保护昼夜神经内分泌功能的照明系统技术方案

描述了用于在夜间使用期间保护人类昼夜神经内分泌功能的照明系统、方法和装置。可为工作环境提供合适的照明条件，同时保护在夜间占据被照亮工作场所的那些人的昼夜神经内分泌系统。照明系统、方法和装置可实质上减少夜间工作者的病理昼夜中断。照明系统、方法和装置可减少在昼夜中断中涉及的特定频段的光。LED照明系统、方法和装置可在频谱的不同部分上提供比常规LED增加的强度，从而即使在波长的不利部分由陷波滤光片衰减时也可提供可用白光。LED照明系统、方法和装置可在日间配置和夜间配置之间切换，其中所述日间配置提供非过滤光且夜间配置提供过滤光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过引用相关申请的并入申请数据表中确定的任何和所有优先权权利要求，或对其的任何修正通过根据37CFR1.57引用而并入于此。
本专利技术涉及照明系统，并且特别涉及用于特别是在夜间使用期间保护昼夜神经内分泌功能的发光二极管(“LED”)照明系统。
技术介绍
在北美地区大约有25％的劳动力参与通常白天时间以外的工作。先前的研究已经表明与白班相比，夜班(特别是轮班)无论在短期还是长期都具有不利影响。在短期内，由于减少了警觉性，所以会有增加事故的发生率和不良的工作表现，而长期内，与倒班关联的病症包括心血管疾病、代谢紊乱(诸如肥胖症)、代谢综合征和Ⅱ型糖尿病；胃肠道疾病和几种不同类型的癌症(包括乳腺癌、前列腺癌和大肠癌)，这导致世界卫生组织于2007年宣布轮班列“可能使人致癌”。由于夜间明亮的灯光照射，这些健康的负面影响与昼夜节奏混乱强烈地关联。昼夜节奏是在大范围的生理功能中观察到的大约24小时模式，包括但不限于，睡眠/觉醒周期、神经内分泌节奏、吃饭时间、情绪、警觉、细胞增殖和甚至各种组织类型中的基因表达。这些节奏由内生(内部)昼夜定时系统调节(所述内生昼夜定时系统通过暴露于环境(室外和室内)的明暗的每日循环同步)、由眼睛的视网膜中的视网膜神经节细胞检测并经由视网膜下丘脑神经通路传送到位于下丘脑的视交叉上核(SCN)中的主昼夜起搏器(“生物钟”)。暴露于夜间的强光可使SCN失去同步，所以>其相位改变，从而造成睡眠-觉醒模式和多个关键的人体神经内分泌系统的中断，这可能需要几天甚至几周的时间来恢复，从而导致疲劳和不适和不佳的健康。虽然轮班工人所面临的一些问题与睡眠数量和质量的急剧和缓慢减少直接联系，但是由于长期夜间灯光照射而产生的长期昼夜中断似乎是轮班工作的一些医学后果发病的关键因素。啮齿类动物的研究表明，伴随着很少量的累积睡眠损失的长期昼夜中断会产生心血管疾病、代谢紊乱，和癌症的模式的加速。最近的人类实验室研究表明，甚至急性生理失调也会产生重大的代谢受阻。此外，在其中这两个因素已经测量的流行病学研究中，轮班工作中的扰乱的睡眠似乎不是心血管疾病危险增加的原因。证据还表明，在生物夜间期间的灯光照射会导致抑制松果体褪黑素分泌，且对多年照射的倒班工人的该抑瘤素的慢性减少可能助长癌症的风险增加，特别是乳腺癌，常见于工作于夜班的妇女。褪黑素(N-乙酰基-5-甲氧基色胺)是由其是由作为SCN同步的昼夜功能的关键调节体的松果体分泌的重要激素。褪黑素介导许多生物功能，特别是由光明和黑暗的持续时间控制的那些生理功能的定时。褪黑素从色氨酸到血清素合成(其是由酶n-乙酰转移酶或NAT来N-乙酰化的)，然后由羟基吲-O-甲基转移甲基化。酶NAT是用于褪黑素的合成的限速酶，并在松果体的交感神经末梢处由去甲肾上腺素增加。去甲肾上腺素在夜间或在黑暗相位从这些神经末梢释放。因此，褪黑素分泌受灯光和黑暗曝光的定时的强烈影响。褪黑素由具有内生的昼夜节奏的松果体分泌，尖峰出现在晚上，但其分泌是高度对光敏感。夜间灯光照射显著抑制褪黑素分泌。由于眼睛的视网膜神经节细胞中的黑素蛋白光感受器的独特光谱灵敏度，光对褪黑素的抑制效果随不同波长而变化。420至520nm之间的相对较短波长(峰灵敏度在440至470nm之间)的光照射具有最明显的抑制效果。褪黑素已经显示出具有多种功能，诸如时间生物调节、免疫调节、抗氧化效果、季节性繁殖的定时的调节和抑瘤效果。褪黑素的抑瘤效果已在体外显示，且在动物研究中显示出恒定照射于光会由于褪黑素被抑制而显著提高致癌性。因此，由夜间亮光抑制褪黑素已经被提议作为轮班工作的不利影响的关键中介物。此外，夜间的光会破坏许多其它内分泌网络，最显著的是糖皮质激素。糖皮质激素是在肾上腺皮质产生的一类固醇激素。皮质醇是最重要的人类糖皮质激素，并与多种心血管、代谢、免疫，和稳态功能相关联。皮质醇水平的升高与压力反应相关联。光经由SCN-交感神经系统诱导肾上腺中的基因表达，且该基因表达与升高血浆和脑糖皮质激素相关联。血清中存在的皮质醇量通常经历白昼变化，其中存在于清晨的水平最高，夜间的水平最低。由光释放的糖皮质激素的幅度的剂量也与光强依赖性相关。光诱导的糖皮质激素的时钟依赖性分泌可用作自适应功能以调整在夜间环境中对光的细胞代谢，而且还示出响应于夜间照明的压力的存在。升高的糖皮质激素造成很多健康风险，包括高血压、精神障碍、胰岛素抵抗和升高的血糖水平，以及免疫系统的抑制。增加的糖皮质激素水平也与各种癌(最值得注意的是乳腺癌)的较快增殖率关联。在怀孕期间升高的皮质醇水平与后代的代谢综合征进一步相关联。对不同人群的流行病学研究已经表明低出生体重和高血压、胰岛素抵抗、2型糖尿病和心血管疾病的后续发展之间的关联。这种关联似乎是独立于常规的成人生活危险因素。在说明中，已经提出了在成长和发展的关键时期的刺激或损伤动作会永久改变组织结构和功能，这种现象称为“胎儿规划”。有趣的是，有证据表明，这一现象不限于第一代后代且程序效果可能会持续在后续世代。人类的流行病学研究表明，出生体重、心血管危险因素和2型糖尿病的代际效应。同样，已经在动物模型上报道了出生体重、葡萄糖耐量、血压和下丘脑-垂体-肾上腺轴的跨代影响。解释胎儿程序的一个主要假说调用胎儿于糖皮质激素中的过度照射。糖皮质激素发挥长期的组织效果并调节器官的发育和成熟。事实上，在治疗上糖皮质激素已被用来在围产期内改变器官(诸如肺)的成熟率。在怀孕期间的糖皮质激素治疗会减少动物和人类的出生体重。此外，当胎儿期生长率延迟或在受先兆子痫(反映胎儿的压力反应的)影响的怀孕期间，人类胎儿的皮质醇水平提高。已显示在怀孕的最后三分之一期间暴露于地塞米松(合成糖皮质醇)的老鼠，会获得低出生重量并在成年期发展出高血压和葡萄糖不耐受。褪黑素的时间生物属性帮助同步了多种身体系统中的昼夜节奏。若缺失褪黑素，可由于一些生理过程的相位或时机未与外部时间暗示对准而造成昼夜节奏的不同步。这样的范例之一是患有睡眠相位后移综合症(DSPS)的患者的睡眠开始和结束时间被显著后移，这并不与习惯的睡眠和活动时间相对应。当这些个体被迫遵守常规的活动时间时表现出贫乏的警觉和精神运动表现。此外，这种潜在的昼夜节奏错乱可经常通过范围包括从亚症候抑郁症至主要抑郁症的明显精神障碍显现自己。之前已报告过DSPS人群中抑郁症的出现。DSPS以睡眠开始时失眠，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于一个人或多个人位于其中的人工照明环境系统，其包括：限定的环境空间；和适于在所述限定的环境空间内发光的人工光源，其中所述人工光源被配置，使得在考虑到表现为在所述人工照明环境的所述限定的环境空间内发光的任何自然光源之后，以及在考虑到存在于所述人工照明环境的所述限定的环境空间内任何环境组成的特征之后，与任何起作用的自然光源和/或环境组成相结合的人工光源在所述限定的环境空间的地面水平之上约二(2)英尺至约七(7)英尺处发射可见光范围内(约400nm至约700nm)的大约五十(50)至大约二千(2,000)勒克斯之间的光，其中所述任何环境组成的特征诸如光学、表面的光谱反射率，和/或发荧光的所述限定的环境空间内的材料的特性，并且包括昼夜夜间模式(CNight模式)，其中在选择的生物活性波段范围内发射的光在任何方向上测量时都不超过约1μWatts/cm2的平均辐照度，其中所述选择的生物活性波段范围覆盖至少大约10nm，且其中所述选择的生物活性波段范围落在大约430nm和大约500nm的一般波段范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.04 US 61/808,5841.一种适于一个人或多个人位于其中的人工照明环境系统，其包括：
限定的环境空间；和
适于在所述限定的环境空间内发光的人工光源，其中
所述人工光源被配置，使得在考虑到表现为在所述人工照
明环境的所述限定的环境空间内发光的任何自然光源之后，以
及在考虑到存在于所述人工照明环境的所述限定的环境空间
内任何环境组成的特征之后，与任何起作用的自然光源和/或
环境组成相结合的人工光源在所述限定的环境空间的地面水
平之上约二(2)英尺至约七(7)英尺处发射可见光范围内(约
400nm至约700nm)的大约五十(50)至大约二千(2,000)
勒克斯之间的光，其中所述任何环境组成的特征诸如光学、表
面的光谱反射率，和/或发荧光的所述限定的环境空间内的材
料的特性，
并且包括昼夜夜间模式(CNight模式)，其中在选择的生
物活性波段范围内发射的光在任何方向上测量时都不超过约
1μWatts/cm2的平均辐照度，其中所述选择的生物活性波段范
围覆盖至少大约10nm，且其中所述选择的生物活性波段范围
落在大约430nm和大约500nm的一般波段范围内。
2.根据权利要求1所述的人工照明环境系统，其中在所述CNight模式
中所述选择的生物活性波段范围选自由以下生物活性波段范围组成
的组：约430nm至约500nm、约430nm至约490nm、约430nm至
约480nm、约430nm至约470nm、约430nm至约460nm、约435nm
至约500nm、约435nm至约490nm、约435nm至约480nm、约435nm
至470nm、约435nm至约460nm、约440nm至约500nm、约440nm

\t至约490nm、约440nm至约480nm、约440nm至约470nm、约440nm
至约460nm、约450nm至约500nm、约450nm至约490nm、约450nm
至约480nm、约450nm至约470nm、约450nm至约460nm、约460nm
至约500nm、约460nm至约490nm、约460nm至约480nm，和约
460nm至约470nm。
3.根据权利要求1所述的人工照明环境系统，其中在所述CNight模式
下所述选择的生物活性波段范围在任何方向上测量时都不超过从由
以下组成的组选择的平均辐照度：约0.7μWatts/cm2、约0.5μ
Watts/cm2、约0.2μWatts/cm2，和约0.1μWatts/cm2。
4.根据权利要求1所述的人工照明环境系统，其中所述CNight模式紫
色光在从由以下组成的组选择的波段中提供：约400至约440nm之
间、约400至约435nm之间、约400至约430nm之间、约400至约
425nm之间，和约400至约415nm之间，并且在任何方向上测量时
具有从由以下组成的组选择的平均辐照度：大于约0.5μWatts/cm2、
大于约1.0μWatts/cm2、大于约1.5μWatts/cm2，和大于约2.0μ
Watts/cm2。
5.根据权利要求1所述的人工照明环境系统，其中所述CNight模式与
昼夜日间模式(CDay模式)交替，在任何方向上测量时，所述CDay
模式在所述限定的环境空间的地面水平之上约二(2)英尺至约七(7)
英尺处，以所述选择的生物活性波段范围内的辐照度，发射大约五
十(50)至大约二千(2,000)勒克斯之间的光，其中所述选择的生
物活性波段范围内的辐照度具有类似于其它可见光波长的辐照度的
水平。
6.根据权利要求5所述的人工照明环境系统，其中所述系统被配置为
响应于预定昼夜阶段或白天时间指示在所述CDay模式和所述

\tCNight模式之间自动转换，且其中CDay的持续时间和时刻以及
CNight的持续时间和时刻能够由用户预先设置。
7.根据权利要求6所述的人工照明环境系统，其中所述预定昼夜阶段
或白天时间指示选自由以下组成的组：包括季节性调整的时间的指
示、包括固定的时钟时间的指示，和包括用户选择的时间的指示。
8.根据权利要求5所述的人工照明环境系统，其中所述系统被配置为
响应于用户的近实时选择，在所述CDay模式和所述CNight模式之
间转换。
9.根据权利要求5所述的人工照明环境系统，其中所述环境基于从由
所述人工照明环境系统照亮的个体获得的昼夜阶段数据或信息而配
置。
10.根据权利要求5所述的人工照明环境系统，其中所述系统被配置为
在所述CDay模式和所述CNight模式之间快速转换。
11.根据权利要求5所述的人工照明环境系统，其中所述系统被配置为
在所述CDay模式和所述CNight模式之间逐渐转换。
12.一种照明系统，其包括：
人工光源，其中所述人工光源在可见光范围(约400nm至约
700nm)内发射光，并且包括昼夜夜间模式(CNight模式)，在所述
昼夜夜间模式中，在选择的生物活性波段范围内发射的光发射的辐
照度小于来自所述人工光源的，在所述可见光范围内的总辐照度的
百分之六(6％)。
13.根据权利要求12所述的照明系统，其中在所述CNight模式中的所
述选择的生物活性波段范围选自由以下生物活性波段范围组成的

\t组：约430nm至约500nm、约430nm至约490nm、约430nm至约
480nm、约430nm至约470nm、约430nm至约460nm、约435nm至
约500nm、约435nm至约490nm、约435nm至约480nm、约435nm
至470nm、约435nm至约460nm、约440nm至约500nm、约440nm
至约490nm、约440nm至约480nm、约440nm至约470nm、约440nm
至约460nm、约450nm至约500nm、约450nm至约490nm、约450nm
至约480nm、约450nm至约470nm、约450nm至约460nm、约460nm
至约500nm、约460nm至约490nm、约460nm至约480nm，和约
460nm至约470nm。
14.根据权利要求12所述的照明系统，其中所述选择的生物活性波段范
围发射从由以下组成的组选择的辐照度：小于来自所述人工光源的，
在所述可见光范围内的总辐照度的百分之四(4％)、小于百分之二
(2％)，和小于百分之一(1％)。
15.根据权利要求12所述的照明系统，其中所述CNight模式紫色光在
从由以下组成的组选择的波段中提供：约400至约440nm之间、约
400至约435nm之间、约400至约430nm之间、约400至约425nm
之间，和约400至约415nm之间，并且具有从由以下组成的组中选
择的平均辐照度：大于来自所述人工光源的，在所述可见光范围内
的总辐照度的约百分之四(4％)、大于约百分之六(6％)，和大于约
百分之十(10％)。
16.根据权利要求12所述的照明系统，其中所述CNight模式与昼夜日
间模式(CDay模式)交替，其中所述CDay模式的所述选择的生物
活性波段范围发射从由以下组成的组选择的辐照度：大于来自所述
光源的，所述可见光范围内的总辐照度的约百分之四(4％)、大于
约百分之六(6％)，和大于约百分之十(10％)。
17.根据权利要求16所述的照明系统，其中所述系统被配置为响应于预
定的昼夜阶段或白天时间指示，在所述CDay模式和所述CNight模
式之间自动转换，且其中CDay的持续时间和时刻和CNight的持续
时间和时间能够由用户预先设置。
18.根据权利要求17所述的照明系统，其中所述预定昼夜阶段或白天时
间指示从由以下组成的组选择：包括季节性调整的时间的指示、包
括固定的时钟时间的指示，和包括用户选择的时间的指示。
19.根据权利要求16所述的照明系统，其中所述系统基于从由所述人工
光源照亮的个体获得的昼夜阶段数据或信息而配置。
20.根据权利要求16所述的照明系统，其中所述系统被配置为在所述
CDay模式和所述CNight模式之间立即转换。
21.根据权利要求16所述的照明系统，其中所述系统被配置为在所述
CDay模式和所述CNight模式之间逐渐转换。
22.根据权利要求12所述的照明系统，其中所述人工光源仅在所述
CNight模式下发射光。
23.根据权利要求22所述的照明系统，其中第二光源在昼夜日间模式
(CDay模式)下发射光。
24.根据权利要求23所述的照明系统，其中所述第二光源包括常规光
源。
25.根据权利要求23所述的照明系统，其中所述第二光源包括一个或多
个先前存在的灯具。
26.根据权利要求23所述的照明系统，其中所述第二光源与所述人工光
源平行地安装。
27.根据权利要求12所述的照明系统，其中所述人工光源选自由以下组
成的组：屋顶灯、壁灯、台/桌灯、便携灯、车辆用灯、室外灯、电
子装置的屏幕/显示器。
28.根据权利要求12所述的照明系统，其中所述人工光源包括LED。
29.根据权利要求12所述的照明系统，其中所述人工光源是非基于LED
的光源。
30.一种照明系统，其包括：
光源，其中所述光源被配置为发射具有光谱分布模式的光，所
述光谱分布模式具有位于约400nm至约430nm之间的紫色尖峰；和
适于连接至所述光源的陷波滤光片，其中所述陷波滤光片被配
置为过滤由所述光源发射的光，使得生物活性波段发射的辐照度小
于来自所述光源的，对应于CNight光谱分布模式的第一滤波配置中
的可见光范围内的总辐照度的约百分之六(6％)；
其中第二非滤波配置对应于CDay光谱分布模式，其中所述生
物活性波段发射的辐照度大于来自所述光源的，在所述可见光范围
内的总辐照度的百分之四(4％)。
31.根据权利要求30所述的照明系统，其中所述CNight光谱分布模式
中的所述生物活性波段选自由以下生物活性波段范围组成的组：约
430nm至约500nm、约430nm至约490nm、约430nm至约480nm、
约430nm至约470nm、约430nm至约460nm、约435nm至约500nm、
约435nm至约490nm、约435nm至约480nm、约435nm至470nm、
约435nm至约460nm、约440nm至约500nm、约440nm至约490nm、

\t约4...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·克里斯多弗·穆尔伊德，丽贝卡·玛丽·查科，安内克·马利斯·海特曼，罗伯特·弗雷德里克·卡斯珀，小罗伯特·弗兰克·卡尔利采克，多罗斯·普拉蒂卡，乌多·特鲁切尔，
申请(专利权)人：瑟卡蒂安齐尔克莱特有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US