, but not both) is shown in Figure 91, which includes a rigid PCB portion 1513 and a flex PCB wing 1514. As shown immediately after SMT manufacturing, LED 1513a is attached to flex wing 1514, and optional LED 1513z is attached to rigid PCB 1515. During PCB surface mount technology (SMT) assembly, rigid-flex PCBs accommodate high-volume automated assembly requiring components. The solder temperature profile during reflow is selected, positioned, and uniform. It is important to keep the PCB firm and flat during SMT assembly. While the rigid and flex portions of the PCB are fixed in the same plane during pick-and-place, the rigid-flex PCB does not need to be straight and can be laid out in a gummy, horseshoe-shaped design, which can cause unnecessary bending of the flex PCB or add stress and potentially lead to subsequent failure. After surface mount assembly, the flex wings 1514 are bent into a U-shape perpendicular to the rigid PCB base 1515 and then molded into a clear silicone mouthpiece 1516 that covers the rigid-flex PCB.

同じプロセスを、上顎と下顎の両方でPBTを同時に使用するのに役立つH字型マウスピースの製造に適用できます。図92Aに示す方法は、は、PCB組み立て後、2つの別個の部品が電気的および物理的に結合されてH型マウスピースを製造することを除いて、前述のU字型マウスピースについて説明したのと同じ製造プロセスを利用する。示されるように、2つのPCB、1つはリジッドPCB1515a、フレックスPCB1514a、LED1513a、およびオプションのLED1513zを含み、もう1つはリジッドPCB1515b、フレックスPCB1514b、LED1513b、およびオプションのLED1513yを一緒に結合される。接合プロセスでは、剛性PCB1515aおよび1515bが一緒にはんだ付けされて、図92Bに示されるように、電気的および機械的に単一の多層PCB1517を形成する。このように、マウスピースは上部と下部の両方の歯茎を同時に治療することができます。 The same process can be applied to fabricate an H-shaped mouthpiece, which is useful for using PBT on both the upper and lower jaws simultaneously. The method shown in Figure 92A utilizes the same manufacturing process as described for the U-shaped mouthpiece above, except that after PCB assembly, two separate components are electrically and physically bonded to produce the H-shaped mouthpiece. As shown, two PCBs are bonded together: one containing rigid PCB 1515a, flex PCB 1514a, LED 1513a, and optional LED 1513z, and the other containing rigid PCB 1515b, flex PCB 1514b, LED 1513b, and optional LED 1513y. In the bonding process, rigid PCBs 1515a and 1515b are soldered together to electrically and mechanically form a single multi-layer PCB 1517, as shown in Figure 92B. In this way, the mouthpiece can treat both the upper and lower gums simultaneously.

剛性PCB1515aおよび1515bの結合が図93に示されている。剛性PCB1515b上の導電性表面1518bおよび1518dを示す図は、剛性PCB1515aの下の対応する導電性表面1518aおよび1518cにはんだ付けされて、上部および下部PCB間の電気的接続を確立し、マウスピースに機械的支持および剛性を提供する。オプションで、銀はんだペーストで満たされたスルーホールビア1519aおよび1519bを溶融して、上部リジッドPCB1515aと下部リジッドPCB1515bの両方を貫通する連続スルーホールを形成することができます。 The joining of rigid PCBs 1515a and 1515b is shown in Figure 93. The diagram shows conductive surfaces 1518b and 1518d on rigid PCB 1515b soldered to corresponding conductive surfaces 1518a and 1518c under rigid PCB 1515a to establish electrical connection between the upper and lower PCBs and provide mechanical support and rigidity to the mouthpiece. Optionally, through-hole vias 1519a and 1519b filled with silver solder paste can be melted to form continuous through-holes that run through both upper and lower rigid PCBs 1515a and 1515b.

歯周PBTマウスピースの回路を図94に示す。患者の口には高電圧が許可されていないため、入力電圧+VINを降圧する必要があります。低ドロップアウトリニアレギュレータLDO1520によって低電圧+VLED調整されます。フィルタコンデンサ1521および1522は、レギュレータを安定させるために含まれています。入力と出力のトランジェントをそれぞれフィルタリングします。クロック1534および時間基準1531に従って揮発性および不揮発性メモリ1536aおよび1526aに格納されたプログラムを実行するユニットのマイクロコントローラ1535の制御下で、マイクロコントローラからの信号は、制御信号1537aおよび1524bでプログラム可能な電流源1524aおよび1524bを独立して駆動するために使用されます。 The circuit diagram for the periodontal PBT mouthpiece is shown in Figure 94. Because high voltages are not permitted in the patient's mouth, the input voltage +VIN must be stepped down. The low voltage +VLED is regulated by low-dropout linear regulator LDO 1520. Filter capacitors 1521 and 1522 are included to stabilize the regulator and filter input and output transients, respectively. Under the control of the unit's microcontroller 1535, which executes programs stored in volatile and non-volatile memories 1536a and 1526a according to clock 1534 and time base 1531, signals from the microcontroller are used to independently drive programmable current sources 1524a and 1524b with control signals 1537a and 1524b.

信号は、LEDのオンとオフをデジタルでストローブするため、あるいは伝導電流をプログラムするため、または正弦波などの周期波形を合成するために使用できます。電流源1524aからの電流は、NPNバイポーラトランジスタ1526aの電流を制御するためにNPNバイポーラトランジスタ1525aによってミラーリングされ、したがって、LED1504aおよび1504bの電流を制御し、LED1504cおよび1504dの電流を同様に制御し、すべてマイクロコントローラ1535のプログラム実行に従う。同様に、電流源1524bからの電流は、NPNバイポーラトランジスタ1526bの電流を制御するためにNPNバイポーラトランジスタ1525bによってミラーリングされ、したがって、マイクロコントローラ1535のプログラム実行に従って、LED1505aおよび1505b、ならびに同様にLED1505cおよび1505dの電流を制御する。このようにして、スペースを節約するために最小限のコンポーネントを使用してLED電流を制御できます。したがって、小型化されたコントローラの回路は、図90に示されるエンクロージャ1502に収容することができる。 The signal can be used to digitally strobe LEDs on and off, program their conduction current, or synthesize periodic waveforms such as sine waves. The current from current source 1524a is mirrored by NPN bipolar transistor 1525a to control the current of NPN bipolar transistor 1526a, thus controlling the current of LEDs 1504a and 1504b, which in turn controls the current of LEDs 1504c and 1504d, all according to program execution by microcontroller 1535. Similarly, the current from current source 1524b is mirrored by NPN bipolar transistor 1525b to control the current of NPN bipolar transistor 1526b, thus controlling the current of LEDs 1505a and 1505b, and similarly LEDs 1505c and 1505d, according to program execution by microcontroller 1535. In this way, LED current can be controlled using a minimum of components to conserve space. Therefore, the miniaturized controller circuitry can be housed in the enclosure 1502 shown in FIG. 90.

超音波セラピー-開示される分散型PBTシステムは、圧電トランスデューサを駆動して、100kHzから4MHzの範囲の周波数範囲で超音波を生成するためにも適用可能である。超音波治療の主な治療作用メカニズムは振動であり、瘢痕組織を破壊し、良好な深さの浸透で加熱を引き起こすのに適しています。駆動アルゴリズムは、デジタル(パルス)および正弦波駆動の両方を含む、本明細書に開示されるLEDの正弦波駆動で使用されるものと同様であり得る。開示された分散型PBTは、独立して、またはPBTと組み合わせて超音波療法を実施することができる。開示されたシステムを使用すると、超音波変換器をLEDアレイと組み合わせて、超音波を使用して瘢痕組織を破壊し、PBT加速食作用を使用してそれを運び去ることもできます。 Ultrasound Therapy - The disclosed distributed PBT system can also be applied to drive piezoelectric transducers to generate ultrasound waves in the frequency range of 100 kHz to 4 MHz. The primary therapeutic mechanism of action of ultrasound therapy is vibration, suitable for destroying scar tissue and causing heating with good depth of penetration. Driving algorithms can be similar to those used in the sinusoidal driving of the LEDs disclosed herein, including both digital (pulsed) and sinusoidal driving. The disclosed distributed PBT can perform ultrasound therapy independently or in combination with PBT. The disclosed system can also be used to combine an ultrasound transducer with an LED array to destroy scar tissue using ultrasound and carry it away using PBT-accelerated phagocytosis.

組み合わされた超音波PBT治療システムまたはUSPBTパッドの1つの実装が図95に示されている。クロック1556および時間基準1553に従って揮発性および不揮発性メモリ1558aおよび1558bに格納されたプログラムを実行するマイクロコントローラ1557を含む、マイクロコントローラからの信号は、ローサイドNチャネルMOSFET1563aを含むHブリッジを独立して駆動するために使用される。同時に、ハイサイドPチャネルMOSFET1564bがオフになり、次にローサイドNチャネル1563bがオンになり、Vy=0になり、その間に電流がVxからVyに流れます。次の半サイクルで、電流の流れはVyからVxに逆になります。 One implementation of a combined ultrasound PBT therapy system or USPBT pad is shown in Figure 95. It includes a microcontroller 1557 executing a program stored in volatile and non-volatile memories 1558a and 1558b according to a clock 1556 and a time reference 1553. Signals from the microcontroller are used to independently drive an H-bridge including low-side N-channel MOSFET 1563a. At the same time, high-side P-channel MOSFET 1564b turns off, and then low-side N-channel MOSFET 1563b turns on, causing Vy = 0, during which current flows from Vx to Vy. During the next half cycle, the current flow reverses from Vy to Vx.

ハイサイドMOSFET1564aおよび1564bは、レベルシフトドライバ回路1566aおよび1566bによって駆動される。同様に、ローサイドMOSFET1563aおよび1563bは、ローサイドバッファ1565aおよび1565bによって駆動される。動作中、ローサイドNチャネルMOSFET1564aとハイサイドPチャネル1563aによって形成されたハーフブリッジは、ローサイドNチャネルMOSFET1564bとハイサイドPチャネル1563bによって形成されたハーフブリッジと位相がずれて駆動されます。ハイサイドPチャネルMOSFET1564aがオンで導通しているときは常に、ローサイドNチャネル1563aがオフでV、X=+VPZです。同時に、ハイサイドPチャネルMOSFET1564bがオフになり、次にローサイドNチャネル1563bがオンになり、Vy=0になり、その間に電流がVxからVyに流れます。次の半サイクル、電流の流れはVyからVxに逆になります。動作時には、二つの半ブリッジは、位相が駆動されることにより、インバータμC1557パッドの出力に応答して1567ハーフブリッジの出力は絶対値±VPZ有する双方向である。パッドμC1557の出力はまた、以前に開示されたLEDドライバ1560を介してLEDアレイ1560を駆動するために使用される。 High-side MOSFETs 1564a and 1564b are driven by level-shifting driver circuits 1566a and 1566b. Similarly, low-side MOSFETs 1563a and 1563b are driven by low-side buffers 1565a and 1565b. During operation, the half-bridge formed by low-side N-channel MOSFET 1564a and high-side P-channel MOSFET 1563a is driven out of phase with the half-bridge formed by low-side N-channel MOSFET 1564b and high-side P-channel MOSFET 1563b. Whenever high-side P-channel MOSFET 1564a is on and conducting, low-side N-channel MOSFET 1563a is off and V,X = +VPZ. At the same time, high-side P-channel MOSFET 1564b is turned off, then low-side N-channel MOSFET 1563b is turned on, causing Vy = 0, during which current flows from Vx to Vy. During the next half cycle, the current flow reverses from Vy to Vx. In operation, the two half-bridges are phase driven, so that the output of the 1567 half-bridge is bidirectional with an absolute value of ±VPZ in response to the output of the μC1557 pad. The output of the μC1557 pad is also used to drive the LED array 1560 via the previously disclosed LED driver 1560.

図96に示される代替の実施形態では、電流シンクのプログラム可能なアレイは、複数の圧電トランスデューサを駆動する際のハーフブリッジに取って代わります。示されているように、パッドμC1557は、対応する圧電変換器1562aおよび1562bをそれぞれ介して電流シンク1576および1575によって伝導される電流を制御するために使用されるD/A変換器1573にデジタル振幅を出力する。圧電電流IPZ1およびPZ2、デジタル生成された超音波の周波数を制御するインバータ1571と1572によってパルスされます。USPBTパッドの例は、上面図1581、下面図1584、および単一のUSBソケット1598を含む側面図で示されるインテリジェントLEDパッドを含む図97に示されている。フレックスPCB1589、LED1591、センサ1590、圧電トランスデューサ1592aおよび1592b。LEDポリマーパッドカバー1581には、開口部1595とキャビティ1596、および保護用の透明なプラスチック1587が含まれます。LEDパッド1580には、突起1583のあるフレキシブルポリマー1581cの上部、突起1585のある下部フレキシブルポリマー1684が含まれます。 In an alternative embodiment shown in FIG. 96, a programmable array of current sinks replaces a half-bridge in driving multiple piezoelectric transducers. As shown, pad μC 1557 outputs a digital amplitude to D/A converter 1573, which is used to control the current conducted by current sinks 1576 and 1575 through corresponding piezoelectric transducers 1562a and 1562b, respectively. Piezoelectric currents IPZ1 and PZ2 are pulsed by inverters 1571 and 1572, which control the frequency of the digitally generated ultrasonic waves. An example of a USPBT pad is shown in FIG. 97, including an intelligent LED pad shown in top view 1581, bottom view 1584, and a side view including a single USB socket 1598. Flex PCB 1589, LED 1591, sensor 1590, piezoelectric transducers 1592a and 1592b. LED polymer pad cover 1581 includes opening 1595 and cavity 1596, and protective clear plastic 1587. LED pad 1580 includes an upper flexible polymer 1581c with protrusion 1583 and a lower flexible polymer 1584 with protrusion 1585.

オプションで、PBT用のLEDは、超音波圧電エミッタと組み合わせて、同時にまたは時間的に交互に駆動できます。超音波と光生体変調療法(ここではUSPBTと呼ぶ)を組み合わせたアプリケーションは、超音波を使用して瘢痕組織を破壊し、PBTを使用して死んだ細胞の除去を加速するのに役立ちます。 Optionally, the LEDs for PBT can be combined with ultrasound piezoelectric emitters and driven simultaneously or alternately in time. Applications combining ultrasound and photobiomodulation therapy (herein referred to as USPBT) can be useful, using ultrasound to destroy scar tissue and PBT to accelerate the removal of dead cells.

超低周波音療法-超低周波音療法は組織マッサージに似ていますが、オーディオスペクトルよりも非常に低い周波数、通常は20Hzから1Hz以下で発生する点が異なります。低周波数を生成するためのアクチュエータは、比較的大きくなければならず、例えば、直径10cmであり、したがって、図89のものと同様のワンドに含めるのに非常に適しており、電磁石がスピーカーと同様のボイスコイルドライバに置き換えられていることを除いて、可動部分がプランジャーまたは膜に取り付けられ、非常に低い周波数で治療された組織を押します。したがって、開示されたPBTシステムは、超音波周辺機器をサポートするために直接互換性がある。超低周波音は、組織に深いマッサージを提供し、可動域と筋肉の弾力性を改善するのに役立つ低周波音を提供します。オプションで、PBT用のLEDは、超低周波音のボイスコイルアクチュエータと組み合わせて、同時にまたは時間的に交互に駆動できます。 Infrasound Therapy - Infrasound therapy is similar to tissue massage, except that it occurs at very low frequencies below the audio spectrum, typically 20 Hz to 1 Hz or less. The actuator for generating the low frequencies must be relatively large, e.g., 10 cm in diameter, and is therefore well suited for inclusion in a wand similar to that shown in Figure 89. The moving part is attached to a plunger or membrane, which presses on the treated tissue at very low frequencies, except the electromagnet is replaced by a voice coil driver similar to a speaker. Therefore, the disclosed PBT system is directly compatible for supporting ultrasound peripherals. Infrasound provides a deep massage to tissue, providing low-frequency sounds that help improve range of motion and muscle elasticity. Optionally, LEDs for PBT can be driven simultaneously or alternately in time in combination with an infrasound voice coil actuator.

PBT LED芽鼻/耳用PBTは経頭蓋行うことができるが、別のオプションは、近赤外、および青色スペクトルにおけるレーザまたはLEDを使用して、直接鼻又は耳に光注入することです。デバイスなどは小さいです。自律治療装置として、装置は、いくつかの事前にプログラムされたアルゴリズムのみを実行できる軽量のソフトウェアクライアントを使用する必要があります。あるいは、デバイスは、有線接続、Bluetooth、または低電力WiFi802.11ahを使用したユーザ制御モジュールからのデータストリーミングを採用する場合があります。ユーザ制御モジュールは、インテリジェントLEDパッドのコントローラと同じように動作するPBTコントローラと通信しますが、その出力はパッド内のLEDを駆動せず、代わりにパッシブ電気信号としてLEDバッドにストリーミングされるため、パッド内で処理は実行されません。したがって、開示されたPBTシステムは、鼻および耳の治療のためのPBTLEDバッドをサポートするために直接互換性がある。鼻腔内および耳内(つまり耳内)のPBTのもう1つの利点は、副鼻腔に感染している病原菌や細菌を殺す能力です。 PBT LED Buds for Nose/Ear Although PBT can be performed transcranially, another option is to inject light directly into the nose or ear using lasers or LEDs in the near-infrared and blue spectrum. The devices are small. As autonomous treatment devices, they require a lightweight software client capable of running only a few pre-programmed algorithms. Alternatively, the device may employ data streaming from a user control module using a wired connection, Bluetooth, or low-power Wi-Fi 802.11ah. The user control module communicates with a PBT controller, which operates similarly to the controller in an intelligent LED pad; however, its output does not drive the LEDs in the pad; instead, it is streamed to the LED buds as a passive electrical signal, so no processing is performed within the pad. Therefore, the disclosed PBT system is directly compatible to support PBT LED buds for nasal and ear treatment. Another advantage of intranasal and intraauricular (i.e., inside the ear) PBT is its ability to kill pathogens and bacteria infecting the sinuses.

鍼治療用のPBT LEDスポット-もう1つの小さなサイズのLEDソースは、小さなLEDまたはレーザの「スポット」です。これは、鍼治療のポイントの上に体に取り付けられたコインサイズのパッドです。デバイスなどは小さく、バッテリ電源のスペースがありません。デバイスは、有線接続、Bluetooth、または低電力WiFi802.11ahを使用したユーザ制御モジュールからのデータストリーミングを採用する場合があります。ユーザ制御モジュールは、インテリジェントLEDパッドのコントローラと同じように動作するPBTコントローラと通信しますが、その出力はパッド内のLEDを駆動せず、代わりにパッシブ電気信号としてLED/レーザスポットにストリーミングされるため、処理はスポット内で実行されます。したがって、開示されたPBTシステムは、鍼治療のLEDスポット用のPBTLEDバッドをサポートするために直接互換性がある。 PBT LED Spots for Acupuncture - Another small-sized LED source is a small LED or laser "spot." This is a coin-sized pad attached to the body over an acupuncture point. The device is small and does not have space for battery power. The device may employ data streaming from a user control module using a wired connection, Bluetooth, or low-power Wi-Fi 802.11ah. The user control module communicates with a PBT controller that operates similarly to the controller in an intelligent LED pad, but its output does not drive LEDs in the pad; instead, it is streamed to the LED/laser spot as a passive electrical signal, so processing occurs within the spot. Therefore, the disclosed PBT system is directly compatible to support PBT LED pads for acupuncture LED spots.

Bluetoothヘッドホン-医学的には治療的ではありませんが、リラクゼーションアプリケーションでは、PBT治療波形に同期したBluetoothを介して音楽をヘッドホンにブロードキャストできます。開示されたPBTシステムの波形合成能力を考えると、それは同期化された音楽およびPBT処理をサポートすることができます。 Bluetooth headphones - While not medically therapeutic, for relaxation applications, music can be broadcast to headphones via Bluetooth synchronized with PBT treatment waveforms. Given the waveform synthesis capabilities of the disclosed PBT system, it can support synchronized music and PBT treatments.

Claims (9)

分散型光生体変調療法(PBT)を含むシステムであって、
PBTコントローラと、
発光ダイオード(LED)パッドと、
通信リンクと、を備え、
前記PBTコントローラは、メインマイクロコントローラと、通信インターフェースと、デジタル時計と、を含み、
前記LEDパッドは、
パッドマイクロコントローラと、
不揮発性メモリを含むメモリと、
1つまたは複数のLEDストリングを含むLEDアレイであって、前記各LEDストリングは互いに直列に接続された複数のLEDを含む、該LEDアレイと、
前記各LEDストリングの電流を制御するために前記各LEDストリングに接続された1つまたは複数のLEDドライバであって、前記パッドマイクロコントローラが前記各LEDストリングの電流を制御できるようにするべく、前記パッドマイクロコントローラに接続されている、該LEDドライバと、
前記不揮発性メモリに格納されたLEDパッドIDデータレジスタであって、前記PBTコントローラのIDおよび前記LEDパッドのIDを認証するための対称認証プロセスにおいて前記PBTコントローラおよび前記LEDパッドによって使用されるデータを含前記対称認証プロセスの実施時に、前記PBTコントローラが、前記LEDパッドにクエリを実行し、前記LEDパッドIDデータレジスタに格納されているデータをチェックすることにより、前記LEDパッドが有効な製造元承認デバイスであるかどうかを判断し、次いで、前記LEDパッドが、前記PBTコントローラに格納されているデータをチェックすることにより、前記PBTコントローラが前記LEDパッドでの使用が承認された有効な製造IDを持つデバイスであるかどうかを確認する、該LEDパッドIDデータレジスタと、を含み、
前記通信リンクは、前記各LEDストリングの電流および照明を制御するために、前記PBTコントローラと前記LEDパッドとの間でデジタルデータを伝送し、
前記各LEDドライバは、MOSFETまたはバイポーラトランジスタと、電流検出および制御ユニットとを含み、
前記MOSFETまたは前記バイポーラトランジスタと、前記電流検出および制御ユニットとのそれぞれは、前記各LEDドライバに接続された前記LEDストリング内のLEDと直列に接続されており、
前記電流検出および制御ユニットは、前記MOSFETまたは前記バイポーラトランジスタをオンまたはオフにするためのイネーブルパルスのソース、および前記MOSFETまたは前記バイポーラトランジスタがオンになったときに前記MOSFETまたは前記バイポーラトランジスタ内の電流のレベルを制御するための基準電流のソースに接続されている、
システム。
1. A system including distributed photobiomodulation therapy (PBT), comprising:
a PBT controller;
a light emitting diode (LED) pad;
a communication link;
The PBT controller includes a main microcontroller, a communication interface, and a digital clock;
The LED pad is
a pad microcontroller;
a memory including a non-volatile memory;
an LED array including one or more LED strings, each LED string including a plurality of LEDs connected in series with one another;
one or more LED drivers connected to each of the LED strings to control the current through each of the LED strings, the LED drivers connected to the pad microcontroller to enable the pad microcontroller to control the current through each of the LED strings;
an LED pad ID data register stored in the non-volatile memory containing data used by the PBT controller and the LED pad in a symmetric authentication process to authenticate the ID of the PBT controller and the ID of the LED pad , wherein during the symmetric authentication process, the PBT controller queries the LED pad and determines whether the LED pad is a valid manufacturer approved device by checking the data stored in the LED pad ID data register, and then the LED pad verifies whether the PBT controller is a device with a valid manufacturer ID approved for use with the LED pad by checking the data stored in the PBT controller;
the communication link transmits digital data between the PBT controller and the LED pads to control the current and illumination of each of the LED strings;
Each of the LED drivers includes a MOSFET or a bipolar transistor and a current detection and control unit;
each of the MOSFET or the bipolar transistor and the current detection and control unit is connected in series with an LED in the LED string connected to each of the LED drivers;
the current detection and control unit is connected to a source of an enable pulse for turning the MOSFET or bipolar transistor on or off, and to a source of a reference current for controlling the level of current in the MOSFET or bipolar transistor when it is turned on;
system.
請求項1の分散型PBTシステム、ここで、前記LEDアレイは、少なくとも2つのLEDストリングを含み、第1のLEDストリング内のLEDは、第1の波長の光を放出することができ、第2のLEDストリング内のLEDは第2の波長の光を放出することができ、前記第2の波長は、前記第1の波長とは異なる。 The distributed PBT system of claim 1, wherein the LED array includes at least two LED strings, wherein the LEDs in a first LED string are capable of emitting light of a first wavelength and the LEDs in a second LED string are capable of emitting light of a second wavelength, the second wavelength being different from the first wavelength. 請求項1の分散型PBTシステム、ここで、第1のLEDストリングの基準電流源は、第1の基準MOSFETを含み、第2のLEDストリングの基準電流源は、第2の基準MOSFETを含む。前記第1および第2の基準MOSFETのそれぞれは、電流ミラー構成で第3の閾値接続されたMOSFETと接続されている。 The distributed PBT system of claim 1, wherein the reference current source for a first LED string includes a first reference MOSFET and the reference current source for a second LED string includes a second reference MOSFET. Each of the first and second reference MOSFETs is connected in a current mirror configuration with a third threshold-connected MOSFET. 請求項3の分散型PBTシステムは、前記第3の閾値接続MOSFETに接続されたトリムネットワークをさらに含む。 The distributed PBT system of claim 3 further includes a trim network connected to the third threshold-connected MOSFET. 請求項3の分散型PBTシステムは、デジタルアナログ(D/A)コンバータを含み、前記D/Aコンバータの出力は、前記第3の閾値接続MOSFETにおける電流の大きさを制御する。 The distributed PBT system of claim 3 includes a digital-to-analog (D/A) converter, the output of which controls the magnitude of the current in the third threshold-connected MOSFET. 請求項1の分散型PBTシステム、ここで通信リンクは、USBケーブルまたは他の有線通信媒体を含む。 The distributed PBT system of claim 1, wherein the communication link includes a USB cable or other wired communication medium. 請求項6の分散型PBTシステム、ここで通信リンクは、LEDパッドに電力を供給するための導体を含む。 The distributed PBT system of claim 6, wherein the communication link includes a conductor for supplying power to the LED pad. 請求項1の分散型PBTシステム、ここで、PBTコントローラは第1の時計を含み、LEDパッドは第2の時計を含み、前記第2の時計は上記の最初のクロックに同期されていない。 The distributed PBT system of claim 1, wherein the PBT controller includes a first clock and the LED pad includes a second clock, the second clock not synchronized to the first clock. 請求項1の分散型PBTシステム、ここで、LEDパッドは、メモリ、選択されたPBT処理に従ってLEDドライバを制御するためのデータを保持するメモリを備える。 The distributed PBT system of claim 1, wherein the LED pad comprises a memory, the memory holding data for controlling the LED driver according to a selected PBT process.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11058889B1 (en) 2017-04-03 2021-07-13 Xiant Technologies, Inc. Method of using photon modulation for regulation of hormones in mammals
PL4206896T3 (en) 2019-02-06 2024-10-28 Hewlett-Packard Development Company L.P. Identifying random bits in control data packets
EP3717254B1 (en) 2019-02-06 2023-12-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Integrated circuit with address drivers for fluidic die
CN115723430A (en) 2019-02-06 2023-03-03 惠普发展公司,有限责任合伙企业 Printed parts and methods of manipulating printed parts
JP7733392B2 (en) * 2019-12-20 2025-09-03 シャント テクノロジーズ, インコーポレイテッド Mobile real-time positioning unit
WO2021160223A1 (en) * 2020-02-12 2021-08-19 Jk-Holding Gmbh Body irradiating device
CA3167416A1 (en) * 2020-04-03 2021-10-07 Lew LIM Photobiomodulation system and method for improved immunity and treatment of respiratory tract infections
CN111729203B (en) * 2020-06-11 2022-02-15 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 Device for reducing addiction and faltering
JP7713511B2 (en) 2020-07-14 2025-07-25 アセンシア・ダイアベティス・ケア・ホールディングス・アーゲー Tracking insertion and removal times of continuous glucose monitoring sensors
US11464997B2 (en) 2020-07-18 2022-10-11 Konrad Jarausch Systems and methods for light generation and use thereof
JP2023543253A (en) * 2020-10-01 2023-10-13 ジー ライフ Devices and methods for applying photobiomodulation
US20230010922A1 (en) * 2021-07-06 2023-01-12 Biolight, Inc. Oral guard for light therapy
US20240416137A1 (en) * 2021-10-08 2024-12-19 Octane Innovation Inc. Personalized bioelectromagnetic therapeutics
EP4543540A1 (en) * 2022-05-25 2025-04-30 Litemed India Private Limited Musculoskeletal pain reliever for acute and chronic pain
CN115526303B (en) * 2022-09-15 2023-09-26 常州大学 Simple non-autonomous controllable multi-scroll neuron circuit
LU506459B1 (en) * 2024-02-26 2025-08-28 Novahealthlux Holding S A R L Pulsed electromagnetic field therapy device for cellular regeneration and pain management
US12490362B1 (en) * 2025-08-25 2025-12-02 Shu-Fa Shao Multi-modulation string light

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010028227A1 (en) 1997-08-26 2001-10-11 Ihor Lys Data delivery track
JP2002035009A (en) 2000-07-19 2002-02-05 Morita Mfg Co Ltd Discriminating instrument body, discriminating adapter, discriminating tube, medical device using these
US20020143373A1 (en) 2001-01-25 2002-10-03 Courtnage Peter A. System and method for therapeutic application of energy
JP2003223416A (en) 2001-11-13 2003-08-08 Microsoft Corp Architecture for manufacturing authenticatable game system
JP2009514072A (en) 2005-10-28 2009-04-02 オーバーカウ コーポレーション Method for providing secure access to computer resources
US20100286673A1 (en) 2008-03-17 2010-11-11 Palomar Medical Technologies, Inc. Method and apparatus for treatment of tissue
US20150238774A1 (en) 2014-02-26 2015-08-27 Illumicure Inc. Phototherapy dressing for treating psoriasis
US20160129279A1 (en) 2014-07-09 2016-05-12 Akari Systems, Inc. Wearable therapeutic light source
JP2017506569A (en) 2014-02-14 2017-03-09 アプライド バイオフォトニクス リミテッド Sine wave drive system and method for phototherapy

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5259380A (en) * 1987-11-04 1993-11-09 Amcor Electronics, Ltd. Light therapy system
US5103395A (en) * 1988-10-07 1992-04-07 Spako David W System for remote positioning of a radioactive source into a patient including means for protection against improper patient exposure to radiation
RU2145247C1 (en) * 1998-04-10 2000-02-10 Жаров Владимир Павлович Photomatrix therapeutic device for treatment of extended pathologies
US6663659B2 (en) * 2000-01-13 2003-12-16 Mcdaniel David H. Method and apparatus for the photomodulation of living cells
US6290713B1 (en) * 1999-08-24 2001-09-18 Thomas A. Russell Flexible illuminators for phototherapy
WO2003002186A2 (en) * 2001-06-26 2003-01-09 Photomed Technologies, Inc. Therapeutic methods using electromagnetic radiation
US20070219604A1 (en) * 2006-03-20 2007-09-20 Palomar Medical Technologies, Inc. Treatment of tissue with radiant energy
US20060095096A1 (en) * 2004-09-09 2006-05-04 Debenedictis Leonard C Interchangeable tips for medical laser treatments and methods for using same
US20080058907A1 (en) * 2006-08-30 2008-03-06 Reuben David I Self Sanitizing Bandage with Built-In Ultraviolet LED
US9788744B2 (en) * 2007-07-27 2017-10-17 Cyberonics, Inc. Systems for monitoring brain activity and patient advisory device
US8344659B2 (en) * 2009-11-06 2013-01-01 Neofocal Systems, Inc. System and method for lighting power and control system
WO2014018103A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 Brezinski Donna J Portable phototherapy device
US9877361B2 (en) * 2012-11-08 2018-01-23 Applied Biophotonics Ltd Phototherapy system and process including dynamic LED driver with programmable waveform
US9895550B2 (en) * 2014-01-23 2018-02-20 Applied Biophotonics Ltd Flexible LED light pad for phototherapy

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010028227A1 (en) 1997-08-26 2001-10-11 Ihor Lys Data delivery track
JP2002035009A (en) 2000-07-19 2002-02-05 Morita Mfg Co Ltd Discriminating instrument body, discriminating adapter, discriminating tube, medical device using these
US20020143373A1 (en) 2001-01-25 2002-10-03 Courtnage Peter A. System and method for therapeutic application of energy
JP2003223416A (en) 2001-11-13 2003-08-08 Microsoft Corp Architecture for manufacturing authenticatable game system
JP2009514072A (en) 2005-10-28 2009-04-02 オーバーカウ コーポレーション Method for providing secure access to computer resources
US20100286673A1 (en) 2008-03-17 2010-11-11 Palomar Medical Technologies, Inc. Method and apparatus for treatment of tissue
JP2017506569A (en) 2014-02-14 2017-03-09 アプライド バイオフォトニクス リミテッド Sine wave drive system and method for phototherapy
US20150238774A1 (en) 2014-02-26 2015-08-27 Illumicure Inc. Phototherapy dressing for treating psoriasis
US20160129279A1 (en) 2014-07-09 2016-05-12 Akari Systems, Inc. Wearable therapeutic light source

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