一種可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀的製作方法

2023-06-28 01:44:11 1

專利名稱：一種可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於雷射醫療設備技術領域，涉及一種血管外科治療中使用的醫療設備， 更具體的，涉及一種用於靜脈曲張的可攜式半導體雷射治療儀。
背景技術：
靜脈曲張是靜脈系統最常見的疾病，形成的主要原因是因長時間維持相同姿勢很 少改變，血液蓄積下肢，在日積月累的情況下破壞靜脈瓣膜而產生靜脈壓過高，造成靜脈曲 張。靜脈曲張多發生在下肢，腿部皮膚冒出紅色或藍色、像是蜘蛛網、蚯蚓的扭曲血管，或者 像樹瘤般的硬塊結節，靜脈發生異常的擴大腫脹和曲張，嚴重時則容易產生反覆潰瘍、感染 和出血的現象。根據統計靜脈曲張在普通男性人群中的發病率是20%，在女性人群中的發 病率達40%以上，其中下肢靜脈曲張是靜脈系統中的主要疾病，包括大隱靜脈曲張、小隱靜 脈曲張等。目前靜脈曲張的治療方法大致有硬化劑治療、血管外雷射或脈衝光、外科抽除手 術和血管內燒灼治療，上述方法中普遍存在治療方法複雜，術後創傷較大的缺點。

發明內容
為克服現有技術中的不足，本發明的目的在於提供一種操作簡單，微創傷性的便 攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀。為了解決上述技術問題，實現上述目的，本發明通過如下技術方案實現一種可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀，其包括—實現人機通訊的接口單元，所述接口單元包括觸控螢幕、用於當治療儀工作出現 故障時實現聲光報警的聲光報警裝置、用於用戶設置按鍵和配置開關的鍵盤與開關、用於 完成各種治療方案、過程數據和治療數據的存儲的數據存儲單元以及用來與上位機進行數 據通信的數據通信接口；一控制單元，所述控制單元包括微處理器、數/模轉換器以及模/數轉換器，所述 數/模轉換器及模/數轉換器分別與所述微處理器連接；所述觸控螢幕、聲光報警裝置、鍵盤與開關、數據存儲單元以及數據通信接口通過所 述微處理器的通用輸入/輸出口分別連接在所述控制單元上；一雷射線陣單元，雷射線陣單元包括半導體雷射器、數控恆流源以及光功率檢測 單元；所述數控恆流源對輸出電流進行檢測，然後將檢測到的電流信號送入所述模/數 轉換器進行採集，所述微處理器根據採集的電流信號控制所述數/模轉換器的輸出，用於 調整所述數控恆流源的輸出，所述光功率檢測單元將所述半導體雷射器的光功率信號轉換 為電信號後送入所述模/數轉換器進行轉換，轉換後的數位訊號傳送到所述微處理器，所 述微處理器通過檢測到的光功率信號調節所述數/模轉換器的輸出，用於調整所述數控恆 流源的輸出；
一無水冷散熱單元，所述水冷散熱單元包括溫度檢測單元和半導體製冷器；所述溫度檢測單元與所述半導體製冷器安裝在一起，用於感知所述半導體製冷器 的溫度，所述溫度檢測單元的感應信號進入所述模/數轉換器進行實時溫度信號採集，所 述微處理器根據用戶設定溫度及各種工作溫度，利用控制算法對半導體製冷器進行控制；一光束整形及耦合單元，所述光束整形及耦合單元包括光束整形系統、耦合系 統、光纖接口、指示燈以及合束片；經過所述光束整形系統整形的半導體雷射器發出的雷射和所述指示燈發出的指 示光通過所述述合束片合束後進入所述耦合系統，所述耦合系統上設置所述光纖接口 ；一導光臂單元，所述導光臂單元包括醫用光纖、裸纖；所述醫用光纖一端與所述 光纖接口連接，另一端與所述裸纖連接，所述裸纖通過導管與人體患病靜脈連接；以及一給 各系統提供電源的系統電源。優選地，所述半導體雷射器採用無鋁量子阱結構的長壽命、高可靠性的大功率半 導體雷射器。優選的，所述合束片採用45°石英合束片。本發明的工作原理如下用戶通過所述接口單元通過所述控制單元對所述半導體雷射器的工作模式進行 設置，所述控制單元根據用戶的輸入，控制所述雷射線陣單元工作，所述雷射線陣單元輸出 的雷射經所述光束整形及耦合單元處理後接所述導光臂單元的醫用光纖，所述醫用光纖與 所述裸纖連接，所述裸纖通過導管與人體患病靜脈連接，即實現可對患者進行治療。通過以上技術的運用，本發明通過光纖將高能雷射導入靜脈內，在血中產生微小 氣泡，將能量傳遞到靜脈壁，利用雷射的熱效應精確毀損血管內壁，使之閉合併纖維化，達 到冶療目的。本發明的雷射治療儀較傳統治療方法具有以下幾點優勢操作方便、微創傷 性、病人可以在治療後立即行走並恢復正常生活、術後臨床觀察時期短等。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。 本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。


下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步詳細的說明。圖1是本發明的可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀的一實施例的整體框架圖。圖2是本發明的數控恆流源的電路框架圖。圖3是本發明的光功率檢測單元的電路框架圖。圖4是本發明的無水冷散熱單元的電路框架圖。
具體實施例方式參見圖1所示，描述了波長為SlOnm的可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀的總體 結構，該攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀包括一實現人機通訊的接口單元110，所述接口單元110包括觸控螢幕111、用於當治療 儀工作出現故障時實現聲光報警的聲光報警裝置112、用於用戶設置按鍵和配置開關的鍵盤與開關113、用於完成各種治療方案、過程數據和治療數據的存儲的數據存儲單元114以 及用來與上位機進行數據通信的數據通信接口 115 ；一控制單元120，所述控制單元120包括微處理器121、數/模轉換器122以及模 /數轉換器123;一雷射線陣單元130，雷射線陣單元130包括半導體雷射器131、數控恆流源132 以及光功率檢測單元133 ；一無水冷散熱單元140，所述水冷散熱單元140包括溫度檢測單元141和半導體 製冷器142 ；一光束整形及耦合單元150，所述光束整形及耦合單元150包括光束整形系統 151、耦合系統152、光纖接口 153、指示燈154以及合束片155 ；一導光臂單元160，所述導光臂單元(60包括醫用光纖161、裸纖162 ；所述醫用光纖161 —端與所述光纖接口 153連接，另一端與所述裸纖162連接，所 述裸纖162通過導管163與人體患病靜脈180連接，即實現可對患者進行治療；以及一給各系統提供電源的系統電源170。進一步的，觸控螢幕111採用精密真彩色觸摸液晶屏，通過組態軟體非常方便的開 發各種人機交流畫面，與微處理器121之間採用Modbus串口協議來進行數據通信，實現控 制界面的人性化、多功能化，可設置連續/單脈衝/多脈衝等多種工作模式；聲光報警裝置 112採用高亮LED、普通蜂鳴器來實現聲光報警，通過微處理器121的通用輸入/輸出口來 控制；鍵盤與開關113包括各種用戶設置按鍵和配置開關，採用微處理器121的通用輸入/ 輸出口來控制；數據存儲單元114主要完成各種治療方案、過程數據、治療數據等的存儲， 採用SD卡或者MMC卡就可以實現多個數據的記錄；數據通信接口 115主要是用來與PC機 等上位機進行通信，設計中，直接採用微處理器集成的通信接口即可，實現1路USBDevice 接口，1路RS232接口或者RS485接口。進一步的，微處理器121採用ATMEL公司的AT91SAM7S128晶片，模/數轉換器123 需要完成3通道的直流電信號採集，其精度要求為12位，數/模轉換器122的轉換速率小 於100微秒，解析度大於10位。微處理器121主要依據用戶需求以及治療要求，在設備的 總體技術指標範圍內，控制半導體雷射器131輸出滿足要求的雷射，並使其高穩定的工作， 同時，完成相關數據的輸出顯示與存儲；模/數轉換器123需要完成數控恆流源132的輸出 電流採集、半導體雷射器131工作溫度信號的採集以及半導體雷射器131輸出光功率信號 採集，微處理器121根據用戶設定相應的參數，分別進行控制；數/模轉換器122用來控制 數控恆流源132，使得其輸出滿足要求的半導體雷射器131的驅動電流。進一步的，半導體雷射器131採用無鋁量子阱結構的長壽命、高可靠性的大功率 半導體雷射器，中心波長可以是805nm 815nm，譜線寬度可以為0 5nm，穩定度可以為 士0. 士3. 0%。進一步的，如圖2所示，數控恆流源132包括第一運算放大器0P1、第二運算放大器 0P2、第一場效應管Ql和採樣電阻R1，半導體雷射器131連接第一場效應管Ql的漏極，第一 場效應管Ql的源極連接採樣電阻Rl，第一場效應管Ql的柵極連接第一運算放大器OPl的 輸出端，第一運算放大器OPl的同相輸入端連接數/模轉換器122，第一運算放大器OPl的 反相輸入端連接第二運算放大器0P2的輸出端，第二運算放大器0P2的輸出端連接模/數
6轉換器123，第二運算放大器0P2的同相輸入端與反相輸入端跨接在採樣電阻Rl的兩端。 數控恆流源132採用輸出電流檢測，將數控恆流源132中的採樣電阻Rl兩端經過第二運算 放大器0P2後的信號送入模/數轉換器123進行採集，微處理器121根據採集的電流信號， 可以控制數/模轉換器122的輸出，以達到穩定輸出電流的目的，同時可以實時顯示輸出電 流大小。進一步的，如圖3所示，光功率檢測單元133包括依次連接的光電探測器13301、 第一放大器13302和第一濾波器13303，第一濾波器13303連接模/數轉換器123，通過將 光電探測器13301將光功率信號轉換為電信號再經過第一放大器13302放大和第一濾波器 13303濾波，所得信號經模/數轉換器123，可以達到檢測半導體雷射器131的輸出光功率， 通過微處理器121可以調節數/模轉換器122輸出，調整數控恆流源132輸出，使得半導體 雷射器131的雷射輸出滿足要求，同時增加其輸出功率的恆定。進一步的，參見圖4所示，半導體製冷器142採用第二、第三、第四、第五場效應管 Q2、Q3、Q4、Q5對管組成的H橋來驅動控制，第二、第三、第四、第五場效應管Q2、Q3、Q4、Q5 的柵極分別通過光電隔離後與通用輸入/輸出口連接以減少開關噪聲；溫度檢測單元141 連接第二放大器14001，第二放大器14001連接第二濾波器14002，第二濾波器14002連接 模/數轉換器123。無水冷散熱單元140主要是確保半導體雷射器131處於規定溫度正常 穩定的工作，可達到如下技術指標設定溫度20°C -30°C ；溫度穩定度< 士0. rc ；冷卻方式 為強制風冷；冷卻能力為0-60W。溫度檢測單元141與半導體製冷器142安裝在一起，感知 半導體製冷器142的溫度信息，所述溫度信息經過第二放大器14001與第二濾波器14002， 進入模/數轉換器123進行實時溫度信號採集。微處理器121根據用戶設定溫度及各種工 作溫度，利用PID算法對半導體製冷器142進行控制。進一步的，半導體雷射器131發出的雷射通過光束整形系統151整形後，與波長為 650nm的指示光，經由對波長為810nm高透、對波長為650nm高反的45°合束片155合束， 合束後的光束通過耦合系統152耦合，耦合後的光束通過光纖接口 153進入醫用光纖161 中，由醫用光纖161出射的按一定強度分布的雷射光斑，指示燈由微處理器121的通用輸入 /輸出口控制。指示光的功率可以是單一不變的，也可以是功率可調的，調整步長為lmW，功 率從ImW 5mW。醫用光纖161的芯徑可以為200 μ m，也可以為400 μ m，也可以為600 μ m， 也可以為800 μ m，也可以為1000 μ m。半導體雷射器的輸出光斑的強度分布可以為高斯型 分布，也可以為平頂分布，也可以為超高斯分布。進一步的，導管163採用造影導管。醫用光纖161 —端採用標準的SMA905接口與 光纖接口 153對接，另一端連接裸纖162，將裸纖162放入導管163中，並送至人體患病靜脈 180。進一步的，系統電源170主要包括半導體雷射器驅動的供電電源、半導體雷射器 溫度控制系統的供電電源、主控制器以及接口電路的供電電源等。採用一個交流轉直流開 關電源模塊，功率為450W，輸入電壓範圍180V-264V的交流信號；輸出電壓為24V直流信 號，直接給觸控螢幕111提供24V的電壓並作為其它電壓信號提供直流電源。採用一個直流轉 直流電源模塊，功率為350W，輸入電壓範圍為19V-36V直流信號，輸出電壓為5V直流信號， 直接給半導體雷射器131驅動以及無水冷散熱單元140供電。再採用一個直流轉直流電源 模塊給微處理器121供電的，其功率比較小，直接選用單片集成開關降壓電源晶片實現，需要輸出5V、3. 3VU.8V等幾個等級的電平。本發明的可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀通過採用智能化的控制系統設計、便 攜式雷射電源驅動技術、高效光纖耦合技術及大功率半導體雷射器無水冷散熱技術，使治 療儀器具有集成化、可攜式、智能化等特點。該治療儀可用於治療各類靜脈曲張疾病，具有 操作方便、微創傷性、術後臨床觀察時期短等特點，方便了靜脈曲張疾病的治療。上述實施例只是為了說明本發明的技術構思及特點，其目的是在於讓本領域內的 普通技術人員能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡 是根據本發明內容的實質所作出的等效的變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀，其特徵在於，包括一實現人機通訊的接口單元(110)，所述接口單元(110)包括觸控螢幕(111)、用於當治 療儀工作出現故障時實現聲光報警的聲光報警裝置(112)、用於用戶設置按鍵和配置開關 的鍵盤與開關(113)、用於完成各種治療方案、過程數據和治療數據的存儲的數據存儲單元 (114)以及用來與上位機進行數據通信的數據通信接口(115)；一控制單元(120)，所述控制單元(120)包括微處理器(121)、數/模轉換器(122)以 及模/數轉換器(123)，所述數/模轉換器(122)及模/數轉換器(123)分別與所述微處理 器(121)連接；所述觸控螢幕(111)、聲光報警裝置(112)、鍵盤與開關(113)、數據存儲單元(114)以及 數據通信接口(115)通過所述微處理器(121)的通用輸入/輸出口分別連接在所述控制單 元(120)上；一雷射線陣單元(130)，雷射線陣單元(130)包括半導體雷射器(131)、數控恆流源 (132)以及光功率檢測單元(133)；所述數控恆流源(132)對輸出電流進行檢測，然後將檢測到的電流信號送入所述模/ 數轉換器(123)進行採集，所述微處理器(121)根據採集的電流信號控制所述數/模轉換 器(122)的輸出，用於調整所述數控恆流源(132)的輸出，所述光功率檢測單元(133)將所 述半導體雷射器(131)的光功率信號轉換為電信號後送入所述模/數轉換器(123)進行轉 換，轉換後的數位訊號傳送到所述微處理器(121)，所述微處理器(121)通過檢測到的光功 率信號調節所述數/模轉換器(122)的輸出，用於調整所述數控恆流源(132)的輸出；一無水冷散熱單元(140)，所述水冷散熱單元(140)包括溫度檢測單元(141)和半導 體製冷器(142)；所述溫度檢測單元(141)與所述半導體製冷器(142)安裝在一起，用於感知所述半導 體製冷器(421)的溫度，所述溫度檢測單元(141)的感應信號進入所述模/數轉換器(123) 進行實時溫度信號採集，所述微處理器(121)根據用戶設定溫度及各種工作溫度，利用控 制算法對半導體製冷器(421)進行控制；一光束整形及耦合單元(150)，所述光束整形及耦合單元(150)包括光束整形系統 (151)、耦合系統(152)、光纖接口(153)、指示燈(154)以及合束片(155)；經過所述光束整形系統(151)整形的半導體雷射器(131)發出的雷射和所述指示燈 (154)發出的指示光通過所述述合束片(155)合束後進入所述耦合系統(152)，所述耦合系 統(152)上設置所述光纖接口(153)；一導光臂單元(160)，所述導光臂單元(160)包括醫用光纖(161)、裸纖(162)； 所述醫用光纖(161) —端與所述光纖接口(153)連接，另一端與所述裸纖(162)連接， 所述裸纖(162)通過導管(163)與人體患病靜脈(180)連接； 以及一給各系統提供電源的系統電源(170)。
2.根據權利要求1所述的可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀，其特徵在於，所述半導 體雷射器(131)採用無鋁量子阱結構的長壽命、高可靠性的大功率半導體雷射器。
3.根據權利要求1所述的可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀，其特徵在於，所述合束 片(155)採用45°石英合束片。
4.根據權利要求1或2或3所述的可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀，其特徵在於，所述數控恆流源(132)包括第一運算放大器(OPl)、第二運算放大器(0P2)、第一場效應管 (Ql)和採樣電阻(Rl)，所述半導體雷射器(131)連接所述第一場效應管(Ql)的漏極，所述 第一場效應管(Ql)的源極連接所述採樣電阻(Rl)，所述第一場效應管(Ql)的柵極連接所 述第一運算放大器(OPl)的輸出端，所述第一運算放大器(OPl)的同相輸入端連接所述數/ 模轉換器(122)，所述第一運算放大器(OPl)的反相輸入端連接所述第二運算放大器(0P2) 的輸出端，所述第二運算放大器(0P2)的輸出端連接所述模/數轉換器(123)，所述第二運 算放大器(0P2)的同相輸入端與反相輸入端跨接在所述採樣電阻(Rl)的兩端。
5.根據權利要求1或2或3所述的可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀，其特徵在於， 所述光功率檢測單元(133)包括依次連接的光電探測器(13301)、第一放大器(13302)和第 一濾波器(13303)，所述第一濾波器(13303)連接所述模/數轉換器(123)，所述光電探測 器(13301)將探測到的雷射信號轉換成電信號後經第一放大器(13302)放大、第一濾波器 (13303)濾波後送入所述模/數轉換器(123)。
6.根據權利要求1或2或3所述的可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀，其特徵在於，所 述半導體製冷器(142)採用第二、第三、第四、第五場效應管(Q2)、(Q3)、(Q4)、(Q5)對管組 成的H橋來驅動控制，所述第二、第三、第四、第五場效應管(Q2)、(Q3)、(Q4)、(Q5)的柵極 分別通過光電隔離後與通用輸入/輸出口連接；所述溫度檢測單元(141)連接第二放大器 (14001)，所述第二放大器(14001)連接第二濾波器(14002)，所述第二濾波器(14002)連接 所述模/數轉換器(123)。
全文摘要
本發明屬於雷射醫療設備技術領域，具體涉及一種可攜式靜脈曲張半導體雷射治療儀，其構成如下接口電路、控制單元、雷射線陣單元、無水冷散熱單元、光束整形及耦合單元、導光臂單元及系統電源；用戶通過接口單元對雷射線陣單元進行設置，控制單元根據用戶的輸入控制雷射線陣單元工作，雷射線陣單元輸出的雷射經光束整形及耦合單元後通過導光臂單元即可對人體患病靜脈進行治療，該治療儀可用於治療各類靜脈曲張疾病，具有操作方便、微創傷性、術後臨床觀察時期短等特點，方便了靜脈曲張疾病的治療。
文檔編號A61B18/22GK101999934SQ20101054950
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月18日 優先權日2010年11月18日
發明者位兵, 張龍, 戴仙金, 武曉東, 高靜 申請人:蘇州生物醫學工程技術研究所