PBM 光熱效應與溫升估算|輻照度、波長與安全評估

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vitaLED® 汎得光電 · PHOTOBIOLOGICAL LIGHTING

PBM 熱效應與安全溫升計算器

Photothermal Rise Estimator · 示範估算工具
MODEL RISK HINT · NOT A SAFETY VERDICT

◈ 輸入參數

建議用輻照度計在照射面實測;此值已包含光學損耗與光斑分布。
mW/cm² 與波長無關;波長只用來帶入「示範估值」(WPE、吸收率 α、受熱深度 L)與計算光子數。這些不是特定波長的固定值,請依膚色、部位、器材與文獻自行調整。
進階組織參數(示範估值,可調整)
合併深層傳導與血流灌注的經驗值,請以實測校正。

✳ 計算結果

預估最大溫升 ΔT(峰值)
—
簡化熱模型估計
預估最高溫度(模型值)
—
初始 36.5°C · 非實測表面溫度
累積照射劑量(E × duty × t)
—
計算中
低溫升提示 <2°C注意 2–3.5°C高溫升提示 >4°C

溫升動態曲線時間 vs. 預估表面溫度
藍實線=平均溫度;橘線=脈衝開/關逐段溫度(≤120 個週期)或峰值包絡;灰虛線=停止後降溫(自平均值起算);藍虛線=平均熱平衡漸進線。為單層集總近似,非實測,也不是完整 Pennes 數值解。
What-if 方案比較降 duty、同劑量、加風扇
方案平均ΔT峰值ΔT劑量 J/cm²(Δ%)提示
降低 duty 會同步降低劑量;「同劑量」列把時間延長以維持原劑量,可比較溫度是否真的下降。提示等級依峰值 ΔT。

⚙ 詳細計算資訊

⚠ 模型風險提示與建議

—

本工具為熱效應估算與參數比較,不是安全判定器。不能單憑溫升判定組織安全,也不能取代光生物安全評估、器材驗證、校正儀器實測與臨床評估。

∑ 模型、單位與適用假設

C·dT/dt = q(t) − (G + h)·T
q(t) = E·α(脈衝 ON);0(OFF)
ON:T = T₀·e−kt + ΔTeq,pk·(1 − e−kt)
OFF:T = T₀·e−kt,k = (G+h)/C,C = ρc·L
平均:ΔT = D·ΔTeq,pk·(1 − e−t/τ)

單位檢查:E [mW/cm²] → q = E·α/1000 [W/cm²];ρc [J/cm³·°C] × L [cm] = C [J/cm²·°C];G、h [W/cm²·°C];τ = C/(G+h) [s]。
散熱只計一次:G=深層傳導+血流灌注的合併等效值(不再另外扣灌流項);h=表面對流/輻射(自然 0.001、風扇 0.004,示範估值)。
適用假設:單層均質組織、均勻光斑、單一時間常數、灌流不隨溫度調節。不含:燈具廢熱傳導至皮膚、接觸壓力、空間熱擴散、表層淺吸收造成的局部熱點與個體差異;因僅有單一時間常數,無法模擬極短脈衝在淺表層的瞬時峰值。波長相關參數(WPE、α、L)皆為示範估值。計算邏輯完全公開、僅供研究參考。

⬡ 模型風險提示分級

● ΔT(峰值) < 2.0°C低溫升提示
● 2.0–3.5°C溫熱感提示
● 3.5–4.0°C接近警戒提示
● ΔT(峰值) > 4.0°C高溫升提示

分級為本工具自訂的模型風險提示,不是 IEC 62471 或 IEC 60825 的限值,也不表示符合或不符合任何標準。不得單憑溫升判定組織安全;實際須另依波長、眼部與皮膚暴露、器材驗證及法規評估。

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本工具為可解釋的熱效應估算器,不是醫療器材或安全判定工具。計算值高度依賴受熱深度、組織光學特性、血流灌注、散熱與照射幾何;請勿將「低溫升提示」解讀為安全,也勿以單一溫升值取代光生物安全評估。
PBM 光熱效應與溫升估算|輻照度、波長與安全評估
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PBM 光熱效應
與溫升估算

光照進入組織後,部分能量會被吸收並轉為熱。這個互動說明把「光輸入 → 熱累積 → 散熱 → 模型提示」化繁為簡,協助理解 PBM 光生物調節、LED 光熱效應與溫升估算中的關鍵參數。

互動概念模型 連續波 / 脈衝波 非安全判定器
LED 光源 熱向周圍 傳導 / 散逸 入射光 組織示意層(非比例)
01 / MODEL FLOW

先理解四個環節

① 光輸入輻照度 / 電功率
② 能量吸收吸收率 α
③ 熱累積時間 / 工作週期
④ 散熱平衡組織與環境

估算結果會受所有環節共同影響;不能只看波長、電功率或單一溫升數字。

02 / INTERACTIVE

連續照射 vs. 脈衝照射

連續波:在照射期間持續輸出。熱量持續累積,同時也持續散逸。

工作週期 Duty Cycle

降低工作週期通常會降低平均輸入;若要維持相同累積劑量,可能需要延長照射時間,不能直接假設峰值與風險同步下降。

03 / CONCEPT ESTIMATOR

參數改變,模型提示也會改變

以下是用來理解變數關係的簡化互動示意,不是原始熱模型的計算結果,也不是人體溫升預測值。

相對熱輸入指標 27 示意值

指標僅依本區的輻照度 × 時間正規化計算,用於比較滑桿前後的相對變化;未納入組織吸收、散熱、脈衝峰值、光斑不均與個體差異。

04 / INPUT

光強怎麼輸入?

mW/cm²

優先使用照射面實測輻照度。它比單看 LED 電功率更接近實際到達照射面的輻射功率密度。

電功率估算還需考慮 WPE、光學損耗與實際照射面積。
05 / WAVELENGTH

波長代表什麼?

nm

波長可用於估算光子能量與光子數,並可能影響組織吸收及能量沉積深度。

波長相關的 WPE、吸收率 α、受熱深度 L 在模型中屬示範參數,不是固定常數。
06 / COOLING

散熱條件

G + h

模型將深層傳導與血流灌注合併為等效散熱項,另以表面對流/輻射表示環境散熱。

風扇可能改變表面對流,但不能取代實測校正。
07 / MODEL EQUATION

把熱平衡寫成方程式

C · dT/dt = q(t) − (G + h) · T
q(t) = E · α(脈衝 ON);OFF 時 q(t) = 0
C = ρc · L  τ = C / (G + h)

其中 E 是照射面輻照度,α 是組織吸收率,C 是單位面積的等效熱容量,G + h 代表模型中的總等效散熱能力。連續波與脈衝波依不同時間輸入計算溫度變化。

08 / MODEL HINTS

模型溫升提示分級

< 2.0°C
低溫升提示
2.0–3.5°C
溫熱感提示
3.5–4.0°C
接近警戒提示
> 4.0°C
高溫升提示

以上是原模擬器自訂的模型提示區間,不是 IEC 62471 或 IEC 60825 的限值,也不代表符合或不符合任何標準。

09 / LIMITATIONS

模型能說明什麼?不能證明什麼?

可以比較參數假設
可以理解熱累積趨勢
不能直接判定安全
不能取代實測 / 評估
重要:這是簡化的單層集總熱模型。模型未完整涵蓋空間熱擴散、局部熱點、燈具廢熱傳導、接觸壓力、個體差異,以及極短脈衝的淺表瞬時峰值。不可單憑「低溫升提示」判定組織安全。

實際評估應依波長、眼部與皮膚暴露條件、照射幾何、器材性能與校正儀器實測,並由適當的光生物安全或臨床專業流程進行判斷。

vitaLED® 汎得光電 · PBM Photothermal Rise Estimator 概念說明
本頁為科學教育與參數理解用途,不是醫療器材、診斷工具或安全判定工具。互動指標僅為概念示意。