雷射驅動無針注射系統的製作方法

2023-09-13 07:22:20

專利名稱：雷射驅動無針注射系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及醫用無針注射裝置，特別是一種採用雷射作為驅動力，產生高速射流， 實現無針注射的雷射驅動無針注射系統。
背景技術：
一直以來，有針注射給藥成為預防與治療疾病的重要方式之一。然而，有針注射不 良反應較多，如針刺疼痛，感染，脂肪萎縮，脂肪墊，硬結，漏液，暈針、斷針等。針對上述問題，上世紀三十年代開始研發無針注射器，既通過採用一定動力系統 將藥物高速射出，投送到組織中。現有報導關於無針注射的動力源主要採用彈簧動力、高壓 氣體動力、彈藥激發動力，以及壓電驅動。無針注射器的研發，在一定程度上緩解了有針注 射給藥的不良反應。但是由於目前無針注射器的自身缺點，仍然不能更好的滿足臨床需要。 主要表現為一、彈簧動力無針注射器工作穩定性差，易引起給藥劑量差異。高壓氣體動力 無針注射器產生極其難受的爆破噪音，並可能造成嚴重的局部刺激性，安全性差。彈藥激發 動力可操作性不強，尚處於理論階段。壓電驅動動力有限，常用於納升級微噴治療，射流藥 物量較小。二、目前，無針注射器還不能實現連續注射給藥，使給藥效率降低。三、有研究顯 示，如果噴射部位限制在表皮，不會出現疼痛和青腫等不良反應，同時不影響藥物吸收。而 無針注射需要高壓噴射穿透皮膚或者組織，往往注射部位較深，如果觸及真皮層神經，血管 等，仍可能出現疼痛，青腫等反應。四、隨著再生技術的發展，基因，幹細胞治療研究成為熱 點，但目前的給藥方式卻成為限制其發展的瓶頸之一，如果能夠微型化無針注射系統，通過 導管進入人體，發揮其高壓噴射，擴散高效吸收，無針刺損傷等優勢，將會更好的促進再生 治療。但是由於動力系統的限制，目前報導的無針注射器尺寸普遍較大，尚不能深入體腔內 給藥。而將雷射做為驅動力，通過調整雷射發生器功率，改變輸出能量，應用光纖傳導，可提 供一種動力、尺寸可調控的無針注射系統。目前尚無應用雷射驅動的無針注射方法和系統。

發明內容
針對現有技術的缺陷和不足，本發明目的一是提供一種雷射驅動無針注射系統。為實現所述目的採用的技術方案如下(1)雷射選擇由於雷射作用於注射器內液體，令其瞬間膨脹，產生動能推動藥物形成高壓噴射。 因此，首先選擇接近動能腔內液體吸收峰值的雷射。例如動能腔內液體選擇為雙蒸水，而 水在中紅外波段有兩個強的吸收譜帶，分別為2. 5 4. 0 μ m和5. 6 10 μ m。鉺雷射波 長2940nm，接近水的最大吸收峰3000nm，因此可作為選擇雷射。CO2雷射波長10600nm，接 近水的次吸收峰lOOOOnm，作用在腔內預置雙蒸水，仍可達到驅動目的，也可以選擇(如 LASY-50型二氧化碳雷射器。功率5w-50w連續可調)。(2)光纖選擇為實現微型化技術，拓展無針注射應用範圍，我們選擇光纖作為傳導雷射介質。分
3別選擇工作波長接近上述所選雷射的波長，降低雷射傳輸過程中的損耗。(3)雷射器選擇為滿足不同輸出能量要求，選擇功率可調式雷射器，根據不同輸出雷射採用相應 雷射器。(4)雷射驅動動力雷射器發出所需雷射，通過擴束鏡調整光束準直性，經過聚焦鏡聚焦，最後耦合入 選擇光纖。光纖輸出端連接注射器動能腔部分，作用在動能腔內預置液體，通過液體吸收激 光產生的熱能，瞬間蒸發膨脹，產生動能，推動藥物形成高壓噴射，實現雷射驅動動力技術。根據上述技術方案，本發明提供的雷射驅動無針注射系統包括活塞給藥方式的無 針注射系統和無活塞給藥方式的無針注射系統。它們均能實現無針連續給藥。活塞給藥方式的無針注射系統包括雷射器、光纖及注射器，雷射器發出所需激 光，通過擴束鏡調整光束準直性，經過聚焦鏡聚焦，最後耦合入光纖；注射器為活塞式注射器由活塞將注射器腔體分隔成動能腔和給藥腔，光纖輸出 端連接注射器動能腔部分；動能腔內注有液體，並與液體加入管連通；給藥腔前端設有噴 射口，側壁通過單向活瓣與加藥管連通；或注射器為無活塞式注射器注射器腔體的前端為給藥腔，為一口徑細小直管，直 管前端為噴射口，直管側壁通過單向活瓣與加藥管連通；注射器腔體的後部為動能腔，動能 腔一端連接給藥腔，另一端連接光纖的雷射輸出端，動能腔內注有液體，並與液體加入管連
ο上述雷射驅動無針注射系統的工作原理如下由雷射器發生雷射，經擴束鏡調整雷射準直性，聚焦鏡聚焦，耦合入光纖，傳輸至 注射器動能腔，作用腔內液體，吸收雷射後，經過光熱轉化，液體膨脹推動活塞作用給藥腔 經噴射口向組織噴射給藥，或者利用無活塞注射器，直接作用藥液將藥物噴射到給藥部位。一 利用活塞注射器實現連續給藥雷射器通過控制面板選擇開關及功率，發生雷射，實現能量可控。當雷射作用動能 腔液體產生動能時，推動活塞做功，將給藥腔內藥液高速噴出進入治療部位，給藥腔排空。 由於雷射器關閉，動能腔氣態液體失去雷射能量作用，轉換成液態，腔內負壓吸引將活塞復 位，同時促進給藥腔加藥。再次開啟雷射器控制面板開關，完成第二次給藥。從而實現連續 給藥技術。二 利用無活塞注射器實現連續給藥雷射器通過控制面板選擇開關及功率，發生雷射，實現能量可控。當雷射作用動能 腔液體產生動能，將給藥腔內空氣推出，腔內負壓吸引加藥管內藥液進入給藥腔，藥液在動 能作用下高速噴出進入治療部位，給藥結束。再次開啟雷射器控制面板開關，完成第二次給 藥。從而實現連續給藥技術。體外應用技術選擇合適功率，開啟雷射器控制面板開關，將雷射器發生雷射耦合入粗外徑光纖， 作用在自製注射器動能腔內液體，使之膨脹產生動能，將注射器內藥液通過噴射口高速噴 入用藥部位，實現體外無針注射給藥。體內給藥技術
4
本發明除可以應用到體外，進行無針注射，還可以通過微型化動力驅動，實現體內 無針注射給藥。由於通過光纖傳導雷射，可實現微型化動力驅動，配備自製微型化注射器， 製成不同規格注射管(包括光纖和注射器)，滿足體內不同組織器官無針注射需要。如製成 7F注射管，可通過血管，進入心腔實現無針注射給藥進行再生治療；利用直徑1. Ocm導管， 經消化道給藥，實現消化道內病變局部給藥治療。其中上述注射器尺寸根據注射心臟、消化道、泌尿系統，子宮，體表等不同部位制 備成7F、1. 0cm,2cm等相應口徑。雷射器主機包括雷射器部分和主機控制部分。所述雷射發生器電纜、供電線、信 號線與主機控制部分連接；主機控制部分由注射控制單元組成，包括中央控制CPU、控制面 板、顯示器等，用於顯示和控制雷射發生器開關、雷射發生器功率變換等。在主機CPU控制 下，通過控制面板上的操控系統可啟動或切換到不同的雷射發生器功率，而雷射輸出時功 率和作用時間在控制面板上由數字顯示，直觀方便。與現有技術相比，本發明產生的積極效果是1.無針注射器以雷射作為驅動源關於無針注射器的動力源主要採用彈簧動力、 高壓氣體動力、彈藥激發動力，少數採用壓電驅動力。本發明採用雷射驅動，由於動力在較 大範圍內可控，能量可精確控制，光纖輸出，因此具有安全無痛，連續注射，廣泛應用的優
點ο2.注射器尺寸可調本發明將聚焦後的雷射束通過光纖傳遞，根據不同直徑光纖 (最小可至IOOum)，連接相應注射器，可以滿足體表及體腔或者深部組織無針注射的需要。3.可以連續注射體內給藥時，需要通過介入手段或者體表腔道進入體內，給病 人帶來痛苦，因此要求一次進入體內既可以完成治療，而當多部位或者同一部位較大劑量 給藥時，只有連續注射才能滿足要求。本發明利用雷射驅動，雷射能量通過控制面板開關裝 置可控。通過自製活塞或者無活塞注射器注射，可以實現連續給藥。滿足體內多次給藥要 求。此外，體表連續注射明顯提高給藥效率，尤其適用於大規模預防接種，疫病流行的防治。4.速度、深度及劑量方便精確可調雷射發生器的功率輸出精確可控，小功率輸 出時，適用於密度相對較小的組織，如黏膜及內臟，大功率輸出時，適用皮膚等較堅韌的組 織。同時調整劑量和輸出功率後，注射的深度亦可以調整。由於深度可調，可以避免藥液觸 及真皮層神經、血管，實現絕對安全無痛給藥。5.安全可控儀器由電腦程式控制，採用輕觸式薄膜開關控制功能及功率變換， 使雷射功率輸出精確，穩定，操作更安全。雷射輸出時，控制面板上有指示燈顯示，同時蜂鳴 器發出警示聲，提高了操作的安全性。


本發明的上述方法及裝置可以通過附圖列舉的非限定性的實施例進一步說明。本 發明實施例有如下附圖圖1雷射驅動無針注射系統的無活塞注射器(自然冷卻)示意圖；圖2雷射驅動無針注射系統的有活塞注射器(自然冷卻)示意圖；圖3雷射驅動無針注射系統的無活塞注射器(帶有冷卻系統)示意圖；圖4雷射驅動無針注射系統的有活塞注射器(帶有冷卻系統)示意圖。
圖中1_光纖2-加藥管3-冷卻液加入管4-動能腔5-單向活瓣6_活塞 7-噴射口 8-給藥腔9-冷卻腔10-液體加入管11-雷射器主機12-主機控制部分13-雷射器14-注射管15-光纖 16-注射器
具體實施例方式實施例1，活塞給藥方式的無針注射系統包括雷射器、光纖1及注射器，雷射器發出所需雷射，通過擴束鏡調整光束準直 性，經過聚焦鏡聚焦，最後耦合入光纖；雷射器可採用市售LASY-50型二氧化碳雷射器，其 功率5w-50w連續可調。參見附圖2，在該實施例中，注射器為活塞式注射器由活塞6將注射器腔體分隔 成動能腔4和給藥腔8，光纖輸出端連接注射器動能腔部分；動能腔內注有液體，並與液體 加入管10連通；給藥腔前端設有噴射口 7_，側壁通過單向活瓣5與加藥管5連通。實施例2，無活塞給藥方式的無針注射系統參見附圖1，在該實施例中，注射器為無活塞式注射器注射器腔體的前端為給藥 腔8，為一 口徑細小直管，直管前端為噴射口 7，直管側壁通過單向活瓣5與加藥管連通2 ； 注射器腔體的後部為動能腔4，動能腔一端連接給藥腔，另一端連接光纖1的雷射輸出端， 動能腔內注有液體，並與液體加入管10連通。雷射器可採用市售LASY-50型二氧化碳雷射 器，其功率5w-50w連續可調。實施例3，無活塞給藥方式的無針注射系統的冷卻結構參見附圖3，注射器的動能腔4設計有冷卻結構，即在動能腔4外面塗有冷卻塗層； 或動能腔4外具有冷卻腔9，冷卻腔連接冷卻液加入管10。實施例4，活塞給藥方式的無針注射系統的冷卻結構參見附圖4，注射器的動能腔4設計有冷卻結構，即在動能腔4外面塗有冷卻塗層； 或動能腔4外具有冷卻腔9，冷卻腔連接冷卻液加入管10。實施例5，本發明上述注射器，即雷射無針注射管的技術要求根據不同組織的需要，設計不同尺寸及外形的噴射管，根據不同部位，選擇不同尺 寸的光纖。進行體表皮膚給藥的注射管口徑較粗，為1. 5-2. 5cm ；進入消化道，泌尿系統，子 宮等部位進行治療的注射管，口徑0. 5-1. 5cm ；而進入心血管腔的導管有嚴格的尺寸要求， 為5F-1IF 如進入動脈系統導管的外徑要求在8F(2. 67mm)以內，一般在7F(2. 33mm)以內， 靜脈系統(管徑可放寬到llF(3.3mm))到達右心系統，對右心室及室間隔進行注射。建立 上述符合心臟組織要求的雷射無針注射管，可用於心肌再生治療、心肌化學消融，心肌無針 打孔等。經介入超聲成像和電生理標測，找到理想的靶點，然後向此靶點無針注入藥物(血 管再生因子、無水酒精等)。雷射心肌打孔可以改善缺血區心肌血運，但其長期通暢性欠佳， 而且雷射對心肌的不可逆損傷將產生瘢痕，因此可以調整雷射發生器的功率來進行無針打 孔，以促進心肌血運重建。上述實施例中，所述噴射口 7可為藍寶石加工成的帶有一定角度的縮口結構。建立上述雷射無針注射管，尺寸根據進入的臟器而定，如進入膀胱、腎盂的導管大 小與上述進入心血管腔的類似，而進入子宮等空腔較大臟器時，可根據進入臟器和目的不
6同改變注射管大小。操作過程與臨床的膀胱鏡、子宮鏡檢查一樣。根據不同的靶組織、空間 大小、組織的厚度、敏感性、投遞的藥物不同等選用不同的注射管並設定相應的雷射發生器 的功率，準確定位後經無針注射管系統投遞藥物到靶部位。雷射無針注射管由體外主機控 制，操作過程均為臨床常規的技術手段，病人能耐受，簡單，方便安全。對於體表部位的無針注射管無特殊要求。而實施例中一部分進入心血管腔的注射 管外形尺寸類似於心室造影導管，注射管前端注射器部分經肝素化處理後，不會在血液中 形成血凝塊，藉助血管鞘可經股動脈、橈動脈等途徑進入左心室，經股靜脈可進入右心室。 而進入其他器官(如膀胱、腎盂)的雷射無針注射管尺寸類似於膀胱鏡，前端裝置不需要肝 素化處理。實施例6使用雷射驅動無針注射系統的基本操作過程建立上述雷射驅動無針注射系統，注射器準確加藥，然後將噴射口緊貼注射部位， 選擇功率，開啟控制面版選擇開關，完成無針注射。經加藥管加藥，開啟開關，完成連續無針 注射。用於心臟組織的雷射驅動無針注射系統，將注射管以普通介入導管方式送入體 內，進入心腔的注射管的操作與心室造影相似，通過對其延伸到達心室和血管腔不同深度。 進入其他器官和組織的注射管的操作與相應的臨床檢測相似，如進入膀胱類似膀胱鏡的操 作過程。通過加藥管將物質注射到給藥腔，經過介入超聲成像、電生理標測等儀器定位後， 通過控制面版選擇開關及功率即可對靶組織投遞藥物。實施例7雷射器雷射器主機包括雷射器部分和主機控制部分。雷射器發出所需雷射，經擴束鏡獲 得較好的準直性，然後經過聚焦鏡聚焦，聚焦後的雷射束耦合入光纖。雷射器部分數據線等 與主機控制部分相連。主機控制部分由注射控制單元組成，用於顯示和控制雷射發生器開 關、雷射發生器功率變換等。在主機CPU控制下，通過控制面板上的操控系統可啟動或切換 到不同的雷射發生器功率。在主機上調節輸出功率，從而可以方便的調節液體注入肌體的 速度及深度。雷射輸出時功率和照射時間在面板上由數字顯示，直觀方便，為醫務人員總結 臨床資料提供正確的數據。可採用市售LASY-50型二氧化碳雷射器，所述雷射器的雷射波 長10600nm，功率5w_50w連續可調。
權利要求
一種雷射驅動無針注射系統，其特徵是包括雷射器、光纖及注射器，雷射器發出所需雷射，通過擴束鏡調整光束準直性，經過聚焦鏡聚焦，最後耦合入光纖(1)；其中，注射器為活塞式注射器由活塞(6)將注射器腔體分隔成動能腔(4)和給藥腔(8)，光纖輸出端連接注射器動能腔部分；動能腔內注有液體，並與液體加入管(10)連通；給藥腔前端設有噴射口(7)，側壁通過單向活瓣(5)與加藥管(5)連通；或注射器為無活塞式注射器注射器腔體的前端為給藥腔(8)，為一口徑細小直管，直管前端為噴射口(7)，直管側壁通過單向活瓣(5)與加藥管連通(2)；注射器腔體的後部為動能腔(4)，動能腔一端連接給藥腔，另一端連接光纖(1)的雷射輸出端，動能腔內注有液體，並與液體加入管(10)連通。
2.根據權利要求1所述的雷射驅動無針注射系統，其特徵是注射器的動能腔(4)設 計有冷卻結構，所述冷卻結構為在動能腔(4)外面塗有冷卻塗層；或在動能腔(4)外具有冷 卻腔(9)，所述冷卻腔連接冷卻液加入管(10)。
3.根據權利要求1所述的雷射驅動無針注射系統，其特徵是所述噴射口(7)為藍寶 石加工成的帶有一定角度的縮口結構。
4.根據權利要求1所述的雷射驅動無針注射系統，其特徵是所述雷射器的雷射波長 為接近動能腔液體最大吸收峰或次吸收峰波長。
全文摘要
本發明涉及一種採用雷射作為驅動力，產生高速射流，實現無針注射的雷射驅動無針注射系統。包括雷射器、光纖及注射器，雷射器發出所需雷射，通過擴束鏡調整光束準直性，經過聚焦鏡聚焦，最後耦合入光纖；注射器為活塞式注射器或為無活塞式注射器；光纖輸出端連接注射器動能腔部分；動能腔內注有液體，注射器的給藥腔前端設有噴射口。由雷射器發生雷射，經擴束鏡調整雷射準直性，聚焦鏡聚焦，耦合入光纖，傳輸至注射器動能腔，作用腔內液體，吸收雷射後，經過光熱轉化，液體膨脹推動活塞作用給藥腔經噴射口向組織噴射給藥，或者利用無活塞注射器，直接作用藥液將藥物噴射到給藥部位。
文檔編號A61M5/303GK101934106SQ200910104230
公開日2011年1月5日 申請日期2009年7月1日 優先權日2009年7月1日
發明者劉地川, 吳奇, 周大燕, 周志益, 朱愨, 楊剛, 江永紅, 趙純亮, 鄧昌明, 郭睿, 陳洪, 黃晶 申請人:重慶醫科大學