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JP7740878B2 - 分散型光生体変調療法システムと方法 - Google Patents
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JP7740878B2 - 分散型光生体変調療法システムと方法 - Google Patents

分散型光生体変調療法システムと方法

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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。
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。
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。
関連アートの議論
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。
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。
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。
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。
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。
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。
現在のフォトニックデリバリーシステム
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
現在の光生体変調治療システム
例によって示される現在の最先端の光生体変調治療システム、システム５０において図５は、二組のＬＥＤパッドに電気的に接続されたコントローラ５１を含む。具体的には、コントローラ５１の出力Ａは、ケーブル５３ａによって、電気的に相互接続されたＬＥＤパッド５２ｂを含む第１のＬＥＤパッドセットに接続されている。ＬＥＤパッド５２ａおよび５２は、オプションで電気ジャンパー５４ａおよび５４ｂによってＬＥＤパッド５２ｂに接続され、６００を超えるＬＥＤを含む単一のＬＥＤパッドとして動作する第１のＬＥＤパッドセットを作成する。パッドセットは、６００ｃｍ２を超える治療領域をカバーします。同様に、コントローラ５１の出力Ｂは、ケーブル５３ｂによって、電気的に相互接続されたＬＥＤパッド５２ｅを含む第２のＬＥＤパッドセットに接続されている。ＬＥＤパッド５２ｄおよび５２ｆは、オプションで、電気ジャンパー５４ｃおよび５４ｄによってＬＥＤパッド５２ｄに接続され、６００を超えるＬＥＤを含み、６００ｃｍ２を超える治療領域をカバーする単一のＬＥＤパッドとして動作する第２のＬＥＤパッドセットを作成する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
不一致のＬＥＤパッドが同じ出力に接続されている場合、他の問題が発生します。例えば、図１０では、共通ケーブル６３によって電力が供給される２つの異なるＬＥＤパッド６２および７９は、接地６９ａ、５Ｖ電源６９ｂ、高電圧＋ＶＬＥＤ電源６９ｃ、可視光ＬＥＤｖ制御信号７０ａおよび近赤外線ＬＥＤｎｉｒ制御信号７０ｂへの接続を共有します。示されるように、ＬＥＤパッド６２は、電流シンク７５ａおよび７５ｂと、可視光波長λｖを有する対応するＬＥＤ７１ａ～７１ｍおよび近赤外波長λｎｉｒを有するＬＥＤ７２ａ～７２ｍを駆動するスイッチ７３ａおよび７３ｂを含む。あるいは、ＬＥＤパッド７９は、同じ電流シンク７５ａおよび７５ｂとスイッチ７３ａおよび７３ｂを含むが、異なる波長のＬＥＤ、具体的には、可視光波長λｖ２を有するＬＥＤ７６ａ～７６ｍおよび近赤外波長λｎｉｒ２を有するＬＥＤ７７ａ～７７ｍを駆動する。同様に、ＬＥＤｎｉｒ信号７０ａによって駆動される８１０ｎｍおよび８８０ｎｍのＬＥＤの並列接続は、１つの波長のＮＩＲＬＥＤの処理が、不注意に異なる波長を駆動する可能性があることを意味する。動作中、ＬＥＤｖ信号７０ａによって駆動される赤と青のＬＥＤの並列接続は、赤の光の処理が誤って青の光を駆動する可能性があることを意味します。同様に、ＬＥＤｎｉｒ信号７０ａによって駆動される８１０ｎｍおよび８８０ｎｍＬＥＤの並列接続は、ある波長のＮＩＲＬＥＤの処理が誤って異なる波長を駆動する可能性があることを意味します。
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。
図１１Ｃでは、出力Ａのバッファ１０１ａは、ＬＥＤパッド１０５ａおよび１０５ｂの赤色ＬＥＤに電力を供給し、一方、出力Ｂのバッファ１０１ｄは、ＬＥＤパッド１０５ａおよび１０５ｂのＮＩＲＬＥＤにも電力を供給している。赤とＮＩＲＬＥＤの両方の独立した動作は電気的な問題を表すものではありませんが、赤とＮＩＲＬＥＤの両方が同時に導通すると、ＬＥＤパッドが過熱し、パッドが損傷し、患者が火傷する可能性があります。この過電力状態は、図１１Ｄに示される波形によって示されるここで、波形１１０によって示される導電性可視ＬＥＤの電力Ｐｖは、平均電力舗装１１３を有し、波形１１１によって示されるＮＩＲＬＥＤｓの電力Ｐｎｉｒは、平均電力Ｐａｖｅ１１４を有する。合わせて、総電力波形１１２は、マグニチュード２Ｐａｖｅの平均電力１１５を有する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
「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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。 ミトコンドリアの光生体調節を示している。 様々な生体材料の光吸収スペクトルを示している。 光光学療法と光生体変調療法の違いを対比している。 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。 アクティブＬＥＤパッドを備えた分散型ＰＢＴシステムを表す。 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。 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。 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。 通信ケーブルの等価回路と電気信号への影響である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 アクティブＬＥＤパッドを備えた分散型ＰＢＴシステムを表す。 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。 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。 ＬＥＤパッド認証シーケンスのフローチャートである。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 「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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 「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。 「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。 「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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 ＰＷＭプレーヤのチョッピング機能の動作を示す図です。 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。 ＬＥＤドライバ動作のブロック図を示している。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 ＰＷＭの構成波形が１０ｍＡ平均ＬＥＤ電流を正弦波を合成示します。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 分散システムレーザＰＢＴ駆動回路の概略図である。 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。 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。 リジッドフレックスＰＣＢの断面図です。 磁気療法パッドで使用される平面磁気の分解図である。 平面磁気を備えた磁気療法パッドの側面図である。 平面磁気を備えた磁気療法パッドの上面図である。 分散システム磁気療法駆動回路の概略図である。 個別の磁気を使用する磁気療法パッドの断面図である。 電磁石のアレイを含む磁気療法パッドである。 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。 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。 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。 分散システム互換のハンドヘルド磁気療法装置です。 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。 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。 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。 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。 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。 歯周ＰＢＴマウスピースの回路図を示している。 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。 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。 超音波ＰＢＴパッドの組み合わせの斜視図。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
分散型ＰＢＴシステムのＬＥＤ制御
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。
メインＭＰＵ１３４の構築は、完全に統合されたシングルチップマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサベースのモジュールを含み得、任意選択で、メインシステムクロック１２４、通信インターフェース１３５、および不揮発性メモリ１２８および揮発性メモリ１２９の一部を含む。任意の数のパーティションが可能である。複数のシリコン集積回路（ＩＣ）、システムオンチップ（ＳＯＣ）統合、システムインパッケージ（ＳＩＰ）、またはモジュールとしての使用を含みます。例えば、揮発性メモリ１２９は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、またはスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）を含み得る。このメモリは、メインＭＰＵ１３４内に全部または一部統合され得るか、または別個の集積回路によって実現され得る。同様に、不揮発性メモリ１２８は、電気的に消去可能なプログラム可能なランダムアクセスメモリ（Ｅ２ＰＲＯＭ）または「フラッシュ」メモリを含み得、これらは、全部または一部、ＭＰＵ１１１内に統合され得る。ＰＢＴコントローラ１３１内の大容量不揮発性。データストレージは、光ディスク（ＣＤ／ＤＶＤ）などの移動メディアストレージを使用して、磁気ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）によって、さらにはクラウドストレージへのネットワーク接続を介して実現することもできます。
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。
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。
示されている例では、外部電源ブリック１３２は、ＰＢＴシステム全体に電力を供給し、集積回路に５Ｖを提供し、ＬＥＤのストリングに＋ＶＬＥＤを提供する。ＵＳＢケーブル１３６は、ＰＢＴコントローラのバストランシーバ１３５とバストランシーバ１３１からＬＥＤパッド３３７の通信インターフェース３３８にトランシーバシンボルデータを伝送します。ＵＳＢケーブル１３６も電力を供給します。具体的には，グランド（ＧＮＤ），５Ｖ，および＋ＶＬＥＤをインテリジェントＬＥＤパッド３３７に接続します。これらは通常、ケーブルの信号線よりも太い低抵抗の銅導体で伝送されます。各ＬＥＤパッド３３７は、パッドμＣ３３９、通信インターフェース３３８、ＲＡＭ揮発性メモリ（例えば、ＳＲＡＭまたはＤＲＡＭ）３３４ａ、ＮＶ－ＲＡＭ不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュ）３３４ｂ、時間基準クロック３３３、ＬＥＤドライバ３３５、およびＬＥＤアレイ１４０。ＬＥＤドライバは、スイッチド電流シンク１４０、１４１、および他（図示せず）、通常、ＬＥＤの各ストリングに対して１つの電流シンクを含む。ＬＥＤアレイ１４０は、波長λ１の光を生成するための一連の直列接続されたＬＥＤ１４２ａから１４２ｍ、および波長λ２の光を生成するための一連の直列接続されたＬＥＤ１４３ａから１４３ｍ、および典型的には他の一連のＬＥＤ（図示せず）を含む。
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。
不揮発性メモリ３３４ｂは、電気的に消去可能なプログラム可能なランダムアクセスメモリ（Ｅ２ＰＲＯＭ）または「フラッシュ」メモリを含み、これらはパッドμＣ３３９内に全部または部分的に統合できます。頻繁に変更されないファームウェアを保持するために、不揮発性メモリ３３４ｂ（ＮＶ－ＲＡＭ標識）を使用することが好ましく、パッド識別データ、すなわちＬＥＤパッドＩＤレジスタを含む製造データ、および製造関連のＬＥＤ構成データとともに本明細書でにおいてＬｉｇｈｔＰａｄＯＳと呼ばれるＬＥＤのパッドのためのオペレーティングシステムなどです。不揮発性メモリ３３４ｂはまた、どのような治療が実行されたかのユーザログを保持するために使用され得る。１つのＰＢＴコントローラが複数のＬＥＤパッド（システムあたり最大６または８）とともに販売されることが多いため、ＬＥＤパッドの低コスト設計はもう１つの重要な経済的考慮事項です。全体的なメモリコストを低下させるには、メモリ、特に不揮発性メモリを、デバイスが１つしかないＰＢＴコントローラに集中させ、システムごとに複数のインスタンスで発生する各ＬＥＤパッド内に含まれるメモリを最小限に抑えることが有益です。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
「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。
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。
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。
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）。
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。
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。
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。
ＬＥＤ構成レジスタ１４５は、本質的に、ＬＥＤパッドの回路図の表形式の説明である。ＬＥＤコントローラ回路１６０および電流シンク１６１ａ～１６１ｃを備えたＬＥＤドライバ３３５を含むＬＥＤパッドの一部を示す図１９の概略図を参照すると、それにより、
・文字列＃１ ＬＥＤ構成レジスタ１４５は、電流ＩＬＥＤ１を運ぶ電流シンク１６１ａによって駆動される波長λ１＝８１０ｎｍの６つの直列接続された近赤外線ＬＥＤを含むストリング１６２ａを説明している。
・文字列＃２ ＬＥＤ構成レジスタ１４５は、電流ＩＬＥＤ２を運ぶ電流シンク１６１ｂによって駆動される波長λ２＝６３５ｎｍの４つの直列接続された赤色ＬＥＤを含むストリング１６３ａを説明している。
・文字列＃３ ＬＥＤ構成レジスタ１４５は、電流ＩＬＥＤ２を運ぶ電流シンク１６１ｃによって駆動される波長λ３＝４５０ｎｍの４つの直列接続された青色ＬＥＤを含むストリング１６４ａを説明している。
・文字列＃４ ＬＥＤ構成レジスタ１４５は、電流ＩＬＥＤ４＝ＩＬＥＤ１を運ぶ電流シンク１６１ａによって駆動される波長λ１＝８１０ｎｍの６つの直列接続された近赤外線ＬＥＤを含むストリング１６４ｂを説明している。
・文字列＃５ ＬＥＤ構成レジスタ１４５は、電流ＩＬＥＤ５＝ＩＬＥＤ２を運ぶ電流シンク１６１ｂによって駆動される波長λ２＝６３５ｎｍの４つの直列接続された赤色ＬＥＤを含むストリング１６４ｂを説明している。
・文字列＃６ ＬＥＤ構成レジスタ１４５は、電流ＩＬＥＤ６＝ＩＬＥＤ３を運ぶ電流シンク１６１ｂによって駆動される波長λ３＝４５０ｎｍの４つの直列接続された青色ＬＥＤを含むストリング１６４ｂを説明している。
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。
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。
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。
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。
ＬＥＤ構成レジスタ１４５で指定されたＩｍｉｎの値は、ＬＥＤに流れる最大電流の説明ではなく、パッドの導電性トレースの５０％デューティファクタでの最大安全電流の説明です。この電流は、ＬＥＤパッドの中に流れる電流自身のＬＥＤストリングを加えた任意の電流が別のＬＥＤパッドにＬＥＤのパッドを介してバス接続しました。この仕様は、ＬＥＤパッドの電力線で大幅な電圧降下が発生し、加熱、誤動作、エレクトロマイグレーション、または金属融着が発生するパッドの動作を防止するために含まれています。ＬＥＤパッドのプリント回路基板（ＰＣＢ）の１つの可能な設計ガイドラインは、定格電流の２倍以上を流すことができる銅導体を利用することです。つまり、パッドは自身の電流と別のＬＥＤの電流を同時に安全に運ぶことができます。δ＝２５％の追加の設計ガードバンドが安全マージンとして含まれています。たとえば、Ｉｍｉｎ＝６００ｍＡの場合、２５％のガードバンドを使用すると、Ｉｍｉｎ＝２Ｉｍｉｎ（１＋δ）＝１，５００ｍＡになります。構成レジスタ１４５はまた、関係ＩＬＥＤ＝αＩｒｅｆに従って、基準電流ＩｒｅｆをＬＥＤストリング電流ＩＬＥＤに（またはその逆に）変換するために使用されるミラー比αを含みます。チャネルごとに異なる比率を使用する場合には、それに応じてテーブルを変更して、α１、α２、α３．．．を含めることができます。これにより、ＩＬＥＤ１＝α１Ｉｒｅｆ１、ＩＬＥＤ２＝α２Ｉｒｅｆ２などになります。
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。）
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
前述のすべての回路で、ＬＥＤ電流制御は共通の基準電流に依存します。ＬＥＤの輝度を制御するために必要な精度を達成するために、基準電流Ｉｒｅｆは、製造中にアクティブなトリミングを必要とします。抵抗を使用して基準電流をトリミングする一つの方法を図２１Ａに示します。基準電流Ｉｒｅｆ０は、抵抗器１８１と直列に接続されたしきい値接続されたｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１８０ａによって決定されます。スレッショルド接続とは、ＶＧＳ＝ＶＤＳである２端子デバイスを作成するためにゲートがドレインに接続されたＭＯＳＦＥＴを指します。「しきい値」という用語は、デバイスのしきい値電圧Ｖｔｐに近い電圧、つまりＶＧＳ＝ＶＤＳ～Ｖｔ（～は近似値を表す。以下同じ）で、ドレイン電流の急激な増加が発生する電圧を表すために使用されます。したがって、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ１８０ａの電流は約Ｉｒｅｆ０ ～（５Ｖ－Ｖｔｐ）／Ｒ０です。この基準電流は、共有ゲート接続によって同じ構造およびゲート幅の他のＭＯＳＦＥＴ１８０ｂ～１８０ｅにミラーリングされ、複数の整合した基準電流Ｉｒｅｆ１、Ｉｒｅｆ２、Ｉｒｅｆ３、Ｉｒｅｆ４などを生成します。ゲート幅ＷのＷｐ０＝Ｗｐ１＝Ｗｐ２＝Ｗｐ３＝Ｗｐ４などの不一致は、集積回路抵抗器１８１の比較の抵抗Ｒ０の変動性と比較して、変動制の重要な原因ではない。製造上の差異を修正するために回路を電子的にトリミングするため、Ｉｒｅｆ抵抗器トリム回路１８２は、対応する抵抗器Ｒ１、Ｒ２・・・Ｒｎを有するスイッチド抵抗器１８５ａ、１８５ｂ...１８５ｎのアレイ含み、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１８４ａ、１８４ｂ...１８４ｎがそれかどうかに応じて抵抗１８１と電気的に接続することができる（またはしない）。ゲートドライバ１８５ａ、１８５ｂ...１８５ｎによってそれぞれ導通状態にバイアスされます。起動されたトランジスタごとに、対応する抵抗が抵抗１８１と並列に配置され、実効抵抗Ｒ０が減少し、電流Ｉｒｅｆ０の大きさが増加します。このようなトリミング方法は、抵抗を一方向にトリミングし、電流を増やすことです。つまり、初期値が最大の抵抗と最小の電流になります。製造において、ＬＥＤ電流が測定され、調整レジスタ１８６の内容が不揮発性メモリに書き込まれる目標電流に達するまで、デジタル値較正レジスタ１８６を変更することによって、トリムＭＯＳＦＥＴがオンオフされる組み合わせが調整されます。スイッチドパラレル抵抗を説明するこの方法は１つの抵抗トリム方法を表していますが、別の方法では、ＭＯＳＦＥＴを導通させることによって短絡された直列接続された抵抗が含まれます。この直列トリム方式では、すべてのＭＯＳＦＥＴがオフの状態での抵抗値は、最小の電流で最大値から始まり、トリムが進み、ＭＯＳＦＥＴがオンになると、より多くの抵抗が短絡します。
図２１Ｂは、スケーリング幅ＭＯＳＦＥＴのゲートを使用して別のトリミング方法を示す図です。図２１Ａの抵抗基準回路のように示されるように、この基準回路において、閾値接続されたＰチャネルＭＯＳＦＥＴ１８０ａによって伝導される基準電流Ｉｒｅｆ０は、同じサイズのＭＯＳＦＥＴ１８０ｂから１８０ｅを介して複数の出力にミラーリングされる。しかしながら、前の場合とは異なり、出力Ｖｂａｎｄｇａｐを備えたバンドギャップ参照回路１９０は、参照電流を生成します。バンドギャップ電圧は、直列抵抗によって電流に変換され、ゲート幅Ｗｎのしきい値接続カレントミラーＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１９２ａによってミラーリングされ、ゲート幅γＷｎのＭＯＳＦＥＴ１９２ｂをミラーリングして、基準電流Ｉｒｅｆ０を生成します。バンドギャップ電圧基準１９０の温度依存出力電圧Ｖｂａｎｄｇａｐ（Ｔ）は、抵抗器１９１の温度変化を大幅に相殺するように設計することができ、それにより、γ［Ｖｂａｎｄｇａｐ（Ｔ）／Ｒ０（Ｔ）］＝Ｉｒｅｆ０であり、Ｉｒｅｆ０は温度に対して一定になります。トリミングは、しきい値接続されたＭＯＳＦＥＴ１９３ａ、１９３ｂ．．．１９３ｎの任意の数を並列することによりＰチャネルＭＯＳＦＥＴ１８０ａの実効的なゲート幅を変化させることにより発生します。それぞれのゲート幅Ｗを有するＷｐｘ１，Ｗｐｘ２...Ｗｐｘｎをオン・オフデジタルに従ってＰチャネルのＭＯＳＦＥＴ１９４ａ、１９４ｂ．．．１９４ｎスイッチ、されているデジタルインバータ１９５ａ、１９５ｂ．．．１９５ｎにより制御されます。たとえば、ＭＯＳＦＥＴ１９４ｂがインバータ１９５ｂによってオンにされた場合、ＭＯＳＦＥＴ１９３ｂは基本的にＰチャネルＭＯＳＦＥＴ１８０ａと並列になり、電流ミラーのゲート幅はＷｐ０からより大きくなります（Ｗｐ０＋Ｗｐｘ２）。スレッショルド接続されたＭＯＳＦＥＴペアのゲート幅が大きいということは、同じリファレンス電流を流すために必要な電圧が少なくて済むため、出力リファレンス電流の電流が減少することを意味します。言い換えると、たとえば、Ｉｒｅｆ０とＩｒｅｆ３の間のカレントミラー比は、比［Ｗｐ３／Ｗｐ０］から小さい比［Ｗｐ３／（Ｗｐ０＋Ｗｐｘ２）］に変化します。これは、アクティブなトリミングによって出力電流が減少することを意味します。そのため、トリムは単方向であり、トリムＭＯＳＦＥＴがオフのときに最大の出力電流から始まり、より多くのトランジスタが並列に接続されると減少します。製造において、ＬＥＤ電流が測定され、目標電流に到達するまで、調整レジスタ１８６の内容が不揮発性に書き込まれ、デジタル値較正レジスタ１８６を変更することによってトリムＭＯＳＦＥＴがオンおよびオフされる組み合わせが調整されます。
基準電流とそれによってＬＥＤ電流を動的に変化させるために、基準の値電流がキャリブレーションを上書きすることによってデジタル的に変更することができる動的データは、ＬＥＤの明るさを調整又は調節して１８６を登録する、しかし、そうすることは、製造中にキャリブレーション基準トリムによって達成される精密度が失われるため不利になります。この問題は、図２１Ｃの動的にプログラム可能な基準回路によって克服される２つの基準電流レジスタ－前述のＩｒｅｆ較正レジスタ１８６、および特定のＰＢＴ治療に固有の別個の動的ターゲット基準電流レジスタ１９９ａを含む。動的ターゲット基準電流１９９ａは時間とともに変化しますが、キャリブレーションテーブルは変化しません。これに関して、較正テーブル１８６のデータは、動的ターゲット基準電流レジスタ１９９ａのデータに対する固定オフセットと見なすことができる。２つのレジスタは、算術論理演算装置ＡＬＵ１９８によって実行される単純な減算を使用して簡単に結合され、補償された動的駆動電流レジスタ、具体的には「Ｉｒｅｆ入力ワード１９９ｂ」を生成します。このデジタルワードは、デジタル入力の関数としてアナログ電圧を出力するデジタル－アナログコンバータ１９７であるデジタル－アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ１９７を駆動するために使用されます。精度は、８ビットから２４ビットの解像度の範囲ですが、多くのマイクロコントローラで一般的に利用可能な１６ビットＤＡＣは、１０２４の組み合わせを生成します。これは必要な波形合成に十分な解像度です。示されているように、Ｄ／Ａコンバータの出力電圧ＶＤＡＣは、抵抗器１９１によって電流に変換され、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１９２ａおよび１９２ｂによってミラーリングされて、基準電流Ｉｒｅｆ１を生成するここで、Ｉｒｅｆ１ ～β［（ＶＤＡＣ-Ｖｔｎ）／Ｒ０］。この基準電流は、スレッショルド接続されたＰチャネルＭＯＳＦＥＴ１８０ａおよび整合ＭＯＳＦＥＴ１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄ、１８０ｅによってミラーリングされ、対応する電流基準出力Ｉｒｅｆ１，Ｉｒｅｆ２，Ｉｒｅｆ３，Ｉｒｅｆ４などを生成します。Ｄ／Ａ変換器１９７はまた、電圧を生成する代わりにアナログ電流を生成する電流出力Ｄ／Ａ変換器を含み得る。このような場合、抵抗器１９１の値は重要ではなく、排除することさえできる。
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。
分散型ＰＢＴシステムでのデータストリーミング
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。
マスタースレーブデータストリーミングでは、一連のＬＥＤ命令が順次送信され、ＬＥＤにいつオンとオフを切り替えるかを指示します。オーディオストリーミングファイルと同様に、ＰＢＴコントローラからインテリジェントＬＥＤパッドへのデータ転送は、特定のステップを実行する前に行う必要があります。連続して送信される着信命令パケットは、治療の実行よりも先に進んでいる必要がありますそうしないと、指示がないために治療が行き詰まります。このプロセスは、図２４のフローチャートに示されている、ＰＢＴコントローラホストで発生するＬｉｇｈｔＯＳ操作と、インテリジェントＬＥＤパッドクライアントで並行して発生するＬｉｇｈｔＰａｄＯＳ操作を示しています。具体的には、治療セッション２５０を選択した後、コントローラおよびパッドオペレーティングシステムの両方が、選択されたセッション２５０の実行２５１ａおよび２５１ｂを開始します。次に、ステップ２５２ａにおいて、および時間ｔ１において、ＬｉｇｈｔＯＳは、第一の治療セグメントをＬＥＤパッドに転送し、その後、ステップ２５２ｂにおいて、ＬｉｇｈｔＯＳは、第１の治療セグメントを実行します。ステップ２５３ａおよび、時間ｔ２において、ＬｉｇｈｔＯＳは、第２の治療セグメントをＬＥＤパッドに転送し、その後、ステップ２５３ｂにおいて、ＬｉｇｈｔＰａｄＯＳは、第２の治療セグメントを実行する。ステップ２５４ａおよび、時間ｔ３において、ＬｉｇｈｔＯＳは第３の治療セグメントをＬＥＤパッドに転送し、その後、ステップ２５４ｂにおいて、ＬｉｇｈｔＰａｄＯＳは、第３の治療セグメントを実行する。最後に。ステップ２５６ａにおいて、時間ｔｎにおいて、ＬｉｇｈｔＯＳは、ｎ番目の治療セグメントをＬＥＤパッドに転送し、その後、ステップ２５６ｂにおいて、ＬｉｇｈｔＰａｄＯＳは、ｎ番目の治療セグメントを実行し、その後、セッション２５７ａおよび２５７ｂの両方が終了する。
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。
ストリーミング命令の実行は、ジャストインタイム（ＪＩＴ）シーケンシャル転送方式と転送先シフト方式の２つの手法を使用して実行できます。図２６Ａに示されるＪＩＴシーケンシャル転送方法では、ＰＢＴコントローラからインテリジェントＬＥＤパッドに送信されるシリアルパケットデータストリーム２７２は、復号テーブル２７１に従ってデコーダ２７０によって解釈され、カラーシフトレジスタ２７９ａへの２つの出力およびタイムシフトをもたらす。それぞれ２７９ｂを登録します。各連続間隔には、間隔のオンとオフ時間が含まれます。経過時間は、シフトレジスタが順次進むにつれて、一度に１間隔ずつ計算されます。たとえば、ｔ５＝ｔ４＋（ｔｏｎ４＋ｔｏｆｆ４）です。このプロセスは、先入れ先出しアルゴリズムを使用して実行され、先入れ先出しシフトレジスタデータフレーム２７７のみがＬＥＤドライバ２７８を駆動する。後続のすべてのフレームおよびキューで待機している前のすべてのフレームは、一度実行されると破棄される。データフレーム２７７内の対応するカラーシフトレジスタは、どのＬＥＤがＬＥＤドライバ２７８によって照明されるかを指定する。例えば、レジスタ［｜青｜赤ＮＩＲ１｜ＮＩＲ２］はビット列０１００を有する１０００のみ赤駆動し、青いＬＥＤのみを点灯しＬＥＤ、および００１１は、ＮＩＲ１とＮＩＲ２の両方のＬＥＤを駆動します。結果として得られる光出力は、赤いパルス２７５ａ、青いパルス２７５ｂ、ＮＩＲ１パルス２７５ｃ、およびＮＩＲ２パルス２７５ｄ、ならびに同時ＮＩＲ１およびＮＩＲ２パルス２７５ｅの両方を含む。この方法では、シフトレジスタは可変速度で進み、ｔｏｎとｔｏｆｆの値に基づいて速度を上下します。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
薬理学的研究の結果に関する論争にもかかわらず、「エネルギ医学」の二相性モデルは、癌腫の放射線療法から光生体変調までの多くの研究によって再確認されています。たとえば、癌治療では、少量の放射線量では癌細胞を適切に殺すことができませんが、大量の放射線量は毒性があり、癌を治療せずに放置するよりもはるかに速く患者を死に至らす可能性があります。二相モデルを光生体変調に適合させると、グラフ３１７はＰＢＴ状態の疑似３Ｄ表現を表し、軸は治療時間を表します。正射影ｙ軸はでＰＢＴ処理尺度の電力密度説明Ｗ／ｃｍ２、及び垂直軸Ｊ／ｃｍ２またはｅＶ／ｃｍ２に有効なエネルギ量を測定する２又は電子ボルトであり、パワーの積および時間と光生体変調の観察された大きさによってスケーリングされ、そうでなければ観察された治療効果です。地形的には、グラフは２つの海岸、山脈と内部の谷として表示されます。サブスレッショルド線量として知られる低線量治療で示されているように、治療には、何でもするための不十分な力、つまりエネルギ供給の速度があります。同様に、非常に短い期間では、電力レベルに関係なく、光生体変調を呼び出すのに十分なエネルギが供給されません。言い換えれば、エネルギが速すぎたり少なすぎたりしても、光生体変調は引き起こされません。
中程度の電力密度と持続時間の組み合わせでは、刺激が発生し、電力密度またはこのレベルを超える総エネルギ線量のピーク応答曲線が得られ、有益なＰＢＴ応答と治療効果が急速に低下し、治癒を阻害することさえあります。もちろん、過度に強力なレベルのレーザは、火傷、組織の損傷、および切除（切断）を引き起こす可能性があります。また、ＬＥＤはレーザの出力密度に対応していませんが、それでも大電流で駆動して過熱を引き起こす可能性があります。ただし、これらの処理条件はグラフに示されている電力レベルとエネルギ線量をはるかに超えて発生します。ケーススタディ［１］の右側のグラフは、ＰＢＴの有効性の用量（フルエンス）依存性が実際に二相性であり、１Ｊ／ｃｍ２での最小応答、２Ｊ／ｃｍ２でのピーク応答、１０Ｊ／ｃｍ２での利益の減少、および５０Ｊ／ｃｍ２での抑制を確認しています。抑制とは、ＰＢＴ治療の影響が何もしないよりも悪かったことを意味します。したがって、この理由から安全性と患者の快適性に関する懸念とともに、ＰＢＴ治療は時間の経過とともに広がり、出力と投与量（期間）を制限する必要があります。
分散ＰＢＴシステムのデータセキュリティ
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ＬＥＤパッドプレーヤを備えた分散型ＰＢＴシステム
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。
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。
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。
デューティファクタＤは０％から１００％の間に制限されたアナログ値であるため、便宜上、ｆ（ｔ）は０．００００から１．００００の間の任意の値に制限されます。ｆ（ｔ）が１．０００を超えることが許可されている場合、値は関数の最大値、つまりｆ（ｔ）＝［ｆ（ｔ）ｕｎｓｃａｌｅｄ／ｆ（ｔ）ｍａｘ］でスケーリングする必要があります。そうしないと、波形は次のようにクリップされます。プロセスによって値１．０００ΨＰ［ｆ（ｔ）］。シンボルレートクロックΦｓｙｍと呼ばれるＰＷＭクロック周波数は、Φｓｙｍ＝１／ＴＰＷＭで与えられます。シンボルレートはシステムクロックΦｓｙｓから導出され、合成される最高周波数波形ｆ（ｔ）を超えるか、数学的にΦｓｙｓ＞Φｓｙｍ＞ｆ（ｔ）として記述される必要があります。次の表は、ｔｘ＝（ｘ-１）ＴＰＷＭが各５００ミリ秒間隔を開始時間ｔｘ（ｏｎ）とｔｘ（ｏｆｆ）に分割する時間間隔を示しています。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
分散型ＰＢＴシステムにおける波形合成
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。
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。
単位関数発生器による波形合成
ユニット関数発生器５５１の動作が図４５に示されている、数学関数を選択し、関数の値を一連の時間計算して関数テーブル５５４を生成することを含む。これらの関数は、０．００００から１．００００までの実数に制限されたアナログ値を有するため、「ユニット」関数と呼ばれる。時変関数ｆ（ｔ）＝１、つまり「定数」の単位関数の一例を５６０のグラフに示します。別の関数であるグラフ５６１に示す単位鋸歯は、式で表されますｆ（ｔ）＝ＭＯＤ（ｔｆ，１）ここで，（ｔｆ）はモジュラス関数の引数で、１は底です。つまり、関数は０から１までの線形１０進分数です。１の倍数を超える任意の数値の場合、モジュラス関数は残り、たとえば（ｔｆ）＝２．４の場合、ＭＯＤ（２，４）＝０．４。のこぎり歯では、関数は１まで上昇し、その後０に戻って繰り返されます。一つにランプアップ別の機能及びランプはバックダウンゼロに対称的には、式ｆで与えられるグラフ５６２に示す三角波であるｆ（ｔ）＝１-２・ＡＢＳ［ＭＯＤ（ｔｆ，１）-０．５］。
周波数ｆａ，ｆｂ，ｆｃおよび相対的な大きさＡａ，Ａｂ，Ａｃのそれぞれの単一の正弦波または３つ以上の正弦波のコードの合成は、式ｆ（ｔ）＝Ａα（０．５＋０．５［Ａａｓｉｎ（２πｔｆａ）＋Ａｂｓｉｎ（２πｔｆｂ）＋Ａｃｓｉｎ（２πｔｆｃ）］／［（Ａａ＋Ａｂ＋Ａｃ）］）＋０．５（１-Ａα）。図４６に示されるこの数学的プロセスは３つの正弦波５６４、５６５、および５６６をそれぞれ利得５８０、５８１、および５８２で混合し、デジタルワードの線形合計を使用してデジタルミキサ５８３で合計される。
デジタル加算、２進数、８進数、１６進数の算術加算は、数字は、数字のバイナリまたはバイナリ同等の表現を含むことを除いて進数の加算と同じである、ベース２（ｂ２）、ベース８（ｂ８）、または１０ベース（ｂ１０）ではなく１６ベース（ｂ１６）。デジタル加算は専用デバイスを使用して実行できますが、ＬＥＤパッドのマイクロコントローラ機能内にある算術論理演算装置（ＡＬＵ）は、バイナリ数学で必要なタスクを簡単に実行できます。数値ｓを別の基数に変換してから、それらを代替基数に追加し、基数１０に戻すと、同じ結果が得られます。この等価原理は、異なる基数で３つの数値を加算するための以下の表の例に示されています。波形合成のコンテキストでは、追加される数値は、任意の時点での３つの正弦波の瞬時値を表し、３つの数値のデジタル合計を生成するために合計されます。ための例示的な目的、正弦波の値は、によって拡大されている１０倍、である場合，Ａｘｆｘ（ｔ１）とここで、Ａｘ＝１０，ｘ＝１－３のための特定の時間ｔにおける例えば、関数の値ｆａ（ｔ１）＝１，ｆｂ（ｔ１）＝０．５、およびｆｃ（ｔ１）＝０．５。ゲイン係数が均等に加重される場合、すなわち、ここで、Ａａ＝１０，Ａｂ＝１０、そしてＡｃ＝１０、次いで合計１０（Σｆｘ（ｔ１））＝２０。この数値を単位関数に変換するには、結果の合計を０．０００～１．０００の結果の間の小数にスケーリングする必要があります。これは自動範囲関数５８４によって実行されるタスクです。
各時点ｔｘについて、Ａｘ（Σｆｘ（ｔｘ））をゲイン乗数の合計（Ａａ＋Ａｂ＋Ａｃ）で割ると、ブレンドされたコードの平均が得られます。均等な重み付けの場合、つまりＡｘ＝１０の場合、これらのゲイン係数の合計（Ａａ＋Ａｂ＋Ａｃ）＝３０です。上記の合計に適用すると、自動範囲スケーリングは２０の合計を変換します。自動範囲スケーリングされた数値２０／３０＝０．６６６に対して、１．０、０．５、および０．５の瞬時値を持つ３つの数値を平均して得られた数値と同じです。オートレンジ機能は、正弦波が不均一な重み付けでブレンドされている場合にも機能します。この場合、１つまたは複数の正弦波周波数成分が混合を支配します。たとえば、Ａａ＝２０％、Ａｂ＝４０％、Ａｃ＝４０％のブレンドでは、次のような信号の組み合わせが生成されます。
この場合、（（Ａａ＋Ａｂ＋Ａｃ）＝１００、ｇ（ｔ）＝７０であるため、オートレンジ関数の出力は０．７になります。オートレンジ機能は正の乗数を使用します。Ａα＞０を使用して信号をスケーリングし、振幅の圧縮を補正します。なぜならスカラーＡαシフト機能だけでなく、そのシフト平均値を、ＤＣオフセット補正項０．５（１－Ａα）が正弦波の合計に追加され、関数の平均が０．５に戻されます。
図４７は、単位関数発生器に従って作成された、いくつかの正弦波および正弦波コードを示している。示されている例では、それぞれ１オクターブ離れた３つの正弦波（つまり、ｆｃ＝２ｆｂ＝４ｆａ）がさまざまなゲイン係数で生成され、さまざまな複雑な関数が生成されます。利得係数［Ａａ，Ａｂ，Ａｃ］は、周波数成分の混合または「ブレンド」を制御します。コンポーネントは平均化されているため、ゲイン係数は任意の正の実数にすることができます。ただし、便宜上、３つの要素をパーセンテージでスケーリングできます。場合によっては、重み係数がゼロであり、特定の周波数の正弦波がミックスに存在しないことを意味します。例えば、グラフ５６４において、［Ａａ，Ａｂ，Ａｃ］＝［１，０，０］であるため、正弦波ｆａのみ存在します。同様に、［Ａａ，Ａｂ，Ａｃ］＝［０，１，０］，であるグラフ５６５では，中央のオクターブ正弦波ｆｂのみが存在し、であるグラフ５６６では［Ａａ，Ａｂ，Ａｃ］＝［０，０，１］、最も高いオクターブ正弦波のみが存在します。
この図は、さまざまな混合ブレンドコードも示しています。グラフ５６７は、周波数ｆの正弦波の均等加重ミックスブレンド示すｆａとｆｂを、グラフ５６８は、周波数の正弦波の均等加重ミックスブレンド示すｆｂとｆｃ、グラフ５６９は、周波数の正弦波の均等加重ミックスブレンドを示しますｆｂとｆｃ。２／３番目を有する２つの正弦波の不均一混合ブレンド周波数ｆの重み付けおよび１／３番目周波数ｆの正弦波ｆｂ、グラフ５７０に示されています。３つの正弦波ミックスには、均等に重み付けされたコード５７２と不均等に重み付けされた正弦波コード５７１が含まれます。ここで［Ａａ，Ａｂ，Ａｃ］＝［０．２，０．４，０．４］です。ｓｉｎ（θ）の代数計算ここでｘ＝ａ，ｂ，ｃ...のθ＝ｆｘｔ、は各ｓｉｎ（θ）評価について級数の計算が必要です。［ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２．ｃｌａｒｋｕ．ｅｄｕ／～ｄｊｏｙｃｅ／ｔｒｉｇ／ｃｏｍｐｕｔｅ．ｈｔｍｌ］
ここでｎ！＝ｎ・（ｎ-１）・（ｎ-２）...３・２・１。同じ方法を使用して余弦波形を生成できることに注意してください。これは、波の位相が９０°シフトしているためです。正弦波９番目で最も高い波数の正弦波を持つ３つの正弦波コードＡｘ（Σｆｘ（ｔｘ））を生成するには、約２０ｋＨｚ、３６０度の精密、ＰＷＭ生成に沿ったすべての前述の計算が必要です。ΨＰ［ｆ（ｔ）］は、７．２ＭＨｚのレート、つまり１３８ｎｓ以内で発生する必要があります。このアプローチは、特に高周波を合成する場合、計算量の多い計算サイクルの浪費と消費電力です。
プリミティブプロセッサを使用した波形合成
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
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。
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。
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。
同じ関数が極座標にも適用されます。ｓｉｎ（ＭＯＤ（θ，３６０°）を評価すると、ｓｉｎ（０°）とｓｉｎ（３５９．９９...°）．の間で値の繰り返しシーケンスが生成されます。３６０°では、ｓｉｎ（ＭＯＤ（３６０°，３６０°））＝ｓｉｎ（０°）であるため、サイクル全体が繰り返されます。実際のコードまたはスプレッドシートでは、ｓｉｎまたはその他の三角関数の角度引数θは度ではなくラジアンで表されますが、モジュラス関数の原理とその適用は同じままであることに注意してください。開示された方法でモジュラス関数を使用すると、任意の周期関数のルックアップテーブルのサイズを単一の期間に制限して、テーブルのサイズを劇的に減らすことができます。したがって、各ルックアップテーブルのデータペアの数は、主解像度ξに等しく、ルックアップテーブルへの入力Φｘとその出力ｆｘの間に１対１の対応を提供します。ここで、任意のオクターブｘに対して、関係Φｘ＝ξｘｆｘは、ルックアップテーブルサブルーチン呼び出しによって実行される変換を表します。
これらの関数プリミティブは、数学関数を記述する時間に依存しない状態のコレクションで構成されますが、波形合成では、時間変化する波形を生成するために、デジタルクロックまたはアナログクロックのいずれかを含む発振器と組み合わせる必要があります。特に、三角波や鋸歯状波などの周期Ｔの直線関数の場合、引数ｘはｘ＝ｔ／Ｔとして表すことができ、正弦波、正弦波コード、およびその他の三角関数の単位関数の場合はθ＝ｔｆです。いずれの場合も、時間に依存しない波形プリミティブを時間変化関数に変換するには、時間のソースが必要です。図４８Ａにアルゴリズム的に表される、時間源の範囲を生成するためのそのような実装の１つは、一連のバイナリ（÷２）デジタルカウンタ５９０から５９８を組み合わせて、共通クロックから１０個の同期クロック周波数Φ９からΦ０、具体的には、プログラム可能な周波数を持つシンボルクロックレートΦｓｙｍです。次に、クロックを使用して、９オクターブの対応する周波数９Ｆからオクターブゼロのｆ０までの対応する周波数を持つオーディオスペクトルの正弦波などの周期関数を合成し、必要に応じてさまざまな組み合わせで混合します。図示されていない同じ方法を使用して、超低周波音、すなわち、２０Ｈｚ未満の振動波形、および（適切なトランスデューサーが使用されている場合）２０ｋＨｚを超える周波数を含む超音波を生成することができます。
合成中、各クロックは、周期関数のルックアップテーブルを使用して、時間変化する波形ｆ（ｔ）に変換されます。たとえば、正弦波、正弦波コード、三角波、鋸歯状波などです。各クロックは、それが作成する波形とペアになります。たとえば、Φ８はプリミティブ解像度ξ８の正弦波ルックアップテーブル６１８を使用して正弦波周波数ｆ８を生成し、Φ３はプリミティブ解像度ξ３の正弦波ルックアップテーブル６１３を使用して正弦波周波数ｆ３を生成します。プリミティブ解像度ξ１の正弦波ルックアップテーブル６１１を使用して、正弦波周波数ｆ１を生成します。
そして一般的にｆｘ＝Φｘ／ξｘ。したがって、動作中、１０オクターブ波形加算実装プリミティブプロセッサ５５２は、９つのバイナリカウンタ５９８～５９０を使用して、入力Φ９＝ΦｓｙｍおよびクロックΦ８～Φ０を含む１０個のクロック周波数を生成し、対応する正弦波ルックアップテーブル６１９～６１０を駆動して、正弦波ｆ９～ｆ０を合成する。
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。
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。
エイリアシングと位相シフトの歪みを回避するために、カウンタカスケード６９８～５９０は、チューナ（カウンタ）５９９から出力されるシンボルレートΦｓｙｍと呼ばれる共通クロックに同期されます。便宜上、シンボルレートΦｓｙｍは９オクターブ波形合成のクロック信号Φ９と同等ですが、この関係は任意です。最高合成周波数のＰＷＭ分解能よりも高いシンボルレート、Φｓｙｍ≧ξｓｙｍｆｍｉｎで十分です。カウンタカスケードは、ハードウェアまたはソフトウェアを使用して実現できます。リップルカウンタを使用することもできますが、クロックの位相シフトを防ぐために同期カウンタが推奨されます。リップルカウンタは、各カウンタステージの出力が次のステージに入力されると同時にすぐに利用できるカウンタカスケードです。各カウンタステージを通過する伝搬遅延のため、高周波数クロックの出力は、低周波数クロックよりも前に状態が変化します。したがって、状態はカスケードを「波打つ」ように変化し、最初のクロックΦ９が状態を変化させ、しばらくしてΦ８、次にΦ７、Φ６、Φ５などが池の表面を横切る波のように波打つように波打ちます。
対照的に、同期カウンタは同期的に動作します。デジタルカウントがカウンタチェーンをリップルするのに時間がかかりますが、出力は同期クロックパルスと同時にのみ変化します。このようにして、カウンタカスケードを介した信号リップルはユーザには見えません。より具体的には、ハードウェアに実装されているかソフトウェアに実装されているかにかかわらず、非同期カウンタはリップルカウンタのように動作しますが、Ｄ型フリップフロップ［ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／ｆｌｉｐ－ｆｌｏｐ＿（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）］ラッチ出力を備えています。Ｄフリップフロップは、対応する真理値表を持つラッチ信号によって有効になるまで前の状態を保持します。つまり、同期クロックがハイになったときにのみ、データ入力のハイまたはロー状態がラッチ出力にコピーされます。同期クロックはローに戻ることができ、フリップフロップ出力は、次の同期パルスが発生するまで、最後の同期クロックパルスの時点でＤ入力にあった状態でラッチされたままになります。クロックパルス間のその間隔の間に、各カウンタステージの出力は、カウンタの出力に遷移が表示されることなく変化する可能性があります。回路図の乱雑さを回避するために、カウンタ５９９から５９０は、Ｄフリップフロップラッチまたは同期クロック入力を明示的に描写することなく、同期カウンタを表すことができる。クロック出力Φ９からΦ０の状態を更新する前に、クロック遷移がカウンタカスケードを介して完全にリップルすることを保証するために、同期クロックパルスは、最も低い合成周波数クロックの状態遷移から導出されます。この例では、Φ０として表されます。
カウンタカスケードに供給するシンボルレートΦｓｙｍは、プログラマブルカウンタ「チューナ」５９９を使用してシステムクロックレートΦｓｙｓから生成されます。シンボルクロックレートΦｓｙｍは、分解能ξｓｙｍ。で最大出力周波数ｆｍｉｎを生成するために生成されます。プリミティブ解像度ξｓｙｍ。の値は、実行されている波形合成に応じて変更できるチューナ５９９へのプログラム可能な入力です。本明細書で「プリミティブシンボル解像度」と呼ばれる数値変数ξｓｙｍは、最高の合成周波数の解像度として定義され、ここで、ξｓｙｍ＝Φｓｙｍ／ｆｍｉｎは、必要な合成精度に応じて２４から６５，５３６の範囲の値を有する。例えば、正弦波合成手段でξｓｙｍ＝９６を選択すると、シンセサイザの最高ピッチの正弦波は、Φｓｙｍ＝ξｓｙｍｆｍｉｎ＝９６ｆｍｉｎの関係によってシンボルクロックレートに関連付けられます。ここで、アークの９０°は２４ポイントを使用し、３．７５°ごとに１ポイントです。動作設定では、チューナ５９９は、シンボルクロックレートΦｓｙｍから導出され、それに調整された周波数のカスケード全体を生成します。ξｓｙｍの解像度は、より低い下オクターブのルックアップテーブルと一致する必要はありません。異なる精度レベルξｘために使用することができるルックアップテーブル６００から６１９または代替的に同一の精度ルックアップテーブルは、一部またはすべての必要な周波数成分を生成するために使用されてもよいです。または、生成されたすべての正弦波に同じルックアップテーブルを使用できます。このような場合、すべての正弦波周波数ｆｘの精度は同じですξ９＝ξ８＝ξ７...ξ１＝ξ０．
カウンタカスケード全体が共通のシンボルクロックレートΦｓｙｍから駆動されるため、合成された波形の正確な周波数関係は、カウンタ周波数Φｘとそれに対応するルックアップテーブルの分解能ξｘによって正確に定義されます。この関係は、バイナリ（２で除算）カウンタを使用して示されていますが、カウンタの除数に制限はありません。２で割ると、周波数が半分になり、音階では１オクターブまたは１２半音に相当するので便利です。ただし、カウンタは、それぞれが異なる除数を持つカウンタのカスケードの組み合わせを利用できます。あるいは、カウントがカウンタにロードされるプログラム可能なカウンタを使用することができる。さらに、カウンタは固定クロックレートで動作し、すべてのξｘデータポイントで１つの完全な発振周期、つまりルックアップテーブルの１つの完全なサイクルを完了するため、任意の２つの周期関数の相対的なタイミングと位相が正確にわかります。たとえば、周波数ｆｘとｆｙを持つ２つの正弦波が与えられます。
次に、波形の周波数比は次の式で与えられます。
この比率は、クロックΦｘを変更するか、ルックアップテーブルの解像度ξｘを変更することによって周波数スケーリングを実行できることを示しています。たとえば、ξｘ＝ξｙ＝２４で一定の解像度のルックアップテーブルが使用される場合、合成された正弦波の周波数比ｆｘ／ｆｙは、クロックレートΦｘ／Φｙの比のみに依存します。
そこのような場合、クロック周波数比Φｘ／Φｙ＝４の結果、同じ音符の２つの正弦波が２オクターブ離れます。たとえば、６番目の１，７６０Ｈｚの音符Ａと、４番目の４４０Ｈｚの音符Ａです。図４８Ｂは、６番目と４番目のオクターブスイッチ６０６および６０４のみが有効化され、正弦波ルックアップテーブル６１６および６１４のデータにアクセスするために使用されます。各波形はプリミティブ解像度ξ６＝ξ４＝２４です。出力は、デジタルゲインアンプ６２６と６２４によって増幅され、次いで、デジタル加算ノード６３０で混合されて、混合波形出力を生成する。動作中、チューナ（カウンタ）５９９は、システムクロックΦｓｙｓからシンボルクロックΦｓｙｍを生成する。÷２カウンタ５９８、５９７、および５９６のカスケードは、シンボルクロックΦｓｙｍを除算して６オクターブクロックΦ６を生成し、カウンタ５９５および５９４で除算して４オクターブクロックΦ４を生成します。
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。
乗数［０．５＋０．５・（周期式）］は、ゼロ平均値を中心とする正弦波のピークの大きさを±１から±０．５まで怖がらせるために使用されます。加算器０．５は、曲線を＋０．５だけ上にシフトして、０．０００～１．０００の正の範囲にまたがります。図４８Ｃに示されるようにオクターブスイッチ６０１を有効にすることによって、クロックΦによって駆動されるルックアップテーブル６１１の構成要素１は、コードに追加されます。クロックΦ１は、カウンタ５９３、５９２、および５９１を使用してクロックΦ４から生成されます。追加された１オクターブ周波数成分は次の式で与えられます。
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。
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。
プリミティブプロセッサ動作の追加の詳細は、図４９に示される単一のプリミティブコード合成に示されている。示されるように、チューナ５９９は、２つのカウンタ－システムクロックカウンタ６４０およびシンボルクロックカウンタ６４１を備える。システムクロックカウンタは、周波数ΦｓｙｓのμＣシステムクロックを、便利な固定周波数（たとえば、５ＭＨｚ）の基準クロック周波数Φｒｅｆに変換するカウンタです。シンボルクロックカウンタ次いで変換ΦｒｅｆのシンボルクロックレートΦｓｙｍのに正弦合成用カウンタカスケードの基準周波数を定義するために使用されます。示されている例では、カウンタ５９８から５９３はバイナリカウンタを含み、上記の表に記載されているように、それぞれ１オクターブ離れた複数の正弦波周波数を生成する。さらに検査すると、バイナリカウンタカスケードがないことがわかります。
・Φｘは、クロックレートすべてのオクターブにはシンボルレートΦｓｙｍ用の２の倍数である。
・すべてのオクターブの周波数ｆｘは、最大合成周波数ｆｍｉｎの２の倍数であり、これは、音階の９番目のオクターブに示されていますが、これに限定されません。
・シンボルクロックレートΦｓｙｍと最大合成周波数ｆｍｉｎの関係は、合成される最高周波数波形の分解能であるξｓｙｍによって決定されます。Ｆ乗法製品ｆｍｉｎξｓｙｍ＝Φｓｙｍカウンタカスケードにおける最高クロックレートを設定します。
・シンボルクロックレートΦｘと各オクターブｘの合成周波数ｆｘの関係は、そのオクターブの波形の基本的な解像度であるξｘによって決定されます。
単一のプリミティブバイナリカウンタカスケード内のクロックレートと周波数の間のすべての関係は、プリミティブプロセッサに存在する他の周波数に対する正確な比率を含むため、周波数ｆｘとξｘの任意の１つの合成波形の周波数と分解能を設定すると、シンボルレートΦｓｙｍと最大周波数ｆｍｉｎを含む、カウンタカスケード全体のすべての合成周波数とクロックの周波数が自動的に決定されます。プリミティブプロセスの周波数スケーリングは、次の表に要約されています。
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。
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。
具体的には、入力「キー選択」６４２は、シンセサイザ全体がチューニングされる４番目オクターブの音符または周波数を設定します。最大合成周波数がオーディオスペクトルの９番目のオクターブになるように、そしてシンセサイザをチューニングするための周波数入力範囲として、任意に４オクターブを選択されている場合、９番目のオクターブと４番目のオクターブは５オクターブ異なります。２５＝３２なので、ｆｍａｘ＝ｆ９＝３２ｆ４であり、キー選択６４２に従って最大周波数ｆｍａｘ＝３２ｆｋｅｙを設定することを意味します。Φｓｙｍ＝ξｓｙｍｆｍｉｎが与えられるとΦｓｙｍ＝ξｓｙｍ（３２ｆｋｅｙ）になります。例えば、「キーを選択」を４４０Ｈｚ（中央Ｃより上の標準Ａ）に設定すると、ｆ４＝４４０Ｈｚのとｆｍａｘ＝３２ｆｋｅｙ＝３２（４４０Ｈｚ）＝１４，０８０Ｈｚで、利用可能な合成周波数スペクトル全体が自動的にスケーリングされ、ｆ９＝１４，０８０Ｈｚ，ｆ８＝７，０４０Ｈｚ、ｆ７＝３，５２０Ｈｚ、ｆ６＝１，７６０Ｈｚ、ｆ５＝８８０Ｈｚ、ｆ４＝４４００Ｈｚ、ｆ３＝２２０Ｈｚ、ｆ２＝１１０Ｈｚ、ｆ１＝５５Ｈｚ、ｆ０＝２２．５Ｈｚ、とｆ－１＝１１．２５Ｈｚになります。ｆｋｅｙが中央のＤに設定されている場合、すべての合成周波数ｆｘもＤの倍数になります。またはｆキーが中央のＡ＃設定されている場合、すべてのバイナリ合成周波数もＡ＃倍数になります。オクターブ倍数以外の正弦波の合成については、本開示の後半で説明します。
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。
このシンボルレートは、９オクターブの合成最大周波数ｆｍｉｎに対応します。ここで、ｆｍａｘ＝ｆ９＝Φｓｙｍ／ξｓｙｍ＝（３３７，９２０Ｈｚ）／２４＝１４，０８０Ｈｚに対応する周期Ｔ９＝１／ｆ９＝７１．０２μｓであり、これもＴｓｙｍξｓｙｍ＝（２．９５９２...μｓ）（２４）＝７１．０２μｓ．に相当します。
バイナリカウンタカスケードを使用して時間参照を確立することにより、時間に依存しない正弦プリミティブテーブル６４５は、関数６４６ａ、具体的にはｇ（ｔ）の時間ベースの記述に変換される。同じクロックシンボルクロックΦｓｙｍは６番目と４番目のオクターブ正弦波６４７ａ及び６４８ａを合成するために使用されるクロックΦ６及びΦ４を生成するためのタイムスペースです。
これらのクロックは、周波数ｆ６およびｆ４を持ち、次の周波数を持つ２つの同期正弦波を合成するために使用されます。
所定の方法で、解像度は等しいが周波数が異なる正弦波を、共通のクロックと単一の波形プリミティブを使用して合成できます。言い換えると、プリミティブテーブルは波形の形状を設定し、解像度ξとカウンタクロックは生成される正弦波の周波数を決定します。次の例の表は、度（またはラジアン）で測定された正弦関数θの引数、正規化された単位正弦波関数０．５＋０．５ｓｉｎ（θ）、および周波数で振動する正弦波の状態に対応する時間の関係を示しています。９オクターブでｆｍａｘ、６オクターブでｆ６、および４オクターブでｆ４。
この表は０°から９０°の間の詳細なパターンを示していますが、簡潔にするために、他の３つの象限の詳細な１５°の説明は冗長であり、除外されています（正弦波は対称関数であるため、４つの象限すべてを１象限のデータ）。正弦波の３６０°サイクルを完了するのに必要な時間、つまり周期Ｔは、正弦波の周波数によって異なります。たとえば、前述の計算と一致して、周波数ｆ９、ｆ６、ｆ４の正弦波はそれぞれ７１μｓ、５６８μｓ、および２，２７３μｓの周期を含みます。具体的には、引数θ＝９０°＝π／２の場合の関数０．５＋０．５ｓｉｎ（θ）＝１の値。正弦波Ｔの周期は、θ＝３６０°＝２πの場合、この持続時間の４倍で発生します。たとえば、Ａのキーに調整された６オクターブの正弦波は、そのサイクルの４分の１を完了するのに１４２μｓを必要とするため、その周期はＴ６＝４（１４２．０５）＝５６９．２μｓです。
図５０記載示すコード合成ブレンドする２つの正弦波を用いてプリミティブ単一の波形を使用してクロック生成バイナリカスケードカウンタから、時間独立した時間ベースこの例では、プリミティブ波形の分解能はξｓｙｍ＝ξｘ＝２４（図示せず）を含むＤのキーで時間ベースの正弦波テーブル６４７および６４８に変換されるの周波数ｆ６＝１，１６８Ｈｚ及びはそれぞれｆ４＝２９２Ｈｚです。次に、成分正弦波は、デジタル乗算演算を使用して算術的に実行される利得乗数Ａ６およびＡ４を有するデジタル利得増幅器６２６および６２４によって振幅が増加または減少される。次に、２つの正弦波は、デジタル加算ノード６３０によって混合されて、加算ｇ（ｔ）を生成し、ここで
除数（Ａ６＋Ａ４）で加重平均を使用すると、次のようになります。
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。
説明したように、合計ｇ（ｔ）は、ゲイン係数Ａαによるデジタル乗算とともに正弦波成分の加重平均を実行するスカラー［Ａα／（Ａ６＋Ａ４）］によるオートレンジ機能６３１によってスケーリングされます。表形式６４９に示される結果として生じる時間変化波形ｆ（ｔ）５５３は、平均値が０．５であり、範囲にわたって周期関数の振幅を最大化する能力を有する周波数ｆ６およびｆ４の２つの正弦波の弦６５５を表す０．０００から１．０００まで、信号のクリッピングや歪みはありません。次に、ＰＷＭジェネレータ５５５は、ＰＷＭ変換ΨＰ［ｆ（ｔ）］によってｆ（ｔ）を処理し、Ｇｓｙｎｔｈ（ｔ）と呼ばれるデータ４９９のＰＷＭ文字列を含むシンセ出力データ４８８を生成する。
開示された合成方法から生じる１つの問題は、量子化ノイズである。単一の正弦波でもこの問題は発生しませんが、２つ以上の正弦波を追加すると、波形にノイズが発生します。このノイズの発生源を図５１Ａに示します。ここでは、バイナリカウンタ５９６～５９３のカスケードを使用して、入力周波数の半分の３つのクロックΦ６，Φ５とΦ４を生成しています。ξ＝２４の固定プリミティブ解像度用いて、ｆ６，ｆ５，及びｆ４の結果の正弦波データテーブル６５１に表形式で示されています。調べてみると、周波数ｆ６のデータは、クロック時間Φ６に１対１で一意に対応していますが、他の周波数はそれほど急速には変化していませんたとえば、ｔ＝０．１７２７とｔ＝０．１７８４の両方の場合、正弦波ｆ６が変化しても、正弦波ｆ５のデータ値は０．７５００で一定のままです。同様に、低周波数の正弦波ｆ４の場合、ｆ６データが４回変化しても、ｔ＝０．１４２７から０．２４９７までの間隔で出力されるデータは０．６２９４で一定のままです。
異なるクロックレートで固定解像度プリミティブを使用することの影響が図３に示されている。図５１Ｂでは、一定の時間間隔で、様々な曲線が対比されている。図示持続時間、周波数ｆ６の正弦波グラフに６５２点の展示示さないデジタル化雑音を。周波数ｆ５のコントラスト正弦波でΦ６／２ξによって生成されたグラフ６５３点の展示ノイズの小さいが顕著度を示します。ｆ６の２オクターブ下のグラフ６５４のｆ４正弦波，つまり、ξ＝２４でｆ４＝Φ６／４ξの場合、かなりのノイズが見られます。イズの問題は、ｆ６とｆ５を組み合わせたグラフ６５５の２正弦波コードで顕著であり、周波数ｆ５とｆ４の正弦波の合計を示すグラフ６５６ではさらに誇張されています。
この問題に対する１つの解決策が図５２Ａに示されている。三つの異なる周波
数ｆ６、ｆ５、及びｆ４は、共通のクロック周波数Φ６から生成される。クロック周波数をスケーリングするのではなく、解像度をスケーリングし、より高い解像度のプリミティブを使用して、より低い正弦波周波数を生成します。具体的には、ルックアップテーブル６１６では、ξ６＝２４であり、ルックアップテーブル６１５では、プリミティブ解像度は２倍のξ５＝２ξ６＝４８になり、同様に、ルックアップテーブル６１４ではξ４＝４ξ６＝９６になります。
したがって、共通クロックΦ６から生成される正弦波周波数ｆ６、ｆ５、およびｆ４
は、表６６１に示すように、すべて互いに２の因数です。このように、時間ステップは生成されたすべての周波数に対して一定です。図５２Ｂに示される結果の曲線は、正弦波６６２、６２３、および６２４、ならびにコード６６５および６６６を含むは、この解像度では量子化エラーの兆候を示していません。この方法を使用した任意の２つの正弦波の周波数比は、以前に定義された基準があるため、正確なままです。
場合維持されるΦｘ＝Φｙ。
本明細書でスケーリングされたプリミティブ総和６６０と呼ばれるこの方法は、図５２Ｃの３つの合成された正弦波をブレンドする弦の単一のプリミティブ総和６５０とは対照的である。これにおいて単一のプリミティブ総和６５０、テーブル６１６，６１５及び６１４まで正弦波ルックのブロック図は、それらの解像度ξ＝２４で同一であるが、３つの異なるクロックによって供給されるΦ６、Φ５＝Φ６／２、およびΦ４＝Φ６／４バイナリカスケードカウンタから生成されました。結果として得られるコード６５９の時間グラフは、重大なデジタル化ノイズを示しています。対照的に、スケーリングされたプリミティブ加算６６０は、共通のクロックΦ６を使用して、３つの異なる解像度ルックアップテーブル６１６、６１５、および６１４を、対応する順序でｘ＝６，５，および４に対して増加する解像度ξｘ＝２４，４８，および９６で駆動する。結果として得られる波形６６９は、この解像度ではデジタル化ノイズの兆候を示していません。
プリミティブルックアップテーブルの最大サイズを制限するために、オーディオスペクトルをバンドに分割できます。たとえば、上、中、下の音階、およびゼロオクターブと負のオクターブの超低周波音帯（つまり、２０Ｈｚ未満）。このようなアプローチは、図５３に示される４レンジスケーリングされたプリミティブ合成ブロック図で採用されている。このにおける模範プリミティブプロセッサ、チューナ５９９は、システムクロックカウンタ６４０及びシンボルクロックカウンタ６４１を含む変換システムクロックΦｓｙｓのその固定基準周波数にΦｒｅｆ、例えば５ＭＨｚで、どこシンボルカウンタがΦｓｙｍクロック周波数生成定義されていることにより、を比Φｓｙｍ／Φｒｅｆ＝（３２ξｆｋｅｙ）／（５ＭＨｚ）第オクターブにおける鍵選択入力６４２、音符またはキーに応じました。チューナ５９０であって、カウンタのカスケードに三８分周カウンタ６７２、６７３及び６７４は、４つの周波数はクロックを生成する共生成れるΦｓｙｍ，Φ６＝Φｓｙｍ／８，Φ３＝Φｓｙｍ／６４，そしてΦ０＝Φｓｙｍ／５１２。カウンタ６７２を通るが６７３４それぞれ含む三段バイナリカスケードカウンタ、簡潔のために単一÷８つのカウンタとして示されています。
カスケードの最高周波数クロック、シンボルクロックΦｓｙｍは、その後、４つのバンドに正弦波を合成するために使用されます。上位帯域では、Φｓｙｍを使用して、セレクタ６０９、６０８、および６０７に従って、それぞれ正弦波ｆ９，ｆ８及びｆ７を生成します。セレクタスイッチが有効になっている場合、Φｓｙｍのクロックパルスが対応する正弦波ルックアップテーブル６９９、６９８、または６９７に渡され、必要に応じて正弦波ｆ９，ｆ８およびｆ７が生成されます。
具体的には、分解能ξ９＝２４の正弦波６９９を有効にすると、周波数ｆ９＝Φｓｙｍ／ξ９の正弦波ｆ９が生成されます。この正弦波の周波数は、ｆｋｅｙキーの選択周波数の３２倍で、シンボル周波数Φｓｙｍの１／２４番目です。同じ上部音響で、分解能ξ８＝４８の正弦波６９８を有効にすると、周波数ｆ８＝Φｓｙｍ／ξ８＝Φｓｙｍ／（２ξ９）の正弦波ｆ８が生成されます。この正弦波の周波数は、ｆｋｅｙキーの選択周波数の１６倍で、シンボル周波数Φｓｙｍの１／４８番目です。同様に、分解能ξ７＝９６の正弦波６９７を有効にすると、周波数ｆ７＝Φｓｙｍ／ξ７＝Φｓｙｍ／（４ξ９）の正弦波ｆ７が生成されます。この正弦波の周波数は、ｆｋｅｙキーの選択周波数の８倍で、シンボル周波数Φｓｙｍの１／９６番目です。周波数ｆ９，ｆ８及びｆ７の正弦波の生成は、同じクロック周波数Φｓｙｍから行われるため、それらの波形合成は同じ時間増分を使用し、それによって、前述の上部音響内のデジタル化エラーの問題を回避します。
同じクロックΦｓｙｍもカウンタ６７２で８で除算され、中間範囲スケールでのｆ６，ｆ５及びｆ４の正弦波合成に使用される低周波数レートのクロックΦ６を生成します。セレクタスイッチ６０５、６０６及び６０４のいずれかが有効にされる場合、Φ６＝（Φｓｙｍ／８）を含むクロックパルスが対応する正弦波ルックアップテーブル６９６、６９５、または６９４に渡され、必要に応じて正弦波ｆ６，ｆ５，ｆ４を生成する。具体的には、分解能ξ６＝２４の正弦波６９６を有効にすると、周波数ｆ６＝Φ６／ξ６＝Φｓｙｍ／（８ξ６）の正弦波ｆ６が生成されます。この正弦波の周波数は、ｆｋｅｙキーの選択周波数の４倍で、シンボル周波数Φｓｙｍの１／１９２です。同じ中音響で、分解能ξ５＝４８の正弦波６９５を有効にすると、周波数ｆ５＝Φ６／ξ５＝Φｓｙｍ／（１６ξ６）の正弦波ｆ５が生成されます。この正弦波の周波数は、ｆｋｅｙキーの選択周波数の２倍で、シンボル周波数Φｓｙｍの１／３８４です。同様に、分解能ξ４＝９６の正弦波６９４を有効にすると、周波数ｆ４＝Φ６／ξ４＝Φｓｙｍ／（３２ξ６）の正弦波ｆ４が生成されます。この正弦波の周波数は、ｆｋｅｙキーの選択周波数とシンボル周波数Φｓｙｍの１／７６８に等しくなります。周波数を有する正弦波を生成するため，ｆ６，ｆ５，ｆ４同一のクロック周波数から来るΦ６＝（Φｓｙｍ／８）波形合成は、それにより、同一の時間増分を採用中間スケール内でデジタル化誤差の前述の問題を回避します。
正弦波Ｆ生成するｆ３，ｆ２，ｆ１より低い規模で、クロックΦ６をれるカウンタ６７３に８で除算Φ３低周波数レートクロックを生成する。任意選択スイッチであれば６０３、６０２、及び６０１がイネーブルされ、クロックパルス前記Φ３＝（Φｓｙｍ／６４）対応するに渡されるテーブル６９３，６９２，または６９１まで丁正弦波ルックｆ３の正弦波を生成するためにｆ３，ｆ２，ｆ１望まれます。具体的には、分解能でξ３＝２４の正弦波６９３を有効にすると、周波数ｆ３＝Φ３／ξ３＝Φｓｙｍ／（６４ξ３）の正弦波ｆ３が生成されます。この正弦波の周波数ｆ３は、ｆｋｅｙキーの選択周波数の１／２番目であり、シンボル周波数Φｓｙｍの１／１，５３６です。同じ低いスケールで、分解能ξ２＝４８の正弦波６９２を有効にすると、周波数ｆ２＝Φ３／ξ２＝Φｓｙｍ／（１２８ξ３）の正弦波ｆ２が生成されます。この正弦波の周波数は、ｆｋｅｙキーの選択周波数の１／４番目で、シンボル周波数Φｓｙｍの１／３，０７２です。同様に分解能ξ１＝９６の正弦波６９１を有効にすると、周波数ｆ１＝Φ３／ξ１＝Φｓｙｍ／（２５６ξ３）の正弦波ｆ１が生成されます。この正弦波の周波数は、ｆｋｅｙキーの選択周波数の１／８番目であり、シンボル周波数Φｓｙｍの１／６，１４４です。周波数ｆ３，ｆ２、およびｆ１の正弦波の生成は、同じクロック周波数Φ３＝Φｓｙｍ／６４から行われるため、波形合成は同じ時間増分を使用し、それによって、前述のデジタル化エラーの問題を回避する低音響内になります。
カウンタカスケードを使用して、ＬＥＤの超低周波音励起、つまり２０Ｈｚ未満の周波数の正弦波を生成することもできます。示されるように、クロック周波数Φ０＝Φｓｙｍ／５１２を有する８分周カウンタ６７４の出力、セレクタ６００で選択すると、分解能ξ０＝２４で正弦波ｆ０が生成されます。ここで、生成される周波数はｆ０＝Φ０／ξ０＝Φｓｙｍ／（５１２ξ０）で与えられます。上記の原則を使用して、スケーリングの概念を拡張して、クロックΦ０によって駆動されるそれぞれの解像度４８および９６の２つの追加のサインルックアップテーブルを含めることにより、２つのより低い超低周波音周波数ｆ-１およびｆ-２（必要に応じて）を生成できます。前述の説明では、一定の間隔で構成される時間増分を使用すると、量子化ノイズが最小限に抑えられますが、より大きな高解像度のルックアップテーブルが必要になり、ＬＥＤパッド内で必要なメモリ容量が増加します。
ルックアップテーブルに必要な数のデータポイントがある場合、単一のテーブルを使用して、単一のクロックから複数のオクターブのデータを生成できます。たとえば、２４，５７６ポイントのテーブルを使用して、データポイントあたり０．０１４６４８４３７５°の角度精度で１１オクターブにまたがる正弦波を合成できます。合成３３７，９２０Ｈｚのクロックを用いて１１オクターブユニバーサルプリミティブテーブル、周波数を発生させることができ、例えば、キー個の中オブから範囲Ａｆ９＝Φｓｙｍ／ξｓｙｍ＝１４，０８０Ｈｚ，９番目のオクターブ下に１３．７５ヘルツ－１番目のオクターブ（４４０ＨｚのＡを含む）。この例は、以下の表の４番目の列に示されています。同じシンボルクロックレートを使用する、つまり、同じテーブル列に、合成された周波数の数がわずか７オクターブに減少した場合、ユニバーサルプリミティブデータテーブルのサイズは、９オクターブの１４，０８０Ｈｚからｆ３＝２２０Ｈｚまでの範囲にわたる１，５３６データポイントに縮小されます。
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。
ユニバーサルプリミティブ合成を使用する波形合成のプロセスを図５４に示します。ここで、チューナ５９９は、キー選択６４２に従ってプログラム可能なシンボルクロックΦｓｙｍ＝Φｒｅｆ／（３２ξｆｋｅｙ）を生成し，クロックを周波数が変化する１つまたは複数の正弦波に変換します。たとえば、ユニバーサルプリミティブテーブル６７７を使用してｆ９からｆ０に変換し、デジタルゲインアンプ６７８に従ってプログラム可能なゲインＡｘとブレンドし、ミキサ６３０で合計してｇ（ｔ）を生成します。合成された各正弦波について示されているように、クロックΦｓｙｍから時間ベースの正弦波テーブル６７９への変換は、「ξ解像度選択」入力６７５と利用可能な解像度の選択に依存します。表６７６は、限定されないが、最小１２ポイントから６５，５３６データポイントを有する１６ビット解像度までの利用可能なテーブル解像度を示すことが示されている。正弦波ルックアップテーブル６７７のデータポイントの数によって、使用可能な最大解像度が決まります。
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。
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。
キー選択とカスタム波形合成
前述のように、周期的な波形生成には固定周波数倍数のカスケードカウンタが含まれるため、波形シンセサイザは基本的に特定のキーに「調整」されます。ユーザインターフェース（ＵＩ）および結果として生じる操作（ＵＸまたはユーザエクスペリエンス）が図５５Ａに示されている、ユーザが「ＣＨＯＯＳＥＡＫＥＹ」メニュー７０１を選択すると、さまざまな「音楽」スケール、「生理学的」（報告された医療頻度）スケール、手動入力を含む「カスタム」スケール、および「その他」のキー選択が容易になります。また、「デフォルト」のスケール設定に戻るための規定も含まれています。ＬＥＤパッドにロードされる事前定義されたスケールノート選択を選ぶメニュー「Ａキーを入力する」７０２が表示され設定「音楽」を選択時に「ｆｋｅｙで２６１．６２６Ｈｚの中央Ｃから中央Ｂの範囲の入力６４１をキーを選択」４９３．８８３Ｈｚ。中間Ａが選択された場合、テーブル７０３に記憶されているように、次に７０３はに従ってにおけるシンボルクロックカウンタ６４２に４４０Ｈｚの「Ａ」の値を転送する電子とΦｓｙｍ／Φｒｅｆ＝（３２ξｆｋｅｙ）／（５ＭＨｚ）を生成Φシンボルレートを様々な周波数の正弦波この尺度に基づいて合成され、例えばｆ９＝Φｓｙｍ／ξ９。オクターブによる模範周波数のテーブルは、チューニングの様々な下に示され、ここで下記に示されているため音楽キーのＦを介してＣ（ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ＿ｐｉｔｃｈ＿ｎｏｔａｔｉｏｎ）。示されているスケールは「平均律」チューニングと呼ばれます。
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。
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。
カスタムモードでは、ユーザインターフェース（ＵＩ）とその結果の操作（ＵＸユーザエクスペリエンス）が図５５Ｂに示され、ユーザは「キーを選択」メニュー７０１を選択し、「その他」を選択して「スケールを選択」メニュー７００を開きます。次に、ユーザはメニューから代替チューニングを選択する－ピタゴラス、ジャストメジャー、中全音律、ヴェルクマイスターは、「ＥＮＴＥＲＡＫＥＹ」というタイトルのサブメニュー７０２を開きます。キー（注）が選択されると、周波数は以下のチューニングテーブルから選択され、「ｆｋｅｙキー選択」キーレジスタ６４１にロードされ、その後ＬＥＤパッドに転送され、最終的にシンボルクロックカウンタ６４２にロードされます。たとえば、キー「Ａ」がヴェルクマイスター音階から選択された場合、次に、４３７．０５Ｈｚの「Ａ」の値がΦｓｙｍ／Φｒｅｆ＝（３２ξｆｋｅｙ）／（５ＭＨｚ）に従ってシンボルクロックカウンタ６４２にロードされます。したがって、シンボルカウンタはシンボルレートΦｓｙｍ＝（３２ξｆｋｅｙ）を生成し、そこからこのスケールに基づくさまざまな周波数の正弦波が合成されます。たとえば、ｆ９＝Φｓｙｍ／ξ９。キー周波数ｆｋｅｙを使用してΦｓｙｍを生成するため、それに応じて９オクターブスケール全体が調整されます。たとえば、ｆｋｅｙ＝ｆ４が４３７．０５Ｈｚに設定されている場合、ｆ５＝２ｆ４＝８７４．１Ｈｚ，ｆ６＝４ｆ４＝１，７４８．２Ｈｚなどです。
スケールはオクターブ全体で異なりますが、周波数Ｃではすべて一致しています。たとえば、比較のために示されているように、下の表に示されている５オクターブのＣ５周波数はすべて、ｆ５＝５２５．２５Ｈｚ＝２ｆ４で一致します。ピタゴラス（Ｐｙｔｈａｇｏｒｅａｎ）、ジャストメジャー（ＪｕｓｔＭａｊｏｒ）、および中全音律（Ｍｅａｎ－ｔｏｎｅ）で使用される表記法は、シャープ＃とフラット♭の使用においてヴェルクマイスター（Ｗｅｒｃｋｍｅｉｓｔｅｒ）音階や中全音律とはわずかに異なります。ＰＢＴの有効性のチューニングの正確な違いは十分に特徴付けられていませんが、科学的研究ＰＢＴ治療の治療効果は明らかに頻度に依存することが確認されています。Ｐｈｙｓｉｏの場合、ＵＩメニュー７０１、項目「生理」が選択され、周波数スケールは、治療的に有益であることが、これらの医療研究で報告ｆｋｅｙの値のために使用される。それ以外の場合は、代わりに図５６に示すカスタムボタンを使用する。メニュー７０１でが選択されると、カスタムの「キーを入力する」メニュー７７０４を含むＵＸ応答が現れる。入ると、キーパッドの数字を例えば示すように４４４ヘルツ、及びＤＯＮＥボタンを押す、ｆｋｅｙキー６４１を選択レジスタカスタムキー値４４４ヘルツでロードされ、この値は、次に使用されるシンボルクロック発生器６４２に転送されます。次に、この値を使用して、Φｓｙｍ／Φｒｅｆ＝（３２ξｆｋｅｙ）／（５ＭＨｚ）の関係に従ってシンボルクロックカウンタ６４２を使用してシンボルクロックレートを計算し、出力Φｓｙｍ＝（３２ξｆｋｅｙ）を生成します。
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
図５９は、ＰＷＭジェネレータ機能５５５がユニット機能ｆ（ｔ）５５３を、ＰＷＭ波形Ｇｓｙｎｔｈ（ｔ）４９０を記述するシンセ出力ファイル４８８に変換するプロセスを示す。示されるように、関数表５５４は、時間ｔΦ対関数の値の記述を含む。各時間増分でのｆ（ｔ）。たとえばｔΦ＝５μｓでは関数ｆ（ｔ）＝０．５であり，ｔΦ＝１０μｓで関数の値がｆ（ｔ）＝０．８に変わるまでその値のままです。変換の出力ΨＰ［ｆ（ｔ）］は、時刻ｔにおけるＰＷＭテーブル４８９には、この時間依存テーブルを変更状態がハイになるｔｏｎ＝５．００μｓ、であり、ＬＥＤはオンにし、時間ｔΦ＝５．１０μｓマイクロ秒時間ｔΦ＝５．２０になるまでＬＥＤはオフになり、ＬＥＤは再びオンになります。０．１０μｓとＴ＝１／Φｘ期間の持続時間５．００から５．１０へのＬＥＤので、その後ＬＥＤが再度オンされるまでは、５．００から５．２０である、又は０．２０マイクロ秒の持続時間でパルスのデューティ比Ｄ＝（ΔｔΦ／Ｔ）＝（１０μｓ／２０μｓ）＝０．５０または５０％、次いでデューティファクタは、関数に等しいｆ（ｔ）＝０．５このインターバルの間および時刻までｔΦ＝１０μｓのデューティ比が０．８に切り替わりまたは８０％。結果として得られるシンセ出力ファイル４８８は、ＰＷＭパルスストリング６７５でグラフィカルに示されている。
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。
ＰＷＭプレーヤの操作
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。
上記の関数の真理値表は、次のように論理擬似コードとして記述できます。
Ｇｐｕｌｓｅ（ｔ）はＰＷＭストリングのパルスで構成されているため、波形は高論理状態と低論理状態を交互に繰り返します。具体的には、機能Ｇｐｕｌｓｅ（ｔ）＝１、すなわち、ＰＷＭパルス４９２がそのハイまたは論理「１」状態にあるときはいつでも、Ｇｓｙｎｔｈ（ｔ）のデジタル状態は、ＰＷＭプレーヤ４８４の出力で正確に再現される。たとえば、Ｇｐｕｌｓｅ（ｔ）＝１の場合、Ｇｓｙｎｔｈ（ｔ）＝１の場合、ＰＷＭプレーヤ４８４の出力は高くＧｓｙｎｔｈ（ｔ）＝０の場合、ＰＷＭプレーヤ４８４の出力は低くなります。ただし、関数Ｇｐｕｌｓｅ（ｔ）＝０、つまりＰＷＭパルス４９２がロー状態または論理「０」状態にあるときは常に、Ｇｓｙｎｔｈ（ｔ）のデジタル状態は強制的にゼロになり、次の状態は無視されます。入力Ｇｓｙｎｔｈ（ｔ）。論理的には、この関数は「ＡＮＤ」ゲートと同じです。数学的には、ＰＷＭプレーヤ４９２の出力が積Ｇｓｙｎｔｈ（ｔ）・Ｇｐｕｌｓｅ（ｔ）で与えられるデジタル乗算と同等です。ＰＷＭプレーヤ４９２の実際の実装は、ハードウェア、ソフトウェア／ファームウェア、またはそれらのいくつかの組み合わせで達成され得る。
図６１Ａに概略的に示されるように、ＰＷＭプレーヤ４８４は、ＰＷＭクロックカウンタ７１０、パルス幅変調器７１１、デジタルインバータ７１２ａおよび７１２ｂ、および論理積ゲート７１３を備える。ＰＷＭプレーヤ４９１への入力には、クロック基準Φｒｅｆ、シンセ出力４８８、およびＰＷＭプレーヤパラメトリック４９１が含まれます。動作において、基準クロックΦｒｅｆ＝５ＭＨｚは、ＰＷＭカウンタ７１０への入力として周期Ｔｒｅｆ＝０．２０μｓの時間基準を提供し、ＰＷＭクロックΦＰＷＭ＝２０ｋＨｚを生成します。周期ＴＰＷＭ＝５μｓで、基準クロックΦｒｅｆ周期より２５０倍長いパルス幅変調器７１１は、ＰＷＭプレーヤパラメトリック入力４９１で定義された表７１４に従って作成された持続時間ｔｏｎ＝ＤＰＷＭＴＰＷＭを変化させるＰＷＭパルス４９２のシーケンスを生成します。たとえば、表７１４の０～１８０秒では、Ｇｐｕｌｓｅ（ｔ）が２，８３６Ｈｚの周波数で６０％のデューティ係数でパルスされ、その後、パルス周波数が５８４Ｈｚに変化します。時間ｔ＝３６０秒で、パルス周波数は２，８３６Ｈｚに戻ります。パルス列４９２の観点から、１８０秒に０から間隔中の期間ＴＰＷＭ＝０．４３ｍｓオン時間、パルスがハイ状態にある期間の一部が、Ｔによって与えられ、ｔｏｎ＝ＤＰＷＭＴＰＷＭ＝（６０％）（０．４３ｍｓ）＝０．２６ｍｓ。
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。
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。
「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。
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。
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。
そのようなものとして、クロックΦＰＷＭからのクロックパルスは、ＡＮＤゲート７２３を通ってトンカウンタ７２１にルーティングされるが、ＡＮＤゲート７２４によってタフカウンタ７２２に到達するのをブロックされる。したがって、トンカウンタ７２１は、持続時間トンの間カウントダウンする。そのカウントダウンの間、トンカウンタ７２１の出力は論理「０」状態のままであり、Ｓ／Ｒラッチ７２０に影響を及ぼさない。同時に、ｔｏｆｆカウンタ７２２のクロック入力動作の欠如が中断されます。関連するタイミング図を参照すると、Ｔｘから（Ｔｘ＋ｔｏｎ）までのこの間隔の間、ＰＷＭクロックΦＰＷＭ７２８はカウントを継続し、Ｓ／Ｒラッチ７２０へのＲ入力を含むリセット信号７２９はローのままであり、Ｓ入力を含むセット信号７３０はＳ／Ｒラッチ７２０はローのままであり（起動パルスは示されていない）、出力Ｇｐｕｌｓｅ（ｔ）７３１はハイのままである。
ｔｏｎカウンタ７２１が間隔ｔｏｎのカウントダウンを完了すると、リセットパルス７３４によって示されるように、カウンタの出力は瞬間的にハイになる。同時に、Ｑ出力の立ち下がりエッジは、インバータ７２５の出力に立ち上がりエッジを生成し、ｔｏｆｆレジスタ７２７データのタフカウンタ７２２へのロードをトリガーする。ＡＮＤゲート７２４へのロジックハイ入力により、ΦＰＷＭクロックをタフカウンタ７２２にルーティングすることができます。関連するタイミング図を参照すると（Ｔｘ＋ｔｏｎ）から（Ｔｘ＋ＴＰＷＭ）までのこの間隔の間、ＰＷＭクロックΦＰＷＭ７２８はカウントを継続し、Ｓ／Ｒラッチ７２０へのＲ入力を含むリセット信号７２９はローのままです（リセットパルスを除く）間隔の開始時に７３４）、Ｓ／Ｒラッチ７２０へのＳ入力を含む設定信号７３０はローのままであり、出力Ｇｐｕｌｓｅ（ｔ）７３１はローのままである。カウンタがｔｏｆｆの間隔の後にゼロにカウントダウンすると、その出力は、Ｓ／Ｒラッチ７２０のＱ出力を論理「１」状態に切り替えてトンレジスタから現在の値をロードする短いセットパルス７３２を生成します７２６をｔｏｎカウンタ７２１に入れ、プロセス全体を再開する。
示されているように、Ｇｐｕｌｓｅ出力７３１は、持続時間ｔｏｎ＝ＤＰＷＭＴＰＷＭの論理Ｈｉｇｈ状態から持続時間ｔｏｆｆ＝（１-ＤＰＷＭ）ＴＰＷＭの論理Ｌｏｗ状態に切り替わります。設定パルス７３２がトリガーされるたびに、トンレジスタ７２６の現在の値がトンカウンタ７２１にロードされる。同様に、リセットパルス７３４がトリガーされるたびに、タフレジスタ７２７の現在の値がｔｏｆｆカウンタ７２２にロードされる。このようにして、ＰＷＭプレーヤパラメトリックファイル４９１は、ＰＷＭプレーヤの周波数およびデューティファクタを動的に変更して、ソフトウェアと同等の実装と同じ波形。起動時にＳ入力をＳ／Ｒラッチ７２０にハイにプルするために使用される抵抗器７３３は高抵抗を有し、起動が終了して回路への電力が安定すると、タフカウンタ７２２からの論理ロー状態出力を克服できないことに留意されたい。
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。
ＬＥＤドライバの操作
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。
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。
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。
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。
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
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。
Ｉｒｅｆ値は、プログラム実行の前に、揮発性メモリ内のＩｒｅｆレジスタ７４２ａ、７４２ｄ、７４２ｅなどに同等のデジタル形式で格納される。ターゲットＬＥＤ電流の値が変化した場合、プログラムの実行前にレジスタ値を上書きするか、治療の進行に合わせて動的に「オンザフライ」で上書きすることができます。例えば、実行可能な擬似コードを使用して、動的ＬＥＤドライブは、以下を含み得る。
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。
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。
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。
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。
分散型ＰＢＴシステムのＬＥＤプレーヤ
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図６６に示されるように、ペイロードデータ８３１を含むＬＥＤ再生ファイル８３０は、ペイロードは、次に、波形プリミティブに４８７を抽出する非圧縮であり、揮発性メモリ８３２へ転送されるＰＷＭの波形シンセサイザパラメトリック４８６は、波形シンセサイザ８３３にロードされたプレーヤパラメトリック４９１はＰＷＭプレーヤ８３４、およびＬＥＤにロードＬＥＤドライバ８３５にロードされたドライバパラメトリック７４９。ペイロードデータ８３１の内容の例が図６７に示されている波形プリミティブの内容４８７、波形合成パラメトリック４８６、ＰＷＭプレーヤパラメトリック４９１、及びＬＥＤドライバのパラメトリック７４９を含む波形のサイザーパラメトリック４８６含む実行に必要な情報、特定の治療またはセッションを、ある命令ファイル。波形合成の一般的な命令ファイルには、次のものが含まれています。
・ファイルで採用されている波形合成方法、つまり関数合成またはプリミティブ合成のいずれか。
・プログラムのチューニング（キー）、つまり合成用のｆｋｅｙレジスタの設定。ＰＢＴ合成で使用可能なキーは、４番目オクターブの音符の事前定義された２進倍数、９番目オクターブから１番目オクターブまでのオーディオスペクトルにまたがる生成された倍音で構成されます。デフォルトでは、音階は均一に調整されています。「他の」サブメニューのような変則チューニング含むヴェルクマイスター（Ｗｅｒｃｋｍｅｉｓｔｅｒ）、ピタゴラス、ジャストメジャー及び二乗平均トーンスケール。生理学的スケール「フィジオ」は、観察から導き出された経験的に導き出されたスケールに基づいています。「カスタム」ＵＩ／ＵＸを使用すると、ユーザはｆｋｅｙの値を４第オクターブ周波数（音符ではなくヘルツで入力）として手動で設定し、この周波数をキーレジスタに渡すことができます。
・合成の各波形「ステップ」の期間を含む、合成される波形シーケンス。プログラムの終了には、処理またはセッションが完了したことを示す終了コードが含まれています。
・関数合成を使用する場合、各関数の数式とその頻度ｆ。関数合成を使用して利用可能な周期波形には、一定、のこぎり波、三角波、および単一周波数の正弦波が含まれます。
・プリミティブ合成が使用される場合、周波数ｆを含む各プリミティブサブルーチンコールＸ及び解像度ξｘプリミティブの再生サブルーチン。使用可能なプリミティブベースの波形サブルーチン呼び出しには、定数、のこぎり波、三角形、正弦波、またはオーディオサンプルが含まれます。正弦波コードのプリミティブベースの合成は、「コードビルダー」サブルーチンを使用して利用することもできます。
・コードビルダーのサブルーチンには、コードの作成方法と、存在するオクターブとノートの指定が含まれます。コードビルダーアルゴリズムには、「オクターブ」合成と「三／四」コード合成が含まれます。
・オクターブ合成では、任意のコードは、そのコンポーネントのオクターブ「オクターブ」番号（ｆｘレジスタ設定に従って作成された周波数ｆｘを表す－１から９までの番号）と、各オクターブの対応するプリミティブ解像度ξｘおよびブレンドＡｘによって記述できます。三／四コードビルダーでは、ゲインＡｘで設定された調整可能な振幅を使用して、１オクターブにまたがる３つまたは４つの固定解像度の正弦波ノートをブレンドできます。使用可能なコードトライアドには、メジャー、マイナー、ディミニッシュ、オーグメントが含まれ、各トライアドには、コードのルートノートの＋１オクターブ上にオプションの４番目のノートが含まれます。あるいは、４番目の音を追加して、７番目の和音、具体的には７番目、メジャー番目、およびマイナー７番目の構造を持つクワッドノートコードを形成することもできます。「カスタム」コードを使用すると、不協和音であっても１オクターブにまたがる３音のコードを生成でき、コードのルートノートから＋１オクターブ上の４番目のノートを選択できます
・すべてのコードビルダー出力は、ユニット関数の０．５平均値をシフトすることなく、デジタルゲイＡαによってコードの周期的振幅を増加させるようにスケーリングできます。
・波形シンセサイザのすべての出力は、単位関数を表します。つまり、０．０００～１．０００のアナログ値が、０％～１００％のデューティファクタのＰＷＭパルスストリングに変換されます。この範囲外の合成波形は切り捨てられます。
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。
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。
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。
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。
分散型ＰＢＴシステムでのＰレイバックの開始
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。
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。
「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。
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。
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。
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。
コンポーネントの通信オーバーＰＢＴ分散システム
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
他の分散コンポーネントの駆動
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。
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。
レーザＰＢＴシステム-
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。
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。
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。
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。
制御された電流シンク１２５６は、λの波長で１１５６ｎを介してレーザ１１５６ａの列を駆動するために使用されるλ１。制御された電流シンク１２５７は、λ波長で１１５７ｎを介してレーザ１１５７ａの列を駆動するために使用されるλ２レーザ列は、電源電圧＋ＶＨＶによって給電されるレーザアレイ１２４２内、入力コンデンサ１２６５を含む昇圧型スイッチングレギュレータ１２４１の出力ＰＷＭコントローラ１２６０、ローサイドパワーＤＭＯＳＦＥＴ１２６２、インダクタ１２６１、ショットキー整流器１２６３、およびＰＷＭコントローラ１２６０への電圧フィードバックを備えた出力コンデンサ１２６４。レーザ電源１２４１への入力は、Ｌｉ－Ｉｏｎバッテリ１１７２およびバッテリ充電器１１７１から供給されます。ＵＳＢ電源入力。後２．５-Ｖの電圧安定化出力は、レーザＰＢＴ制御回路１２４０の構成要素の電源に充電器１１７１とフィルタコンデンサ１２６６から出力される高電圧が必要な場合は、＋ＶＨＶ駆動するために使用される電源出力ブーストコンバータが動作した後、レーザアレイを使用してレーザＰＢＴ制御を供給することもできます。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

Claims (9)

  1. 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み、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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
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